JP5232336B1 - ソーラーパネル用の金属杭、及びその施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厳冬期に地熱が逃げないようにすることができて、埋設作業も簡単に行えるソーラーパネル用の金属杭を提供すること。
【解決手段】ソーラーパネル３００の支持枠３１０を地面２００上に固定するための金属杭１００であって、地面２００内に埋設される埋設本体１０と、支持枠３１０側に取り付けられる取付本体２０と、この取付本体２０と埋設本体１０との間に介装される断熱材３０と、この断熱材３０を介装しながら前記埋設本体１０及び取付本体２０とを一体化する連結部材４０とを備えたこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、ソーラーパネル用の金属杭、及びその施工方法に関し、特に、ソーラーパネルが風に煽られたときの力によっては、地面から抜け出ることのない金属杭、及びその施工方法に関するものである。

近年、ソーラーパネルは自然エネルギー確保のための手段として、盛んに設置されてきているが、設置場所として地面を採用する場合、注意が必要である。何故なら、ソーラーパネルの設置場所として選択された地面の状況は、場所や季節によって種々変化するものであり、その変化や地面の状況は、ソーラーパネル用の金属杭に様々な悪影響を与えるからである。

地面の、ソーラーパネル用の金属杭に与える悪影響として、代表的なものは、金属杭を錆付かせる「塩害」と、氷や霜柱が発生することによる「凍上」である。「塩害」については、金属杭に防錆塗装を施す等によってある程度回避できているが、問題は「凍上」である。

何かを支持するための「杭」について「凍上」を問題にしている従来技術としては、例えば特許文献１にて提案されている「寒冷地構造物用の杭及び杭工法」や、特許文献２にて提案されている「永久凍土地帯の基礎構造に用いられる杭およびそれを用いた杭基礎」がある。

特開平６−２８０２５３号公報、要約、代表図 特許第３０７１３８１号掲載公報、図１

特許文献１にて提案されている「寒冷地構造物用の杭及び杭工法」は、「寒冷地において構造物に作用する凍上力、特に初期の凍上力を減少させることができる寒冷地構造物用の杭及び杭工法を提供すること」を目的としてなされたもので、図１０に示すように、「凍上活動層とその下の基盤層とを有する地盤に適用される杭を前提とし、この杭の施工された際におけるその基板層の上部に対応する部分の内側に突起部又は蓋部を設けるか、あるいは先端が永久凍土層に位置するように杭を施工し、その杭の内部の地盤に、一対のアンカー部を有する治具を、一方のアンカー部が基盤層又は基盤層と凍上活動層との境界近傍に位置し、他方のアンカー部が凍上活動層の表面又はその近傍に位置するように埋め込む又は打ち込む」ものである。

しかしながら、この特許文献１の「寒冷地構造物用の杭及び杭工法」では、「アンカー部を有する治具を、一方のアンカー部が基盤層又は基盤層と凍上活動層との境界近傍に位置し、他方のアンカー部が凍上活動層の表面又はその近傍に位置するように埋め込む又は打ち込む」ものであるから、「アンカー部を有する治具」という別部材を「杭」とは別に施工する必要があるものである。

一方、特許文献２にて提案されている「永久凍土地帯の基礎構造に用いられる杭およびそれを用いた杭基礎」は、「経済性及び施工性良く、永久凍土地帯において確実に構造物を支持することができる、永久凍土地帯の基礎構造に用いられる杭、およびそれを用いた杭基礎を提供すること」を目的としてなされたもので、図１１に示すように、例えば、「永久凍土層に根入されて使用され、永久凍土地帯の基礎構造に用いられる杭であって、永久凍土層に根入されるべき部分を有する杭体を有し、該杭体の永久凍土層に根入されるべき部分の壁には一つまたは複数の穴が形成され、これによって該杭基礎と永久凍土との間にアンカー効果が生じる、永久凍土地帯の基礎構造に用いられる杭」とするものである。

しかしながら、この特許文献２の「永久凍土地帯の基礎構造に用いられる杭」は、「永久凍土層に根入されるべき部分を有する杭体を有」するものであって、「該杭体の永久凍土層に根入されるべき部分の壁に形成した一つまたは複数の穴」によって、該杭基礎と永久凍土との間にアンカー効果を生じるようにするものであり、「永久凍土地帯の基礎構造に用いられる杭」といった限定がなされ、「永久凍土地帯」のない例えば日本国内では採用できないものとなっている。

日本国の地面は、例えば図２に示すように、厚さ１００ｍｍ〜１０００ｍｍ程度の凍上層２１０と、その下側の安定層２２０とからなっており、日本国における安定層２２０は、「永久凍土」となっていることはなく、年間を通して１３℃程度の安定した地温を有している層である。

一方で、日本国における凍上層２１０は、その年の冬の気温によって「霜柱」が立つ層であり、特に、北海道や東北、中部の北部や山岳地帯では、地盤が凍ててしまうこともある層である。「霜柱」が立ったり、凍てると、そのこと自体によって建物を基礎から持ち上げてしまうような「凍上現象」が発生するのである。この「凍上現象」は、当然のことながら建造物を支える「杭」についても発生する。

ところで、ソーラーパネル３００の支持枠３１０を支えている「杭」に関しては、特に、北海道や東北、中部の北部や山岳地帯において、上記「凍上現象」の他に、図９に示すような由々しき問題が発生する。

図９には、従来形式の杭によって、ソーラーパネル３００の支持枠３１０を支えている様子が示してあるが、図示した杭は、凍上層２１０の下の安定層２２０まで貫入させることによって、この安定層２２０での杭の固定作用により、凍上層２１０における凍上現象から影響を受けにくくしてある。

しかしながら、特に、北海道や東北、中部の北部や山岳地帯での厳冬期においては、杭の凍上層２１０から上に出ている部分と、凍上層２１０内にある部分とが、大きく冷やされる。これらの部分の温度は、場合によっては、マイナス３０℃以下になることもあるが、そうなると、年間を通して１３℃程度ある安定層２２０に埋設してある部分も０℃以下に冷やされることになる。何故なら、図示した従来の杭は、金属製で一体ものであることが多いからである。

従来杭の、安定層２２０に埋設してある部分の温度が０℃以下に冷やされれば、その近傍にある安定層２２０も凍て始める。北海道や東北、中部の北部や山岳地帯での厳冬期は比較的永いからである。安定層２２０が凍てる際には、それより外周の水分をも呼び込み、安定層２２０中の杭の周りは「凍土」となるのである。

やがて春になって気温が上昇してくると、凍上層２１０やその上に出ている杭の部分が温められ、この杭を通して熱が安定層２２０に伝導される。この熱によって、当該杭の周囲にある凍土になっていた安定層２２０は解け始め、融けた安定層２２０は凍てる際に水分を呼び込んでいたから、図９中に示した軟弱部分２３０となるのである。この軟弱部分２３０は、文字通り水分を含んだグジャグジャの部分であり、杭に対するアンカー効果が殆どない部分である。

ところで、ソーラーパネル３００は、太陽光を効率よく受けるために、図９に示すように、南側に向けた平面となされるものであり、その裏側は、北側に向けて大きく開放された状態となっている。そして、図９中の白抜き矢印で示すような北風が吹けば、この風はソーラーパネル３００の裏面に当り、ソーラーパネル３００を煽ってひっくり返す力を発生させることになる。杭の周囲にあった安定層２２０が軟弱部分２３０となる春先には、この北風はまだまだ発生し易いものである。

要するに、北海道や東北、中部の北部や山岳地帯において、ソーラーパネル３００の支持枠３１０を地面２００の安定層２２０まで貫入させた金属杭で支えたとしても、春先になると、安定層２２０まで貫入している金属杭の周囲に軟弱部分２３０ができてアンカー効果が殆ど無くなり、当該金属杭は、ソーラーパネル３００を煽る北風による引き抜き力に抗することができなくなってしまうのである。

そこで、本発明者等は、春先になって金属杭が抜け易くなるのは、厳冬期において、安定層２２０の地熱が金属杭を通して逃げてしまうことに原因があることを突き止めて、杭自身によって地熱が逃げてしまわないようにするにはどうしたらよいか、について種々検討を重ねてきた結果、本発明を完成したのである。

すなわち、本発明の目的とするところは、厳冬期に地熱が逃げてしまわないようにすることができて、埋設作業も簡単に行えるソーラーパネル用の金属杭、及びその施工方法を提供することにある。

以上の課題を解決するために、まず、請求項１に係る発明の採った手段は、後述する実施形態の説明中で使用する符号を付して説明すると、
「ソーラーパネル３００の支持枠３１０を地面２００上に固定するための金属杭１００であって、
地面２００内に埋設される埋設本体１０と、支持枠３１０側に取り付けられる取付本体２０と、この取付本体２０と埋設本体１０との間に介装される断熱材３０と、この断熱材３０を介装しながら前記埋設本体１０及び取付本体２０とを一体化する連結部材４０とを備えたことを特徴とするソーラーパネル３００用の金属杭１００」
である。

この請求項１に係る金属杭１００は、埋設本体１０、取付本体２０、断熱材３０、及びこれらを一体化するための連結部材４０とからなるものであるが、埋設本体１０と取付本体２０との間に断熱材３０を挟み込んで、埋設本体１０と取付本体２０とを連結部材４０によって連結したほぼ直線状のものであるから、「杭」としての強度が十分確保されたものとなっている。このため、当該金属杭１００は、これを地面２００に打ち込むにしろ、回転させて地面２００に捩じ込むにしろ、その埋設作業は容易に行えるものとなっているのである。

また、図２または図３に示すように、地面２００に埋設された当該金属杭１００は、その途中に断熱材３０が介在しているのであるから、例えば厳冬時において、安定層２２０が自然に有している地熱は当該断熱材３０より上側には殆ど伝導されない。換言すれば、当該金属杭１００の埋設本体１０の周囲にある安定層２２０は凍てることはなく、従って、この安定層２２０が春先になって融けることもないため、当該金属杭１００の安定層２２０によるアンカー効果は年間を通じて十分発揮されることになる。

従って、この請求項１に係る金属杭１００は、厳冬期に地熱が逃げてしまわないようにすることができて、埋設作業も簡単に行えるものとなっているのである。

また、上記課題を解決するために、請求項２に係る発明の採った手段は、上記請求項１に記載のソーラーパネル３００用の金属杭１００について、
「埋設本体１０及び取付本体２０を金属パイプによって構成するとともに、断熱材３０に、埋設本体１０及び取付本体２０の中空部１１・２１内に収納される連結部３１・３１を形成したこと」
である。

この請求項２に係る金属杭１００においては、埋設本体１０及び取付本体２０を金属パイプによって構成したのであるから、図８にも示すように、各埋設本体１０及び取付本体２０に中空部１１及び中空部２１が存在している。これらの中空部１１及び中空部２１には、図８の（ａ）に示すように、断熱材３０の挟持部３０ａの両側に設けてある連結部３１・３１がそれぞれ収納される。

これらの連結部３１は、埋設本体１０または取付本体２０に対して取り付ける際、及び断熱材３０を挟んで埋設本体１０と取付本体２０とを付き合わせる際の「ガイド」となって、当該金属杭１００の組立作業を容易にする。それだけでなく、断熱材３０が、埋設本体１０側の中空部１１及び取付本体２０側の中空部２１内にそれぞれ収納・挿入される連結部３１を有していることによって、組立後の金属杭１００の曲げ強度を高めることにもなるのである。

従って、この請求項２に係る金属杭１００は、上記請求項１のそれと同様な機能を発揮する他、組立作業が容易で、曲げ強度の高いものとなっているのである。

さらに、上記課題を解決するために、請求項３に係る発明の採った手段は、上記請求項１または請求項２に記載のソーラーパネル３００用の金属杭１００について、
「埋設本体１０の外周に多数の掘削突起１２を螺旋状に一体化し、埋設本体１０及び取付本体２０の互いに対向する端部に、断熱材３０を挟み込む平面視丸形状の連結フランジ１０ａ・２０ａを形成して、これらの連結フランジ１０ａ・２０ａ及び断熱材３０の直径を、掘削突起１２の最上段に位置するものの先端が形成する円の直径よりも小さくしたこと」
である。

この請求項３に係る金属杭１００は、その埋設本体１０の外周に多数の掘削突起１２を螺旋状に一体化したものであるから、当該金属杭１００を回転させることによって、その地面２００への埋設が容易に行えるものとなっているのである。特に、各掘削突起１２によって切削された土砂の、地面２００の安定層２２０への締め固めが回転によってなされ、金属杭１００は地面２００にしっかりと埋設されて十分なアンカー効果を発揮する。

当該金属杭１００を回転させて埋設作業を始めると、最下端の掘削突起１２から最上端の掘削突起１２に掛けて、これらの掘削突起１２による地盤の掘削がなされて、これにより発生した土砂の一部が締め固められる。何故なら、各掘削突起１２は、図５の（ａ）に示すように、埋設本体１０の外周に螺旋状に配列されているため、その回転によって掘削した土砂の一部を外方（周囲）に押し付けるからである。また、各掘削突起１２間には隙間が存在しているから、各掘削突起１２の外側角部が、土壌を掘削する所謂「切削チップ」の代わりになり、地盤の掘削は効率的になされるのである。

さらに、これら各掘削突起１２は、上述したように、土砂を締め固めながら地面２００にしっかりと埋設されるものであるから、ソーラーパネル３００上に積雪が大量にあった場合でも、その重みによる当該金属杭１００の沈み込みを各掘削突起１２も阻止することになる。

また、この請求項３に係る金属杭１００は、図１及び図２に示すように、埋設本体１０及び取付本体２０の互いに対向する端部に、断熱材３０を挟み込む平面視丸形状の連結フランジ１０ａ・２０ａを形成しておいて、これらの連結フランジ１０ａ・２０ａ及び断熱材３０の直径を、掘削突起１２の最上段に位置するものの先端が形成する円の直径よりも小さくしてあるから、連結フランジ１０ａ・２０ａ及び断熱材３０が埋設作業の邪魔になることはない。

これらの連結フランジ１０ａ・２０ａ及び断熱材３０は、図２に示すように、地面２００の安定層２２０の直上であって凍上層２１０内に入っているのが最も効果的であるが、これら連結フランジ１０ａ・２０ａ及び断熱材３０の直径は、埋設本体１０や取付本体２０の直径より大きくせざるを得ない。そこで、もし、これらの連結フランジ１０ａ・２０ａ及び断熱材３０の直径が、掘削突起１２の最上段に位置するものの先端が形成する円の直径よりも大きいと、これらの連結フランジ１０ａ・２０ａ及び断熱材３０を埋設するための穴を凍上層２１０に形成しておかなければならない。

この点、当該請求項３に係る金属杭１００では、連結フランジ１０ａ・２０ａ及び断熱材３０の直径を、掘削突起１２の最上段に位置するものの先端が形成する円の直径よりも小さくしてあるから、これらの連結フランジ１０ａ・２０ａ及び断熱材３０を収納する穴もしくは埋設し易い部分は、当該金属杭１００、つまり各掘削突起１２の回転によって前もって形成されることになる。従って、連結フランジ１０ａ・２０ａ及び断熱材３０を収納する穴もしくは埋設し易い部分をわざわざ形成しておく必要がないだけでなく、連結フランジ１０ａ・２０ａ及び断熱材３０が埋設作業の邪魔にならないのである。

従って、この請求項３に係る金属杭１００は、上記請求項１または２のそれと同様な機能を発揮する他、埋設部分の締め固めが行え、連結フランジ１０ａ・２０ａ及び断熱材３０を埋設作業の邪魔にならないものとしているのである。

そして、上記課題を解決するために、請求項４に係る発明の採った手段は、
「請求項１〜請求項３のいずれかに係る金属杭１００を地面２００に施工する方法であって、
金属杭１００を地面２００への埋設を行うにあたって、断熱材３０が、地面２００の表層側となる凍上層２１０内であって、この凍上層２１０より下側の安定層２２０より上側となるように埋設することを特徴とするソーラーパネル３００用の金属杭１００の施工方法」
である。

この請求項４の埋設工法を施工することによって、断熱材３０による断熱が地面２００を構成している安定層２２０の直上でなされることになる。その結果、従来当該安定層２２０に軟弱部分２３０が発生していた原因、つまり、厳冬期における安定層２２０からの地熱の外部への放散が、安定層２２０の直上で阻止されることになり、軟弱部分２３０の発生が阻止されることになるのである。

もし、断熱材３０が、凍上層２１０の中程、あるいは地面２００の上に存在するよう名施工がなされたとすると、安定層２２０の地熱は、厳冬時において凍上層２１０内、あるいは地表に伝導されてしまうから、従来技術の項で説明したような軟弱部分２３０が当該安定層２２０内に生じてしまうことになる。

なお、図２には、複数の断熱材３０を採用した金属杭１００が示してあるが、この場合も、最下段の断熱材３０が、凍上層２１０内であって、この凍上層２１０より下側になる安定層２２０より上側となるように施工されるものであることは言うまでもない。勿論、最下段の断熱材３０より上側の断熱材３０は、断熱効果をさらに高めていることも言うまでもない。

従って、この請求項４に係る埋設工法によれば、従来発生していた軟弱部分２３０を効果的に阻止できるものとなっているのである。

以上説明した通り、本発明においては、
「ソーラーパネル３００の支持枠３１０を地面２００上に固定するための金属杭１００であって、
地面２００内に埋設される埋設本体１０と、支持枠３１０側に取り付けられる取付本体２０と、この取付本体２０と埋設本体１０との間に介装される断熱材３０と、この断熱材３０を介装しながら前記埋設本体１０及び取付本体２０とを一体化する連結部材４０とを備えたこと」
にその構成上の主たる特徴があり、これにより、厳冬期に地熱が逃げてしまわないようにすることができて、埋設作業も簡単に行えるソーラーパネル３００用の金属杭１００を提供することができるのである。

また、
「請求項１〜請求項３のいずれかに係る金属杭１００を地面２００に施工する方法であって、
金属杭１００を地面２００への埋設を行うにあたって、断熱材３０が、地面２００の表層側となる凍上層２１０内であって、この凍上層２１０より下側になる安定層２２０より上側となるように埋設することを特徴とするソーラーパネル３００用の金属杭１００の施工方法」
を採用することによって、各断熱材３０による本発明の目的を確実に達成することのできる、金属杭１００の埋設を行うことができるのである。

本発明に係る金属杭１００を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 同金属杭１００の他の実施例を示す正面図である。 同金属杭１００によってソーラーパネル３００の支持枠３１０を地面２００に支持した断面図である。 同金属杭１００によってソーラーパネル３００の支持枠３１０を地面２００に支持した斜視図である。 同金属杭１００を構成している埋設本体１０を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は底面図である。 埋設本体１０と掘削突起１２との位置関係を示すもので、（ａ）は埋設本体１０のある位置における掘削突起１２の大きさを示す平面図、（ｂ）は一つの掘削突起１２の埋設本体１０に対する一体化状態を示す部分拡大縦断面図である。 同金属杭１００に採用した断熱材３０の一例を示すもので、（ａ）はこれを埋設本体１０と取付本体２０との間に挟み込んだときの部分正面図、（ｂ）は挟み込む前の分解正面図、（ｃ）は断熱材３０の斜視図である。 同金属杭１００に採用した断熱材３０の他の例を示すもので、（ａ）はこれを埋設本体１０と取付本体２０との間に挟み込んだときの部分正面図、（ｂ）は挟み込む前の分解正面図、（ｃ）は断熱材３０の斜視図である。 従来の杭によってソーラーパネル３００の支持枠３１０を地面２００に支持した春先における断面図である。 特許文献１に示された技術を示す断面図と平面図である。 特許文献２に示された技術を示す縦断面図である。

次に、以上のように構成した各請求項に係る発明を、図面に示した実施の形態である金属杭１００について説明すると、図１及び図２には、本実施形態に係る金属杭１００が示してある。この金属杭１００は、例えば図３及び図４に示したように、ソーラーパネル３００の架台を設置する場所に埋設されるものであり、ソーラーパネル３００の支持枠３１０を、上端で支持することになるものである。

この金属杭１００は、地面２００内に埋設される埋設本体１０と、支持枠３１０側に取り付けられる取付本体２０と、この取付本体２０と埋設本体１０との間に介装される断熱材３０と、この断熱材３０を介装しながら前記埋設本体１０及び取付本体２０とを一体化する連結部材４０とを備えたものである。

この金属杭１００を構成している埋設本体１０は、中空部１１を有した鋼管を所定長さに切断して、その一端（上端）に連結フランジ１０ａを形成し、他端に尖端部１０ｂを形成したものである。また、この埋設本体１０は、その外周に螺旋状に配列されて、この螺旋上にて互いに隣接するものを、所定間隔をおいて埋設本体１０上に一体化した多数の掘削突起１２を備えている。

当該金属杭１００の埋設本体１０となる鋼管は、必要とされる金属杭１００の形態に合った金属パイプが採用されることは当然であり、材質、長さ、直径、及び肉厚は自在に選定される。

当該埋設本体１０の上端に一体化した連結フランジ１０ａは、後述する取付本体２０の連結フランジ２０ａとともに、断熱材３０またはその挟持部３０ａを挟み込むとともに、埋設本体１０と取付本体２０との連結部材４０による連結を行う場合に使用される部分である。このため、この連結フランジ１０ａには、図１の（ｂ）に示したように、連結部材４０を挿通するための挿通穴１３が複数形成してある。

この埋設本体１０の下端の尖端部１０ｂの形成は、例えば次のようにしてなされる。第一例は、所定長さの鋼管を用意し、この鋼管の下端に複数の切り込みを形成する。この切り込みの「谷」の位置は、尖端部１０ｂの埋設本体１０に対する境界部分となる。その後、鋼管の一端を各切り込み１１ｂを利用して窄ませることにより、尖端部１０ｂとするのである。なお、窄ませた切り込みの境界部を溶接等によって完全に閉じるようにしてもよい。

尖端部１０ｂを形成するための第二例は、所定長さの鋼管を用意し、この鋼管の一端に、プレス機等を使用して複数の絞り込みを形成するが、この工程では、既に尖端部１０ｂの概略形状が形成されている。次に、尖端部１０ｂの外形から突出している絞り込みを切除することにより、尖端部１０ｂが完成される。

埋設本体１０の外周で、一本の螺旋に沿って一体化されている各掘削突起１２は、図６に示したようなものである。一個の掘削突起１２を採って見てみると、図６の（ｂ）に示したように、所定形状に打ち抜いた金属板の両側に、取付フランジ１２ａと外縁フランジ１２ｂとを有したものとなっている。取付フランジ１２ａは当該掘削突起１２を埋設本体１０に溶接する際に使用される部分であり、外縁フランジ１２ｂは当該掘削突起１２に掘削作業に耐えるだけの強度を確保するものであって、両者とも掘削突起１２の基部に対して直角に折られているものである。

また、各掘削突起１２は、図６の（ａ）にて示すように、埋設本体１０を一周する螺旋上に配置されるもの（本実施形態では４枚）を一組としたものであるが、各組について同じ大きさのものを採用するようにしている。そして、ある一つの組を構成している全掘削突起１２の、埋設本体１０の軸心に直交する方向の長さは同じとしてあり、各組における長さは、尖端部１０ｂ側の組から最上の組の順に大きくなるようにしてある。

以上のように各組の掘削突起１２の長さを決定しておけば、図６の（ａ）中に示した外端線１２ｃのように、掘削穴が上方に向けて大きくなるものとなる。このことは、所定位置まで埋設した金属杭１００の各掘削突起１２が土壌中に常に食い込んでいることを意味し、当該交換杭１０の引き抜き強度を高めている、ということを意味する。

実施形態における各掘削突起１２の平面形状は、図６の（ａ）に示したように、埋設本体１０の軸心から広がるような扇型にしてあるが、これに限らず、台形や三角形、あるいは他の形状にして実施してもよいものである。本実施形態では、各掘削突起１２を扇型にするとともに４個にして、埋設本体１０の周囲を８等分した箇所に交互に配置しているが、これは、埋設本体１０の周囲に対する固定位置を容易にし、かつ各掘削突起１２の間を掘削突起１２と同じ形状の空間とするためである。また、各掘削突起１２の位置や、これらの間の空間の大きさが均等であれば、掘削作業やセメントミルクとの混合作業を均等に行えることになるからである。

各掘削突起１２間に空間が存在するように、各掘削突起１２の形状の決定や埋設本体１０に対する固定位置を決定することは重要である。何故なら、これらの空間が存在することによって、各掘削突起１２の外側両端に土壌を掘削するための「掘削チップ」を形成することになるからであり、また、これらの空間を通して掘削された土砂やセメントミルクの移動を容易にするためである。

取付本体２０は、上述した埋設本体１０と同様に、中空部２１を有する鋼管パイプを所定長に切断して形成されるものであり、その下端には、埋設本体１０側の連結フランジ１０ａに対向する連結フランジ２０ａが形成してある。また、この連結フランジ２０ａには、埋設本体１０側の連結フランジ１０ａと同様に、連結部材４０を挿通するための複数の挿通穴２３が形成してある。

なお、本実施形態に係る取付本体２０では、図１の（ａ）及び（ｂ）に示したように、取付本体２０内を封鎖し、図示しない埋設装置による当該金属杭１００の回転を行うための取り付け部分ともなり、さらには上記ソーラーパネル３００の支持枠３１０を支持する連結蓋２２が上端に固定してある。

以上の取付本体２０側の連結フランジ２０ａと、埋設本体１０側の連結フランジ１０ａとの間に挟み込まれる断熱材３０は、図７または図８の各（ｃ）に示したような形状のものであり、例えば合成樹脂のような断熱材料によって形成したものである。図７に示した断熱材３０は、埋設本体１０側の連結フランジ１０ａと取付本体２０側の連結フランジ２０ａとの間に挟み込まれる、厚さ１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の板状のものであり、各挿通穴１３・２３に対応する部分に、同様な挿通穴３２を形成したものである。

図８に示した断熱材３０は、図８の（ｃ）に示したように、中心の挟持部３０ａと、この挟持部３０ａの両側に一体形成した連結部３１を有したものである。これらの連結部３１は、それぞれ、埋設本体１０及び取付本体２０の中空部１１・２１内に収納される円柱状のものであるが、連結部３１の直径と各中空部１１・２１の内径とは略同じとなるようにしてある。

以上のような断熱材３０は、図１に示したように一個だけ採用する場合も、図２に示したように複数個採用する場合もある。断熱材３０を複数個採用する場合には、当然取付本体２０も複数採用することになる。

そして、以上のような断熱材３０を挟み込んで、埋設本体１０と取付本体２０とを連結しなければならないが、これを行うのが連結部材４０である。連結部材４０は、一般的には「ボルト」が採用され、埋設本体１０及び取付本体２０の各挿通穴１３・２３、そして断熱材３０側の挿通穴３２に共通して挿通されるものである。なお、これらの連結部材４０は、取付本体２０の連結蓋２２に加えられる埋設装置の回転力を埋設本体１０側に伝達しなければならないものであるから、「焼き入れ」をするなどの処理を施して、捻り力への対抗強度を備えたものとしてある。

これらの連結部材４０が金属であれば、当然熱伝導率が高いから、埋設本体１０を通しての安定層２２０の地熱を取付本体２０側に伝導し易くなる。そこで、この連結部材４０を使用するにあたっては、断熱性のワッシャーを介在させるとともに、連結部材４０の直径を、上記各挿通穴１３・２３の内径より小さくなるようにして、金属製の各連結フランジ１０ａ・２０ａに熱的に接触しないようにするとよい。

この連結部材４０としては、上記のボルトの他に、各連結フランジ１０ａ２０・ａに形成した「突起」と、この「突起」が嵌め合わされる「溝または穴」がある。これらの「突起」及び「溝または穴」の主たる作用は、当該金属杭１００を回転させて埋設する際の、埋設本体１０と取付本体２０との一体化を図ることであり、回転力の伝達を確実に行うものである。これらの「突起」及び「溝または穴」についても、上記のボルトの場合と同様に、断熱性のワッシャーあるいは部材を介在させるようにするとよい。

上記のように構成した金属杭１００は、図示しない埋設装置を使用して、当該金属杭１００に回転を加えながら埋設される。この埋設作業を行うに当って重要なことは、断熱材３０が、地面２００の表層側となる凍上層２１０内であって、この凍上層２１０より下側になる安定層２２０より上側となるように埋設することである。

何故なら、以上のように施工することによって、断熱材３０による断熱が地面２００を構成している安定層２２０の直上でなされることになり、従来当該安定層２２０に軟弱部分２３０が発生していた原因、つまり、厳冬期における安定層２２０からの地熱の外部への放散が、安定層２２０の直上で阻止されることになるからである。つまり、軟弱部分２３０の発生を上記のようにすることによって阻止するのである。

逆に、断熱材３０が、凍上層２１０の中程、あるいは地面２００の上に存在するような施工がなされたとすると、安定層２２０の地熱は、厳冬時において凍上層２１０内、あるいは地表に伝導されてしまうから、従来技術の項で説明したような軟弱部分２３０が当該安定層２２０内に生じてしまうのである。

なお、図２には、複数の断熱材３０を採用した金属杭１００が示してあるが、この場合も、最下段の断熱材３０が、凍上層２１０内であって、この凍上層２１０より下側になる安定層２２０より上側となるように施工されるものであることは言うまでもない。勿論、最下段の断熱材３０より上側の断熱材３０は、断熱効果をさらに高めていることも言うまでもない。

当該金属杭１００を埋設すべき地盤が軟弱であれば、埋設作業時にセメントミルクを流し込むとよい。このセメントミルクは、これが硬化した後に、当該金属杭１００の引き抜き強度を高めるだけでなく、埋設された金属杭１００に錆を発生させないように保護することになるからである。

金属杭１００について、各掘削突起１２の、互いに隣接する少なくとも２個を一組としたときの各組について、各組を構成している掘削突起１２の、埋設本体１０の軸心に直交する方向の長さが、尖端部１０ｂ側から順に大きくなるようにして、作業時にセメントミルクを流し込みながら埋設するとよい。すなわち、各金属杭１００は、各掘削突起１２によって掘削作業が行えるものであるから、金属杭１００を回転させながら所定または規定深さまで埋設してから一旦引き抜くと掘削穴が現れる。そこで、当該金属杭１００を再度埋設するにあたって、当該金属杭１００の周囲にセメントミルクを流し込むようにすると、このセメントミルクは、各掘削突起１２の隙間や周囲の空間から掘削穴内に均等に分散していくことになるのである。

このため、セメントミルクの注入を行いながら、当該金属杭１００を回転させて再度埋設すると、掘削穴の「地盤改良」がなされることになる。何故なら、掘削穴内に均等に注入されたセメントミルクは、掘削された土砂と均等に混ぜられるから、セメントミルクが硬化した後には、金属杭１００を掘削穴内にしっかりと固定することになるのである。

また、以上の埋設時に、金属杭１００の引き抜きと埋設とを複数回繰り返えせば、掘削による土砂とセメントミルクとの混合がより濃密に行われることになる。このため、セメントミルクによる掘削穴の地盤改良がより均一になって、金属杭１００の地盤への固定も均一かつ確実になされることは、言うまでもない。

１００ 金属杭
１０ 埋設本体
１０ａ 連結フランジ
１０ｂ 尖端部
１１ 中空部
１２ 掘削突起
１２ａ 取付フランジ
１２ｂ 外縁フランジ
１２ｃ 外端線
１３ 挿通穴
２０ 取付本体
２０ａ 連結フランジ
２１ 中空部
２２ 連結蓋
２３ 挿通穴
３０ 断熱材
３０ａ 挟持部
３１ 連結部
３２ 挿通穴
４０ 連結部材
２００ 地面
２１０ 凍上層
２２０ 安定層
２３０ 軟弱部分
３００ ソーラーパネル
３１０ 支持枠

Claims (4)

1. ソーラーパネルの支持枠を地面上に固定するための金属杭であって、
   前記地面内に埋設される埋設本体と、前記支持枠側に取り付けられる取付本体と、この取付本体と前記埋設本体との間に介装される断熱材と、この断熱材を介装しながら前期埋設本体及び取付本体とを一体化する連結部材とを備えたことを特徴とするソーラーパネル用の金属杭。
2. 前記埋設本体及び取付本体を金属パイプによって構成するとともに、前記断熱材に、前記埋設本体及び取付本体の中空部内に収納される連結部を形成したことを特徴とする請求項１に記載のソーラーパネル用の金属杭。
3. 前記埋設本体の外周に多数の掘削突起を螺旋状に一体化し、前記埋設本体及び取付本体の互いに対向する端部に、前記断熱材を挟み込む平面視丸形状の連結フランジを形成して、これらの連結フランジ及び前記断熱材の直径を、前記掘削突起の最上段に位置するものの先端が形成する円の直径よりも小さくしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のソーラーパネル用の金属杭。
4. 前記請求項１〜請求項３のいずれかに係る金属杭を地面に施工する方法であって、
   前記金属杭を前記地面への埋設を行うにあたって、前記断熱材が、前記地面の表層側となる凍上層内であって、この凍上層より下側の安定層より上側となるように埋設することを特徴とするソーラーパネル用の金属杭の施工方法。

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