地盤の液状化とは？
2024年（令和6年）1月1日の16時10分ごろ、石川県能登地方を震源とする「令和6年能登半島地震」とが発生しました。亡くなられた方のご冥福をお祈りするとともに、被災された皆様には、一日も早く平穏な日常生活へと戻れますよう、心からお祈り申し上げます。
令和6年能登半島地震では、能登半島の甚大な被害と共に、金沢市近郊の内灘町付近、新潟県新潟市、富山県射水市・高岡市付近などで地盤の液状化による住宅の甚大な被害が発生しました。地盤の液状化は、地震によって発生する災害ですが、住宅の耐震化では被害を防ぐことができません。築浅の物件でも大きな被害を受けることや、復旧に多くの費用が掛かる場合があること、また通常の地盤調査では調査対象となっていない場合もあること、対策が難しく被害を完全に防ぐことは困難であり、既存住宅でできる対策が限られるという課題があります。
しかし、液状化で直接人がなくなった事例は、1964年新潟地震の際に地割れに飲まれて亡くなった事例などごくわずかに限られます。液状化によって命に関わるようなことは少ないことから、倒壊を防ぐための耐震性の向上などのほうが優先度が高いという場合もあります。ただし、ライフラインは長期に影響を受けてしまうこともあり、杭を打ってある建物でも免れ得ないことがあるという特徴もあります。
令和6年能登半島地震に加えて、東北地方太平洋沖地震（東日本大震災）、熊本地震、北海道胆振東部地震、インドネシア・スラウェシ島地震の液状化被害を現地調査した「だいち災害リスク研究所」所長・地盤災害ドクターの横山芳春が、地盤の液状化とは？どこで起きるのか？対策や備えは？などの疑問について解説します。
「地盤の液状化」とは？
地盤の液状化は、どのような場所でも同じように起こるわけではありません。液状化が起こる3要素は次の通りです。①緩い砂でできた地盤があって、②地下水の水位が高い（浅い）場所に、③大きな地震（概ね震度５弱以上）があると、起こることがあります。緩い砂の地盤（および、埋立地などでは、砂と粘土の間の「シルト」というサイズの土）がなく、地下水の水位が低い（深い）地盤では、基本的には地盤の液状化は起こりません。裏を返せば、緩い砂から締まった硬い砂にすることや、地下水をくみ上げて水位を低くするなどで、この要素がなくなり、液状化が起きづらくなるといえるでしょう。
液状化が起こる原理を説明します。地下水の水位より深い場所にある緩い砂の地盤は、下図の左のように砂粒同士が接していますが、ぎゅうぎゅうに詰まっていない状態で存在し、間は地下水で満たされています。
そのような場所に大きな地震が来ると、下図中央のように地下水の中に砂粒の結びつきが外れて、地下水のなかに砂粒が浮いたような状態で、文字通り砂の地盤が「液状」になります。この状態では地下水の水圧も高くなり、わずかな隙間があると地表に水と砂が混じった状態で噴出してくることがあります。
地震の後は、下図右のように砂が密接に積み重なった状態になり、また砂が地表に噴出することもあり、それらのぶん砂の層の体積は小さくなります。結果的に、地盤が沈下するという現象が起きます。お茶の缶に茶葉を満杯に入れたのち、トントンたたくと「かさ」が減る現象のようなことが起きます。
地盤液状化の原理（横山芳春原図）
「地盤の液状化」によって生じる被害は？
このような液状化現象が発生してしまうと、そのような被害が発生するのでしょうか。地盤の液状化による被害のモデル図を示します。液状化では、建物自体の被害と、建物周辺の被害という二つの被害があることがわかります。建物自体の被害は、固い層まで杭が売ってある場合と、杭がない場合でも異なります。
地盤液状化によって起こる被害の例（横山芳春原図）
まず、杭を打っていない建物では液状化によって地盤沈下したり、特に家のある方向に向かって傾いて沈下が起こる（不同沈下）が起きることがあります。傾いた家でそのまま住み続けると、健康被害が生ずる場合もあります。地盤が沈下することで、地盤改良があっても、「柱状改良」などで硬い層まで改良がなされていない場合などは、改良した層が液状化することで被害を受けてしまう場合があります。
液状化による建物の不同沈下被害（2011年東北地方太平洋沖地震・我孫子市。横山芳春撮影）
杭を打っている建物では、建物は杭に支えられて沈まなくとも、周囲の地盤が沈下することによって地面との間で大きな段差ができてしまいます（抜けあがり現象）。地下の上下水道管などのライフラインや切断されてしまうことや、杭のない外構部（階段、エントランス等）で、時に数10㎝から1mにも及ぶような段差が生じること、外構部がガタガタになってしまうことがあります。
液状化による周囲の地盤沈下による埋設配管の被害（2016年熊本地震・熊本市。横山芳春撮影）
マンホールや地下タンクなど軽いものは地面に浮き上がってしまうことや、地下に下水道管を流すためには、ゆるく勾配をつけて設置する必要がありますが、このような地下の配管にも被害を与えてしまうことがあります。道路は段差や陥没が発生し、橋がある場所では橋桁の周囲が沈下することで大きな段差が発生し、通行できなくなることなどもあります。噴き出した砂や水に、家や車、またブロック塀や室外機などが埋まってしまうようなこともあります。
液状化で大量の噴砂が噴出した地点では、その処理や片付けも課題です。噴砂が乾燥すると大量の粉塵が出ることもありますので、そのような場合には健康被害が生ずる懸念もあります。東京都の首都直下地震の被害想定でも「噴砂により地表にたまった泥砂が乾くと、強い風によって舞い上がり、呼吸への影響や視界不良など、屋外での行動が困難と 」という一説があります。下の写真は、実際の東日本大震災翌日（2011年3月12日）の千葉県浦安市内の様子です。呼吸器系の疾患がある方、弱い方を中心に、粉塵用マスクを準備することが望ましいでしょう。
液状化噴砂の粉塵が舞い散る街（2011年東北地方太平洋沖地震・浦安市。横山芳春撮影）
液状化による「側方流動」とは？被害の特徴は？
液状化によって、地盤がその場所で地盤沈下するだけでなく、地下の層が液状化することで地表面付近の地盤が横方向に動いてしまうこともあります。このような現象を「側方流動」といいます。
平坦な場所で液状化が発生した場合、家屋の沈下などは（ほぼ）家屋が建っている場所に沈み込んでいきます。しかし、側方流動では家屋や外構部、道路などが設置されている地盤そのものがズレ動いてしまいます。とくに、斜面で発生する場合では、横（斜面の下側）にズレ動くため、建物ごと地面が移動する場合があります。ときに敷地境界を越えた移動が発生することもあり、敷地境界の確定や地盤、擁壁等の補修などが必要な場合もあります。このため、修復には多くの時間と費用が掛かることも想定されます。
液状化による側方流動には、2つのタイプが知られています。
- タイプ１：地表面の傾斜による側方流動
- タイプ２：護岸の移動に起因する側方流動
液状化による「側方流動」の種類
土木学会地震工学委員会耐震基準小委員会：活動報告資料，p50，2001.9.より
タイプ1の斜面で発生する側方流動は、内灘町付近や、新潟市西区寺尾朝日通り付近で発生していた現象に近いと考えられます。とくに、内灘町付近で道路が波打つように変形して、周囲の家屋などが押し出されたような被害は、この現象により説明が付けられると考えます。
液状化による斜面の側方流動とみられる被害（令和6年能登半島地震・石川県河北郡内灘町。横山芳春撮影）
このような内灘町付近にみられる被害を図化すると、以下のようになると考えられます。斜面の下のほうに向かって地盤がにズレ動き、階段状の地割れを生じ、地割れ付近では大きな段差が生じて大きな被害を与えていました。写真では、左側が斜面の高い側にあたり、左側から表層の地盤が押し出されることによって標識や家屋などが右側（斜面下方）に押し出されているとみられます。
内灘町付近のような斜面で起こる「側方流動」のモデル図（横山芳春原図）
タイプ2の側方流動は港湾部や河川沿いなど護岸がある場所で発生します。護岸の移動や損傷し、陸側の地盤が海・河川側にズレ動くことがあります。兵庫県南部地震の埋立地にある港湾部で多く発生しています。
護岸の移動等による「側方流動」のモデル図（横山芳春原図）
液状化の調査方法
地盤の液状化はその場所の地盤、地下水の特徴によって、起きづらい（場所によっては起きえない）地盤と、起きやすい地盤が明瞭に分かれています。しかし、住宅では液状化を対象とした地盤調査は義務づけられておらず、液状化を対象とした地盤調査は行われていないことが多いことが現状です。
液状化のリスクを知るためには、まず地形などから液状化に関して液状化が起きづらい地盤か、起きやすい可能性がある地盤か「ふるいがけ」となる資料調査を行い、起きやすいかどうかを判定します。資料調査の結果、何らかの項目で液状化の起きやすい（発生する懸念がある）と考えられる場合には、宅地ごとに液状化に対応した地盤調査をすることが望ましいと考えられます。
１． 資料調査
まずは、地盤の液状化に関する公開資料をもとにした資料調査を行うことが望ましいでしょう。いっぱんに、液状化が起きる可能性がある立地かを評価するには、①地形区分（地形分類）、②（過去の）液状化発生履歴、③土地利用履歴、④自治体の液状化マップを総合して判断します。詳しくは下の表にある項目で、液状化が懸念される項目がある場合は、個別の地盤調査を行うことが望ましいです。
なお、液状化が起きやすい地形区分は、例えば埋立地、旧河道（以前、川だった場所）、旧池沼などは緩い砂地盤で地下水の水位も浅いことが想定され、液状化の可能性が高い地形です。砂丘のすそ（砂丘末端緩斜面）や、砂丘と砂丘の間の低い所（砂丘間低地）も液状化が起きやすい地形です。このような地形区分は、日本各地の都市部や住宅地でも多くみられる地形です。その一方で、ゆるい砂層がないか、地下水の水位も深い地形である火山灰台地（ローム層など）や山地（硬い層や岩盤）などは液状化の可能性が低い、もしくはほぼない側の地形となります。
地形区分を見分ける方法としては、国土地理院が公開する。「地理院地図」の「地形分類（自然地形）」などがあります。トップ＞土地の成り立ち・土地利用＞地形分類（ベクトルタイル提供実験）＞地形分類（自然地形）と進むと、下の図のようなカラフルな地図が出てきます。この色分けが地形の区分で、クリック（スマホ版ではタップ）すると、地形ごとに吹き出しが出て土地の成り立ちと、この地形の災害リスクの目安が表示されます。「地形分類（人工地形）」では、盛土、切土や埋めたて（高い盛土地として表現されていることも）などがわかります。
令和6年能登半島地震で、新潟市西区で液状化被害が著しかった付近の自然地形区分は、下記の通り「旧河道」でした。成り立ちはむかしは川が流れていた場所で、「液状化のリスクが大きい」ことがわかります。注意点としては、吹き出しの下部に罹れている通り、（地形ごとの）一般的な災害リスクを示すもので、個別の場所を必ずしも示していないことがあること、都市部近郊では地図が整備されていますが、地方部では整備されておらず閲覧できない地区もあることです。
地理院地図に「地形分類（自然地形）」を表示、下線を加筆
なお、内灘町、新潟市西区の側方流動は、いずれも砂丘のすそ（専門用語では砂丘末端緩斜面）で発生していました。砂丘の上は高台のようになっており、地下水の水位が低く（深く）、液状化しづらい条件の場所といえます。しかし、砂丘の一番低い側あたりでは、緩い砂の地盤もあって、地下水の水位も高く（浅く）液状化が発生しやすく、かつ緩やかな斜面となっているので、側方流動の可能性に留意が必要でしょう。
このような土地を調べるには、上記の地形区分に加えて、下の図のような標高図、断面図が有効です。地理院地図＞標高・土地の凹凸＞自分で作る色別標高図と、ツールにある「断面図」機能を使っています。側方流動があった場所が砂丘のすそ部分で液状化したことが読み取れます。
地理院地図に「自分で作る色別標高図」・「断面図」を表示
液状化発生履歴は、過去に、対象地や近隣の同じ地形で、液状化が発生した履歴がないかを確認します。しかし、公開されているもので液状化履歴が示されている、まとまっている良い情報が乏しいです。図書館などで「日本の液状化履歴マップ 745-2008 – 東京大学出版会」を借りてご覧になることが望ましいでしょう。
土地利用履歴は、海や池、沼を埋め立てた場所、地面を掘って砂鉄などを掘っていた跡地などは液状化の可能性があることがあるので、これらをチェックします。古地図は「今昔マップ on the web」などで閲覧することができますが、自力で地図を読まなければならない欠点があります。
「地理院地図」の「明治時代の低湿地図」も便利です。トップ＞土地の成り立ち・土地利用＞明治時代の低湿地図と進むと閲覧できます。色がついている場合、クリックすると明治時代に水面や田、低湿地であった場合、どのような場所であったかが吹き出して表示されます。下の図は、コラム内で「液状化による建物の不同沈下被害（2011年東北地方太平洋沖地震・千葉県我孫子市」として示した写真被害があった地域です。これによると、明治時代には「河川、湖沼、湖面」となっており、液状化に注意すべき履歴があることがわかります。掲載地域が限られていること、「場所によってはかなりの誤差を含んでいることもありますので注意が必要です。」と注意書きである通り。誤差がある場合があることに注意が必要です。
地理院地図に「明治時代の低湿地図」を表示
液状化マップは、お住まいの自治体のHPなどでご確認ください。ただし、仕様について統一的な基準がなく、マップが作成・公開されていない自治体も少なくありません。マップ上でのリスク表示の色分けも3段階で表示されていたり、5段階で表示されていたりとまちまちです。
液状化マップを見る時は、①色の境目などはメッシュ（区画）の精度で、メッシュ内でもリスクの高い、低いがあり得ること、②ギリギリセーフ等の場合は実際にリスクがあることも（その逆もあります）あることに注意が必要です。特に地盤は立地によって変化があることがありますが、液状化マップでは対象地ピンポイントの評価ではないことを知って使うことが必要です。
液状化マップの例「新潟県内の液状化しやすさマップ」に液状化がみられた地点（赤丸）を追記
２．液状化に対応した地盤調査
以上の４項目で液状化のリスクがありそうな場合、建物を建てる前には液状化に対応した地盤調査が望まれます。通常、2階建てまでの戸建て住宅の地盤調査として行われるスクリューウェイト貫入試験（以下、SWS試験：2020年まで「スウェーデン式サウンディング試験」）は、基本的に建物の重さに地盤が耐えられるか、地盤が圧縮して沈下を起こさないかを調べるもので、液状化調査が目的ではありません。
また、SWS試験では地下の土がどのようなものか推定となるので、液状化の条件となる「砂の地盤」かどうかがわからないことなどから、液状化を対象とした調査としては不十分です（土質を推定土質を当て込んで、非常に簡易的な判定ができる場合があります）。
液状化について検討するには、少なくともSWS試験（4～8万円程度）に加えて、液状化の可能性が有る深さの土を直接採取して、砂と砂より細かい粘土などがどれだけ含まれるか分析を行ったり、SWS試験にアタッチメントを装着することで、簡易的な液状化判定（SWS試験費用4～8万円＋数千円～数万円程度）をすることが望まれます。くわえて、地下水の水位を測る為、SWS試験を実施した孔で「孔内水位」を計測する必要があります。
詳細に液状化の可能性を検討するには、ボーリング試験に加えて、液状化の可能性が有る深さの土を１ｍおきなどに採取して、砂と砂より細かい粘土などがどれだけ含まれるか分析を行うことで、建物への影響などを詳しく調べることができます（20万円～程度）。
液状化リスクがあるときにはどうする？
液状化リスクがあると分かった際、どのような対応を取ればよいのでしょうか。リスクの程度、これから土地を買う、家を建てるのか、住んでいる場所なのかなどから、以下の対応を場合によっては複数組み合わせていくことが現実的です。
まず、発生する頻度も損害の大きさも小さい場合は、特に何もしない選択肢があります。家の下部前面に鉄筋コンクリートの基礎を設ける「べた基礎」とすると、液状化が起きた時に修復がしやすくなる効果があります。
発生したときの損害が大きいときには（一般的には発生頻度が低い場合）、金銭へのリスク移転として、液状化に関しては火災保険にセットで、地震保険に加入という選択肢があります。地盤保証（地盤補償）などでは大半の場合は免責として支払い対象になりません。
次に、発生する頻度が高く、損害の大きさが小さそうなときは、リスク低減として液状化対策工事があります。これに関しては次の項目で詳しく説明します。
最後に、発生する頻度が高く、発生したときの損害が大きな場合はリスク回避として、その物件に住まない、買わない、引っ越すという選択肢もあります。
住む前であれば、液状化の被害が心配であれば液状化リスクの高い場所を避ける、少しでも液状化リスクの低い立地に住むことが最適です。そこまで気にしない場合でも、あえて液状化リスクの高い場所を選択するといざという時の被害に繋がります。これから家を建てる場合は、液状の可能性が有る土地で対策まで考えている場合は、適切な調査と支持層まで杭を打つなどが望ましいです。
液状化の原因となる地震の発生頻度の想定も難しいですが、以上のなかから、例えば対策工事を行って、さらに地震保険に加入するなどの組み合わせもできるでしょう。2011年の東北地方太平洋沖地震では、地盤の液状化によって多くの家屋の傾斜、沈下被害が発生しました。そのため、地震保険において、全損に加えて以下のような地盤の液状化による損害が認定されるようになり、一定以上の傾斜や、最大沈下量があった際には保険金の支払いが行われるようになっています。とくに既存住宅でできる液状化対策は限られるため、心配な場合にはまず地震保険に加入するという選択肢が有効でしょう。
液状化では、自宅は無事でも周囲の地域が被害を受けることで、ライフラインの被害が発生することがあります。3.11の後。浦安市では応急復旧が完了したのが都市ガスは19日後、上水道は26日後、下水道は35日後であるとされています（浦安市）。このように、場合によっては長期間ライフラインが途絶することが考えられますので、食料や水、トイレの備えなどは万全に行っておくことをお勧めします。
液状化の対策工事にはどういったことがある？
①新築住宅の対策
液状化は地震によって起こる現象ですが、住宅の耐震性能を高めることで防ぐことはできません。建物が建っている地面の下の地盤で発生して、建物が沈み込んでしまうので、住宅の耐震性能が高くとも、液状化対策がなければ住み続けられない状態になってしまうこともあります。
新築時（住宅の建築前）にできる液状化の対策としては、①硬い地盤まで杭を打って建物が沈下しないようにするほか、②緩い砂地盤を締め固めるなどで解消する、③高い地下水を抜く、④地盤が変形しないように家の周りの地中に壁状の構造物を設ける、などが考えられます。基本的には、液状化の発生を抑制する考え方になりますので、完全に防ぐということは難しいことにも注意が必要です。また、②、③は土木的な大工事になるものも多く、予算や規模からみて現実的に住宅1軒レベルで採用が難しいものもあります。
そこで、住宅では、強固な支持地盤まで直径10～20㎝程度の小口径の鋼管杭を打設する小口径鋼管杭工法によって、建物の不同沈下（ある側に傾きながら沈下する）を抑止することが現実的です。まず建物は傾かずに住み続けられる可能性が高く、他の工法よりは安価で現実的であることが一般的です。
小口径鋼管杭工法のデメリットとしては、杭を届かせる支持地盤が深い場合には数百万円～などと費用や高額となること、建物に影響を与える不同沈下は発生しなくとも、周囲の地盤が沈下した場合には地下の配管などライフライン途絶は発生してしまうこと（上の「地盤液状化によって起こる被害の例」の左側の「基礎建物」と同じ状態）、側方流動があった場合は鋼管杭も損傷して建物に被害が生じてしまう可能性があることです。
なお、小口径鋼管杭工法ではなく、「柱状改良工法」で地盤改良を行った場合はどうでしょうか。一定の被害を軽減する効果はあると考えられます。しかし、柱状改良工法では強固な支持地盤まで改良の深さが到達していない場合もあります。この場合、液状化によって改良体のある地盤じたいが液状化することで、沈下などの被害が発生してしまうこともあります。「地盤改良をしてあるから」といって、液状化対策にならないケースに注意が必要です。
住宅の液状化対策としては、地下に砕石を柱状などに構築する方法も提唱されています。上昇してきた地下水が、砕石から抜けるという原理です。砕石系の工法でも様々なものがありますので、効果や費用については専門業者に問い合わせるとよいでしょう。
このほか、緩い砂と高い地下水位という液状化を引き起こす条件をなくす、つまり砂地盤を固くする、また地下水位を低くする手段で液状化を抑制することができる工法があります。しかし、これらの工法は家一軒で行う対策というよりは、街区ごとに行政と一緒となって行うレベルのものです。
また、事前に液状化対策は行いませんが、液状化が発生した際に、修復をしやすくするという手段もあります。住宅の面全体に鉄筋コンクリートの基礎を設ける「ベタ基礎」とすることで基礎の断裂を防ぎ、さらに基礎が傾いた際に修復できる器具や、修復しやすくする設備をとりつける方法です。
②既存住宅での対策
なお、以上は基本的に新築住宅を対象とした対策です。既存住宅での液状化対策は、個別の宅地で現実的に活用できる工法は少ないことが現状です。地盤改良を壁状に実施して家屋を取り囲むような工法のほか、地下水位を低下させるか、砂地盤を締め固める工法などがあります。どちらかというと液状化した地域で復旧工事と合わせて実施されるものとして薬剤を地盤に注入する工法等があります。費用が高額なものが多く条件も限られるなど、事実上難しいことが現状です。これらは家1軒のレベルではなく、街区ごと行政と連携して行うような工事・工法となるでしょう。
また、先述したように、液状化「対策工事」は被害をゼロにするものではなく、発生を抑制、または発生した際の被害を軽減させるものが主流です。費用も非常に高額な工事となるなど、ハードルも高いことが現状です。対策工事以外の方策も含めて、採用する場合は効果や費用、デメリットなど含めて良く吟味したうえ、外構部やライフラインは損傷するリスク対策を考えておく必要があります。
以上、地盤の液状化は地盤の液状化とは？どこで起きるのか？対策や備えは？などの疑問について解説しました。
＞＞＞令和6年能登半島地震・金沢市周辺の市街地の緊急調査からの提言
■記事執筆者
横山 芳春 博士（理学）
だいち災害リスク研究所所長・地盤災害ドクター地形と地質、地盤災害の専門家。災害が起きた際には速やかに現地入りして被害を調査。広島土砂災害、熊本地震、北海道胆振東部地震、山形県沖地震、逗子市土砂災害等では発生当日又は翌朝に現地入り。
現地またはスタジオから報道解説も対応（NHKスペシャル、ワールドビジネスサテライト等に出演）する地盤災害のプロフェッショナル。
