学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和2年度 学科Ⅳ（構造） 問19
問題・正答・学習用解説
問題
土質及び地盤に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。選択肢
正答と解説
正答：（3）
正答の考え方
砂地盤は、一粒ずつの砂が互いに押し合い、摩擦やかみ合わせによって建物を支えています。地下水で満たされた緩い砂が地震で繰り返し揺さぶられると、粒の配置が詰まろうとします。しかし水がすぐ外へ逃げられないと、水圧が上がり、粒同士の押し合う力が減ります。その結果、地盤がせん断力に抵抗しにくくなる現象が液状化です。
（3）の「締固め工法に液状化対策の効果はない」は誤りです。締固めは、あらかじめ砂を密な状態にして、地震時に粒の配置が大きく詰まろうとする傾向を減らす代表的な対策です。砂杭の造成などで周辺地盤を締め固める方法が用いられます。適切に密度を高めれば、地震時に水圧が急上昇して支持能力を失う危険を低減できます。
ただし、どんな土でも同じ工法で改善できるわけではありません。細粒分の量、地層、地下水、建物や周囲への影響、必要な改良範囲を調べて選びます。「効果がある」と「対策さえすれば条件にかかわらず絶対に液状化しない」も別です。他の肢は、土の強さや変形と試験値・水分との関係を述べています。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）標準貫入試験の値は、規定の重りを落として試験用の器具を地盤へ所定の長さだけ打ち込むのに必要な打撃回数です。砂では一般に、密に締まり粒同士のかみ合わせが強いほど打込みにくく、値も大きくなります。そのため、せん断抵抗の大きさと相関があります。ただし値そのものがせん断強度の単位を持つ値ではありません。地中の深さや土質なども考慮して評価します。
選択肢2
（2）粘土には細かい粒の間に水があり、その量や粒の構造が変形に影響します。同じ粘土であれば、水分が多い状態ほど柔らかく変形しやすい傾向があります。また、荷重を受けて水がゆっくり抜けると体積が減り、圧密沈下が進みます。水分量と変形特性に関係がある記述は適切です。ただし異なる種類の粘土まで、含水比の数字だけで硬さや沈下量を一意に決めることはできません。
選択肢3
（3）締固めは、緩い砂の粒の配置を密にし、液状化への抵抗を高める対策です。地震時に粒が詰まろうとして生じる水圧上昇を抑えやすくするので、効果がないという記述は不適切です。水を抜く対策やセメントなどで固める対策とは仕組みが違います。締固めの効果は、対象の土や改良後の密度、範囲などで確認します。単に表面だけを締めれば深い液状化層まで改善されるわけではありません。
選択肢4
（4）基礎を下へ押す力を増やすと、その下と周囲の土が斜めにずれ動き、建物を支える土のまとまりが崩れることがあります。これが支持力に関係するせん断破壊です。一般に極限鉛直支持力は、このような破壊によって決まります。基礎直下の土を真下へ圧縮するだけの現象ではありません。また極限に達する前でも沈下が使用上の限界を超える場合があり、沈下の検討は別に必要です。
周辺知識
土の中の力は、水が受け持つ分と、土粒子同士が受け持つ分に分けて考えます。全体の応力を、水圧をとすると、粒の骨格に働く有効応力はです。全体の荷重が同じでも水圧が上がれば、粒同士が押し合う力は小さくなります。液状化はこの関係を理解すると、砂が本当に水へ変化するわけではないことが分かります。
砂の摩擦によるせん断抵抗は、粒を押し付ける有効応力が大きいほど働きやすくなります。一方、粘土の評価では排水のしやすさ、載荷の速さ、過去に受けた荷重なども重要です。砂と粘土で同じ値だから同じ強さ、と単純には比較できません。
基礎の設計では、土が大きくずれて壊れないことと、建物が沈みすぎないことの両方を調べます。全体が同じだけ沈む平均沈下でも設備に影響し、場所によって沈み方が違う不同沈下なら建物が傾いたりひび割れたりします。支持力が十分という一つの結果だけでは、基礎の安全と使いやすさを全て確認したことにはなりません。