こうえいフォーラム第１０号／２００２. １

鉄塔基礎の形状及び劣化の調査方法に関する研究
STUDY OF ESTIMATION FOR FIGURE AND DAMAGE OF A STEEL PYLON FOUNDATION

松山公年*・太田資郎*・藤原鉄朗*・金本康宏*・宋 泰徹*・小芦武尚**・伊藤良雄**
Kimitoshi MATSUYAMA, Shirou OOTA, Tetsurou FUJIWARA, Yasuhiro KANEMOTO, Techoru SON,Takehisa KOASHI and Yoshio ITOU

Steel pylons have been constructed since 1930 and used to supply electricity to industry.
Details of the foundations of many steel pylons built early on are unknown. In case of renewaland neighborhood construction, we need to know what type of structure is used for theirfoundation. We applied twelve kinds of nondestructive techniques to the steel pylon foundation.
We employed radar, acoustic emission, ultrasonic integrity tests and so on. We studied theirapplicability to investigate steel pylon foundation. We also evaluated deterioration offoundation concrete with nondestructive tests and tests with core samples. This paper shows thetechniques and applicability of nondestructive tests for steel pylon foundation.
Key Words : steel pylon foundation, nondestructive test, radar, AE, integrity test

１．はじめにり、基礎型を推定したり、開削で試掘を行い、部分的に基我が国では、これまで電力エネルギー需要に応えるため、礎形状を把握する方法が行われている。これらの方法は調電力会社が水力発電所、火力発電所、原子力発電所を建設査精度、安全性、経済性、施工性に問題があり、調査方法してきた。これらの発電所の建設と同時に、電力消費地への改善が求められている。

電力を送るため、送電線の設備が進められた。さらに、各

そこで、非破壊試験技術を駆使した鉄塔基礎構造及び劣発電所の大規模化に伴い、大容量送電設備の整備も進めら化を効率的に調査する手法を開発することを目的として本れた。送電線は発電所と変電所を結ぶ重要な設備であり、研究を開始した。平成11年度は、まず既設鉄塔の年代別特これら設備の整備が進められている。一方、建設後数10年徴・構造について整理した。次に、既設鉄塔基礎に対してを経た送電設備に対して、高圧化と大容量化に伴う施設の12種類の非破壊試験を実施し、これらの適用性を評価した。

更新や宅地開発等の近接工事に対する設備の安全確保などの問題が生じており、既設送電設備を効率的かつ的確に維

２．既設鉄塔基礎構造の変遷と維持更新の課題持・管理する必要性が高まりつつある。

（1）基礎構造の変遷

とくに、昭和40年代半ば以前に建設された鉄塔設備は、鉄塔基礎は鉄塔の安全性に対し重要な役割を持つ。地震

設備増強による建替えや老朽化に対する補強や、立地箇所や風水害等による被害調査結果によると、基礎が不完全な周辺開発による環境変化などに直面することが多く、既設ため傾斜又は倒壊した鉄塔が多数あり、その都度、地盤に基礎の形状や劣化状況を把握することが重要になってい適合した基礎型の設計手法の改良が進められてきた。

る。

送電用鉄塔では、普通基礎と言われる逆Ｔ字型基礎

送電線鉄塔基礎の形状や劣化などを調査する際には、ハ（図−１）が広く使われてきた。一般構造物と異なり、鉄塔ンドオｰガｰ又は探針棒で数箇所の寸法確認することによ

基礎では圧縮力の外に、圧縮力に近い大きな引揚力を受けるため、良好な地盤では圧縮力に対しても引揚力に対して＊中央研究所 維持管理・リニューアル部＊＊ 電力事業本部 建設事業部

も合理的な、この種の基礎形式が採用されている。しかしながら、時代と共に送電設備の大容量化や立地環境の変化

77鉄塔基礎の形状及び劣化の調査方法に関する研究により、使用される鉄塔基礎型も多様化することとなり、上部

戦後から現在までの年代別特徴の概要は以下のように整理される。
1）第二次大戦後〜昭和30年代初期

主脚材

柱体部

脚材

この時期の送電線は、通過する地点が地盤条件の良い所

いかり材

基
礎体を選定することが可能であったため、逆Ｔ字型基礎が標準

基礎型として広く採用された（図−１）。一部鉄筋コンクリ−ト
床板部を採用したが、一般には無筋のコンクリ−トが殆どであった。軟弱地盤では、床板面下に杭が打込まれ、松杭が用い（有筋または無筋）られた。その他にも、山岳地帯等、運搬の困難な場合や比較的良質な地盤の箇所では、鋼材のみで形成される鋼材基

図−１ 逆Ｔ字型基礎

礎（土壌基礎・半土壌基礎）が採用された。また、河川敷の上部

湧水が多く砂利層がある所では、井筒基礎が用いられた。
2）昭和30年代中期〜30年代末期

ＧＬ

都市開発が急速に進められ、河川敷や埋立地の低湿地あるいは軟弱地盤に送電線が建設される場合が多くなった。

柱体部

主脚材
脚材
いかり材

床板部

また送電線の大容量化によって基礎に作用する荷重が増大して、逆Ｔ字型基礎以外の杭基礎が使用されるようになっ基
礎
体

基
礎

た。杭材として既製コンクリートパイル（ＲＣ）や鋼管が使用され始めた（図−２）。
3）昭和40年代初期〜現在
送電線は、275kV鉄塔の多導体太線化や500kV鉄塔等さ支持層らに大容量、大型化が進められた。これに併せて鉄塔基礎設計の充実が図られ、地質の調査方法や大型基礎の設計手

図−２ 杭材を用いた逆Ｔ字型基礎法の開発が進み、鉄塔基礎に関する技術は著しく進歩した。
40年初期にマット基礎（図−３）が採用されたのを契機に、つなぎ梁基礎やロックアンカ−基礎等、現在に至る鉄塔基礎の型・構造ならびに設計手法がほぼ確立された。ま

上部
柱体部 基
基
床 礎 礎
板 体部

ＧＬ

いかり材

主脚材

た、杭基礎の杭材として従来のRCパイルや鋼管の他に、PCパイルや場所打ちコンクリ−ト杭等、施工環境により使い分けられるようになった。63年からは、UHV1000kV
杭送電線の建設が始まるが、鉄塔基礎は従来の基礎に比較し支持層格段に大型化すると共に、建設位置が険しい山岳地や平野部の軟弱地盤となる事が多く、これに対応するため、急峻な傾斜地に適した深礎基礎や軟弱地盤での杭基礎の設計施工方法が著しく進歩し今日に至っている。
（2）維持更新の課題
既設鉄塔設備のうち、昭和40年代半ば以前に建設された

図−３ マット基礎

鉄塔設備は、設備増強による建替えや老朽化に対する補強、立地箇所周辺開発による環境変化などに直面することが多く、既設基礎の形状や劣化状況を把握することが重要にな

備や紛失により、設備台帳に不備なものがある。地上構造っている。以下に送電設備の維持更新に関する課題を示す。

物は、目視調査によって台帳の不備を補っているが、地中

1）設備の維持管理における課題

構造物である鉄塔基礎は調査費用や立地環境によって未調

昭和40年代半ば以前に建設された設備は、竣工図書の不査の部分が多い。

78

こうえいフォーラム第１０号／２００２. １2）補強・建替時の構造検討時の課題
設備増強（太線化）
工事では、経済性の面から既設基礎を流用し既存設備の有効利用を図ることがある。また、都市部の建替工事では新線路を設ける余地が無く、現位置で建替施工を行うことが多い。このような既設基礎を流用あるいは撤去、新設を検討する場合に基礎形状や劣化状況を調査する必要がある。
3）鉄塔立地箇所周辺開発時の課題
構造物建設に伴う切土・盛土施工時の既設基礎への影響や安全性を検討する場合、鉄塔基礎の形状・劣化調査を実施する必要がある。

３．実鉄塔基礎適用試験の実施（1）試験対象
試験対象は、つくば学園都市に位置する通産省資源環境
技術総合研究所内の学園中線No. 6 鉄塔である（写真−１）。
鉄塔基礎の構造形式は、逆Ｔ字型基礎で主脚材の深さは不明である。図−４に管理台帳に記録されている基礎の寸法を示す。周辺地盤は関東ロームである。

図−４ 管理台帳に記されている基礎の断面寸法

た。図−５に各手法の概要を示す。
①衝撃反射法②超音波法③電気探査1）試験内容衝撃反射法は通常 I T 法と称される調査技術である。本手法は、基礎の上面をハンドハンマーで軽打し、低ひずみ
写真−１ 学園中線No. ６鉄塔を発生させ、基礎底面からの反射を加速度計で検出することで、基礎の根入れ深さ等を把握する技術である。

（2）試験項目
実鉄塔基礎適用試験では、以下に示す調査項目別に試験を行なった。
①地表からの試験

超音波法は、鋼材の厚さや欠陥を検査する技術である。
今回の調査では、本技術により基礎コンクリートに埋設されている鉄塔の主脚材の長さを計測することを試みた。
電気探査法は、探査対象領域の比抵抗分布断面を画像化②ボーリング孔を利用した試験する技術である。今回の調査では、コンクリート基礎が周③基礎コンクリートの劣化に関する試験

辺地盤と比抵抗が異なると想定して、比抵抗分布から基礎

実鉄塔基礎適用試験で実施した試験項目を表−１に示形状を把握することを試みた。測定は、地表面に金属製電す。本適用試験で実施した非破壊試験は12種類である。

極棒を一定間隔で配置し、電流電極から電流を印加し、電位電極で電位差を観測した。

（3）地表からの試験
地表からの試験では、以下に示す３種類の試験を実施し2）試験結果
衝撃反射法において拡底部が存在する場合、図−６に示

79

鉄塔基礎の形状及び劣化の調査方法に関する研究

表−１ 鉄塔基礎形状・劣化試験一覧

す波形データが得られることが知られている２）。この例と今回の調査の結果得られた波形データ（図−７）と比較した
場合、基礎の根入れ深さが−4.8mであり、拡底部上面も不明瞭ではあるものの−3.6m付近であることが確認できる。この値は、先に示した基礎の図面と比較すると10〜20cmの誤差を有しているものの、概して正しい値を示している。また、今回の調査では、基礎中の弾性波の伝搬速度を3800m/sと仮定しているが、衝撃反射法の弾性波伝搬速度は、地盤や基礎の状態により3500〜4000m/sの幅があることが知られている。このことからも、本手法の探査精度は、10％程度の誤差を含むと判断される。
超音波法は、コンクリート基礎の形状ではなく、基礎と鉄塔を連結する主脚材（山形鋼）の長さを計測するものである。これに類似した計測事例にはロックボルト長さの計測がある３）。図−８、図−９は、上部鉄塔を構成する山形鋼とコンクリート基礎に埋設された山形鋼の長さをそれぞれ計測した結果である。気中に山形鋼が露出した状態であれば、長さ4.5mでも長さ計測が可能であったが、基礎に埋設された山形鋼では底面からの反射を確認することはできなかった。これは、鋼材とコンクリートの音響インピーダンスの差が小さいことに起因し、超音波計測器の性能向上によってある程度改善できると判断した。
図−５ 各手法の概要

電気探査結果の比抵抗分布を図−10に示す。コンクリート基礎周辺の地盤は更新世の砂・シルト及び埋め土からなり、地下水位は浅い（約G.L-1.5m）。コンクリート基礎は相対的な高比抵抗として把握されることが期待されたが、80こうえいフォーラム第１０号／２００２. １

図−10 電気探査結果

図−６ 衝撃反射法の計測データを実施した。なお、ボーリング孔は基礎コンクリートに隣接した位置に設置した。
①孔内弾性波法②ボアホールレーダ法③磁気探査法
1）試験内容孔内弾性波法は、ＡＥセンサを取付けた冶具をボーリング孔内に挿入した状態で、基礎コンクリート頭部をハンマーで打撃し、伝搬した打撃波の到達時間を測定した。冶具には、ＡＥセンサを 1 m間隔で 4 個設置しており、この冶

図−７ 鉄塔基礎で得られた反射波形具を25cmずつ順次挿入し、打撃を行なった。打撃時にＡＥセンサが受振する波形を記録し、深さ方向における打撃波到達時間の分布を把握した。
ボアホールレーダ法では、長さ70cmのアンテナ（中心周波数は600MHz）を用いた。レーダ波をパルス状に発生するパルスジェネレータは、100MHzのものを使用した。アンテナが送信したパルスレーダの反射波を受信し、レーダ反射画像を作成した。

図−８ 気中山形鋼

図−９ 基礎埋設山形鋼

磁気探査は、磁場の空間的変化（磁気傾度）を測定するものであり、コイルの断面を横切る磁力線の変化に応じて、今回の測定結果では、逆に低比抵抗分布が認められ、基礎コイルの両端に誘導起電力が生じることを利用している。

境界との対応もあまり明確ではない。この原因としては、両コイル型磁気傾度計が鉄類を通過した時に生じる起電力電流電極からの電流が、高比抵抗の基礎よりも、その周辺を測定し、その異常波形から鉄類の位置を求めた。の含水した低比抵抗の埋土中を選択的に流れたことが考え

2）試験結果られる。

孔内弾性波法で得られた打撃波の到達時間差の分布を

3）地表面からの試験方法の適用性

図−11に示す。図−11に見られるように、GL−4.0m付近実際の鉄塔基礎を対象に、地表面から形状を把握する手の拡底部において打撃波の到達時間が最小になった。

法を検討した結果、衝撃反射法は根入れ深さ、超音波法はまた、図−12にボアホールレーダ計測画像を示す。ア

主脚材の深さの把握に適用可能性を有していることが明らンテナを基礎側に向けた画像と反対側に向けた画像を比較かになった。今後、計測器の改良、センサ配置の改善などのすると、アンテナを基礎側に向けた画像に強い反射が確認検討を実施するなかで、調査精度の向上を図る必要がある。

された。また、GL−2.2m付近から地層の違いによる反射画像の変化が見られた。GL−4.2mから見られる斜め方向（4）ボーリング孔を利用した試験
ボーリング孔を利用した試験では、以下の３種類の試験の反射画像は孔内水面からの反射である。
磁気探査の結果を図−13に示す。GL−3.8m付近で強い81

鉄塔基礎の形状及び劣化の調査方法に関する研究

図−11 孔内弾性波測定結果

図−12 ボアホールレーダによる画像

磁気反応が見られ、鋼材の存在が確認された。

図−13 磁気探査調査結果

表−２ 各試験手法で得られる情報と課題

3）ボーリング孔を利用した試験方法の適用性
表−２に①孔内弾性波法、②ボアホールレーダ法、③磁気探査法で得られる基礎の情報と課題を整理する。孔内弾性波法は、基礎下端又は拡底部の位置を把握するのに有効である。また、ボアホールレーダは基礎形状に関する情報が得られるが、地層の変化と孔内水位の影響を受けるので、これらの影響を低減する方法を検討する必要がある。磁気探査は、基礎に鋼材がある場合、その位置を知ることが可能であるが、鋼材の方向は不明で鉄塔基礎のように計測器以下の通りである。

周辺の磁場が不安定な場合には、測定結果がばらつくことがあるので注意が必要である。

a）試料採取および一軸圧縮強度試験
コアは、図−14に示すように基礎コンクリートの地上（5）基礎コンクリートの劣化に関する試験
鉄塔基礎の地上部及び地中部におけるコンクリートの供部および地中部の２箇所から採取した。コアの直径は100mmである。これらのコアをφ100mm×約200mmの寸用状態の違いによる、コンクリートの品質の相違を明らか法に成形し、一軸圧縮強度試験に供した。にする目的で、鉄塔基礎コンクリートの非破壊試験とコアb）基礎コンクリート中の超音波伝搬速度測定試料による材料試験を実施した。

露出させた基礎コンクリートの両側に超音波の発振子と実験対象は施工後約25年が経過したコンクリート基礎で受振子を配置し、基礎コンクリート中の超音波伝搬時間をあり、内部に鋼材（アングル）が配置されている。また、基測定した。測定した超音波伝搬時間と超音波伝搬距離から、礎の上部40cmは地上に露出している（図−14）。

超音波の伝搬速度を算出した。超音波による測定は、基礎

1）試験内容天端から10〜80cmの範囲で実施した（図−14）。

試験に際して、基礎周辺を深さ約１ｍ掘削し、基礎コン

c）シュミットハンマーによる反発度測定

クリート面を露出させた。本実験で実施した試験項目は、82シュミットハンマーにより基礎コンクリートの反発度をこうえいフォーラム第１０号／２００２. １

表−３ コア試料の一軸圧縮試験結果

表−４ 反発度測定結果

表−５ 含水率測定結果

図−14 基礎コンクリートおよび試験位置測定した。測定は基礎コンクリートの地上部および地中約20〜40cm部，地中60〜80cm部の３箇所で行った（図−14）。

た電位よりも低い。本実験で基礎コンクリートのはつり調それぞれの箇所で反発度を20点測定し、その平均値を求め査は実施していないので、鋼材の腐食状態は不明である。

た。

3）試験方法の適用性d）コンクリートの含水率測定
基礎コンクリートの地上部および地中部から採取した試

本実験で実施した各試験結果は、いずれも基礎コンクリートの地上部と地中部とで異なる傾向を示している。この料に対して含水率測定試験を行った。

自然電値の分布が地土部と地中部で異なる原因としては、

e）自然電位測定

基礎コンクリート中の含水率の相違が挙げられる。表−５

露出させた基礎コンクリート面にセンサ（鉛照合電極）に示したように基礎コンクリートの含水率は、地上部で小を走査させ、基礎コンクリートの自然電位を測定した。電さく、地中部で大きい。図−16の自然電位測定結果にお位の測定間隔は５cmであり、40×100cmの範囲で測定を行ける地上部と地中部での測定値の変化は含水率の影響によった（図−14）。

るものと考えられる。地上部のコンクリートは外気に曝さ2）試験結果れており、乾湿繰り返しを受ける状態にある。一方、地中一軸圧縮強度試験結果を表−３に示す。コア供試体の一部のコンクリートは土で覆われており湿潤状態にあるた

軸圧縮強度は、地上部で採取したコア供試体の強度が低く、め、地上部のコンクリートに比べ養生状態が良い。これら

地中部で採取したコア供試体の強度が高い。超音波によるの養生、供用状態の違いが、圧縮強度の差として現れたと基礎コンクリート中の伝搬速度測定結果を図−15に示す。

考えられる。

超音波伝搬速度分布は、平均的には4000m/s程度であり、また、超音波の伝搬速度は一般にコンクリートの密度に一般のコンクリートの伝搬速度と同程度である。また、超相関があると言われており、地中部のコンクリートの密実

音波伝搬速度は、地上部で小さく、地中部で比較的大きい。

性が反映されたものと考えられる。

シュミットハンマーによる基礎コンクリート反発度測定結

本実験対象コンクリートの表面は、地上部で平滑であり、果を表−４に示す。反発度は地上部で大きく地中部で小さ地中部で粗い状態であった。地上部のシュミットハンマー

い。

による反発度が地中部より大きな値を示したことは、上記

また、コンクリートの含水率測定試験結果を表−５に示す。含水率は、地上部で採取した試料で小さく、地中部でコンクリートの表面状態の影響を受けたものと考えられる。

採取した試料で大きい。自然電位測定結果を図−16に示

本実験で、基礎コンクリートの品質は地上部と地中部です。自然電位は、地中部で測定した電位が地上部で測定し異なる場合があることを確認した。基礎コンクリートの品

83

鉄塔基礎の形状及び劣化の調査方法に関する研究（3）基礎コンクリートの劣化に関する試験
鉄塔基礎上端からの距離（cm）

超音波法によるコンクリート中の伝搬速度分布を把握することにより、基礎コンクリートの地上部および地中部の強度の違いを把握することが可能である。
地表面５．今後の課題
本検討により鉄塔基礎形状および劣化に関する試験方法の適用性について、ある程度評価を行うことができた。今後は、各試験方法の精度向上に関してさらに検討する必要がある。地表からの試験では、超音波法の主脚材深さ測定の性能向上を図る必要がある。また、ボーリング孔を利用超音波伝搬速度（m/s）

した調査では、基礎形状を把握する可能性についてさらに検討する必要がある。

図−15 超音波伝搬速度分布

図−16 自然電位測定結果

さらに、鉄塔基礎調査に最適な試験方法の組合せを評価し、実務レベルに使用できる鉄塔基礎調査マニュアルを作質を調査する場合、試験を実施する位置によっては結果が成する予定である。

異なる場合があるので注意する必要がある。
謝辞：本試験・検討を実施するにあたり、東京電力株式会

４．まとめ
鉄塔基礎に対して、本検討で実施した試験方法の適用性

社土浦工務所送電グループの方々に、ご理解とご協力を頂きました。ここに記して、お礼を申し上げます。

を以下に示す。
参考文献（1）地表からの試験
衝撃反射法により基礎コンクリートの深さを測定する方法が有効である。また、主脚材の深さを測定するには、超音波法が性能向上により適用可能と判断した。

1 ）物理探査学会：物理探査ハンドブック、p.254、平成11年3月
2 ）建設省土木研究所：共同研究報告書

橋梁基礎構造の形状および損傷調査ﾏﾆｭｱﾙ（案）整理番号236 平成11年12月
3 ）近藤春彦他：アンカー等長さ計測手法の開発、第23回日本道路会議
一般論文集3017、平成11年10月
4 ）建設省土木研究所ほか：橋梁基礎構造の形状および損傷調査マニュ
アル(案)、1999.12（2）ボーリング孔を利用した試験
ボアホールレーダ法および孔内弾性波法により、基礎拡底部の位置を把握することが可能である。

845 ）魚本・加藤・広野著：コンクリート構造物の非破壊検査、森北出版、
19906 ）小林・米沢・出頭著：鉄筋腐食の診断、森北出版、1993