液状化については判定方法は確立されていますが、その評価は液状化の可能性があるという評価や、液状化危険度は低いのような幅のあるような評価になります。設計場面で液状化対策に悩んだ経験は多いと思います。
可能性がゼロではない限りは対策をするという考え方では、過剰なコストを掛けることになってしまう可能性があります。
今回の記事では現状の液状化判定の手法が確立していった経緯と背景について書いていきます。現状の検討方法を機械的に捉えるのではなく、実践の中で正しく選択できるようになることを目指します。
液状化については未知が部分も多く、設計する上での重要度の高い内容なので複数回に分けて扱っていきたいと思います。
①告示での液状化の位置づけ
液状化については、告示や構造関係技術基準解説書ではどのような位置づけになっているかを見ていきます。建築基準法では施行令第93条、告示では平13国交告第1113号が該当する内容になると思います。
構造設計をしている方や一級建築士の勉強をしている方からすると何度も見ている内容になると思いますが、構造関係技術基準解説書では以下のように記載しています。
地震時に液状化のおそれのある地盤は，概ね次のイからニまでに該当するような砂質地盤である。
イ 地表面から20ｍ以内の深さにあること
ロ 砂質土で粒径が比較的均一な中粒砂等からなること
ハ 地下水で飽和していること
ニ Ｎ値が概ね15以下であること原位置から採取した試料土を用いて，室内土質試験により詳細な判定を行う場合は，日本建築学会「建築基礎構造設計指針」に示された方法（FL値に基づく方法）によることが一般的である。具体的には，標準貫入試験等の地盤調査結果に基づき，各層ごとの液状化に対する安全率（FL）を求め， FL値が１を超えると液状化発生の可能性はないと判断される。
まずは大きくイ～二の内容に当てはまるような、浅い位置での緩い砂層に対象を絞った上で、その層に対して詳細な調査・検討を行って判断するような内容になっています。
液状化の検討で前述したFL値（液状化抵抗比）で検討する際には検討用の加速度を設定する必要があります。主に使用される数値は150gal、200gal、350galになります。詳細は後述しますが法的な扱いとしては必ずしもすべての加速度についてFL値が1を超える必要はありません。
地盤の特性、建物のクライテリアを踏まえてどの加速度に対しての検討を行うかを設計者が判断したうえで、その影響（許容地耐力や沈下量）を考慮して設計すれば良いことになっています。
なので、設計段階での照準は、数値を満足させることではなく、どのような状況を想定して、どのような対策をしておくのかといった部分になってきます。
例えば液状化による沈下が多少生じたとしても、べた基礎にしておくことで建物全体を一律に沈下させれば、建物の使い勝手には影響が出ません。外構部分と取り合うレベルが調整さえできれば解決すると言った考え方もありということです。
②液状化の被害・検討手法の変遷
液状化が注目されるようになった経緯について振り返りながら液状化による影響を見ていきたいと思います。
一番最初に液状化の被害が注目されたのは1964年の新潟地震になります。この地震でアパートが傾斜・転倒、橋の崩壊、マンホールが浮き上がるなどといった被害が見られました。
その後の研究で液状化が起こる緩い砂質地盤の特徴が明らかになりましたが、1995年の兵庫県南部地震（阪神・淡路大震災）では神戸市を中心に埋立地などで粘土分やシルト分を多く含む土でも液状化が生じることが認められました。
2011年の東北地方太平洋沖地震では液状化による地盤の流動（側方流動）によって、護岸や橋脚、ライフラインなどへの被害、千葉県浦安市で住宅が傾く被害が多く見られました。
最も新しい被害としては、2024年の能登半島地震になりますがここでも多くの液状化被害が見られました。
次にこれらのような被害を受けての液状化についての検討方法の変遷を見ていきます。
1964年の新潟地震以降：液状化研究の幕開けと初期の検討方法
地震時の土の挙動を再現するため、繰返し三軸試験などの室内土質試験が開発・導入され始めました。これにより、砂の液状化強度（液状化するのに必要な繰返しせん断応力）を定量的に評価する試みがなされました。
1970年代～1980年代：標準貫入試験の活用と簡易評価法の確立
現状主流になっているFL値の評価法が普及し始めています。建築基準法や関連告示においても、液状化の可能性のある地盤に対する配慮が明記されるようになり、基礎構造の設計において液状化の影響を考慮することが求められるようになりました。
1995年の兵庫県南部地震以降：被害実態からの教訓と評価方法の高度化
液状化の発生の有無だけを評価するFL値だけでなく、液状化の程度も評価するPL値（液状化する層の深さや厚さを考慮して地盤全体の液状化による変形量を総合的に評価する指標）が導入されました。
合わせて技術の進歩もあり、これまでの簡易的な評価法だけでなく、地震時の間隙水圧の発生・消散、有効応力の変化、それに伴う地盤の剛性・強度の低下を考慮した有効応力解析の実用化、標準貫入試験だけでなく、コーン貫入試験（CPT）、PS検層（S波速度測定）、表面波探査など、地盤の特性をより詳細に把握できる多様な地盤調査手法が活用されるようになりました。
2000年代以降：東日本大震災・熊本地震を経て、更なる高度化と多様化
新しい検討項目として側方流動の発生予測とそれによる構造物への影響評価が、液状化検討の重要な項目として位置づけられるようになりました。
検討方法としては、地理情報システム（GIS）の活用や、大規模な地盤データベースの構築により、広域的な液状化ハザード評価やリスク評価の技術が向上しました。コンピュータの普及と高性能化により、データベースを活かした地震応答解析や地盤・構造物連成解析など、より複雑で詳細な数値解析が可能となり、液状化時の地盤と構造物の相互作用をより現実的にシミュレーションできるようになりました。
解析方法だけでなく対策としての工法も普及が進みました。サンドコンパクションパイル工法、締固め砂杭工法、薬液注入工法、深層混合処理工法など、様々な地盤改良工法の開発と適用が進み、それぞれの工法が液状化抵抗に与える効果を評価する方法も進化しました。
③液状化検討は設計者の課題意識が不可欠
どの課題においても設計者の課題意識が不可欠なことは変わりませんが、ここまでの内容からもわかるように、地震被害を受けて法や告示については特に詳細な規定を設けていないことがわかります。
地上部分については大地震が起こるたびに、被害状況を踏まえて多くの改定が行われており、基準に適用することが設計と誤解されるほどになっています。一方で液状化については詳細な規定はなく、設計者の判断次第な部分が多くあります。
液状化に対する研究・技術は変遷からも進化していることがわかりますが、一方で実務では「とりあえず杭にしておけば安心」といった考えや、標準貫入試験やちょっとした室内試験結果を踏まえた、FL値、PL値での判断で終わっているケースも多いように思います。
すべての案件で詳細の検討をしていてはコストも手間も掛かってしまい、重要な課題を見失ってしまうので、優先判断を付けつつ専門業者と一体となって、技術発展と設計の高度化を繋げていくことが今後の課題であると思います。
次回以降の記事では評価方法の具体的な数値の意図などについて扱っていきたいと思っています。
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