JP6715412B2 - 構造物の基礎構造及びその構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば太陽光発電パネル装置等の構造物の基礎構造及びその構築方法に関し、特に地面の基礎孔に充填されて支柱の下端部を支持する充填剤を含む基礎構造及びその構築方法に関する。

例えば、特許文献１に記載の太陽光発電パネル装置の構築方法によれば、地面に基礎孔を形成し、この基礎孔にセメントミルクを流し込むとともに支柱の下端部（鉄心）を挿入する。セメントミルクが固化することによって支柱の下端部が定着される。その後、支柱上に桟等の架台を組み、太陽光発電パネルを設置する。

特許５４６８７０１号公報

セメントミルク、モルタル、コンクリート等のセメント含有材料は、固化するまでの養生期間（例えば１日以上）が長い。この養生期間中は、架台や太陽光発電パネルの設置を待つ必要があり、工期が長くなってしまう。
本発明は、かかる事情に鑑み、太陽光発電パネル装置その他の構造物の基礎構造に使われる充填剤の養生期間を短縮し、ひいては施工の工期を短縮することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本発明構造は、構造物の支柱を支持する基礎構造であって、
地面に形成された基礎孔に充填された充填剤を備え、
前記充填剤に前記支柱の下端部が埋設されて支持されており、
前記充填剤が、ウレタン系樹脂を含むことを特徴とする。
本発明方法は、構造物の支柱を支持する基礎構造を構築する方法であって、
地面に基礎孔を形成し、
前記基礎孔に支柱の下端部を配置し、
かつ前記基礎孔に充填剤を充填することによって、前記支柱の下端部を前記充填剤に埋設し、
前記充填剤が、ウレタン系樹脂を含むことを特徴とする。
これによって、充填剤の養生時間を短縮でき、ひいては、施工の工期を短縮できる。しかも、基礎構造の充填剤として所要の強度を十分に発現することができる。

前記基礎孔の前記充填剤内に砕石が混在されていることが好ましい。
前記基礎孔に砕石を投入した後、前記充填剤を前記基礎孔に流し込んで充填することが好ましい。
前記砕石の粒径が２．５ｍｍ以上であることが好ましい。

本発明によれば、構造物の基礎構造の充填剤としてウレタン系樹脂を用いることによって、養生時間を短縮でき、ひいては、施工の工期を短縮できる。しかも、基礎構造としての所要強度を十分に発現することができる。

図１は、本発明の一実施形態を示し、太陽光発電パネル装置の断面側面図である。 図２は、前記太陽光発電パネル装置の施工方法における削孔工程を示す断面側面図である。 図３は、前記太陽光発電パネル装置の施工方法における支持治具設置工程を示す断面側面図である。 図４は、前記太陽光発電パネル装置の施工方法における砕石投入工程を示す断面側面図である。 図５は、前記太陽光発電パネル装置の施工方法におけるウレタン液の充填〜硬化工程を示す断面側面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、本実施形態の施工対象の構造物は、太陽光発電パネル装置１である。太陽光発電パネル装置１は、地中の基礎構造１０と、地上の装置上部構造２０とを備えている。

装置上部構造２０は、複数の支柱２１，２１…と、パネル架台２２と、太陽光発電パネル２３を含む。支柱２１の地上部分にパネル架台２２が架設されている。このパネル架台２２上に太陽光発電パネル２３が設置されている。

各支柱２１の設置箇所の地面４には、基礎孔４ａが形成されている。この基礎孔４ａ内に基礎構造１０が構築されている。鉛直な支柱２１の下端部（杭部分）が、基礎構造１０の内部に挿入されて定着されている。地面４は、バックホウ等を用いて改良対象地盤を平面的に掘削し、石灰・セメント・セメント系固化材等を混合しながら埋め戻し、ローラーやランマーにより十分に転圧して締め固める浅層混合処理工法等により地盤改良を行い、標準貫入試験によるＮ値が４以上となることが好ましい。なお、Ｎ値とは、６３．５ｋｇの重りを７５ｃｍの高さから落下させて貫入サンプラーが３０ｃｍもぐるのに必要な打撃回数のことである。

基礎孔４ａの深さすなわち基礎構造１０の高さは、例えば１００ｍｍ〜１５００ｍｍ程度であり、好ましくは５００ｍｍ〜１０００ｍｍ程度であり、より好ましくは８００ｍｍ程度であるが、本発明がこれに限られるものではない。
基礎孔４ａの直径ひいては基礎構造１０の直径は、例えば５０〜２００ｍｍ程度であり、好ましくは１００ｍｍ〜１５０ｍｍ程度であり、より好ましくは１２５ｍｍ程度であるが、本発明がこれに限られるものではない。

基礎構造１０は、充填剤１１のみで形成しても良いが、充填剤１１と、砕石１５を含むことが好ましい。この実施形態では、基礎孔４ａに充填剤１１が充填され、かつ多数の砕石１５が充填剤１１内に分散して混在した状態となっている。なお、充填剤１１と砕石１５は、ウレタン液１１Ａと砕石１５とを混練して基礎孔４ａに充填させても良いが、ウレタン液１１Ａを砕石１５が詰められた基礎孔４ａに流し込むことが好ましい。

砕石１５の粒径は、２．５ｍｍ以上であり、好ましくは５ｍｍ〜８０ｍｍであり、更に好ましくは１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度である。粒径が２．５ｍｍより小さいと、砕石１５間にウレタン液１１ａが流れ込みにくくなって空隙が発生し易くなり、７５ｍｍより大きいと、基礎孔に砕石を投入することが困難になる。砕石１５が充填剤１１内に混在されることにより、基礎構造１０の強度を向上させ、基礎構造としての重量を増やすことができる。なお、粒径２．５ｍｍ以上の砕石とは、ＪＩＳＺ８８０１に規定する２．３６ｍｍの網ふるいでふるい分けた時に通過するものの質量百分率が５％以下の砕石である。

このような砕石としては、コンクリート用砕石としてＪＩＳ４００５、ＪＩＳ２５０５、ＪＩＳ２００５、ＪＩＳ１５０５、ＪＩＳ１３０５、ＪＩＳ１００５、ＪＩＳ８０４０、ＪＩＳ６０４０、ＪＩＳ４０２０、ＪＩＳ２５１５、ＪＩＳ２０１５、ＪＩＳ２５１３、ＪＩＳ２０１３、ＪＩＳ２５１０、ＪＩＳ２０１０、道路用砕石としてＳ−８０（１号）、Ｓ−６０（２号）、Ｓ−４０（３号）、Ｓ−３０（４号）、Ｓ−２０（５号）Ｓ−１３（６号）、その他、ホームセンターなどで購入できるガーデンロックや玉砂利等が挙げられる。

充填剤１１は、ウレタン系樹脂によって構成されている。本発明におけるウレタン系樹脂の材料は、珪酸ソーダ溶液、及びイソシアネート化合物を含むものが好適に用いられる。

珪酸ソーダ溶液としては、Ｎａ_２Ｏ・２ＳｉＯ_２・ａｑ（珪酸ソーダ１号 モル比２）、２Ｎａ_２Ｏ・５ＳｉＯ_２・ａｑ（珪酸ソーダ２号 モル比２．５）、Ｎａ_２Ｏ・３ＳｉＯ_２・ａｑ（珪酸ソーダ３号 モル比３）、Ｎａ_２Ｏ・ｎＳｉＯ_２・ａｑ（特殊珪酸ソーダ モル比１．７〜４）等が挙げられる。Ｎａ_２Ｏ／ＳｉＯ_２のモル比は２．０〜３．０が好ましい。
更に、珪酸ソーダ溶液には、触媒、水、ポリオール、界面活性剤、難燃剤などの添加成分を含んでいてもよい。
珪酸ソーダ溶液の２０℃雰囲気中での比重は、１．２５〜１．７５程度である。
珪酸ソーダ溶液の２５℃雰囲気中の粘度は、各々５００ｍＰａ・ｓ以下、好ましくは１０〜５００ｍＰａ・ｓ、より好ましくは４０〜２５０ｍＰａ・ｓである。

イソシアネート化合物としては、１分子中に少なくとも２つのイソシアネート基を含む化合物であるジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ポリトリレンポリイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー、ポリイソシアネートのイソシアヌレート変性体、カルボジイミド変性体等が挙げられる。好ましくは、１分子中に少なくとも２つのイソシアネート基を含むイソシアネート化合物である。
更に、イソシアネート化合物には、触媒、水、ポリオール、界面活性剤、難燃剤などの添加成分が含まれていてもよい。
イソシアネート化合物の２０℃雰囲気中の比重は、１．１〜１．４程度である。
イソシアネート化合物の２５℃雰囲気中の粘度は、各々５００ｍＰａ・ｓ以下、好ましくは１０〜５００ｍＰａ・ｓ、より好ましくは４０〜２５０ｍＰａ・ｓである。

ここで、珪酸ソーダ溶液及びイソシアネート化合物は、撹拌混合してウレタン液を生成した後、砕石が詰められた基礎孔に流し込んで充填させる際に、ウレタン液を基礎孔内に漏れなく充填させると共に、ウレタン液が基礎孔から地面に浸透しすぎないように、適度な流動性と粘性を有する必要があるため、各々の２５℃の粘度が１０〜５００ｍＰａ・ｓの範囲内であるとよい。

珪酸ソーダ溶液とイソシアネート化合物の混合比（重量比）は、０．６：１．４〜１．４：０．６であり、好ましくは０．８：１．２〜１．２：０．８であり、より好ましくは１：１程度である。
珪酸ソーダ溶液とイソシアネート化合物とを混合して得たウレタン液の比重は、通常１以上であり、好ましくは１．２〜１．４であり、より好ましくは１．３２程度である。比重が１より大きいことで、雨水等の溜まった基礎孔内にウレタン液を充填する場合であっても、水を押し上げ、ウレタン液により充填させることができる。
ウレタン系樹脂は、ほぼ無発泡であることが好ましい。ウレタン系樹脂の発泡倍率は、好ましくは１．０〜１．５程度、より好ましくは１．１程度である。

太陽光発電パネル装置１の構築方法を、基礎構造１０の構築を中心に説明する。
＜削孔＞
図２に示すように、地面４の所定位置にクローラードリル（図示せず）等で基礎孔４ａを形成する。

＜支持治具設置＞
図３に示すように、地上には、支持治具５（テンプレート）を設置する。支持治具５は、水平な梁５ａと、梁５ａを支える脚部５ｂと、梁５ａに設けられた保持部５ｃとを含む。
＜支柱挿入＞
次に、基礎孔４ａに支柱２１の下端部を挿入する。この支柱２１を高さ調整しながら支持治具５の保持部５ｃによって支持させる。保持部５ｃと支柱２１とは、例えばボルト締め等によって連結できる。好ましくは、支柱２１の下端を基礎孔４ａの底部から少し浮かせて支持する。

＜砕石投入＞
次に、図４に示すように、基礎孔４ａの内周と支柱２１との間に砕石１５を投入する。投入量は、基礎孔４ａの地面開口から砕石１５までの深さが例えば０ｍｍ〜１２０ｍｍになる程度とする。

＜ウレタン液生成＞
別途、珪酸ソーダ溶液とイソシアネート化合物を撹拌混合させることで、ウレタン液１１Ａ（図５）を生成する。撹拌混合時間は、６０秒程度である。撹拌混合には、攪拌機を用いることが好ましい。

＜ウレタン液充填＞
図５に示すように、生成したウレタン液１１Ａを基礎孔４ａに流し込むことにより、ウレタン液１１Ａは砕石１５間の隙間を流れて基礎孔４ａ内に充填される。好ましくは、ウレタン液１１Ａを攪拌機からバケツに小分けし、バケツから各基礎孔４ａに流し込む。大型の機械を使用する必要がなく、作業性が良い。
セメントなどを用いる場合、砕石とセメントとを混練して基礎孔４ａに充填させる作業が必要になるため、砕石の重さで混練や基礎孔４ａへの充填に時間と労力が掛かるのに対し、本実施形態によれば、砕石１５の投入、ウレタン液１１Ａの充填と、個別に作業行うことができ、作業性が良く短時間での作業が可能となる。
＜ウレタン液硬化＞
ウレタン液１１Ａは、温度にもよるが、２０℃では２０分程度で硬化して、硬化ウレタン系樹脂からなる充填剤１１となり、強度が発生する。したがって、養生期間がセメント、モルタル、コンクリート等のセメント含有材と比べて極めて短い。

＜上部構造構築＞
この結果、ウレタン液１１Ａの充填後、殆ど時間を置かずに、支柱２１にパネル架台２２を組むことができる（図１）。更に、パネル架台２２に太陽光発電パネル２３を設置する。
このようにして、太陽光発電パネル装置１を短時間で施工することができる。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変をなすことができる。
ウレタン系樹脂は、基礎構造として必要な物性を有し、砕石の詰められた基礎孔に流し込んで充填可能なものであれば、特に限定されない。
施工対象の構造物は、太陽光発電パネル装置１に限られず、標識柱、看板柱等であってもよい。

本発明は、例えば太陽光発電パネル装置の基礎構造に適用可能である。

１ 太陽光発電パネル装置（構造物）
４ 地面
４ａ 基礎孔
５ 支持治具
５ａ 梁
５ｂ 脚部
５ｃ 保持部
１０ 基礎構造
１１ 充填剤
１１Ａ ウレタン液
１５ 砕石
２０ 装置上部構造
２１ 支柱
２２ パネル架台
２３ 太陽光発電パネル

Claims (5)

1. 構造物の支柱を支持する基礎構造であって、
   地面に形成された基礎孔に充填された充填剤を備え、
   前記充填剤に前記支柱の下端部が埋設されて支持されており、
   前記充填剤が、ウレタン系樹脂を含み、
   前記充填剤における、前記基礎孔の地面開口からある深さより下側の部分には砕石が混在され、前記充填剤における前記深さより上側の部分には砕石が含まれていないことを特徴とする構造物の基礎構造。
2. 前記地面開口からの前記深さが、１２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の構造物の基礎構造。
3. 構造物の支柱を支持する基礎構造を構築する方法であって、
   地面に基礎孔を形成し、
   前記基礎孔に支柱の下端部を配置し、
   前記基礎孔に砕石を前記基礎孔の地面開口には達しないように投入し、
   前記投入後、充填剤を前記地面開口から前記基礎孔に流し込んで、前記基礎孔に前記充填剤を充填することによって、前記支柱の下端部を前記充填剤に埋設し、かつ前記充填剤における、前記地面開口からある深さより下側の部分には砕石が混在され、前記充填剤における前記深さより上側の部分には砕石が含まれないようにし、
   前記充填剤が、ウレタン系樹脂を含むことを特徴とする構造物の基礎構造の構築方法。
4. 前記地面開口からの前記深さを１２０ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項３に記載の基礎構造の構築方法。
5. 前記砕石の粒径が２．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３又は４に記載の基礎構造の構築方法。
   
   

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