地盤改良工法は改良原理によって大きく分類できる
地盤改良とは、軟弱地盤などの性質を改善し、構造物に必要な支持力や安定性を確保するための対策です。
日本建築センターの資料では、地盤改良工法を改良原理によって主に次のように分類しています。
| 改良原理 | 主な工法 | 主な目的 |
|---|---|---|
| 固化 | 浅層混合処理、深層混合処理、薬液注入など | 支持力の確保、沈下低減、液状化対策など |
| 締固め | サンドコンパクションパイル、振動締固めなど | 地盤の密実化、支持力向上、液状化対策 |
| 置換 | 良質土への置換、流動化処理土など | 軟弱地盤の除去、支持力の確保 |
| 脱水・排水 | バーチカルドレーン、グラベルドレーンなど | 圧密促進、液状化対策など |
| 荷重軽減 | 軽量盛土など | 地盤に作用する荷重の低減、沈下抑制 |
「地盤改良」というとセメント系固化材を使用する工法をイメージしやすいですが、原地盤を固める方法だけが地盤改良ではありません。
軟弱土を取り除いたり、砂地盤を締め固めたり、排水を促進したりする方法も地盤改良に含まれます。
どの工法が適しているかは、地盤改良の目的と地盤条件によって変わります。
建築でよく使われるのは固化材を混合する工法
建築物や擁壁などの基礎地盤では、セメント系固化材と原地盤を混合して強度を高める固化工法が使われることがあります。
代表的な工法が、
- 浅層混合処理工法
- 中層混合処理工法
- 深層混合処理工法
です。
原地盤をそのまま利用して改良体を造成できるため、軟弱土をすべて場外へ搬出する必要がない点が特徴です。
一方で、固化材の添加量や混合状態によって改良体の品質が変化します。
そのため、設計だけでなく、
- 地盤調査
- 室内配合試験
- 施工管理
- 品質検査
まで含めて地盤改良を計画することが重要です。
浅層混合処理工法は表層付近を面的に改良する
浅層混合処理工法は、バックホウやスタビライザなどを使用して、原地盤と固化材を混合する工法です。
固化材には粉体またはスラリー状の材料を使用し、原位置で直接混合する方法や、事前に混合して締め固める方法などがあります。
一般的には、地表面から2m程度までの比較的浅い地盤を改良するときに適用しやすい工法です。
浅層混合処理工法では、地盤を面的に改良できるため、
- 軟弱層が浅い
- 改良範囲が広い
- 基礎直下を一体的に改良したい
といった条件で検討しやすくなります。
浅層混合処理工法のメリット
浅層混合処理工法は、比較的簡易な施工機械で広い範囲を改良できます。
主な特徴は次のとおりです。
- 面的な改良ができる
- 比較的浅い地盤に適用しやすい
- 改良底面を確認しやすい
- バックホウなどを使用できる
- 原地盤を利用して改良できる
建築物の基礎地盤だけでなく、擁壁や土間などの支持地盤として検討される場合もあります。
浅層混合処理工法の注意点
浅層混合処理工法では、深くなるほど均一な混合が難しくなります。
特に確認したいのは、
- 改良底部まで固化材が均一に混合されているか
- 地下水や湧水の影響を受けないか
- 改良底面より下に軟弱層が残っていないか
- 改良地盤下部を含めて沈下に問題がないか
といった点です。
「浅層改良だから2mまで」と先に決めるのではなく、必要な改良深さを求めてから施工可能な工法を選ぶことが重要です。
中層混合処理工法は浅層と深層の中間を改良する
浅層混合処理では施工しにくい深さでも、大型の深層混合処理機を使用するほどではない場合があります。
中間的な改良深さを対象とするのが中層混合処理工法です。
『陸上工事における深層混合処理工法 設計・施工マニュアル』では、バックホウをベースマシンとして、最大深度13m程度を改良対象とする中層混合処理工法が実用化されていることが紹介されています。
ただし、13mという数字はすべての中層混合処理工法に共通する施工限界ではありません。
施工可能深度は、
- 使用する施工機械
- 改良方式
- 地盤条件
- 改良径
- 必要な改良強度
などによって異なります。
中層改良を採用するときは、対象とする工法の施工能力を確認する必要があります。
深層混合処理工法は深い軟弱地盤を改良できる
深層混合処理工法は、専用の施工機械を使用して、地中の原地盤とセメント系固化材などを混合する工法です。
地中に撹拌翼などを貫入し、原地盤と固化材を強制的に撹拌・混合して改良体を造成します。
改良体は工法や配置によって、
- 柱状
- ブロック状
- 壁状
- 格子状
などに配置できます。
建築物や土木構造物では、支持力の確保や沈下低減、すべり対策、液状化対策などに利用されます。
深層混合処理工法には複数の施工方式がある
深層混合処理工法はひとつの施工方法だけではありません。
大きく分けると、
- 機械撹拌方式
- 噴射撹拌方式
などがあります。
機械撹拌方式では、施工機械の撹拌翼を地中へ貫入し、固化材と原地盤を直接混合します。
噴射撹拌方式では、高圧で固化材などを噴射して原地盤を切削・撹拌しながら改良体を造成します。
同じ「深層改良」でも施工方法や造成できる改良体の形状が異なるため、工法名だけではなく施工方式まで確認することが重要です。
浅層・中層・深層混合処理工法の違い
固化材を使用する代表的な地盤改良工法を整理すると、次のようになります。
| 項目 | 浅層混合処理 | 中層混合処理 | 深層混合処理 |
|---|---|---|---|
| 主な対象 | 表層付近 | 浅層より深い地盤 | 深い軟弱地盤 |
| 改良形状 | 面状・ブロック状 | ブロック状など | 柱状・壁状・格子状など |
| 主な施工機械 | バックホウ、スタビライザなど | バックホウベースの専用機など | 深層混合処理専用機 |
| 特徴 | 広い範囲を面的に改良しやすい | 中間的な深度に対応 | 深い地盤まで改良できる |
| 主な注意点 | 深くなると混合管理が難しい | 工法ごとの施工能力確認が必要 | 施工管理・品質管理が重要 |
この表は大まかな整理です。
浅層・中層・深層という名称だけで工法を選ぶのではなく、実際に採用する工法の適用範囲を確認してください。
締固め工法は地盤を密実化する
締固め工法は、地盤に振動や静的な力を与えることで地盤を密実化する方法です。
日本建築センターの資料では、
- サンドコンパクションパイル工法
- バイブロフローテーション工法
- ディープバイブロ工法
- 材料圧入締固め工法
- 静的締固め工法
などが挙げられています。
砂質地盤を密実化することで、
- 地盤の支持性能を高める
- 地盤の変形を抑える
- 液状化抵抗を高める
といった効果を期待できます。
固化材によって地盤を固める工法とは、地盤を改善する原理が異なります。
置換工法は軟弱土そのものを取り除く
置換工法は、軟弱な地盤を掘削・除去し、良質な材料へ置き換える工法です。
比較的浅い軟弱地盤に適用しやすく、
- 良質土
- コンクリート
- 流動化処理土
などへ置き換える方法があります。
考え方がシンプルで、軟弱土を直接取り除けることが特徴です。
一方で、
- 軟弱土の掘削
- 残土の搬出
- 置換材料の搬入
- 地下水への対応
などが必要になります。
軟弱層が深くなるほど掘削量や搬出量も増えるため、深い地盤では他の地盤改良工法と比較する必要があります。
脱水・排水工法は水を抜いて地盤を改善する
軟弱な粘性土地盤では、地盤中の水を排出して圧密を促進する方法があります。
代表的なのがバーチカルドレーンなどの圧密促進工法です。
軟弱粘土に鉛直方向の排水材を設置し、排水距離を短くすることで圧密を促進します。
また、砂質地盤ではグラベルドレーンなどを設置し、地震時に発生する過剰間隙水圧を早期に消散させることで液状化を抑制する方法があります。
固化工法のように直接地盤強度を高めるのではなく、地盤中の水の動きを利用して地盤性能を改善する工法です。
薬液注入工法は地盤の止水性や強度を高める
薬液注入工法は、水ガラス系やセメント系などの薬液を地盤中へ注入する工法です。
薬液を地盤中の所定箇所へ注入し、
- 止水性を高める
- 地盤強度を高める
ことを目的とします。
既設構造物の周辺など、地盤を大きく掘削できない場所でも検討される工法です。
使用する材料や注入方法によって適用条件が異なるため、対象地盤に合わせた工法選定が必要になります。
荷重軽減工法は地盤へ作用する荷重を小さくする
地盤そのものを強くするだけが軟弱地盤対策ではありません。
地盤へ作用する荷重を小さくすることで沈下を抑える荷重軽減工法もあります。
たとえば、盛土材料の一部に軽量材を使用すれば、通常の土を使用する場合より地盤へ作用する荷重を小さくできます。
軽量材料として、
- EPSブロック
- 気泡混合処理土
などがあります。
軟弱地盤へ大きな荷重を加えること自体を避けるという考え方です。
地盤改良工法は目的を最初に決める
地盤改良工法を選定するときに最初に考えるべきなのは、なぜ地盤改良が必要なのかです。
主な目的には、
- 支持力の確保
- 沈下量の低減
- 不同沈下の抑制
- 液状化対策
- すべり対策
- 止水
などがあります。
たとえば、支持力不足が問題なのか、圧密沈下が問題なのかによって適切な工法は変わります。
目的を整理しないまま「浅層改良か深層改良か」を比較しても、適切な工法を選定できません。
地盤改良の目的を決め、必要な性能を明確にしてから工法を比較することが基本です。
地盤改良工法を選ぶときは地盤条件を確認する
地盤改良工法の選定には、地盤調査結果が欠かせません。
『陸上工事における深層混合処理工法 設計・施工マニュアル』でも、軟弱地盤は平面的な広がりや深さ、地層構造、土質などが場所によって変化するため、事前に地盤条件をできるだけ精度よく把握することが重要とされています。
少なくとも、
- 地層構成
- 軟弱層の厚さ
- N値などの地盤強度
- 土質
- 地下水位
- 有機質土など特殊な地盤の有無
を確認します。
固化工法では、原地盤の土質によって改良強度が大きく変化する可能性があります。
そのため、必要に応じて室内配合試験を実施し、設計・施工条件へ反映させます。
改良深さだけで工法を決めない
浅層改良・中層改良・深層改良を比較するとき、改良深さは重要な条件です。
しかし、改良深さだけで工法を決定するのは適切ではありません。
たとえば同じ5mの改良でも、
- 敷地が狭い
- 上空に架空線がある
- 隣接建物が近い
- 地中埋設物がある
- 地下水位が高い
- 騒音や振動を抑える必要がある
といった条件によって使用できる施工機械や工法は変わります。
『陸上工事における深層混合処理工法 設計・施工マニュアル』では、工法選定にあたって地盤条件だけでなく、
- 周辺環境条件
- 地下条件
- 機械条件
- 経済性
などを考慮する流れが示されています。
工法選定では、設計性能と施工可能性の両方を確認することが重要です。
周辺構造物への影響も工法選定に含める
地盤改良では、施工する地盤だけを見ればよいわけではありません。
施工によって、
- 振動
- 騒音
- 地盤変位
- 地下水への影響
- 周辺地盤への影響
が発生する場合があります。
特に市街地や既設構造物の近くでは、施工時の地盤変位が問題になる可能性があります。
必要な支持力を確保できる工法でも、周辺環境への影響が大きければ採用できない場合があります。
そのため、地盤改良工法は構造計算だけでなく施工条件まで含めて選定する必要があります。
工事費だけでなく施工性と品質管理を比較する
地盤改良工法を比較するときは工事費も重要ですが、最も安い工法が必ず最適とは限りません。
比較するときは、
- 必要な性能を満足できるか
- 現場条件で施工できるか
- 品質を確認できるか
- 工期に問題がないか
- 周辺への影響を抑えられるか
- 経済性に問題がないか
を総合的に判断します。
地盤改良は完成後に地中の改良体すべてを直接確認できる工事ではありません。
特に固化工法では、
- 固化材の添加量
- 改良位置
- 改良深度
- 撹拌状態
- 改良体強度
などを施工中・施工後に管理する必要があります。
施工できる工法ではなく、必要な品質を確実に施工・確認できる工法を選ぶことが重要です。
地盤改良工法を選定する基本的な流れ
地盤改良工法は、次のような順番で検討すると整理しやすくなります。
- 地盤調査で地層構成を把握する
- 地盤改良が必要な理由を整理する
- 必要な支持力や許容沈下量などを決める
- 必要な改良範囲と改良深さを求める
- 適用可能な地盤改良工法を抽出する
- 周辺環境や施工条件を確認する
- 施工性・品質管理・経済性を比較する
- 必要に応じて配合試験などを行う
- 地盤改良工法と仕様を決定する
重要なのは、最初から工法を決めないことです。
「浅層改良にしたいから改良深さを決める」のではなく、必要な改良範囲を設計した結果から、施工可能な工法を選びます。
地盤改良工法に関するよくある疑問
地盤改良工法にはどのような種類がありますか？
改良原理で分類すると、主に固化、締固め、置換、脱水・排水、荷重軽減などがあります。
建築物の基礎地盤では、セメント系固化材と原地盤を混合する浅層混合処理工法や深層混合処理工法などが使われることがあります。
浅層改良と深層改良はどう使い分けますか？
浅層混合処理工法は表層付近の比較的浅い地盤を面的に改良するときに適用しやすい工法です。
深い位置まで軟弱地盤が続く場合は、中層混合処理工法や深層混合処理工法を含めて比較します。
ただし、深さだけでなく地盤条件や施工条件も考慮します。
地盤改良工法はどれが一番優れていますか？
すべての現場に適した地盤改良工法はありません。
地盤条件や改良目的によって、適した工法は変わります。
同じ建物でも敷地条件が変われば、採用する工法が変わる場合があります。
地盤改良工法は地盤調査前に決められますか？
基本的には地盤調査結果を確認してから検討します。
地層構成や軟弱層の深さが分からなければ、必要な改良深さや適切な工法を判断できません。
地盤調査結果から地盤条件を整理し、必要な性能を決めたうえで工法を比較します。
まとめ｜地盤改良工法は目的・地盤・施工条件から選ぶ
地盤改良工法は、改良原理によって大きく、
- 固化
- 締固め
- 置換
- 脱水・排水
- 荷重軽減
などに分類できます。
建築物などの支持地盤では、固化材を原地盤と混合する浅層混合処理工法や深層混合処理工法が代表的ですが、すべての地盤で固化工法が最適とは限りません。
地盤改良工法を選ぶときに重要なのは、「どの工法を使いたいか」ではなく「地盤の何を改善する必要があるか」から考えることです。
地盤調査結果をもとに、
- 改良目的
- 地層構成
- 必要な改良深さ
- 支持力
- 沈下
- 地下水
- 周辺環境
- 施工条件
- 品質管理
- 経済性
を整理して、適用可能な工法を比較します。
必要な性能と施工条件の両方を満足する地盤改良工法を選定しましょう。
