地盤改良とは、建築物を建てる際に、元々の軟弱な地盤を強固な地盤へ改良することです。改良する方法は、置換工法、高密度化(締固め)、排水、固化など様々です。
また、比較的浅い地盤のみを地盤改良することを、表層改良といいます。

今回は、品質の良い地盤改良に関して、地盤改良の意味、置換工法、地盤改良に使用する固化材、支持層について少し詳しく説明します。

地盤改良とは?

地盤改良とは、住宅やビルといった建築物を地盤の上に建てる場合や、地盤の掘削する場合に、そのままの地盤では安定性が足りないことがあります。そのようなケースでは、人工的な処理を加えることにより、土質改良や地盤の強化を行います。

地盤が弱いと、建物の重量を支えることができず時間が経過するに伴い、不同沈下が起こり、建物に不具合を生じます。
つまり、地盤を補強することで、安定性のある地盤上に構造物を建てることができます。

地盤改良工事は、軟弱地盤が比較的浅い層で局部的に分布している場合に有効な工法です。
軟弱地盤は、建物が沈下や傾きを起こすような強度の弱い地盤です。軟弱地盤の上に、そのまま建物を建設することは法令上できないため、杭基礎の設置、地盤改良などの対応が必要になります。

また、軟弱地盤は「液状化」を起こす可能性が高い地盤です。
軟弱地盤の層が薄い場合は、地盤改良をして問題はありません。軟弱地盤にセメント系固化材を混ぜて、強度を高める方法などがあります。
しかし、軟弱地盤の層が厚いと、地盤改良するよりも杭基礎にする方が、経済的に望ましいと言えます。

地盤改良を実施せずに被害に遭った住宅は、資産価値も著しく低下してしまいます。また、自然災害でも被害を受けやすくなり、半壊や全壊のリスクが高まります。
地盤改良工事は、家を建てた後も安心して生活していくための重要な工事です。

それでは、次に地盤改良工法について見ていきましょう。

置換工法とは

地盤改良工法は、置換工法、固化工法、締め固め工法、排水工法などがあります。
ここでは主要な工法について説明していきます。

置換工法は、支持層（構造物の建設可能な固い地盤）までが比較的浅い地盤に対して、軟弱地盤などの一部、または全部を良質土に置き換える工法です。

さらに、置換工法は、下の2つの工法が代表的な工法です。
1.ラップルコンクリート工法
2.流動化処理工法

支持層とは

支持層とは「強度が高く、建設物の重量をかけても悪影響を及ぼす変形が発生しにくい地層」のことです。
一般住宅と、ビルやマンションでは建物の重量が異なり、ビルやマンションの支持層は一般住宅よりはるかに深い位置にあります。

地盤改良の１つは、建物の重量を支持層まで伝えることです。
軟弱な地盤の上に基礎を設置しても、力が伝わらず地盤は沈下してしまい、地盤改良が必要となります。

２つめは、不同沈下（軟弱な地盤の上に建物を建てたとき、建物の重みで地中の水分が横に逃げ、水分の失われた体積の分だけ地盤が沈下し、徐々に建物が傾いていく現象）の防止です。

軟弱地盤は圧密沈下、即時沈下などを起こすため、これらを防止する必要があります。

「N値」は、土の締まり具合や強度を求める基準となる数値です。
ボーリング調査と併用して行われる標準貫入試験の打撃回数がN値になります。
「N値」の数値が大きい程、固くて良好な地盤であると判断できます。

固化材工法とは

地盤改良工事で、一番多く使用されるが「セメント系固化材による改良」です。
軟弱地盤とセメント系固化材を混ぜ合わせると、セメント系固化材が軟弱な土と一体となって硬化します。これにより、安定した強度を持つ地盤になります。
地盤改良の固化材工法の分類方法は、さらに、「浅層混合処理工法」、「深層混合処理工法」などに分けられます。

「浅層混合処理工法」は、現場の土とセメント系固化材を撹拌混合し、転圧しながら締め固める工法です。

また、「深層混合処理工法」は、円柱状に改良体を設置する工法です。ブロック状の改良体を設置するためには、ラップ施工する(建物の基礎の底から支持地盤まで打設する)必要がありますが、改良体の攪拌・混合が不十分になるために、改良体内に強度の不揃いが生じることがあります。

ブロック状地盤改良工法は、専用バケットミキサーを使用して、土と固化材液（セメント系固化材＋水）を効率よく撹拌・混合し、改良体を立方体に設置する地盤改良工法です。専用バケットミキサーは、バックホウの油圧を動力源としています。
ブロック状地盤改良工法の内、ソリッドキューブ工法について説明いたします。

ソリッドキューブ工法

ソリッドキューブ工法は、現地の土とセメント系固化材のスラリー（セメント系固化材に水を混ぜた混合物）を混ぜ合わせ、一体となった流動体とする工法です。

ソリッドキューブ工法は、ブロック状（立方体）に改良体を築造し、改良体は流動性と自硬性を有することから締固めを必要としません。

ソリッドキューブ工法の特徴は次のとおりです 。

• 余剰土をあらかじめ掘削排土することで建設残土の発生を最小限に抑えることができ、工事費用を削減できます。
• 施工箇所の中央部を素掘りあるいは壷彫りすることで、支持層の目視による正確な判別を行えます。
• 攪拌促進ブレード付き攪拌混合装置により効率よく均質な改良体を築造することができます。
• 施工管理装置によりリアルタイムに改良体の攪拌混合度合、改良範囲を確認でき、これにより良質な改良体を築造することができます。
• 未固化試料採取装置を使用して、施工直後に任意の位置から複数の深度で試料採取ができます。

地盤改良工事の固化材

一般的に固化材は、土木用語では、「路床や路盤の安定処理を目的とした、土などに添加するセメント系や石灰系の安定材」のことを言います。そして、これらの固化材は、建設発生土や泥土の固化、軟弱地盤の改良、河川ヘドロなどの固化に使用されてきました。

地盤改良のための固化材としては、セメント、石灰が一般的ですが、それ以外に、これらを原材料としたセメント系および石灰系固化材があります。さらに、両者の機能を合わせたセメント・石灰複合系固化材もあり、近頃は、石膏を母材とした固化材や建設副産物を再生利用したリサイクル型の固化材まであります。

上記の固化材の特性は、その種類や建設汚泥の土質特性により大きく依存するため、要求される品質に適合するにはその固化特性に留意する必要があります。

セメントおよびセメント系固化材の特徴

安定処理用のセメントとしては、普通セメントや高炉セメントが多く用いられます。これらセメントを固化材として使用する場合の対象土質は砂質土が主なものです。

一方、高含水泥状物や高有機質土などの特殊土には、セメント系固化材があります。さらに、高含水有機質土用やヘドロ用、下水汚泥用などがあり、高アルミナ質の特殊なクリンカーの使用、成分・粒度の調整、反応促進剤の添加などを行います。これにより、セメント水和物の生成を促進し、種々の軟弱土を効率良く必要な強度が得られます。

また、近年、改良土設置後数十分～数時間の短時間で、安定処理する速硬性セメント系固化材や散布、混合・攪拌時の粉塵の発生を抑止した、発じん抑制型セメント系固化材等も使用されています。
セメント系固化材の使用に際しては、国土交通省の「セメント及びセメント系固化材の地盤改良への使用及び改良土の再利用に関する当面の措置について」の省令に準拠して、六価クロムの溶出に留意する必要があります。

まとめ

今回は地盤改良について説明しました。
日本は降水量が多く、軟弱な地盤が多いところです。地盤改良は、軟弱な地盤を改良して、沈下を防ぎ、地盤を強固に造り替えることです。

品質の良い地盤改良の実施にあたっては、現場の土質状況の正確な把握、支持層の正確な位置の把握、現場に相応しい固化材の選択、設置した改良体の必要な強度の達成などが重要な要素です。
今回は、効率的な地盤改良工事の実施、信頼のおける地盤改良の質、経済面での優位性などの観点から、ソリッドキューブ工法を紹介しました。