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固結工法

固結工法とは

土木工事では、構造物を建てる前に「地盤の状態」をしっかり確認する必要があります。もし地盤が軟らかかったり、沈下の恐れがある場合は、そのままでは安全な施工ができません。

そんなときに使われるのが「固結工法」です。これは、地盤の中に固結材(セメント系など)を混ぜて、土を固め、地盤の強度を高める工法のこと。軟弱な地盤を人工的に補強することで、沈下や崩壊のリスクを減らす役割を果たします。

建物や擁壁、仮設の構造物など、さまざまな構造物を“見えないところ”から支える大切な工事であり、土木施工管理技士にとっても知っておくべき基礎技術のひとつです。

固結工法の仕組みと種類

固結工法は、地盤中に固結材を混ぜて土を硬化させるという、シンプルながら非常に効果的な地盤改良工法です。施工方法は、土をどの深さで、どのように混ぜるかによって大きく2種類に分けられます。

表層混合固結工法

地面の表層、だいたい深さ2m以内の浅い範囲の土と固結材を混ぜ合わせて固める方法です。ブルドーザーやミキシングロータリーなどの重機を使って、表面の土をかき混ぜながら施工します。

表層混合固結工法は、主に次のような場面で使われます。

  • 盛土の下地
  • 仮設構造物の基礎
  • 舗装や駐車場の下地など

施工が比較的簡単で、工期も短いのが特徴ですが、深い層には向いていません。

深層混合固結工法

地面の深い部分(数メートル〜十数メートル)まで、専用の撹拌装置(オーガー)を使って固結材を注入しながら、土としっかり混ぜ合わせていく工法です。

主に次のような場面で使用されます。

  • 建物の基礎地盤の補強
  • 擁壁・盛土の沈下防止
  • 仮設構造物の支持地盤づくり
  • 土留めの補助対策

地盤内に「改良体」と呼ばれる円柱状の固化ゾーンをつくり、構造物を下から支えるイメージです。施工には緻密な設計と品質管理が求められます。

そのほかの固結工法

現場によっては、以下のような固結工法が選ばれることもあります。特殊な条件下で使われることが多いため、用途や特徴を知っておくと選定の幅が広がります。

  • 石灰パイル工法:
    セメントではなく消石灰を用いた地盤改良で、専用の機械で地中に石灰を注入しながら、円柱状の「石灰パイル」を造成します。農地や環境保全区域など、セメント使用に制限がある現場でも使える工法です。
  • 薬液注入工法:
    液状の固結材(セメントミルクや化学薬液など)を地中に圧入し、土粒子のすき間を充填・硬化させる工法です。止水や液状化対策、地盤の締固めや空洞充填など、精密な処理が求められる場面で使われます。

使用される材料(固結材)の種類

固結工法では、地盤の中に「固結材(または固化材)」と呼ばれる材料を混ぜて、土を硬化させます。この材料が土と反応して一体化することで、地盤に強度や安定性を与えることができます。

固結材にはいくつかの種類があり、現場の土質や施工目的に応じて使い分けられています。

セメント系固結材

もっともよく使われているのが、セメント系の固結材です。普通ポルトランドセメントのほか、早強セメントや高炉セメント、固化専用に調整された高炉スラグ系の材料など、さまざまな種類があります。

幅広い土質に対応でき、硬化後の強度も安定しやすいため、多くの現場で採用されています。

石灰系固結材

消石灰や生石灰を主成分とする石灰系の固結材も、特定の土質に対しては有効な選択肢です。とくに火山灰質土や有機質を多く含む土壌などでは、セメントよりも石灰のほうが効果的に固まるケースがあります。

セメント系と比べると硬化には時間がかかる傾向がありますが、環境負荷が少ないという面もあり、用途によって使い分けられています。

混合系固結材

セメント系や石灰系に加え、さまざまな添加剤を組み合わせてつくられたのが混合系固結材です。たとえば、土壌中の有機成分や塩分と反応しやすい土に対しては、あらかじめそれに対応した混合比の固結材を使うことで、より安定した改良効果が得られます。

ただし、性能に優れるぶんコストが高くなることもあるため、土質や予算に応じて慎重に選ぶことが大切です。

固結工法における施工管理の役割

固結工法は、完成してしまえば外から見えなくなる工事です。だからこそ、施工中の品質管理や施工精度がとても重要になります。土木施工管理技士は、工事全体の工程・品質・安全・コストのバランスを見ながら、現場の安定した施工を支えます。

まず大切なのが、事前の地盤調査の結果を正しく理解することです。土の種類や含水比、支持力などの条件をもとに、どんな固結材を使うか、どの深さまで改良するかなど、設計に必要な情報が決まります。この段階から技術者が関わることで、より実用的で合理的な施工計画を立てることができます。

施工中は、固結材の配合比が適切かどうか、撹拌が均等に行われているか、強度が確保できているかなどを確認します。たとえば深層混合固結工法では、改良体(改良柱)が設計通りの太さ・深さで造成されているか、硬化後の強度試験で確認する必要があります。

さらに、軟弱地盤では施工中の重機の沈下や不陸(地盤のムラ)にも注意が必要です。施工計画通りに進めるだけでなく、現場の状況に応じて工程の調整や安全対策を行う柔軟さも、施工管理技士に求められるスキルです。

固結工法の注意点やよくあるトラブル事例

固結工法は、地中の土を対象にした“見えない工事”です。だからこそ、施工段階での小さなミスが、大きな強度不足や沈下につながるおそれがあります。ここでは、現場で気をつけたい主な注意点と、よくあるトラブルの例を紹介します。

撹拌不良による強度不足

固結材が土と十分に混ざっていないと、部分的に強度が足りなくなります。

深層混合工法では、撹拌翼の回転数や注入圧力、移動速度などをきちんと管理しなければ、改良体の品質にムラが出てしまいます。

過剰な含水による軟化

施工対象の土が水分を多く含みすぎていると、固結材がうまく反応せず、想定通りに固まらないことがあります。

また、雨天後の施工では、表層の土が泥状になっていて撹拌が不十分になるケースもあるため、事前の水分量確認が重要です。

計画外の地層変化への対応不足

地盤調査の段階ではわからなかった「硬い砂礫層」や「不透水層」が存在していた場合、オーガーが予定の深さまで届かない、あるいは固結材が土にうまく拡散しないという問題が起こることがあります。

現場での柔軟な対応と、必要に応じた設計変更の判断が求められます。

材料配合ミスや施工記録の不備

固結材の配合比が設計と異なっていた、混合時間が短すぎた、施工記録が不完全で改良状況を後から確認できない――といったミスも少なくありません。公共工事ではとくに、記録管理も施工管理の一部として重視されます。

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