(57)【要約】【課題】本発明は、耐波性を十分に発揮でき、工費の低減と作業効率の向上を実現できる洋上風力発電装置の基礎構造を提供する。【解決手段】海底地盤上に重力式のケーソンが設置され、当該ケーソンの上部に風車構造物が配置される洋上風力発電装置の基礎構造であって、ケーソンは、多角形の底部と、当該底部の各辺の外周部から垂直に起立する外壁部とにより多角形の筒形形状に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底地盤上に重力式のケーソンが設置され、当該ケーソンの上部に風車構造物が配置される洋上風力発電装置の基礎構造であって、
前記ケーソンは、多角形の底部と、当該底部の各辺の外周部から垂直に起立する外壁部とにより多角形の筒形形状に形成されていることを特徴とする洋上風力発電装置の基礎構造。
【請求項２】
前記海底地盤上に設置された前記ケーソンの外周地盤上には、複数の根固めブロックが平面視が円形又は多角形となるように敷設されていることを特徴とする請求項１に記載の洋上風力発電装置の基礎構造。
【請求項３】
前記多角形は、八角形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の洋上風力発電装置の基礎構造。
【請求項４】
前記ケーソンの前記底部の一部又は全部が、前記海底地盤内に埋設されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の洋上風力発電装置の基礎構造。
【請求項５】
前記ケーソンの下方位置には、前記外壁部から突出する形状のフーチングが設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の洋上風力発電装置の基礎構造。
【請求項６】
前記ケーソンの中空部は、当該ケーソンが自力で浮力を発揮可能な容積を有していることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の洋上風力発電装置の基礎構造。
【請求項７】
前記ケーソンの中空部内には、隔壁が格子形状に配置されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の洋上風力発電装置の基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洋上風力発電装置の基礎構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水深の浅い海域に洋上風力発電装置を設置することが注目されている。しかし、高い発電能力が得られる風力の強い海域は、必然的に高波浪、深海域となり、海底地盤も波浪が穏やかな海域に比して堅いことが多い。こうした点を鑑みた洋上風力発電装置の基礎構造として、平面視が四角形や円形のケーソンを用いた重力式基礎が広く実用に供されている。
【０００３】
また、概略円形の底版と、当該底版の外周部から立上る概略円筒形の下部側壁と、この下部側壁より小径の概略円筒形の上部側壁と、下部側壁と上部側壁とをつなぐ概略円錐台のテーパ側壁から構成される所謂フラスコ型のケーソンも開示されて公知である（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３２２４００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、上記平面視が四角形のケーソンの場合、当該ケーソンの各辺の外壁面には円形のケーソンに比して比較的大きな波力が作用してしまう。そのため、耐波性を発揮させるため大型の基礎構造を構築するなどの措置が必要となるため工費が嵩んでしまう。
【０００６】
円形のケーソンの場合には、ケーソンを構築する際に円形の型枠を形成することは非常に面倒であり作業効率が悪い。通常ケーソンの外壁には、ケーソン内部に充填する中詰材による土圧が軸引張力として作用するため、ケーソン内部に隔壁を形成して耐力を確保している。しかし、外壁が円形であると隔壁の設置作業は非常に面倒となり施工性が悪いことが知られている。ケーソン内に隔壁を形成しない構成もあるが、その際には耐力を確保するべく、外壁に鋼材やプレストレストコンクリートを使用する必要があり、コストが掛かってしまう。
【０００７】
またフラスコ型のケーソンの場合、ケーソン内の中空容積が四角形、円形のケーソンに比して小さいため浮力も小さくなる。ケーソンは、フローティングドックやドライドック（乾ドック）で形成された後、洋上風力発電装置の据付位置まで移動される。その際、ケーソンの浮力を活用できれば引船で曳航、小型の起重機船で据付け作業が可能である。しかし、フラスコ型のケーソンのように浮力が小さい場合には、大型の起重機船を別途用意する必要が生じ工費が嵩み、作業効率も悪いという課題がある。
【０００８】
本発明の一つの実施形態の目的は、上記課題点を鑑みてなされたものであり、耐波性を十分に発揮でき、工費の低減と作業効率の向上を実現できる洋上風力発電装置の基礎構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題は、
海底地盤上に重力式のケーソンが設置され、当該ケーソンの上部に風車構造物が配置される洋上風力発電装置の基礎構造であって、
前記ケーソンは、多角形の底部と、当該底部の各辺の外周部から垂直に起立する外壁部とにより多角形の筒形形状に形成されていることを特徴とする洋上風力発電装置の基礎構造により解決できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、耐波性を十分に発揮でき、工費の低減と作業効率の向上を実現できる洋上風力発電装置の基礎構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る洋上風力発電装置の基礎構造の概略構成を示した立面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る洋上風力発電装置の基礎構造を構成するケーソン本体部の拡大立面図である。
【図４】図３のＩ−Ｉ矢視平断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る洋上風力発電装置の基礎構造の概略構成を示した一部拡大立面図である。
【図６】図５に示したケーソン本体部のＩＩ−ＩＩ矢視平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る洋上風力発電装置の基礎構造の実施形態を説明する。各図面中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜簡略化ないし省略する。図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的としない。したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定することができる。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の実施形態に係る洋上風力発電装置１の基礎構造の概略構成を示した立面図である。図２は図１の平面図を示している。図３は、本発明の実施形態に係る洋上風力発電装置１の基礎構造を構成するケーソン本体部３の拡大立面図である。図４は、図３のＩ−Ｉ矢視平断面図である。
【００１４】
本実施形態の洋上風力発電装置１のケーソンを用いた基礎構造は、洋上風力発電の発電能力の大きい、海岸線から距離が離れた外洋に設置されており、比較的浅い海域（水深が１０ｍ〜２０ｍ）に設置されることが好ましい。
【００１５】
この洋上風力発電装置１は、重力式のケーソン本体部３を有する基礎部２と、当該ケーソン本体部３の上部に風車構造物８が配置される基本構成を有している。本実施形態の基礎構造は、上記基礎部２により構成されるものであり、以下にその点を具体的に説明する。
【００１６】
前記した基礎部２は、建設場所の海底地盤上に設置されるケーソン本体部３と、当該ケーソン本体部３の外周に順に配置される根固めブロック４と、被覆ブロック５とを備えている。
【００１７】
本実施形態のケーソン本体部３は、図３、図４に示すように平面視が八角形の底部３１と、当該底部３１の各辺の外周部から垂直に起立する外壁部３２とにより八角形の筒形形状に形成されている。このケーソン本体部３は、従来のフラスコ型のケーソン本体部のようにテーパ外壁が設けられておらず、外壁部３２が垂直状態に起立した構成とされている。したがって、ケーソン本体部３内に形成される中空容積が、従来のフラスコ型に比して大きくなる。ケーソン本体部３の中空容積が大きいとは、洋上へ浮かべた場合、大きな浮力が得られることを意味する。したがって、ケーソン本体部３を建設場所へ曳航する際に、ケーソン本体部３が有する浮力を活用して設置場所まで移動できる。すると、別途大きな起重機船を用意する必要が無く、引船で曳航、更には通常洋上などに配備されている在場の起重機船で据付作業までが可能となる。
【００１８】
因みに、ケーソン本体部３の中空部内の容積は、当該ケーソン本体部３が浮力により補助無しで浮くために必要な容積を要していることが好ましい。
【００１９】
前記ケーソン本体部３は、鉄筋コンクリート造（ＲＣ構造）とされており、設置場所の近傍にある波浪条件が穏やかな港湾の岸壁背後の陸上ヤード、ドライドック内、又はフローティングドック上で型枠が形成されコンクリートを層順に打設されて製作される。
【００２０】
因みに図示したケーソン本体部３は、例えば高さが１２ｍ〜１７ｍ、幅が２０ｍ〜２５ｍの大きさとされている。しかし、この限りではなく風車構造物８や海底地盤の状況などにより適宜変更される。因みに、ケーソン本体部３は、海底地盤上へ設置された際に通常時の海洋の状態において、その上部箇所が水面から露出する高さを有していることが好ましい（図１参照）。
【００２１】
上記したように本実施形態のケーソン本体部３は、平面視が八角形に形成されている。したがって、四角形のケーソンに比して、ケーソン本体部３の各辺の外壁部３２に作用する波力が飛躍的に小さくなり、十分な耐波性を発揮できる。因みに、平面視が八角形のケーソン本体部３を示したが、この限りではなく、六角形などの多角形であっても良い。
【００２２】
また、上記構成のケーソン本体部３には、図４に示すように、その中空部内に格子形状の隔壁３３が形成されていることが好ましい。隔壁３３として、耐力を確保するために八角形の各頂点ａ〜ｈのそれぞれ対峙する頂点同士を繋ぐ複数の隔壁３３Ｓが配置されている。また、頂点間の中央位置（隔壁３３Ｓ間の中央位置）にも外壁部３２に直交する隔壁３３Ｃが配置されている。特に外壁部３２のうち八角形の傾斜面（テーパー面）を構成する傾斜壁３２Ｔにも、頂点間の中央位置で当該傾斜壁３２Ｔと直交する隔壁３３Ｔが設けられている。上記の各隔壁３３によりケーソン本体部３内には複数の室が形成され、各室内に中詰材７が充填される（図３参照）。したがって、上記隔壁３３により外壁部３２に作用する中詰材７による土圧の軸引張力を緩和できる。
【００２３】
本実施形態の隔壁３３の施工は、ケーソン本体部３の平面視が八角形であり、各辺が直線形状であるため、円形のケーソン本体部に比して非常に容易である。但し、ケーソン本体部３の大きさが小さい場合には、上記隔壁３３を構築する必要は無い。
【００２４】
上記構成のケーソン本体部３は、通常タイプの起重機船に曳航され、設置場所の海底地盤上に沈設され、沈設後、中空部内（隔壁３３による各室内）へ中詰材７として高比重材料が投入される。その後、図３に示すように、蓋コンクリート３４、上部コンクリート３５が打設され、ペデスタル３６が設置される構成とされている。そして、ペデスタル３６の上部に風車構造物８が構築される。この風車構造物８は、通常風力発電装置に使用されている構造が実施可能である。
【００２５】
本実施形態の基礎構造として、ケーソン本体部３の他に上記した根固めブロック４と、被覆ブロック５が構成されている。この根固めブロック４と被覆ブロック５は洗掘対策の一環として実施されるものでもある。したがって、設置される海底地盤には、予め砕石や捨石などを投入して基礎マウンドＫを形成し、その後基礎マウンドＫの表面を均すことが行われている。図示例では、均し箇所を、符号Ｎで表記した。
【００２６】
また、以下の根固めブロック４と、被覆ブロック５の設置は、ケーソン本体部３の据付けと蓋コンクリート３４が打設された後に、実施されることが好ましい。
【００２７】
根固めブロック４は、コンクリート製のブロックであり、均し箇所Ｎ（基礎マウンドＫ）上に設置されたケーソン本体部３の外周地盤上に複数敷き詰められて、ケーソン本体部３を支持している。また、この複数の根固めブロック４を敷設した全体形状が、ケーソン本体部３と同様に平面視が八角形となるように並設されることが好ましい。
【００２８】
また、根固めブロック４の更に外周位置には、被覆ブロック５が配置されている。被覆ブロック５は設置場所の海底地盤近傍箇所において、波力による地盤の崩れなどを防止するべく地盤を被覆する機能を発揮する。
【００２９】
この根固めブロック４と被覆ブロック５の総合幅は、ケーソン本体部３の幅より広く形成することが好ましいが、この限りではない。
また、前記した被覆ブロック５の下端部であって、均し箇所Ｎの外縁箇所の上部に洗掘防止用マット６が配置されていることが好ましい。
【００３０】
因みに、図示例の基礎構造は、ケーソン本体部３の底部３１の一部又は全部が、均し箇所Ｎ内（基礎マウンドＫ内）に埋設され、根固めブロック４の底面より下に埋設される構成とした。
【００３１】
＜構築方法＞
以下に、本発明の第１の実施形態に係る洋上風力発電装置１の基礎構造の構築方法を簡潔に説明する。
【００３２】
まず、陸上の製作ヤード（例えばドライドック、フローティングドック）において、ケーソン本体部３の八角形の外形を形成させる型枠を組み上げ、コンクリートを打設する工程を、層毎に繰り返して所望の大きさのケーソン本体部３を製作する。
【００３３】
そして、製作ヤードからケーソン本体部３を洋上に移動させて、洋上に浮かべ、引船によって洋上風力発電装置の設置現場まで曳航する。即ち本発明のケーソン本体部３は、八角形の筒形形状であるため浮力を十分に望めるので、大型の起重機船が不要であり、引船で曳航作業ができる。また、在場の起重機船で据付作業が十分に行える。よって、工費を低減でき作業効率が向上できる。
【００３４】
因みに、ケーソン本体部３を設置する海底地盤は、予め砕石や捨石などが投入されて基礎マウンドＫが形成され、その表面が潜水士による均しが行われて均し箇所Ｎが形成されている。
【００３５】
次に、設置海域において、ケーソン本体部３の中空部内（隔壁３３による各室内）に液体などを注入して当該ケーソン本体部３を均し箇所Ｎ上に沈下させて、海底地盤上（基礎マウンドＫ上）に着底させる。そして、ケーソン本体部３の中空部内（各室内）に中詰材７を充填し、蓋コンクリート３４を打設する。このときケーソン本体部３の上部箇所は、上記したように水面から露出されているため、中詰材７の充填、蓋コンクリート３４の打設を容易に行うことができる。
【００３６】
しかる後に、ケーソン本体部３の外周位置に根固めブロック４と被覆ブロック５を、起重機船を使用して据え付ける。このとき根固めブロック４と被覆ブロック５の全幅が、ケーソン本体部３の幅より広くなるように据え付けられて、ケーソン本体部３の支持力を確実に発揮できるようにしている。
【００３７】
上記のように海底地盤に据え付けられたケーソン本体部３の蓋コンクリート３４の上部に、コンクリートミキサー船により、上部コンクリート３５が打設され、塩害防止対策としてコンクリート面に被膜塗装剤が塗布される。
【００３８】
しかる後に、上部コンクリート３５の上部にペデスタル３６が設置され、順次、タワー部や風車部などの風車構造物８が構築されてゆくことにより、洋上風力発電装置１を構築できる。
【００３９】
このようにして比較的浅い海域に、耐波性を発揮でき、工費を低減し作業効率を向上できる洋上風力発電装置１及びその基礎構造を建設することができる。
【００４０】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る洋上風力発電装置１'の基礎構造を説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る洋上風力発電装置１'の基礎構造の概略構成を示した一部拡大立面図である。図６は図５に示したケーソン本体部のＩＩ−ＩＩ矢視平断面図である。
【００４１】
本実施形態の基礎構造を構成する基礎部２０は、例えば設置場所の海底地盤の地盤耐力が弱い場合や、波力が相当に強い場合において、ケーソン本体部の支持力を確実に得るために実施される。基本的な基礎構造は第１の実施形態と略同様であるため、重複する点は省略し、相違点を中心に説明する。
【００４２】
本実施形態の基礎部２０も、基本的に建設場所の海底地盤上に設置されるケーソン本体部３００と、当該ケーソン本体部３００の外周に順に配置される根固めブロック４と、被覆ブロック５とを備えている。
【００４３】
しかし、本実施形態の場合、ケーソン本体部３００にフーチング３７が設置されている点が第１の実施形態と相違する。
【００４４】
図５、図６に示すように、本実施形態のケーソン本体部３００は、その下方位置に、前記外壁部３２（傾斜壁３２Ｔを含む）から突出する形状のフーチング３７が設けられている。フーチング３７は、ケーソン本体部３００を有効に支持可能な高さを有しており、ケーソン本体部３００と同じくＲＣ造とされている。つまり、フーチング３７は、上記したケーソン本体部３００の製作時において、フーチングを構成する型枠を形成し配筋してコンクリート打設することで形成される。図示例のフーチング３７は、ケーソン本体部３００の各辺を構成する外周部の形状に沿って形成されており、その平面視はケーソン本体部３００と同様に八角形とされている。しかし、この限りではなく、四角形、円形、六角形、楕円形等であっても良い。
【００４５】
＜構築方法＞
第２の実施形態に係る洋上風力発電装置１'の基礎構造の構築方法は、上記第１の実施形態で説明した構築方法と略同様である。
【００４６】
相違点は、使用されるケーソン本体部３００がフーチング３７を有している点が相違する。
【００４７】
上記のように本実施形態に係る洋上風力発電装置の基礎構造は、風車構造物８を支持するケーソン本体部３、３００を、平面視が八角形とする筒形形状とした。したがって、四角形に比してケーソン本体部３、３００の外壁面に作用する波力が小さくなり、耐波性を十分に発揮することができる。また、ケーソン本体部３、３００の平面視が八角形であり、各辺が直線形状であるため、ケーソン本体部３、３００の中空部内に設置する隔壁３３の施工が、円形のケーソン本体部に比して容易になり施工性が向上される。
【００４８】
また、本実施形態のケーソン本体部３、３００は、従来のフラスコ型のケーソン本体のようにテーパ外壁が設けられておらず、外壁部３２が垂直状態に起立した構成とされている。したがって、ケーソン本体部３、３００内に形成される中空容積が、従来のフラスコ型に比して大きくなる。ケーソン本体部３、３００の中空容積が大きいとは、洋上へ浮かべた場合大きな浮力を得ることを意味する。したがって、ケーソン本体部３、３００を設置現場まで曳航する際に、ケーソン本体部３、３００が有する浮力を活用できる。すると、別途大きな起重機船を用意する必要が無く、通常洋上などに配備している引船で曳航できる。更に据付作業は在場の起重機船で十分であり、工費の低減と作業効率の向上を実現できる。
【００４９】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。
【符号の説明】
【００５０】
１、１'      洋上風力発電装置
２、２０      基礎部
３、３００    ケーソン本体部
３１          底部
３２          外壁部
３２Ｔ        傾斜壁
３３（３３Ｓ、３３Ｃ、３３Ｔ）  隔壁
３４          蓋コンクリート
３５          上部コンクリート
３６          ベデスタル
３７          フーチング
４            根固めブロック
５            被覆ブロック
６            洗掘防止用マット
７            中詰材
８            風車構造物
Ｋ            基礎マウンド
Ｎ            均し箇所
【図１】
2016084660.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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