掘削中に底面が突然盛り上がる「盤ぶくれ」は、難透水層を含む地盤で起こりやすい代表的なトラブルです。
地下水圧が原因で掘削底が隆起し、土留めの変形・崩壊リスク、施工遅延、コスト増大など、現場に大きな影響を与えることがあります。
この記事では、盤ぶくれの発生メカニズム、原因、発生条件、現場での兆候、効果的な対策までをわかりやすく解説します。
盤ぶくれとは？
盤ぶくれについて解説していきます。
盤ぶくれの意味や現象
盤ぶくれについて、土の中でどんなことが起こっているのか図解にしてみました。（上記図解参照）
盤ぶくれとは、難透水層下面に上向きの水圧が作用し、これが土の重さ以上になる場合、掘削底面が浮き上がり、最終的には難透水層が突き破られ、ボイリング状の破壊に至る現象のことです。
掘削を行うと、地盤を押さえていた上載荷重が減少します。
すると、下部の透水層にある地下水圧が相対的に強くなり、上の難透水層を押し上げてしまい、掘削底面の浮き上がりにつながります。
また地盤としては、難透水層、水頭の高い透水層の順で構成されている場合に起こりやすいく、深い掘削や地下水位が高い現場で起きやすい現象です。
盤ぶくれが起きるとなぜ問題？
盤ぶくれが起きるとなぜ問題化というと、掘削底面が不安定になり、最悪の場合は土留め全体の崩壊につながるからです。
| 区分 | 起きること | なぜ問題か | 現場への影響 |
|---|---|---|---|
| 底面の隆起 | 掘削底がドーム状に持ち上がる | 設計GLが確保できない | 床付けや基礎施工ができない |
| 施工不能 | コンクリート打設不可 | 精度・品質確保が困難 | 工期遅延・手戻り発生 |
| 土留めの不安定化 | 壁の変位・支保工に過大応力 | 地盤全体の力のバランス崩壊 | すべり破壊の危険 |
| 開削全体の崩壊 | 底面安定破壊の進行 | 安全率の低下 | 重大事故の可能性 |
| 周辺地盤への影響 | 周辺沈下・地下水変化 | 地盤支持力の低下 | 近接構造物への被害 |
盤ぶくれが発生する主な原因
| 区分 | 主な原因 | 内容 | なぜ発生につながるか |
|---|---|---|---|
| 地下水条件 | 地下水位が高い | 掘削底より高い位置に地下水が存在 | 下からの揚圧力が大きくなる |
| 地盤構成 | 上部が粘性土、下部が砂層 | 難透水層の下に透水層がある | 水圧が逃げにくく底面を押し上げる |
| 掘削条件 | 深い掘削 | 上載荷重が大きく減少 | 押さえつける力が弱まる |
| 施工条件 | 急速施工・排水不足 | 水位低下対策が不十分 | 揚圧力がそのまま作用する |
| 土留め構造 | 根入れ不足 | 下部地盤の拘束力不足 | すべり破壊と連動しやすい |
盤ぶくれは、「下からの揚圧力」＞「上からの有効上載荷重」になったときに発生します。
つまり、
- 地下水圧が強い
- 掘削で軽くなる
- 安全率が低下する
この3点がそろうと危険です。
盤ぶくれが起きやすい条件・現場
盤ぶくれが起きやすい条件や現場は以下の通りです。
| 区分 | 起きやすい条件 | 内容 | なぜ危険か |
|---|---|---|---|
| 地盤条件 | 上部が粘性土（砂質土の場合もある）、下部が砂層 | 難透水層の下に透水層がある | 水圧が逃げず、底面を押し上げる |
| 軟弱粘性土地盤 | せん断強度が小さい | 押し上げ力に耐えにくい | |
| 水条件 | 地下水位が高い | 掘削底より水位が高い | 揚圧力が大きく作用 |
| 被圧地下水がある | 砂層に水圧がかかっている | 下から常に上向き水圧が作用 | |
| 施工条件 | 深い掘削 | 上載荷重が大きく減少 | 抑える力が小さくなる |
| 地下水位低下対策が不十分 | ウェルポイント未設置など | 揚圧力が低減されない | |
| 構造条件 | 土留めの根入れ不足 | 下部拘束が弱い | すべり破壊と連動 |
特に注意すべき現場はこちら！
- 地下駐車場などの大規模開削工事
- 河川・海岸付近の地下水位が高い地域
- 粘性土が厚く堆積している低地や難透水層
- 被圧地下水が確認されているボーリング結果
盤ぶくれの発生メカニズム
盤ぶくれの発生メカニズムを見ていきましょう。
盤ぶくれとは、難透水層下面に上向きの水圧が作用し、これが土の重さ以上になる場合、掘削底面が浮き上がり、最終的には難透水層が突き破られ、ボイリング状の破壊に至る現象のことです。
| 段階 | 起きていること |
|---|---|
| 第1段階 | 掘削前の状態 |
| 第2段階 | 掘削により上部の土の重さが減少する |
| 第3段階 | バランスが崩れ掘削底面が浮き上がる（最終的にボイリング状の破壊） |
【第1段階】掘削前の状態
盤ぶくれが起きやすい条件として、地盤は掘削底面付近が難透水層、その下が地下水位が高い透水層で構成されている場合が挙げられます。
ただこの状態でも、上載荷重で抑えられているため、力のバランスが取れている状態です。
【第2段階】掘削により上部の土の重さが減少する
掘削を行うと、上の土の重さ（上載荷重）が減少します。
しかし地下水圧はそのまま存在するため、押さえる力が小さくなります。
【第3段階】バランスが崩れる
揚圧力 ＞ 有効上載荷重になると、粘性土層がドーム状に隆起し、底面全体が不安定な状態になります。
最終的には、難透水層が突き破られ、ボイリング状の破壊に至ります。
盤ぶくれの主な対策工法
盤ぶくれの主な対策方法についてまとめました。
| 対策の考え方 | 具体的な方法 | 目的 | ポイント |
|---|---|---|---|
| 地下水圧を下げる | ウェルポイント工法 | 地下水位を低下 | 最も基本的な対策 |
| ディープウェル工法 | 深い被圧地下水に対応 | 大規模掘削向き | |
| 土を強くする | 深層混合処理工法 | 粘性土の強度増加 | 底盤改良として有効 |
| 薬液注入工法 | 透水性低減・強度向上 | 部分的対策に適する | |
| 押さえる力を増やす | 掘削深さの段階施工 | 急激な応力解放を防ぐ | 安全率確保 |
| 根入れ長の確保 | 下部地盤を拘束 | すべり破壊防止 | |
| 構造的対策 | 先行底版施工 | 押さえ効果を持たせる | 早期剛性確保 |
盤ぶくれは揚圧力 ＞ 上載荷重（＋せん断抵抗）で起きます。
つまり対策は：
- 揚圧力を小さくする（排水）
- 抵抗力を大きくする（改良）
- 急に軽くしない（施工管理）
盤ぶくれの計算
盤ぶくれに関する計算とは、掘削底面が安定しているかどうかを確認するための安全率の検討を指します。
盤ぶくれは、掘削によって上から押さえていた土の重さ（上載荷重）が減少し、下部砂層からの地下水による揚圧力が相対的に大きくなることで発生します。
そのため計算では、「下から作用する水圧」と「それに抵抗する粘性土のせん断強度」を比較します。
計算
①下部砂層の地下水による揚圧力
u=γw×h
-
γw：水の単位体積重量（約9.8kN/m³）
-
h：掘削底と地下水位の水頭差
② 抵抗力（上からの力）
粘性土のせん断強度
粘性土の場合は、
τ=Cu
-
cu：非排水せん断強度
一般的に、下からの揚圧力は水の単位体積重量（約9.8kN/m³）と水頭差から求められます。
一方、抵抗力は粘性土の非排水せん断強度（cu）によって評価されます。そして、
ポイント
安全率 ＝ 抵抗力 ÷ 作用力
という形で整理し、安全率が1.0を下回ると盤ぶくれが発生する危険があると判断します。
設計上は通常、安全率1.2〜1.5程度以上を確保することが求められます。
つまり盤ぶくれの計算とは、「地下水圧に対して粘性土がどれだけ耐えられるか」を数値で確認する作業であり、掘削底面の安定性を判断する重要な検討項目です。
【比較表】盤ぶくれとボイリングとヒービングの違い
盤ぶくれとボイリング、ヒービングの違いについてまとめました。（図解）
| 項目 | 盤ぶくれ | ボイリング | ヒービング |
|---|---|---|---|
| 図解 | |||
| 現象 | 掘削底面（盤）がドーム状に隆起する現象
掘削底の安定破壊の一種 |
砂と水が噴き出す | 掘削底盤の土が隆起する |
| 主な発生原因 | 掘削により上載荷重が減少し、下部砂層からの揚圧力（地下水圧）が相対的に大きくなるため。 | 上向きの浸透水圧（浸透流） | 掘削による応力解放と粘性土の塑性変形 |
| 地下水の関与 | 地下水位が高い、または被圧地下水が存在すると発生しやすい。
揚圧力が直接的な要因 |
地下水位が高い、または被圧地下水が存在すると発生しやすい。 | 助長要因（主因ではない） |
| 発生しやすい土質 | 上部が粘性土（難透水層）、下部が砂質土（透水層）の地盤構成
特に軟弱粘性土で危険。 |
砂質土 | 粘性土（粘土・シルト） |
| 土の挙動 | 粘性土層全体がドーム状に隆起し、すべり面を伴う塑性破壊が生じる。
砂が噴出するわけではない。 |
砂粒子が水とともに流動化 | 土そのものが押し上げられる |
| 掘削との関係 | 深掘削ほど上載荷重が減少し危険性が増す。急速施工や段階不足もリスク要因。 | 地下水位が高いと発生しやすい | 深い掘削・土留め壁で発生しやすい |
| 代表的な対策 | 地下水位低下（ウェルポイント・ディープウェル）、地盤改良（深層混合処理）、根入れ長確保、段階施工。 | 地下水位低下・遮水工 | 底盤改良・段階掘削・押さえ工 |
| 試験でのキーワード | 揚圧力・上載荷重減少・難透水層・根入れ不足 | 浸透水圧・砂質土・噴出 | 隆起・塑性変形・粘性土 |
盤ぶくれ、ボイリング、ヒービングはいずれも掘削時に発生する不安定現象ですが、発生原因・土質・対策は大きく異なるため、正しく区別することが重要です。
ヒービングやボイリングについてさらに詳しく知りたい方は以下の記事をご確認ください。
盤ぶくれに関する試験・実務でのポイント
盤ぶくれに関する試験や実務でのポイントをまとめましたので参考にしてください。
盤ぶくれ①試験でのポイント
- 盤ぶくれは掘削底面の安定問題である
- 主因は「揚圧力 ＞ 上載荷重」になること
- 地盤構成は上部が難透水層・下部が透水層が典型
- 被圧地下水（地下水）があると発生しやすい
- 盤ぶくれは深掘削ほど危険性が増す
- 安全率の考え方（抵抗力／作用力）を理解する
- cu（非排水せん断強度）が小さいと危険
- 盤ぶくれ対策＝地下水位低下・底盤改良・根入れ確保
- ボイリングとの違いを区別できること（砂が噴出しない）
- キーワード：揚圧力、底面安定、難透水層、被圧地下水、安全率
盤ぶくれ②実務でのポイント
- 事前のボーリング調査で地盤構成を確認
- 地下水位と被圧水の有無を把握
- 掘削前に底面安定計算を実施
- 深掘削では盤ぶくれが起きやすいため段階施工を検討
- ウェルポイントやディープウェルの必要性判断
- 盤ぶくれは土留めの根入れ不足に注意
- 掘削中の底面隆起量を常時計測
- 異常な隆起やひび割れを早期発見
- コンクリート打設前に底面安定を再確認
- 「急に掘らない・急に水を止めない」が基本
以上です。
ありがとうございました。