JP2013538952A - 根かせ補強 - Google Patents

Abstract

支線式または追加支線式塔に用いられる根かせ（１００）用の補強システムは、根かせ（１００）の周囲に設けられたコンクリート構造体（２１０）を含む。コンクリート構造体（２１０）は、地表よりわずかに上に配された上表面（２１０ｆ）を有する。上記補強システムは、さらに補助アンカーシャフト（２２０）を含む。補助アンカーシャフト（２２０）は、コンクリート構造体（２１０）の内部まで延びて、これに維持されて包まれた既存のアンカーヘッド（１１４）に取り付けられている。コンクリート構造体（２１０）は、水平方向の力に抵抗するために、基部（２１０ａ）と、この基部から下方向に延びて塔に面した表面を有する少なくとも１つの壁（例えば、２１０ｂ、２１０ｃ）とを含むことが好ましい。上記補強システムは、オリジナルのアンカーシャフト（１１６）が完全に腐食したとしても、根かせ（１００）を所定の位置に維持するための十分な強度を有する。補助アンカーシャフト（２２０）は、一般に、土壌に接触しない。従って、腐食に抵抗し、長い耐用年数が期待できる。
【選択図】図８

Description

本発明は、広くは支線式建設技術に関し、特に、支線式および追加支線式塔を固定して補強する技術に関する。

塔は、いくつか例を挙げるならば、テレビ放送、無線通信、携帯電話通信、風力タービン、送電などの、多くの産業分野で広く用いられている。

「支線式塔」または「追加支線式塔」として知られる塔では、支線に依存してこの塔を垂直方向へ維持または維持を支援している。一般的には、こうした塔は、通常はコンクリートである基部上に一端が直立する垂直本体または「マスト」を備えている。マストの全長にわたって取り付けられた支線は、マストから遠ざかる方向に下方に伸びており、アンカーを用いて地面にしっかりと取り付けられている。支線式塔の多くは断面が三角形であり、通常は最低でも３つの根かせが約１２０度の間隔をおいて設けられて、マストを垂直に保持する安定した基部となっている。支線式塔は、３、６、またはそれ以上の根かせを必要とし、塔の様々な垂直レベルから延びる複数の支線が各根かせに取り付けられていることが多い。

「支線式塔」という用語は、そのマストが独立した支持手段を持たない塔を指す。このマストは、完全に支線に依存して直立状態に保持される。一方、「追加支線式塔」という用語は、補強および安定のための支線を必要とするものの、原則的には自立した塔を指す。

図１に、設置された塔用の従来の根かせ１００を示す。この例に示すとおり、塔のマストから生じる４本の支線１１０が、アンカーヘッド１１４に取り付けられている。支線１１０は、一般に、スチールまたはその他の引張強度の高い金属からなる。シャフト１１６は、アンカーヘッド１１４から地面１２４の内部へ延びる。通常、アンカーヘッド１１４およびシャフト１１６も一般的にはスチールからなり、単一のユニットとして設けられ、シャフト１１６がヘッド１１４に恒久的に溶接されている。シャフト１１６の遠位端は、通常、スチールで補強されたコンクリートの塊１１８に埋め込まれており、これは別名を「デッドマン」という。デッドマン１１８とその上の土の重量によって、風や降水などにより塔に大きな力がかかった場合でも、シャフト１１６はその場にしっかりと保持される。

また、根かせアセンブリ１００は、通常、引き締め金具１１２を含む。一般に、１つの引き締め金具１１２が１本の支線１１０に設けられる。引き締め金具１１２の役割は、各支線１１０の緊張を微調整することである。

落雷による損傷を防止するため、支線１１０は、それぞれ導電ケーブル１２０を介して接地スパイク１２２に電気的に接続されている。接地スパイク１２２は、通常、銅からなる。ケーブル１２０および接地スパイク１２２は、地面への低インピーダンス経路を構成する。この構成は、シャフト１１６から大きな過電流を伝導することを目的としており、これによって塔の機械的安定性を低下させるおそれのあるようなシャフトの損傷を防止する。

周知のように、根かせのシャフト１１６は、通常、時間がたつと腐食する。支線シャフトの腐食は、まずシャフトの土壌、すなわち地下であってデッドマン１１８に包まれた領域の外部、に露出した領域に影響を及ぼす。より不活性な銅の接地スパイク１２２とともにスチール支線シャフトが電池を形成する場合には、腐食は、ガルバニックな性質を持つ。また、腐食は電解的な性質を持つか、そのほかの要因によって引き起こされるかもしれない。

数年が経つと、腐食によってアンカーシャフト１１６からかなりの材料が失われる可能性があり、これにより、支線を介して伝達される張力下では、デッドマンから根かせシャフトが分離して、その結果、塔の壊滅的な崩壊につながるおそれがある。

崩壊した１２０メートルの無線支線式塔の建て直すための費用は、およそ４００，０００ドルと試算されている。加えて、塔の崩壊により、塔付近の人命および所有物に大きな危険を及ぼす。

支線式塔の所有者および技師は、根かせの不具合を防止するための積極的改善策を作り上げてきた。この改善策は以下のようなものである。
１．アンカーシャフトの点検。この技術には、アンカーシャフトの状態を目視で確認するための既存のアンカーシャフトの掘削が含まれる。通常、アンカーシャフト全体を点検する必要があるため、デッドマン１１８まで掘削することになる。デッドマン上の土を取り除くことにより根かせが一時的に弱体化するため、点検を進めるにあたって根かせを地中に維持するための対策をとる必要がある。
２．新しいデッドマンアンカーを腐食したアンカーの前に設置する。この手法では、腐食したアンカーシャフトから新しいアンカーシャフトに既存の支線を移すことが必要となる。
３．新しいアンカーを腐食したアンカーの後ろに設置する。一般に、この手法では、塔マストまでの距離が広がり、新しい根かせを再取り付けするためには支線が短すぎるため、全ての支線を交換することが必要となる。変更後の塔にさらにスペースが必要とされるため、塔所有者には新たに土地を所有または使用権を得る必要が出てくるおそれがある。
４．新しくドリルで穴を開けたピアアンカーを腐食したアンカーの一方にオフセットして設置する。この手法では、腐食したアンカーシャフトから新しいアンカーシャフトに既存の支線を移すことが必要になる。ピン止めされた基部を有する塔は、新しいアンカーと再配列できるように、回転させられてもよい。塔の回転は危険を伴うことがあり、一般に、塔のアンテナは全て再配列する必要が出る。また、固定された基部を有する塔は自在に回転することができない場合があり、この場合には、支線を新しいアンカーヘッドへ移すことによって塔にさらにストレスが加わる可能性があり、別の問題が発生するおそれがある。

上述の根かせの不具合を防止するための改善策には、時間と費用がかかる。また、これらが腐食の問題に対する一時的な解決でしかないことも把握している。時間がたつと、アンカーシャフトの腐食は悪化または再発することになり、通常は、さらなる改善策が必要とされる。

従って、現在採用されている対策よりも安価で労働集約性が低く、より長期的な解決を提供する、根かせの不具合を防止するまたは未然に防ぐための対策が必要とされる。

一実施形態によれば、支線式塔または追加支線式塔の根かせ用の補強システムが開示される。上記根かせは、アンカーヘッドとこのアンカーヘッドから地中に延びるアンカーシャフトとを備える。上記補強システムは、上記アンカーシャフトの部分の周囲に設けられたソリッド構造体と、上記アンカーヘッドに取り付けられて上記ソリッド構造体の内部に延びる補助アンカーシャフトと、上記ソリッド構造体の内部の上記補助アンカーシャフトに取り付けられたまたは一体的に設けられた維持構造体とを備える。上記ソリッド構造体は、地表より上に配された上表面を含む。上記ソリッド構造体は、上記塔に面し、上記上表面より地中へと延びる前壁部と、上記上表面より地中へと延びる後壁部とを含む。上記ソリッド構造体は、さらに、上記前壁部と上記後壁部との間に設けられ地中へと延びる中間部を含む。上記前壁部および上記後壁部は、上記中間部よりも深く地中に延びる。

別の実施形態によれば、構造体を支持する根かせ用の補強システムが開示される。上記根かせはアンカーヘッドとこのアンカーヘッドから地中に延びるアンカーシャフトとを備える。上記補強システムは、上記アンカーシャフトの周囲に設けられたソリッド構造体を含む。上記ソリッド構造体は、基部と、上記基部から下方向に延びて被支持構造体に面した表面を有する少なくとも１つの壁とを含む。上記補強システムは、さらに、上記アンカーヘッドに取り付けられて上記ソリッド構造体の内部に延びる補助アンカーシャフトと、上記補助アンカーシャフトに取り付けられまたは一体的に設けられ、上記ソリッド構造体の内部に包まれた維持構造体とを備える。

さらに別の実施形態によれば、塔はマストと複数の根かせとを備える。上記根かせは、上記マスト周囲に配置される。各根かせは、アンカーヘッドとこのアンカーヘッドから地中に延びるアンカーシャフトとを有する。上記塔は、さらに、上記マストと上記複数の根かせとの間に取り付けられた複数の支線を備える。上記複数の根かせの少なくとも１つが、各アンカーシャフトの周囲に配されたソリッド構造体を含む補強によって補強されている。上記ソリッド構造体は、基部と、この基部から下方向に延びて上記マストに面した表面を有する少なくとも１つの壁とを含む。上記補強は、さらに、上記アンカーヘッドに取り付けられて上記ソリッド構造体の内部に延びる補助アンカーシャフトと、上記補助アンカーシャフトに取り付けられまたは一体的に設けられ、上記ソリッド構造体の内部に包まれた維持構造体とを備える。

さらにまた別の実施形態によれば、根かせ補強方法が提示される。上記根かせはアンカーヘッドとこのアンカーヘッドから地中に延びるアンカーシャフトとを備える。上記方法は、上記根かせの周囲の領域を掘削して掘削領域を形成し、上記掘削領域の内部に延びる補助アンカーシャフトを上記アンカーヘッドに取り付け、上記掘削領域の内部に硬化性材料を導入し、上記硬化性材料が硬化してソリッド構造体を形成するよう硬化させる。

さらにまた別の実施形態によれば、構造体を支持する支線を固定するシステムは、１以上の支線を取り付けるアンカーヘッドと、このアンカーヘッドから延びるアンカーシャフトと、上記アンカーシャフトの遠位端で上記アンカーシャフトに取り付けられたまたはこれと一体的に構成された維持構造体と、ソリッド構造体とを備える。上記ソリッド構造体は、上記維持構造体を含む。上記ソリッド構造体は、基部と、上記基部から下方向に延びる少なくとも１つの壁を含む。各壁は、被支持構造体に面し、土壌に接触する表面を有する。

図１は、従来技術にかかる塔を支持する従来の根かせの正面図である。 図２は、本発明の実施形態にかかる補強された根かせの斜視図である。 図３は、図２の根かせ補強システムの部分正面図である。 図４は、図２〜３の根かせ補強システムの部分斜視図である。 図５は、図２〜４の根かせ補強システムの部分を根かせシャフトの軸方向に見た図である。 図６は、図２〜５の根かせ補強システムの平面図である。 図７は、図６の根かせ補強システムの正面図である。 図８は、図２〜７の補強システムの正面図であり、異なる力が作用する様子を示す。 図９は、図８に示す力の簡略図である。 図１０は、本発明の第２の実施形態の斜視図である。 図１１は、本発明の第３の実施形態の斜視図である。 図１２は、本発明の第４の実施形態の斜視図である。 図１３は、本発明の実施形態にかかる根かせを補強するプロセスを示すフローチャートである。 図１４は、本発明の実施形態にかかる根かせを補強するソリッド構造体を設計するプロセスを示すフローチャートである。

本明細書において、「備える（comprising）」「含む（including）」「有する（having）」という用語は、何らかのアイテム、ステップ、要素、または局面がオープンエンド形式で示されることを意図している。本明細書において具体的な実施形態が開示されるが、これら実施形態がほんの一例であり、本発明はこれら特定の実施形態に限定されないことは言うまでもない。

本明細書において開示される根かせの補強技術は、ソリッド構造体に包まれた補助アンカーシャフトの形で余分の支持を設けることにより、アンカーシャフトの腐食による不具合を防ぐものである。一般的に、補助アンカーシャフトは土壌と接触することがなく、従って、オリジナルのアンカーシャフトに作用するのと同じ腐食性の環境要因に露出されることがない。好ましくは、補助アンカーシャフトおよびソリッド構造体は、支線固定のソースとしてオリジナルのアンカーシャフトおよびデッドマンと完全に入れ替わることができるよう十分な強度を有する。従って、オリジナルのアンカーシャフトが腐食して完全に分解しても、根かせは元の状態で保つことができる。補助アンカーは、ソリッド構造体の内部に維持されて通常は土壌との直接的および継続的な接触がないため、腐食の影響を比較的受けにくく、従来のアンカーシャフトと比較して耐用年数が長くなることが期待される。

図２は、本発明の実施形態にかかる既存の根かせに適用された補強システムを示す。この根かせは、図１に示すように一般的なタイプである。この根かせは、アンカーヘッド１１４とアンカーシャフト１１６とを含む。アンカーシャフト１１６は、アンカーヘッド１１４から地中に入り、埋設されたデッドマン１１８へ伸張している。この根かせは補助アンカーシャフト２２０およびソリッド構造体２１０によって補強されており、ソリッド構造体２１０は鉄筋コンクリートであることが好ましい。補助アンカーシャフト２２０は、アンカーヘッド１１４に取り付けられ、オリジナルのアンカーシャフト１１６に平行に伸張し、維持構造体を有するソリッド構造体２１０の内部に維持される。

ここに示すソリッド構造体２１０は逆Ｕ字形状を有しており、底面が概ね長方形の角柱の形状をした基部２１０ａと、基部から下に向かって延びる１対の壁または壁部２１０ｂおよび２１０ｃとを含む。ソリッド構造体２１０は、上表面２１０ｆ、前壁表面２１０ｇ、および後壁表面２１０ｈを有する。慣例により、ソリッド構造体２１０の「前」は塔の方向を向いている。前壁表面２１０ｇと後壁表面２１０ｈとは、いずれも塔の方向を向いている。

図３に、補強システムの拡大図を示す。同図では、内部の部品を視覚化するために、ソリッド構造体２１０の一部が透明になっている。補助アンカーシャフト２２０は、上延長部材３１０および下延長部材３１２の、２つの延長部材を含むことがわかる。維持構造体は、遠位構造体３１４および３１６を含むことが示されている。好ましくは、延長部材３１０および３１２ならびに遠位構造体３１４および３１６は、亜鉛めっき金属山形材である。好ましくは、延長部材３１０および３１２はアンカーヘッド１１４にボルトで留められているが、溶接など、そのほかの方法で取り付けられてもよい。同様に、好ましくは、遠位構造体３１４および３１６を構成する山形材も延長部材３１０および３１２にボルトで留められているが、そのほかの方法を用いて取り付けられてもよい。

好ましくは、上延長部材３１０は下延長部材３１２よりも長い。長さが違うことにより、延長部材３１０／３１２または遠位構造体３１４および３１６を土壌に露出させることなく、ソリッド構造体の基部２１０ａを比較的奥行きのないものとすることができる。

ソリッド構造体２１０の上表面２１０ｆが、地表３２０よりも少し上、好ましくは、約５〜８ｃｍ（２〜３インチ）上に位置していることがわかる。上表面２１０ｆが地表より上にあることで、延長部材３１０／３１２も遠位構造体３１４／３１６も土壌に露出されることがない。よって、土壌に埋設されたアンカーシャフトに作用するほどの腐食を比較的受けにくくなる。好ましくは、上表面２１０ｆは、塔を向く方向にわずかに傾斜して形成されて、排水できるようにし、根かせの周囲に水がたまるのを防止する。

図４は、ソリッド構造体２１０を省略した補強システムの斜視図である。図５は、アンカーシャフト１１６の軸方向に見下ろした根かせを示す。同図より、遠位構造体３１４および３１６を構成する山形材自体が細長く、延長部材３１０／３１２に垂直に延びていることがわかる。好ましくは、遠位構造体を構成する山形材は、アンカーシャフト１１６の軸に平行な上向きの平面を有しており、よって高い張力がかかったときのソリッド構造体２１０からの根かせの引き抜きへの抵抗に適している。

図６および図７は、それぞれ、根かせおよび補強システムの平面図および正面図である。ソリッド構造体２１０が鉄筋などの補強材によって補強されていることがわかる。コンクリートを補強することにより、張力による亀裂から保護される。張力は、補助アンカーシャフト２２０近くの構造体２１０の上表面２１０ｆの近く、および壁部２１０ｂおよび２１０ｃが下方向に延びている角の近くほど高くなる傾向がある。従って、これらの領域で特に補強が必要とされる。鉄筋の量や大きさは現場の要求によって変わってもよいが、通常、基部２１０ａの上部近くにソリッド構造体２１０の幅方向に均等な間隔をおいて９本の＃８鉄筋６１０が配され、深さ方向に均等な間隔をおいて１１本の＃８鉄筋６１０が配される。同じパターンの鉄筋を基部の底辺近くに繰り返し配置する。好ましくは、壁２１０ｂおよび２１０ｃも＃８鉄筋７１２で補強され、この鉄筋は通常、各壁について１１の異なるレベルで設けられる。好ましくは、壁の内部に設けられた鉄筋は、追加の支持として、基部２１０ａの内部の鉄筋と交差する。ある鉄筋の構成の詳細を説明したが、設置の際に用いられる実際の鉄筋構成は設計上の選択の問題であり、当業者に周知の方法で変更してもよい。

ソリッド構造体２１０の大きさは現場の要求によって変わってもよく、大型のソリッド構造体は大型の塔を支持する場合または大きな張力がかかる場合に用いられる。ここに示す例は、高さ１１４メートル（３７５フィート）の塔マストから３８メートル（１２５フィート）の高さに設置される根かせの代表例であり、最悪の場合に予想される力が、おおよそ、横方向に８９ｋＮ（２０Ｋｉｐ）、上昇方向に８９ｋＮ（２０Ｋｉｐ）で、十分な安全域がとられている。この例と本明細書に記載の一般的な情報とを前提とするならば、現場の要求に適した大きさ・形状・比率の異なるその他の例を無数に生み出すことは、熟練技術者であれば容易に可能である。

ここに示す例では、ソリッド構造体２１０は、およそ、長さ２．４メートル（８フィート）、幅３．０メートル（１０フィート）である。基部２１０ａの深さはおよそ４６ｃｍ（１．５フィート）であり、壁２１０ｂおよび２１０ｃは基部よりもおよそ６１ｃｍ（２フィート）深い。一般に、必須ではないが、壁２１０ｂおよび２１０ｃは、ほとんどの場合、ソリッド構造体の基部２１０ａの少なくとも２倍は深く地中に延びることが好ましい。

ここに示す例では、延長部材３１０および３１２ならびに遠位構造体３１４および３１６に用いられる山形材の断面寸法は、通常、５ｃｍ×５ｃｍ×１ｃｍ（２”×２”×３／８”）である。遠位構造体３１４および３１６を構成する山形材の長さは、通常、およそ１メートル（３フィート）である。好ましくは、山形材は全て、グレードＡ３６以上のスチールからなり、降伏強度が少なくとも３４５ＭＰａ（５０ＫＳＩ）である。ナットやボルトは、通常、１．６ｃｍ（５／８インチ）のＡ３２５である。

好ましくは、延長部材３１０および３１２の構成に用いられる山形材は、約１０７ｃｍ〜１２２ｃｍ（３．５〜４フィート）の長さで設置場所に輸送される。この山形材は、現場で適切なサイズに切断され、ドリルで穴を開け、アンカーヘッドにボルトで止めつけられることが好ましい。アンカーヘッド１１４自体は、現場でドリルで穴を開けて、延長部材３１０および３１２の取り付けができるようにすることが好ましい。好ましくは、現場で切断された切り口やドリルで開けられた穴は、２層のジンクリッチ亜鉛めっき化合物で亜鉛めっきされる。

好ましくは、ソリッド構造体２１０の構成に用いられるコンクリートは、少なくとも最大圧縮強度が２８日で１８ｋＰａ（２５００ＰＳＩ）である。好ましくは、鉄筋コンクリートの構成および材料は全て、ＡＣＩ３１８の規格に順ずる。好ましくは、鉄筋を覆うコンクリートは、最低でも７．６ｃｍ（３インチ）である。好ましくは、鉄筋は全てグレード６０であり、補強材は全てASTM A615-85に順ずる。

図８および図９に、根かせおよびソリッド構造体２１０に作用する力を示す。第１の力８２０は、アンカーヘッド１１４に取り付けられた支線全てからの合力を表す。第２の力８２２は、ソリッド構造体２１０の重量を表す。力８２２は、真っすぐ落下する方向に、ソリッド構造体２１０の質量中心を通過する。第３の力８２４は、ソリッド構造体２１０の壁に土壌を押し付けるときに生じる横力を表す。この力は、水平方向であって塔とは逆方向に向かう。第３の力８２４は、ソリッド構造体２１０の全表面に作用する力を合成したものであり、特に、表面２１０ｇおよび２１０ｈにそれぞれ作用する力８２４ａおよび８２４ｂを含む。力８２４ａおよび８２４ｂが作用する垂直レベルは、土壌組成に依存する。砂などのさらさらした土壌では、この力はより低い垂直レベルで作用するが、粘土などの硬い土壌では、より高い垂直レベルで作用する。ソリッド構造体２１０の重量から発生する力８２２が、支線からの力８２０の垂直成分を（適切な安全域をもって）上回る限り、ソリッド構造体２１０は荷重を受けて地中に維持されることになる。

理想的には、これらの３つの力８２０、８２２、および８２４は、全て一点８２６で交差する。この釣り合いのとれた設計により、ソリッド構造体２１０は荷重を受けた状態で回転することがない、すなわち前壁２１０ｂも後壁２１０ｃも地中から持ち上がることがないことが保証され、構造体は安定して維持される。３つの力が正確に交差することが好ましいのではあるが、小さなオフセット量については一般に良好な耐性があるため、適正な運用にはおおよその交差が必要とされるだけである。しかしながら、３つの力が実質的に交差しない場合には、ソリッド構造体２１０が荷重を受けた状態で確実に安定して維持されるよう、厳密な分析を行う必要がある。

一般に、ソリッド構造体２１０は、ソリッド構造体の質量が根かせの前よりも後ろで多くなるように、根かせに対して相対的に配置される。当然ながら、この構成は、３つの主要な力が交差するという好ましい条件から得られるものである。加えて、通常、土壌の条件が異なる場合は、根かせに対するソリッド構造体２１０の配置が異なってくる。例えば、砂地の土壌にソリッド構造体２１０を配置すると、硬い土壌で普通作用するよりもより低い垂直レベルで横力８２４が作用しがちである。ソリッド構造体が砂地の土壌に配置されたときに３つの力８２０、８２２、および８２４が確実に実質的に同じ点で交差するようにするために、ソリッド構造体２１０は、通常、アンカーヘッド１１４に対して相対的にさらに後方に配置される必要がある。そうしない場合には、ソリッド構造体２１０の後部を持ち上げることがあるモーメントを発生させることになる。反対に、非常に硬い土壌では、横力８２４は概ねより高い垂直レベルで作用し、ソリッド構造体２１０の前部を持ち上げることがあるモーメントを回避するため、一般的にはソリッド構造体２１０を根かせに対してさらに前方に位置決めすることが必要とされる。

ソリッド構造体２１０の形状は、様々な現場の要求によりよく合わせることができるように、変化してもよい。例えば、図１０に、狭窄基部１０１０ａを有するソリッド構造体１０１０を示す。長方形の基部の代わりに、基部１０１０ａは大文字の「Ｈ」に似た形状をしている。基部１０１０ａの大きさ低減の程度は、求められるソリッド構造体１０１０の重量に基づいて変化してもよい。ソリッド構造体１０１０は、土壌抵抗が比較的低く、凍結深が比較的深く、または油性粘土の土壌における、支線からの持ち上げる力が水平方向の力に比べて比較的低い用途によく合っている。これらいずれの条件下においても、ソリッド構造体の重量を概ね安全に低減することができる。コンクリートの量が低減されることにより、材料および費用を抑えられる。

図１１に、別の変形例を示す。ここで、ソリッド構造体１１１０は、第３の、または中間の、壁または壁部１１１０ｄを含んでいること以外は、ソリッド構造体２１０と同様である。第３の壁１１１０ｄは、他の二つの壁の間に位置しており、塔に面した表面１１１０ｉを有する。表面１１１０ｉは土壌に接触しており、表面１１１０ｉに押し付ける土壌の力は横力８２４の一因となる。ソリッド構造体１１１０は、土壌がさらさらしたおよび／もしくは砂地の場所、または安定性のために追加の水平抵抗が必要とされる場所にとりわけ適している。また、第３の壁１１１０ｄはソリッド構造体１１１０の重量を増加させ、そのため、ソリッド構造体が重く、比較的省スペースであることが求められる場合には一層便利である。壁１１１０ｄのような追加の壁は、さらに高い横安定および／または重い重量が望まれる場合に設けてもよい。

図１２に、上述の２つの変形例の特徴を組み合わせたさらに別の変形例を示す。ここで、ソリッド構造体１２１０は、縮小基部１２１０ａおよび第３の壁または壁部１２１０ｄの両方を有する。ここでも、基部１２１２ａの縮小量は、求められるソリッド構造体の重量に基づいて変化してもよく、かかる縮小量は、一般に、図１０の基部１０１０ａの縮小と同じ条件下で適したものであり、同じ利益を提供するものである。同様に、個別の設備において求められるように、追加壁または壁部を加えてもよい。このような追加壁または壁部は、一般に、図１１のソリッド構造体１１１０と同じ条件下で適したものであり、同じ利益を提供するものである。

図１３に、根かせを補強するプロセスの一例を示す。このプロセスは、一般に、ソリッド構造体２１０／１０１０／１１１０／１２１０のいずれかのようなソリッド構造体の設計から始まる（ステップ１３１０）。設計ステップでは、ソリッド構造体に求められる大きさと形状、壁の数、ソリッド構造体の根かせに対して相対的な配置を決定する。ステップ１３１２において、根かせ周辺の領域が掘削される。掘削された領域は、根かせに対して相対的なソリッド構造体の設計された位置において、設計されたソリッド構造体（むしろ、その地表以下に配置される部分）の大きさおよび形状に実質的に一致する大きさおよび形状を有する。ステップ１３１４において、既存のアンカーシャフトから汚れが落とされ、または表土を取り除く。ステップ１３１６において、補助アンカーシャフト２２０を組み立てる。このステップでは、一般に、アンカーヘッド１１４にドリルで穴を開け、延長部材３１０および３１２を切断してドリルで穴を開け、切断された切り口およびドリルで開けられた穴に亜鉛めっき化合物を貼り付け、延長部材をアンカーヘッドにボルトで留め付け、維持構造体（例えば、遠位構造体３１４および３１６）を延長部材にボルトで留め付ける。ステップ１３１８において、ソリッド構造体の補強（鉄筋）枠を掘削された領域内に組み立てる。鉄筋は、コンクリート注入時に動かないように全てしっかりとワイヤで固定されていることが好ましい。ステップ１３２０において、必要な型枠が設置される。これらは、特に、地表の上に延びるソリッド構造体の部分を形成するために必要となる。ステップ１３２２において、コンクリートが注入され、コンクリートが硬化する。ステップ１３２４において、設置した型枠を全て取り外す。型枠が残したソリッド構造体周囲の隙間は、きっちりと圧縮された土で埋め戻されることが好ましい。埋め戻しは、ソリッド構造体の周囲に水がたまるのを防止するために行われる。各ステップの順序は、厳密に図１３に示すとおりである必要はない。例えば、ステップ１３１４〜１３２０は、所望の順序で行ってもよい。

図１４に、ソリッド構造体の設計プロセス（図１３のステップ１３１０を参照）の詳細な例を示す。ステップ１４１０において、設置場所の土壌条件を測定し推定する。考慮される土壌条件には、土壌の種類（例えば、岩石が多い、粘土質の、または砂地の）および土壌の凝集性がある。ステップ１４１２において、ソリッド構造体の壁の形状および数が選択され、これはソリッド構造体の基部の除去程度を含む（図１０および図１３の通り）。好ましくは、この選択は、土壌条件の初期評価、支線からの張力予想（大きさと方向の両方を含む）、および成功事例から推奨される適正な安全域に基づいて行われる。好ましくは、その後、設計を検証するための計算を行う。ステップ１４１４において、壁に対する力の垂直方向の深さと大きさを計算して、横力８２４を決定する（図８および図９を参照）。ステップ１４１６において、ソリッド構造体の質量中心および重量を計算して、垂直力８２２を決定する。ステップ１４１８において、結果として得られる支線からの張力を計算して、合力８２０を得る。これら３つの力（８２０、８２２、および８２４）の実質的な交差をステップ１４２０でテストする。ステップ１４２２において、ソリッド構造体の横移動に対する土壌抵抗の適切さをテストし、ステップ１４２４において、全ての安全因子の観察がテストされる。ステップ１４２８において、テスト１４２０、１４２２、または１４２４が失敗したかどうかを判断する。その場合、全ての要求を満たすものが選択されるまで、設計が反復される。ステップ１４１４〜１４１８およびステップ１４２０〜１４２４を、特定の順序で行う必要がないことは言うまでもない。

本明細書に開示する補強システムは、腐食した根かせを完全に交換する従来の解決に比べて、腐食した根かせに対するより安全でよりコストが低くより恒久的な解決を提供するものである。ソリッド構造体は表面近くに設置されるため、大規模な掘削を不要とし、腕がよく費用のかかる塔のスタッフの必要性もない。実際、本明細書に記載の根かせ補強は、一般に、比較的安価なコンクリートのスタッフによって行うことができる。

本明細書に開示される補強システムでは、既存のアンカーヘッドを用いるため、既存の支線を新しいアンカーヘッドに移設する必要がない。従って、塔の回転およびアンテナの再位置決めの問題を回避することができる。

本補強システムは、腐食の程度を調べるための根かせの点検に従来用いられてきた、時に危険を伴う既存アンカーシャフトの完全な掘削を、事実上不要とするものである。腐食の点検に必要な掘削を行うよりも、単に本明細書に開示する補強システムを設置する方が、費用がかからない場合が多い。

本明細書に開示する補強システムは、完結した保守不要の解決方法である。既存のアンカーヘッドを固定するために用いられる新しいスチールは、地表より上、またはコンクリートに包まれているため、本解決方法に適した塔敷地では予想される耐用年数内にアンカーシャフトの腐食が起こることはない。

具体的な実施形態を説明したことにより、無数の代替的な実施形態または変形例が可能である。例えば、すでに述べたように、ソリッド構造体２１０／１０１０／１１１０／１２１０は対称である。しかしながら、これは一例に過ぎない。代替的に、ソリッド構造体は非対称であってもよい。例えば、前壁が後壁よりも大きくても（例えば、より厚み、深さ、幅がある）よいし、その逆でもよい。実際、ソリッド構造体の質量中心を前後に移動させるためには、一方の壁を他方よりも大きくすると有利である。従って、非対称とすることができることにより、ソリッド構造体に作用する３つの主要な力の調整における自由度を高めることができる。

すでに述べたように、ソリッド構造体の壁は平面である。しかしながら、これは一例に過ぎない。代替的に、ソリッド構造体の壁は凹面形状であってもよいし、そのほかの形状であってもよい。

ソリッド構造体は、単一のブロックとして説明されている。しかしながら、これは厳密に要求されることではない。代替的に、複数のより小さいセグメントを形成し、互いに締め付けおよび／または連結させてもよい。例えば、ソリッド構造体の基部は、これらの壁から別に形成されてもよい。

好ましくは、ソリッド構造体は鉄筋コンクリートからなり、鉄筋コンクリートが最良の効果をもたらすと信じられている。しかしながら、これは厳密に要求されることではない。設計上の要求およびこれら材料の性能によって、各種のポリマーおよびセメントを含むその他の硬化性材料を用いてもよい。

すでに述べたように、本補強システムは、アンカーシャフトが倒壊する懸念のある場合において、既存の根かせを支持するための改善策として利用される。しかしながら、一次アンカー設置に用いてもよい。通常のアンカーシャフトおよびデッドマンを省略することができ、一次根かせおよびソリッド構造体とともに根かせを所定位置に保持することができる。この構成により、比較的短いアンカーシャフトを用いることができる。維持構造体はアンカーシャフトの遠位端に取り付けられ、ソリッド構造体の内部に包まれる。この技術により、アンカーシャフトの腐食から保護され、デッドマンを設置する際に通常必要とされてきたように深く掘削する必要がなくなる。

補助アンカーシャフト２２０には、様々な固定装置を用いることができる。例えば、遠位構造体３１４および３１６に様々な数の十字部品を設けてもよい。延長部材および遠位構造体は、一体化されたユニットとして同時に形成されて、その後現場で切断されてもよい。延長部材３１０／３１２および遠位構造体３１４／３１６には山形材が好ましいが、利用可能な形状であればどのようなものを用いてもよい。例えば、非常に大型の塔においては、これらの構造体は、溝、平板、棒、またはスチールケーブルからなってもよい。加えて、延長部材３１０／３１２の数または遠位構造体３１４／３１６の数は、異なっていてもよい。

本明細書に開示される根かせ補強技術は、塔に用いられるものとして説明したが、その他の種類の支線によって支持される構造体に用いてもよいことは言うまでもない。

従って、当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく本明細書に開示される実施形態の形状および細部について様々な変更が可能であることは言うまでもない。

Claims (32)

1. 支線式塔または追加支線式塔の根かせ（１００）用の補強システムであって、前記根かせ（１００）はアンカーヘッド（１１４）と前記アンカーヘッド（１１４）から地中に延びるアンカーシャフト（１１６）とを備え、前記補強システムは、
   前記アンカーシャフト（１１６）の部分の周囲に設けられたソリッド構造体（２１０）と、
   前記アンカーヘッド（１１４）に取り付けられて前記ソリッド構造体（２１０）の内部に延びる補助アンカーシャフト（２２０）と、
   前記ソリッド構造体（２１０）の内部の前記補助アンカーシャフト（２２０）に取り付けられたまたは一体的に設けられた維持構造体とを備え、
   前記ソリッド構造体（２１０）が、
   地表より上に配された上表面（２１０ｆ）と、
   前記塔に面し、前記上表面（２１０ｆ）より地中へと延びる前壁部（２１０ｂ）と、
   前記上表面（２１０ｆ）より地中へと延びる後壁部（２１０ｃ）と、
   前記前壁部（２１０ｂ）と前記後壁部（２１０ｃ）との間に設けられ地中へと延びる中間部とを含み、
   前記前壁部（２１０ｂ）および前記後壁部（２１０ｃ）が前記中間部よりも深く地中に延びる、根かせ用の補強システム。
2. 前記前壁部（２１０ｂ）および前記後壁部（２１０ｃ）が、前記中間部よりも少なくとも２倍深く地中に延びる、請求項１に記載の補強システム。
3. 前記前壁部（２１０ｂ）および前記後壁部（２１０ｃ）が、それぞれ、土壌に接触し前記塔に面する表面を有する、請求項１に記載の補強システム。
4. 前記ソリッド構造体（２１０）は、前記前壁部（２１０ｂ）と前記後壁部（２１０ｃ）との間に配された中間壁部（１１１０ｄ）をさらに備え、前記中間壁部（１１１０ｄ）が前記中間部よりも深く地中に延びる、請求項１に記載の補強システム。
5. 前記ソリッド構造体（２１０）は、前記前壁部（２１０ｂ）と前記後壁部（２１０ｃ）との間に配された第１の中間壁部と第２の中間壁部とをさらに備え、前記第１の中間壁部および前記第２の中間壁部がいずれも前記中間部よりも深く地中に延びる、請求項１に記載の補強システム。
6. 前記ソリッド構造体（２１０）は、前記ソリッド構造体（２１０）の質量が前記アンカーヘッド（１１４）の前よりも後ろで多くなるよう、前記根かせ（１００）に対して配置される、請求項１に記載の補強システム。
7. 前記ソリッド構造体（２１０）は硬化性材料を備える、請求項１に記載の補強システム。
8. 前記ソリッド構造体（２１０）は鉄筋コンクリートを備える、請求項１に記載の補強システム。
9. 前記補助アンカーシャフト（２２０）は、いずれも前記アンカーヘッド（１１４）に取り付けられて前記アンカーシャフト（１１６）に平行に前記ソリッド構造体（２１０）の内部に延びる第１および第２の延長部材（３１０、３１２）を含む、請求項１に記載の補強システム。
10. 前記維持構造体は、各延長部材に取り付けられたまたはこれと一体的に構成されてこの延長部材を前記ソリッド構造体（２１０）の内部にしっかりと維持する遠位構造体（３１４、３１６）を備える、請求項９に記載の補強システム。
11. 各延長部材（３１０、３１２）は金属製の山形材を備え、各遠位構造体（３１４、３１６）は対応する延長部材（３１０、３１２）に取り付けられてこれに垂直な方向におかれた金属製の山形材を備える、請求項１０に記載の補強システム。
12. 構造体を支持する根かせ（１００）用の補強システムであって、前記根かせ（１００）はアンカーヘッド（１１４）と前記アンカーヘッド（１１４）から地中に延びるアンカーシャフト（１１６）とを有し、前記補強システムは、
    前記アンカーシャフト（１１６）の周囲に設けられたソリッド構造体（２１０）であって、基部（２１０ａ）と、前記基部から下方向に延びて被支持構造体に面した表面を有する少なくとも１つの壁とを含むソリッド構造体（２１０）と、
    前記アンカーヘッド（１１４）に取り付けられて前記ソリッド構造体（２１０）の内部に延びる補助アンカーシャフト（２２０）と、
    前記補助アンカーシャフト（２２０）に取り付けられまたは一体的に設けられ、前記ソリッド構造体（２１０）の内部に包まれた維持構造体とを備える、根かせ用の補強システム。
13. 前記ソリッド構造体（２１０）は硬化性材料を備える、請求項１２に記載の補強システム。
14. 前記ソリッド構造体（２１０）は鉄筋コンクリートを備える、請求項１２に記載の補強システム。
15. 前記ソリッド構造体（２１０）は、前記ソリッド構造体（２１０）の質量が被支持構造体に相対的に前記アンカーヘッド（１１４）の前よりも後ろで多くなるよう、前記根かせ（１００）に対して配置される、請求項１２に記載の補強システム。
16. 前記ソリッド構造体（２１０）の前記基部（２１０ａ）は、地表より上に配された上表面（２１０ｆ）を有する、請求項１２に記載の補強システム。
17. 前記ソリッド構造体（２１０）の前記少なくとも１つの壁は、前記ソリッド構造体（２１０）の対向する端部に配された２つの壁（２１０ｂ、２１０ｃ）を備える、請求項１２に記載の補強システム。
18. 前記ソリッド構造体（２１０）の前記少なくとも１つの壁は、前記ソリッド構造体（２１０）の対向する端部に配された２つの壁（２１０ｂ、２１０ｃ）と、実質的に前記ソリッド構造体（２１０）の中心に配された第３の壁（１１１０ｄ）とを備える、請求項１２に記載の補強システム。
19. 塔であって、
    マストと、
    前記マスト周囲に配置され、それぞれアンカーヘッド（１１４）と前記アンカーヘッド（１１４）から地中に延びるアンカーシャフト（１１６）とを有する複数の根かせ（１００）と、
    前記マストと前記複数の根かせ（１００）との間に取り付けられた複数の支線（１１０）とを備え、
    前記複数の根かせ（１００）の少なくとも１つが補強によって補強されており、
    前記補強は、
    前記アンカーシャフト（１１６）の周囲に設けられたソリッド構造体（２１０）であって、基部（２１０ａ）と、前記基部（２１０ａ）から下方向に延びて前記マストに面した表面を有する少なくとも１つの壁とを含むソリッド構造体（２１０）と、
    前記アンカーヘッド（１１４）に取り付けられて前記ソリッド構造体（２１０）の内部に延びる補助アンカーシャフト（２２０）と、
    前記補助アンカーシャフト（２２０）に取り付けられまたは一体的に設けられ、前記ソリッド構造体（２１０）の内部に包まれた維持構造体とを備える、塔。
20. 前記ソリッド構造体（２１０）の前記少なくとも１つの壁は、前記ソリッド構造体（２１０）の対向する端部に配された２つの壁（２１０ｂ、２１０ｃ）を備え、前記ソリッド構造体（２１０）は鉄筋コンクリートを備える、請求項１９に記載の塔。
21. 前記ソリッド構造体（２１０）は、前記ソリッド構造体（２１０）の質量が前記アンカーヘッド（１１４）の前よりも後ろで多くなるよう、前記根かせ（１００）に対して配置される、請求項２０に記載の塔。
22. アンカーヘッド（１１４）と前記アンカーヘッド（１１４）から地中に延びるアンカーシャフト（１１６）とを含む根かせ（１００）を補強する方法であって、
    前記根かせ（１００）の周囲の領域を掘削して掘削領域を形成し、
    前記掘削領域の内部に延びる補助アンカーシャフト（２２０）を前記アンカーヘッド（１１４）に取り付け、
    前記掘削領域の内部に硬化性材料を導入し、
    前記硬化性材料が硬化してソリッド構造体（２１０）を形成するよう硬化させる、根かせ（１００）を補強する方法。
23. 前記導入ステップは、前記硬化性材料が地表よりも上に広がるまでこれを導入する、請求項２２に記載の方法。
24. 前記硬化性材料の導入ステップに先立つ任意のタイミングで、遠位維持構造体を前記補助アンカーシャフト（２２０）の遠位端に取り付ける、請求項２２に記載の方法。
25. 前記掘削ステップは、順不同で、
    前記アンカーヘッドの前後のそれぞれに、第１および第２領域を掘削し、
    前記第１および第２領域の間に第３領域を掘削し、
    第１および第２領域は、前記第３領域よりも深く掘削される、請求項２２に記載の方法。
26. 第１および第２領域は、前記第３領域よりも少なくとも２倍深く掘削される、請求項２５に記載の方法。
27. 前記掘削ステップは、さらに、第１および第２領域の間に少なくとも第４領域を掘削し、前記第４領域は前記第３領域よりも深い、請求項２５に記載の方法。
28. さらに、前記硬化性材料をスチールで補強する、請求項２２に記載の方法。
29. 前記掘削ステップは、前記アンカーヘッド（１１４）の前よりも後ろの領域をより多く掘削する、請求項２５に記載の方法。
30. 前記ソリッド構造体（２１０）は質量中心（８２６）を有し、
    さらに
    前記ソリッド構造体（２１０）の質量中心（８２６）から下方向の力（８２２）、
    これに同等の、前記ソリッド構造体（２１０）に押し付けられる土壌からの横力（８２４）、
    前記アンカーヘッドに取り付けられた支線からの合力（８２０）、
    の３つの力が実質的に交差するように、前記アンカーヘッド（１１４）に相対的な前記掘削領域の位置決めを行う、請求項２５に記載の方法。
31. 構造体を支持する支線を固定するシステムであって、
    １以上の支線（１１０）を取り付けるアンカーヘッド（１１４）と、
    前記アンカーヘッド（１１４）から延びるアンカーシャフト（１１６）と、
    前記アンカーシャフトの遠位端で前記アンカーシャフト（１１６）に取り付けられたまたはこれと一体的に構成された維持構造体と、
    前記維持構造体を包むソリッド構造体（２１０）であって、基部（２１０ａ）と、前記基部（２１０ａ）から下方向に延びて支持される構造体に面した土壌に接触する表面を有する少なくとも１つの壁を含むソリッド構造体（２１０）とを備える、システム。
32. 前記ソリッド構造体（２１０）は鉄筋コンクリートを備える、請求項３１に記載のシステム。

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