Ⅱ-1-4 原理の異なる地盤改良工法 令和7年度技術士第二次試験問題〔建設部門-土質及び基礎〕
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📝 Ⅱ-1-4 設問の解答案
設問
は、地表面付近に厚さ約の軟弱粘性土が堆積している地盤上に盛土構造物を建設する際の、すべり破壊・沈下・周辺地盤変形防止を目的とした、原理の異なる地盤改良工法を3つ挙げ、概要、原理、および留意点を述べることを求めています。
1. 圧密促進による強度増加・沈下促進工法
工法名: バーチカルドレーン工法（鉛直ドレーン工法）とプレロード工法
概要:
軟弱粘性土層にプラスチックドレーン (PCD) やサンドドレーンなどの鉛直ドレーン材を打設し、**盛土荷重（プレロード）**を載荷する工法です。
鉛直ドレーンは、厚い軟弱層中の間隙水が排水される距離を短縮し、圧密沈下を促進します。
原理:
盛土荷重の載荷により軟弱粘性土中に過剰間隙水圧が発生します。
鉛直ドレーンが排水経路となり、間隙水が迅速に排出されることで、有効応力
σ ′ が増加します。有効応力の増加に伴い、粘性土のせん断強度
c u が向上し、盛土のすべり破壊を防止します。また、圧密を早期に完了させることで、供用開始後の残留沈下を抑制します。
留意点:
工期の長期化: 圧密沈下の促進にはドレーンを設置しますが、沈下の完了には数か月から数年を要するため、工期全体を考慮した計画が必要です。
スメア効果: ドレーン材打設時に地盤が乱されること（スメア効果）により、地盤の透水性が低下し、圧密速度が設計値より遅れる可能性があるため、施工管理と解析結果の照合が重要です。
2. 置換または混合による強度・剛性増加工法
工法名: 深層混合処理工法（コラム工法）
概要:
- 軟弱粘性土中に、セメント系固化材のスラリーを注入しながら、特殊な攪拌翼で土と改良材を原位置で攪拌混合し、高強度な**円柱状の改良体（コラム）**を築造する工法です。
原理:
セメント系固化材と土が水和反応を起こすことにより、軟弱土が化学的に固化します。
改良体は、盛土荷重を支持し（支持杭効果）、また、改良体と未改良土が一体となって土塊のせん断抵抗力を増大させ（ブロック効果）、盛土のすべり破壊を防止します。
改良層全体として地盤の剛性が大幅に向上するため、沈下量と周辺地盤の側方変位を大幅に低減できます。
留意点:
品質の均一性: 改良体の強度は攪拌の均一性に大きく依存するため、施工管理（攪拌翼の回転数、引き上げ速度、固化材の注入量）を徹底し、供試体による強度確認が不可欠です。
未改良部分の挙動: 改良率が低い場合、改良体間に残った未改良の軟弱土が荷重を受けて沈下・変形しないよう、適切な改良範囲と改良率を設定する必要があります。
3. 軽量化による土圧・荷重低減工法
工法名: 軽量盛土工法（EPS工法または気泡混合軽量土工法）
概要:
- 盛土の材料として、通常の土砂よりも極めて軽い材料（例：発泡スチロールブロック（EPS）、セメント系材料に気泡を混合した気泡混合軽量土（CLSM））を用いて盛土を築造する工法です。
原理:
盛土の単位体積重量を大幅に低減することにより、軟弱粘性土層に作用する追加荷重
Δ p を最小限に抑えます。作用荷重が小さくなるため、軟弱土層に発生する過剰間隙水圧が少なく、結果として圧密沈下量、周辺地盤の側方変位を大幅に低減します。軟弱地盤への負荷が小さいため、すべり破壊の安全率が向上します。
留意点:
EPS工法の場合:
浮力対策: 地下水位の高い場合、EPSブロックに浮力が作用するため、十分な押さえ盛土やアンカーによる浮き上がり対策が必要です。
火災・溶剤対策: EPSは可燃性であり、有機溶剤等に弱いため、適切な不燃被覆や溶剤からの隔離措置を講じる必要があります。
CLSM工法の場合:
- 施工時の流動性: 材料が流動性を有するため、施工範囲を区切る型枠や締切り工の強度が適切であることを確認する必要があります。
📝 Ⅱ-1-4 設問の解答案（地質調査会社の技術者の経験を反映）
地表面付近に厚さ約の軟弱粘性土が堆積している地盤上での盛土構造物建設において、地質調査会社の技術者として、地盤特性の把握、改良効果の確認、および施工品質の管理の観点から、原理の異なる3つの改良工法を選定し、その詳細を述べます。
1. 圧密促進による強度増加・沈下促進工法
工法名: バーチカルドレーン工法（鉛直ドレーン工法）とプレロード工法
概要（材料・構造）:
軟弱粘性土層に、砂または合成樹脂製の鉛直ドレーン材（プラスチックドレーンなど）を格子状に打設します。
その上に、構造物荷重以上の先行載荷盛土（プレロード）を一定期間載荷し、鉛直ドレーンを排水経路として圧密を促進させます。
原理:
鉛直ドレーンが排水距離を短縮し、盛土荷重による過剰間隙水圧を早期に消散させます。
間隙水の排出に伴い有効応力
σ ′ が増加し、粘性土のせん断強度c u が向上することで、すべり破壊を防止します。また、圧密を完了させることで供用後の残留沈下を抑制します。
留意点（調査・管理）:
圧密特性の検証: 改良設計の前提となる軟弱土の圧密係数
c v 、水平圧密係数c h 、および透水係数kを、事前に採取した不攪乱試料を用いた圧密試験により正確に評価することが極めて重要です。効果の確認: 施工中は、軟弱層内に設置した間隙水圧計と沈下板によるリアルタイムモニタリングを徹底し、間隙水圧の消散状況と沈下の収束を確認することで、設計通りの圧密完了（
U > 90 % ）を判断します。
2. 置換または混合による強度・剛性増加工法
工法名: 深層混合処理工法（コラム工法）
概要（材料・構造）:
セメント系固化材のスラリーを、軟弱土層内で専用の攪拌翼を用いて原位置の土と混合攪拌し、**高強度な柱状の改良体（コラム）**を地中に築造します。
盛土荷重をコラムで支持する形式（支持力型）や、全体を一体化させる形式（摩擦低減型・ブロック型）があります。
原理:
セメントと土中の水が反応することで化学的に固化し、未改良土と比較して圧倒的に高い強度を発現させます。
地盤のせん断強度と剛性（変形抵抗力）が大幅に向上するため、盛土のすべり破壊と、それに伴う沈下・側方変位を構造的に抑制します。
留意点（調査・管理）:
配合設計: 事前に採取した原土（粘性土）に対し、固化材の種類と添加量を変えて配合試験を行い、設計強度を満足する最適配合と、その品質を保証するための管理強度を決定します。
品質確認: 施工完了後、改良体からコアを採取し、一軸圧縮強度試験を実施することで、改良体の強度と均一性を検証し、地盤改良の品質を客観的に証明する必要があります。
3. 軽量化による土圧・荷重低減工法
工法名: 軽量盛土工法（発泡スチロール工法：EPS工法）
概要（材料・構造）:
盛土材として、単位体積重量が極めて小さい（約
0.2 kN / m 3 表面はコンクリートやアスファルトなどで被覆します。
原理:
軟弱粘性土層にかかる盛土荷重（追加荷重）を大幅に低減することで、地盤に発生する応力と過剰間隙水圧を抑制します。
これにより、軟弱層のせん断応力が許容範囲内に収まり、すべり破壊を防止するとともに、圧密沈下量や周辺地盤の側方変位を最小限に抑えます。
留意点（調査・管理）:
浮力対策の検証: 現場の地下水位観測データを基に、地盤調査技術者として浮力の影響を厳密に評価し、必要な押さえ盛土の重量やアンカーの引き抜き抵抗力を検証・設計する必要があります。
地盤の支持力確認: EPSブロック直下の軟弱粘性土が、ブロックの接触圧に対して局所的な支持力破壊を起こさないか、また、長期的なクリープ沈下が発生しないかを、室内土質試験の結果に基づき再評価することが必要です。
📝 Ⅱ-1-4 設問の解答案（建設コンサルタント経験を反映）
地表面付近に厚さ約 の軟弱粘性土が堆積している地盤上に盛土構造物を建設する際の改良工法について、建設コンサルタントの経験に基づき、設計思想と構造物全体の要求性能の観点から、原理の異なる3つの工法を提案します。
1. 圧密促進による強度増加と沈下抑制工法
工法名: バーチカルドレーン工法（鉛直ドレーン）とプレロード工法
概要（設計上の位置づけ）:
- 軟弱粘性土中に鉛直ドレーン材を打設し、先行載荷（プレロード）により強制的に圧密沈下を発生させ、設計対象構造物の供用開始前の残留沈下を抑制する工法です。
原理:
盛土荷重（プレロード圧）により発生した過剰間隙水圧をドレーン材が迅速に逃がし、有効応力
σ ′ を増加させます。有効応力増加に伴い、地盤のせん断強度
c u が増大し、盛土のすべり破壊に対する安全率が向上します。
留意点（設計上の判断）:
工期と経済性: 地盤の透水性にもよりますが、圧密完了には**長期間（数ヶ月～数年）**を要するため、工期の制約が厳しいプロジェクトでは適用が困難となる場合があります。
残留沈下の許容性: 圧密沈下を完了させたとしても、二次圧密や盛土荷重以外の沈下（例：基礎地盤の変位）は残るため、構造物が要求する最終的な許容沈下量と照らし合わせ、その妥当性を検証する必要があります。
2. 置換または混合による剛性・強度増加工法
工法名: 深層混合処理工法（コラム工法）
概要（設計上の位置づけ）:
軟弱粘性土層内にセメント系固化材を混合し、高強度な改良体（コラム）を築造することで、軟弱地盤を剛性の高い複合地盤に置換する工法です。
盛土荷重を改良体で支持する支持力型や、改良体で囲まれた領域の安定性を高めるブロック型などが用いられます。
原理:
軟弱土を化学的に固化させることで、せん断強度と剛性を飛躍的に高めます。
これにより、盛土荷重による沈下量と周辺への側方変位を最小限に抑え、すべり破壊を抑制します。特に、変位の抑制が厳しく求められる橋台や護岸などの基礎工に有効です。
留意点（設計上の判断）:
不同沈下の防止: コラムと未改良土の境界では応力集中が生じるため、改良体上部には**荷重を均等に伝えるための改良マット（地盤改良層）**を設けるなど、不同沈下を防止するための設計上の配慮が必要です。
改良率の決定: 必要な支持力と沈下抑制効果を確保しつつ、経済性を満たす適切な改良率（コラムの本数や配置）を、FEM解析などを用いて決定します。
3. 軽量化による土圧・荷重低減工法
工法名: 軽量盛土工法（EPS工法または気泡混合軽量土工法）
概要（設計上の位置づけ）:
- 盛土材として単位体積重量が極めて小さい材料（発泡スチロールブロック：EPS、または気泡混合軽量土：CLSM）を採用することで、軟弱地盤への追加荷重を低減する工法です。
原理:
盛土の単位体積重量が通常の土砂に比べて大幅に小さくなるため、軟弱粘性土層に作用する応力（
Δp ）が小さくなります。その結果、せん断応力が許容範囲に収まり、すべり破壊のリスクを解消します。また、荷重自体が軽くなるため、沈下量と側方変位を大幅に低減できます。
留意点（設計上の判断）:
浮力対策: 特にEPS工法を採用する場合、地下水位が高いとブロックに浮力が作用するため、構造物の安定性を確保するために、押さえ盛土やアンカーによる浮き上がり対策を設計に組み込む必要があります。
環境条件への配慮: EPSは火災や溶剤に弱いため、道路構造物として使用する場合、車両火災や周辺環境（化学プラントなど）の影響を考慮した被覆構造を設計する必要があります。
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