液状化現象ってどんな現象？液状化のリスクや対策について解説

ニュースや学校の授業などで液状化現象という名称を聞いたことはあるけれど、どんな現象で、どんなリスクがあるのかと聞かれると正確に答えられる人は少ないのではないでしょうか。近年発生した地震においても、この液状化現象による甚大な被害が発生しています。

今回は、そもそも液状化現象とはどのような現象なのかをお伝えするとともに、液状化のリスクや対策について解説します。

1. 液状化現象とは？

液状化現象とは、地震が発生して地盤が強い衝撃を受けることで、地盤全体がドロドロの液体状になる現象のことをいいます。通常、土でできた地盤は粒子が互いに接して支えあって強度を保っているのですが、地震による衝撃で地下水の圧力が高くなり、支えあっていたはずの粒子がバラバラになって地下水に浮いたような状態になってしまうのです。こうして土の粒子と水が分離して砂粒が沈降し、液状化現象が発生するのです。

2. 液状化現象が起こりやすい地盤・地震

液状化現象は、いつでもどこにでも発生するものではなく、一定の条件のもとに発生します。

どんな場所、どんな時に発生する可能性があるのかを知っておきましょう。

2-1. 液状化現象が起こりやすい地盤

液状化現象は、地下水位が高く（地表から10m以内）、ゆるく堆積した砂の地盤で発生しやすくなっています。この砂の地盤は、主に同じ成分や同じ大きさの砂でできている土の粒子の隙間が、地下水で満たされている状態です。例えば、埋立地、干拓地、海岸や河口付近、砂丘や砂州の間の低地、かつて沼や河であったエリアなどが発生しやすい場所としてあげられます。海に近いところに限らず、内陸の平野部でも発生する可能性はあり、地下水位が浅いほど液状化が起こりやすいといえます。土の粒子の細かい粘土地盤では、基本的に液状化は発生しません。地下水位は地表から10m以内が現象発生の目安となっていますが、一般の戸建住宅の場合はそれほど重量がありませんので、地表から3m以上地下水位が深い場合には建物への被害はほとんどないと考えられています。

2-2. 液状化現象が起こりやすい地震

液状化現象は、震度5以上の揺れで発生しやすいといわれています。揺れの強さ以外に影響するのは、揺れの長さ（時間）です。揺れが長いと震度4程度の揺れであっても液状化現象につながる可能性があります。揺れの長さは、マグニチュードに比例します。

3. 液状化現象のリスク（被害）

液状化現象が起こると、どんなリスク（被害）があるのでしょうか。

古くは1923年の関東大震災から液状化の被害が確認されており、特に1964年に発生した新潟地震では4階建ての建物が大きく傾く被害が起こり、液状化現象が広く知られるようになりました。その後も、1995年の阪神大震災や2011年の東日本大震災でも液状化現象は発生しています。

それでは具体的なリスク（被害）を見ていきましょう。

3-1. 地面から水や砂が噴き出す

液状化により地中の水圧が高くなると、水や砂が地面から勢いよく噴き出すことがあります。地面が水や砂だらけになるだけではなく、車や自転車が埋没してしまったり、生活道路が使えなくなってしまったりして、日常生活に支障が出る可能性があります。田畑が水没したり埋もれたりすることもあり、農作物への被害も考えられます。

さらに、時間がたって水分が乾いた後、土砂が舞うことで粉塵被害も発生するのです。そのためこうした被害は1か月以上継続することになります。

3-2. マンホールなどの地中物が飛び出す

水の比重よりも軽いマンホールなどの地中構造物が飛び出してくることもあり、避難などの通行の妨げになるだけではなく、緊急車両が通れなかったり、事故を誘発したりといった事態も引き起こします。物流の停止も引き起こすので、生活に必要な物資が入手できないということにもなりかねません。

マンホールは飛び出す被害だけではなく、液状化した土砂が内部に流れ込むことで下水道としての機能が果たせなくなるといった被害も発生しています。

こうした被害の応急復旧がなされるまでに、1ヶ月程度は要するでしょう。

3-3. 水道管やガス管が破損する

地中に埋められている上下水道管やガス管が切断されたり、引き裂かれたりして、ライフラインが途絶えるリスクがあります。破損箇所の周辺のみならず、切断部分から土砂が入ってしまうため、液状化していない地域のライフラインにも影響が広がってしまいます。

飲料水の確保はもちろん、トイレやお風呂といった生活用水が使えなくなるので生活への影響は大きいです。ガス管が破損した場合も、お湯が使えなかったり、調理ができなかったりと不便な状態となります。被害状況にもよりますが、数週間～長ければ1か月程度復旧に時間がかかる場合もあります。

3-4. 建物が傾いたり倒壊したりする

液状化により地盤沈下が起こると、水の比重より重い建物が傾いてしまったり、最悪の場合、倒壊してしまったりする可能性があります。木造住宅は基礎が浅いため、特に影響を受けることが多いです。

建物が傾くと倒壊の危険性が高まるだけではなく、扉や窓の開け閉めができなくなったり、隙間やひび割れが発生して気密性が低下したり、傾いた家で生活することで体調に支障が出たりすることもあります。

また、地面全体が河などの低い方に流れてしまうことで、橋が傾いたり落ちたりするという被害が発生することもあります。

4. 生活を守るためにできる液状化対策とは

液状化のリスクを回避するにあたりできることは大きく分けて『液状化リスクの高い土地を避けること』『地盤改良を行うこと』『建築物側に施工すること』の3つがあります。

それぞれについてみていきましょう。

4-1. 液状化リスクの高い土地を避ける

すでにご紹介した通り、液状化現象が起こりやすい地盤があります。リスクのあるエリアを避けることは、1つの液状化対策といえます。

埋立地、干拓地、海岸や河口付近、砂丘や砂州の間の低地、かつて沼や河であったエリアなどで液状化現象が起こりやすいといわれていますが、より具体的に調べるためには自治体の情報が参考になります。各自治体で公開されているハザードマップでは液状化の危険度を確認することができますし、もう少し時間をかけるのであれば、ボーリング調査の結果や土地の歴史なども調べることができます。ボーリング調査とは、地盤にボーリングロッド（鉄の筒）を打ち込み、筒の入り具合や採取した土などをもとに地質を調査することをいいます。

4-2. 地盤改良を行う

地盤改良よる液状化対策は多数ありますが、主に活用される「締固め工法」「固化工法」「排水工法」「柱状改良工法」についてご紹介します。

※それぞれの方法には、さらに細分化された工法があります。

4-2-1. 締固め工法

地固め工法とは、土の密度を高めて地盤を締め固める工法のことです。密度が高まると、地盤の支持力やせん断強度、液状化強度が増加します。密度を高める方法には、振動や衝撃を使う方法や、砂杭を地中に造成する方法などがあります。

地固め工法は、様々な地盤改良工事の中でも採用されることが多く、信頼できる方法であるとともに、比較的安価です。

4-2-2. 固化工法

地盤を安定剤で固化させる工法です。

液状化した地盤にセメントや薬液を注入し、強度を改善します。粒子が固結するため、改良された土はせん断変形に強くなり、液状化しなくなるのです。

確実性は高いですが、費用も高くなります。

4-2-3. 排水工法

地盤内に水抜き装置（ドレーン）を設置して排水経路を確保し、液状化を防ぐ工法です。地震の際に生じる過剰間隙水圧をスピーディーに消散させることで液状化を防ぐことができます。排水工法にも、排水材料、打設方法、載荷方法が異なる様々な工法がありますが、グラベルドレーン工法という、透水性の高い自然砕石の柱を使った方法が主流です。

費用は比較的安価ですが、工事を行った後、しばらく放置しないと変形が生じる可能性があります。また、周囲への影響も懸念されます。

4-2-4. 柱状改良工法

円柱状に地盤を固めた改良杭（コンクリート柱）を支持層まで到達させることで、地盤の強度を高める工法です。締固めや固化のような表層改良は軟弱な地盤が2m程度までの場合しか採用できないため、2m~8m程度の場合に柱状改良工法が採用されます。

軟弱な地盤が5～10m程度の場合には、コンクリート柱ではなく鋼管を用いる小口径鋼管杭工法が採用されます。最も地盤強度は高くなりますが、費用が柱状改良工法の倍程度かかります。

杭基礎と同じように見えるかもしれませんが、基礎杭は基礎と杭が一体になっているのに対し、柱状改良工法では杭の上に基礎（建物）がのっているだけです。

4-3. 建築物側に施工する

地盤ではなく、建物に対して施工を施すことで、液状化が発生しても必要な機能が保てるようにする方法です。

4-3-1. 基礎杭

鉄筋コンクリート製杭や鋼製杭（羽根付き等）を硬い地盤（支持層）にまでに貫入させる工法です。効果は高いですが、埋立地のように、固い地盤が何十メートルも深いところにある場合は費用が非常に高額になるので用いるのは難しいです。

5. まとめ

液状化現象は、震度5程度の地震が発生した際、地盤の弱いエリアで発生する可能性があります。液状化が発生すると、水や砂が噴き出したり、マンホールが飛び出したりして、避難が困難になったり、緊急車両が通れなくなったり、物流が滞ったりするほか、水道管やガス管が破損してライフラインが途絶えたり…といった様々な被害が発生します。また、橋や住宅が傾いたり倒壊したりといった危険性もあるのです。

こうしたリスクを避けるためには、まず生活するエリアを選ぶ段階で事前にリスクについて調べておくようにしましょう。地盤の弱い土地に家を建てることになったとき、また、既に住んでいる家の地盤が弱いとわかったときでも、対策を講じることは可能です。いつ発生するかわからない地震に備えて液状化対策を行い、少しでも被害を減らせるようにしたいですね。