粒径分布グラフの読み方と建築地盤判定への正しい活用法

粒径分布グラフの正しい読み方と建築地盤への活用

均等係数が10以上でも、そのまま「粒度が良い」と判断すると液状化リスクを見落とし、建物が傾く可能性があります。

粒径分布グラフ（粒径加積曲線）の基本構造と見方

粒径分布グラフは、正式には「粒径加積曲線」と呼ばれます。建築や土木の現場で地盤を評価するときに、まず最初に目にする基礎資料です。

グラフの横軸には土粒子の粒径をミリメートル単位の対数目盛で示し、縦軸にはその粒径より小さい粒子が全体の何パーセントを占めるかを示す「通過質量百分率（%）」を取ります。たとえば縦軸50%のラインを読み取ると、それが「平均粒径 D50」です。

読み取り値	定義	主な用途
D10（有効径）	通過質量百分率10%の粒径	透水係数の推定、液状化判定
D30	通過質量百分率30%の粒径	曲率係数の計算に使用
D50（平均粒径）	通過質量百分率50%の粒径	液状化判定の基準値
D60	通過質量百分率60%の粒径	均等係数の計算に使用

このグラフを一枚手元に置くだけで、土がどんな粒子で構成されているかが一目でわかります。これは使えそうです。

グラフの形状でざっくりした土質の特徴もわかります。カーブが急勾配で右側に偏っている場合は細粒分（シルト・粘土）が多い土、逆に左側に偏っていれば礫や砂が主体の粗粒土です。カーブが全体的になだらかで広がっていれば、大小さまざまな粒が混在する「粒度分布の良い土」であることを示します。

参考資料（粒径加積曲線の詳しい説明、均等係数・曲率係数の求め方）。
建築構造がわかるネット｜平均粒径d50とは？D10・D30・D60の意味と求め方

粒径分布グラフの作成に必要なふるい分析と沈降分析の違い

粒径加積曲線を正確に作成するには、試験方法の選択が非常に重要です。粒径が0.075mm以上の粗粒分には「ふるい分析」、0.075mm未満の細粒分には「沈降分析（比重計法）」をそれぞれ使います。

ふるい分析は、目開きの異なる複数のふるいを重ねて土試料を振り分け、各ふるいに残った土の質量を測定する方法です。使用するふるいの目開きは75mm・53mm・37.5mm・26.5mm・19.0mm・9.5mm・4.75mm・2.0mm・0.85mm・0.425mm・0.25mm・0.106mm・0.075mmの13段階で、それぞれ国際規格（JIS A 1204）に定められています。

沈降分析は、水中を落下する粒子の速度はその粒径に比例するというストークスの法則を応用した試験です。細粒分は極めて小さいため、ふるいでは分離できません。比重計を使って一定時間ごとに懸濁液の密度を読み取り、各深さにある粒子の大きさと量を逆算します。

• 粒径2mm以上の粗粒土 → ふるい分析のみで対応可能
• 粒径0.075mm〜2mmの砂分 → ふるい分析と水洗い処理を組み合わせる
• 粒径0.075mm未満のシルト・粘土 → 沈降分析が必須

現場では、試料に細粒分が混じっているにもかかわらず、ふるい分析だけで済ませてしまうケースがあります。これが問題です。細粒分が多い土でふるい分析のみを行うと、グラフの細粒側のデータが欠落し、液状化判定の誤判断につながる可能性があります。

試験方法の選択は、粒径2mmで分けるのが基本です。

参考資料（土の粒度試験方法の解説）。
一般財団法人建材試験センター｜土の粒度試験（ふるい分析・沈降分析の概要と手順）

粒径分布グラフから均等係数・曲率係数を読み取る正しい方法

粒径加積曲線から導かれる2つの係数が、建築地盤の評価で特に重要です。それが「均等係数（Uc）」と「曲率係数（Uc'）」です。

それぞれの計算式は次のとおりです。

• 均等係数 Uc ＝ D60 ÷ D10
• 曲率係数 Uc' ＝ D30² ÷（D10 × D60）

均等係数は「粒径の幅広さ」を示します。Uc が大きいほど、大きな粒から小さな粒まで幅広く混ざっている土を意味します。Uc が 1 に近いほど、粒径がそろったビー玉のような土です。

曲率係数は「粒径加積曲線のなだらかさ」を表す指標です。粒径分布の偏りや欠落の有無を判断するために使います。

粒度が「良好」とされるのは以下の条件を両方満たす場合です。

• 砂質土の場合：Uc ≧ 10、かつ Uc' ＝ 1〜3
• 礫質土の場合：Uc ≧ 4、かつ Uc' ＝ 1〜3

ここが重要です。建築現場では「均等係数が10以上だから粒度が良い」と判断されがちですが、曲率係数が1〜3の範囲を外れていると、実際には特定粒径が著しく欠落した土である可能性があります。均等係数だけで判断するのはダメです。

均等係数が大きくても曲率係数が外れている場合、たとえば Uc' が 3 を超えているケースでは、中間粒径が少なく締め固めたときに隙間が生じやすい地盤になります。このような地盤で盛土や基礎工事を行うと、沈下や液状化リスクが高まります。

曲率係数との組み合わせ確認が条件です。

参考資料（均等係数・曲率係数の求め方と粒度判定の解説）。
千三つさんが教える土木工学｜1.5 粒径と粒度分布（均等係数・曲率係数の詳細解説）

粒径分布グラフを使った液状化判定と建築基礎設計での活用

粒径分布グラフが実際の建築工事で最も直接的に影響するのが「液状化判定」です。液状化とは、地震の揺れによって地中の砂粒子間の接触が失われ、地盤全体が液体のように振る舞う現象です。2011年の東日本大震災でも、千葉県浦安市などで液状化による住宅被害が約4,000棟以上に達したことが記録されています。

日本建築学会「建築基礎構造設計指針」では、以下の条件をすべて満たす土層に対して液状化の判定を行うことを定めています。

• 地表面から深さ20m以浅の飽和土層
• 細粒分含有率（FC）が35%以下、または塑性指数（IP）が15以下
• D50 ≦ 10mm かつ D10 ≦ 1mm（粒径分布グラフから読み取る）

ここで注目すべきは、「細粒分含有率が35%以下」という条件です。粒径分布グラフで0.075mm以下の通過率が35%を下回っているかどうかで、液状化判定の要否が分かれます。

ただし、細粒分含有率が35%を超えていても、塑性指数が低い低塑性シルトでは液状化した事例も報告されています。グラフの数値だけを機械的に当てはめるのは危険です。

また、D50（平均粒径）が0.1〜0.5mm程度の細〜中粒砂が液状化リスクの高い範囲とされています。グラフ上でD50がちょうどこの範囲に来ている場合は特に注意が必要です。これはまさにA4用紙の厚さ（約0.1mm）から消しゴムの横幅（約5mm）の間に相当する非常に細かい砂粒です。

液状化リスクが高いと判定された場合、地盤改良や杭基礎の採用を検討することになります。小規模建築物向けには「小規模建築物の地盤の液状化簡易判定法（案）」（住宅保証機構）も参考になります。

参考資料（液状化判定の詳細基準）。
住宅保証機構｜小規模建築物の地盤の液状化簡易判定法（案）

粒径分布グラフを締固め管理・盛土品質管理に活かす独自視点

粒径分布グラフの活用場面として液状化判定ばかりが語られますが、実は「盛土の締固め管理」への応用でも見落とされがちな重要情報が含まれています。

粒径加積曲線が示す粒度分布の形状は、締め固めたときの土の密度（締固め特性）と密接に関係しています。大小の粒子が均等に混じる「粒度分布の良い土」は、大きな粒子の隙間に小さな粒子が入り込み、高密度に締め固まります。一方で粒径がそろいすぎた土は隙間が埋まりにくく、同じ転圧エネルギーをかけても密度が上がりにくいです。意外ですね。

建設現場では道路土工の基準として、締固め度90%以上（最大乾燥密度に対する現場密度の比）が求められています。粒度分布が良好な土であれば同じ転圧回数でもこの基準に到達しやすいですが、均等係数の小さい単粒度の土は転圧回数を増やしても締固め度が伸び悩む傾向があります。

土の粒度特性	均等係数	締固め特性	透水性
粒度分布良好	大（≧10）	◎ 高密度に締まりやすい	低め
粒度分布不良（単粒度）	小（＜4）	△ 締まりにくい	高め
細粒分多め	様々	含水比管理が必要	極低

透水性との関係も重要です。有効径D10が小さい土（細粒分が多い）ほど透水係数が低く、排水計画や地下水位の設計に直結します。粒径分布グラフからD10を読み取り、ハーゼン（Hazen）の経験式に代入することで透水係数の概算値を算出できます。

$$k \approx C \times D_{10}^2 \quad (C \approx 100 \sim 150)$$

この式でkは透水係数（cm/s）、D10はcm単位の有効径です。正確な値ではありませんが、排水設計の一次判断として現場で広く使われています。

粒径分布グラフを手元に持ちながら、「この土の締固め管理には何回の転圧が必要か、排水勾配はどう設定すべきか」という視点で読むと、工程計画や品質管理の精度が格段に上がります。結論は、グラフを液状化判定だけに使うのはもったいないということです。

参考資料（締固め管理と粒度分布の関係）。
建築施工管理技士向け解説｜土の分類・粒度分布と締固め特性の関係