先進的研究と多分野での事業展開
「地図に残る仕事」。大成建設が掲げる「理念」である。大成建設技術センターを初めて訪ねた。同センターは横浜市郊外の戸塚区にある。防災、環境技術、社会基盤（インフラ）などの分野で日本発の最先端イノベーション（技術革新）を追究する研究拠点となっている。研究者数は約200人。
同センターが横浜市に移転した1979年以降、道路や橋、高層ビルのほか、水理実験、長寿命のコンクリート、ロボットなどの高度な技術開発に取り組んできた。2011年の東日本大震災発生以降は、防災や減災対策、災害の事前予知の研究開発を重視し、節電などを充実させた。2012年から５カ年計画をスタートさせ、津波実験施設（業界最大級）や多目的クリーンルームを設け、建設ICT実験棟を増設（業界初）。ZEB（ゼロエネルギービル）実証棟（業界初）を新設した。
2016年には音響風洞実験棟（業界初）を増設するなど、時代とともに変わる社会の要請に応えて来ている。情報通信技術を駆使した実験棟も建設し、災害復旧などに使われる遠隔操作ロボットの実証試験を続けている。主な研究内容は免震技術、地震動解析、風洞実験、高強度コンクリート材料の研究、除染技術など…。
研究成果のうちよく知られた国際的事業を一つ上げたい。2013年10月、トルコ最大の都市イスタンブールでアジアと欧州を隔てるボスポラス海峡を海底トンネルでつなぐ150年来の夢が実現した。海外での快挙である。東西を結ぶ海峡横断鉄道トンネルの技術を支えたのが同技術センターの高度なトンネル掘削技術だ。陸地と海底トンネルの間を人工地盤で埋め立て、シールドマシン（掘削機）を誤差数センチの高精度で動かした。凍結工法と呼ぶ特殊な止水技術で、海水の浸入を防いだ。難工事を完遂させたのは長年培われた技術の蓄積があったのである。（以下、同技術センターの公表資料・研究論文、日本経済新聞関連記事などを参考にし、一部引用する。写真・図面は同技術センター提供）。
大型津波実験装置と研究成果
津波の波形は一様にはとらえられない。津波の惨事を防ぐためには、より正確な実証実験が必要だ。津波を精密に再現できる実験装置として、同センターは大型水槽に津波を起こす装置を８ユニット設置した。装置には複数のバルブが付き、開放するバルブの数やタイミングを制御する。観測値やシミュレーション（模擬実験）技術を組み合わせて多様な波形の津波を再現する。防波堤や海岸堤防、または建物等の陸上構造物に作用する津波波力や津波による遡上・浸水の状況を屋内水理実験で再現するための津波造波装置である。
東日本大震災時のような大規模津波の再現が可能であり、津波の挙動や影響を高い精度で把握することができる。津波造波装置を用いた実験技術と大成建設保有の津波シミュレーション技術とを併用することにより、海岸堤防などの防災施設の設計、臨海部のエネルギー施設を対象としたBCP（事業継続計画）の提案や、港湾や橋梁など構造物に与える影響を実験することにより建物等の陸上構造物の安全性評価等に活用している。
津波シェルターの開発
東日本大震災での津波の甚大な被災を教訓に、津波避難施設（津波避難ビル）の重要性が再認識されている。津波避難ビルとは津波による被害が想定される地域の中でも、地震発生から津波到達までの時間的猶予や地形的条件等の理由により、津波からの避難が特に困難と想定される地域に対し、やむを得ず適用される緊急的・一時的な避難施設である。
津波に対する安全性を確認する方法として「構造的要件の基本的な考え方」が定められており、浸水深に応じて「津波荷重」の想定により受圧面（外壁、窓等）・構造骨組（柱、梁、耐力壁等）を設計することが求められている。その結果「地震」と「津波」に強い津波避難ビルを実現することが可能となる。
津波避難施設として適切な構造は、 RC（鉄筋コンクリート）造やSRC（鉄骨鉄筋コンクリート）造であるが、国交省国土技術政策研究所（茨城県つくば市）が実施した地震・津波による被災調査報告では、従来津波に強いと考えられていたRC建物において倒壊や傾斜などの被害が報告された。津波に誘起される洗掘による建物の傾斜被災も報告された。
東日本大震災の大津波において漂流物対策が重要課題となった。津波避難施設の立地計画では、対象地域の居住人口・就労人口と津波避難施設の収容人数および所要避難時間によって、設置数や設置箇所が決まる。漂流物の発生しない場所に限定した立地を考えることは難しく、漂流物が多く発生する可能性がある地点であっても立地場所となる場合がある。津波避難施設を考える上で漂流物対策も設計上の課題である。
大成建設は、津波避難施設として円筒形構造（津波シェルター）を提案し、その立地計画や構造設計における検討課題として１.立地計画と漂流物挙動２.漂流物対策工と津波波力の関係３.漂流物と津波対策工の干渉による津波避難施設の洗掘リスク、に着目し研究開発を続けている。
液状化対策～建物の沈下を期間で予測～
同技術センターは、地震時に液状化する地盤の変形を簡易に予測するための３次元静的解析手法を開発し発表した。この解析手法の適用により、建物の沈下を高精度で短期間に予測することが可能となる。東日本大震災が発生した際には、液状化による地盤の沈下が各地で発生し、住宅や工場などの建物が被災した。安全で効果的な液状化対策を検討するためには、地盤の変形を正確に予測することが重要だ。
液状化する地盤の変形を予測する解析手法には、動的解析手法と静的解析手法がある。動的解析手法は時間により変化する地盤と構造物の挙動を２次元または３次元で詳細に把握できるが、地盤の条件設定が複雑で、高度な解析技術が求められ、計算時間も膨大となる。一方、静的解析手法は主に２次元解析を用い、地盤の条件設定は簡易で、計算時間も短時間で済むため、実務に広く適用されている。しかし、建物が近接して設置されているプラント工場や住宅などの３次元的な地盤の変形予測を行う際には、２次元の近似的なモデルにより解析するため、解析精度に限界があるなどの課題があった。
そこで、大成建設技術センターはこれらの課題を解決するため、２次元静的解析プログラム「ALID」の液状化による地盤変形解析機能を、汎用３次元解析プログラム「FLAC3D」に組み込み、液状化する地盤の変形を簡易に予測できるように機能拡張した３次元静的解析手法を開発した。その特長は１.液状化対策の信頼性の向上２.計画・基本設計段階から適用が可能３.検討期間を大幅に短縮ーである。
今後は、液状化に伴う地盤変形の簡便な予測ツールとして、同センターは臨海部のプラント工場等での液状化対策の検討などに適用していく予定である。大規模な地盤変状や地下水の影響を適切に評価することによって、予測精度のさらなる向上を図っていくという。
建物の重さで液状化防止 費用を３割減
同技術センターは、直接基礎の建物の自重で地盤を押さえ付けて液状化を防ぐ構法を開発した。建物自体の重さを使うので、特別な費用が掛からない。地盤改良する範囲が必要最小限に抑えられ、液状化対策の工費と工期を従来よりもそれぞれ3割ほど減らせる。「大成式液状化対策構法」として2013年、ベターリビング社から一般評定を取得した。同社によると「液状化の抑止効果そのものに対する評定取得は、業界で恐らく初めて」という。
液状化は、緩い砂地盤で地下水位が高い場合に起こりやすい。地震などの震動が繰り返し加わることで地下水圧が上昇するとともに、砂粒同士のかみ合わせが外れて、地盤が支持力を失う。液状化した地盤よりも比重の軽い下水管のマンホールなどは浮き上がり、重い建物などは沈下したり傾いたりする。
こうした地盤を直接基礎の建物で上から押さえ付けると、建物直下では砂粒同士に加わる圧縮力が大きくなる。地震で揺すられても砂粒同士のかみ合わせが外れにくくなり、液状化が起こりにくい。
だが建物の重量が加わらない周囲の地盤は液状化する。その結果、建物直下の地盤が周囲にはらみ出し、建物が大きく沈下する恐れがあった。そこで同センターは、従来から液状化対策として多く使われている格子状地盤改良と組み合わせた。
緩衝材の上に建物を載せる
まず、セメント系材料で剛性の高い格子状の壁を地中に築く。格子壁は、地震時の地盤のせん断変形と側方移動を防ぐ。次に、格子壁の頂部にEPSと呼ぶ発泡スチロールなどの緩衝材を敷いた後、直接基礎の建物を施工する。
従来の格子状地盤改良は、硬い格子壁が建物の自重を支えることになり、地盤にはほとんど力が加わらなかった。一方、新構法では緩衝材を敷くことで建物を数センチメートルほど沈み込ませて、荷重が地盤に加わるようにする。
緩衝材の高さは10～50cmほど。建物の自重などに応じて大きさを変える。地震時に液状化する恐れのある緩い砂地盤でも、平常時は建物を支えられるだけの十分な支持力を持つ。格子壁を3割ほど減らしても、従来の格子状地盤改良と同じ効果があることを確かめた。同技術センターは、建物の自重や液状化層の厚さなどに応じて、格子壁の間隔や剛性を算定したり、液状化の起こりにくさを評価したりする設計手法を確立した。臨海部にある工場や倉庫、商業施設などを中心に導入を勧めていく考えだ。まさに「地図に残る仕事」である。
参考文献：大成建設技術センターの公表資料・研究論文、日本経済新聞・日経産業新聞・日経アーキテクチュアなどの関連記事（写真・映像などをご提供くださった大成建設技術センターに感謝します）。
（つづく）
