n値と地耐力（地耐力の算出方法）
2022年11月14日 地質
n値とは地盤の強さを示す指標で地耐力とn値×10で表せる関係性にあります。地耐力はn値から概算します。加えて現場では平板載荷試験等を行い、算出された地耐力を確認します。ここでは、地耐力の算出に重要な3項目（荷重の分散・粘着力・土被り厚）に関して説明します。
撹拌状況
n値とは
n値とは、地盤の”強さ”を示す指標の一つで、この値が大きいほど、土の締まり具合が高い地盤であることが分かります。通常、土木や建築工事において、施工地盤を調査するとき、目に見える地表面の状態だけでは、その地盤が施工に適した地盤かどうか判断できません。透水層や軟弱地盤の有無により、液状化現象が発生しやすいようでは、安全・安心な施工は困難になります。そこで、地盤強度を試験によって測定することで、n値という数値化された指標を基に判断します。n値の算出方法は、標準貫入試験やスウェーデン式サウンディング（SWS）試験などの地盤調査によって算出されます。ここで、n値の単位に関する補足ですが、n値は、無次元数のため単位はありません。
n値と地耐力の関係
地耐力とは、地盤の耐力を示し地耐力が大きいほど、堅い地盤のため重量物を支えることが出来ます。単位はkN／㎡で、単位平米当たり何kNまで耐えられるか？示します。n値との関係は、地耐力＝n値×10の計算で地盤の概算的な地耐力を想定できます。具体的に例えば、N値30の地盤では、地耐力= 30×10 = 300kN/㎡です。
地耐力の計算方法
上述の通り、地耐力はkN/㎡で示してn値から算出します。加えて、実際に、現場で同様の地耐力があるか平板載荷試験等を用いて確認します。平板載荷試験の試験概要は、現場で想定支持層の上に直径30cmの鉄板を敷きます。これに反力装置やジャッキを取り付け、架台を組みます。その上に重量物（通常、バックホウなどの重機）を載せ、時間の経過と地盤の強度を測定します。地耐力の算定式は、荷重の分散効果・土の粘着力・土の土被り厚の3項目を確認します。
・荷重の分散効果
面積が大きいほど土に作用する範囲が広くなります。面積の大小で作用力を確認します。これは基礎の形状により決まり基礎幅が大きいほど地耐力も大きくなります。
・土の粘着力
粘性土は、粘着力（C）を保有しています。粘着力は大きいほど地耐力も大きくなります。また、粘着力はn値とも関係しており、n値が大きいほど粘着力も大きいです。
・土の土被り厚
土上に置かれた基礎と土中に埋められた基礎では、土中に埋められた基礎の方が、地耐力が大きくなります。
総評・考察（なぜ「N値×10換算式」は文献で少ないのか）
N値と地耐力を単純に「地耐力＝N×定数」と結びつける直線的な換算式は、学術的にはあまり採用されていません。多くの研究では、N値単独ではなく、摩擦角・粘着力・単位体積重量・基礎形状・地下水位・応力状態など、複数の要因を組み合わせた支持力算定式が用いられています。
これは、N値があくまで地盤の硬さや締まり具合を示す一指標に過ぎず、支持力を決定するには他の地盤パラメータとの相互作用を無視できないためです。
そのため、単一の比例係数（例：「N×10」）で換算すると、地質条件によって精度が大きくばらつくという問題が生じます。
一方、実務や設計指針の現場レベルでは、経験的な便宜式として「N×10」「N×9」などの簡便換算が使われることがありますが、これらはあくまで目安的な経験値であり、学術的な裏付けが強い式ではない点に留意が必要です。
N値と地耐力に関するQA
Q1. n値とは何を示す指標で、なぜ建築・土木工事で重要なのですか?
A1. n値とは、地盤の強さや締まり具合を数値化した指標です。この値が大きいほど、土がしっかりと締まった堅固な地盤であることを意味します。単位を持たない無次元数として表現されます。
建築や土木工事では、地表面を目視しただけでは地盤が施工に適しているかどうか判断できません。地中に軟弱な層や透水性の高い層が存在すると、液状化現象が発生する可能性があり、安全な施工が困難になります。そこで、標準貫入試験やスウェーデン式サウンディング試験といった地盤調査を実施し、n値を測定することで、目に見えない地盤の状態を客観的に評価します。この数値化された指標により、設計者や施工者は地盤改良の必要性や基礎形式の選定を適切に判断できるようになります。
Q2. 地耐力とはどのような概念で、どのような単位で表されますか?
A2. 地耐力とは、地盤がどれだけの重量に耐えられるかを示す指標です。単位は「kN/㎡」で表され、1平方メートルあたり何キロニュートンまでの荷重に耐えられるかを示します。
地耐力が大きいほど、その地盤は堅固であり、重量物を安全に支えることができます。建物や構造物を建設する際には、この地耐力が設計荷重を上回っていることを確認する必要があります。地耐力が不足している場合は、地盤改良や基礎形式の変更といった対策を講じることになります。実務では、この地耐力の値を基に、安全率を考慮した設計が行われます。
Q3. n値から地耐力を概算する方法について教えてください
A3. 実務の現場では、n値と地耐力の関係を「地耐力=n値×10」という簡便な式で概算することがあります。例えば、n値が30の地盤であれば、地耐力は約300kN/㎡と推定できます。
ただし、この換算式はあくまで目安として用いられる経験的な簡便法です。実際の地耐力は、土の粘着力、摩擦角、単位体積重量、基礎の形状、地下水位、応力状態など、複数の要因が複雑に絡み合って決まります。そのため、学術的にはn値単独での直線的な換算は推奨されておらず、より詳細な支持力算定式が用いられます。現場では、n値から概算値を求めた後、平板載荷試験などの実地試験を行い、実際の地耐力を確認するという手順が一般的です。
Q4. 平板載荷試験とはどのような試験で、何を確認するのですか?
A4. 平板載荷試験とは、実際の現場で地盤の支持力を直接測定する試験方法です。試験では、想定される支持層の上に直径30cm程度の鉄板を設置し、その上に反力装置やジャッキ、架台を組み立てます。さらにバックホウなどの重機を反力として載せ、段階的に荷重を加えながら、時間経過に伴う地盤の沈下量や変形を測定します。
この試験により、n値から算出した概算地耐力が実際の現場条件でも妥当かどうかを確認できます。理論値と実測値に大きな差異がある場合は、地盤改良の必要性や設計の見直しを検討します。平板載荷試験は、地盤の実際の挙動を把握するための重要な確認手段として、多くの工事現場で採用されています。
Q5. 地耐力の計算において考慮すべき主要な要素は何ですか?
A5. 地耐力を正確に算定するには、主に3つの重要な要素を考慮する必要があります。
第一に「荷重の分散効果」です。基礎の面積が大きいほど、荷重が広い範囲に分散されるため、地盤への負担が軽減されます。基礎幅が大きいほど地耐力も大きくなる傾向があり、基礎の形状は支持力に直接影響します。
第二に「土の粘着力」です。粘性土は粘着力を持っており、この値が大きいほど地盤は荷重に対して強くなります。粘着力はn値とも関連しており、n値が高い地盤ほど粘着力も大きい傾向があります。
第三に「土の土被り厚」です。基礎が地表面に置かれている場合と、地中に埋め込まれている場合では、後者の方が周囲の土による拘束効果により地耐力が大きくなります。これらの要素を総合的に評価することで、より精度の高い地耐力算定が可能になります。
Q6. n値と地耐力の換算式が学術的にあまり採用されない理由を教えてください
A6. 「地耐力=n値×定数」という単純な比例関係による換算式が学術的に広く採用されていない理由は、地盤の支持力が単一の指標だけでは決定できないためです。
地盤の支持力は、n値だけでなく、土の摩擦角、粘着力、単位体積重量、基礎の形状や寸法、地下水位の状態、応力状態など、多数の要因が相互に作用して決まります。n値はあくまで地盤の硬さや締まり具合を示す一指標に過ぎず、これだけで支持力を決定することは科学的に不十分です。
単一の比例係数で換算すると、地質条件や地域特性によって精度が大きくばらつく問題が生じます。そのため、学術研究や設計基準では、複数のパラメータを組み合わせた支持力算定式が用いられています。実務で「n×10」といった簡便換算が使われる場合も、あくまで初期段階の目安として位置づけられ、最終的には詳細な検討や実地試験による確認が必要とされます。
Q7. 基礎の形状や埋設深さが地耐力に与える影響について具体的に説明してください
A7. 基礎の形状と埋設深さは、地耐力に大きな影響を与える重要な設計要素です。
基礎の形状に関しては、基礎幅が大きいほど荷重の分散効果が高まり、地耐力が向上します。例えば、点で支える独立基礎よりも、面で支える布基礎やベタ基礎の方が、同じ荷重でも地盤への圧力が分散され、結果として支持力が大きくなります。これは、広い接地面積により応力が広範囲に伝達されるためです。
埋設深さに関しては、基礎が地中深くに埋め込まれるほど、周囲の土による拘束効果が働き、地耐力が増加します。地表面に単純に置かれた基礎と比べ、土中に埋められた基礎は、側方からの土圧による支持効果が加わるため、より大きな荷重に耐えられます。このため、重量のある構造物では、基礎を適切な深さまで埋設することが、安全性確保の観点から重要になります。
Q8. 粘性土の粘着力とn値の関係について教えてください
A8. 粘性土は、砂質土と異なり、粘土鉱物の特性により粘着力という固有の強度を持っています。この粘着力は、土粒子間の結合力を示し、地盤の支持力に重要な役割を果たします。
粘着力とn値の間には相関関係があり、一般的にn値が大きい粘性土ほど粘着力も大きい傾向があります。これは、n値が高いということは土の締まり具合が良く、土粒子間の結合もより強固であることを意味するためです。地耐力の算定においては、この粘着力を適切に評価することが不可欠であり、特に粘性土地盤では、粘着力の寄与分を無視すると支持力を過小評価してしまう可能性があります。
ただし、粘着力は土の含水状態や応力履歴によっても変化するため、n値だけでなく、室内土質試験による直接的な測定も併せて行うことが望ましいとされています。
Q9. 液状化現象と地盤調査の関係について説明してください
A9. 液状化現象とは、地震などの振動により、緩い砂質地盤が一時的に液体のような状態になる現象です。この現象が発生すると、地盤の支持力が急激に失われ、建物の沈下や傾斜、構造物の損傷といった深刻な被害をもたらします。
液状化の発生しやすさは、地盤の締まり具合、地下水位、粒度分布などに大きく影響されます。n値による地盤調査では、この液状化リスクを評価する重要なデータが得られます。一般に、n値が小さい緩い砂質地盤で地下水位が高い場合、液状化の危険性が高いと判断されます。
地盤調査によってn値を測定し、透水層や軟弱地盤の有無を把握することで、液状化の可能性を事前に評価できます。リスクが高いと判断された場合は、地盤改良や基礎形式の変更といった対策を講じることで、安全性を確保します。このように、地盤調査は構造物の安全性を左右する重要な工程となっています。
Q10. 実務における地耐力評価の手順と注意点を教えてください
A10. 実務における地耐力評価は、段階的かつ慎重に進める必要があります。
まず、標準貫入試験やスウェーデン式サウンディング試験などの地盤調査を実施し、n値を測定します。得られたn値から「地耐力=n値×10」といった経験式を用いて概算地耐力を算出します。この段階では、あくまで初期的な目安として捉えることが重要です。
次に、より詳細な支持力算定を行います。土の粘着力、摩擦角、単位体積重量、基礎形状、埋設深さ、地下水位などの条件を総合的に考慮し、学術的に認められた支持力算定式を用いて理論地耐力を計算します。
最後に、平板載荷試験などの現場試験を実施し、理論値が実際の地盤条件で妥当かを確認します。理論値と実測値に乖離がある場合は、地盤条件の再評価や設計の見直しを行います。
注意点として、簡便な換算式は便利ですが、精度には限界があることを認識し、最終的には複数の評価方法を組み合わせた総合的な判断が必要です。地質条件は場所により大きく異なるため、現場ごとの個別評価が安全性確保の鍵となります。
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