土木工事に欠かせない！《土量計算》の基礎をレクチャー！土量変化率の重要性も紹介！

土木工事に必須の土量計算、その基本的な計算方法

道路工事、ダム建設、土地造成といったさまざまなプロジェクトにおいて、掘削や盛土に必要な土の量を計算して、工事のコストやスケジュールを正確に計画するために必要不可欠な計算方法──それが、土量計算である。

土木工事では、土を工事前の地山にある状態から、ほぐして運搬し、締め固める。そうすると、そのそれぞれの状態で体積は変化する。これを土量変化と呼ぶ。

今回解説するのは、造成工事で土の運搬・分配計画を立てるために欠かせない土量の変化率についてである。

土は圧力等の加減によって密度が変化するため、山から掘削する土量と、建設現場で使用する土量は同じにはならない。

そのため、工事に必要な掘削量や、工事後にどれだけの余剰な土量が発生するかなどは、土量の変化率を計算してあらかじめ確認しておくことが重要だ。

土量の変化率は土工事のキホン！ 掘削から盛土まで、土の体積はどう変わる？

建物や道路をつくる建設工事の中でも、基礎となる土台を整える「造成工事」は土工事がメインとなる。

山を切り開いて平坦な地面をつくったり、逆に土手のように盛り上げた土地を新たにつくったりと、大がかりな工事になる。

土が必要な場合は、まず山で掘削を行い、ダンプカーなどに積込んで運搬してくる。

この掘削を「切土」、運搬してきた土を現場にあわせて盛ることを「盛土」と呼ぶ。

盛土は、地震や大雨で崩壊し、土砂崩れなどの災害につながるリスクを下げるため、適切な厚さにならす「敷均し（しきならし）」を行った後、ローラーなどで踏み固める「転圧」で密度の高い状態にすることが大切だ。

切土から盛土にする際、転圧などの工程によって土の体積は変化する。

この変化の度合いが土量変化率だ。土量は重さではなく、土の体積と認識しておくとスムーズに理解できる。

「地山」と呼ばれる土がもともとある山から掘削をすると、土は崩れ密度が緩くなるため、土量は増加する。

盛土を敷均し、転圧をかけると土の密度は地山にあるときよりもさらに高くなり、土量は減る。

このように、地山、切土、盛土という3つの段階で、土量はすべて異なってくる。

工事現場での土の不足や、余った土の処理問題を発生させないためには、切土と盛土は同じ土量にするのが最善である。

同じ土量になるよう、工事の計画段階で計算しておく必要があるというわけだ。

ほぐし率「L」と締め固め率「C」とは？

土量変化率は、地山にある土の土量変化率を1.0として考える。

掘削し、ほぐされた土量の変化率をほぐし率「L（Loose）」、その土を転圧し、締固められた土量の変化率を締固め率「C（Compact）」として、体積比で変化率を求めることができる。

それぞれの計算式は以下の通りだ。


これによってほぐした土量の変化率（＝L）、締め固めた土量の変化率（＝C）がわかる。これらの土量変化率を利用することによって、求めたい土量を計算することができる。


また、国土交通省の「土木工事積算基準」では、土質ごとの一般的な土量変化率を次のように定めている。


一般的に、掘削をすると密度が緩くなるため土量は増加し、Lは1.0以上となり、圧力をかけて締固めると密度が高くなり、Cは1.0以下となる。

ただし、岩や石の多い地山の場合は、転圧すると盛土の土量が地山を上回る場合もあるため、土質には注意が必要だ。

土量変化率を計算してみよう！

土量変化率の計算式に数字を当てはめて、具体的に見てみよう。以下の条件で計算例を挙げる。



という条件で計算例をあげてみよう。

①地山の土量2000㎥における運搬土量は……？

これは地山の土量からほぐした土量を求めればよいので、



②運搬土量400㎥における盛土量は……？

これは運搬土量＝ほぐした土量から、盛土量＝締め固めた土量を求めるので、



③盛土量900㎥における地山の土量は……？

これは盛土量 ＝ 締め固めた土量から、地山の土量を求める。



④ 盛土量が1,000㎥の場合、運搬すべき土量は……？

現場で活用されているさまざまな土量計算方法

こうした基礎を踏まえたうえで、実際の現場で土量計算をするためにはいくつかの方法がある。

それぞれプロジェクトを行う地形の状況や規模などによって、取り入れる手法はそれぞれだ。代表的な例を挙げていくと……。

平均断面法

土量を計算するための、いちばんシンプルな手法がこの平均断面法だ。

まず、現地の測量を行って、一定の間隔で断面図（横断図）を作成する。

そして各々の断面積を計算し、その感覚と平均の断面積によって土量を求めるという方法だ。



たとえば2点間の土量を求める場合、測量によって地点A1とA2の断面積と、そこからA1〜A2間の距離 ＝ Lを割り出す。

そこからA1〜A2間の体積＝土量を求めることができる。以下がその公式となる。


広い土地では、いくつかの測量点間で出された体積を合わせていけば、その土量を求めていける。

メッシュ法（柱状法）

こちらは現在、最も土木現場においてポピュラーな手法である。

対象区域を平面図上でメッシュに区分けする。

そしてそのメッシュ交点標高差を計測する。

そのうえで、各メッシュの面積と標高差から体積を割り出し、全体を合計することで土量が求められる。



このメッシュ法は先の平均断面法と比べ、広い区域にわたる土量計算が比較的正確にできるため、大規模工事や複雑な地形で効果的な手法である。

最新の測量技術を用いた土量計算

ところで、土量計算は一度で終わるわけではない。

大まかなスケジュールやコストを見積もるために計画・設計段階で、その後詳細な設計を行う際に行い、さらには施工前の準備で再確認をしなければならない。

また、実際に工事を進めていくなかで、土が膨張したり沈降したりすることがある。よって、その影響が出ないように施行の段階でも確認しなくてはならない。

さらには完成後には最終的な土量を確認し、報告書の作成を行う。場合によっては後処理をする必要も出てくる。

そのたびに測量し、土量計算を行うプロセスは、人的・時間的なコストが膨らんでいくことになる。

そこで、現在注目されているのが、これまでの測量手法を活かしたうえで、最新測量技術を使って土量計算を行う手法である。

ドローンや地上レーザー測量といった最新の測量技術を用い、現地のデジタル地形モデル（DTM＝Digital Terrain Model）を作成する。現況の地形と設計された後の地形を比較し、ソフトウェアによって土量を自動計算していく。

近年の技術の進化によって、精度は極めて高くなり、複雑な地形や大規模なプロジェクトでも、正確に土量を計算することが可能となっている。

さらに、導入コストも安くなってきており、多くの現場で活用が進んでいるのだ。

誰でも簡単に土量計算ができるスマホ測量アプリ「OPTiM Geo Scan」

こうした土量計算のプロセスを短縮し、圧倒的な生産性向上を実現できる3次元測量アプリとして注目されているのが、OPTiMの「OPTiM Geo Scan」である。

LiDARセンサー搭載のスマートフォンととGNSSレシーバー取得の位置情報を組み合わせることで、短時間で高精度な測量を行える画期的な技術だ。


さらには、さまざまなアプリと連携しており、測量データから平面図、縦断図、横断図を作図できる図化機能「OPTiM Geo Design」、さらに測量から得たデータの距離や面積計算が可能なオンライン点群処理ソフトウェア「スキャン・エックス」などと連携している。

とくに注目すべきは「スキャン・エックス」。こちらはリアルタイムにデータ連携を行い、遠隔でもデータの編集・解析・共有が可能なのだ。


さらに、測量データから土量の計算も可能で、上記に挙げたような複雑な計算を行う必要もなく、経験が少ない人でも簡単に活用することができる。




さらには、「OPTiM Geo Scan」で取得したデータを重ねてひとつのデータとして共有できるため、現場での確認漏れなどを防ぐことが可能だ。

加えて「スキャン・エックス」は、従来の点群処理サービスに加えて導入費用が約1／10という圧倒的な低価格と、高スペックなPCも不要という導入ハードルの低さが魅力的だ。

複雑で属人性が大きい土量計算の作業を軽減するためにも、導入を検討してみてはいかがだろうか。