JP5951852B1 - 杭頭接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】基礎杭に対する構造物支柱の平面方向の位置調整範囲を確保して、杭芯ずれ等の施工誤差を吸収すること。【解決手段】杭頭接合構造１は、外縁部側に周方向に円弧状に延びる円弧状長孔２４ａ〜ｃが周方向に配列されたフランジと、フランジに接合される底面、および２本の支柱１０ａ，１０ｂを間に挟んでこれら支柱と接合される互いに対向する２つの板状部材を備えるベースプレート３０と、固定具と、を備える。底面は、フランジに重ね合わされた際に円弧状長孔２４ａ〜ｃを円周に含む円の内側接線または弦と重なり、円弧状長孔２４ａ〜ｃと重なり合う部分に固定具を貫通させる、対向する２つの横長孔を備える。２つの板状部材は、底面から垂直に延伸し、２本の支柱１０ａ，１０ｂそれぞれと自身とを固定させる固定具を貫通させる縦長孔３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、杭頭接合構造に関し、特に、杭と杭の上部に設置される構造物を接合する杭頭接合構造に関する。

近年、地球温暖化防止を目的として、メガソーラーといった多数基の太陽電池アレイを並設した太陽光発電所の建設が進められている。太陽電池アレイは、太陽光発電パネルを複数枚、直列あるいは並列に結線し、地上に多数設置されたソーラーパネル取付架台それぞれに取り付けられるのが一般的である。

このソーラーパネル取付架台については、ソーラーパネル取付架台に、コンクリート基礎を土台に用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ソーラーパネル取付架台に、コンクリートを使用せずに、杭基礎を土台に用いたものも知られている。ここで、杭基礎とは、基礎杭としてねじ込み式のスクリュー杭（「スパイラル杭」ともいう）を地盤にねじ込んだ上で、そのスパイラル杭の上にソーラーパネル取付架台といった構造物を設置するものである（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１１−９１１６６号公報 実用新案登録第３１８４３２２号

しかしながら、コンクリート基礎は、工期が長くかかりコスト高である。特に、大規模発電所では、基礎の数も膨大となり、掘削、埋戻しの土工事を伴うこともあり、膨大な手間とコストがかかることとなるという問題点があった。また、特許文献２のように、スパイラル杭にソーラーパネル取付架台の支柱が直接接合される場合には、高い杭設置精度が求められる一方で杭を回転で貫入させるため設置精度が確保しにくく、施工速度が遅いという問題点があった。

そこで、本発明は、上記課題に鑑み、基礎杭に対する構造物支柱の平面方向および回転方向の位置調整範囲を確保して杭芯ずれ等の施工誤差を吸収することで、施工が容易で、工期の短縮、コストの低減が図る杭頭接合構造を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の事項を提案している。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。

（１） 本発明は、杭（２０）と当該杭の上に設置される構造物の２本の支柱（１０ａ，１０ｂ）とを接合する杭頭接合構造（１）であって、前記杭の上端部に接合されて外縁部側に前記杭の中心軸を中心に周方向に円弧状に延びる複数の第１の長孔（円弧状長孔２４ａ〜ｄに相当）が周方向に配列されたフランジ（２２）と、当該フランジに重ねられて接合される接合板（底面３１に相当）、および前記２本の支柱を間に挟んで当該支柱と接合される互いに対向する２つの支柱固定板（板状部材３２ａ，３２ｂに相当）を備えるベースプレート（３０）と、前記フランジと前記接合板とを接合する複数の第１の固定具（ボルト５０，ナット５１，ワッシャー５２に相当）と、前記２本の支柱それぞれと前記２つの支柱固定板とを接合する複数の第２の固定具（ボルト４０，ナット４１，ワッシャー４２に相当）と、を備え、前記接合板が、前記フランジに重ねられて接合された際に前記複数の第１の長孔を円周に含む円の内側接線または弦と重なって当該複数の第１の長孔と重なり合う部分に前記第１の固定具を貫通させ、前記２つの支柱固定板を挟んで互いに平行に対向する２つの第２の長孔（横長孔３５ａ，３５ｂに相当）を備え、前記２つの支柱固定板が、前記接合板から垂直に延伸し、前記２本の支柱それぞれと自身とを固定させる前記第２の固定具を貫通させる第３の長孔（縦長孔３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂに相当）を備えることを特徴とする杭頭接合構造を提案している。

（２） 本発明は、（１）の杭頭接合構造において、前記２つの第２の長孔それぞれの前記接合板の中心部からの距離が異なることを特徴とする杭頭接合構造を提案している。

（３） 本発明は、（１）または（２）の杭頭接合構造において、前記２つの支柱固定板が、前記接合板から離れるに従って互いの距離が段階的に広がることを特徴とする杭頭接合構造を提案している。

（４） 本発明は、（１）から（３）の杭頭接合構造において、前記２本の支柱のうち１本の支柱が、前記２つの支柱固定板に傾斜して固定されることを特徴とする杭頭接合構造を提案している。

本発明の杭頭接合構造によれば、杭に対する構造物支柱の平面方向および回転方向の位置調整範囲を確保して杭芯ずれ等の施工誤差が吸収することで、施工が容易で、工期の短縮、コストの低減を図ることができるという効果がある。

本発明の一実施形態に係る杭頭接合構造の斜視図を示す。 本発明の一実施形態に係る杭頭接合構造の断面図を示す。 本発明の一実施形態に係る杭の斜視図を示す。 本発明の一実施形態に係るベースプレートの斜視図を示す。 本発明の一実施形態に係るベースプレートの側面図を示す。 本発明の一実施形態に係るベースプレートの板状部材の変形例の側面図を示す。 本発明の一実施形態に係る杭頭接合構造の横断面図を示す。 本発明の一実施形態に係る杭頭接合構造の横断面図を示す。 本発明の一実施形態に係る杭頭接合構造の横断面図を示す。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態において、同一部材や形状であっても位置等が異なることで区別する場合には符号に英字を付し、区別しない場合には符号のみで表す。なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る杭頭接合構造１の斜視図を示す。図２は、本発明の一実施形態に係る杭頭接合構造１の断面図を示す。

図１および図２に示すように、本実施形態に係る杭頭接合構造１は、支柱１０、杭２０、およびベースプレート３０とから構成される。支柱１０はベースプレート３０にボルト４０、ナット４１、およびワッシャー４２を用いてそれぞれ接合される。ベースプレート３０は、杭２０にボルト５０、ナット５１、およびワッシャー５２を用いて接合される。

杭頭接合構造１の支柱１０およびベースプレート３０は地面Ｇより上に位置する。そして、杭２０においては、杭２０の上端部が地面Ｇより上方に位置し、一方、杭２０の下端部が、地面Ｇに埋設される。

支柱１０は、構造物の支柱や構造物を支持する支柱であって、例えば、ソーラーパネル取付架台の支柱である。図１および図２において、支柱１０は角筒であるが、支柱１０は筒体であればよく、例えば、円筒であってもよい。支柱１０ａはベースプレート３０に垂直に接合され、支柱１０ｂはベースプレート３０に傾斜して接合される。なお、支柱１０ａが傾斜して接合され支柱１０ｂが垂直に接合されてもよいし、支柱１０ａ，１０ｂの両方が傾斜して固定されてもよい。

支柱１０には、支柱ボルト挿通孔（図示せず）が対向して２つ形成されている。支柱１０ａの支柱ボルト挿通孔と支柱１０ａを挟んで対向する２つの縦長孔３３ａ，３４ａとを貫通したボルト４０ａにナット４１を締め付けることにより、支柱１０ａはベースプレート３０に接合される。なお、図１および図２のように、ナット４１とベースプレート３０との間にワッシャー４２を挟んでもよい。支柱１０ｂについても同様に、支柱１０ｂの支柱ボルト挿通孔と対向する２つの縦長孔３３ｂ，３４ｂとを貫通したボルト４０ｂにナット４１を締め付けることにより、ベースプレート３０に接合される。

図３に示す、本発明の一実施形態に係る杭２０の斜視図を用いつつ、杭２０について詳細に説明する。杭２０は、杭本体２１の頭部にフランジ２２が接合された構造となっている。杭本体２１は、鉛直方向に延在する、例えば、円筒状の鋼管である。杭本体２１は、スクリュー２３が一体になっており、杭２０を回転させながら、杭２０は地中（図示せず）に打ち込まれる。

フランジ２２は、平面視において、杭本体２１の直径よりも大きい外径を有する板状部材であって、例えば、円形状である。そして、フランジ２２の中心点１００は、杭２０の円筒部の中心軸上に位置している。フランジ２２には、杭本体２１の外周面よりも半径方向外側の位置に、中心点１００を中心として周方向に円弧状に延びる円弧状長孔２４が周方向に複数配列されている。円弧状長孔２４は、ボルト５０が貫通できるように、ボルト５０の直径よりもわずかに大きくなっているのが望ましい。図において、フランジ２２には４つの円弧状長孔２４が形成されていて、これらの円弧状長孔２４を区別する場合には配列の順に円弧状長孔２４ａ〜円弧状長孔２４ｄとして表す。

フランジ２２上には、図１および図２に示したように、ベースプレート３０が接合される。この接合は、横長孔３５ａと円弧状長孔２４ａとを挿通したボルト５０ａにナット５１を締め付けること、および横長孔３５ｂと円弧状長孔２４ｃとを挿通したボルト５０ｂにナット５１を締め付けることにより行われる。フランジ２２上とベースプレート３０との接合の詳細については後述する。

ベースプレート３０は、支柱１０ａ，１０ｂと杭２０との間に配置され、それぞれと接合されることで、支柱１０ａ，１０ｂと杭２０とを接合する。

図４に、本発明の一実施形態に係るベースプレート３０の斜視図を示す。図５に、本発明の一実施形態に係るベースプレート３０の側面図を示す。図４および図５を用いて、ベースプレート３０について詳細に説明する。

ベースプレート３０は、図４および図５において、底面３１が四角形の板状部材であるが、底面３１の外形形状や厚みは任意であって、例えば、底面３１が六角形でもよく、板状ではなくブロック状であってもよい。

ベースプレート３０は、底面３１に垂直に備えられ、ベースプレート３０の中心線１０２に対して対称に配置された２枚の板状部材３２ａ，３２ｂを備える。２枚の板状部材３２ａ，３２ｂは、底面３１に溶接等により接合され、底面３１と一体となっている。板状部材３２ａ，３２ｂの間には、図１に示したように支柱１０ａ，１０ｂが嵌め込まれる。そのため、板状部材３２ａ，３２ｂは、支柱１０ａ，１０ｂの幅分離れている必要がある。

なお、様々な幅の支柱に対応できるように、ベースプレート３０をＡ−Ａ矢方向からみた側面図である図６に示すように、板状部材３６ａ，３６ｂ間の距離が板状部材３６ａ，３６ｂの上方に向かって段階的に広くなるように形成することで、様々な幅の支柱に対応できるようにしてもよい。また、板状部材３２ａ，３２ｂの少なくとも一方を可動できるように構成し、支柱１０ａ，１０ｂの幅に合わせて板状部材３２ａ，３２ｂ間の距離を変えるようにしてもよい。

２枚の板状部材３２ａ，３２ｂそれぞれには、底面３１と垂直に２つの縦長孔が設けられている。板状部材３２ａの２つの縦長孔３３ａ，３３ｂは、それぞれが支柱１０ａ，１０ｂと接合された際に両支柱がぶつからない距離を少なくとも空けて板状部材３２ａに設けられている。板状部材３２ｂも同様の縦長孔３４ａ，３４ｂが設けられている。なお、縦長孔３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂも、円弧状長孔２４と同じように、ボルト４０が貫通できるように、ボルト４０の直径よりもわずかに大きくなっているのが望ましい。

また、底面３１には、板状部材３２ａ，３２ｂの中心線方向外側に２つの横長孔３５ａ，３５ｂが設けられている。横長孔３５ａ，３５ｂは、中心線１０２に対して長孔の長さ方向が平行に設けられている。

まず、横長孔３５ａ，３５ｂの位置について説明する。中心線１０２から横長孔３５ａの中心線方向内側辺までの距離１０３は、中心線１０２から板状部材３２ａの中心線方向外側辺までの距離３８以上になっている。そして、中心線１０２から横長孔３５ａの中心線方向内側辺までの距離１０３は、フランジ２２の中心点１００から円弧状長孔２４の中心点方向内側円弧までの距離以下になっている。

横長孔３５ｂについても同様に、中心線１０２から横長孔３５ｂの中心線方向内側辺までの距離は、中心線１０２から板状部材３２ｂの中心線方向外側辺までの距離以上になっている。そして、中心線１０２から横長孔３５ｂの中心線方向内側辺までの距離は、フランジ２２の中心点１００から円弧状長孔２４の中心点方向内側円弧までの距離以下になっている。

その理由としては、中心線１０２から横長孔３５ａ，３５ｂの中心線方向内側辺までの距離がフランジ２２の中心点１００から円弧状長孔２４の中心点方向内側円弧までの距離よりも長くなると、ベースプレート３０とフランジ２２とを重ねた際に、上方から見て横長孔３５ａ，３５ｂの両方が円弧状長孔２４と重なることができなくなるためである。

なお、図４および図５において、横長孔３５ａ，３５ｂは中心線１０２から等距離にあるが、中心線１０２からの距離が異なってもよい。

次に、横長孔３５ａ，３５ｂの長さについて説明する。ベースプレート３０の底面３１とフランジ２２とを重ねた際に上方から見て、横長孔３５ａ，３５ｂといずれかの円弧状長孔２４とが重なりあった部分にボルト５０を貫通させて、貫通させたボルト５０にナット５１を締め付けることでベースプレート３０とフランジ２２とは接合される。そのため、横長孔３５ａ，３５ｂそれぞれは、円弧状長孔２４を含む円周の内側接線または弦と重なり、そして、いずれかの円弧状長孔２４と重なる部分を有する必要がある。従って、ベースプレート３０の底面３１とフランジ２２とを重ねた際に、横長孔３５ａ，３５ｂそれぞれといずれかの円弧状長孔２４とが重なる部分がボルト５０を貫通できる程度の大きさとなるように、横長孔３５ａ，３５ｂの長さは決定される。

次に、ベースプレート３０とフランジ２２との接合の詳細および位置調整について説明する。まず、杭頭接合構造１の横断面を示す図７（ａ）および図８を用いて、横長孔３５ａ，３５ｂが中心線１０２から等距離にあるベースプレート３０とフランジ２２の接合の詳細および位置調整について説明する。

図７（ａ）は、図１に示す杭頭接合構造１の横断面図を示す。図に示すように、ベースプレートの横長孔３５ａは、フランジ２２の円弧状長孔２４ａ，２４ｂの一部と重なっている。また、ベースプレートの横長孔３５ｂは、フランジ２２の円弧状長孔２４ｃ，２４ｄの一部と重なっている。重なり部分にボルトを挿通させ、図においては、横長孔３５ａと円弧状長孔２４ａとの重なり部分にボルト５０ａを挿通させ、横長孔３５ｂと円弧状長孔２４ｃとの重なり部分にボルト５０ｂを挿通させ、それぞれのボルトをナット５１で締め付けることにより、フランジ２２とベースプレート３０とが接合される。なお、ボルトは横長孔と円弧状長孔とが重なっている部分に挿通されればよく、図に示す位置に限られない。また、ボルトは２本以上使用してもよい。

図８は、図７（ａ）のフランジ２２のみが右に４５度回転した後を示す横断面図である。杭２０はスクリュー２３を備えていることによりフランジ２２は回転し、図７（ａ）および図８に示すように、ベースプレート３０の横長孔３５ａ，３５ｂに対するフランジ２２の円弧状長孔２４の位置は変化する。しかしながら、図８に示すように、円弧状長孔２４の位置が変化しても、横長孔３５ａ，３５ｂは円弧状長孔２４ａ，２４ｃと重なり合い、その重なりにボルト５０ａ，５０ｂそれぞれを挿通させることで接合することができる。したがって、ベースプレート３０の横長孔３５ａ，３５ｂに対してフランジ２２の円弧状長孔２４がどの位置にあっても、フランジ２２とベースプレート３０とを接合することができる。

図７に戻って、横長孔３５ａ，３５ｂが垂直方向（Ｙ１方向，Ｙ２方向）に伸びていることにより、横長孔３５と円弧状長孔２４とが重なった部分を有したまま、ベースプレート３０は垂直方向（Ｙ１方向，Ｙ２方向）に移動可能である。例えば、図７（ｂ）に示すように、ベースプレート３０をＹ１方向に移動させて、フランジ２２とベースプレート３０とを接合することができる。

したがって、ベースプレート３０が垂直方向（Ｙ１方向，Ｙ２方向）に移動可能であることにより、支柱１０も垂直方向に移動可能である。その結果、施工誤差により杭２０が正位置から垂直方向（Ｙ１方向，Ｙ２方向）にずれた場合であっても、支柱１０を正位置に設置することができる。

次に、図９を用いて、横長孔３８ａ，３８ｂが中心線１０２から異なる距離にあるベースプレート３７とフランジ２２との接合の詳細および位置調整について説明する。ここで、横長孔３８ａ，３８ｂが中心線１０２から異なる距離にあるとは、すなわち、中心線１０２と横長孔３８ａの中心線方向内側辺の距離と、中心線１０２と横長孔３８ｂの中心線方向内側辺の距離が異なることであって、図においては、中心線１０２と横長孔３８ｂの中心線方向内側辺の距離に比べ、中心線１０２と横長孔３８ａの中心線方向内側辺の距離が短くなっている。

横長孔３８ａ，３８ｂも、図７の場合と同様に、垂直方向（Ｙ１方向，Ｙ２方向）に伸びていることにより、ベースプレート３７は垂直方向（Ｙ１方向，Ｙ２方向）に移動可能であって、その結果、支柱１０が垂直方向に移動可能である。

横長孔３８ａ，３８ｂの中心線１０２からの距離が異なることにより、中心線１０２からの距離が短い横長孔３８ａの水平方向（Ｘ１方向）にベースプレート３７を移動させても、横長孔３８ａ，３８ｂの両方が円弧状長孔２４と重なり合う部分を有する状態を継続することができる。例えば、図９（ｂ）に示すように、ベースプレート３７をＸ１方向に移動させて、フランジ２２とベースプレート３７とを接合することができる。ただし、横長孔３８ａが移動可能なのは、図９（ｂ）に示すように、横長孔３８ａの中心線方向外側辺が円弧状長孔２４ａ，２４ｂの中心方向外側円周と接する位置までである。この位置を越えると、横長孔３８ａ，３８ｂのいずれか一方が円弧状長孔２４と重なり合う部分を有さなくなるからである。

図９に示した例では、Ｘ１方向にしかベースプレート３７は移動できないが、ベースプレート３７を１８０度回転させて使用すれば、ベースプレート３７をＸ２方向に移動させることができる。

このように、ベースプレート３７を水平方向（Ｘ１方向，Ｘ２方向）移動させることができることにより、支柱１０を水平方向にも移動可能である。その結果、施工誤差により杭２０が正位置から垂直方向（Ｙ１方向，Ｙ２方向）および水平方向（Ｙ１方向，Ｙ２方向）にずれた場合であっても、支柱１０を正位置に設置することができる。

以上、説明したように、本実施形態によれば、杭のフランジ上において、ベースプレートが垂直方向、または垂直方向および水平方向に移動可能であることによって、杭に対する構造物支柱の平面方向の位置調整範囲を確保できる。その結果、杭芯ずれ等の施工誤差を容易に補正することができ、施工が容易で、工期の短縮、コストの低減を図ることができる。

以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１ 杭頭接合構造
１０ａ〜ｂ 支柱
２０ 杭
２１ 杭本体
２２ フランジ
２３ スクリュー
２４ 円弧状長孔
３０，３７ ベースプレート
３１ 底面
３２ａ〜ｂ 板状部材
３３ａ〜ｂ，３４ａ〜ｂ 縦長孔
３５ａ〜ｂ，３８ａ〜ｂ 横長孔
４０ａ〜ｂ，５０ａ〜ｂ ボルト
４１，５１ ナット
４２，５２ ワッシャー

Claims (4)

1. 杭と当該杭の上に設置される構造物の２本の支柱とを接合する杭頭接合構造であって、
   前記杭の上端部に接合されて外縁部側に前記杭の中心軸を中心に周方向に円弧状に延びる複数の第１の長孔が周方向に配列されたフランジと、
   当該フランジに重ねられて接合される接合板、および前記２本の支柱を間に挟んで当該支柱と接合される互いに対向する２つの支柱固定板を備えるベースプレートと、
   前記フランジと前記接合板とを接合する複数の第１の固定具と、
   前記２本の支柱それぞれと前記２つの支柱固定板とを接合する複数の第２の固定具と、
   を備え、
   前記接合板が、前記フランジに重ねられて接合された際に前記複数の第１の長孔を円周に含む円の内側接線または弦と重なって当該複数の第１の長孔と重なり合う部分に前記第１の固定具を貫通させ、前記２つの支柱固定板を挟んで互いに平行に対向する２つの第２の長孔を備え、
   前記２つの支柱固定板が、前記接合板から垂直に延伸し、前記２本の支柱それぞれと自身とを固定させる前記第２の固定具を貫通させる第３の長孔を備えることを特徴とする杭頭接合構造。
2. 前記２つの第２の長孔それぞれの前記接合板の中心部からの距離が異なることを特徴とする請求項１に記載の杭頭接合構造。
3. 前記２つの支柱固定板が、前記接合板から離れるに従って互いの距離が段階的に広がることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の杭頭接合構造。
4. 前記２本の支柱のうち１本の支柱が、前記２つの支柱固定板に傾斜して固定されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の杭頭接合構造。

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