硬い地盤と軟弱地盤

　地盤や土地は、その土地ごとに色々な性質を持っていますが、その土地が何に利用されるかによって問題とされる土地の性質は、異なってきます。例えば、その土地が畑に利用される場合には、「水はけの良さ」「表土に石が混ざっていない」「土壌の酸性度」などが問題にされるでしょうし、水田で有れば、「水持ち」「土地の痩せた肥えた」などが問題になるのでしょう。では、住宅建設地には、どんな要素が問題とされるかと言えば、「水はけ」「浸水の可能性」「地滑り」などに加えて、「地盤の軟らかさ」があげられます。地盤の上に建物を建てるので、地盤がその建物の重さに耐えられないと、建物にとって重大なトラブルが発生してしまいます。ことに諏訪盆地は、全国のランキングにも入るような軟弱地盤地域を抱えていますから、真剣に取り組む必要があります。

軟弱地盤と対策

　軟弱地盤という言い方をしますと、住宅地に適さないかのような印象を受けますが、決してそんなわけではありません。適切な対策を行いさえすればなんら問題は発生しないのです。
　適切な対策の手順としては、まず第一に調査です。地盤調査によって、その地盤の形質の概略を把握します。その後、この地盤に適した対策をいくつか提案し、費用対効果も考察の上いずれかの方法を決定します。このときポイントが２つ有ります。１つは、調査結果から対策を導いたプロセス、対策の安全率を施主様に分かりやすく説明する事。２点目は、費用が関係するので、どの方法を採るのかはお施主様と相談しますが、どの方法であっても安全度が、合格点に達している事（お客様が、「この程度でいいよ」と言ったとしても、その後問題の発生しそうな場合はOKできない）。　

地盤調査

　地盤調査の方法にも、何通りか有ります。大きな建物の場合は、ボーリング調査と言ってかなりの深度までボーリングして、各層ごとの土のサンプルを採取して調査をします。　　
　一般木造住宅の場合は、ボーリング調査をすると言う事はまずありません。木造住宅で良く行われる調査法は、1.スェーデン式サウンディング試験法（SS試験）、2.表面波探査法の２通りですが、当社は、SS試験によって調査をお願いしています（図１）



地表から５ｍ位までの地盤の概要を調査する事が出来ます。このSS試験は、調査が比較的簡単であるのに対し、調査能力が優れているので、現在では、小規模建築物の地盤調査と言えばSS試験を指すほどになっています。しかし、注意点としては「地盤の事をよく解っている経験者が調査をすべきである」「自動計測では、手に伝わる感触による土質の判断が出来ない」などが言われています。　
　さてこの地盤調査によって明らかにしたい事は、「地耐力の数値」です。　　

地耐力

地耐力という言葉は良く耳にします。「その地盤が、どれだけの荷重に耐えられるか？」を示した数値の事であり、１当たり何トン）とか何KNとか表示します。
　地耐力は、地盤の支持力と地盤の沈下量の２要素によって決定されます。

　地盤の支持力は、SS試験の結果から計算でき、何t/の荷重まで地盤が破壊しないかを示した数値です。この数値は、実際の計算値に3倍の安全率を見込むことという決めごとがあります。
　地盤の沈下は、SS試験によって地盤沈下が予想される地盤に対して、何t/の荷重までなら許容沈下量（10cm）の内輪に収まるかを示します。
この両数値の内、低い数値の方を地耐力として採用します。図２を見て下さい。

　

　木造住宅の一般的な基礎である、布基礎と、当社で採用しているベタ基礎が図示されています。建物の荷重は同じでも、地盤に対してかかる力は、地盤に接する基礎の底面積によって変わります（これを接地圧と言います）。例えば40坪総２階の住宅で、布基礎とベタ基礎を比較した場合その接地圧は、ベタ基礎に於いて半減します。地盤の破壊（支持力）に関しては、この接地圧と支持力のどちらが大きいかがすべてですから、明らかにベタ基礎が有利になります。これがベタ基礎が軟弱地盤に強いと言われる理由です（地盤沈下に関しては、もっと複雑な要素が入ってきます）。この様に、地耐力は大きいにこした事はありませんが、基本的には、建物の自重との相対的な関係にあります。建物の自重を小さくする事は、地耐力を大きくしたのと同様な効果が有ると言えます。建物の自重、接地圧を明らかにして、初めて地耐力の数値が利用できるわけです。
地盤の支持力と、地盤の沈下に関して図３のように例えてみます。

　

　雪が降ってから３日ほど経った状態を想像して下さい。雪の表面は溶けた後凍って少し硬くなっています。この状態の支持力が安全率を考慮しないと、約２t/だそうです。ここに体重80Kgの、当社中川君がまず下駄でのります。下駄の歯は、両足で4本、1本の底面積は20×3＝60。4本で240ですから、接地圧は、80Kg÷240＝3.3t/。これは地盤（雪面）の支持力2t/を超えているので地盤（雪面）が破壊されます。「ズボッ」という音と共に雪の中に落ちてしまいます。対して20cm×30cmの歯のない下駄でこの雪面にそっとのりますと接地圧は0.7t/ですから、地盤（雪面）は破壊されず、雪面に立っている事が出来ます。これがベタ基礎に当たります。
　地盤沈下については、豆腐を例に取ります。豆腐の上に缶詰を置いた時、缶詰の縁が豆腐にめり込みます。これが、地盤（豆腐の表面）が破壊された状態です。ところが豆腐の上に板をのせて、その上に缶詰を置きますと（接地圧が小さくなったので）豆腐の表面は、破壊されません。しかしそのまま１昼夜おきますと、豆腐の水が抜けて豆腐の背が低くなります。これが圧密沈下といわれる地盤沈下です。地盤の破壊は起きないけれど地盤沈下が起こるということはあり得るわけです。

偏心している建物の接地圧

　その前に、上記内容に追加したいことがあります。図A「歯のない下駄で雪面に立った時」を再掲します。



この図Aのままですと、接地圧は、0.7t/となって雪面は破壊されませんが、この状態からカカトの方に体重を徐々に掛けていくとどうなるか？下駄の後方に力が掛かってきて、雪面がそれに耐えられなくなると、しまいには下駄の後辺が雪面に「ズボッ」っとめり込んでしまいます。これを実際の建物に当てはめますと、ベタ基礎の中心と、建物の重心がずれている場合（偏心している）と考えられます。この場合は、図Bのように重心を中心として重さのかかる端までの倍の面積で荷重を負担すると考えます。ですから、偏心している場合は、接地圧が大きくなってしまいます。
　その他にも不同沈下の問題から言っても、基礎の中心と、重心は、近いほど好しいと言えます。しかし、その為に建物の形を制限するのも、お客様の満足を得られません。 この場合は図Bの様に重心側のベタ基礎を拡げて打設するのが大変有効です。重心と基礎心が近づく上に、ベタ基礎面積が増え、接地圧が減少します。

諏訪盆地の地盤沈下　〜盛り土による地盤沈下〜

　先月号で触れました「圧密沈下」は、上部荷重が地盤に影響して起こります。この上部荷重として建物の代わりに盛り土をしても同じ様に「圧密沈下」がおこります。
地盤沈下の事例として良く引き合いに出される「諏訪警察署」などはまさしくその典型です。図Ｃの様に、建物は杭基礎によって強固な地盤に支持されていますが、建物周囲の敷地に行われた１ｍの盛り土が、築後４年間で、75cmもの圧密沈下をしてしまったのです。

　

　私達は、一般に建物が杭によって固い地盤に支持されているのは理解しやすいのですが、その周囲の地盤が見る見る沈下していくのが盛り土に起因する事であるとは考えにくく、原因不明の地盤沈下に見えてしまいます。
　実際、原因不明と言うべき地盤沈下も諏訪盆地には存在しますが、それについては次の項で。
「盛り土に依って地盤沈下が引き起こされる。」というのは、結構ショッキングな事実ですが、「より広範囲の荷重ほど寄り深い地盤に影響を与える」と言う法則があるので、諏訪警察署や、諏訪実高校などが殊に目立った現象を起こしたと考えられます。

上部荷重に起因しない地盤沈下

　前項のように盛り土、建物等の地盤上部荷重によって引き起こされる地盤沈下の他に、昔から耕している田や畑が徐々に地盤沈下することがあります。原因は、地下水の汲み上げ、掘削工事による地下水脈の遮断等による地下水位の低下だと言われています。表１を見て下さい。

　

　諏訪盆地全域における地盤沈下は、平成４年〜９年の５ヶ年累計で、全国９位タイというランキングです。この現象の方が私達が思う地盤沈下のイメージと一致しやすいのではないでしょうか。
　建物を建てたわけでも、盛り土をしたわけでもないのに土地全体が徐々に沈下している。困ったことではありますが、事が広域に渡り、進行が微少のため、今のところ目立った被害は報告されていないようです。
　先程も述べましたが、この沈下の主たる原因は、地下水位の低下だと考えられています。但し、地下水位が下がればどの地でも地盤沈下を引き起こすものでは無く、軟弱地盤地域に於いて地下水位の低下がおきた場合に地盤沈下にストレートに結びつくとのことです。
　なお諏訪盆地については、地下水位の低下ではなく「温泉の汲み上げに依る深層地下水の圧力低下が影響しているのではないかと考えられている」と、長野高専の阿部廣史先生は、おっしゃっておられます。
　この様に人為に起因しない地盤沈下が発生している地域での地盤保証というのは、どんな具合にするのか興味深いところです。

スクモ層

　諏訪盆地の圧密沈下の最大原因は、「スクモ層」と呼ばれる「腐植土層」に有ります。圧密沈下は、土に含まれる水分が押し出されることによって生じると、先月号で豆腐を例にとって説明しましたが、この諏訪盆地スクモ層の含水比（土の中の、純粋な土と、水の比率）いくらだと思います？
　答えはなんと、純粋土：水=１：３〜４（300%〜400%)が諏訪スクモ層の一般値であり、普門寺付近では、600%〜800%だそうですよ。「それって土ではなくて、水じゃないのか！」と言うのが、この数値を初めて聞いた時の私の感想でした。

軟弱地盤対策

　軟弱地盤対策として、最も効果がある方法は、「杭基礎」です。これは、基礎杭を、支持力のある固い地盤まで打ち込んで建物を支持するので、軟弱地盤を無視してかまわないのです。
　しかし、一般の木造住宅で、杭基礎が行われることはまずありません。費用の問題もありますし、また杭打ち用の機械が、大変大がかりな物で、小規模住宅用地には乗り入れられないと言ったこともあります。その為、木造住宅の基礎は、軟弱地盤に何らかの手段によって直接支持させることになります。下記に代表的な対策を挙げます。


　この他に先月号でも述べましたが、建物の軽量化、建物及び基礎の剛性のアップ、建物重心とベタ基礎図心の近接、等は工法の何れかに依らず効果のある方法です。　　
　この対策の内で当社としては、浮き基礎改良工法に着目しています。理由は、1.当社のベタ基礎工法と相性がよいこと。2.建物荷重と同重量の土を排出すると、圧密沈下を検討する必要がないこと。3.比較的安価であること。と言った理由によるものですが実際には、計算値に基づきケース毎に対費用効果を検討し、どの対策を選択するか決めていくべきだと考えています。
　どの工法を選択するにせよ、その根拠として、建物荷重、接地圧、地盤支持力、沈下量、重心と基礎図心の計算値が必要です（即ち、選択の根拠を明示する）。この中でも、地盤支持力、沈下量の計算は大変難しいものです。当社は、この計算については、「安藤構造設計事務所」に、地盤調査と共にお願いしています。計算はもちろん、その元となるデータの読みとりに深い信頼を寄せているが故です。
　それから、忘れてならないポイントに「隣地への影響」が挙げられます。自分の建物は不同沈下を起こさなくても、補強の方法によっては、隣地を引きずり込んでしまうと言うことが起き得ます。これは、建物に限らず、擁壁等の施工によっても発生する可能性があるので、常に念頭に入れておかなければなりません。

軟弱地盤と地震

　軟弱地盤と地震の関係について触れます。軟弱地盤では地震の揺れの周期が長くなります。対して固い地盤では小刻みに揺れます。木造住宅固有の揺れの周期も長いものですから、軟弱地盤の揺れの周期と一致して、共振現象を起こし大変形することが考えられます。関東大震災の時、下町に被害が大きかったのはその為であったと考えられています。
　この対策としては、地盤に対してではなく、建物に対し、良好地盤に建てられたものに比して1.5倍の耐震性を持たせる事とされています。しかし、浮き基礎にEPSを敷き込んだ場合には、地震力を５分の１程度に軽減させることが実験によって報告されていますし、イカダ工法も地震に対して有効と言われているます。昨年９月に発生した「十勝沖地震」は、泥炭層という軟弱地盤を襲いました。その時の被害状況について、「北海道住宅新聞」に記事が載っていたので以下にそれを抜粋します。
　「軟弱地盤が原因と考えられる不同沈下は、十勝管内豊頃町では団地まるごと起きている例もあるが、隣家が傾いていないのに傾いている家もあり、単純ではない。豊頃町などの場合、軟弱な泥炭層が20〜30ｍにも及んでおり、古くは丸太をいかだ状に組んでその上に住宅を乗せた。池の上にハスの葉っぱを載せたようなこの構造は、実は地震に非常に強いことがわかった。
　この地域で杭を打つ場合、20〜30ｍ下の支持地盤まで届く杭を打つことは住宅では難しく、６〜７ｍの摩擦杭を打つことになるが、このケースは不同沈下を起こしている例が多い。杭が効いた部分と効かなかった部分があるためと考えられる。一方、いかだ組と同じ様な構造の耐圧板によるベタ基礎は不同沈下を起こしていない例が多い。揺れが収まったときには元通り泥炭層の上に浮かんでいるからだ。」
　　　　　　　（北海道住宅新聞　04.1.15より抜粋）

　この地では、浮き基礎改良工法は数少ないようでそれに対するコメントはありませんが、イカダ工法や、ベタ基礎が不同沈下に対し有効であったことが記載されています。地震時に建物を転倒させようと働く水平力と、地盤の液状化現象によって不同沈
下が起こったのだと推察されますが、接地圧の地盤支持力に対する安全率を高めておくと（イカダ工法、ベタ基礎）防御策として有効、と言うことだと思います。　

『まとめに』

　「圧密沈下」という現象は、大変複雑で、難しい問題であると言うことを再度確認しました。しかし、いかに難しい現象でも、それをクリアーし、この軟弱地盤に安全な家を建てることが、地場のビルダーである当社の使命です。その為には、調査、計算が大事であることはもちろんですが、「地盤を知りつくしている、何百事例も見ているプロの目、判断が、いかに必要であり、安心であるか、」と言うことを改めて痛切に考えさせられました。