表層混合処理工法の特徴と欠点で地盤強化する

表層混合処理工法の特徴と欠点

表層混合処理工法の基本原理と施工手順

表層混合処理工法（浅層混合処理工法とも呼ばれる）は、地表から深さ2m以内の軟弱地盤を改良するための技術です。この工法は、現地の土にセメント系固化材を混合することで地盤の強度を高め、建物や構造物の支持力を確保します。

 

施工手順は以下のとおりです。

1. 事前調査・配合試験: 改良する地盤の土質や深さを確認し、最適なセメント系固化材の配合を決定します。
2. 掘削作業: 改良対象の地盤を所定の深さ（最大2m）まで掘削します。
3. 固化材散布: 掘削した土壌に対して、適量のセメント系固化材を散布します。
4. 混合攪拌: バックホウなどの建設機械を用いて、土と固化材を均一に混ぜ合わせます。
5. 転圧・締固め: 混合した土を元の場所に戻し、転圧機で十分に締め固めます。
6. 養生: セメント系固化材が十分に反応して強度を発現するまで養生期間を設けます。
7. 品質確認: フェノールフタレイン液による試験や一軸圧縮強度試験などで改良効果を確認します。

この工法は2種類の施工方式があります。

• 粉体撹拌方式: 固化材をそのまま土に混ぜる方法で、施工性が良く工期を短縮できますが、粉塵が発生しやすいという欠点があります。
• スラリー撹拌方式: 固化材と水を事前に混合したスラリーを使用する方法で、粉塵の発生を抑制でき、均質な改良効果が得られます。

表層混合処理工法のメリットと適用条件

表層混合処理工法には多くのメリットがあり、適切な条件下で最大の効果を発揮します。

 

主なメリット:

1. 工期の短縮: 一般的に1～2日程度と短期間で施工が完了します。他の地盤改良工法と比較して、作業効率が高いため工期を大幅に短縮できます。
2. コストパフォーマンス: 軟弱層が浅い場合は、深層混合処理工法や鋼管杭工法と比べて経済的です。現地の土を再利用するため、土の搬出入コストが削減できます。
3. 小型重機での施工: バックホウなどの小型建設機械で施工可能なため、狭小地や進入路が狭い土地でも対応できます。幅4mほどの進入路があれば施工可能です。
4. 様々な土質に対応: 砂質土、粘性土をはじめ、適切な固化材を選定することで、腐植土や酸性土などの特殊な土質にも対応可能です。
5. 地震対策としての効果: 改良した地盤は液状化が起こりにくくなり、地震時の被害を軽減する効果があります。地盤が振動しても砂と水が分離するリスクが減少します。
6. 騒音・振動が少ない: 杭打ち工法と比較して、周辺環境への影響が少なく、住宅密集地での施工に適しています。

適用条件:
表層混合処理工法が最適となるのは以下のような条件です。

• 軟弱層の深さがGL-2m以内に収まる場合
• 地下水位が改良面より低い場所
• 比較的平坦で緩やかな勾配の土地
• 建物の規模が小～中規模の場合
• 狭小地や住宅密集地での施工

適用が難しい、または不可能なケース

• 地下水位が改良面よりも高い場所
• 急勾配の土地
• 産業廃棄物が混入している土壌
• 地下に空洞がある場所
• 地下水の流れが激しい場所

表層混合処理工法の欠点と施工時の注意点

表層混合処理工法は多くの利点がある一方で、いくつかの欠点や注意すべき点も存在します。

 

主な欠点:

1. 施工者の技術に依存: 混合攪拌の均一性や転圧の度合いなど、施工品質が作業者の技術に大きく左右されます。不均一な攪拌は地盤強度のばらつきを招き、将来的な不同沈下の原因となることがあります。
2. 地形条件による制約: 急勾配の地盤では、重機の安定した配置が困難なため施工自体ができないケースがあります。また、高低差が大きい土地では部分的に施工深度が不足する可能性があります。
3. 地下水位の影響: 地下水位が改良面より高い場合、セメント系固化材の硬化反応が阻害され、十分な強度が得られません。このような場合は施工自体が不可能となります。
4. 環境への影響: 六価クロムの溶出リスクがあります。特に、腐植土や火山灰質粘性土などの特定の土壌では注意が必要です。環境に配慮する場合は、六価クロム低減型のセメント系固化材を選定する必要があります。
5. 固形不良のリスク: 特定の土質条件や施工環境によっては、セメント系固化材が十分に硬化しない「固形不良」が発生することがあります。

施工時の主な注意点:

• 事前調査の徹底: 地盤の土質、N値、地下水位などを十分に調査し、表層混合処理工法の適用可否を慎重に判断します。
• 適切な配合設計: 配合試験を実施し、対象土質に最適な固化材の種類と添加量を決定します。過剰な添加は経済性を損ない、不足は強度不足を招きます。
• 均一な混合攪拌: セメント系固化材が土全体に均一に混ざるよう、攪拌作業を丁寧に行います。ムラがあると部分的に弱い箇所ができる恐れがあります。
• 適切な養生期間の確保: セメント系固化材の反応は緩やかであり、強度発現には一定の時間が必要です。急いで上部構造物の施工に移ると、十分な強度が得られない場合があります。
• 粉塵対策: 特に粉体撹拌方式の場合、風の強い日は粉塵が飛散しやすいため、低発塵型固化材の使用や散水などの対策が必要です。
• 品質管理の徹底: 施工後の品質確認試験（フェノールフタレイン反応試験、一軸圧縮強度試験など）を実施し、設計強度が確保されているか確認します。

表層混合処理工法の品質管理と試験方法

表層混合処理工法の品質管理は、改良効果を確実に得るために不可欠です。適切な試験と確認作業により、地盤改良の効果を客観的に評価することができます。

 

施工前の品質管理:

1. 配合試験:

   施工前に現地の土とセメント系固化材を様々な配合で混合し、最適な配合比を決定します。この試験により、目標強度を達成するために必要な固化材の種類と添加量を特定します。配合試験は室内で行われ、一般的に7日および28日強度が測定されます。

    

2. 事前調査:

   改良対象地盤の特性（土質、含水比、N値、自沈層の深さ、地下水位など）を正確に把握するための調査を行います。この情報は適切な施工方法と固化材選定の基礎となります。

    

施工中の品質管理:

1. 混合攪拌状況の確認:

   セメント系固化材と土の混合が均一に行われているかを目視で確認します。攪拌ムラがある場合は、地盤強度のばらつきの原因となります。

    

2. 添加量の管理:

   設計通りの固化材が添加されているかを確認します。不足すると強度不足、過剰だとコスト増加や環境負荷の原因となります。

    

3. 撹拌深度の管理:

   設計深度まで確実に攪拌されているかを確認します。深度不足は改良効果の不足に直結します。

    

施工後の品質確認試験:

1. フェノールフタレイン反応試験:

   改良土の一部にフェノールフタレイン液を吹きかけ、アルカリ性を示す赤紫色への変色を確認します。均一に色が変わることで、セメント系固化材が土全体に行き渡っていることを確認できます。これは現場で簡易に実施できる品質確認方法です。

    

2. 一軸圧縮強度試験:

   改良地盤から採取したサンプルに対して行う強度試験です。サンプルを上下から圧縮して破壊し、その強度を測定します。設計強度（一般的に200〜500kN/m²程度）を確保できているかを確認します。

    

3. 球体落下試験:

   鋼球を一定の高さから改良地盤に落下させ、その貫入度から地盤の硬さを判定する簡易試験です。現場での迅速な強度確認に役立ちます。

    

4. 平板載荷試験:

   改良地盤上に載荷板を設置し、段階的に荷重をかけてその沈下量を測定します。この試験から地盤の支持力や変形特性を評価します。

    

品質管理において重要なのは、計画・設計・施工・確認の各段階で適切なチェックを行い、問題があれば早期に対策を講じることです。施工後の品質不良は修正が困難なため、各段階での確実な品質管理が求められます。

 

また、環境への配慮から、六価クロムの溶出試験を実施することも重要です。特に、腐植土や火山灰質粘性土など、六価クロムが溶出しやすい土質では、六価クロム低減型のセメント系固化材を使用し、定期的な溶出試験を実施することが推奨されます。

 

表層混合処理工法と他の地盤改良工法の経済性比較

地盤改良工法を選定する際、技術的な適合性と共に経済性も重要な判断基準となります。ここでは表層混合処理工法と他の主要な地盤改良工法の経済性を比較し、コスト面での特徴を分析します。

 

表層混合処理工法のコスト特性:
表層混合処理工法は、一般的に浅層（2m以内）の地盤改良において最も経済的な選択肢となります。その主な理由は。

• 専用の大型機械が不要で、汎用的なバックホウ等で施工可能
• 現地の土を再利用するため、土の搬出入コストが削減できる
• 工期が短いため、人件費や機械賃料を抑えられる
• 基礎構造の簡素化が可能で、上部構造のコスト削減にも寄与

ただし、改良深度や面積が増えると急激にコストが上昇するという特徴があります。特に改良深度が1.5mを超える場合、他工法と比較して経済的優位性が薄れる傾向にあります。

 

主な地盤改良工法との経済性比較:

1. 柱状改良工法（深層混合処理工法）との比較:
   • 改良深度2m未満: 表層混合処理工法の方が15〜30%程度安価
   • 改良深度2m以上: 柱状改良工法の方が経済的
   • 改良面積が大きい場合: 柱状改良工法は格子状配置等により経済性向上
2. 鋼管杭工法との比較:
   • 全般的に表層混合処理工法の方が50〜70%程度安価
   • ただし、杭工法は支持層に到達させるため長期的な沈下抑制効果が高く、ライフサイクルコストでは優位な場合も
3. 置換工法との比較:
   • 良質土が入手しやすい場合: 置換工法が若干安価になることも
   • 都市部など良質土の入手が困難な場合: 表層混合処理工法が優位
   • 環境負荷や土の運搬制限がある場合: 表層混合処理工法が優位

経済性に影響する要因:
表層混合処理工法のコストは、以下の要因によって大きく変動します。

1. 土質条件: 有機質含有量が多い土壌や特殊土では、固化材の使用量が増加し、コストアップの要因となります。
2. 改良深度: 深さが増すにつれて掘削量や固化材量が増し、コストが上昇します。
3. 地下水位: 地下水位が高い場合、排水対策や固化材の増量が必要となり、コストが増加します。
4. 改良範囲・面積: 広範囲になるほど単位面積あたりのコストは下がる傾向にありますが、総コストは上昇します。
5. アクセス条件: 狭小地や進入路が制限される現場では、小型機械での施工となり効率が下がるため、コスト増加につながります。

経済性比較の実例:
一般的な住宅建設における地盤改良工事（100m²程度）の場合。

• 表層混合処理工法（深さ1m）: 約80〜120万円
• 柱状改良工法（深さ5m）: 約150〜200万円
• 鋼管杭工法（深さ10m）: 約250〜350万円

経済性向上のポイント:
表層混合処理工法の経済性をさらに高めるためのポイント

• 事前の地盤調査を十分に行い、最適な改良範囲と深度を設定する
• 配合試験により最適な固化材量を決定し、過剰使用を避ける
• 工事計画を効率化し、機械の稼働時間を最小化する
• 季節や天候を考慮した施工時期の選定（雨季を避けるなど）
• 地域特性や現場条件に合わせた施工方法の最適化

以上のように、表層混合処理工法は適切な条件下では優れた経済性を発揮しますが、地盤条件や工事規模によっては他工法の方が総合的に有利となる場合もあります。したがって、初期コストだけでなく、施工性、品質、長期的な性能、環境影響なども含めた総合的な評価が重要です。