軟弱地盤対策と支持層の深い地盤改良工法

軟弱地盤対策と工法選定

軟弱地盤は建物の安定性に大きな影響を与える重要な問題です。適切な対策を講じなければ、建物に深刻な被害をもたらす可能性があります。軟弱地盤とは一般的に、粘土質の柔らかい土で構成された地盤を指し、建物の重みに耐えられず沈下や変形が生じやすい特徴があります。

 

特に臨海部や河川周辺の低湿地、盛土造成地などでは軟弱地盤が多く見られます。これらの地域では、建物を安全に建てるために適切な軟弱地盤対策が不可欠です。

 

軟弱地盤対策の基本的な考え方は、建物の基礎を補強するか、地盤そのものを改良・補強することです。地盤の状態や建物の規模に応じて、最適な工法を選定することが重要です。

 

軟弱地盤の特徴と地盤沈下のリスク

軟弱地盤の最大の特徴は、建物の荷重に耐えられないことです。このような地盤に建物を建てると、時間の経過とともに地盤沈下が進行し、様々な問題が発生します。

 

地盤沈下によって生じる主な問題には以下のようなものがあります：

• 建物の傾斜
• 壁のひび割れ
• 窓やドアの開閉困難
• 配管の破損
• 最悪の場合、建物の居住不能

特に危険なのが「不同沈下」です。これは地盤が均一に沈下せず、建物の一部分だけが沈み込む現象です。不同沈下が発生すると、建物に大きな歪みが生じ、構造的な問題を引き起こします。

 

軟弱地盤が特に問題となるのは以下のような場所です：

• 河川や水田の跡地
• 埋立地
• 切土や盛土が混在する造成地
• 谷底低地など腐植土が堆積している場所

これらの場所では、地震時に液状化現象が発生するリスクも高く、建物に甚大な被害をもたらす可能性があります。

 

軟弱地盤対策の主要工法と選定基準

軟弱地盤対策には様々な工法がありますが、主に以下の3つに大別されます：

1. 柱状改良工法：地中に柱状の改良体を造成し、建物を支える工法
2. 小口径鋼管工法：鋼管を支持層まで打ち込み、建物を支える工法
3. 表層改良工法：地表から一定の深さまでの地盤をセメント系固化材で改良する工法

これらの工法の選定基準は主に以下の要素によって決まります：

選定基準	説明
軟弱層の深さ	支持層までの深さによって適切な工法が異なる
地盤の種類	粘性土、砂質土、腐植土など土質によって効果的な工法が異なる
建物の規模・重量	建物の大きさや重さに応じた支持力が必要
周辺環境	振動・騒音の制約、作業スペースの制約など
コスト	工法によって費用が大きく異なる

例えば、軟弱層が比較的浅い場合（2m程度まで）は表層改良工法が適しています。一方、軟弱層が8m以上と深い場合は小口径鋼管工法が効果的です。また、中間的な深さ（8m程度まで）の場合は柱状改良工法が選択されることが多いです。

 

地盤調査の結果に基づいて、N値（地盤の硬さを示す指標）や支持層の分布状況を確認し、最適な工法を選定することが重要です。

 

小口径鋼管工法の特徴とメリット・デメリット

小口径鋼管工法は、支持層が深く（8m以上）、通常の混合処理では対応が難しい軟弱地盤に特に適した工法です。この工法では、鋼管を回転圧入させて支持層まで到達させ、建物の荷重を支持層に伝達します。

 

メリット：

• 施工性に優れている：先行掘削作業が不要で、回転圧入により手際よく施工できます。そのため、工期が短縮できます。

   

• 支持層の起伏に対応可能：支持層の分布深度に変化がある場合でも、適切な施工管理を行えば問題なく対応できます。

   

• 小型の施工機で施工可能：比較的小型の施工機械で作業できるため、一般住宅の地盤改良にも適しています。

   

• 振動・騒音が少ない：回転圧入方式のため、大きな振動や騒音が発生しません。

   

• 固化不良のリスクがない：セメント系固化材を使用しないため、土質による固化不良の心配がありません。

   

• 残土がほとんど発生しない：環境負荷が小さい工法です。

   

• 原状回復が容易：必要に応じて鋼管を引き抜くことができ、他の工法と比べて原状回復がしやすいです。

   

デメリット：

• 支持層が必須：支持層がなければ施工できません。

   

• コストが高い：同条件で比較した場合、柱状改良工法などと比べて費用が高額になります。

   

• 抜け上がりのリスク：造成して間もない盛土造成地などでは、圧密沈下が進行し鋼管が地表に出てしまう「抜け上がり」現象が発生する可能性があります。

   

小口径鋼管工法は、特に軟弱層が深く、セメント系固化材による改良が難しい場合に有効な選択肢となります。ただし、コスト面での検討も必要です。

 

柱状改良工法と表層改良工法の比較

柱状改良工法と表層改良工法は、軟弱地盤対策として広く用いられている工法です。それぞれの特徴と適用条件を比較してみましょう。

 

柱状改良工法
柱状改良工法は、地中にセメント系固化材と原位置の土を混合した柱状の改良体を造成し、建物を支える工法です。

 

• 適用深度：地中8m程度までの深さに施工可能
• 改良範囲：一般的に直径60cm程度の柱状の範囲
• 工期：1〜2日程度
• 費用目安：80〜120万円程度
• 特徴：
  • 軟弱層と改良体の摩擦力と支持層での支持力で建物を支える
  • 比較的広範囲の地盤改良に適している
  • 中程度の深さの軟弱地盤に効果的

  表層改良工法
  表層改良工法は、基礎下の表層部分をセメント系固化材で改良する工法です。

   

  • 適用深度：基礎下の表層2m程度に施工
  • 工期：1〜2日程度
  • 費用目安：80〜150万円程度
  • 特徴：
    • 残土が多く発生する
    • 軟弱層が比較的浅い場合に適している
    • セメント系固化材を使用するため、土質によっては固化不良のリスクがある

    工法選択のポイント
    これらの工法を選択する際のポイントは以下の通りです：

    条件	推奨工法
    軟弱層が2m以内	表層改良工法
    軟弱層が2〜8m	柱状改良工法
    軟弱層が8m以上	小口径鋼管工法
    腐植土や火山灰質粘性土が多い	小口径鋼管工法（セメント固化不良のリスク回避）
    コスト重視	表層改良工法または柱状改良工法
    支持層の起伏が大きい	小口径鋼管工法

    地盤の状況によっては、これらの工法を組み合わせて施工することもあります。例えば、部分的に軟弱層が深い場所には小口径鋼管工法を、それ以外の場所には柱状改良工法を適用するといった方法です。

     

    軟弱地盤対策と地震時の液状化対策の関連性

    軟弱地盤対策は、通常の荷重による沈下防止だけでなく、地震時の液状化対策としても重要な役割を果たします。特に日本のような地震大国では、液状化対策は軟弱地盤対策と併せて検討すべき重要な課題です。

     

    液状化現象とは
    液状化現象は、地震の揺れによって水を含んだ砂地盤が一時的に液体のような状態になる現象です。液状化が発生すると、建物が傾いたり沈下したりするだけでなく、地中の埋設物が浮き上がるなどの被害が生じます。

     

    特に以下のような条件で液状化のリスクが高まります：

    • 緩い砂質土で構成された地盤
    • 地下水位が高い地域
    • 埋立地や河川の近く

    軟弱地盤対策工法の液状化防止効果
    軟弱地盤対策として実施される各工法は、液状化対策としても一定の効果があります：

    1. サンドコンパクションパイル工法：

       砂杭を打ち込むことで地盤を締め固め、液状化抵抗を高める効果があります。この工法は液状化対策として特に効果的です。

        

    2. 小口径鋼管工法：

       鋼管が支持層まで到達することで、液状化層を貫通し建物を支持層に直接支持させるため、液状化の影響を軽減できます。

        

    3. 柱状改良工法：

       改良体が格子状に配置されることで、液状化層の変形を抑制する効果があります。

        

    4. 表層改良工法：

       表層部分が固化されることで、液状化の影響を部分的に軽減できますが、深部の液状化には対応できません。

        

    液状化対策を考慮した軟弱地盤対策の選定
    液状化リスクが高い地域では、通常の沈下対策に加えて液状化対策も考慮した工法選定が重要です。例えば、以下のような対策が考えられます：

    • 液状化層が浅い場合：表層改良工法や柱状改良工法で対応
    • 液状化層が深い場合：小口径鋼管工法やサンドコンパクションパイル工法を検討
    • 大規模な開発の場合：バイブロフローテーション工法などの専門的な液状化対策工法を適用

    地震時の液状化対策は、平常時の沈下対策と併せて総合的に検討することが重要です。地盤調査の段階で液状化リスクも評価し、適切な対策を講じることで、地震時の被害を最小限に抑えることができます。

     

    軟弱地盤対策の費用対効果と施工時の注意点

    軟弱地盤対策は建物の安全性を確保するために不可欠ですが、適切な工法選定と施工管理が費用対効果と工事の成功に大きく影響します。ここでは、費用対効果を最大化するためのポイントと施工時の注意点について解説します。

     

    費用対効果を高めるポイント

    1. 適切な地盤調査の実施

       詳細な地盤調査を行うことで、必要最小限の対策で最大の効果を得ることができます。調査費用を惜しむと、過剰な対策や不十分な対策につながり、結果的にコストが増大するリスクがあります。

        

    2. 工法の最適化

       地盤状況に応じた最適な工法を選定することが重要です。例えば、以下のような選択が考えられます：

       地盤状況	最適な工法選択	理由
       軟弱層が薄い	表層改良工法	低コストで効果的
       部分的に軟弱	部分的な対策	必要な箇所のみ対策
       支持層が深い	小口径鋼管工法	確実な支持力確保

    3. 複合工法の検討

       場合によっては、複数の工法を組み合わせることで、コストを抑えつつ効果を最大化できることがあります。例えば、建物の重要部分には小口径鋼管工法を、周辺部には柱状改良工法を適用するなどの方法があります。

        

    施工時の注意点

    1. セメント系固化材の固化不良リスク

       腐植土や火山灰質粘性土などの特殊な土質では、セメント系固化材が固化しにくい場合があります。このような地盤では、事前の配合試験が不可欠です。固化不良が懸念される場合は、小口径鋼管工法など別の工法を検討すべきです。

        

    2. 支持層の起伏への対応

       支持層の分布深度に変化がある場合、同じ長さの改良体を打設しても、一部が支持層に到達せず、不均等な支持力となることがあります。このような場合は、支持層の分布を詳細に把握し、改良体の長さを調整する必要があります。

        

    3. 施工品質の確保

       施工品質は地盤改良の効果に直結します。特に以下の点に注意が必要です：

       • 改良体の連