地下コンクリート建築物外壁防水設計種類工法と施工効果

東京三軒茶屋にキャンパスのある大学に、体育館と屋内温水プールのスポーツ棟がありました。キャンパス計画により既存のスポーツ棟（体育館＋プール）を建替えて、その場所に地上６階の教室棟と地下プール＋地上体育館のスポーツ棟を建てる計画を「古橋建築事務所」様が設計監理されました。そのうち地下プール＋地上体育館のスポーツ棟の設計＋監理を担当させていただきました。

地下の水

地表の下は土や岩だけでなく、水も含んでいます。場所によって地表面近くを掘ると直ぐ地下水が湧き出ることもあれば、いくら深く掘っても地下水が湧き出ないこともあります。

地下水の深さ位置場所は、地質ボーリング調査でその深さ位置が判明します。

今回、設計中に行われた地質ボーリング調査の結果により、地表面から約2〜3m弱の深さに地下水があることが分かりました。

今回の計画建物の地下深さは、地表面から約11メートルになります。

つまり地下の建物は地下水で満ちる中に建てられることになることが分かりました。

設計者としての心配は、地下建物の外壁面からの地下水の進入です。

地下土留め擁壁SMW

地下建物を建設する場合、どうしても現地で組み立てなければならないので、まず建物より少し深く広く土を掘って建物を造ることになります。

その方法はいくつかあって、

オープンカット工法（空掘工法）
親杭＋横矢板工法
SMW 工法
逆打ち工法

今回の工事は、

敷地の中の建物周囲の空地が狭いこと
工事建物の地下の深度
地下水があって水位が高いこと

などの理由により、SMW土留め工法が選択されました。

SMW土留め工法は「ソイルセメントミキシングウォール」の略で、地面に垂直に立てた掘削ドリルを回転させながら挿して地中を柱状に掘り、それと同時に水とセメントを掘削部分に注入して撹拌します。

撹拌されている地中部分は、鉄筋が差し込まれていないコンクリートみたいになります。

垂直ドリルを引き抜いて直ぐに骨芯材になるように鉄骨材を挿し落とします。

地中の土と挿入した水とセメントとが固まってコンクリートの柱が連続して壁のようになるモノが地中に出来て、土留めになります。

上記の方法で地下掘削した周囲の土を留める方法を、親杭（H形鋼）と横矢板では届かない深さまで土留め壁が届くので、「ソイルセメントミキシングウォール：SMW工法：柱列式連続壁工法」と採用されています。

このSMW工法は、地下水の完全な止水には不確実です。ただ連続的にセメント壁が造れるので、止水効果に多少の期待を寄せます。

地下掘削方法で決まる「先やり」防水と「後やり」防水

地下コンクリート建物の外壁面の防水は、工事が可能なら外壁面外側に防水面を施したいところです。少しでも地下水を建物内に引き入れたくないからです。

さらに理想を言えば、防水面の施工は、コンクリートが打設された躯体面に施工することが防水の品質を担保出来ると考えられます。

このコンクリートが打設された躯体面に防水を施す方法を「後やり」工法と呼んでいます。これには外壁躯体面と土留め擁壁の間で作業を行うスペースが必要になります。

しかしながら、地下建物の周囲に防水工事作業を行うスペースが確保できない場合があります。それは、

建物の周囲の敷地に余裕がない場合
地下建物が深くて、深い土留め擁壁が造れない場合

です。

躯体面外側に防水工事を行うスペースが確保出来ない場合は「先やり」工法と呼ばれる工法で防水が施されます。

「先やり」工法は、土留め擁壁面に先に防水工事を施して、その後、コンクリート躯体を防水面に密着させて造る方法です。

今回の計画では、地下建物外壁面周囲と土留め擁壁の間に空地を設けることが出来なかったので、「先やり」工法が選ばれていました。

工事ははじめにSMW工法で土留め擁壁を設けて、次に地下土面が掘り進められて、同時にSMW擁壁の中の鉄骨面に沿ってソイルセメントが削られて、平らな土留め擁壁が表出しました。

地下３メートルの深さにあるとされた地下水は、SMWの効果によって地下水が進入していませんでした。そこで、当初定めていた「先やり」工法の外壁面の防水を取り止めて、内壁面に施す防水方法に変更されました。

「先やり」工法は、

防水施工面を貫く仮設材がある
鉄筋・型枠・コンクリート打設時に防水施工面を損傷する心配がある
完成後に防水の点検・補修が出来ない

ことから、敬遠されがちで、構造外壁の内側面の防水に変更されました。

躯体の防水

地下建物への地下水の進入は、地下建物の外周面が隙間の無い一体のモノであれば、進水はありません。

コンクリートを一度に打設して一体の構造体になれるなら、防水は構造体で出来ます。

しかしながら、コンクリートを一度に打設する方法は困難で、階ごとなどで区分けして打設されます。この部分を打ち継ぎ部分と呼んでいます。

この打ち継ぎ部分の区分けしたコンクリートとコンクリートは密着はしていても隙間が生まれます。

地下水の内部への進入は、コンクリートの打継ぎ部分からの進入の場合が多いとされています。

コンクリートの打ち継ぎ部分の止水

コンクリートの打設は原則、階ごとに打設が行われます。下の階部分と上の階部分ではコンクリートが打設される日時に隔たりがあります。コンクリートが打設されて固まった日時に隔たりがあれば、コンクリートとコンクリートはその自重で密着していますが、その打継ぎ部分には水分が滲み入る隙間があります。

その打継ぎ部分から外部の地下水が内部に進入してくる可能性があります。

特に地下部分では、地下水が下方に垂れ落ちないで外壁面に水圧で包み込む様な形になり、打ち継ぎ部分に隙間が有れば、土圧や水圧に押されて水は進入してきます。

この打継ぎ部分から地下水を進入させないようにするために、打継ぎ部分に止水の対策を施します。

下階のコンクリート打設時に、コンクリートの上端に板を挿し込んでおきます。板は打設されたコンクリートの上端から飛び出して固まり、次回のコンクリート打設時に上側のコンクリートに埋め込まれて、結果、上下のコンクリートをつなげる形になり、コンクリートの隙間に進入する地下水がこれ以上内部に入り込まない様に止めます。