この記事では、地耐力についてご紹介いたします。

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地耐力とはなに？

地耐力とは、地盤がどれだけの強さに耐えることができるかということです。 地耐力は建物を建てる上で大事な基礎となり安全率にも大きく影響するため地耐力調査を行います。

地耐力が大きいことは、建物をしっかり支える力があることになり、建築の構造計算では、耐力としての意味があります。

耐力は応力を加えてひずみが出る許容応力度になり、許容応力度は計算によって求められます。30kn／㎡、50kn／㎡、100kn／㎡、200kn／㎡、300kn／㎡、5t／㎡、15t／㎡などの数値で表現します。

長期許容地耐力とは

長期許容地耐力とは、応力を加えていき、地盤にひずみが出るまで長いということです。地盤に重さや圧力が加わった時に、どれだけ抵抗する力つまり、沈下しないで耐えることができるかということです。

軟弱地盤なら杭基础の重さが加わった時にすぐに地盤が崩れてしまいます。このようにならないために建物を建てる時には、長期許容地耐力が必要になります。そのため建築では地耐力の検討・地耐力の算定・地耐力の計算・地耐力の確認が欠かせません。

地耐力で使う数値や単位3つ

地耐力は建物を安全に建てる上で大事なことです。地耐力にはどんな単位を使い、どんな試験方法や計算式を使うのでしょうか。地耐力を測定する試験方法や数値、単位、計算式などについてみていきましょう。

単位には「kN／㎡」を使い、地盤の強度を表すn値は「標準貫入試験」で分かり、地耐力の目安の確認方法は計算式を使います。

1：単位は「kN／㎡」

地盤の崩れに対する強さを表す単位に「長期許容応力度」があります。長期許容応力度で使う単位が「kN／㎡」です。「kN」のKはキロを表す単位でNは、力の単位ニュートンです。「kN／㎡」とは、単位メートルあたり何キロの力に耐えることができるか表す値になります。

地盤に圧力が100kN／㎡の基礎を打ち込む時には、地耐力が100kN／㎡以上必要になります。地耐力が100kN／㎡以下であれば基礎を打ち込んだ時、地盤が耐えきれないということです。地耐力の数値が高いほど地盤がしっかりしていることになり、固い地盤ということです。

2：n値は「標準貫入試験」で分かる

地耐力試験には「標準貫入試験」があり、地盤の強度などn値が分かります。標準貫入試験は、杭打機を使いボーリング抗を地盤に打ち込める打撃回数（n値）で求めます。 n値が分かることで、地盤の状態が推定できます。

n値が大きいつまり、打撃回数が多い場合は、地盤の土粒子の密度が濃く、重い建物重量に耐えられる地盤と判断できます。

3：地耐力の目安が分かる計算式

n値が分かれば地耐力の目安は分かります。地耐力の目安が分かるのが「n値×10（kN／㎡）」の計算式です。 支持層が砂質地盤であるためn値を10に仮定しています。

n値の目安は、砂質土、粘性土によって変わります。粘性土のn値が0から4の場合は、軟弱地盤となり、詳しい調べ方が必要になります。5から14は沈下の可能性があり、15以上の場合は、非常に固いことが分かります。

砂質土のn値が0から10はゆるい地盤になり、地震の揺れによる液状化の心配があります。10から30は中ぐらいの固さは中小の建築物には適応できますが充分とはいえません。30以上は密状態で固い地盤で大型の建築物に適応できますが、できれば50以上が望ましいでしょう。

地耐力を求める計算式3つ

建物を建てる前に行なう地盤調査によってN値などから地耐力を計算します。その後、地盤調査での地耐力の計算値をもとに、実際の地盤で現場試験（平板載荷試験）を実施して正確な地耐力を確認します。

地耐力を求めるために必要な計算式は、下記の3つの事項に分けられます。

・土の粘着力
・土の土被り圧
・荷重の分散効果

地盤に関係するそれぞれの3つの事項について、計算式と併せて解説します。

1：土の粘着力を求める計算式

粘土質地盤には粘着力があります。土の粘着力はN値と関係しており、N値が大きいほど粘着力の値も大きくなります。粘着力が大きいほど地耐力も大きくなります。

そして、粘土質地盤では時間とともに進行する圧密沈下が起きやすい特徴があります。そのため、土の粘着力は地耐力に大きく影響します。

ｉｑ×β×γ1×Ｂ×ｎ×Ｎｒ＝土の粘着力

2：土の土被り圧を求める計算式

基礎を土中に埋めた際にかかる圧が土被り圧です。したがって基礎の上に被っている土の単位面積当たりの重量を示します。そして、土の単位面積当たりの重量は、土質の種類で違います。

土被り圧は、作用する土の単位体積重量に、地上からある面までの距離をかけて計算します。

土被り圧は地下水位がある場合、水の浮力に対して作用する面は下向きの力になります。そのため、地下水位のある場合に計算式が変わるので注意しましょう。

ｉｑ×ｒ2×Ｄｆ×Ｎｑ＝土被り圧

3：荷重の分散効果を求める計算式

広い面積の基礎を置いた場合には、土に作用する力の範囲は面積に応じて広くなります。そのため、荷重の分散効果が働き、作用力は少なくなります。基礎幅が大きいほど地耐力も大きくなります。

荷重には、集中荷重と等分布荷重があります。荷重の分散効果を高める効果的な方法として、支点を増やす方法と厚い板を敷く方法で等分布荷重を作用させることができます。

ｉｃ×α×ｃ×Ｎｃ＝荷重の分散値

地耐力の調査方法3選

建物を建てる時には、建築基準法によって地盤調査は義務付けられています。地盤調査では、地盤の軟弱、建物の荷重に耐えられて、沈下しない地盤など調査する必要があります。

地耐力の調査方法についてみていきましょう。地耐力の調査方法には「標準貫入試験」「平板載荷試験」「スウェーデン式サウンディング試験」の3つがあります。 「標準貫入試験」「平板載荷試験」などにはどのようなメリット・デメリットがあるのか詳しくみていきます。

1：標準貫入試験

地耐力の調査方法には「標準貫入試験」があります。標準貫入試験は、「ISO 22476－3：2005」によって行われる地盤調査です。標準貫入試験には、ドライブハンマーが使われます。

ドライブハンマーに付いているノッキングブロックで打撃し、先端にある標準貫入試験用サンプラーが地盤に30cm埋まるまでの打撃数によってn値が分かります。

標準貫入試験の基準は50回が最大打撃回数です。標準貫入試験用サンプラーが30cmの深さに埋まるまで50回かかった場合は、n値50以上として記録されます。

しかし、積載荷重が安全に影響を及ぼす道路基礎の場合は、最大打撃回数60回とする場合があります。

標準貫入試験のメリット

標準貫入試験には「調査用途が多い」「精度が高い調査が可能」「液状化の判定が可能」のメリットがあります。

標準貫入試験は、宅地・倉庫などの中規模建築物から2階建て・3階建ての木造平屋のアパートや鉄筋コンクリートのマンションなどさまざまな用途で行われます。地盤深くまで調査できることや、サンプリングできることで液状化の判定が可能など調査の精度が高くなります。

標準貫入試験のデメリット

標準貫入試験には「時間と費用がかかる」「調査するための広いスペースが必要になる」「横方向の調査ができにくい」のデメリットがあります。 標準貫入試験はボーリング杭を使うため大掛かりな装置が必要になり費用と調査に時間がかかります。

調査が大掛かりになるため狭いスペースではできません。垂直方向に荷重をかけて行う調査方法のため地盤の横方向の状態が把握しづらくなります。

2：平板載荷試験

地耐力の調査方法には、地盤の沈下量を測定する「平板載荷試験」があります。平板載荷試験は、実際に建築する構造物に近い荷重を直接地盤に与えて信頼性を確認する試験です。

平板載荷試験では、架台に載荷板を設置して、そこに重機など載せて垂直荷重を与え、時間と強度などで極限支持力と沈下量が確認できます。

極限支持力とは極限の状態つまり、激しい揺れや振動と強い圧力が加わった時の地盤が崩れず耐えられる「最大せん断応力」のことです。沈下量は、建物にかかる接地圧によって沈む限界値を調査します。

平板載荷試験のメリット

平板載荷試験には「調査の信頼性が高い」「調査時間の短さ」「費用の安さ」「騒音や振動がない」のメリットがあります。 平板載荷試験は、実際に建築する構造物を想定した荷重で直接地盤が調査できるため信頼性が高くなります。

他の地盤調査のように大掛かりな設備が必要ないため調査時間が短くなりまた、安い費用で調査できます。ボーリング調査のように地盤を打撃することがないため音や振動がありません。

平板載荷試験のデメリット

平板載荷試験には「深い地盤の調査ができない」「調査箇所が多くなる」「支持力の評価が難しい」のデメリットがあります。 平板載荷試験は、架台に小さい載荷板を設置して行うため深い地盤の調査がしづらくなります。

つまり、地盤の表面部分だけの調査になり、表面下の地盤の状態が調査できないということです。小さい載荷板では調査箇所が限られるため、多くの箇所を調査しなければ地盤の強さと地盤の傾斜が分かりづらくなります。

地盤には土粒子の径によって粘土層・シルト・砂層・礫層があります。径が5㎛以下の場合は粘土5㎛から75㎛がシルト、75㎛から2.0mmが砂層、2.0mmから7520mmまでが礫層です。平板載荷試験で礫層を調査した場合は、支持力の評価が難しいのがデメリットです。

3：スウェーデン式サウンディング試験

簡易測定地盤調査方法としてスウェーデン式サウンディング試験があります。この簡易試験によって標準貫入試験の打撃回数n値に匹敵する換算n値が算出できます。n値は地盤の硬軟と密度が分かる一般値です。

換算n値は、標準貫入試験を実施しないで地盤の判断に使われる値です。スウェーデン式サウンディング試験には鉄の棒を使います。

鉄の棒を杭打ちのように地盤に差し込んで埋土の固さや土粒子などの密度を調査します。鉄の棒が差し込みにくい場合は地盤が固い評価し、簡単に差し込めた場合地盤がゆるい、弱いと評価します。

スウェーデン式サウンディング試験は、10mまで調査が可能で、手動式、半自動式、自動式の3つの方法があり、5測点から7測点まで種類があります。

スウェーデン式サウンディング試験のメリット

スウェーデン式サウンディング試験には「費用が安い」「時間がかからない」「手軽にできる」「スペースが必要ない」のメリットがあります。鉄の棒を使うといったシンプルな方法なので調査設備に費用がかかりません。

また、1日ほどで終わるので短い時間でできます。鉄の棒を地盤に差し込むといった簡単な作業なので手軽にできます。大掛かりな調査ではないため広いスペースが必要ありません。

スウェーデン式サウンディング試験のデメリット

スウェーデン式サウンディング試験には「調査深度に限界がある」「検査データの信頼性が低い」「硬い地盤に向かない」のデメリットがあります。 固い路盤に貫入することが困難なため調査深度が10mと限られます。

スウェーデン式サウンディング試験は、音と手に伝わる感触によって地盤調査するため、地盤に小石や鉄骨造、コンクリートなど破片がある場合は正確な調査はできません。地盤に異物がある場合は、抵抗があるため地盤が固いと判断されてしまいます。

地耐力と長期許容応力度の関係について

地耐力と長期許容応力度の指数が大きい場合は、地盤と建築物の両方が丈夫であることを示します。長期許容応力度とは固定荷重や積載荷重に対する許容応力度のことをいいます。

地耐力に応じた基礎構造を用いて建築する場合には、基礎強度を1／3倍した値を用いて長期許容応力度を定める必要があります。

ただし、構造用合板は含水率に対して強度4／5、弾性係数9／10の調整係数を加味することが推奨されています。

地耐力が低い時の地盤改良方法3選

地耐力が低く構造物を建築できない場合は、どのように対応するかご紹介しましょう。地耐力が低い時には「表層改良工法」「柱状改良工法（ジオコラム工法）」「小口径鋼管杭工法」の地盤改良方法があります。

では、「表層改良工法」「柱状改良工法（ジオコラム工法）」などはどのような方法で地盤改良するのでしょうか。また、各改良方法にはどんなメリット・デメリットがあるのでしょうか。

表層改良工法

地耐力が低い時の地盤改良方法には「表層改良工法」があります。表層改良工法とは、良好地盤と軟弱地盤の間に道路舗装に使われているアスファルトやセメントで固めて固結体を造る工法です。

地盤全体が軟弱の場合はできない工法で、軟弱部分が表面の時に用いられる地盤改良工法です。

日本には軟弱な地盤が多いため、沈下を防止する地盤改良が必要です。支持層が浅い場合には表層改良工法を用います。

表層改良工法のメリット

表層改良工法には「簡単な施工でできる」「地盤に異物混入でもできる」「費用が安い」のメリットがあります。 表層改良工法は、軟弱地盤の表面を固めるだけなので簡単にできます。

表面を固めるため、地盤の中に異物があっても工事に影響しません。作業が簡単で工期が短いため安い費用でできます。液状化対策にも適しており、施工は小型の重機で施工ができます。そして、構造物の滑り防止にも効果的です。

表層改良工法のデメリット

表層改良工法には、「スキルによってばらつきがある」「地盤が傾斜している場合はできない」のデメリットがあります。

地盤が傾斜していると施工が難しくなり、スキルによって建物の傾きが生じ、基礎にダメージを受けたり、ドアが閉まりにくかったりといった不同沈下が起きる可能性があります。地盤の傾斜角度がきつい場合は工事ができないことがあります。

軟弱地盤の深さが浅い場合に用いる工法のため、地盤を改良した面よりも地下水位が高い場合も工事ができません。

柱状改良工法（ジオコラム工法）

柱状改良工法（ジオコラム工法）は、良好地盤と軟弱地盤の中間に、セメントと水を混ぜたセメントミルク入りの柱状の改良杭を造り、地盤を向上させる効果のある工法です。

軟弱地盤が地表面下2mから8mの場合に適用される表层改良工法になります。杭の先端支持力と摩擦杭によって建物荷重による沈下を防ぐ工法です。

杭基礎は2種類あり、コンクリート杭と鋼杭があります。建物重量によって使い分けをします。

柱状改良工法（ジオコラム工法）のメリット

柱状改良工法（ジオコラム工法）には「周囲に迷惑にならない」「工期が短い」「信頼性がある」のメリットがあります。 振動が少なく、騒音もしないので周囲に迷惑になりません。工程が少ないため工期が短くなります。杭で支える工法のため強度など信頼性が高くなります。

基礎地盤の支持力が向上することで沈下対策としても効果的です。そのため、長期間にわたり地盤の強度を保つことができます。

柱状改良工法（ジオコラム工法）のデメリット

柱状改良工法（ジオコラム工法）」には「軟弱地盤の割合が多い場合はできない」「費用が高い」のデメリットがあります。

良好地盤と軟弱地盤の中間で改良する工法なので良好地盤が少ないとできません。セメントミルク入り杭作りにクレーンや施行機、プラントが必要になるため、費用が高くかかります。

一度、柱状改良工法（ジオコラム工法）で施工した場合には、地盤を元の状態に戻すのは難しいです。

小口径鋼管杭工法

「小口径鋼管杭工法」は、軟弱地盤、良好地盤の下に支持地盤を造って地盤を強化する工法です。支持地盤を造り一般構造用炭素鋼鋼管の杭で支える工法になります。

軟弱地盤の割合が多い場合に適用される工法です。つまり、柱状改良工法でできない地盤の時に有効になる工法になります。

地下水の影響を受けにくく、地盤が傾斜している場合も施工ができる工法です。

一般構造用炭支持地盤を造る素鋼鋼管の杭の構造は、円形になっており中身は空洞です。

小口径鋼管杭工法のメリット

小口径鋼管杭工法には「重い建物で安心」「土地質に関係なくできる」のメリットがあります。 小口径鋼管杭工法は支持地盤と一般構造用炭素鋼鋼管の杭があるので安心です。

ラップルコンクリートによる強い支持地盤と耐力、圧縮強度の面からさまざまな建築物に使われている一般構造用炭素鋼鋼管の杭で支えるため重い建物でも安心です。軟らかい地盤や固い地盤での土地質に関係なく使える工法です。

小口径鋼管杭工法のデメリット

小口径鋼管杭工法には「周囲に迷惑になる」「費用が高い」のデメリットがあります。 地盤に一般構造用炭素鋼鋼管の杭を打ち込むため振動や騒音がする場合が起きます。

設計により杭の繋ぎ溶接作業や切断が必要になることもあり、そのため他の工法より費用が高くなる傾向があります。

支持層がない地盤では小口径鋼管杭工法では施工できません。また、圧密沈下の大きな地盤では施工することで周囲の地盤が沈み、杭の抜け上がりが発生する可能性もあります。

家を建てる時はまず地耐力を確認して対策を施そう

地盤の調査には、さまざまな方法があり、軟弱地盤を改良方法も種類があります。それぞれにメリット・デメリットがあります。地盤の地耐力は、建物を安心して建てるために大事なことです。

建物などを建てる前の地盤調査は、法律によって義務付けられていますが、自分の家を建てる時の参考知識として覚えておきましょう。

地盤調査の結果で地盤改良が必要になった場合には、地盤の状態によって効果的な工法を活用して対策を施しましょう。

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