地盤と建設

招待論文

999o.l，1l7，N.
Vo1

わが閣にお ける軟弱地 盤改良工の 歴史的麗関
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品
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H(岡山大学環境理工学部)

oOKUMURArustaT

奥村樹郎

世界でも有数 の軟弱地盤国 であるわが国 の地盤改良工 についてその 歴史的経緯を まとめた。古くは置換工法が殆ど唯一の地盤改良法であったが、戦後は圧密理論に裏打ちされたパーチカルドレーン工法が導入され、更にパイプロフローテーション工法や動圧密工法がこれに続 いた。一方、 戦後十数年を 経てわが国狽 自の技術もし だいに開発さ れるようになり、サ ンドコンパク ションパイル 工法、生石灰 杭;工法、深 層混合処理工 法などが活用されることとなった。今後の方向としては既存の工法の設計法 a 施工法の一層の合理化とともに 環境に配慮し た工法や地盤 療境を改善さ せる工法の開 発が望まれる 。
キーワード: 地盤改良，置 換

l9圧密，締臨め ヲ化学的固化)
6.‑
A‑2，K
(IGC:A‑l，積層が厚くて 年代効果をあ まり受けてい ないのが一因 と考えられる。 また、軟弱地 盤が多いとい うだけでなく 、まえがき

わが国は世界でも有数の軟弱地盤国である。国土の70%が山岳地帯で あり、急峻な 山と急勾配の 川に降雨量過密な人口が 河口の平野部 に集中してい ることから軟 弱地盤を避けて 構造物を作る という選択が できず、社会 資も多いという 特質から河口 部での堆穣速 度が大きく、 沖

表 ‑1 軟弱地盤改良 工法の分類 1)

基本原理
言霊換

排水工法名置換工法
ブレローディ ング工法
パーチカルド レーン工法
生石灰杭工法
真空圧密工法
電気浸透工法ウェルポイン ト工法
ディープウェ ル工法
グフベルドレ ーン工法

{熊考制置換を含む
爆破置換・強主として粘性 土の排水によ る圧密効果に 期待

主として砂質土の排水による水位低下に力点がおかれるが、圧密 荷重の増大に も利用される
液状化対策

締固め杭工法圧縮

サンドコンパ クションパイ ル工法
パイプロフロ ーァーション 工法
重錘落下締固 め工法
爆破締固め工 法

砂質土の密度 増大、転圧も 含む

電気衝撃工法
混合処理工法 (浅層・深層 )路盤材料の改 良を含む

噴射援枠工法
化学的固化 注入工法
電気化学的国 結法(生石灰杭工法)
焼結工法
凍結工法
熱処理
シート工法、 ネット工法
補強

杭体の固化を 期待する場合
一時的な固化敷そだ、ロー プネットなど を含む

補強土工法
サンドコンパ クションパイ ル工法
深層混合処理 工法

粘性土を対象 とする場合
噴射境枠工法 を含むーよ奥村

本の投資効率を著しく慈くしているのが実情である。

る。このため、すべて の工法を整然と分類す ることは図難であり、また、人に より分類の仕方にさま ざまな考え

ごうしてわが国は世界 で最も軟弱地盤改良工 事の多い国となっており、現在 では細分すれば数十種 類の地盤改があって統一的な分類 法はない。ここでは極 く一般的に良工法が活用されている。

知られている代表的な 工法を取り上げ、筆者 の主観をま

わが国の軟弱地盤改良 工法は戦後の十数年間 、欧米のじえた分類を表‑‑1に示す 1)。

先進国から導入される ことが多く、新しい工 法の発明@各工法の利用面からみ た特徴をこれも筆者の 主観をま開発はほとんど見られ なかった。ただ、当時 の日本の技じえて表 ‑2に示す 1)。ここで設計精度の低 いものや施術の特徴として施ヱ法 の改良や施工機械の大 型化は進め主管理の必要性の大き いものは今後の課題や 研究の必要られた。その後、新し い工法の技術導入ばか りでなく、性も大きいことになる。

わが国独自の開発も盛 んとなり、現在では独 自開発技術が全体でもかなりの部分を占めるようになっている。

一般的に蓄えることは 各工法とも実用が先行 し、設計本文では初めにわが国 で採用されている軟弱 地盤改良法が必ずしも確立して いないことである。設 計法は施工法やその精度(改良土の品質や施工位置などのばらつ工の種類と特徴を概観 し、次いで主な工法の 歴史とそのき)によって変わるも のであり、現場の改良 効果をも勘盛衰についてまとめてみた。

案する必要がある。と ころが改良効果や精度 を確認するための調査法が確立し ていないことが多く、 またデータ

2. 軟弱地盤改良工の種類 と特徴が不充分で設計法の改 善にまで至らないこと が多い。共

わが国で採用されてい る軟弱地盤改良工は純 分すれば数十種類にも達する。しかも、通的な今後の課題といえよう。

時ほどではないにせよ、各議の地盤改良工法が いつの時期から実用化 されたか

日進月歩で改良が加えられ、新しい工法が出現している。

をまとめると表‑‑3のようである。すなわ ち、戦前は置また各種の工法を組み 合わせて用いることも 行われてい換工法が殆ど唯一の地 盤改良法であり、補助 工法として

表 ‑2 地盤改良工法の特徴 1)r

自I

一 多 第 ト工川
法名の権 一鱒3
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霊童換工法

滋滅的な S
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E密工法

ノマーチカルドレーン

封サンドドレーン工法

ト一一一やit下防止を期待する工法

プラスチックドレ}ン工法

水位低下
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ウェルポイント工法を利用する工法

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主主石灰統工法

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シート・ネットヱ法

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獄事由工法

中 中 中 多中 中

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ロッドコンパクションヱ法

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グラベルドレーン工法
ドレーンパイプ工法

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わが国における軟弱地殻改良工の歴史的展開

表 ‑3 主な軟弱地盤対策工法 のわが国における発展 過程
改良原理

霊百エ

ヱ学的方法
掘削百置換

韮1強制潰換強法』
持1930年 代

li

震換エ法
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告震換エ

〈土山換ι

用期

時

1940年 代 11950年 代 11960年 代 11970年 代

1980年 代1990年 代66918291

ブレローデイング工法

自然!玉密(CDM研究会マニュアル)

実

2591ドドレーン

7691めサンドドレーン工法

加圧脱水

3691

ボード系ドレーン工法

見I
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水 仁 拠 水ウ ェL

大ノレポイント工法
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3691

生 石 灰 パ イ ル 工 法

化学的脱水

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表国結11ii:件混合

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:床や杭基礎が用いられる程度であった。戦後、)950t
そだ f. 各工法の歴史的展開
3

年代に圧密理論に裏打 ちされたプレローデイ ング工法、

3.1 置換工法司

サンドドレーン工法や カードボードドレーン 工法が導入

置換工法は最も古い地盤改良工である。通常、掘削され、続いてパイプロ フローテーション工法 、薬液注入機あるいは、凌淡船に より軟弱な粘性土を掘 削除去し、良工法、やや遅れて動圧密工法(重錘落下締固め工法)質の砂質土を充填する 「掘削置換工法」が近 代的な置換などが導入されて地盤 改良メニューが豊富と なった。一0 年を経てわが国独自の 技術もしだいに開発
方、戦後 1工法の主流である。こ の他に築堤のような上 載荷重により滑り破壊を起こさせ 、強制的に軟弱粘性土 を排除してされるようになり、サ ンドコンパクションパ イル工法、上載土砂と入れ替える 「強制置換工法 J がある。また、

生石灰杭工法、やや遅 れて深層混合処理工法 などが実用

これを一歩進めて上載 土砂に注水したり軟弱 地盤に爆薬0年0年代から 759されることとなった。 全体的にみて 1を仕掛けたりして破壊 を助ける「爆破置換工 法 J も行わ代にかけて多くの新し い工法が実用化されて いることがれる九。
明jる5 (運輸省港湾局) 3)
型75‑169
表 ‑4 港湾における地盤改良工事、 1置換i

υて‑チ 〉ルドレーン￨サ〉ド 1ンパクションパイル
￨その他
十言件数(%))
86(021)51(62)
31(324)(7)001(671‑3‑改良延長.m (%))
67(2221，44)
1(9547，)8(6014，)2(553，1)0102(4541ヲ

奥村

江戸時代、河川堤防の築造に関して「お化け丁場」で259
わが国には石井靖丸によって技術が導入され、 1難儀した話が伝わっている。これは築堤土砂が一夜のう8工 事 に 初 め て 採 用 さ れ た ぺ 陸
年、長崎漁港の岸援復 1ちに滑り破壊を起こし、軟弱地盤中に没して姿を消した

上工事では岡山県の金浦道路が最初である7)。その後サもので、意図せずに強制置換工法が行われ、軟弱地盤が5ヲ 年 の 伊 勢 湾 台
9ンドドレーン工法は次第に発展し、 1改良されていたものである。現在でも軟弱粘土による埋風による災害の対策事業として建設された名古屋港高瀬

立地で工事用道路を先行させる場合など、この強制置換防波堤では 5万 本 の サ ン ド パ イ ル が 打 設 さ れ て い る 刊

工法が施工されているケースは多い。こうして置換工法

しかしこの頃、経上の道路盛土などの経験から+j‑ンドド

は軟弱地盤改良工法のうち最も長い歴史を持っている。

レーン無効論が台頭し、一時は論争が巻き起こったがへ強制置換工法は最も安価で省エネルギーの工法である

少なくとも強度に関しては、また、土賓が比較的一様なが，賓換断面を規制することができず、軟弱粘土を不規海上部においては有効で、あることが結論付けられ、関西則に残して更なる破壊や不同沈下の康民となることが多

0 万本が打殺されて0
国際空港の第一期埋立て工事では 1い。とのため、近年の建設工事では掘削置換工法が主流いる。サンドドレーンとなっている。高度経済成長が華やかな嘆には本:工法が。
す最も盛んで、他の工法を圧していた。表… 4はその一例

サンドドレーンの施主で最大の問題はサンドパイルの、 1970 年代の港湾工事では地盤改良の 3/4が掘削置で砂切れである。殊に、超軟弱の地盤や側方変位の大きい換工法であったことを示している

場合にはその危険性が高い。これを防ぐために砂を袋詰

しかし、最近では掘削粘土の捨て場所がなくなり、良769めにするブァブリパックドレーンが開発導入され、 1ぺ東京国際空港

質砂の確保が困難となり、また、掘削に伴う海の濁りな年から埋立地などで活用されている

ど環境問題が厳しくなって本工法もすたれてきた。殊にの沖合展開においてもこの方式のサンドドレーシが多数

阪神大震災で神戸港の岸壁まや防波堤が置換部の液状化に打設された。

i

よって大変位。変形を起こしたことから、置換工法は液状化に弱いことが判明しp

3.3 その他のバーチカルドレーン工法

今後は更に採用が控えられる

サンドドレーンよりやや遅れてカードボードドレーンこととなろう。

(ペーパードレーン)が開発され3.2 サンドドレーン工法)、欧州で広く使わ113年に導入されている 12)。しかし、69れた。わが国には 15293 年、テルツアーギの庄密理論が公表され、 1291

カードボードの材質はボール紙で、折れたりカビが生え、 Erdbaumechanik が 出 版 さ れ る に 及 ん で 軟 弱 粘 性 土
年たりして目詰まりを起こしやすい。代わって合成樹脂製地盤の沈下問題が工学的に計算できることとなった。サのプラスチックボードドレーンが各種考案され、現在でンドドレーン工法はこの圧密理論から排水距離が半分にはカードボードは使われていない。

な れ ば 圧 密 時 間 が 1/4になる性質を応用したもので、プラスチックドレーンは当初陸上のみで使われていた

4 年、サン
39r によって提案され 4)、 J
etro
アメリカの Pが、最近は海上工事にも適用されるようになった。プラフランシスコ、オークランド橋東詰めの盛土基礎に初め

スチックドレーンは透水材料としての性能は良いもののn によって 3次元圧密orra
8 年には B49て採用された。 1環境商からはあまり好ましくないので、榔子の繊維を使の理論付けがなされている九うファイバードレーンが最近試みられている。

4500の400
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年度

図 ‑1 サンドドレーン打設延長例(日本海工)‑4/‑‑.
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7キ9

わが国における軟弱地盤改良工の歴史的展開

3.4 サンドコ シパクシ ョンパイ ル工法
サンドコ ンパクシ ョンパイ ル工法は 現在最も 多く使われている地盤改良法である。1.例 とレて最 近の港湾 工事に使われた地盤改良工種を表̲， 5に示す。 本工法は もと
もと緩い 砂質土地 盤を締屈 めるため 、わが国 で開発さ れ7 年から実 用化主れ ている 13)。その後、59たもので、 1
砂質土ばかりでなく、粘性土にも適用されるようになり、現在、で はむしろ 粘性土の 方が多い 。もちろ ん、粘性 土を締固める ことはで きないの で、締ま った砂抗 とそれを 取り臨む軟 らかい粘 性土から 成る複合 地盤とし て沈下や 安定問題を 解決しよ うとする ものであ る。サン ドコンパ クションパ イルの年 次別打設 延長を図 ‑ 2、 3に示す。

3.5 パイプロ フロ」テ ーシヨシ 工法
本 工 法 は ア メ リ カ で 開 発 さ れ 14) サンドコ ンパクシ
5 年にわが 留に導入 され59ヨンパイ ル工法に 先立って 1ている l九 し か し 、 わ が 国 で は 前 者 ほ ど 普 及 せ ず 、 粘性土地盤 f 、の適用も行われていない。

3.6
生石灰が 水を吸う と発熱反 応を起こ して消石 灰となり 、2倍の体積 に膨張す る。生石 灰杭工法 は軟弱粘 性土中に生石灰の 柱を打ち 込み、こ の化学反 応を利用 して地盤 を3年改良しよ うとする もので、 わが国で 関発2: れ、円 6より実用化されている
生石灰が 水を吸っ て消化し ようとす るポテン シャルは極めて高 く、生石 灰の柱は 周りのこ 土中から 水分を奪 って容易に消 化する。 その際、 柱の体積 が大きく なり、土 を水平方向 に圧縮す るので土 の脱水を 容易にし 、石灰の 消化を助けるとともに土の圧密を促し、強度を増加させる。
またこの 化学変化 は発熱反 応である から土を 乾燥させ る効果も持 っている 。さらに 石灰と土 とが接す る部分で はvシ
ポゾラン 反応を起 こし、ま た土中の 炭酸分が 炭酸カ )ウムを形 成して一 層強度が 増加する 17)。

5 最近の港湾工事における地盤改良工事{牛数(運輸省港湾局)

表

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986114121争、ーョ、ン」
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線工実績は φ700mm換算~.次(西暦)図 ‑2 サンドコ ンパクシ ョンパイ ル累積打 設延長例 (不動建 設)

5l

奥村

3000
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Pqb* * ** * ** *図 ‑3 サンドコンパクションパイル年次別打設延長例(日本海工)
このように生石灰杭工法は脱水効果、圧縮効果、乾燥合処理工法 (DLM) は施工のむずかしさや品質のばらおよび、化学的自結効果を併せ持つもので、その後も広くっきから間もなくセメントスラリー (CDM) に変わり、用いられている。しかし、本工法は海上工事に適用するこれが現在でも主流となっている。一方、スウェーデンことができず、その改良効果もそれほど大きくないので、の方式にならったセメント粉末 (D品1)が 1
980年から大規模工事にはあまり採用されていない。

陸上で用いられており、両者の施工実績は図 ‑4、 5のようになっている。現在では両者とも設計・施工マニュ

3. 7 深層混合処理工法

アルができており深層混合処理工法は 1967 年から運輸省港湾技術研究20)
川、歴史の浅い割には確立された工法といえよう。

所で開発が進められ、 1974年から実用が始まっている。
工法の発想は生石灰杭工法の効果をより高め、ポゾラン反応をフルに活用すれば撹枠混合にエネルギーを消費し3. 8 重錘落下締固め工法
重鍾落下締固め工法は重鍾をクレーンで高い所から繰ても効果あたりの費用は小さくなると考えたものである

り返し落下させ、その衝撃カで地盤の深部まで締闇める問。 l
司じ頃、スウェーデンでも同様の開発が進められ、比較的単純な地盤改良法である。この工法は 1960年代

その後ヨーロッパで広く使われている 19)。

後半、フランスのルイ・メナールによって開発され、わ

当初、安定材として塊状の生石灰から始まった深層混が聞には 1973年に導入された 22)。適用地盤は砂磯質ば(万 m')
4，0003，5003，000
処 2，500

理ーー全体』→海上・ーー・陸上
1.9‑
182，0001，
828

土 1，
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量.

1，000
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間525354555
6575859606
1626
3平1 2 3 4 5 6 7 8年 度

図 ‑ 4 深層混合処理 (CDM) 累積処理土量 (CDM研究会)‑6わが国における軟弱地盤改良工の歴史的展開

AccumulaledO'm'
18.827Xl

円 X︒
向日
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86 '84 '82 '8'
詔i5

深層混合処理 (DJM) 年次別処理土量 (DJM研究会)

かりでなく、粘性土地盤にも有効 とされ、動圧密工法と後などに適用される。砕石柱の代 わりに人工のパイプを呼ばれてきたが、わが国での試験 施工から粘性土地盤に地盤中に挿入して排水路を確保す る各種のドレーンパイはあまり効果のないことが半Ijったのむしろ、廃棄物埋立ブが考案されており、グラベルド レーン工法よりやや遅て地盤のようにケ」シングやロッ ドが入りにくい所でそれで実用化されているお)。の特質を発障させることができ、施工例も増えている。
王密工法. 10 真空 j
33. 9n によって提案された工法 24)
amllejスウェーデンの K

グラベルドレーン工法

地震による液状化を防止する対策 として締固めるのでで 、 わ が 国 で は 円 71 年から実用されている。原理的)21はなく、排水によって過剰間隙水 圧を消散させる方法のには海底の軟弱地盤で大気圧と水 圧とを合わせて利用す代表的なものである。 1965 年から実用化されている。

るのが効果的であるが、海ヒでは 試験工事しか行われて締固めでは変状が大きくなって不 都合な擁壁や岸壁の背いない。陸とでも工事の規模は比較的小さいものが多い。

000
400，
1.
000200，，1∞
zsoo，a000.
004000200，
自年度

図1実績(日本薬液注入協会)
J6 薬液注入年度 3‑1

奥村

3. 1 1 注入工法

港湾一名古屋港高潮防波堤一、 pp.1
15 ‑137、土質

セメントミルクや水ガラス溶液を 砂質土地盤に注入して透水性を低減させたり強度を上 げたりする注入工法は工学会、 1966め

木庭宏美、野村健司、小林正樹: サンドドレーン工

比較的古く、 1950年 頃 か ら 実 用 さ れ て い る 。 ア ク リ ル法の効果、第 15匝土質工学シンポジウム論文集、 pp

アミドなど、合成樹脂製の薬液をシ ルト質の地擦にまで適29 34，1970用した 1ヲ73 年頃は本工法の最も華やかな時代 であった
ラスに限定されて、一時は火の消 えたようになった(図6，pp.57‑62，1972)
11が、これによる地下水汚染が明ら かになり、薬液が水ガ叩10) 岡林郁夫:パックドレーン工法、施工技術、 VoL5ラトJo.
W.
:Accei己ratingconsolidationof‑6参照)。その後、技術開発が進み 、現在では都市土soilsbymeanso
fcardboadwicks，Proc.2，dIn.
tConf.on

木などに広く用いられている。た だし、一般に工費が高SoilMech.& Found.E
ng.，Vo.
l2，pp.302‑305，1948帽

いので、小規模の適用が多い。

12) 五洋建設技術研究所綴:ペーバー ドレーン工法と大4 あとがき

13) 庄野勝、小 J1充郎:コンボーザー工法の実施伊jにつ気圧工法、理工図蓄、 2968

わが国における軟弱地盤改良工に ついてその歴史的経

いてーザンド・コンパタション険 パイル工法による緯を眺めてきたが、今後の建設事 業がそれほど拡大する

土質安定工法一、土と基礎、特集号、 No.4，pp.42‑46，とは患われず、従って地盤改良工 事も量的にはそれほど1961増加しないであろう。しかし、 21 世紀の高齢化社会を14)迎え、地盤改良工においても一層 の合理化と低価格化がVibrof1ot
品tion，ASTM，ST
1'156，pp.138‑15'>，.
J95315) 福田秀夫、佐}![嘉胤:パイブ'ロフローテーション工求められている。そのためには従 来工法の一層の合理化はもちろんであるが、一方では土 の引張強度の不足を補う補強材を併用した複合的な地盤 改良、いわゆる地盤改ヲ

E.
.LooseSands‑TheirCompac‑tionby

事実績、鹿島建設技術研究所年報、 No.9， p.93，1守601岳)伊藤範雄編:生石灰による地殻改良、 150p.，日干JI良のハイブ 1)ッド化の一層の発展などが必要とな ろう。

工業新聞社、 1969また、地盤潔境の改善のために各 種の浄化対策、たとえ

17) 奥村樹郎:生石灰杭工法の設計法 について、第 11ばバイオレメデイエーンヨンの発展 が要請されよう問。

回土質工学研究発表会講演集、 pp.l097 ‑1100，

1976参考文献18) 奥村樹郎、他:石灰による深層混 合処理工法(第1) 奥村樹郎:深層の地盤改良、基礎工 、 VoL14，No.7，

1幸郎、港湾技術研究所報告、 Vol.
llNo 1，押 .
67‑
ラpp.106‑112，1986号

1061972ヲ2) 浅田秋江、森芳信:軟弱地盤にお ける爆破置換工法

19) Rathmayer，H.
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発表会講演集、 pp.35‑38 1
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