JP3764729B2

JP3764729B2 - コンクリート拘束接合部材を用いた鉄塔基礎の構築方法

Info

Publication number: JP3764729B2
Application number: JP2003080521A
Authority: JP
Inventors: 成田邉; 茂樹小宮山; 貴志末永; 修一齋藤; 徹也三島; 孝之小原
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Maeda Corp; Tokyo Electric Power Services Co Ltd
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Maeda Corp; Tokyo Electric Power Services Co Ltd
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: JP2004285737A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉄塔基礎の構築方法に関し、更に詳細には脚材と基礎との定着耐力を改善した方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に送電用などの鉄塔においては、鉄塔の自重、電線の自重、電線の張力に加え、外界の風の影響を受け、その脚材に様々な応力が加わる。すなわち、鉄塔では、図５に示すような風上では引き抜き荷重、風下では圧縮荷重が加わる。鉄塔脚材と基礎は基礎の形状に応じた定着方法が採用されているが、支圧板定着方法を採用した鉄塔の基礎５０では、円筒状やＬ字状の鋼材にて形成された脚材の周囲に突出するように板を溶接もしくはボルト接合したものを配置し、周囲のコンクリートとの付着性を高めて定着する方法を採用している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１５８０１５号公報
【特許文献２】
特開平７−１５８０１６号公報
【特許文献３】
特開平７−１５８２０６号公報
【特許文献４】
特開平８−２４６４３６号公報
【特許文献５】
特開２０００−３４５５７１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
大型の送電用鉄塔等は、作用する荷重が大きいため、支圧板定着方式を採用した場合には、基礎躯体コンクリートの径を大きくしたり、脚材定着長を長くする必要があり、いかり材定着方式を採用した場合には、フーチング部の寸法が増大するために設置作業が大型化する。そのため、掘削残土等の土工量も多くなるため周辺環境に与える影響や、市街地に建設される鉄塔においては周辺住民に与える影響も大きい。
【０００５】
また、場所打ち杭や、杭内に鉄塔脚材を挿入できない小口径鋼管杭などについては、従来の方法では定着できないといった問題があり、別途フーチングなどを設ける必要があり、土工量や建設コストの増加の原因となっている。
【０００６】
本願発明者は特に、支圧板定着方式は割裂引張ひび割れの発生による影響を大きく受け、この割裂ひび割れが発生したときは、そのうち一つでも基礎表面にまで至ると破壊が生じることを見出している（特開２０００−３４５５７１号公報）。したがって、割裂ひび割れをできる限り抑制すれば、定着耐力が向上し、接合部が縮小される。
【０００７】
本願発明者は、割裂ひび割れ面に直交する方向、すなわち脚材の周方向を鋼管などの筒状部材で補強し、コンクリートの拘束を向上させて割裂破壊を抑制することにより、定着耐力を飛躍的に向上する方法を十数体の模型実験、数値解析から得た。
【０００８】
本発明は、従来と同一の定着長の基礎に比べて耐力が向上し、別途フーチングなどを設けずに場所打ち杭や小口径鋼管杭と接合することができることによって、接合部の縮小、ひいては土工量などの削減に寄与した送電用鉄塔基礎の構築方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために以下のような構成とした。
すなわち、本発明は、地盤中に打ち込まれた抗材と鉄塔用脚材とをコンクリート打設により接合し、鉄塔基礎を構築する方法において、前記鉄塔用脚材にコンクリートを支圧するための突出した部材を設け、前記鉄塔用脚材及び打設コンクリートの周囲を拘束する筒状部材を設け、前記筒状部材内壁に打設する前記コンクリートと係合する係合部材を形成し、前記コンクリートを打設して鉄塔基礎を構築することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、基礎躯体コンクリートの上端部に係合部材（ずれ止め）の付いた筒状部材（鋼管）を巻き付け、その内側に主脚材支圧板を定着させる方式により、コンクリートの拘束を向上させて割裂破壊を防止し、定着耐力を飛躍的に向上させることができる。
【００１１】
また、本発明において、前記杭材が鋼管杭の場合には、この杭材鋼管が前記筒状部材を兼ねることを特徴とする。また、筒状部材は、鋼管であることが望ましい。更に、係合部材は、一定間隔をおいて複数を配置するのが望ましい。
【００１２】
更に、本発明において、前記杭材が場所打ち杭の場合には、前記場所打ち杭の頂部より露出した杭主鉄筋と、この杭主鉄筋に接合する前記鉄塔用脚材と、前記打設コンクリートと、の周囲に前記筒状部材を設けたことを特徴とする。
【００１３】
更にまた、本発明において、前記杭材が予め地盤中に打ち込まれた小口径杭の場合には、前記小口径杭の頂部と、この頂部に接合する前記鉄塔用脚材と、前記打設コンクリートと、の周囲に前記筒状部材を設けたことを特徴とする。
【００１４】
更にまた、本発明において、前記筒状部材及び前記係合部材の形状は、
ａ．前記筒状部材（例えば、鋼管）の降伏耐力、ｂ．前記支圧するための突出した部材周囲のコンクリート付着耐力、ｃ．前記係合部材（例えば、ずれ止め）の耐力、を考慮して決定する。
【００１５】
例えば、ａ．拘束する筒状部材（例えば、鋼管）の降伏耐力（応力度）は次式にて決定する。
【数１】

【００１６】
また、ｂ．支圧するための突出した部材周囲のコンクリート付着耐力（応力度）は次式にて決定する。
【数２】

【００１７】
更に、ｃ．係合部材（例えば、ずれ止め）の耐力を検討し、ずれ止めの溶接部のせん断応力度は次式にて決定する。
【数３】

【００１８】
また、係合部材（例えば、ずれ止め）に接するコンクリートの支圧応力度は次式にて決定する。
【数４】

【００１９】
更に、係合部材（例えば、ずれ止め）の内周に接するコンクリートのせん断応力度は次式にて決定する。
【数５】

【００２０】
その鉄塔基礎の構築方法は割裂破壊を防止することで生じる破壊形態（筒状部材の降伏耐力、支圧するための突出した部材周囲の付着耐力、係合部材の耐力）を終局耐力としているために合理的な設計となり、近年の送電用鉄塔基礎の多様化に対応できる。
【００２１】
更にまた、本発明において、前記鉄塔基礎に加わる引揚荷重に対しては、前記脚材最上段の支圧するための突出した部材からの応力伝達方向に位置する前記筒状部材内面より上に最上段の前記係合部材を形成する。
【００２２】
更にまた、本発明において、前記鉄塔基礎に加わる圧縮荷重に対しては、前記脚材最下段の支圧するための突出した部材からの応力伝達方向に位置する前記筒状部材内面より下に最下段の前記係合部材を形成する。
【００２３】
更にまた、本発明において、前記鉄塔用脚材の径をφ、前記支圧するための突出した部材が設けられている範囲の前記鉄塔用脚材の長手方向における幅寸法をＬ、前記筒状部材の径をＤ、とするとき、
前記支圧するための突出した部材と前記鉄塔用脚材とは、
Ｌ／φが２〜５の範囲で模型実験を17体行った結果、Ｌ／φが２以上で、２〜５程度の範囲が好ましく、
かつ、前記筒状部材と前記鉄塔用脚材とは、
Ｄ／φが２〜１０の範囲で模型実験を17体行った結果、Ｄ／φが２以上で、２〜１０程度の範囲が好ましいことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のコンクリート拘束接合部材を用いた鉄塔基礎の構築方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態にて説明する鉄塔は送電用などの鉄塔である（図５参照）。
【００２５】
（実施の形態１）
実施の形態１の鉄塔基礎では、図１に示すように、鋼管からなる脚材４の外周面に、脚材４から突出した支圧板６を３枚設け、その周囲にコンクリート７を打設して基礎を形成した例について説明する。なお、鉄塔用基礎の脚材４が図１では直立状態で設置されているが、本発明において、鉄塔用基礎の脚材は傾斜していてもよい。また、符号９は、地盤中に打ち込まれた杭材である。
【００２６】
すなわち、鉄塔の脚材４側面には垂直に立ち上がった支圧板６が３枚（３段）設けられている。これらの支圧板６の外側は、コンクリート７が打設される。
【００２７】
また、脚材４を軸に打設されるコンクリート７の周囲には、筒状部材である鋼管８と、この鋼管８内壁から突設され、コンクリート７に係合する係合部材（ずれ止め）５と、が配置され、杭材９とコンクリート打設により接合して鉄塔基礎を構築する。
【００２８】
なお、係合部材５は、一定間隔をおいて複数を配置するのが望ましい。図１に示す実施の形態では、係合部材５は、脚材４の支圧板６を挟んで上下３箇所づつ計６箇所設けられている。
【００２９】
また、この実施の形態において、鉄塔基礎に加わる引揚荷重に対しては、脚材４最上段の支圧板６からの応力伝達方向に位置する筒状部材８内面より上に最上段の係合部材５を形成する。
【００３０】
更に、この実施の形態において、鉄塔基礎に加わる圧縮荷重に対しては、脚材４最下段の支圧板６からの応力伝達方向に位置する筒状部材８内面より下に最下段の係合部材５を形成する。
【００３１】
更にまた、この実施の形態において、筒状部材８及び係合部材５の形状は、ａ．筒状部材８の降伏耐力、ｂ．支圧板６周囲のコンクリート付着耐力、ｃ．係合部材５の耐力、を考慮して決定する。
【００３２】
次に、この実施の形態に係る鉄塔基礎の設計方法を説明する。
この設計方法は、割裂破壊を防止することで生じる破壊形態（筒状部材（鋼管）の降伏耐力、支圧板周囲のコンクリート付着耐力、係合部材（ずれ止め）の耐力）を終局耐力としているために合理的な設計となる。
【００３３】
そして、本定着方式による定着耐力の設計は、以下のことを考慮して下記に示す式に基づき設計することができる。
【００３４】
すなわち、ａ．拘束する鋼管の降伏耐力（応力度）は次式にて決定する。
【数６】

【００３５】
また、ｂ．支圧板周囲のコンクリート付着耐力（応力度）は次式にて決定する。
【数７】

【００３６】
更に、ｃ．ずれ止めの耐力を検討し、ずれ止めの溶接部のせん断応力度は次式にて決定する。
【数８】

【００３７】
また、ずれ止めに接するコンクリートの支圧応力度は次式にて決定する。
【数９】

【００３８】
更に、ずれ止めの内周に接するコンクリートのせん断応力度は次式にて決定する。
【数１０】

【００３９】
次に、この実施の形態に係る鋼管拘束接合方式（図６（ａ）参照）と、従来の支圧板定着方式（図６（ｂ）参照）とを比較する。なお、設計条件は図６（ｃ）に示す。また、鋼管拘束接合方式の適用範囲は、鉄塔用脚材４の径をφ、支圧板６が設けられている範囲の鉄塔用脚材４の長手方向における幅寸法をＬ、鋼管８の径をＤ、とするとき、支圧板６と鉄塔用脚材４とは、Ｌ／φ＝２〜５を満足する範囲にあり、かつ、鋼管８と鉄塔用脚材４とは、Ｄ／φ＝２〜１０を満足する範囲にある。
【００４０】
まず、鋼管拘束接合方式において、拘束する鋼管の耐力は次式にて求める。
【数１１】

【００４１】
次に、支圧板周囲のコンクリート付着耐力は次式にて求める。
【数１２】

【００４２】
次に、ずれ止めの耐力を検討し、ずれ止めの溶接部のせん断応力度は次式にて求める。
【数１３】

【００４３】
そして、ずれ止めに接するコンクリートの支圧応力度は次式にて求める。
【数１４】

【００４４】
そして、ずれ止めの内周に接するコンクリートのせん断応力度は次式にて求める。
【数１５】

【００４５】
この時、適用範囲を検討すると、次式の通りとなる。
【数１６】

【００４６】
一方、支圧板定着方式において、耐力は次式の通り求められる。
【数１７】

【００４７】
前述の比較にて明らかなように、基礎躯体コンクリート７の上端部に係合部材（ずれ止め）５の付いた筒状部材（鋼管）８を巻き付け、その内側に主脚材支圧板を定着させる鋼管拘束接合方式は、従来の支圧板定着方式より、コンクリート７の拘束を向上させ、定着耐力を飛躍的に向上させることができ、土工量の削減、鉄塔の多様化に対応できる。
【００４８】
（実施の形態２）
次に、本発明の別の実施の形態（実施の形態２）として、図２に示すように、杭材が鋼管杭８ａであった場合の鉄塔基礎を説明する。この場合、鋼管杭８ａは筒状部材を兼ねる。
【００４９】
すなわち、鉄塔の脚材４側面には垂直に立ち上がった支圧板６が３枚（３段）設けられている。また、脚材４を軸に打設されるコンクリート７の周囲には、鋼管杭８ａが配置される。この鋼管杭８ａの内壁から係合部材５が突設されており、コンクリート７が打設されることにより、コンクリート７と係合部材５が係合し、鉄塔基礎が構築される。
【００５０】
（実施の形態３）
また、本発明の別の実施の形態（実施の形態３）として、場所打ち杭に鉄塔の脚材を接合する場合を図３に基づき説明する。
図３において、予め地盤中に打ち込まれた場所打ち杭１１に対し、場所打ち杭１１の頂部より露出した杭主鉄筋１２と、突出した支圧板６１を周囲に設けた鉄塔用脚材４１と、を接合し、その周囲にコンクリート７１を打設して基礎を形成する場合を説明する。
【００５１】
筒状部材８１は、コンクリート７１に係合する係合部材５１を筒状部材８１内壁から突設している。筒状部材８１内壁と杭主鉄筋１２及び脚材４１とがなす空間には、コンクリート７１が打設され鉄塔基礎が構築される。このコンクリート７１は、筒状部材８１により周囲を拘束される。この場所打ち杭の場合、定着耐力を向上させることができ、定着長を短くすることができる。なお、場所打ち杭の場合、筒状部材（鋼管）８１は、杭主鉄筋１２と溶接してもよい。
【００５２】
（実施の形態４）
更に、本発明の別の実施の形態（実施の形態４）として、小口径杭に鉄塔の脚材を接合する場合を図４に基づき説明する。
図４において、予め地盤中に打ち込まれた小口径杭２１に対し、小口径杭２１の頂部と、突出した支圧板６２を周囲に設けた鉄塔用脚材（例えば、山形鋼）４２と、を接合し、その周囲にコンクリート７２を打設して基礎を形成する場合を説明する。
【００５３】
小口径杭の場合、筒状部材（鋼管）８２は、コンクリート７２に係合する係合部材５２を筒状部材８２内壁から突設している。筒状部材８２内壁と脚材４２及び小口径杭２１とがなす空間には、コンクリート７２が打設され鉄塔基礎が構築される。このコンクリート７２は、筒状部材８２により周囲を拘束される。この小口径杭の場合、定着耐力を向上させることができ、定着長を短くすることができる。なお、符号２２は小口径杭２１の側壁に設けられた支圧板を示す。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、基礎躯体コンクリートの上端部に係合部材のついた筒状部材を巻き付け、その内側に主脚材支圧板を定着させる方式により、コンクリートの拘束を向上させて、割裂破壊を防止し、定着耐力を飛躍的に向上させることができ、フーチングを用いずに場所打ち杭や、小口径杭などと接合できる。
【００５５】
また、本発明によれば、基礎コンクリートの割裂ひび割れを減少させて脚材と抗材との定着耐力を大幅に改善できる。
【００５６】
その鉄塔基礎の構築方法は割裂破壊を防止することで生じる破壊形態（筒状部材の降伏耐力、支圧板周辺の付着耐力、係合部材の耐力）を終局耐力としているために合理的な設計となり、土工量の削減、近年の送電用鉄塔基礎の多様化に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法により得られた鉄塔基礎の側断面図である。
【図２】本発明の別の実施の形態により得られた鉄塔基礎の側断面図である。
【図３】本発明の別の実施の形態により得られた鉄塔基礎の側断面図である。
【図４】本発明の別の実施の形態により得られた鉄塔基礎の側断面図である。
【図５】鉄塔の基礎構造を示す図である。
【図６】鋼管拘束接合方式と従来の支圧板定着方式とを比較する図であり、図６（ａ）は鋼管拘束接合方式を示し、図６（ｂ）は従来の支圧板定着方式を示し、図６（ｃ）は設計条件を示す。
【符号の説明】
４脚材
５係合部材（ずれ止め）
６支圧板
７コンクリート
８筒状部材（鋼管）
９杭材
９ａ鋼管杭
１１場所打ち杭
１２杭主鉄筋
６１支圧板
７１コンクリート

Claims

地盤中に打ち込まれた抗材と鉄塔用脚材とをコンクリート打設により接合し、鉄塔基礎を構築する方法において、
前記鉄塔用脚材の側面にコンクリートを支圧するための複数の支圧板を最上段から最下段までの距離で表される定着長が所定の長さとなるように該鉄塔用脚材の側面と略垂直に設け、
前記鉄塔用脚材及び打設コンクリートの周囲を拘束する筒状部材を設け、
前記筒状部材内壁に打設する前記コンクリートと係合する係合部材を前記支圧板を挟み込むように前記筒状部材の内壁の上部又は／及び下部にそれぞれ複数設け、
前記上部の複数の係合部材は前記鉄塔基礎に加わる引揚荷重に対するものであって、該係合部材のうち少なくとも一つを前記支圧板の最上段よりも略４５度上方の前記筒状部材の内壁に前記脚材中心方向に所定の出幅が突出するように設け、
前記下部の複数の係合部材は前記鉄塔基礎に加わる圧縮荷重に対するものであって、該係合部材のうち少なくとも一つを前記支圧板の最下段よりも略４５度下方の前記筒状部材の内壁に前記脚材中心方向に所定の出幅が突出するように設け、
前記コンクリートを打設して鉄塔基礎を構築することを特徴とするコンクリート拘束接合部材を用いた鉄塔基礎の構築方法。
前記杭材が鋼管杭の場合には、この杭材鋼管が前記筒状部材を兼ねることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート拘束接合部材を用いた鉄塔基礎の構築方法。
前記杭材が場所打ち杭の場合には、
前記場所打ち杭の頂部より露出した杭主鉄筋と、
この杭主鉄筋に接合する前記鉄塔用脚材と、
前記打設コンクリートと、
の周囲に前記筒状部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載のコンクリート拘束接合部材を用いた鉄塔基礎の構築方法。
前記杭材が予め地盤中に打ち込まれた小口径杭の場合には、
前記小口径杭の頂部と、
この頂部に接合する前記鉄塔用脚材と、
前記打設コンクリートと、の周囲に前記筒状部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載のコンクリート拘束接合部材を用いた鉄塔基礎の構築方法。
前記筒状部材及び前記係合部材の形状は、
ａ．前記筒状部材の降伏耐力、
ｂ．前記支圧するための突出した部材周囲のコンクリート付着耐力、
ｃ．前記係合部材の耐力、
を考慮して決定することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のコンクリート拘束接合部材を用いた鉄塔基礎の構築方法。
前記鉄塔用脚材の径をφ、前記支圧するための突出した部材が設けられている範囲の前記鉄塔用脚材の長手方向における幅寸法をＬ、前記筒状部材の径をＤ、とするとき、
前記支圧するための突出した部材と前記鉄塔用脚材とは、
Ｌ／φ＝２〜５
を満足する範囲にあり、
かつ、前記筒状部材と前記鉄塔用脚材とは、
Ｄ／φ＝２〜１０
を満足する範囲にあることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のコンクリート拘束接合部材を用いた鉄塔基礎の構築方法。