高層ビルの構造是正のためのグラウト揚振（注入・沈下修正）

傾いた塔をまっすぐにすることが重要な理由

現代の都市は限られた土地に高層ビルが密集して建てられており、多くの敷地は軟弱地盤や不均一な地盤の上にあります。高層建築物の下の土がある部分で他よりも多く沈下すると、建物全体が徐々に傾き、内部の居住者や利用者の安全や快適性が脅かされます。本稿は中国・広西蒙山県の26階建ての建物が著しく傾き始めた事例を追い、解体せずに地下で慎重に「注入して持ち上げる」工法によりどのように姿勢を修正したかを説明します。

都市の塔の下に潜む問題

上棟後、基礎まわりに広がるひび割れや建物全体が南東方向へずれている兆候が顕在化しました。精密測量では基礎の一部が20センチ以上沈下しており、建物の傾斜は居住快適性や規則の許容を大きく超えていました。詳細な地質調査で原因が明らかになりました。ラフト基礎の下には空隙の多い緩い礫層があり、さらに下の岩盤には自然の空洞が多数存在していました。地中のこうした「空虚なポケット」が土や岩の荷重支持力を低下させ、場所によって支持力が異なるため一部が他よりも沈下しやすく、地下室の壁やスラブに引張応力を生じさせていました。

地下を可視化するための仮想モデル

技術者は地中を直接見ることができないため、建物と周辺地盤の三次元コンピュータモデルを構築しました。この仮想モデルでは現地で確認された地層を再現し、ボーリングで発見された空洞を挿入しました。そのうえで重力荷重下でモデルの建物を「沈下」させ、挙動を観察しました。モデルでの沈下パターンは実測とよく一致し、弱く多孔な層と地下空洞が主因であることが裏付けられました。空洞を除いたモデルを再計算すると沈下がより均一になり傾斜が大幅に小さくなり、こうした隠れた空間の重要性が強調されました。

持ち上げる前の地盤強化注入

建物の一側に単に材料を注入して押し上げる方法は重大なリスクを伴います：揚振が不均一になる、新たなひび割れが生じる、注入材の収縮や再分布で再び傾く、といった問題です。これを避けるために、研究チームは二段階の手法を設計しました。まずは補強です。建物の周囲および下に格子状に孔を穿ち、浅い礫層と深い弱い岩盤の両方を対象にしました。これらの孔に、アルミニウムおよび鉄の工業副産物とセメントを配合した特殊なグラウトを注入しました。試験ではこの混合材は早期に硬化し、所定の半径内にのみ拡散し、高強度を発現し収縮が小さいことが示され、空洞を充填し緩い粒子を結びつけ、周囲地盤から後退しない剛性のある“柱”を地盤内に形成できることが確認されました。

慎重に、綿密に監視された揚振

地盤を強化した後にのみ、チームは建物を実際に揚振するための注入を行いました。主により大きく沈下していた東側および南側を中心に、各孔の底部から上方へ段階的に低圧で注入し、1日の揚程を非常に小さく制限しました。10セットの装置が連携して、最も沈下が大きいゾーンからより安定したゾーンへと順に作業を進めました。45日間の作業を通じて、自動監視システムが多数点で建物の高さや傾斜の微小変化を追跡し、作業員は注入速度や圧力を随時調整できました。注入プロセスのコンピュータシミュレーションではグラウトを土中で膨張する体積として表現し、予定圧力が建物を持ち上げるのに十分でありながら構造を損なわないことを確認するのに役立ちました。

かつて傾いていた塔を許容範囲内に復帰

作業完了時の測定では、基礎の最大傾斜が約6パーミルからわずか0.3パーミルに低下しており、許容される安全性と快適性の範囲内に収まっていました。建物内での沈下差は大幅に縮小し、地下室の壁やスラブに生じていた応力はコンクリートの引張強さを下回り、新たなひび割れのリスクは低減しました。特注のグラウト、「先に強化し後で揚振する」戦略、孔の配置、低圧で段階的な注入、リアルタイム監視の組み合わせにより、既存の高層建築を問題のある地盤上から救う実用的方法が示されました。都市住民にとって、地下の地盤が静かに破綻しても、建物を閉鎖したり解体したりせずに安定性を回復する工学的手法が存在することを意味します。

引用: Cui, X. Grouting uplift for structural rectification of a high-rise building. Sci Rep 16, 10462 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38875-z

キーワード: 建物沈下, 地盤改良, 地盤注入工法, 高層建築の安全性, 構造是正