土木構造物設計なら神奈川県川崎市の株式会社SWIFT-コラム

2024年05月06日

建築や土木工事における安全と構造の安定性を保証するために、地盤改良は非常に重要な過程です。
この記事では、地盤改良の基本的な概念から、具体的な技術までを簡潔に説明します。

地盤改良とは

地盤改良とは、建設地の地盤が元々持っていた力学的な特性を改善し、建築物や土木構造物の安全性を高めるために行われる工法のことです。
不良地盤に対して、地盤の支持力を増加させたり、沈下を防ぐための処理を施すことが主目的になります。

地盤改良はその方法によって、物理的、化学的、生物的改良に大別されますが、ここでは主に物理的および化学的地盤改良方法に焦点を当てて解説します。

地盤の重要性と建築への影響

建築物やインフラが計画通りに機能するためには、地盤の安定が非常に重要です。
地盤が弱い場合、建築物は不均等に沈下したり、地震などの自然災害時に大きなダメージを受けるリスクが高まります。
したがって、地盤の状態を正確に把握し、適切な改良技術を選定することは安全性の高い建築のための重要なポイントです。

地盤改良が必要となる状況

地盤改良が必要となる具体的な状況には、自然由来のものと人為的なものがあります。
自然由来の要因としては、土の粒子が細かく密度が低い場所、地下水位が高い地域、過去に沼地だった地域などが挙げられます。

人為的な要因としては、過去の採掘活動による地下の空洞、不均等な土地利用による地盤の不均衡などです。
これらの状況下では、地盤改良無しに建築を進めると、将来的に建物に重大なダメージを与える可能性があります。

主要な地盤改良技術の概要

地盤改良技術は大きく分けて、物理的改良技術と化学的改良技術に分類されます。
物理的改良技術には、圧密方法や地盤置換、凍結法などがあり、主に土の密度を変更して強度を向上させることに焦点を当てています。

化学的改良技術では、固化剤の注入や土壌安定剤の混入を行い、土の化学的性質を変更して安定させる方法が含まれます。
どの技術を用いるかは、地盤の状態と建築物の要求条件によって異なります。

地盤改良の種類と方法をわかりやすく解説

地盤改良技術は建築物やインフラの設置に先立ち、地盤の持つ性質を向上させるために用いられます。
この技術には、物理的な手法と化学的な手法の2つの主要なカテゴリが存在し、それぞれが特定の地盤問題に応じて選ばれます。

物理的地盤改良技法

物理的地盤改良技法は、機械的または物理的な力を用いて地盤の密度や安定性を改善する方法です。
ここからは、地盤の密度を高める方法から、振動を使った圧密法など、さまざまな物理的改良技術について解説します。

地盤の密度を改善する方法

地盤の密度を改善するためには、主に機械的な力を用いた圧密や振動が利用されます。
この過程では、重機械を使用して地盤を圧縮し、空洞や隙間を減少させることで、支持力を向上させます。
密度が高い地盤は、建物や構造物の重量をより効果的に支持することが可能です。

振動圧密法

振動圧密法は、振動を用いて地盤中の粒子配置を整え、密着性と耐力を向上させる技術です。
この方法では、特に砂質や粒状の土壌に効果的で、振動によって粒子が再配列されることで密度が増加します。
振動圧密は、地盤沈下を防ぐためにも頻繁に用いられる手法の一つです。

ダイナミックコンパクション法

ダイナミックコンパクション法は、大重量の落下体を使用して地盤を繰り返し打撃することで、地盤の密度を高める技術です。

この方法は、深い層まで効果を及ぼすことが可能で、大規模な土地開発プロジェクトでよく採用されます。
打撃により生じる強力な衝撃は、地盤を効率的に再締め固めることができます。

プレローディング法

プレローディング法は、予め大量の荷重を地表に負荷し、その後の地盤沈下を防ぐために用いられる方法です。
この過程で土壌中の水分が圧搾され、地盤が安定化します。
特に粘土質の土壌に有効で、長期間にわたる自然な圧縮を人工的に速めることが期待できます。

砂置換法

砂置換法は、不安定な土壌を取り除き、その場に砂や他の安定した材料を充填する技術です。
この方法は、地盤を確実に支えられるよう改良するために使用され、特に液状化のリスクが高い地域において効果を発揮します。

その他の物理的方法

地盤改良には他にも様々な物理的技術があります。
たとえば、地下水位の調整を行うドレナージュ改善や、地盤に格子状の構造を作成するソイルネイリングなどがあります。
これらは特定の地盤条件や建設要件に応じて選ばれる方法です。

化学的地盤改良技法

化学的地盤改良技法は、化学物質を使用して地盤の物理的、化学的特性を変化させることで、土壌の強度や安定性を向上させる技術です。
混和式土壌安定法やジェットグラウティングなど、さまざまな方法が存在します。

地盤の化学的特性変更

地盤の化学的特性を変更することにより、土壌の性質を改善することが可能です。この技術では、特定の化学薬品を土壌に注入し、その化学反応によって地盤の凝固や硬化を促します。この方法は、土壌の持続可能な安定化を提供することができます。

固化剤による土壌改良

固化剤を使った土壌改良は、特定の化学物質を土壌に混入することによって、土壌粒子間の結合を強化し安定化させる方法です。
この処理により、耐久性や圧縮強度が向上することで、建設基準を満たす地盤を作り出すことが可能です。

ジェットグラウティング

ジェットグラウティングは、高圧のセメント系スラリーを地盤に注入し、周囲の土壌と混合しながら硬化させる方法です。
この技術は、地盤を大幅に強化し、防水性または耐震性を高めるため使用されます。特に複雑な地下条件が存在する場所で効果的です。

混和式土壌安定法

混和式土壌安定法は、セメントやライムなどの安定化材を土壌に混入し、改良された地盤を作成する技術です。
この方法は特に土壌の利用価値を向上させるために利用され、より強固で持続可能な地盤を実現します。

クロスリンクポリマー注入

クロスリンクポリマーを地盤に注入することで、土壌粒子間に強力なネットワークを作り出し、地盤全体の強度を向上させる技術です。
この方法は、非常に弱い土壌を改良するのに適しており、長期的な安定性が要求される環境下での使用が見込まれます。

その他の化学的方法

その他にも多くの化学的地盤改良技法があります。
例えば、土壌汚染の浄化を目的としたバイオレメディエーションや、特定の化学反応を利用した新しい材料の開発などが研究されています。
これらの技術は、地盤改良のさらなる可能性を広げるものです。

まとめ：建築プロジェクトにおける地盤改良の重要性

建築プロジェクトでは、安全と耐久性を確保するために地盤改良が極めて重要です。
適切な地盤改良技術を選択することで、構造物の寿命を延ばし、メンテナンスコストを削減できます。
このように、地盤改良は建築プロジェクトの成功に不可欠な要素であるといえるでしょう。