JP7158299B2 - 洋上風力発電用基礎構造および洋上風力発電用基礎構造の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、洋上風力発電用基礎構造および洋上風力発電用基礎構造の施工方法に関するものである。

洋上風車の基礎形式には、モノパイル基礎、杭基礎、重力式基礎等がある。洋上風車を海底地盤が硬い外洋に設置する場合には重力式基礎が有効である。洋上風車を比較的浅い海域に設置する場合には、海底地盤上にフーチングの杭基礎を設置し、フーチングの上部に設けた作業ステージの作業台から各種の機械を用いて海底地盤に杭を打設し、その頭部をフーチングに固定する基礎構造などもある（例えば、特許文献１参照）。

特許第４６９６８５４号公報

しかしながら、特許文献１記載の方法のように杭を用いる基礎形式では、特に海底地盤が岩盤である場合、杭を打設するのに時間がかかったり、杭の打設時に岩盤が割れて想定した支持力が得られなかったりする。しかし、杭打ちを行わない重力式基礎では、近年は洋上風車が大型化しているため、それに見合う大きさの重力式基礎を施工するのは容易ではない。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、海底に設置される重力式基礎を大幅に小型化して工期および工費を縮減できる洋上風力発電用基礎構造および洋上風力発電用基礎構造の施工方法を提供することである。

前述した目的を達成するために第１の発明は、洋上風力発電用基礎構造であって、海底に設置される直接基礎と、前記直接基礎上に設置され、上部に風車タワーが設置される洋上風力発電の下部構造体と、を具備し、前記直接基礎及び前記下部構造体は、海底地盤に対してグランドアンカーによって固定され、前記グランドアンカーの一端は海底地盤に定着され、前記グランドアンカーの他端は、前記下部構造体の海上部分に形成された定着部に定着され、前記直接基礎は、外殻と、前記外殻内に充填された砂またはコンクリートと、前記外殻に固定されたトランジションピースと、を有し、前記トランジションピースは筒状であり、前記トランジションピースの下部が前記外殻の底部に固定され、前記トランジションピースの上部が前記外殻から突出して形成され、前記下部構造体の下方が前記トランジションピースの内側に挿入され、前記下部構造体は、前記トランジションピースと接合されることを特徴とする洋上風力発電用基礎構造である。

第１の発明では、直接基礎とグランドアンカーとを併用することにより、グランドアンカーによって鉛直力を導入して波力等による転倒に対する安定性を高めることができるので、海底に設置される直接基礎を大幅に小型化し、工期および工費を縮減できる。また、グランドアンカーの他端が下部構造体の海上部分に形成された定着部に定着されるので、グランドアンカーを施工する際に水中でのダイバー作業が不要となる。

少なくとも一部の前記グランドアンカーは、前記下部構造体の内部を貫通してもよい。この場合、前記下部構造体は鋼製またはコンクリート製のタワーであり、前記タワーの内部には中詰め材が充填され、前記中詰め材の上部において、前記タワーの内部に前記定着部が固定されることが望ましい。
グランドアンカーを下部構造体の内部を貫通させれば、グランドアンカーを海水による腐食や漂流物による損傷から保護することができる。また、タワーの内部に中詰め材を充填すれば、洋上風力発電用基礎構造の重量を増加させて波力等に対する安定性を保つことができる。

少なくとも一部の前記グランドアンカーは、前記下部構造体の外側に配置されてもよい。この場合、前記グランドアンカーは鉛直方向に対して傾斜して配置され、複数の前記グランドアンカー同士の間隔が、下方に行くにつれて広がるように配置されてもよい。
グランドアンカーを下部構造体の外側に配置したり、グランドアンカーを鉛直方向に対して傾斜して配置したりすれば、グランドアンカーの効果をよりよく得られるような合理的な配置が可能となる。また、グランドアンカーが直接基礎を貫通しないように配置することができる。

前記直接基礎は、外殻と、前記外殻内に充填された砂またはコンクリートと、前記外殻に固定されたトランジションピースと、を有し、前記下部構造体は、前記トランジションピースと接合されることが望ましい。
直接基礎を予め製作された外殻と現場で充填される砂またはコンクリートによって構成すれば、海底に直接基礎を容易に設置できる。

第２の発明は、洋上風力発電用基礎構造であって、海底に設置される直接基礎と、前記直接基礎上に設置され、上部に風車タワーが設置される洋上風力発電の下部構造体と、を具備し、前記直接基礎は、外殻と、前記外殻内に充填された砂またはコンクリートと、前記外殻に固定されたトランジションピースと、を有し、前記トランジションピースは筒状であり、前記トランジションピースの下部が前記外殻の底部に固定され、前記トランジションピースの上部が前記外殻から突出して形成され、前記下部構造体の下方が前記トランジションピースの内側に挿入され、前記下部構造体は、前記トランジションピースと接合され、前記直接基礎及び前記下部構造体は、海底地盤に対してグランドアンカーによって固定されることを特徴とする洋上風力発電用基礎構造である。

第２の発明では、直接基礎とグランドアンカーを併用することにより、グランドアンカーによって鉛直力を導入して波力等による転倒に対する安定性を高めることができるので、海底に設置される直接基礎を大幅に小型化し、工期および工費を縮減できる。また、直接基礎を予め製作された外殻と現場で充填される砂またはコンクリートによって構成することにより、海底に直接基礎を容易に設置できる。

直接基礎の外殻に砂又はコンクリートが充填される場合、前記直接基礎には鞘管が埋設されており、前記グランドアンカーは、前記鞘管を貫通して地盤に定着されることが望ましい。
鞘管を埋設すれば、グランドアンカーを直接基礎に容易に貫通させることができる。

前記グランドアンカーには、光ファイバセンサが配置され、前記光ファイバセンサによって、前記グランドアンカーの張力を計測可能としてもよい。
これにより、供用時にグランドアンカーの不具合を遠隔管理することができ、基礎構造の安全性を担保できる。

第３の発明は、洋上風力発電用基礎構造の施工方法であって、海底に直接基礎を設置する工程ａと、前記直接基礎上に、上部に風車タワーが設置される洋上風力発電の下部構造体を設置する工程ｂと、海底地盤に対してグランドアンカーの一端を定着する工程ｃと、前記下部構造体の海上部分に形成された定着部に、前記グランドアンカーの他端を定着する工程ｄと、を具備し、前記工程ａは、トランジションピースが固定された外殻を曳航して現場まで運搬して、海底に前記外殻を沈設する工程ｅと、前記外殻内にコンクリート又は砂を充填する工程ｆと、を具備し、前記トランジションピースは筒状であり、前記トランジションピースの下部が前記外殻の底部に固定され、前記トランジションピースの上部が前記外殻から突出して形成されており、前記工程ｂにおいて、前記下部構造体の下方が前記トランジションピースの内側に挿入され、前記下部構造体が、前記トランジションピースと接合されることを特徴とする洋上風力発電用基礎構造の施工方法である。

第３の発明では、直接基礎とグランドアンカーとを併用することにより、グランドアンカーによって鉛直力を導入して波力等による転倒に対する安定性を高めることができるので、海底に設置される直接基礎を大幅に小型化し、工期および工費を縮減できる。また、グランドアンカーの他端を下部構造体の海上部分に形成された定着部に定着することにより、グランドアンカーを施工する際に水中でのダイバー作業が不要となる。

前記工程ａは、トランジションピースが固定された外殻を曳航して現場まで運搬して、海底に前記外殻を沈設する工程ｅと、前記外殻内にコンクリート又は砂を充填する工程ｆと、を具備することが望ましい。
予め製作された外殻を沈設し、コンクリート又は砂を現場で充填すれば、海底に直接基礎を容易に設置できる。

第４の発明は、洋上風力発電用基礎構造の施工方法であって、トランジションピースが固定された外殻を曳航して現場まで運搬して、海底に前記外殻を沈設し、前記外殻内にコンクリート又は砂を充填することで、海底に直接基礎を設置する工程ａと、海底地盤に対してグランドアンカーの一端を定着する工程ｂと、前記直接基礎に前記グランドアンカーの他端を定着する工程ｃと、前記直接基礎上に、上部に風車タワーが設置される洋上風力発電の下部構造体を設置する工程ｄと、を具備し、前記トランジションピースは筒状であり、前記トランジションピースの下部が前記外殻の底部に固定され、前記トランジションピースの上部が前記外殻から突出して形成されており、前記工程ｄにおいて、前記下部構造体の下方が前記トランジションピースの内側に挿入され、前記下部構造体が、前記トランジションピースと接合されることを特徴とする洋上風力発電用基礎構造の施工方法である。

第４の発明では、直接基礎とグランドアンカーを併用することにより、グランドアンカーによって鉛直力を導入して波力等による転倒に対する安定性を高めることができるので、海底に設置される直接基礎を大幅に小型化し、工期および工費を縮減できる。また、予め製作された外殻を沈設し、コンクリート又は砂を現場で充填することにより、海底に直接基礎を容易に設置できる。

直接基礎の外殻にコンクリート又は砂を充填する場合、前記直接基礎には鞘管が埋設されており、前記コンクリート又は砂は前記鞘管の外部に充填し、前記グランドアンカーを前記鞘管に挿通して地盤に定着することが望ましい。
鞘管を埋設すれば、グランドアンカーを直接基礎に容易に貫通させることができる。

本発明によれば、海底に設置される重力式基礎を大幅に小型化して工期および工費を縮減できる洋上風力発電用基礎構造および洋上風力発電用基礎構造の施工方法を提供できる。

海底の岩盤１に外殻５を沈設する工程を示す図。 直接基礎２１上にタワー２３を設置する工程を示す図。 グランドアンカー３９を打設する工程を示す図。 グランドアンカー３９を打設する工程を示す図。 タワー２３に風車タワー４７を設置する工程を示す図。 基礎構造４５の水平方向の断面を示す図。 アンカー体３７付近の拡大図。 基礎構造４５ａを示す図。 基礎構造４５ａを示す図。 グランドアンカーが鉛直方向に対して傾斜して配置された例を示す図。 グランドアンカーが鉛直方向に対して傾斜して配置された例を示す図。 基礎構造４５ｄを施工する工程を示す図。 基礎構造４５ｅを示す図。 中詰め砂５３を充填した例を示す図。 光ファイバセンサ５５を配置した例を示す図。

以下、図面に基づいて本発明の第１の実施形態について詳細に説明する。図１は、海底の岩盤１に外殻５を沈設する工程を示す図である。図１（ａ）は外殻５を曳航している状態を、図１（ｂ）は外殻５を沈設した状態を示す。

図１に示す工程では、図１（ａ）に示すように外殻５を海面３上で曳航して施工現場まで運搬する。図１に示すように、外殻５にはトランジションピース９が固定される。トランジションピース９内には、外殻５の底面７を貫通する鞘管１１が配置され、鞘管１１の下端部は蓋１５で閉塞される。外殻５は工場等で予め製作されたプレキャストコンクリート製、鋼製等とする。外殻５内には鉄筋１３が配置される。

現場まで外殻５を曳航したら、外殻５およびトランジションピース９内に水を入れ、図１（ｂ）に示すように海底の岩盤１上に沈設する。

図２は、直接基礎２１上にタワー２３を設置する工程を示す図である。図２（ａ）は直接基礎２１を設置した状態を、図２（ｂ）はタワー２３を設置した状態を示す。タワー２３は上部に風車タワー４７（図５参照）が設置される洋上風力発電の下部構造体である。タワー２３は、鋼製またはコンクリート製である。

図２に示す工程では、図２（ａ）に示すように注入管１７を用いて外殻５内およびトランジションピース９内に水中不分離性コンクリートを打設し、コンクリート１９を充填する。コンクリート１９は鞘管１１の外部に充填される。これにより、外殻５にトランジションピース９が固定され、外殻５内にコンクリート１９が充填された直接基礎２１が岩盤１上に設置される。また、鞘管１１が直接基礎２１に埋設される。

コンクリート１９を充填したら、コンクリート１９が硬化する前に図２（ｂ）に示すようにタワー２３をトランジションピース９に挿入し、タワー２３とトランジションピース９との隙間に水中不分離性のグラウト材２７を充填する。これにより、タワー２３が直接基礎２１上に設置されてトランジションピース９と接合され、重力式基礎２２が構築される。

タワー２３の内部には、海面３より上の部分に定着板２５が設けられる。定着板２５は、図示しないブラケットにより支持されてタワー２３の内周面に固定される。定着板２５は、ガイド孔３５と、充填用孔２６とを有する。ガイド孔３５は平面視でグランドアンカー３９（図３参照）に対応する位置に設けられる。充填用孔２６はガイド孔３５と連ならないように設けることが望ましい。

図３、図４は、グランドアンカー３９を打設する工程を示す図である。図３に示す工程では、タワー２３の海上部分に作業用のデッキ２９を設置して、ケーシングパイプ３３で孔壁を保護しつつデッキ２９上のクローラードリル３１で岩盤１を削孔する。なお、鞘管１１の蓋１５は岩盤１の削孔前の適切な時期に撤去される。

そして、グランドアンカー３９を打設し、グランドアンカー３９の下端をアンカー体３７によって岩盤１に定着する。このとき、ケーシングパイプ３３のガイドとして、ガイド孔３５および鞘管１１を用いる。また、図４に示すようにグランドアンカー３９の上端を定着具４１によって定着板２５に定着する。グランドアンカー３９の定着具４１側での反力は定着板２５を介してタワー２３に伝達される。

図５は、タワー２３に風車タワー４７を設置する工程を示す図である。図５に示す工程では、定着板２５の充填用孔２６を用いてタワー２３内に中詰め砂４３を充填する。これにより、洋上風力発電用の基礎構造４５が完成する。基礎構造４５が完成したら、タワー２３の上端のフランジ２４と風車タワー４７の下端のフランジ４６とを接合して、タワー２３の上部に風車タワー４７を設置する。

図６は、基礎構造４５の水平方向の断面を示す図である。図６は、図５に示す矢印Ａ－Ａによる断面図である。図７は、アンカー体３７付近の拡大図である。

図６に示すように、グランドアンカー３９は、例えば、２つの同心円上に配置される。ここで、外側に配置されたグランドアンカー３９－１と内側に配置されたグランドアンカー３９－２とが十分に離れていれば、図７（ａ）に示すようにアンカー体３７－１とアンカー体３７－２とを同一の深さに形成することができる。グランドアンカー３９－１とグランドアンカー３９－２とが近接していれば、図７（ｂ）に示すようにアンカー体３７－１とアンカー体３７－２とを異なる深さに形成することが望ましい。

このように、第１の実施形態の基礎構造４５では、直接基礎２１とグランドアンカー３９とを併用し、波力等による転倒や引き抜きに対する安定性を満たすために必要となる抑えの鉛直力をグランドアンカー３９に導入することで、押込み側の力を直接基礎２１から岩盤１に伝え、引抜き側の力に対してグランドアンカー３９で抵抗することができる。また、タワー２３の内部に中詰め砂４３を充填することにより、重力式基礎２２の重量を増加させることができる。そのため、海底の岩盤１上に設置される直接基礎２１を大幅に小型化しても、波力等に対する安定性を保つことが可能になる。

また、グランドアンカー３９の上端をタワー２３の海上部分に形成された定着板２５に定着することにより、水中でのダイバー作業なしでグランドアンカー３９を施工できる。さらに、グランドアンカー３９をタワー２３の内部を貫通するように配置することにより、海水による腐食や漂流物による損傷から保護することができる。

第１の実施形態では、トランジションピース９が固定された外殻５を岩盤１上に沈設した後、外殻５内にコンクリート１９を充填することにより、直接基礎２１を容易に施工することができる。また、コンクリート１９に鞘管１１を埋設することにより、グランドアンカー３９を直接基礎２１に容易に貫通させることができる。

以下、本発明の別の例について、第２から第４の実施形態として説明する。各実施形態はそれまでに説明した実施形態と異なる点について説明し、同様の構成については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。また、第１の実施形態も含め、各実施形態で説明する構成は必要に応じて組み合わせることができる。

第２の実施形態について説明する。図８、図９は、本発明の第２の実施形態に係る基礎構造４５ａを示す図である。図９は、図８に示す矢印Ｂ－Ｂによる断面図である。

この基礎構造４５ａは、グランドアンカー３９ａがタワー２３の外側に配置される点で第１の実施形態の基礎構造４５と主に異なる。

基礎構造４５ａでは、直接基礎２１ａに埋設される鞘管１１ａが、トランジションピース９の外側に配置される。また、タワー２３の内部に定着板が設けられず、海面３より上方においてタワー２３の外側に設置された定着台２９ａにガイド孔３５ａが設けられる。さらに、ガイド孔３５ａから鞘管１１ａに亘るシース管４９が配置される。定着台２９ａは本設とし、グランドアンカー３９ａを定着できる厚みを有する。

基礎構造４５ａを施工する際には、第１の実施形態と同様の手順で直接基礎２１ａを設置し、直接基礎２１ａ上にタワー２３を設置した後、ガイド孔３５ａおよび鞘管１１ａをガイドとして定着台２９ａから図示しない機械を用いて岩盤１を削孔し、シース管４９を設置する。そして、シース管４９にグランドアンカー３９ａを挿入して打設する。グランドアンカー３９ａの下端はアンカー体３７ａによって岩盤１に定着し、上端は定着具４１ａによって定着台２９ａに定着する。その後、タワー２３内に中詰め砂４３を充填して基礎構造４５ａを完成し、タワー２３の上部に風車タワー４７を設置する。

図９に示すように、グランドアンカー３９ａは、例えば、基礎構造２１ａの外殻５ａの内側に二重に配置される。図８に示す例では外側と内側のアンカー体３７ａを同一の深さに形成したが、図７（ｂ）に示す例のようにアンカー体３７ａを異なる深さに形成してもよい。

このように、第２の実施形態の基礎構造４５ａにおいても、直接基礎２１ａとグランドアンカー３９ａとを併用し、タワー２３の内部に中詰め砂４３を充填すること、岩盤１上に沈設した外殻５ａ内にコンクリート１９を充填すること、コンクリート１９に鞘管１１ａを埋設することにより、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

第２の実施形態では、グランドアンカー３９ａの上端をタワー２３の海上部分に形成された定着台２９ａに定着することにより、水中でのダイバー作業なしでグランドアンカー３９ａを施工できる。また、グランドアンカー３９ａをタワー２３の外側に配置することにより、内側に配置する場合よりもグランドアンカー３９ａの効果をよりよく得られる。さらに、シース管４９を設けることにより、グランドアンカー３９ａの海水による腐食や漂流物による損傷を防ぐことができる。

なお、第２の実施形態では、グランドアンカー３９ａを鉛直に配置したが、グランドアンカーを鉛直方向に対して傾斜して配置し、複数のグランドアンカー同士の間隔が、下方に行くにつれて広がるように配置してもよい。

図１０、図１１は、グランドアンカーが鉛直方向に対して傾斜して配置された例を示す図である。図１０に示す基礎構造４５ｂでは、複数のグランドアンカー３９ｂ同士の間隔が下方に行くにつれて広がる。グランドアンカー３９ｂは、直接基礎２１ｂに斜めに埋設され外殻５ｂを貫通する鞘管１１ｂとガイド孔３５ｂとをガイドとして打設され、下端がアンカー体３７ｂで岩盤１に定着され、上端が定着具４１ｂで定着台２９ｂに定着される。定着台２９ｂは本設とし、グランドアンカー３９ｂを定着できる厚みを有する。

図１１に示す基礎構造４５ｃでは、複数のグランドアンカー３９ｃ同士の間隔が下方に行くにつれて広がる。グランドアンカー３９ｃは、直接基礎２１ｃを貫通せず、下端がアンカー体３７ｃで岩盤１に定着され、上端が定着具４１ｃで定着台２９ｃに定着される。そのため、基礎構造４５ｃでは、直接基礎２１ｃの外殻５ｃを貫通する鞘管が不要である。定着台２９ｃは本設とし、グランドアンカー３９ｃを定着できる厚みを有する。

基礎構造４５ｂ、基礎構造４５ｃにおいても、グランドアンカー３９ｂ、３９ｃをタワー２３の外側に配置することにより、内側に配置する場合よりもグランドアンカーの効果をよりよく得られる。基礎構造４５ｂ、４５ｃでは、定着台２９ｂ、２９ｃを小さくしてグランドアンカー３９ｂ、３９ｃの定着部をタワー２３側に寄せることにより、タワー２３から離れた位置に定着部を設ける場合よりも構造上有利になる。また、シース管４９ｂ、４９ｃを設けることにより、グランドアンカーの海水による腐食や漂流物による損傷を防ぐことができる。さらに、基礎構造４５ｃでは、グランドアンカー３９ｃを直接基礎２１を貫通させずに配置することができる。

第３の実施形態について説明する。図１２は、基礎構造４５ｄを施工する工程を示す図である。図１２（ａ）はグランドアンカー３９ｄを打設した状態を、図１２（ｂ）はタワー２３を設置した状態を示す。

図１２（ａ）に示す工程では、第１の実施形態と同様の手順で、トランジションピース９の外側に鞘管１１ｄが配置された外殻５ｄを海底の岩盤１上に沈設し、外殻５ｄ内およびトランジションピース９内にコンクリート１９を充填する。コンクリート１９は鞘管１１ｄの外側に充填される。これにより、外殻５ｄにトランジションピース９が固定され、外殻５ｄ内にコンクリート１９が充填された直接基礎２１ｄが岩盤１上に設置される。また、鞘管１１ｄが直接基礎２１ｄに埋設される。

そして、現場近傍に設置された作業台５１から図示しない機械を用いて岩盤１を削孔してグランドアンカー３９ｄを打設する。作業台５１は、ＳＥＰ（自己昇降式作業台船）等である。このとき、ガイドとして鞘管１１ｄを用いる。グランドアンカー３９ｄの下端はアンカー体３７ｄによって岩盤１に定着し、グランドアンカー３９ｄの上端は定着具４１ｄによって直接基礎２１ｄの上面に定着する。

図１２（ｂ）に示す工程では、第１の実施形態と同様の手順で、タワー２３をトランジションピース９に挿入し、タワー２３とトランジションピース９との隙間にグラウト材２７を充填する。これにより、タワー２３が直接基礎２１ｄ上に設置されてトランジションピース９と接合される。そして、タワー２３内に中詰め砂４３を充填し、洋上風力発電用の基礎構造４５ｄを完成する。

このように、第３の実施形態の基礎構造４５ｄにおいても、直接基礎２１ｄとグランドアンカー３９ｄとを併用し、タワー２３の内部に中詰め砂４３を充填することにより、海底の岩盤１上に設置される直接基礎２１ｄを大幅に小型化しても、波力等に対する安定性を保つことが可能になる。

第３の実施形態においても、沈設した外殻５ｄにコンクリート１９を打設することにより直接基礎２１ｄを容易に施工できる。また、コンクリート１９に鞘管１１ｄを埋設することにより、グランドアンカー３９ｄを直接基礎２１ｄに容易に貫通させることができる。

第４の実施形態について説明する。図１３は、本発明の第４の実施形態に係る基礎構造４５ｅを示す図である。

この基礎構造４５ｅは、直接基礎２１ｅの外殻５ｅが下面の外縁部に刃口６１を有する点で第１の実施形態の基礎構造４５と主に異なる。

基礎構造４５ｅが施工される海底地盤は、表層に堆積層５９が存在し、堆積層５９の下方に支持岩盤１ａが存在する。基礎構造４５ｅは、外殻５ｅの刃口６１の下端部が支持岩盤１ａに達する。また、グランドアンカー３９ｅのアンカー体３７ｅが支持岩盤１ａ内に形成される。

基礎構造４５ｅを施工する際には、第１の実施形態と同様の手順で直接基礎２１ｅを海底に沈設し、直接基礎２１ｅ上にタワー２３を設置する。この時点では刃口６１の下端部は支持岩盤１ａに達していない。

タワー２３を設置したら、第１の実施形態と同様の手順でグランドアンカー３９ｅを打設する。グランドアンカー３９ｅの下端はアンカー体３７ｅによって支持岩盤１ａに定着し、上端は定着具４１によって定着板２５に定着する。直接基礎２１ｅの刃口６１は、グランドアンカー３９ｅを定着する際に緊張力を導入することによって堆積層５９に圧入していく。このとき、刃口６１の下端部を支持岩盤１ａに確実に到達させるために、必要に応じて刃口６１の周囲の堆積層５９を掘削してもよい。

刃口６１が支持岩盤１ａに到達した状態で直接基礎２１ｅおよびタワー２３をグランドアンカー３９ｅによって支持岩盤１ａに固定したら、タワー２３内に中詰め砂４３を充填して基礎構造４５ｅを完成し、タワー２３の上部に風車タワー４７を設置する。

第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。加えて、第４の実施形態では、直接基礎２１ｅに刃口６１を設けることにより海底地盤の表層の堆積層５９を掘削せずに基礎構造４５ｅを施工することができるので、堆積層５９を掘削して基礎構造を施工する場合と比較して工期を短縮し工費を大幅に削減できる。

なお、第１から第３の実施形態では、グランドアンカーを２重に配置したが、１重に配置してもよいし３重以上に配置してもよい。

また、第１から第４の実施形態では直接基礎の外殻内にコンクリート１９を打設したが、外殻の中詰め材はコンクリートに限らない。図１４は、中詰め砂５３を充填した例を示す図である。図１４に示す直接基礎２１ｆのように、外殻５ｆの上面を開放せず、外殻５ｆ内に中詰め砂５３を充填してもよい。また、第１、第２、第４の実施形態では、沈設した外殻に中詰め材を充填した直接基礎ではなく、他の構成の直接基礎を設置してもよい。

第１から第４の実施形態では、タワー２３の内部に中詰め砂４３を充填したが、タワー２３の中詰め材はこれに限らない。例えば、岩盤１等の海底地盤の削孔によって現場で発生した土砂材料を用いた流動化処理土を中詰め材としてもよい。

第１から第４の実施形態では、グランドアンカー３９に光ファイバセンサ５５を配置してもよい。図１５は、光ファイバセンサ５５を配置した例を示す図である。図１５に示す基礎構造４５ｆでは、グランドアンカー３９のストランドに光ファイバセンサ５５が組み込まれ、光ファイバセンサ５５が制御装置５７に接続される。基礎構造４５ｆでは、光ファイバセンサ５５によってグランドアンカー３９の張力を計測可能である。洋上風車の供用時に制御装置５７によって張力の計測値を送信すれば、グランドアンカー３９の不具合を遠隔管理することができ、基礎構造４５ｆの安全性を担保できる。張力の計測は、光ファイバセンサに限らず、磁気を用いたセンサで行ってもよい。

第１の実施形態では、全てのグランドアンカー３９がタワー２３の内部を貫通している例を、第２の実施形態では全てのグランドアンカー３９ａがタワー２３の外側に配置された例を示したが、グランドアンカーの一部をタワー２３の内部を貫通するように配置し、残りをタワー２３の外側に配置してもよい。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１ａ………岩盤
３………海面
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ………外殻
７………底面
９………トランジションピース
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｄ………鞘管
１３………鉄筋
１５………蓋
１７………注入管
１９………コンクリート
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ………直接基礎
２２………重力式基礎
２３………タワー
２４………フランジ
２５………定着板
２６………充填用孔
２７………グラウト材
２９………デッキ
２９ａ、２９ｂ、２９ｃ………定着台
３１………クローラードリル
３３………ケーシングパイプ
３５、３５ａ、３５ｂ………ガイド孔
３７、３７－１、３７－２、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ、３７ｅ………アンカー体
３９、３９－１、３９－２、３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ、３９ｅ………グランドアンカー
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ………定着具
４３………中詰め砂
４５、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆ………基礎構造
４６………フランジ
４７………風車タワー
４９、４９ｂ、４９ｃ………シース管
５１………作業台
５３………中詰め砂
５５………光ファイバセンサ
５７………制御装置
５９………堆積層
６１………刃口

Claims (10)

1. 洋上風力発電用基礎構造であって、
   海底に設置される直接基礎と、
   前記直接基礎上に設置され、上部に風車タワーが設置される洋上風力発電の下部構造体と、
   を具備し、
   前記直接基礎及び前記下部構造体は、海底地盤に対してグランドアンカーによって固定され、
   前記グランドアンカーの一端は海底地盤に定着され、前記グランドアンカーの他端は、前記下部構造体の海上部分に形成された定着部に定着され、
   前記直接基礎は、外殻と、前記外殻内に充填された砂またはコンクリートと、前記外殻に固定されたトランジションピースと、を有し、
   前記トランジションピースは筒状であり、前記トランジションピースの下部が前記外殻の底部に固定され、前記トランジションピースの上部が前記外殻から突出して形成され、
   前記下部構造体の下方が前記トランジションピースの内側に挿入され、
   前記下部構造体は、前記トランジションピースと接合されることを特徴とする洋上風力発電用基礎構造。
2. 洋上風力発電用基礎構造であって、
   海底に設置される直接基礎と、
   前記直接基礎上に設置され、上部に風車タワーが設置される洋上風力発電の下部構造体と、
   を具備し、
   前記直接基礎は、外殻と、前記外殻内に充填された砂またはコンクリートと、前記外殻に固定されたトランジションピースと、を有し、
   前記トランジションピースは筒状であり、前記トランジションピースの下部が前記外殻の底部に固定され、前記トランジションピースの上部が前記外殻から突出して形成され、
   前記下部構造体の下方が前記トランジションピースの内側に挿入され、
   前記下部構造体は、前記トランジションピースと接合され、前記直接基礎及び前記下部構造体は、海底地盤に対してグランドアンカーによって固定されることを特徴とする洋上風力発電用基礎構造。
3. 前記定着部が、前記下部構造体の外側に設置された定着台に形成されることを特徴とする請求項１に記載の洋上風力発電用基礎構造。
4. 前記グランドアンカーは、複数の同心円上に配置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洋上風力発電用基礎構造。
5. 前記外殻は、下面の外縁部に刃口を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の洋上風力発電用基礎構造。
6. 洋上風力発電用基礎構造の施工方法であって、
   海底に直接基礎を設置する工程ａと、
   前記直接基礎上に、上部に風車タワーが設置される洋上風力発電の下部構造体を設置する工程ｂと、
   海底地盤に対してグランドアンカーの一端を定着する工程ｃと、
   前記下部構造体の海上部分に形成された定着部に、前記グランドアンカーの他端を定着する工程ｄと、
   を具備し、
   前記工程ａは、
   トランジションピースが固定された外殻を曳航して現場まで運搬して、海底に前記外殻を沈設する工程ｅと、
   前記外殻内にコンクリート又は砂を充填する工程ｆと、
   を具備し、
   前記トランジションピースは筒状であり、前記トランジションピースの下部が前記外殻の底部に固定され、前記トランジションピースの上部が前記外殻から突出して形成されており、
   前記工程ｂにおいて、前記下部構造体の下方が前記トランジションピースの内側に挿入され、前記下部構造体が、前記トランジションピースと接合されることを特徴とする洋上風力発電用基礎構造の施工方法。
7. 洋上風力発電用基礎構造の施工方法であって、
   トランジションピースが固定された外殻を曳航して現場まで運搬して、海底に前記外殻を沈設し、前記外殻内にコンクリート又は砂を充填することで、海底に直接基礎を設置する工程ａと、
   海底地盤に対してグランドアンカーの一端を定着する工程ｂと、
   前記直接基礎に前記グランドアンカーの他端を定着する工程ｃと、
   前記直接基礎上に、上部に風車タワーが設置される洋上風力発電の下部構造体を設置する工程ｄと、
   を具備し、
   前記トランジションピースは筒状であり、前記トランジションピースの下部が前記外殻の底部に固定され、前記トランジションピースの上部が前記外殻から突出して形成されており、
   前記工程ｄにおいて、前記下部構造体の下方が前記トランジションピースの内側に挿入され、前記下部構造体が、前記トランジションピースと接合されることを特徴とする洋上風力発電用基礎構造の施工方法。
8. 前記定着部は、前記下部構造体の外側に設置された定着台に設けられることを特徴とする請求項６に記載の洋上風力発電用基礎構造の施工方法。
9. 前記グランドアンカーは、複数の同心円上に配置されることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載の洋上風力発電用基礎構造の施工方法。
10. 前記外殻は、下面の外縁部に刃口を有することを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかに記載の洋上風力発電用基礎構造の施工方法。

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