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沈下の状況 ~沖積層、洪積層の沈下の特徴~

沖積層の沈下の特徴と地盤の改良

海底の一番上に堆積している軟らかい沖積粘土層は、どこの海岸にも堆積しているような粘土で、昔から技術的にも沈下対策がなされ、その性質についての知識や経験が豊富です。

関西国際空港では、島の重さによって、もともとの沖積粘土層の厚さが2/3になるほど大きく沈下します。また、地表に近いので、沖積粘土層の沈下に凹凸があると、地面の上の空港施設に悪影響が出やすくなります。このため、何らかの地盤改良が必要でした。

広い関西国際空港の下に横たわる厚い沖積粘土の沈下そのものを止めることはできませんが、 沈下を人工的に早めることによって、空港ができあがってからの沈下を少なくすることはできます。この方法として、サンドドレーン工法という地盤改良を行って、沖積粘土の沈下を早めることにしました。これによって、何も手を加えないと数十年もかかる沈下を、1年足らずで完了させることができました。

サンドドレーン工法のしくみ
サンドドレーン工法のしくみ
サンドドレーン用の船
サンドドレーン用の船

サンドドレーン工法の仕組みは、島の重さで絞り出される粘土の水が、少しでも早く外に抜け出せるよう、すなわち、沈下を早く終わらせて粘土を固くするように、粘土の中に水の抜け道になる砂の杭を作る工法です。1期島では、2.5m間隔で直径40cm、長さ20m程の砂杭を100万本打ち込みました。2期島では120万本です。我が国で最初にサンドドレーン工法が使われた昭和27年以来、関西国際空港の工事開始までの35年間に作られたサンドドレーン工法の砂杭本数は90万本ですから、関西国際空港の工事の規模の大きさが分かります。

1期島の工事開始から測っている沖積粘土層の沈下データを見ますと、サンドドレーンの効果が発揮されて、島の重さが乗ってから1年足らずで沈下が終わり、それ以降はほとんど沈下していないことが分かります。現在では、その沈下は完全に終わっています。

沖積層沈下の状況
沖積層沈下の状況
洪積層の沈下の特徴

沖積粘土層の沈下は工事中に終わっていますので、開港以来、現在も続いている長期的な沈下は、洪積層で起きている沈下です。洪積粘土層はあまりにも深く厚いため、沖積粘土層のような地盤改良ができないので、自然の状態のまま長い期間をかけてゆっくりと沈下しています。

1期島の工事開始から測っている洪積粘土層の沈下データを見ると、まだ水の中を埋め立てている間は、土も水中なので軽く、島の重さが洪積粘土層の固さを越えるほどではないため、ほとんど沈下していませんが、埋め立てが水面上に顔を出すのと同時に、沈下をし始めています。しかし、当初は速かった沈下のスピードも徐々に鈍り、最近では年間10㎝を下回るまでになってきました。

洪積層沈下の状況
洪積層沈下の状況

洪積層と一口で言っても厚さは400mにも及び、その性質は、深さによって随分違います。堆積した年代や粘土の固さ等の性質の違いから、大まかに上部と下部に分類されています。詳しくは以下をご覧下さい。

空港島表面での沈下の状況

1期島では、工事開始から今日までの海底地盤の沈下を、17点で計測してきました。ここで測っている沈下は、沖積層も洪積層も加えた全体の沈下になります。沖積層は埋立完了後1年足らずで沈下が終わっていますので、開港後の沈下は、ほとんど洪積層だけの沈下と考えられます。

2015年12月の計測結果によると、1年間の17点の平均沈下量は、開港時には年間50cmの沈下であったものが年々減少し、現在は6cmとなっており、年間数cm程度の沈下量まで落ち着いてきています。粘土の厚さの違いや埋め立てた重さの違い等によって各点の沈下量には幅がありますが、1994年開港から現在までの平均沈下量は3.30mで、埋立開始から開港までの沈下量(9.82m)を加えた全沈下量は13.12mです。

沈下計測点
空港内の沈下計測点の沈下量(埋立開始からの累積沈下量)
空港内の沈下計測点の沈下量(埋立開始からの累積沈下量)
拡大図
1年間の沈下量の変化
1年間の沈下量の変化
空港島の地盤の高さ
空港島の地盤の高さ(2015.12現在)

2期島では、工事開始から今日までの海底地盤の沈下を54点で計測してきました。ここで測っている沈下は、沖積層も洪積層も加えた全体の沈下になります。沖積層は2期島施設の供用開始までに沈下が終わっていますので、供用後の沈下は、ほとんど洪積層だけの沈下と考えられます。
2015年12月の計測結果によると、1年間の平均沈下量は34cmでした。2007年供用から現在までの平均沈下量は3.53mで、埋め立て開始から供用までの沈下量(11.71m)を加えた全沈下量は15.24mです。

沈下計測位置
沈下計測位置
沈下計測点の実測沈下量
沈下計測点の実測沈下量

今後の沈下をより精度良く見通していくためには、全体の沈下が順調に収束傾向に向かうのかといったマクロな見方も必要ですし、もうすこし沈下のメカニズムに立ち入って、2期島の影響による1期島の砂層の水圧上昇が、1期島の長期的な沈下にどのように影響していくのかといった点や、洪積層のどの部分の沈下がどのように収束していくのか、といった個々の点を押さえていくことも必要です。

今後とも、沈下に関するデータを蓄積し、学識者の方々のご指導をいただきながら慎重に監視していきたいと考えています。

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