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地盤の基本BASIC

どんなに優れた建物も地盤が沈下しては何の役にも立ちません。
見た目では分からない事が非常に多く、地盤の調査には是非とも力を注いで頂きたいと考えます。
最近は瑕疵担保責任保険の要件などに地盤調査が盛り込まれた事や、訴訟による判例等が増えた為、他人事と考えない設計者は増えたのではないかと考えますが、未だ軽く考える設計者も多く、また調査データから読み解く力が無い為、調査会社任せと言う所も少なくありません。
地盤や建物の基本的性能を高いものにしておけば、のちに設備や性能をグレードアップさせる事は出来ます。しかし、沈下による修正や耐震性の向上などの工事は、のちに施工すると非常に高価なものとなってしまいます。
漠然とした参考程度ですが、沈下による修正工事の費用は最低でも100万円以上、場合よっては1000万円以上もの費用が掛かります。

地層

沖積層と洪積層


 沖積層とは・・・2万年前〜現在までの、山地から運ばれて来た土砂や海水面の変化による作用により堆積をした地層の事で、川や海に近い流域での低地を形成している。年月を得ていない為、固結化が進んでおらず水分も多く含む事から軟弱な地盤であると言えます。
地層の粒度によっても異なり、良く締まった粒子の大きい礫層や砂層は宅地として適しているが、地下水位が高いと液状化の可能性があります。その為、沖積層では概ね沈下、液状化の可能性を持っている事が多いので、地盤改良や杭基礎が使用される。特に腐植土層には注意が必要です。
 洪積層とは・・・2万年以前の地層で、沖積層より高い台地などに分布しています。比較的締め固めが進んだ安定地盤であると言え、中規模建築物の支持層として使用されます。
一般に台地の地盤が良いと言われる所以は、この洪積層によって台地が形成されている為です。
その他に岩盤や人口地盤などがあります。
 岩盤は宅地としての利用に問題はありませんが、平坦にする為の盛土が圧密沈下を起こしたり、また、比較的規模の大きい宅地造成が行われている場合には、谷部を埋める盛土がなされている事があります。この場合、地域一体の地滑りの可能性を持っています。
当然斜面では崖崩れや地滑りの危険があるので、地盤の良否のみでの判断は危険です。
 人口地盤は、盛土、埋土も人口地盤の一つで前述の危険がありますが、沿岸部での埋立地が比較的わかりやすいでしょう。
埋立地では地震時の液状化や津波の恐れが心配されます。



軟弱地盤

沈下のメカニズム

軟弱地盤とは、建物が不均等に沈む「不同沈下」を起こす可能性が高い地盤と言って良いでしょう。
不同沈下を起こす事により、建物は傾き、住まいとしての機能を果たせなくなってしまう上、人間は非常に優れた水平感度をもっている為、傾いた中に居ると、めまい、吐き気など、身体的な不調をきたす事にもなってしまいます。
全てはこの支持地盤の地耐力の不足が住まいの健康のみならず、ご家族の健康まで害してしまい、多大な出費を余儀なくされ、場合によっては計画そのものがとん挫してしまう可能性すらあります。
不同沈下の原因には主に二つあり、
・盛り土の「収縮」
・原地盤の「圧密沈下」
があります。
盛り土は締め固めが甘いと空隙が出来る。簡単に言えば砂粒同士の間に空間が出来ていると言う事であり、建物の重さなどによって徐々にその空隙が埋まる事で体積が収縮する。つまり、地盤面が下がる、変形する事を意味する。
圧密沈下は原地盤内の含水が、同様に盛り土や建物荷重により、含まれていた水分が排出される事で体積の収縮を招き、やはり地盤面が下がる。同様に地下水の汲み上げによっても圧密沈下が起きます。これは、汲み上げによって低下した地下水位により、浮力を失った土が沈下する為に起ります。
前述の沖積層は軟弱地盤の代名詞ではありますが、洪積層でも問題はあります。
折角安定した地盤面であっても、整形する為に盛り土がなされ、締め固めが不足していては本末転倒になります。


液状化現象

液状化のメカニズム

東日本大震災で千葉県浦安市を襲った事で知る所となった「液状化現象」にも触れておきたいと思います。
液状化現象は一般的に地下水位が高い砂質地盤に起こるが、実は砂質地盤の圧縮性は小さいので支持力は大きい。つまり、含水はあるが砂粒同士が噛み合っている為、上部の建物を支える事が出来る。(下図:液状化前)
ところが、地下水を含む緩い締まりの砂質層に地震などの外力が加わると、砂粒同士が密になっていきます。その事により空隙にある水(間隙水と言います。)に上向きの水圧が加わり、さらに強い振動が加わる事で砂粒が地下水内に浮遊する形となる。
つまり液体の状態になってしまいます。当然、地耐力は失われます。(下図:液状化中)
さらに水圧が上昇すると砂と共に噴出してきます。これを「噴砂現象」といい、噴出した分の体積が収縮し、かつ地震が収まると地盤は地震前より締め固められ、地盤が沈下してしまう。(下図:液状化後)
粒子の大きさが違うのでちょっと違うかもしれませんが、片栗粉に水を含ませたものを想像してみて下さい。混ぜると白い液体になるが、放置すると指も入らない程堅くなります。(あくまでイメージのお話です。)
もしくは海岸の砂浜での砂遊びを思い出して頂けるとイメージしやすいかもしれませんね。


     液状化前               液状化中               液状化後


液状化による建物への被害

地震による建物への被害は、建物を揺さぶる事で構造体に直接ダメージを与えるものであるが、液状化による被害は地震に誘発されて起きる二次的なダメージとなるのが特徴です。
その様な特徴である事から、液状化によって建物が全壊・半壊をしたり、怪我をすると言う事は少ないものです。
沈下により傾いた建物は損壊を免れていても、引き続きの生活は難しいでしょう。人間は傾いた中に居るとめまいや頭痛などの不調をきたします。具体的には0.86°(1mで15mmの差)を超えると居住は難しく、そこまで行かない傾斜でも苦痛を感じてきます。(下図:不同沈下)
もし、沈下が軽微で住まう事が出来そうだとしても、地中埋設物への影響が考えられます。地中埋設物で空洞のものには浮力が掛かります。その事により配管類がダメージを受ける事があります。つまり、建物が無事でもライフラインが寸断される可能性があるのです。(下図:地中埋設管の破損)
また、杭基礎も必ずしも絶対とは言い切れません。杭によって建物は支えられる為、液状化で地面が軟化しても建物が傾く事を防ぐ事が出来ます。ですが河川や沿岸部の傍では、液状化により水平方向に地滑りを起こす事があります。それは、川や海側では地震の応力に対し支える事が出来ないので、横滑りを起こしてしまうのです。その為、地中の杭が破損する事があります。また、上記に同様にライフラインの寸断の可能性は変わりません。


    不同沈下              地中埋設管の破損          側方流動による破損

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