JP2017203305A - 洋上施設の基礎、洋上施設及び洋上施設の基礎の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも作業性に優れ、かつ、合理的な形状と十分な強度を有する洋上施設の基礎に関する技術を提供する。
【解決手段】海底に設置される底版部６１と、底版部６１と一体に定着される鋼製桁部材を有する桁部６３と、底版部６１と分離自在に底版部６１上に配設される中詰材６４と、底版部６１から立ち上がる鋼管支柱７であって、鋼管支柱７の上端部に洋上施設のタワー４の下端部が接続され、鋼管支柱７の下方側面に鋼製桁部材の一端が接合される。
【選択図】図３

Description

本発明は、洋上施設の基礎、洋上施設及び洋上施設の基礎の構築方法に関する。

洋上施設の一例として、洋上風力発電装置がある。洋上風力発電装置の支持構造として、風車を海底に設置した支持構造物（基礎）に固定する着床式、風車を係留した浮体構造物に設置する浮体式、及び自走式の浮体に風車を設置するセイリング式が知られている。着床式は、一般的に水深５０〜６０ｍより浅い海域に適用されることが多い。ここで、図１は、従来の着床式の洋上風力発電装置を示す。図１（ａ）は、重力式基礎、図１（ｂ）は、杭式基礎（モノパイル構造）、図１（ｃ）は、杭式基礎（ジャケット構造）を示す。

また、例えば、特許文献１には、洋上風力発電装置の重力式基礎が開示されている。特許文献１に記載の洋上風力発電装置の重力式基礎は、予め製作された重力式ケーソンを設置海域に沈設して構成される洋上風力発電装置の重力式基礎である。特許文献１の重力式ケーソンは、概略円形の底版と、この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、ケーソンの底部には滑動抵抗力増大手段が設けられ、ケーソン内には中詰材が充填され、上部側壁の上部に洋上風力発電装置の支柱の下部が取り付けられている。

特開２００６−３２２４００号公報

洋上風力発電装置の支持構造の一つとして着床式が知られており、着床式の一例として、重力式基礎がある。重力式基礎には、非常に大きな転倒モーメントや水平力が作用するため、重力式基礎の底面幅を大きくし、重量も大きくすることが求められる。また、重力式基礎は海中に設置されるため、海中の基礎幅が大きいと、大きな波力を受けるため、更に大きな重量が必要となる。一方で、重力式基礎は、陸上等で製作し、例えば、船舶等で設置場所まで運搬した後、据え付けるのが一般的である。しかしながら、重力式基礎の重量が大きいと、運搬や据え付けに使用する作業機械（船舶等）の大型化、運搬作業や据え付け作業の困難化、高コスト化が問題となる。

本発明は、上記の問題に鑑み、従来よりも作業性に優れ、かつ、合理的な形状と十分な強度を有する洋上施設の基礎に関する技術を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、洋上施設の基礎において、底版部に起立すると共に洋上施設のタワーが接続される鋼管支柱と底版部との間の応力伝達を、鋼製桁部材を介して行うようにした。

より詳細には、本発明は、洋上施設の基礎であって、海底に設置される底版部と、前記底版部と一体に定着される鋼製桁部材を有する桁部と、前記底版部と分離自在に当該底版部上に配設される中詰材と、前記底版部から立ち上がる鋼管支柱であって、当該鋼管支柱の上端部に前記洋上施設のタワーの下端部が接続され、当該鋼管支柱の下方側面に前記鋼
製桁部材の一端が接合される鋼管支柱と、を備える。

本発明においては、底版部から立ち上がる鋼管支柱の下方側面と、底版部とが鋼製桁部材を介して一体構造となるため、鋼管支柱から鋼製桁部材を介して底版部へと荷重を円滑に伝達することができる。例えば、底版部から鋼管支柱を立ち上げるのみの構成、換言すると鋼製桁部材を用いない従来の構成では、洋上施設の荷重が、底版部と鋼管支柱との接続部分に集中する。本発明では、底版部から立ち上がる鋼管支柱の下方側面と、底版部とが鋼製桁部材を介して一体構造とすることで、底版部と鋼管支柱との接続部分に集中する荷重を分散することができる。また、鋼製桁部材を有する桁部を用いることで、例えば、図１（ａ）に示すような従来の重力式基礎と比較して、基礎の高さを低くすることができ、波力の影響を小さくすることができる。換言すると、強度に優れた合理的な形状とすることができる。

また、本発明に係る洋上施設の基礎によれば、中詰材を洋上施設の基礎を海底に沈めた後に充填することができ、中詰材を充填する領域を空間の状態で、洋上施設の基礎の運搬、据え付け、撤去を行うことができる。そのため、洋上施設の基礎の運搬、据え付け、撤去における洋上施設の基礎の軽量化を図ることができる。その結果、運搬、据え付け、撤去に使用する作業機械（船舶等）の小型化を実現できる。また、洋上施設の基礎の軽量化により、運搬作業、据え付け作業、撤去作業等を従来よりも容易に行うことができ、作業性を向上できる。

また、洋上施設の基礎は、非常に大きな転倒モーメントや水平力が作用するため、基礎の底面幅を大きくし、重量を大きくすることが求められる。本発明に係る洋上施設の基礎によれば、中詰材を底版部上に配設するまでは軽量であるため、底版部の面積を十分に確保することができ、着底後に中詰材を底版部上に配設することでより大きな転倒モーメントや水平力に対して耐え得る構造となる。また、中詰材は、底版部と分離自在であるため、耐用年数の経過後、重力式基礎の撤去が容易なものとなる。

なお、本発明において、底版部は、鉄筋コンクリート製であっても良いし、鋼製であってもよいし、鋼・コンクリート複合構造であってもよい。また、底版部と一体に定着される鋼製桁部材を有する桁部は、鋼・コンクリート複合構造やＳＲＣ造であってもよい。また、中詰材は、砂、砕石などの石材、プレキャストブロック（例えば、スラグコンクリートなどの重量コンクリート）等であってもよい。また、鋼管支柱は、洋上施設のタワーを海水面よりも高い位置にある先端部に接続することができる。そのため、タワーとの接続部が海中に位置する場合と比較して、鋼管支柱とタワーとを容易に接続することができる。

ここで、本発明に係る洋上施設の基礎は、前記底版部の外周側から一体に立設する側壁部と、前記中詰材の上方を覆う蓋部と、を更に備えていてもよい。このように、洋上施設の基礎を鋼管支柱とケーソン（底版部、側壁部、蓋部を含む箱型形状）で構成することで、基礎の強度をより向上することができる。また、底版部から立設する側壁部によって中詰材の側方を囲むことができ、且つ、蓋部によって中詰材の上方を覆うことで、中詰材が散逸することを抑制できる。蓋部は、プレキャストコンクリートブロックで構成してもよいし、現場打ちコンクリートによって構成してもよい。

また、前記底版部には、前記鋼管支柱を中心に複数の前記鋼製桁部材が放射状に配設されていてもよい。このように構成することで、鋼管支柱からの荷重や応力を鋼製桁部材によって底版部へと伝達する際、荷重や応力を底版部の全体に分散させることができ、洋上施設の基礎の構造強度を高めることができる。また、各鋼製桁部材の他端が前記側壁部に定着されていてもよい。このように構成することで、洋上施設の基礎の構造強度をより一
層高めることができる。

ここで、前記鋼管支柱の下端側には、内部にコンクリートが充填される充填部が設けられていてもよい。大きな曲げモーメントが作用する部位である鋼管支柱の下端側に、鋼管支柱内にコンクリートを充填することで、当該部位の強度を向上させることができる。また、鋼管支柱の下端側に形成される充填部の側面には、鋼製桁部材の一端が接合される。そのため、洋上施設の荷重が鋼製桁部材を介して鋼管支柱から底版部に伝達される際に、鋼管支柱を構成する鋼管が座屈することを抑制できる。

また、前記鋼管支柱における前記充填部の上部には、中空状の中空部が設けられていてもよい。このように構成することで、鋼管支柱の軽量化を図ることができる。

また、前記鋼管支柱の前記充填部は、下方に向けて径が大きくなる拡径部を有していてもよい。大きな曲げモーメントが作用することが想定される箇所を拡径部とすることで、強度をより一層高めることができる。また、鋼管支柱の径を徐々に大きくすることで、洋上施設やタワーの荷重を円滑に底版部へ伝達することができる。

また、前記鋼管支柱の上端部と前記洋上施設のタワーの下端部との間に設けられ、当該洋上施設のタワーの傾きを調整する傾き調整部材を更に備えていてもよい。このように構成することで、洋上施設のタワーの傾きを容易に調整（補正）することができる。つまり、タワーの鉛直精度を十分に高めることができる。

ここで、本発明は、上述した洋上施設の基礎を含む洋上施設として特定してもよい。例えば、本発明は、洋上施設であって、洋上施設のタワーと、前記洋上施設のタワーと接続される洋上施設の基礎と、を備え、前記洋上施設の基礎は、海底に設置される底版部と、前記底版部と一体に定着される鋼製桁部材を有する桁部と、前記底版部と分離自在に当該底版部上に配設される中詰材と、前記底版部から立ち上がる鋼管支柱であって、当該鋼管支柱の上端部に前記洋上施設のタワーの下端部が接続され、当該鋼管支柱の下方側面に前記鋼製桁部材の一端が接合される鋼管支柱と、を備える。本発明に係る洋上施設は、作業性に優れており、かつ、十分な強度を有する重力式基礎を備えることができる。

また、本発明は、洋上施設の基礎の構築方法（製造方法）として特定してもよい。例えば、本発明は、洋上施設の基礎の構築方法であって、海底に設置される底版部と、前記底版部と一体に定着される鋼製桁部材を有する桁部と、前記底版部から立ち上がり、その上端部に前記洋上施設のタワーの下端部が接続され、その下方側面に前記鋼製桁部材の一端が接合される鋼管支柱と、を備える洋上施設の基礎を地上で製作する基礎製作工程と、前記基礎製作工程で製作された前記洋上施設の基礎を洋上に搬送する搬送工程と、前記搬送工程で洋上に搬送された前記洋上施設の基礎を沈下させると共に海底に設置する設置工程と、を含み、前記設置工程では、前記搬送工程で搬送された洋上施設の基礎を海底に沈めた後、前記底版部と分離自在に該底版部上に中詰材を配設する。

本発明に係る洋上施設の基礎の構築方法によれば、強度に優れた洋上施設の基礎を容易に構築することができる。

本発明によれば、従来よりも作業性に優れ、かつ、合理的な形状と十分な強度を有する洋上施設の基礎に関する技術を提供することができる。

図１は、従来の着床式の洋上風力発電装置を示す図である。 図２は、実施形態に係る洋上風力発電装置の全体図を示す図である。 図３は、実施形態に係る洋上風力発電装置の重力式基礎の断面図である。 図４は、図３のＢ−Ｂ断面、及びＣ−Ｃ断面を示す断面図である。 図５は、実施形態に係る重力式基礎の桁部の断面図である。 図６は、実施形態に係る洋上風力発電装置の重力式基礎の構築フローを示す図である。 図７は、変形例に係る洋上風力発電装置の重力式基礎の斜視図である。 図８は、タワーの傾きを調整するための傾き調整部材を説明する図である。 図９は、傾き調整部材を鋼管支柱の上端部とタワーの下端部との間に設置した状態を説明する図である。 図１０は、他の変形例に係る洋上風力発電装置の重力式基礎の断面図である。

次に、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。以下の説明は例示であり、本発明は以下の内容に限定されるものではない。

＜洋上風力発電装置の構成＞
図２は、実施形態に係る洋上風力発電装置の全体図を示し、図２（ａ）は、正面図、図２（ｂ）は、側面図である。実施形態に係る洋上風力発電装置１は、本発明に係る洋上施設の一例であり、ブレード２、ナセル３、タワー４、重力式基礎５等を備える。ブレード２は、３枚の回転羽根（翼）からなり、風力を受けて回転する。ナセル３は、図示しないロータ軸を介してブレード２と接続されており、ブレード２で受けた風力を電力に変換する発電機等を収容する。例えば、ナセル３は、ロータ（ブレード、ロータ軸、ハブ等）の回転を発電機に伝達する発電機軸、ロータの回転数を増速する増速機、発電機の出力周波数を調整するインバーター、発電機の出力電圧を昇圧する変圧器、ロータを停止させるブレーキ装置を収容する。実施形態に係るナセル３は、上部に風向・風速計３１が設置されている。タワー４は、ナセル３を支持する。重力式基礎５は、タワー４を支持する。

＜重力式基礎の構成＞
図３は、実施形態に係る洋上風力発電装置１の重力式基礎５の断面図（図４のＡ−Ａ断面図）を示す図である。図４は、図３のＢ−Ｂ断面及びＣ−Ｃ断面を示す断面図である。図５は、実施形態に係る重力式基礎５の桁部の断面図である。実施形態に係る洋上風力発電装置１の重力式基礎５は、本発明に係る洋上施設の基礎の一例であり、海底に設置されるケーソン６と、ケーソン６の底版部６１から立ち上がりタワー４に接続される鋼管支柱７とを含む構成である。

ケーソン６は、底版部６１、側壁部６２、桁部６３、中詰材６４、蓋部６５と、を含む。底版部６１は、八角形の鉄筋コンクリート床盤であり、海底面と接して設置されている。本実施形態では、海底面の一部が掘削され、ケーソン６は海底に埋設されている。なお、ケーソン６は、海底面を均した上で、埋設せずに設置してもよい。また、底版部６１は、円形や他の多角形としてもよい。また、底版部６１は、鋼製、又は、鋼材とコンクリートの複合構造としてもよい。

側壁部６２は、底版部６１の外周部近傍から立ち上がる鉄筋コンクリート製の壁面であり、ケーソン６の側面を覆っている。実施形態に係る側壁部６２は、底版部６１の縁よりも内側から立ち上げられている。側壁部６２は、底版部６１の縁部から立ち上げてもよい。実施形態に係る側壁部６２は、底版部６１から垂直に立設する８枚の壁面からなり、隣接する壁面同士が所定の内角（本実施形態では、１３５度）で連なっている。また、本実施形態では、桁部６３の他端を接続しやすいように、桁部６３のエンドプレート６３４が
接続される部分（１３５度の内角を形成する角部）が平面状になっている。なお、側壁部６２は、鋼製、又は、鋼材とコンクリートの複合構造としてもよい。また、実施形態に係る洋上風力発電装置１の重力式基礎５は、側壁部６２を省略することで、より簡易な構成としてもよい。

桁部６３は、底版部６１と一体に定着されるＩ形断面の鋼桁（鋼製桁部材）によって構成されている。図５に示すように、桁部６３（鋼製桁部材）は、対向する２つのフランジ（上フランジ６３１、下フランジ６３２）と、上フランジ６３１と下フランジ６３２と直交してこれらに連なるウェブ６３３によって構成されている。

また、図４に示すように、ケーソン６には、複数の桁部６３が放射状に配置されている。桁部６３の一端は、鋼管支柱７の下端側に設けられる拡径部７１の側面に接合されている。一方、桁部６３の他端は、側壁部６２の角部に一体に定着されている。また、桁部６３は、鋼管支柱７における拡径部７１の側面に対して溶接されることで一体に接合されている。桁部６３が拡径部７１に接合される接合端（桁部６３の一端）において、桁部６３の上フランジ６３１の隅部がＲ形状を呈している。より具体的には、桁部６３の上フランジ６３１の端部がＲ状に広がりつつ鋼管支柱７（拡径部７１）の側面に接続されている。その結果、鋼管支柱７からの荷重（応力）を、桁部６３の上フランジ６３１に対して円滑に伝達することができる。

一方、桁部６３における側壁部６２との接続部分（桁部６３の他端）には鋼板のエンドプレート６３４が溶接されており、このエンドプレート６３４には更にジベルが溶接されている。そして、桁部６３の他端側に接合されたエンドプレート６３４が、側壁部６２を構成する鉄筋コンクリートに対して埋め込まれることで、側壁部６２に対して桁部６３の他端側が定着されている。ここで、桁部６３のエンドプレート６３４は、三角形の補強プレート６３５によって補強されている。具体的には、補強プレート６３５は、一辺がエンドプレート６３４に溶接され、直交する他辺が桁部６３を構成するＩ形断面の鋼桁のウェブ６３３に溶接されている。なお、桁部６３は、π形断面の鋼桁、箱形断面の鋼桁など、他の形状の鋼材を用いてもよい。また、桁部６３は、ＳＲＣ（Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ：鉄骨鉄筋コンクリート構造）としてもよい。

また、図４のＢ−Ｂ断面図に示すように、実施形態に係る桁部６３は、上フランジ６３１の形状が一様でなく長手方向に沿って変化している。具体的には、桁部６３の上フランジ６３１は、鋼管支柱７側に位置する幅広部６３１ａ、側壁部６２側に位置する幅狭部６３１ｂ、幅広部６３１ａと幅狭部６３１ｂとの間に位置すると共に幅寸法が徐々に変化する中間部６３１ｃを含む。また、上フランジ６３１及びウェブ６３３は、板厚が、側壁部６２側が鋼管支柱７側よりも薄く形成されている。以上により、鋼管支柱７の荷重を円滑にケーソン６へ伝達できるように構成されている。

また、図５に示すように、桁部６３の下フランジ６３２には、上面にジベルが溶接され、底版部６１を構成する鉄筋コンクリートに埋め込まれている。これにより、桁部６３が底版部６１と一体に定着された状態となる。なお、上記のようにケーソン６の底版部６１は鉄筋コンクリート構造である。図５における符号６１１は、鋼管支柱７から側壁部６２に向かって延伸する上段鉄筋である。また、符号６１２は、鋼管支柱７から側壁部６２に向かって延伸する下段鉄筋である。符号６１３は、上段鉄筋６１１と略直交するように接続され、側壁部６２と平行に配置される上段鉄筋である。符号６１４は、下段鉄筋６１２と略直交するように接続され、側壁部６２と平行に配置される下段鉄筋である。また、符号６１５は、上段鉄筋６１１、下段鉄筋６１２、上段鉄筋６１３、下段鉄筋６１４と接続され、桁部６３が底版部６１を押し抜く力（押し抜きせん断力）に対する補強を行う。符号６１６はコンクリートである。

中詰材６４は、ケーソン６を海底に沈下（着底）させた後に、底版部６１上に配設されるものであり、底版部６１（ケーソン６）と分離自在である。本実施形態では、中詰材６４は、砂、砕石を含む石材で構成されている。中詰材６４は、スラグコンクリートなどの重量コンクリートからなるプレキャストブロックや、鋼材を用いてもよい。ケーソン６に側壁部６２を設けない場合、中詰材６４にプレキャストブロックを用いることが好ましい。

蓋部６５は、中詰材６４の上方を覆っている。換言すると、蓋部６５は、ケーソン６の上部を覆っている。本実施形態における蓋部６５は、プレキャストブロックで構成されている。なお、蓋部６５は、現場打ちコンクリートで構成してもよい。

鋼管支柱７は、ケーソン６の底版部６１から立ち上がり、海水面よりも高い位置にある上端部７２１に、タワーの下端部４１が連結されている。実施形態に係る鋼管支柱７の下端部はケーソン６の底版部６１と接続されている。鋼管支柱７は、下部側に位置する拡径部７１と、拡径部７１の上部側に位置する中空状の中空部７２とを含んで構成されている。拡径部７１は、中空部（モノポール部）７２と比較して、径が大きくなっている。拡径部７１は、本発明における充填部の一例であり、鋼管内部にコンクリートが充填されている。本実施形態の鋼管支柱７において、拡径部７１に対応する位置の鋼管内部は無筋コンクリート構造となっているが、鉄筋コンクリート構造としてもよい。

また、本実施形態に係る拡径部７１は、下方に向けて径が徐々に大きく形成された外側鋼管７１１と、外側鋼管７１１の中心側に配置された円筒状の内側鋼管７１２と、補強部７１３とを含んで構成されている。実施形態に係る外側鋼管７１１は、中空部７２と連なり、ケーソン６の上端よりも上方に位置する上部領域７１１ａと、ケーソン６内に収容され、上部領域７１１ａよりも径が大きい下部領域７１１ｂと、上部領域７１１ａと下部領域７１１ｂとの間に位置すると共に下方に向けて径が徐々に拡大する中間領域７１１ｃと、を含む。本実施形態では、下部領域７１１ｂに対して桁部６３の一端が溶接されているが、桁部６３の一端側に外側鋼管７１１を貫通させ、桁部６３の一端を内側鋼管７１２の側面に対して溶接してもよい。補強部７１３は、桁部６３と同じく放射状に配置されており、外側鋼管７１１の下部領域７１１ｂの範囲で、一端が内側鋼管７１２に連なり、他端が外側鋼管７１１に連なっている。実施形態に係る内側鋼管７１２は、外側鋼管７１１の下部領域７１１ｂの範囲で配置されているが、中間領域７１１ｃや上部領域７１１ａの範囲まで高さ方向を延長して配置するようにしてもよい。なお、補強部７１３の設置範囲は、内側鋼管７１２の設置範囲に応じて適宜変更することができる。内側鋼管７１２の設置範囲を中間領域７１１ｃや上部領域７１１ａの範囲まで延長することで、拡径部７１の強度をより向上することができる。また、実施形態に係る補強部７１３は、鋼管支柱７の荷重をより円滑に伝達すべく、平面視において、補強部７１３の部材軸が桁部６３の部材軸と同一線上となるように設定されている。また、補強部７１３が外側鋼管７１１に接続される隅部はＲ形状に広がっている。その結果、外側鋼管７１１及び内側鋼管７１２間で応力伝達を円滑に行うことができる。

鋼管支柱７の中空部７２は、海水面よりも高い位置にある上端部７２１に、タワー４を接続するためのフランジ７２２が設けられている。実施形態に係るフランジ７２２は、鋼管支柱７の上端部７２１から内側側方に突出した鍔によって構成され、ボルトを挿通させる貫通孔（図示せず）が形成されている。タワー４の下端部４１には、鋼管支柱７の上端部に設けられたフランジ７２２に対応するフランジ４２が設けられている（図３の点線部分を参照）。タワー４側のフランジ４２は、タワー４の下端部４１から内側側方に突出した鍔によって構成されている。例えば、鋼管支柱７側のフランジ７２２上にタワー４側のフランジ４２を載置し、ボルトとナットを用いて固定することで鋼管支柱７にタワー４を
連結することができる。なお、鋼管支柱７側のフランジ７２２は、鋼管支柱７の上端部７２１から外側側方に突出した鍔で構成してもよい。この場合、タワー４側のフランジ４２は、鋼管支柱７側のフランジ７２２に合わせて、タワー４の外面から外側側方に突出した鍔で構成することができる。更に、鋼管支柱７側のフランジ７２２は、鋼管支柱７の上端部７２１から外側と内側の両側方に突出した鍔で構成してもよい。この場合、タワー４側のフランジ４２は、鋼管支柱７側のフランジ７２２に合わせて、タワー４の外側と内側の両側方に突出した鍔で構成することができる。

ここで、鋼管支柱７の中空部７２には、海水面と上端部７２１との間に、鋼管支柱７の周囲に設けられた作業用プラットホーム７３、作業用プラットホーム７３の一部から下方に伸びる昇降施設７４、船舶を係留する係船設備（図示せず）等が設けられている。また、作業用プラットホーム７３には、重力式基礎の傾きを表す傾斜角度データを計測する二軸傾斜計（図示せず）が設置されている。なお、二軸傾斜計の設置位置は、上記に限定されず、例えば、鋼管支柱７の中空部７２でもよい。

＜洋上風力発電装置の重力式基礎の構築方法＞
図６は、実施形態に係る洋上風力発電装置の重力式基礎の構築フローを示す図である。まず、重力式基礎の製作工程（ステップ０１）では、上述した重力式基礎５が地上で製作される。具体的には、鋼管支柱７を構成する鋼管、ケーソン６の一部を構成する底版部６１、側壁部６２、桁部６３が製作される。例えば、鋼管支柱７を構成する鋼管と桁部６３を構成するＩ形断面の鋼桁（鋼製桁部材）の加工や溶接は、工場で行われる。その後、洋上風力発電装置１の設置個所に近い陸上の作業場所に移動し、底版部６１、側壁部６２を構成するため、型枠の組み立て、鉄筋の組み立て、コンクリートの打設が行われる。また、鋼管支柱７の拡径部７１に対しては、鋼管内部にコンクリートが充填される。以上により、中詰材６４、蓋部６５を除く、鋼管支柱７とケーソン６が一体化された重力式基礎５が完成する。

次に、搬送工程（ステップ０２）では、重力式基礎の製作工程で製作された重力式基礎５が洋上に搬送される。具体的には、洋上風力発電装置の設置個所まで重力式基礎５が搬送される。

次に、設置工程（ステップ０３）では、搬送工程で洋上に搬送された重力式基礎５を沈下させると共に海底に設置する。設置工程では、重力式基礎５を設置する海底の掘削、海底面の均し、基礎捨石等の投入・均しを経て重力式基礎５が設置される。重力式基礎５を海底に沈める際は、作業用プラットホーム７３に設置された二軸傾斜計で計測された傾斜角度データをコンピュータで処理し、重力式基礎５を鉛直に吊り下ろすために必要な情報を得ながら、重力式基礎５を吊り下げると良い。重力式基礎５が海底に沈められた後、ケーソン６の底版部６１と分離自在な中詰材６４が底版部６１上に配設され、次に蓋部６５が設置される。以上により、重力式基礎５の構築が完了する。その後、タワー４、ナセル３、ブレード２等が組み立てられ、洋上風力発電装置１が完成する。

＜効果＞
実施形態に係る洋上風力発電装置１の重力式基礎５は、ケーソン６における底版部６１及び側壁部６２を鉄筋コンクリート構造とし、鋼管支柱７を鋼構造とするハイブリッド構造となっている。このように、ケーソン６の一部を鋼構造とすることで、ケーソン６全体をコンクリートで構成する場合に比べて軽量化を図ることができる。また、本実施形態においては、ケーソン６の底版部６１から立ち上がる鋼管支柱７の下方側面とケーソン６の底版部６１とがＩ形断面の鋼桁（鋼製桁部材）からなる桁部６３を介して一体構造となっているため、鋼管支柱７からケーソン６の底版部６１へと荷重を円滑に伝達することができる。また、ケーソン６の中詰材６４は、ケーソン６を海底に沈めた後に充填することが
できる。そのため、中詰材６４を充填する領域を中空の状態でケーソン６の運搬、据え付けを行うことができる。

また、一般的に、洋上風力発電装置の重力式基礎は、非常に大きな転倒モーメントや水平力が作用するため、基礎の底面積を大きくし、重量を大きくすることが求められる。本実施形態に係る洋上風力発電装置１の重力式基礎５は、上記のように軽量化を実現することで、重力式基礎５の底版部６１の面積を、転倒モーメントや水平力に耐える十分な大きさとすることができ、かつ、海底に沈めた後は中詰材６４をケーソン６に充填することで十分な重量が得られる。また、中詰材６４は、ケーソン６と分離自在である。そのため、耐用年数経過後に重力式基礎５を撤去する際、例えば、ケーソン６の全体がコンクリートで構成されている場合と比較して、容易に重力式基礎５を撤去することができる。

また、本実施形態に係る洋上風力発電装置１の重力式基礎５によれば、ケーソン６が、底版部６１の外周側から一体に立設する側壁部６２と中詰材６４の上方を覆う蓋部６５を含んでいるため、ケーソン６の構造強度を高めることができる。即ち、ケーソン６は、底版部６１、側壁部６２によって箱型形状を形成しており、例えば側壁部６２を省略した簡易な構成と比較して、より強度が向上されている。また、本実施形態に係るケーソン６によれば、底版部６１から立設する側壁部６２によって中詰材６４の側方を囲むことができ、且つ、蓋部６５によって中詰材６４の上方を覆うことができるため、ケーソン６内から中詰材６４が散逸することを抑制できる。

また、本実施形態においては、ケーソン６の底版部６１に、鋼管支柱７を中心として複数の桁部６３（鋼製桁部材）が放射状に配置するようにした。これによれば、鋼管支柱７からの荷重や応力を桁部６３（鋼製桁部材）によってケーソン６の底版部６１へと伝達するに当たり、荷重や応力を平面的に分散させつつ底版部６１に伝達することができる。これにより、特定箇所への応力集中が起こり難くなり、ケーソン６全体としての構造強度を高めることができる。更に、本実施形態によれば、桁部６３（鋼製桁部材）の他端側をケーソン６の側壁部６２に定着する構造を採用したので、ケーソン６の構造強度をより一層高めることができる。

更に、本実施形態によれば、鋼管支柱７の下端側に、鋼管内部にコンクリートを充填した拡径部７１を設けるようにした。これによれば、大きな曲げモーメントが作用し易い部位の強度を向上させることができる。また、本実施形態においては、鋼管支柱７における拡径部７１の側面に桁部６３（鋼製桁部材）が接合される。鋼管支柱７において、特に桁部６３（鋼製桁部材）が接合される箇所をコンクリート充填構造とすることで、鋼管が座屈することを好適に抑制することができる。更に、ケーソン６は、桁部６３が鋼管支柱７における拡径部７１を中心に放射状に配置されている。また、補強部７１３は、桁部６３と同じく放射状に配置され、一端が内側鋼管７１２に連なり、他端が外側鋼管７１１に連なっている。そのため、拡径部７１を拘束する効果も期待できる。その結果、鋼管支柱７における拡径部７１は、鋼管内を無筋コンクリート構造とすることができ、拡径部７１の軽量化を実現するとともに、荷重を円滑に伝達することができる。また、鋼管支柱７の側面に接続される桁部６３の上フランジ６３１の隅部がＲ形状に広がっており、外側鋼管７１１に接続される拡径部７１の補強部７１３の隅部がＲ形状に広がっている。このような接続構造を採用することで、部材間の円滑な応力伝達が期待できるという利点がある。

また、本実施形態に係る鋼管支柱７は、鋼管内部にコンクリートを充填した拡径部７１の上部に中空状の中空部７２を設けるようにしたので、重力式基礎５の軽量化を実現することができる。

また、鋼管支柱７は、洋上風力発電装置１のタワー４を海水面よりも高い位置にある中
空部７２の上端部７２１に接続することができる。そのため、タワー４との接続部が海中に位置する場合と比較して、鋼管支柱７とタワー４を容易に接続することができる。

＜変形例＞
図７は、変形例に係る洋上風力発電装置の重力式基礎の斜視図である。変形例に係る洋上風力発電装置１の重力式基礎５は、桁部６３の上フランジ６３１の幅が一定である点、鋼管支柱７の外面と上フランジ６３１とが接続される隅部がＲ形状でなく角部である点で、図４に示した重力式基礎５と相違する。変形例に係る洋上風力発電装置１の重力式基礎５においても、図４に示す重力式基礎５と同様の効果を有する。

図８は、タワー４（洋上風力発電装置１）の傾きを調整するための傾き調整部材８を説明する図である。傾き調整部材８は、鋼管支柱７の上端部７２１とタワー４の下端部４１との間に設置されることで、鋼管支柱７に対するタワー４（洋上風力発電装置１）の相対的な傾きを調整することができる。図８の下段に、傾き調整部材８の平面図を示し、上段に傾き調整部材８の断面図を示す。

傾き調整部材８は平面視で環状を有する鋼製リングである。傾き調整部材８は、鋼管支柱７におけるフランジ７２２、タワー４のフランジ４２に合わせて、その直径やボルト挿通孔８１の位置等が設計されている。また、鋼管支柱７に対するタワー４の相対的な傾きを調整するため、傾き調整部材８の厚さは一様ではなく厚さが徐々に変化している。図８に示す例では、紙面左側部位の厚さが右側部位の厚さに比べて薄くなっている。傾き調整部材８は、一方の主面（以下、「基準面」という）８２に対して、基準面８２に対向する他方の面（以下、「傾斜対向面」という）８３が斜めに傾斜している。基準面８２に対する傾斜対向面８３との傾斜角度は、タワー４の傾きを補正する角度に応じて設計されている。傾斜角度の異なる複数種類の傾き調整部材８を製作しておき、鉛直方向に対する鋼管支柱７の傾きに応じて使用する傾き調整部材８を選択するとよい。なお、鋼管支柱７の傾きは、上述した二軸傾斜計を用いて計測することができる。

図９は、傾き調整部材８を、鋼管支柱７の上端部７２１とタワー４の下端部４１との間に設置した状態を説明する図である。仮に、洋上風力発電装置１の重力式基礎５が傾いて設置されてしまった場合、図９に示すように鋼管支柱７の上端部７２１とタワー４の下端部４１との間に設置することで、タワー４を鉛直にすることができる。なお、図９は、理解を容易にするため、実際よりも鋼管支柱７の傾きを大きく示している。また、図８に示す傾き調整部材８においても、理解を容易にするため、傾き調整部材８の直径に対する厚さ寸法の比率を実際よりも拡大して示している。

図１０は、他の変形例に係る洋上風力発電装置の重力式基礎の断面図である。図１０に示す洋上風力発電装置１の重力式基礎５は、鋼管支柱７の下部側に拡径部７１が設けられていない構造となっている。より詳しくは、鋼管支柱７の下部側には、鋼管内にコンクリートを充填した充填部７５が設けられている。そして、充填部７５の径は、中空部７２の下端部と同一径になっている。このように、鋼管支柱７の下部側に拡径部７１を設けない簡易な構造を採用することもできる。

以上、本発明の実施形態の一例として、洋上風力発電装置の重力式基礎、洋上風力発電装置、及び洋上風力発電装置の重力式基礎の構築方法について説明したが、本発明は、これらに限られず、可能な限りこれらを組み合わせることができる。例えば、本発明の洋上施設は、風況観測施設や変電所などの施設でもよく、洋上施設の基礎は、これらの基礎としてもよい。

１・・・洋上風力発電装置
２・・・ブレード
３・・・ナセル
４・・・タワー
５・・・重力式基礎
６・・・ケーソン
６１・・・底版部
６２・・・側壁部
６３・・・桁部
６４・・・中詰材
６５・・・蓋部
７・・・鋼管支柱
７１・・・拡径部
７１１・・・外側鋼管
７１２・・・内側鋼管
７１３・・・補強部
７２・・・中空部
７３・・・作業用プラットホーム
７４・・・昇降施設
７５・・・充填部
８・・・傾き調整部材

Claims (10)

1. 洋上施設の基礎であって、
   海底に設置される底版部と、
   前記底版部と一体に定着される鋼製桁部材を有する桁部と、
   前記底版部と分離自在に当該底版部上に配設される中詰材と、
   前記底版部から立ち上がる鋼管支柱であって、当該鋼管支柱の上端部に前記洋上施設のタワーの下端部が接続され、当該鋼管支柱の下方側面に前記鋼製桁部材の一端が接合される鋼管支柱と、
   を備える、洋上施設の基礎。
2. 前記底版部の外周側から一体に立設する側壁部と、前記中詰材の上方を覆う蓋部と、を更に備える、
   請求項１に記載の洋上施設の基礎。
3. 前記底版部には、前記鋼管支柱を中心に複数の前記鋼製桁部材が放射状に配設されている、
   請求項１又は２に記載の洋上施設の基礎。
4. 前記鋼製桁部材の他端が前記側壁部に定着されている、
   請求項２又は３に記載の洋上施設の基礎。
5. 前記鋼管支柱の下端側には、内部にコンクリートが充填される充填部が設けられている、
   請求項１から４の何れか１項に記載の洋上施設の基礎。
6. 前記鋼管支柱における前記充填部の上部には、中空状の中空部が設けられている、
   請求項５に記載の洋上施設の基礎。
7. 前記鋼管支柱の前記充填部は、下方に向けて径が大きくなる拡径部を有する、請求項５又は６に記載の洋上施設の基礎。
8. 前記鋼管支柱の上端部と前記洋上施設のタワーの下端部との間に設けられ、当該洋上施設のタワーの傾きを調整する傾き調整部材を更に備える、請求項１から７の何れか１項に記載の洋上施設の基礎。
9. 洋上施設のタワーと、
   前記洋上施設のタワーと接続される洋上施設の基礎と、を備え、
   前記洋上施設の基礎は、
   海底に設置される底版部と、
   前記底版部と一体に定着される鋼製桁部材を有する桁部と、
   前記底版部と分離自在に当該底版部上に配設される中詰材と、
   前記底版部から立ち上がる鋼管支柱であって、当該鋼管支柱の上端部に前記洋上施設のタワーの下端部が接続され、当該鋼管支柱の下方側面に前記鋼製桁部材の一端が接合される鋼管支柱と、
   を備える、洋上施設。
10. 洋上施設の基礎の構築方法であって、
    海底に設置される底版部と、前記底版部と一体に定着される鋼製桁部材を有する桁部と、前記底版部から立ち上がり、その上端部に前記洋上施設のタワーの下端部が接続され、
    その下方側面に前記鋼製桁部材の一端が接合される鋼管支柱と、を備える洋上施設の基礎を地上で製作する基礎製作工程と、
    前記基礎製作工程で製作された前記洋上施設の基礎を洋上に搬送する搬送工程と、
    前記搬送工程で洋上に搬送された前記洋上施設の基礎を沈下させると共に海底に設置する設置工程と、
    を含み、
    前記設置工程では、前記搬送工程で搬送された洋上施設の基礎を海底に沈めた後、前記底版部と分離自在に該底版部上に中詰材を配設する、
    洋上施設の基礎の構築方法。

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