地盤補強の全知識：工法選定・設計・施工管理・コストと事例まで徹底解説

2025年12月25日 最終更新日時 : 2025年12月25日 エバープレイ編集部

はじめに — 地盤補強の目的と重要性

建築・土木における地盤補強（地盤改良、地盤改良工法を含む）は、建物や構造物の安全性・耐久性・性能を確保するための基本かつ重要な設計・施工活動です。過大な不同沈下、支持力不足、液状化、斜面崩壊などを防止し、長期にわたって構造物の機能を維持する役割を担います。本稿では、地盤調査から工法選定、設計上の考え方、代表的な補強工法の原理と適用範囲、施工管理、環境配慮、コスト・施工期間の目安、実務的な留意点までを詳述します。

1. 事前調査と設計前提

適切な地盤補強の第一歩は十分な地盤調査です。調査は設計の精度を左右します。

  • 地盤調査の種類：ボーリング（標準貫入試験SPT、採取）、コーン貫入試験（CPT）、平板載荷試験、室内土試験（粒度、液性限界、圧密試験）、地下水位観測、地表探査（地形・既往履歴）
  • 評価項目：土質分類、締固め状態、有機分や埋立て土の有無、地下水条件、地形・周辺影響、既存杭・埋設物の確認
  • 設計条件：許容支持力、許容沈下量（均等沈下・不同沈下）、施工上の制約、周辺既存構造物への影響、耐震性能（液状化対策含む）

2. 地盤補強工法の分類と原理

地盤補強は目的・深さ・土質により多様な工法が選択されます。主なカテゴリと代表工法は次の通りです。

  • 近表層改良（浅層）
    • 表層混合処理（粉体混合、化学固化）: 表層の改良による支持力向上・透水性改善
    • 深層混合処理（DMM：Deep Mixing Method）: セメント系を主とした固化材で土壌を攪拌して柱状体を作る
  • 締固め系
    • 動的締固め（ダイナミックコンパクション、震動ロール）: 緩い砂質地盤の締固めによる支持力向上
    • 振動版・バイブロフローテーション（石灰・砂の柱形成）: 振動で土を置換し支持体を形成
  • 柱状改良・置換工法
    • 軟弱地盤の石灰・砕石列改良（グラベルドレーン、石英柱）
    • バイブロフローテーション（石柱工）: 軟弱粘性土や沖積地で有効
  • 注入工法（グラウト）
    • 圧入注入：化学・セメント系グラウトにより隙間充填や沈下防止
    • ジェットグラウティング：高圧水やセメントスラリーを用い土体を撹拌・改質
  • 支持杭・柱（杭基礎）
    • 場所打ち杭、既製杭、摩擦杭・支持杭の選定により基礎を直接支持
  • 地盤排水・長期圧密促進
    • 帯水層の排水やプレロードと垂直排水（パーコレーション、パイプドレーン）で圧密沈下を促進
  • 補助工（地盤補強材料）
    • ジオテキスタイル、ジオグリッド、土留め（ソイルネイル、アンカー）などの複合利用

3. 代表的工法の詳細と適用性

ここでは実務で多用される工法について、長所・短所、適用地盤、施工上の留意点を述べます。

3.1 深層混合処理（DMM）

セメント系固化材を土中に混合攪拌し、柱状またはブロック状の硬化体を形成。支持力増加、地下水抑制、不均一地盤の安定化に有効。

  • 長所：周辺振動が小さい、比較的短期で強度発現、液状化対策にも適用可能
  • 短所：有機質土や高含水比土では品質管理が難しい、耐久性配慮が必要
  • 留意点：混合比・攪拌長さの管理、品質確認試験（コア採取・圧縮強度）

3.2 石柱工（バイブロフローテーション）

振動ロッドで砂や砕石を注入して柱を作り、地盤の剛性・透水性・排水性を改善。プレロード併用で圧密短縮にも有用。

  • 長所：処理速度が速く、比較的低コスト、液状化対策にも有効
  • 短所：礫混じりや強粘性土では困難、周辺振動が発生することがある
  • 留意点：柱間隔・径の最適化、沈下予測の検証

3.3 圧入・注入（グラウティング）

隙間や割れ目にセメント系や化学系グラウトを注入し、透水性低減や局部的な支持力向上を図る。既存構造物下の補強や止水に有効。

  • 長所：局所的補強が可能、既設構造物改修に適合
  • 短所：注入材の流動・拡散制御が難しい場合がある、環境配慮が必要
  • 留意点：注入圧の管理、漏洩監視、試験注入で効果検証

3.4 杭基礎（支持杭・摩擦杭）

深層の良質地盤まで杭を到達させることで直接支持する。大型建築や橋脚で標準的。

  • 長所：確実な支持力確保、設計域が広い
  • 短所：コスト高、施工振動・騒音、周辺への影響管理が必要
  • 留意点：打設時の沈設・摩擦力管理、周辺既設杭の確認

4. 設計上の検討項目

  • 支持力と沈下の評価（短期・長期）: 沈下予測（圧密解析）、支持層評価
  • 地震時挙動: 液状化評価（SLS/ULS設計含む）、地震時の沈下・傾斜評価
  • 周辺影響評価: 既設構造物への影響、杭抜き出し、変位限界の設定
  • 耐久性・化学的影響: 地下水や汚染物質との反応、固化材の長期強度低下

5. 施工管理と品質確認

地盤補強は施工中の管理と試験によって信頼性が担保されます。代表的な品質確認手法：

  • 現場試験：平板載荷試験、貫入試験、載荷試験、透水試験
  • 材料試験：固化体の圧縮強度試験、含水比・密度の確認
  • 無破壊検査：音波・反射法などで柱の連続性を確認
  • 施工記録：注入圧・注入量・掘削深度・攪拌回数などを詳細に記録

6. 環境面と規制・安全性

化学系材料の流出、地下水への影響、騒音・振動、廃棄物処理など環境配慮が必須です。地域の環境基準や建築基準法、土壌汚染対策法などの法令遵守が求められます。施工計画段階で環境アセスや監視計画を立てることが重要です。

7. コスト・工期の目安

コストは工法・施工条件・地盤特性・規模により大きく変動しますが、一般的な傾向は以下の通りです。

  • 浅層改良：比較的低コスト、短工期（数日〜数週間）
  • 石柱工：中程度のコスト、処理スピードは速い（面積に依存）
  • DMM・ジェットグラウト：中〜高コスト、品質確認が必要で工期は中程度
  • 杭基礎：高コスト、深度や本数により工期が長くなる（数週間〜数ヶ月）

8. 実務的な留意点と成功のポイント

  • 初期段階で地盤調査に十分な予算と時間を確保する。安易な調査省略は大きなリスクを生む。
  • 複数工法の比較検討を行い、最適解（コスト・リスク・周辺影響のバランス）を選定する。
  • 施工中のリアルタイムな品質管理（試験・記録）を厳格に行う。
  • 周辺環境・既存構造物への影響低減（振動・騒音対策、地下水保全）を計画に組み込む。
  • 長期維持管理（漏水、沈下観測、定期点検）の体制を確立する。

まとめ

地盤補強は安全で経済的な構造物を実現するための重要工程であり、適切な地盤調査、工法の選定、設計、施工管理、環境配慮の全てが整合して初めて成功します。最新の試験技術や材料、数値解析を活用することで、リスクを低減し最適な補強計画を立案することが可能です。計画段階から施工・維持管理まで一貫した品質管理体制を構築することが重要です。

参考文献

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建築・土木
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