戸田建設、併用型地盤改良工法を開発し地盤改良コストを約4割削減。浅い改良と深い改良を組み合わせ、床の沈下を抑える

戸田建設は、軟弱地盤における土間スラブの沈下対策として、地盤の表層部分を全面的に改良する「浅層混合処理工法（浅層改良）」と、地中に円柱状の改良体を造成する「深層混合処理工法（深層改良）」を併用した地盤改良工法を開発し、筑波技術研究所で建設中の新たな実験施設「（仮称）構造材料棟」に適用した。

当該敷地は、地表付近から軟弱層が厚く分布している。

建物本体は杭基礎で支持されているため沈下するおそれはないものの、地盤で支持される1階の土間スラブには、沈下やひび割れが生じる懸念があった。

そこで本技術を採用することで、構造スラブや深層改良のみで地盤改良する場合に比べて、コストを抑えながら、土間スラブの沈下量の低減とひび割れの抑制を可能にした。

軟弱層が厚いと、土間スラブの採用が難しくコスト増に

土間スラブは、地盤の上に設けるコンクリート床だ。

床にかかる荷重を主に土間下の地盤で支持するため、地盤条件によっては、梁などで支持する構造スラブに比べて床構造を合理化でき、施工性・経済性に優れた床構造として活用されている。

一方で、土間スラブの採用は地盤条件に大きく左右される。

表層地盤は埋土や盛土で構成されることが多く、軟弱な場合も少なくない。

軟弱層が浅い場合は浅層改良で対応できるが、軟弱層が厚い場合や少し深いところに存在する場合には、浅層改良だけでは沈下を抑えることが難しくなる。

このような場合には、土間下全面の深層改良や構造スラブを用いることになるが、コストの増加が課題となっていた。

今回、本技術を用いることで、土間スラブの合理的な採用を実現し、深層改良のみで地盤改良する場合と比べて、地盤改良にかかるコストを約40%削減した。

浅層改良で荷重を分散し、深層改良へ効率よく伝達

本技術は、杭基礎で支持された建物の土間スラブを対象とし、全面的に浅層改良した地盤と、その直下に設けた深層改良によって、土間スラブに作用する荷重を支持する構造だ。


土間スラブに作用する荷重は均一ではなく、積載荷重の大きいところや小さいところ、フォークリフトの走行範囲などによって変化する。

本技術では、土間スラブに作用した荷重を浅層改良部分で分散し、効率よく深層改良へ伝達することで、軟弱地盤にかかる荷重を減らし、沈下を抑止する。

なお、すべての軟弱地盤に適用できるわけではなく、とりわけ液状化地盤や圧密地盤に対しては慎重な検討が必要だとしている。

模型実験と三次元解析で検証。本数と配置を最適設計

本技術の特徴は以下の通りだ。

模型実験と三次元解析による検証

同社が保有する大型実験土槽を用いて模型実験を行い、併用型地盤改良の有効性を確認した。

さらに、三次元非線形有限要素法を用いたシミュレーション解析の結果を実験結果と比較・検証し、解析手法の有効性も確認している。

複雑な荷重分担メカニズムに応じた最適設計

土間スラブから伝わる荷重は、浅層改良部分で分散され、その直下にある深層改良体と軟弱地盤に伝達される。

このとき、荷重は軟弱地盤よりも変形しにくい深層改良体に伝わりやすくなるため、深層改良体の本数が多いほど、軟弱地盤が負担する荷重は減り、土間スラブの沈下量も小さくなる。


一方で、深層改良体の本数を増やすとコストも高くなる。

そこで同社は、実験と解析を通じて荷重の分散・伝達の仕組みを把握し、その結果を土間スラブの設計に反映することで、深層改良体の本数を抑えた低コストで合理的な土間スラブを実現する。