• 地盤の専門家神村真による宅地防災の情報発信サイト

私が土木業界から住宅業界に入ってきて感じたのは、「何処も同じ」というものでした。

土木業界では、標準貫入試験結果であるN値やコーン貫入試験結果等の「サウンディング」という簡易な調査技術を使って、あらゆる地盤定数を推定しようとします。一方、住宅業界では、スクリューウエイト貫入試験(SWS試験)によって、支持力や沈下などを予測しようします。

私は、土木業界での経験から、簡易な調査方法で計算した地盤定数を用いて設計した場合の工事費用は、詳細な地盤調査結果を用いて設計した場合の工事費用よりも大きくなることを学んでいたので、住宅業界でのSWS試験一択のやり方に違和感を覚えました。

今は、地盤改良会社の役員でもないので、自由な立場から話ができるので申し上げますが、SWS試験結果を用いて計算された沈下量なんて頼りにならないですよ。

今回は、沈下量の計算方法を再確認しながら、その頼りにならない度合いを確認していきます。

  1. 独り歩きする沈下検討の要件
  2. 圧密沈下の予測方法の課題
  3. 液状化による沈下の予測方法の課題
  4. まとめ

1.独り歩きする沈下検討の要件

平成13年国交省告示第1113号第2には、SWS試験結果のWswから沈下の検討が必要か否かを判断することができる目安が示されています(図-1参照)。でも、これは目安であって、「SWS試験結果が検討要件と一致するなら、次はどうするか」は、管理技術者である建築士が判断をする必要があります。

図-1 告示第1113号での沈下検討要件

私が住宅向けの地盤改良業者に在籍していた頃、「地盤補強工事業者は、地盤補強工事を受注するために、告示1113号の沈下検討要件に合致したら、すぐに補強が必要との判定を出す」と巷では陰口をたたかれていました。しかし、それは誤解で、地盤補強が必要だと判断すべき人は「建築士」です。

また、日本建築学会は、この告示に示された沈下検討要件に合致した場合、次に何をするかを図で示しています(図-2参照)。この図には、①基礎底面から下方に2mの区間にWswが1kN以下の地層があった場合で、特に「支持力の検討が難しい」と判断される場合や、②基礎底面から下方に2から5mの区間にWswが0.5kN以下の地層があった場合で、圧密度に差異があると考えられる場合に、追加で行うべき地盤調査の概要が示されている。

つまり、日本建築学会は、「設計者は、SWS試験結果だけではなく、必要であれば追加試験を実施して適切な地盤対策について十分に検討する」ことを求めています。建築士は、地盤改良業者に言われたくらいで、「はいそうですか」と言ってもらっては困るのです。このことを建築士が理解をしておかないと、地盤の安全性はいつまでも専門家でもない「地盤補強工事会社」や「地盤補償会社」任せのままです。

図-2 地盤調査結果の評価手順

【参考資料】日本建築学会:小規模建築物基礎設計指針,p.30,2008.

2.圧密による沈下量の予測方法の課題

日本建築学会は、図-2を示した節で、「SWS試験からは沈下の検討は難しい」と指摘し、少なくとも「土の含水比をもとに沈下量を計算する方法を推奨している」ことを示しています。要するに、「SWS試験で、基礎底面から下方に2から5mの範囲にWswが0.5kN以下の地層が確認されたら、土を採って含水比を計測して沈下量を計算しましょう」と言うことです。ここでは、なぜ、この沈下量の計算プロセスが妥当かについて触れたいと思います。

日本建築学会は、沈下量の予測式として、二つの式を挙げていることは、前回のブログでも記載しましたが、今回は、この式の詳細について考えていくことにします。

式(1)
式(2)

ここで、各定数は、それぞれ次の通りです。S:圧密沈下量(m)、Cc:圧縮指数、H:圧密対象層厚(m)、e0:初期間隙比、Δσ:地中応力増分(kN/m2 )、Pc:圧密降伏応力(kN/m2)、mv:体積圧縮係数(m2/kN)。

式(1)は、図-3に示す間隙比eと応力度 logσ (対数表示)の関係から導かれるものです。図-3は、日本建築学会の小規模建築物基礎設計指針に掲載されている図5.5.2を簡略化したものです。

図-3 間隙比と応力(対数表示)の関係

図-3から沈下量を算出するためには、まず、地中応力が、初期応力σ0 から建物荷重による地中応力増分Δσだけ増加したことで、間隙比がどれだけ変化するかを算出する必要があります。

図-3に示すように、初期応力が σ で、建物荷重作用後の地中応力( σ+Δσ )が圧密降伏応力Pcを超える場合、Pc の前後のe-logσ線の勾配を知らなければならないことに気づきます。

式(1)は、初期応力状態を圧密降伏応力Pcとしていているので、圧密降伏応力
PcからΔσだけ応力が増加した状態での沈下量しか計算していません。

小規模建築物基礎設計指針に掲載されている情報だけでは、この式の利用に必要な情報を得ることができません。その最大の理由は、Pcを推定する方法が示されていないためです。

圧密降伏応力Pcについては、今までにいろいろな式が提案されています。中でも大和ハウス工業と関西大学が1992年に発表してる研究内容は、予測式の精度が明確である点が素晴らしい。この研究成果の中で、圧密降伏応力Pcと一軸圧縮強さquの間には高い相関性があることが示されています(図-4参照)。

図-4 予測Pcと実測Pccの比較

【参考文献】平田茂良、八尾真太郎、西田一彦:粘性土の変形特性と物理・力学的性質問の重回帰分析による検討,材料,Vol.42, No.472, pp.8-14, Jan. 1993.

しかし、この図をよく見ると、圧密沈下の問題が顕在化しやすい沖積粘性土(完新統地層)では、予測値が実測値よりも大きくなる傾向にあるように見えます(図中の黒塗りのプロット)。また、最小値が1kgf/cm2(約100kN/m2)で、住宅の沈下に影響を及ぼす基礎底面から下方に5m程度での有効上載圧よりも、かなり大きな値であることが分かります。

これらのことから、私たちが住宅設計で用いる条件内で、この推定式を使用できるか否かは定かではないことが分かります。

一方、もう一つの沈下量の予測式である式(2)は、どうでしょうか?

この式に登場する体積圧縮係数mvは、式(1)での間隙比~地中応力関係の勾配(図-3中の Cs Cc )と同様の性質の定数なので、応力レベルによって値が変化します。特に、地中応力が圧密降伏応力よりも大きい正規圧密域では、mvは、 応力レベルによって値が変化するので、応力レベルを考慮したmvの予測式が必要になります。日本建築学会は、この点を解決するために、土の含水比を計測することで、応力レベルに応じてmvを推定可能な式を提案しています(式(3)参照)。

式(3)

ここで、各定数は、それぞれ次の通りです。 mv:体積圧縮係数(m2/kN) 、wn:自然含水比(%)、σ0:初期応力(kN/m2 ) 、Δσ:地中応力増分(kN/m2 )。

以上の結果を整理すると以下のようになります。

  • 式(1)は、圧密降伏応力を求めることができないので、SWS試験結果を利用して沈下量を予測することができない。
  • 式(2)と式(3)は、含水比を確認することで、圧密降伏応力に関係なく沈下量を計算できる。

つまり、沈下量を予測するなら、少なくとも、沈下対象層から土試料を採取して含水比(土に含まれる水の量)を計測する必要があるということです。

3.液状化による沈下量の予測方法の課題

液状化の危険度判定も疎かにされる調査項目の一つです。液状化する地域で、どの地層が液状化してどの地層が液状化しないかを知ることは、対策方法を考えるうえで最も重要なことです。

にもかからわず、液状化履歴のある地域でも、SWS試験だけでなんとかしようとする傾向があります。さらに悪いのは、消費者に対して、以下の二者択一を迫る工務店があることです。

  • お金を掛けて追加地盤調査を実施し、その結果から対策仕様を決定する
  • SWS試験結果のみから対策仕様を検討する

前者は、液状化の危険度を把握したうえで、必要な対策方法を検討できます。例えば、「震度5強程度の中規模の地震なら液状化しないと考えられるけれども、大地震時には液状化します。だから、大規模地震に耐えられる液状化対策を行いましょう。」という判断が可能です。

一方、後者は、「液状化しそうなので、液状化しなさそうな地層を支持層とした対策仕様としましょう。」という程度のことしかできません。

建築基準法施行令第38条には、以下のように記載されています。液状化によって地盤の沈下の可能性が予想されるのであれば、消費者に選択させるのではなく、建築士が、選択してください。

建築物の基礎は、建築物に作用する荷重及び外力を安全に地盤に伝え、かつ、地盤の沈下又は変形に対して構造耐力上安全なものとしなければならない。

建築基準法施行令第38条

もちろん、住宅業界は熾烈な競争社会でもあります。利益確保のためには、他社が消費者に勧めていないお金のかかることは勧めたくない気持ちはよく分かります。

しかし、ここまで法律に明確に謳われている以上、技術者である建築士がやるべきことを行わなければ、被害が発生した時に、責任を問われかねません。このあたりの法律から考えられる建築士としてやるべきことについては、よく検討されることをお勧めします。

なお、液状化による沈下量を算出する方法は、日本建築学会の建築基礎構造設計指針に示されていますが、ここで得られる沈下量は、「液状化前後での地盤の沈下量」です。建物荷重の影響は含まれていません。

計算で求めた液状化発生時の地表面沈下量が、比較的小さく、被害は軽微と判断されても、液状化している地盤に建物荷重が作用すれば、予想以上の沈下量が生じかねません。

このため、計算された液状化による地表面沈下量が小さいことだけから、対策不要と判断することは避けるべきです。

4.まとめ

以上のように、SWS試験だけで沈下量を予測できると考えるのには無理があることが分かります。

SWS試験はあくまでも簡易な調査方法で、建物荷重や液状化による沈下の影響検討が必要な場合は、適切な追加地盤調査を計画し、実施する必要があります。市場では、なぜか、この点が隠されています。

このため、多くの建築士は、SWS試験さえしていれば、住宅は設計できると思われているのではないでしょうか?

それは、間違いです。

例えば、新規盛土がされている場所では、以下のようなことを検討しなければ、安全な地盤補強仕様を決めることができませんし、これらの項目について答えを導くためには、「圧密試験」をする必要があります。

  • 新規盛土による圧密が完了しているのか?
  • 建物荷重を作用させt場合に「正規圧密領域」が生まれる可能性があるのか?
  • もしあるなら、「負の摩擦力」はどの程度の大きさになるのか?

圧密試験をしないで軟弱地盤対策仕様を検討するなら、圧密沈下しない地層まで杭状補強体を挿入して下さい。また、補強体の必要支持力計算時には、補強体周辺地盤の圧密沈下によって発生する「負の摩擦力」を考慮してください。

SWS試験は、地盤調査の一手法です。適用範囲を理解して、適切に使用しましょう。

神村真



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