N値から地盤定数を求める方法｜砂質土・粘性土の換算式と注意点（式ごとに比べる計算機つき）

上の表で分かれ目になるのが補正N値です。ダナム・Peck・大崎の式は相関研究の初期に提案されたもので、有効上載圧を考慮していません。建築基礎構造設計指針も、大崎の式について「当時の実験値にはかなりのばらつきが含まれている」と述べたうえで、有効上載圧で補正したN₁値を使う畑中らの式を併記しています。同じ地盤でも浅い層と深い層ではN値の意味が変わるため、どちらの系統の式かを確かめずに数値だけ引用すると、前提を外します。

補正N値には、浅い位置での扱いに注意点があります。建築基礎構造設計指針は、根入れの小さい直接基礎では有効上載圧が小さい地表面付近でN₁が大きくなり支持力を過大評価するおそれがあるとして、原則として σz′ ≧ 100 kN/m² とするのがよいとしています。道路橋示方書の式でも、有効上載圧が 50 kN/m² を下回る場合は 50 kN/m² として算出することになっています。式だけ持ってきて、こうした下限の扱いを落とすのが典型的な間違いです。

対象とする構造物によって、採用される式は異なります。たとえば農林水産省の土地改良事業設計指針「耐震設計」では、水路構造物には大崎の式、橋台や橋脚には道路橋示方書の式が用いられる場合が多いとされています。ただしここでいう道路橋示方書の式は φ = √(15N) + 15（≦45°、N>5）で、上の表に挙げた φ = 4.8 ln N₁ + 21 とは別の式です。同じ「道路橋示方書の式」という呼び方でも、拠る版によって中身が変わります。まず扱う構造物の基準を確認し、そこで指定されている式と版に合わせるのが出発点です。どの指針に拠るかで値も根拠も変わる点は、設計指針で地盤定数の求め方は変わるで整理しています。

推定式はありますが、同じN値で約10倍の幅があると報告されているため、概略検討で推定式を使う場面と試験で実測する場面を分けて考えます。

建築基礎構造設計指針 第3版は、地下水位以浅の砂質土の沈下量を求める場合の変形係数として、沖積砂質土（正規圧密）で E = 1.4N、洪積砂質土（過圧密）で E = 2.8N（いずれも MN/m²、式(2.7.6)・(2.7.7)）を示し、この関係式が想定するひずみレベルは1%程度としています。孔内水平載荷試験による変形係数をN値から推定する式としては E = 700N（kN/m²）が広く使われてきましたが、同指針は、土質分類や堆積環境によって相関が異なるという報告があるため、土質区分や堆積環境の影響にも配慮が必要だと注意しています。孔内載荷試験に基づく式には E = 670N^0.986（kN/m²、土屋・豊岡 1980）もあります。変形係数を推定ではなく実測で求める方法としては、孔内水平載荷試験（LLT）があります。

変形係数は、推定のばらつきがとくに大きい値です。N値5で E ≒ 800〜10,000 kN/m²、N値10で E ≒ 1,500〜20,000 kN/m² と、約10倍の幅があると報告されています。加えて、吉中（1967）は粘性土への換算式の適用は不適であると述べており、日本建築学会もN値4以下の粘性土についてはN値との相関が事実上ないとしています。沈下量に直結する値なので、圧密試験や孔内水平載荷試験で実測する場面と、概略検討で推定式を使う場面を分けて考えます。E=700N と E0=2,800N の違いや、試験ごとにEが変わる理由は変形係数をN値から推定するで詳しく解説しています。

建築側の建築基礎構造設計指針 第3版は、表2.7.3 で礫・砂・シルト・粘土・関東ローム・高有機質土の6区分に分け、それぞれ「ゆるい（やわらかい）」「密な（かたい）」の2段階を、湿潤・飽和・水中の3つの状態ごとに示しています。区分の切り方も値も土木側の表とは異なるため、建築物の基礎では建築側の表、道路や河川の構造物では土木側の表と、拠る基準に合わせて選びます。どちらの表も締まり具合は2段階しかありません。中間的な締まり具合に対して両者の間の値を採るなら、N値の区分など、その根拠を報告書に明記しておく必要があります。湿潤・飽和・水中の違いと、地下水位より下で引く値の指針ごとの違いは土の単位体積重量の目安で整理しています。

粘性土では、N値は粘着力やコンシステンシー（硬さ・軟らかさ）の目安として扱います。含水比や過圧密の影響を受けやすく、N値だけで判断すると実態とずれることがあるため、できれば室内土質試験の結果と併せて確認します。せん断強さを直接調べるなら三軸圧縮試験、沈下の検討が要るなら圧密試験が該当します。同じN値でも土質によって読み取るべき地盤定数が異なるため、まず土質を正しく把握することが出発点になります。

相関式は経験式で、式・版・適用条件によって推定値が変わる点です。採用する設計指針の式を版まで合わせ、補正や上限・下限の条件を落とさずに使います。

前掲の関東地質調査業協会の資料は、地質技術者が地盤定数を検討する際には、相関式の適用限界と適正なN値の利用範囲を理解したうえで、室内試験や原位置試験の結果を踏まえて設定することが重要だと結論づけています。換算値だけで地盤定数を決めるのは危険です。どの式をどの版で使うか、試験値とどう突き合わせるかは、技術者が判断するところです。

どの式を採るか、試験値とどう突き合わせるかは技術者が判断する部分で、AIに任せられるのはその手前の読み取り・集計・計算です。

一方で、柱状図からN値を読み取って転記し、層ごとに集計して、式に当てはめて計算する作業は、時間はかかっても判断を伴いません。サファリテックの地質調査AI「CAMEL」は、柱状図PDF・電子柱状図（XML）と室内土質試験の成績表を読み取り、N値の換算・層ごとの集計と代表N値から、設計指針を選んで地盤定数（γt・c・φ・E など）を算出します。どの指針のどの式・どの表のどの区分を使ったかという算出根拠まで提示され、ワンクリックで修正できるので、技術者は換算の妥当性の確認に集中できます。N値の整理から単位体積重量の算出までは、従来の半日〜1日が15〜30分程度になります。

地盤定数一覧表・N値集計表はExcelで、報告書 第1〜5章のドラフトはWordで出力されます。詳しくはサービス資料をご覧ください。