平成24年度 建築基準整備促進事業
小規模建築物に適用する簡易な液状化判定手法の検討
検討結果報告
平成25年４月15日
事 業 者 ：株式会社 東京ソイルリサーチ共同研究者 ：独立行政法人 建築研究所
本業務の背景
東北地方太平洋沖地震では，液状化により戸建住宅等の小規模な建築物に沈下や傾斜の被害が発生し，戸建住宅を対象とした低コストな液状化判定手法の確立が課題として提起された。
平成23年度に弊社が実施した課題番号43「住宅の液状化に関する情報の表示に係る基準の整備に資する検討」では，各種液状化判定法の比較検討を行い，「建築基礎構造設計指針（日本建築学会）」の判定法（ＦＬ法）が，今回のような大規模地震でも適用可能であることを確認した。
ＦＬ法は，ボーリング調査で得られる Ｎ値，土の細粒分含有率，地下水位などの情報が必要である。ＦＬ法が戸建住宅で使われるためには，戸建住宅の地盤調査として用いられている，低コストなスウェーデン式サウンディング試験（SWS）からこれらの情報を取得する必要があるが，検討が十分でないことが指摘されている。
本業務の目的
簡易な液状化判定法として，スウェーデン式サウンディング試験（ＳＷＳ試験），土の試料採取（細粒分含有率），地下水位測定などの実施によるＦＬ法が，小規模建築物の実務で使われることを目的として，その精度向上の可能性と，手法の適用範囲を明らかにすることを目的とした。
本業務の検討内容
(1) ＳＷＳ試験結果によるＮ値の推定方法(2) ＳＷＳ試験孔を利用した土の試料採取方法の適用性(3) 採取試料の細粒分含有率の適用性(4) ＳＷＳ試験孔を利用した地下水位測定方法の適用性
簡易な液状化判定法の提案
本業務の実施内容
＜一斉試験の実施＞
現在，使用されている各種のサンプラー(６種)や地下水位測定(６種)を，同一箇所で行い，ボーリング調査結果との対比により，その適用性を比較検討する①採取可能深度，採取量，適用土質，作業時間，採取コスト②地下水位の測定精度，測定コスト・Ｎsw (Ｗsw)～Ｎ値の相関性の確認・採取試料による細粒分含有率の妥当性の検討・ＳＷＳ試験- ＦＬ法による液状化判定の試算
＜６箇所調査（東京湾岸の埋立地６箇所での現地調査 ）＞
ボーリング調査とＳＷＳ試験・試料採取・地下水位測定をセットで実施し，液状化判定法を検討する①Ｎsw (Ｗsw)～Ｎ値の相関性の検討②採取試料からの細粒分含有率の設定方法の検討③ＳＷＳ試験- ＦＬ法による液状化判定方法の適用性の検討
5 kg～100kg
スウェーデン式サウンディング試験(JIS A 1211)
ＳＷＳ試験孔を利用した土の試料採取器の例
孔壁かき取り式（扉開閉型）孔壁かき取り式（板バネ型）
いずれも，粘性土の採取が中心であり，液状化が問題となる地下水位以深の砂質土での実施例は少ない。
(1) ＳＷＳ試験結果によるＮ値の推定方法
SWS試験結果（Wsw、Nsw）とN値の相関(稲田式）
従来より，ＳＷＳ試験結果の Ｎｓｗ（Ｗｓｗ）とＮ値の相関式（稲田式）から，Ｎ値を推定しているが，ばらつきが大きいことが知られている。
・今回は、細粒分含有率と調査深度（摩擦抵抗の増大）を指標として，相関を再検討し推定精度の向上を試みた。
稲田式（砂・砂質土）
推定Ｎ値＝２× Ｗsw＋0.067× Ｎsw
Ｗsw：荷重(kN) ，Ｎsw ：貫入１ｍ当たりの半回転数
ＷswＮsw
ＳＷＳ試験結果の Ｎｓｗ（Ｗｓｗ）とＮ値の相関 結果
①細粒分含有率Ｆｃによる相関式への影響はみられない
②深度10m(5m)以深では，Ｎ値は相関式から外れる傾向→Ｎsw150以上に対応
深部におけるロッド摩擦や空転による影響
稲田式(砂)
稲田式(砂)× 0.8
③直線回帰式は，既往研究成果で示される，稲田式(砂)× 0.8 に近い傾向
Ｎsw≦200 の範囲
稲田式(砂)
稲田式(砂)× 0.8
④ＳＷＳ試験によるＮ値の推定は，稲田式(砂)× 0.8 による相関式を用いて算定する。荷重自沈層では，稲田式(砂)を適用する。
推定Ｎ値 = 2× Ｗsw ＋ 0.067× Ｎsw× 0.8      Wsw (kN)= 2× Ｗsw ＋ 0.0536× Ｎsw
なお，Ｎswの上限値は150 （推定Ｎ値≦10）とする
国土交通省告示1113号，小規模建築物指針(日本建築学会)と整合
(2) ＳＷＳ試験孔を利用した試料採取方法の適用性
かき取り式扉開閉型打込み式（別孔採取）かき取り式開口型かき取り式扉開閉型かき取り式扉開閉型かき取り式扉開閉型
・各サンプラーで相違はあるが，深度GL- 7～- 10ｍ程度までは採取可能。・土の採取量は，20～160 g (平均：70～110 g) とばらつきが多く，少ない。・実施可能な粒度試験として，粒度ふるい分析のみを実施。
・ボーリング標準貫入試験試料(ＳＰＴ)の細粒分含有率Ｆｃに対して，ＳＷＳ試験採取試料のＦｃは，全般的に砂質土では高めに，粘性土では低めの値を示す傾向にあった。
細粒分含有率の比較
Ｎ値細粒分Ｆｃ(%)
SPT-Fc
プロット点SＷＳ- Fc
ＳＷＳ試験サンプラーの細粒分含有率の補正
標準貫入試験試料の細粒分 SPT-Fc (%)
ＳＷＳ試験サンプラーの細粒分 SＷＳ- Fc (%)
液状化判定に用いる細粒分含有率（計算Ｆｃ）
計算Ｆｃ＝ 0 %  (SWS-Fc≦20 %)計算Ｆｃ＝1.25× SWS-Fc －25   (SWS-Fc＞20 %)
(3) 採取試料の細粒分含有率の適用性
(4) ＳＷＳ試験孔を利用した地下水位測定方法の適用性
・ＳＷＳ試験孔に中空有孔鋼管を挿入し，管内の水位を通電式水位計等で計測。・30分間程度の水位の経時変化から安定水位を求める。→ 地下水位。
地下水観測井の水位との比較ボーリング調査無水掘り水位との比較
(5) 簡易な液状化判定手法の提案
・液状化判定は，ＳＷＳ試験による推定Ｎ値，計算Ｆc，測定地下水位を用いて，建築基礎構造設計指針に準拠したＦＬ計算，Ｄcy計算により行う。（現段階での知見に基づく提案）
①調査深度：深度GL- 10ｍ・ＳＷＳ試験( J I S) の適用深度・ＳＷＳサンプラーの採取可能深度・液状化被災事例の適合性
②調査箇所数：戸建住宅一敷地当たり原則１箇所（土層が均一な場合）③試料採取：深度GL- 10ｍまで，1ｍ毎④細粒分含有率 ＳＷＳ- Ｆc採取試料の粒度試験( ふるい分析試験) による⑤地下水位：安定水位
⑥液状化判定用の細粒分「計算Ｆｃ」：ＳＷＳ- Ｆｃに補正計算を適用して算定⑦推定Ｎ値：稲田式(砂)× 0.8 による相関式から，1ｍ毎に算定（Ｎsw上限を150 とする，推定Ｎ値≦10 ）⑧地震外力：α max＝200 gal ，Ｍ＝7. 5 を想定（Ｌ１地震動を想定，建築基礎指針・小規模指針[ 中地震α max=150～200gal ] との整合性を踏まえ安全側の判定を考慮）
各深さの液状化に対する安全率 ＦＬ＝ 地盤の液状化強度／地震外力（ＦＬ＞ １：非液状化， ＦＬ≦ １：液状化発生の可能性有り）
地盤の液状化強度の算定推定Ｎ値，計算Ｆc，土被り圧(地下水位) → 補正Ｎ値 Ｎａ→(図- Ａより) →液状化抵抗比 Ｒ地震外力の算定地表面水平加速度α max，マグニチュード，→ 繰返しせん断応力比 ＬＦＬ＝ Ｒ／Ｌ・・・・・ 深度１ｍ毎に算定
Ｄcy 補正Ｎ値Ｎａ，繰返しせん断応力比Ｌ→ (図- Ｂより)→ 繰返しせん断ひずみγ cyγ cy × 層厚(１ｍ) ＝ 液状化層１ｍ毎の沈下量→ 深度１ｍ毎に算定した沈下量を加算して，地表面の沈下量を算定
ＮａからＲの算定
Ｒ=0.19図－Ｂ
γ cyの読取り
Ｌ=0.20γ cy=1 ％
(6) 液状化判定の例 No.① 地点
Ｎ値・推定Ｎ値細粒分 Ｆｃ (%)ＦＬΔＰＬΣ Ｄcy   (cm)
SPT-Fc
ボーリング調査によるＦＬ値とＳＷＳ試験による簡易判定ＦＬ値との対比例（６地点の調査結果）
ボーリング調査によるＦＬ
ＳＷＳ試験によるＦＬ
ＳＷＳ試験による簡易判定は，ボーリング調査による判定に対して，安全側の概ね妥当な結果を示した。
ボーリング調査によるＦＬ
(７) 簡易な液状化判定手法の適用における今後の課題
①推定Ｎ値算定式の適合性や，国交省告示1113号および小規模指針との整合性も踏まえ，Ｎsw の上限値として150 の採用を提案。但し，Ｎsw 上限値から過度に安全側のＦＬ値が算定される可能性もある。このため，今後のより詳細な調査の実施や，他の研究成果，動向を踏まえたデータ蓄積等により，推定Ｎ値算定式の適用範囲の明確化を図る必要がある。
②ＳＷＳ試験採取試料の細粒分含有率の誤差の傾向，ならびにその補正計算の方法は，今回調査による東京湾岸地域の埋土砂質土層のデータに基づく。このため，今回設定した補正計算方法の一般性ならびに妥当性を確認・検証する上でも，埋立地以外の沖積砂層等を対象とした調査結果を加えた追加検討を図る必要がある。
③細粒分含有率の測定として，低コストで現地で簡便に測れる計測方法の検討・提案も今後の検討課題と考える。