浅層改良の設計｜2層地盤の検討にも対応

計算方法と適用範囲

このツールで計算できること

浅層改良（表層地盤改良）を施した直接基礎（連続基礎、延長1mあたり）について、小規模建築物基礎設計指針7.3節の設計フローに沿って、改良地盤の許容鉛直支持力度の検討、改良体下の未改良地盤（支持地盤）の検討、パンチング破壊の検討を行います。

未改良地盤の許容支持力度は、土質定数からの支持力公式のほか、指針が示すSWS試験・平板載荷試験による式からも求められます。さらに深部に軟弱層がある場合の2層地盤の検討にも対応します。長期・短期に対応します。

計算方法・使用式

• 平均接地圧: 基礎底面に作用する平均接地圧 q1 = N/B を求めます（式(7.3.1)）。偏心量eを入力した場合は、有効載荷幅 B' = B - 2e に等分布するものとして（Meyerhofの有効幅法）、以降の検討をB'基準で行います。
• 設計基準強度Fc: 直接入力するほか、既存資料から推定した一軸圧縮強さ quc をもとに Fc =（1 - m×V）× quc で換算できます（式(7.3.2)。m=1.3・V=0.45とする場合が多く、このときFcはqucの約0.415倍になります）。
• 改良地盤の検討: q1 が、改良地盤の設計基準強度Fcを安全率で除した許容鉛直支持力度 qa1 以下であることを照査します。長期は qa1 = Fc/3 です（式(7.3.3)）。
• 未改良地盤の検討: 荷重が改良体内で分散するものとし、荷重の分散幅 Bp = B' + Dp×(前面分散比＋背面分散比) に分散した応力 q' = N/Bp + 改良体の自重を、未改良地盤の許容鉛直支持力度 qa2 と比較します（式(7.3.4)(7.3.5)）。指針は基礎底面部から1:2の勾配法で両側へ分散させるとしており、既定値もこれに合わせています。
• qa2の求め方: 土質定数からの支持力公式（平成13年国土交通省告示第1113号の式。支持力係数は告示の表の直線補間か、建築基礎構造設計指針の一般式を選べます）、SWS試験による式(7.3.6) qa2 = 1/3×(90Wsw + 1.92Nsw)、平板載荷試験による式(7.3.7) qa2 = qt + 1/3×N'×γ2×Df の3つから選べます。Nswは150を超える場合は150として扱います。
• 支持力公式から qa2 を求めるときは、荷重の傾斜角 θ（tanθ = H/N）から求めた補正係数 ic・iγ・iq をかけます。また、q' に足した改良体の自重は安全率で割らずに許容側へそのまま足します（同じ指針の層状地盤の略算法と同じ組み方で、両側の自重が打ち消し合うためです）。
• 必要な改良幅: 指針は改良幅を基礎幅と改良厚さの合計（B＋Dp）以上とすることを求めています。分散比に1:2より緩い値を入れた場合は、基礎の全幅からその分散比で広げた幅まで改良しないと、見込んだ分散が成り立ちません。計算結果には、この2つの大きいほうを「必要な改良幅」として出します。荷重の分散幅 Bp は偏心があると有効載荷幅から広げるため、必要な改良幅とは別の値になります。
• パンチング破壊の検討: 改良地盤のせん断強度を c' = Fc/2 とし、qmax ≦ 2c'Dp/(3B') + qa2 を確認します（式(7.3.9)、布基礎の場合）。
• 短期の検討: 指針は第7章を長期荷重に対する設計法とし、短期荷重に対しては長期許容支持力を2倍した短期許容支持力で検討するとしています（7.1節）。これに従い、改良地盤は Fc を短期の安全率（既定1.5）で除し、SWS試験の式は2倍、平板載荷試験は告示の短期の式 2qt + 1/3×N'×γ2×Df、パンチング破壊のせん断の項は安全率1.5、支持力公式は短期の安全率で求めます。
• 2層地盤の検討（任意）: 支持地盤より下に軟弱層がある場合、荷重の分散幅Bpから勾配1/2でさらに広げた幅Bp2の位置の応力を、軟弱層の許容支持力度と比較します。同じ指針の層状地盤の略算法（5.4節 式(5.4.9)(5.4.10)）を改良地盤の下の層に当てたもので、上の層（改良体と支持地盤）の自重を応力に足し、許容側では安全率の外に出します。
• 支持地盤・軟弱層の土質定数は、N値からの推定（砂質土のφは大崎の式・旧道路橋示方書式 φ=√(15N)+15・道路橋示方書（平成29年）の式から選択、粘性土は c=6.25N）と直接入力を選択できます。地下水位以下は水中単位体積重量へ低減します。

入力と出力

入力: 支持力係数の求め方・検討ケース（長期/短期）、基礎幅B・根入れ深さDf・改良厚Dp・応力分散比（前面/背面）、荷重（鉛直荷重N・水平荷重H・偏心量e、または算定済みの地盤反力度）、改良地盤の設計基準強度Fc（直接入力またはqucからの換算）・安全率（長期・短期）・単位体積重量、未改良地盤のqa2の求め方（土質定数／SWS試験／平板載荷試験）とその入力値、支持地盤の土質（砂質/粘土質、N値またはc・φ、γ、地下水位）、2層地盤の条件、支持力の安全率（長期3.0・短期1.5が既定値）。

基礎の上に載る躯体の形状を節点座標で入力すると図に反映されます（計算には影響しません）。

出力: 改良地盤・未改良地盤・パンチング破壊の各検討のOK/NG判定、必要な改良幅と荷重の分散幅Bp、荷重の傾斜に対する補正係数、応力分散のモデル図。計算過程つきの帳票（計算書）を出力できます。

適用範囲・計算上の仮定

• 連続基礎（延長1mあたり）の検討です。
• 改良体は一体の版として荷重を分散させる扱いです。改良体の曲げ・せん断の照査は行いません（パンチング破壊のみ指針の式により確認します）。
• 指針は、一般の小規模建築物では水平力の検討を省略できるとしつつ、傾斜地や偏土圧などで常時水平力が作用する基礎では、水平力に対する安全性を別に検討する必要があるとしています（7.1節）。擁壁の基礎など水平力を受ける場合は、改良地盤の滑動・水平力によるせん断・曲げ、すべり破壊の検討が別に必要です。このツールでは行いません。
• 沈下量の計算は行いません（指針の設計フローでは沈下の確認が求められます）。沈下の検討が必要な場合は、地盤圧密の検討ツールなどを併用してください。
• 小規模建築物基礎設計指針は、浅層混合処理工法の適用範囲を地表面から2m以浅としています。根入れ深さ Df と改良厚さ Dp の合計（地表面から改良地盤の底面まで）がこれにあたります。それより深い改良も入力できますが、その場合は柱状改良など他工法との比較を含めて別途検討してください。
• 同指針が示す標準的な仕様は、改良地盤の深さが布基礎ベース下端から2m程度、改良地盤の幅が布基礎ベースの端部から両側にベース幅の1〜2倍程度、処理後の長期許容支持力度が50kN/m2程度です。設計基準強度Fcの既定値150kN/m2は、qa1 = Fc/3 = 50kN/m2 となりこの標準的な仕様にあたります。
• 改良体の平面的な広がりは、計算結果に出力する必要な改良幅を目安に設計者が決めてください。本ツールは実際に造る改良幅がそれを満たしているかの判定は行いません。なお指針は、設計上は各基礎の直下のみを改良すればよいものの、施工性および品質確保の観点から建物基礎で囲まれた建物全域を改良することを推奨しています。
• SWS試験・平板載荷試験によるqa2の式には、荷重の傾斜の項がありません。指針は、これらの方法を採用する場合は改良範囲および実際の基礎寸法と載荷板の大きさを考慮して採用することが必要としています。
• 改良地盤の設計基準強度Fcは、原則として試験施工や室内配合試験による一軸圧縮強度を求め、そのばらつきを考慮して設定します。指針は、試料採取が困難な場合などには式(7.3.2)により計算してもよいとしており、本ツールもこの換算に対応しています。
• 建築物のための改良地盤の設計及び品質管理指針（2018年版）にも浅層混合処理工法の設計が示されています。同指針の解説書で確かめた範囲では、改良幅は基本的に基礎幅以上あればよいとし（出幅が小さいと分散の効果は小さくなります）、改良厚さの「地表面」は施工基盤、パンチング破壊の安全率は常時3・中地震時1.5としています。本ツールの準拠先は小規模建築物基礎設計指針（2008年）で、改良幅は同指針の「基礎幅と改良厚さの合計以上」によります。
• 液状化地盤・傾斜地盤は対象外です。

使用基準・参考文献・設計者が確認すべき事項

• 日本建築学会「小規模建築物基礎設計指針」2008年: 7.1節（基本事項。短期は長期許容支持力の2倍、常時水平力が作用する場合の検討）、7.2節 (2)①（深層混合処理工法の設計基準強度の考え方。7.3節は Fc をこれと同様に決めるとしています）、7.3節「浅層混合処理工法」の式(7.3.1)〜(7.3.7)・表7.3.1・式(7.3.9)・図7.3.2・図7.3.3・④（改良幅）、5.4節 式(5.4.9)(5.4.10)（層状地盤の略算法）。本ツールの計算はこれに準拠しています。 Amazonで見る
• 平成13年国土交通省告示第1113号 第2（地盤の許容応力度）: 支持力の式、支持力係数の表と直線補間、荷重の傾斜に対する補正係数 ic・iγ・iq、平板載荷試験とスウェーデン式サウンディング試験による式の長期・短期。
• 日本建築学会「建築基礎構造設計指針」2001年改定: 式(5.2.3)〜(5.2.5)（一般式の支持力係数）、5.2節 d. 式(5.2.8)(5.2.9)（荷重の傾斜に対する補正係数。擁壁の基礎などを例に挙げています）、式(5.2.10)（偏心荷重の有効幅）、式(5.2.17)（大崎の式 φ=√(20N)+15）。 Amazonで見る
• 日本道路協会「道路土工－擁壁工指針（平成24年度版）」平成24年7月: 式(解4-5)（粘性土の粘着力と N値の関係。c=6.25N はこの範囲の値）。 Amazonで見る
• 日本道路協会「道路橋示方書・同解説 Ⅳ下部構造編」平成29年11月: 参考資料1 式(参1.1)(参1.2)（換算N値による砂のせん断抵抗角の推定式）。 Amazonで見る
• 日本建築センター「建築物のための改良地盤の設計及び品質管理指針」2018年版と、その解説書「改訂版 改良地盤の設計及び品質管理における実務上のポイント」2023年3月（日本建築センター・ベターリビング）: Q36〜Q38（中地震時の水平力に対する検討、傾斜荷重）、Q50（浅層混合処理工法の設計。改良幅・パンチング破壊の安全率）。2008年の指針との違いを示すために挙げます。

N値からの土質定数の推定は概略値です。旧道路橋示方書式 φ=√(15N)+15 は、上に挙げた基準書（現行の版）に載っている式ではありませんが、実務で用いられることがあるため選べるようにしています。沈下量の検討（指針の設計フロー⑦、式(7.3.8)）、設計基準強度と現場強度の関係（強度比・変動係数）の妥当性、固化材の選定や六価クロム溶出試験などの品質管理は、採用する工法・指針に応じて設計者が別途確認してください。

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