沿岸シルト状軟弱地盤の改良処理に関する実験的研究

沿岸都市のためのより強い地盤

多くの海岸では、地面は一見しっかりして見えても、岩というよりプリンのように挙動します。中国の海岸にある急成長中の工業地帯、寧波前湾では、表層が水分を多く含んだシルトで、荷重により押しつぶされ、ずれてしまいます。本研究は実用的でかつ世界的にも意味のある問いを投げかけます：大量の石や砂を運び込む代わりに、主に産業廃棄物を原料とした化学混合物を設計して混和することで、この弱く泥状の地盤を道路や工場の安全な基盤にできるか、ということです。

なぜ泥濘の海岸は造成が難しいのか

寧波前湾は、船舶のための深水と埋め立てによる用地創出の余地があるため開発に魅力的です。しかし表層は厚さ1〜3メートル程度の軟らかいシルトで、含水量が高く粒間に大きな空隙を抱えています。道路や建物を載せるとこの層は不均一に圧密し、重大な不同沈下や変形を引き起こします。従来の対策は、岩石を投入して泥を押しのけるか、細粒の砂を注入する方法でした。前湾では、どちらの方法も高コストで深部まで制御が難しく、周辺の水域への影響が懸念され、なおかつ不安定な基礎が残ることがありました。

廃スラグを有効成分に変える

研究者は別の方針を模索しました：現地のシルトに直接「硬化促進剤」を混和してその場で硬化させる方法です。主原料は水冷却鋼スラグで、地元製鉄所から出る副産物で通常は廃棄されます。このスラグにはカルシウム、ケイ素、アルミニウム、マグネシウムが含まれ、適切に活性化すればセメント様の結合を形成できます。その潜在力を引き出すために、研究チームは少量のセメントクリンカーと2種類の化学塩（NaHSO4およびNa2SiF6）を配合しました。アルカリ性で湿潤な環境下で、これらの成分は反応して粒間を埋めるゲル状の結合材を生成し、土粒子を接着してより強い塊を作ります。

最適配合を実験室で設計する

無数の配合を無作為に試す代わりに、チームは「直交表」に基づく実験デザインを用いました。これは比較的少ない試料で多くの組み合わせを効率的に評価できる体系的手法です。彼らはクリンカー、NaHSO4、Na2SiF6という3要因をそれぞれ4水準で系統的に変化させ、実際の前湾シルトから作った16試料を作製しました。混和および成形後、化学反応が進行するように28日間湿潤環境で養生し、その後各試料の圧縮に対する挙動を測定しました。これは処理地盤が現場でどれだけ沈下するかを示す指標です。

処理土がどれだけ強くなったか

圧縮試験の結果、化学処理されたシルトは中等〜低圧縮性の土に近い挙動を示し、実務上目指される地盤特性に近づきました。結果の統計解析により「最適」配合が特定されました：硬化促進剤中にクリンカー20％、NaHSO4 4％、Na2SiF6 1％です。この配合が実際に強度を向上させるかを確認するために、研究チームは3種の試料を比較しました：最適配合、試験した中で添加量が最大の配合、そしてスラグや塩類を加えずクリンカーのみの配合です。無側限圧縮試験では、最適配合の平均強度は790キロパスカルに達し、クリンカーのみの試料と比べて約4.6倍の強度向上を示しました。添加量を増やした配合は、必ずしも性能が高いわけではなく、配分を適切にすることの重要性が確認されました。

沿岸造成への実用的な利点

専門外の方への要点は、適切な化学配合により、主に現地の産業廃棄物を利用して軟弱な沿岸泥質地盤をより堅固で信頼できる地盤に変えられるということです。寧波前湾の事例では、スラグを主体とした硬化促進剤に補助化学剤を慎重に調整することで、地盤の圧縮量を大幅に低減し、荷重支持力を高めることができました。今後、交通荷重や環境変化に対する長期挙動の検証は必要ですが、この研究は廃棄物を再利用しつつ泥濘地で安全な造成を実現する、より持続可能な方法を示す有望な成果を提供します。

引用: Qin, P. Experimental study on reinforcement treatment of coastal silty soft soil. Sci Rep 16, 7688 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36222-w

キーワード: 沿岸軟弱地盤, 地盤安定化, 産業スラグの再利用, 基礎工学, 地盤改良