(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部を有する主柱と、
前記主柱の側方に拡張可能に設けられた抵抗部と、
前記主柱の先端方向に移動可能に設けられた駆動部を備え、
前記抵抗部が、前記主柱の後端側に位置する第１の抵抗体と、前記主柱の先端側に位置し、前記第１の抵抗体と屈曲可能に連結された第２の抵抗体を備え、
前記駆動部が、前記第１の抵抗体と屈曲可能に連結された第１の移動体と、前記第２の抵抗体と屈曲可能に連結された第２の移動体を備えた、
基礎杭。
【請求項２】
前記主柱の内側に付与された外力により、前記第１の移動体が前記主柱の先端側に相対的に大きく移動し、前記第２の移動体が前記主柱の先端側に相対的に小さく移動する、
請求項１に記載の基礎杭。
【請求項３】
前記第２の移動体が前記主柱の先端側に相対的に小さく移動したときに前記第１の抵抗体と前記第２の抵抗体を所定の方向に屈曲するように誘導する屈曲誘導部を備えた、
請求項２に記載の基礎杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基礎杭の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンエネルギーへの関心が高まりを見せるなか、メガソーラー発電が注目を浴びている。メガソーラー発電とは、広大な敷地に数万枚にも及ぶ太陽光発電モジュールを敷設し、１メガワット超の太陽光発電を行う発電システムである。メガソーラー発電所の建設は、これまでは整地された敷地に基礎コンクリートを設置し、基礎の上に太陽電池アレイ（太陽光発電モジュールの集合体）用の架台が設置されることがほとんどであった（特許文献１参照）。しかし基礎コンクリートの製作には、型枠の設置やコンクリート打設後の養生が必要になるなど多くの手間と時間を要し、さらには敷地が広いだけに材料費も非常に高額なものになる。そこで基礎コンクリートに代えて基礎杭を用いることが考えられるが、太陽電池アレイは南向きに斜めに設置されるため、風向きによっては非常に強い揚力が作用することがある。
【０００３】
従来、この太陽電池アレイに作用する揚力によって基礎杭が地中から引き抜かれないようにするため、基礎杭を打設した後で地中に埋まった部分の一部を変形させることで引き抜き力に対する抵抗力を増大させる技術が提案されている（特許文献２および特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−９１１６６号公報
【特許文献２】特開２００５−６１１５９号公報
【特許文献３】実用新案登録第３１３５７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来技術では、地中における変形の容易さを考慮して比較的短い板状の物体を抵抗体として使用するものであるため、比較的軟弱な地盤に対しては十分な抵抗力が期待できないことがある。特に特許文献２に示された抵抗体は、下側の端部を中心として回動して変形するように構成されているため、変形時の反作用によって杭が地上に向けて押し上げられることがある。さらには元は抵抗体の上にあった土が抵抗体の変形に伴って側方に押しやられるため、変形後の抵抗体の上の部分の土密が粗になり、抵抗力が逆に低下することもある。
【０００６】
本発明は、前述した従来技術に存在する課題を解決するためになされたものであり、抵抗体の変形が容易であり、変形後に十分な抵抗力の発揮が期待できる基礎杭の構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
基礎杭は、中空部を有する主柱と、前記主柱の側方に拡張可能に設けられた抵抗部と、前記主柱の先端方向に移動可能に設けられた駆動部を備え、前記抵抗部が、前記主柱の後端側に位置する第１の抵抗体と、前記主柱の先端側に位置し、前記第１の抵抗体と屈曲可能に連結された第２の抵抗体を備え、前記駆動部が、前記第１の抵抗体と屈曲可能に連結された第１の移動体と、前記第２の抵抗体と屈曲可能に連結された第２の移動体を備える。
【０００８】
基礎杭は、第１の抵抗体と第２の抵抗体が連結箇所で屈曲しながら側方に向けて拡張することで投影面積が拡大し、引き抜き力に対する抵抗力が増大する。さらには第１の抵抗体と第２の抵抗体をトラス状に配設することで、従来の抵抗体と比べて構造強度を飛躍的に向上させることができる。この場合、主柱の周囲の土壌への貫入力が高まるため、地盤の硬い土地にも適用が可能になる。また抵抗体をより大きく拡張させることも可能になるため、抵抗力をさらに高めることができる。
【０００９】
第１の移動体と第２の移動体に外力を付与する手段としては、主柱の後端側から第１の移動体に打撃力を加える構成を採用することができる。この場合、第１の移動体が主柱の先端側に相対的に大きく移動し、第２の移動体が主柱の先端側に相対的に小さく移動するように構成し、前記第２の移動体が前記主柱の先端側に相対的に小さく移動したときに前記第１の抵抗体と前記第２の抵抗体を所定の方向に屈曲するように誘導することで、第１の抵抗体と第２の抵抗体の屈曲を円滑に誘導することができる。
【００１０】
さらに別の手段としては、第１の移動体と第２の移動体にそれぞれ雌ねじを設け、これらに螺合する雄ねじに回転駆動力を付与するという構成を採用することができる。この場合、第１の移動体が主柱の先端側に移動し、第２の移動体が主柱の後端側に移動し、互いに近接するように構成することで、第１の抵抗体と第２の抵抗体の屈曲を円滑に誘導することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の基礎杭は、打設後の主柱に外力を加えることで簡単に抵抗体を変形させることができ、トラス状に拡張することで従来の抵抗体と比べて構造強度を飛躍的に向上させることができる。構造強度が高くなることで抵抗体をより大きく拡張させることが可能になり、抵抗力をさらに高めることができる。また主柱の周囲の土壌への貫入力が高まるため、地盤の硬い土地にも適用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態の基礎杭の斜視図
【図２】打設時の基礎杭の側面図
【図３】打設時の基礎杭の平面図
【図４】抵抗体が拡張し始めた状態の基礎杭の側面図
【図５】抵抗体が最大限に拡張した状態の基礎杭の側面図
【図６】抵抗体が最大限に拡張した状態の基礎杭の平面図
【図７】第２の実施形態の基礎杭の斜視図
【図８】打設時の基礎杭の側面図
【図９】打設時の基礎杭の平面図
【図１０】抵抗体が拡張した状態の基礎杭の側面図
【図１１】抵抗体が最大限に拡張した状態の基礎杭の平面図
【図１２】太陽電池アレイ用架台の基礎への適用例を示す側面図
【図１３】太陽電池アレイ用架台の基礎への適用例を示す背面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の第１の実施形態について添付の図面を参照して説明する。図１に示すように第１の実施形態の基礎杭１０は、主柱１２、抵抗部材１４、打撃受け部材１６を主要部として構成されている。
【００１４】
主柱１２は中空の角型鋼管に所定の加工を施したものであり、先端側は土壌に貫入しやすいように四角錐の部材１７で塞がれた状態であり、後端側は開いたままの状態である。主柱１２の４つの側面には主柱１２の全長方向に一定幅で長く延びた形状のガイド孔１８が設けられている。この４つのガイド孔１８に打撃受け部材１６が装着されている。
【００１５】
打撃受け部材１６は４つの脚部２０を有する十字形の鋼製部材であり、４つの脚部２０はそれぞれガイド孔１８を通って主柱１２の内側から外側に突出している。打撃受け部材１６は脚部２０がガイド孔１８に沿ってスライドすることで主柱１２の全長方向に移動することができる。
【００１６】
抵抗部材１４は主柱１２の上端側の第１の移動体２４および下端側の第２の移動体２２と両移動体２２、２４の間に設けられた４つの抵抗体で構成されている。両移動体２２、２４は主柱１２の断面形状と相似の断面形状を有する中空の鋼製部材であり、主柱１２の外周面と面接触した状態に装着されており、主柱１２の全長方向にスライドしながら移動することができる。
【００１７】
第２の移動体２２には主柱１２の全長方向に長く延びた形状のスライド孔２８が設けられている。第２の移動体２２はスライド孔２８を通って主柱１２に固定されたピン３０によって主柱１２に留められており、スライド孔２８の長さに相当する距離の分だけ移動可能である。
【００１８】
第１の移動体２４は上部が打撃受け部材１６の脚部２０と係合しており、主柱１２の後端から挿入された打撃部材１００によって打撃受け部材１６に衝撃荷重が加えられたときに主柱１２の先端側に移動する。
【００１９】
抵抗体は第１の抵抗体２６と第２の抵抗体２７をヒンジ３２で連結させた板状の鋼製部材である。両抵抗体２６、２７は両移動体２２、２４と同幅であり、両移動体２２、２４とそれぞれヒンジ３４、３６で連結されている。抵抗体はヒンジ３２、３４、３６で連結された３箇所で屈曲し、両移動体２２、２４の間を底辺とする二等辺三角形のトラス形状に変形することが可能である。両抵抗体２６、２７には屈曲の際に土圧による変形を防止するためのリブ３８が設けられている。
【００２０】
主柱１２には両抵抗体２６、２７の屈曲方向を所定の方向に誘導するための屈曲誘導部４０が設けられている。屈曲誘導部４０は三角形の板状体であり、主柱１２の後端側の辺は緩やかに傾斜し、先端側の辺はそれに比べて急傾斜となっている。屈曲誘導部４０は主柱１２の各側面に２つずつ横に並んだ状態に設けられている。この屈曲誘導部４０を挿通させるための孔４２が第２の抵抗体２７に設けられている。屈曲誘導部４０の全体が孔４２に挿通しているときに第１の抵抗体２６と第２の抵抗体２７は主柱１２の側面に沿って真っ直ぐに延びた状態となる。この状態が基礎杭１０の打設方向における投影面積が最も小さくなるときであり、打設時には基礎杭１０をこの状態にして地中に打ち込む。打撃受け部材１６に荷重が加わわると第２の抵抗体２７には屈曲誘導部４０の斜辺に沿って横方向の力が作用し、主柱１２の側方に拡張する方向に屈曲するように誘導される。
【００２１】
基礎杭１０は、図２および図３に示すように打設方向における投影面積が最小となった状態で地中に打ち込む。抵抗部材１４はこの状態において、スライド孔２８の下端がピン３０に当たり、屈曲誘導部４０の全体が孔４２に挿通し、第１の抵抗体２６と第２の抵抗体２７が主柱１２の側面に沿って真っ直ぐに延びた状態となっている。主柱１２の後端部にストライカー等を用いて衝撃荷重Ｆ１を加えながら基礎杭１０を所定の深度に到達するまで地中に打ち込む。
【００２２】
基礎杭１０が所定の深度まで到達したら、打ち込み作業を停止し、図４に示すように主柱１２の後端側から中空部分に打撃部材１００を挿入し、衝撃荷重Ｆ２を加える。衝撃荷重Ｆ２は打撃受け部材１６を通じて抵抗部材１４に伝えられ、最初に両抵抗体２６、２７の屈曲方向の誘導に利用され、その後、両抵抗体２６、２７を拡張する駆動力として利用される。抵抗部材１４に衝撃荷重Ｆ２が伝わると、抵抗部材１４はスライド孔２８の長さに相当する距離Ｓ１だけ主柱１２の先端側に移動する。そのとき屈曲誘導部４０が孔４２の縁部と干渉し、ヒンジ３２で連結された箇所が主柱１２から離れる方向Ｐ１に屈曲するように誘導される。その結果、抵抗部材１４はヒンジ３２、３４、３６で連結された３箇所で屈曲し、両移動体２２、２４の間を底辺とする二等辺三角形のトラス形状に変形する。
【００２３】
この後、図５に示すように打撃部材１００に加えられた衝撃荷重Ｆ３は第１の移動体２４の移動に利用され、その結果、第１の移動体２４と第２の移動体２２の距離が縮まり、両抵抗体２６、２７がさらに屈曲して側方に大きく拡張する。両抵抗体２６、２７は第１の移動体２４の移動距離Ｓ２に応じて距離を縮め、これに伴って両抵抗体２６、２７の屈曲角度が増し、基礎杭１０の打設方向における投影面積が増大する。両抵抗体２６、２７が拡張するときには周囲の土壌に対してちょうど楔を打ち込むような形になるため、周囲の土圧が高まり、基礎杭１０の引き抜きに対する抵抗がさらに増大し、加えて沈下に対する抵抗も増大する。図６に両抵抗体２６、２７が最大限に拡張したときの状態、すなわち基礎杭１０の打設方向における投影面積が最大となった状態を示している。
【００２４】
本発明の第２の実施形態について、図７乃至図１１を参照しながら説明する。第２の実施形態の基礎杭５０は、全体の骨格を形成する主柱に抵抗部と駆動部を取り付けた構成となっている。
【００２５】
主柱５２は中空の丸鋼管の一部を切断し、その部分に角鋼管５４を接続したものである。角鋼管５４の断面の対角線の長さは丸鋼管の断面の直径より小さく、丸鋼管の断面の内側に完全に収まる程度の大きさである。そのため角鋼管５４の４つの角には補強用のリブ５６が取り付けられている。丸鋼管の先端側は地中に貫入しやすいように円錐形の部材５７で塞がれており、後端側は駆動部の操作のために開いたままにされている。角鋼管５４の内部にはボールねじ５８が取り付けられてる。ボールねじ５８は、ねじ切りの方向が逆の関係になる２本のボールねじを軸方向に連続させたものである。ボールねじ５８の一端には六角形のヘッド６０が形成されており、丸鋼管５２の後端から挿入したレンチ６２と連結させてボールねじ５８に回転駆動力を付与できるようになっている。
【００２６】
２本のボールねじにはそれぞれナット６４、６６が装着されており、ナット６４、６６にはそれぞれ平板状の部材（第１の移動体６８、第２の移動体７０）が取り付けられている。 第１の移動体６６および第２の移動体７０には、角鋼管５４の４つの側面にそれぞれ形成されたガイド孔７２から突出する部分が設けられており、この部分に第１の抵抗体７４と第２の抵抗体７６が連結されてる。
【００２７】
第１の抵抗体７４と第２の抵抗体７６はヒンジ７８で連結された一組の板状の鋼製部材であり、角鋼管５４の４つの側面に対応して一組ずつ設けられている。第１の抵抗体７４と 第１の移動体６８はヒンジ８０で連結され、第２の抵抗体７６と第２の移動体７０はヒンジ８２で連結されている。両抵抗体７４、７６はヒンジ７８、８０、８２で連結された３箇所で屈曲することが可能であり、両移動体６８、７０の距離が縮まったときに両移動体６８、７０の間を底辺とする二等辺三角形のトラス形状に変形する。この変形の初期動作を円滑にするために予めヒンジ７８の部分を屈曲させておく屈曲誘導部８４が角鋼管５８の４つの側面にそれぞれ形成されている。また両抵抗体７４、７６には土圧による変形を防止するための補強用のリブ８６が設けられている。
【００２８】
基礎杭５０は、図８および図９に示すように、打設方向における投影面積が最小となった状態でストライカ等を用いて地中に打ち込む。所定の深度まで到達したら打ち込み作業を停止し、図１０に示すように後端側からレンチ６２を挿入し、ヘッド６０に回転駆動力を付与する。この回転駆動力によりボールねじ５８が回転し、ナット６４、６６に取り付けられた第１の移動体６８と第２の移動体７０が互いに近接する方向に移動しながら距離を縮めていく。これに伴い第１の移動体６６と第２の移動体７０はトラス状に変形し、ヒンジ７８部分を先頭に側方に拡張していく。２本のボールねじの連結部分にはねじ山のない平坦な部分８６、８８が設けられており、ナット６４、６６がこの部分までくるとボールねじ５８が空回りする状態となり、レンチ６２に伝わる反動がなくなる。このとき第１の移動体６８と第２の移動体７０は最大限に拡張し、図１１に示すように基礎杭５０の打設方向における投影面積が最大となる。
【００２９】
基礎杭１０と基礎杭５０には様々な用途があり、特に土木構造物や建造物の基礎として好適に用いることができる。例えば図７および図８に示されているように太陽電池アレイ１０２用の架台１０４の基礎としての用途がある。架台１０４には太陽光発電モジュール１０６が格子状に敷設されている。架台１０４は太陽光発電モジュール１０６に照射する太陽光線の向きや風の向き等を考慮して設置角度が設定される。通常は南向きに設置されるため、南側の基礎杭１０は架台１０４の南側の梁１０８に取り付けられ、北側の基礎杭１０は所定の長さのトラス梁１１０を介して架台１０４の北側の梁１１２に取り付けられる。
【００３０】
従来、メガソーラー発電所を建設する場合、整地された敷地にコンクリート基礎を製作し、その上に太陽電池アレイ用の架台が設置されていたが、コンクリート基礎の製作は型枠の設置や養生など手間や時間がかかるだけでなく、メガソーラー発電所の場合は大量のコンクリートが必要となるため材料費も非常に高額なものとなっていた。基礎コンクリートを基礎杭に置き換えることで工期の短縮と施工費の削減が期待できるが、基礎杭には風圧による揚力に対抗するだけの引抜抵抗が必要とされていた。基礎杭１０はこのような場合に要求される引抜抵抗を簡素な構造で実現したものであり、かつ施工する地盤の硬さに応じて抵抗力を調整することも可能であるため、施工場所を選ばないという利点もある。
【符号の説明】
【００３１】
１０、５０    基礎杭
１２、５２    主柱
１６          打撃受け部材
２４、６８    第１の移動体
２２、７０    第２の移動体
２６、６４    第１の抵抗体
２７、７６    第２の抵抗体
５８          ボールねじ
６４、６６    ナット
【図１】
0005433733.tif 000002
【図２】
0005433733.tif 000003
【図３】
0005433733.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005433733.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005433733.tif 000008
【図８】
0005433733.tif 000009
【図９】
0005433733.tif 000010
【図１０】
0005433733.tif 000011
【図１１】
0005433733.tif 000012
【図１２】
0005433733.tif 000013
【図１３】
0005433733.tif 000014