JP5356482B2 - 太陽電池モジュール又は太陽電池アレイ用架台の基礎構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば太陽光発電システムに使用される太陽電池モジュール又は太陽電池アレイ用架台の基礎構造に関する。

太陽光発電システムに使用される太陽電池モジュール又は太陽電池アレイを敷設する場合、例えば所要箇所に予めコンクリートを打設してコンクリート土台を構築し、このコンクリート土台に架台の脚部を固定する基礎構造が一般的に採用されている。

これにより、太陽電池モジュール又は太陽電池アレイ用架台に作用する風圧（風荷重）によって架台（太陽電池モジュール又は太陽電池アレイ）が地面から浮き上がるのを防止し、また太陽電池モジュール又は太陽電池アレイの自重により架台の脚部が地中に沈下するのを防止している。

上記基礎構造では、敷地の所要箇所にコンクリートを打設する基礎工事と、打設したコンクリートの土台に架台の脚部を固定する工事とが必要で、施工時間かかかり、施工コストが高くなる。

この解決策の一つとして、例えば、杭を地中に打ち込み、杭の上端部に架台脚部の下端部を接続する、基礎構造が提案されている（特許文献１参照）。

特開平５−３３３５号公報

上述した杭を使用する基礎構造では、コンクリートを打設しなくても済むことから施工時間を短縮し、施工コストを安く抑えることが可能ではあるが、杭を打ち込む際、例えば地中に僅かな障害物があっても、所定の場所からずれた位置に杭が埋設されて、杭の軸心と架台脚部の軸心とがずれてしまうことがある。

このような芯ずれ（施工誤差）に対処するために上述した基礎構造では、杭の上端部と架台脚部とをそれらの外径より大きな内径を有するコンクリート製ブロックからなる筒状の支持部を介して接続するようにしている。

しかしながら、芯ずれの度合により内径の異なる複数の支持部を予め準備する必要がある。また、杭や脚部と支持部との間に生じた隙間にコンクリートを充填し、養生する必要があることから、手間がかかる。

特に、太陽電池モジュールを複数並列に接続した太陽電池アレイの架台の場合にあっては、風圧等に耐えられるように打ち込む杭の本数が多く、杭と架台脚部との接続作業量は膨大で、接続作業の簡素化が要望されている。

本発明は杭と架台脚部との接続作業が容易で、施工時間の短縮及び施工コストの低廉化を図ることが可能な、太陽電池モジュール又は太陽電池アレイ用架台の基礎構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の請求項１に記載の基礎構造は、太陽電池モジュール又太陽電池アレイを支持する架台の基礎構造であって、前記架台が設置される箇所に埋設される筒状杭と、前記筒状杭に取り付けられ、その軸心に沿って延び且つ前記筒状杭の上端から突出する接続軸と、前記架台の脚部と前記筒状杭とを接続する金具と、前記金具に設けられ、前記接続軸が移動可能に取り付けられる長穴と、を備え、前記接続軸は、その下端部が前記筒状杭の上端開口部内に配置した固定円板の中央部に固定され、前記金具は、前記長穴に前記接続軸を貫通させた状態で前記脚部の下端が前記金具上に載るように前記筒状杭上で移動調整して前記筒状杭と前記脚部に接続することを特徴とする。

本発明の基礎構造によれば、架台脚部の軸心と筒状杭の軸心との芯ずれを調整して筒状杭の上端部と架台脚部の下端とを接続することができ、杭と架台との接続作業が容易で、施工時間の短縮及び施工コストの低廉化を図ることが可能である。

本発明の基礎構造の第１実施例を示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は要部の縦断面図である。 図１に示す本発明の基礎構造において、架台脚部の軸心と筒状杭（鋼管杭）の軸心との間で芯ずれ（偏心）が生じたときの架台脚部と鋼管杭との接続状態を示す図で、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は要部の縦断面図である。 図１に示す第１実施例の基礎構造において、その施工過程を説明する説明図である。 図１（ａ）、（ｂ）の実施例において、その変形例を示す平面図である。 本発明の基礎構造の第２実施例を示し、図５（ａ）は要部の縦断面図、図５（ｂ）は平面図である。 本発明の基礎構造の実施例及び変形例で使用する鋼管杭の一例を示す一部省略した側面図である。 本発明の基礎構造の実施例及びその変形例の基礎構造を使用して太陽電池モジュール又は太陽電池アレイ用架台を支持した状態の説明側面図である。 図７に示す架台と同架台の基礎構造の一部である筒状杭の埋設箇所を示す平面図である。

本発明の基礎構造の第１実施例、第２実施例及びその変形例（図１（ａ）、（ｂ）、図２（ａ）、（ｂ）、図４及び図５（ａ）、（ｂ）参照）では、太陽電池モジュール又太陽電池アレイＳを支持する架台１０（図７参照）が設置される敷地の所要箇所（例えば図８に符号Ｃで示す架台１０の脚部１１が設置される箇所）にそれぞれ埋設される筒状杭として、例えば、図６に示す翼付き鋼管杭２０が使用される。この翼付き鋼管杭２０は、鋼管製の杭本体２１の下端側外周面にほぼ一巻きの螺旋翼２２が設けられ、また杭本体２１の下端底部に先端掘削刃２３が設けられる。なお、筒状杭としては、図６に示す翼付き鋼管杭２０に限定されるものではない。

翼付き鋼管杭（以下鋼管杭と記す）２０は、杭本体２１の上端部に接続した回転押し込み装置（オーガー 図示せず）により、杭本体２１を地面に起立させた状態で回転させ、螺旋翼２２を地盤中に食い込ませることにより、螺旋翼２２の回転推進で杭本体２１が地中に押し込まれる。地中に埋設された鋼管杭２０は、荷重や引き抜き力が作用しても螺旋翼２２などによって地中に沈下し、地中から引き抜かれることはない。しかし、地中に埋設する過程で地盤などの影響によって杭本体２１が螺旋翼２２の傾斜方向に回転移動して水平方向に変位すること（芯ずれを起こすこと）がある。すなわち、本来の埋設予定地点から水平方向に変位して埋設されることがある（施工誤差が生じることがある）。

本発明者等は約３，５００本の鋼管杭２０を軟弱地盤に埋設した過去の実績について、そのデータを詳細に解析したところ、１０mm以内の芯ずれが約３０％、１０mm超え２０mm以内の芯ずれが約４０％、２０mm超え３０mm以内の芯ずれが約３０％あることが判明した。地盤が硬い場合は芯ずれ量はさらに大きくなり、最大１００mm程度ずれることがある。

芯ずれを起こす方向は一定せず様々であり、芯ずれ量も様々であり、このため鋼管杭２０に架台１０（図７参照）の脚部１１を直接接続することが困難である。

本発明の基礎構造は、杭の上端に芯ずれ調整機構を介在させて杭と架台脚部とを接続するものであって、従来技術のようにコンクリート製ブロックからなる筒状の支持部を介して接続しなくても済むようにしたものである。

以下、本発明の基礎構造の各実施例及びその変形例について詳述する。

図１（ａ）、（ｂ）、図２（ａ）、（ｂ）は本発明の基礎構造の第１実施例を示す。

本第１実施例の基礎構造は、鋼管杭２０（図６参照）と、鋼管杭２０（杭本体２１）に取り付けられる接続軸３０と、架台１０（図７参照）の脚部１１の下端に設けられ、接続軸３０が移動可能に取り付けられる長穴４１を有し鋼管杭２０に接続される金具４０と、を備える。なお、本実施例では、脚部１１が中空断面の場合を示しているが、これに限定されることはない。

前記鋼管杭２０（杭本体２１）の上端開口部２４内には固定円板３１が配置され、この固定円板３１の中心部に設けた固定穴３２を貫通して前記接続軸３０が取り付けられる。

前記接続軸３０は例えば六角ボルトからなり、前記固定穴３２を貫通し、前記鋼管杭２０（杭本体２１）の軸心に沿って延びて（軸心に一致して延びるか又は軸心と並行に延びて）前記鋼管杭２０の上端開口部２４から突出する。

前記金具４０は円形の平板状で、その中心を通って直径方向に延びるように前記長穴４１が形成される。前記金具４０の直径は、前記鋼管杭２０（杭本体２１）の直径の略２倍に設定される。図１及び図２では金具４０を円板状にしたものを示しているが、これに限定されることなく、楕円状や矩形状であってもよい。

前記長穴４１は、前記鋼管杭２０の埋設時に生じる芯ずれ（施工誤差）に対応可能にその長手方向の寸法が設定される。本実施例では例えば最大１１０mmの芯ずれにも対応可能に前記長穴４１の長手方向の寸法が設定される。

前記長穴４１を貫通して前記金具４０の表面から突出した前記接続軸３０の部分にはワッシャ３３を介してナット３４が螺合し締め付けられる。これにより、前記金具４０は鋼管杭２０（杭本体２１）に接続される。

前記金具４０は、前記長穴４１に前記接続軸３０を貫通させた状態で、前記鋼管杭２０の埋設時に生じた芯ずれ（施工誤差）に応じて前記鋼管杭２０上で移動調整することにより、前記鋼管杭２０と前記架台１０の脚部１１下端とを支障なく接続する芯ずれ調整機構Ｍとして機能する。

図１（ａ）、（ｂ）は、前記金具４０の表面中央部に前記脚部１１の下端が接続され、また前記金具４０の裏面中央部に前記鋼管杭２０の上端が接続された状態、すなわち前記鋼管杭２０が芯ずれを起こさずに埋設されて前記架台の脚部１１に接続された状態（前記架台１０の脚部１１の軸心と前記鋼管杭２０の軸心とが一致して接続された状態）を示している。このように芯ずれが生じない場合、接続軸３０は長穴４１の長さ方向中央部を貫通する。

図２（ａ）、（ｂ）は、前記金具４０の表面一端寄り箇所（図面左側）に前記脚部１１の下端が接続され、また前記金具４０の裏面他端寄り箇所（図面右側）に前記鋼管杭２０の上端が接続された状態、すなわち前記鋼管杭２０が大きく芯ずれを起こして埋設されて前記架台の脚部１１に接続された状態（前記架台１０の脚部１１の軸心と前記鋼管杭２０の軸心とが一致せずにずれて接続された状態）を示している。このように芯ずれが生じた場合、接続軸３０は長穴４１の他端部を貫通する。

図３は鋼管杭２０が脚部１１の軸心からずれて埋設された場合における本実施例の基礎構造の施工過程を示している。（１）接続軸３０を固定穴３２に貫通させて取り付けた固定円板３１を鋼管杭２０（杭本体２１）の上端開口部２４内に溶接などにより固定する。（２）金具４０の表面一端寄り箇所に脚部１１が載り、金具４０の裏面他端寄り箇所に上端開口部２４が位置するように、金具４０を鋼管杭２０（杭本体）上に置き、接続軸３０を長穴４１に貫通させた状態で移動調整し、接続軸３０を長穴４１の他端に位置させた後にワッシャ３３（図１（ｂ）など参照）を介してナット３４を螺合して締め付け、金具４０を鋼管杭２０（杭本体）に接続する。（３）金具４０の表面一端寄り箇所に脚部１１を降ろして溶接などにより固定する。

なお、図１（ｂ）、図２（ｂ）、図３では固定円板３１の中央に接続軸３０を貫通させるための固定穴３２を長穴にした状態を示しているが、このように長穴にすることにより芯ずれに対応しやすくなり、金具４０の長穴４１の長さを短くでき、結果として金具４０の寸法を小さくできる。なお、固定穴３２は長穴に限定されるものではない。

実際の施工現場では、太陽電池モジュール又太陽電池アレイＳが敷設される敷地内に、例えば図８の符号Ｃに示す箇所にそれぞれ鋼管杭２０を埋設し、その後、地面から露出した鋼管杭２０上で複数本のヒモ（図示せず）を互いに交差（直交）するように張り、ヒモの各交点が架台１０（図７参照）の脚部１１の軸心Ａ（図３参照）に位置するようにしておく。換言すると、予め施工図面で設定した各脚部１１の軸心Ａが位置する敷地内の各箇所をヒモの交点で示しておく。また、上述したように鋼管杭２０（杭本体２１）の上端開口部２４から接続軸３０を鋼管杭２０（杭本体２１）の軸心Ｂ（図３参照）に沿って突出するように取り付けておく。そして、このヒモの交点を目印にして埋設された各鋼管杭２０の芯ずれの方向及び芯ずれ量をチェックする。次いで、各鋼管杭２０について、上述したように長穴４１に接続軸３０を貫通させた状態で金具４０を鋼管杭２０（杭本体２１）上に載置して移動調整する。すなわち、ヒモの交点を目印にして金具４０を鋼管杭２０（杭本体２１）上で移動（長穴４１の長さ方向に沿って移動し、あるいは接続軸３０を支点として回動）して金具４０上に脚部１１の下端全体が載るように調整し、接続軸３０の長穴４１から貫通した部分にワッシャ３３を介してナット３４を螺合し締め付け、金具４０を鋼管杭２０（杭本体２１）に接続する。この後、架台１０を敷地内に搬入し、ヒモの交点を目印に脚部１１を金具４０上に降ろし、ヒモを外して脚部１１の下端を金具４０に溶接により固定する。

これにより、架台１０が鋼管杭２０によって支持される。一旦地中に埋設された鋼管杭２０は、上述したように螺旋翼２２（図６参照）などによって荷重や引き抜き力が作用しても地中に沈下し、地中から引き抜かれることはない。そのため、太陽電池モジュール又太陽電池アレイＳ（図７参照）に風圧などが作用しても架台１０（脚部１１）が地面から浮き上がるおそれがなく、また太陽電池モジュール又太陽電池アレイＳや架台１０などの自重で脚部１１が地面に沈下するおそれがない。

本第１実施例の基礎構造によれば、埋設された鋼管杭２０の芯ずれ方向や芯ずれ量をチェックし、金具４０を長穴４１に接続軸３０を貫通させた状態で鋼管杭２０の上端開口部２４上で移動調整する構成なので、鋼管杭２０の芯ずれを起こす方向が一定せず、また芯ずれ量も一定せず様々であったとしてもこれに対処することが可能である。また、従来技術のように芯ずれの度合により内径の異なる複数種の支持部を予め準備する必要がなく、さらに杭や脚部と支持部との間に生じた隙間にコンクリートを充填し、養生する必要がなく、施工時間の大幅な短縮を図り、施工コストを低減することが可能となる。

図４は図１（ａ）、（ｂ）、図２（ａ）、（ｂ）に示す第１実施例の基礎構造の変形例を示す。

図４中、図１（ａ）、（ｂ）、図２（ａ）、（ｂ）に示す部分と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

本変形例の基礎構造では、金具４０ａが楕円状で、長穴４１ａが金具４０ａの中央部でその長辺方向に沿って形成される。これ以外の点については上述した第１実施例と同じである。

図４では、図２（ａ）、（ｂ）と同様に、前記鋼管杭２０が芯ずれを起こして埋設された場合を示し、前記金具４０ａの表面一端寄り箇所（図面左側）に前記脚部１１の下端が接続され、また前記金具４０ａの裏面他端寄り箇所（図面右側）に前記鋼管杭２０の上端が接続される。

本変形例の基礎構造によれば、上述した本第１実施例の基礎構造と同様に、鋼管杭２０の芯ずれを起こす方向が一定せず、また芯ずれ量も一定せず様々であったとしてもこれに対処することが可能であり、施工時間の大幅な短縮を図り、施工コストを低減することが可能となる他に、金具４０ａは、必要な強度を確保した上で長穴４１ａを設け、鋼管杭２０、架台１０の脚部１１を接続するのに必要な最小限の寸法に設定して軽量化を図ることが可能で、施工現場への搬入、鋼管杭２０上での移動調整作業などを容易にする。

図５（ａ）、（ｂ）は本発明の基礎構造の第２実施例を示す。

図５（ａ）、（ｂ）中、図１（ａ）、（ｂ）に示す部分と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

本第２実施例の基礎構造では、金具４０ｂに架台１０（図７参照）の脚部１１を溶接などにより固定する代わりに長穴４１ｂに取り付けた脚部接続軸４２あるいは接続軸３０を介して接続する。脚部１１は中空状で、その下端の底部は閉じられ、脚部接続軸４２あるいは接続軸３０が貫通する底穴１１ａが形成される。また、脚部１１の下端の一側部には方形状の窓穴１１ｂが形成される。

図５（ａ）、（ｂ）では図２（ａ）、（ｂ）と同様に、前記鋼管杭２０が芯ずれを起こして埋設された場合を示し、前記金具４０ｂの表面一端寄り箇所（図面左側）に前記脚部１１の下端が脚部接続軸４２を介して接続され、また前記金具４０ｂの裏面他端寄り箇所（図面右側）に前記鋼管杭２０の上端が接続軸３０を介して接続される。

脚部１１の接続時に脚部接続軸４２を金具４０ｂの長穴４１ｂの一端部から脚部１１の底穴１１ａに挿入し、底穴１１ａから脚部１１内に突出した部分に窓穴１１ｂからワッシャ４３を介してナット４４を螺合し締め付けることにより、金具４０ｂに脚部１１を接続する。なお、上述したように接続軸３０は長穴４１の他端部を貫通し、接続軸３０にワッシャ３３を介してナット３４を螺合し締め付けることにより、金具４０ｂに鋼管杭２０（杭本体２１）を接続する。

芯ずれがない場合には、接続軸３０が金具４０ｂと鋼管杭２０とを接続する一方で、金具４０ｂと脚部１１とを接続する。すなわち、接続軸３０が脚部接続軸４２を兼用することになる。この場合、底穴１１ａから脚部１１内に突出した接続軸３０の部分に窓穴１１ｂからワッシャ３３を介してナット３４を螺合し締め付ける。

前記金具４０ｂも、前記長穴４１ｂに前記接続軸３０を貫通させた状態で、前記鋼管杭２０の埋設時に生じた芯ずれ（施工誤差）に応じて前記鋼管杭２０上で移動調整することにより、前記鋼管杭２０と前記架台１０の脚部１１下端とを支障なく接続する芯ずれ調整機構Ｍとして機能する。

なお、固定円板３１の裏面には断面ほぼＵ字状のカバー３５が設けられ、固定穴３２ａを貫通して固定円板３１に取り付けた接続軸３０が杭本体２１内部に落下するのを防止するとともに、接続軸３０の六角状の頭部を回転しないように拘束して接続軸３０の空廻りを防止する。

実際の施工現場では、上述した第１実施例と同様に、太陽電池モジュール又太陽電池アレイＳが敷設される敷地内に、例えば図８の符号Ｃに示す箇所にそれぞれ鋼管杭２０を埋設し、その後、地面から露出した鋼管杭２０上で複数本のヒモ（図示せず）を互いに交差（直交）するように張り、ヒモの各交点が架台１０の脚部１１の軸心Ａａ（図５（ａ）参照）に位置するようにしておく。換言すると、予め施工図面で設定した各脚部１１の軸心Ａａが位置する敷地内の各箇所をヒモの交点で示しておく。また、鋼管杭２０（杭本体２１）の上端開口部２４から接続軸３０を鋼管杭２０（杭本体２１）の軸心Ｂｂ（図５（ａ）参照）に沿って突出するように取り付けておく。そして、このヒモの交点を目印にして埋設された各鋼管杭２０の芯ずれの方向及び芯ずれ量をチェックする。次いで、各鋼管杭２０について、上述したように長穴４１ｂに接続軸３０を貫通させた状態で金具４０ｂを鋼管杭２０（杭本体２１）上に載置して移動調整する。すなわち、ヒモの交点を目印にして金具４０ｂを鋼管杭２０（杭本体２１）上で移動（長穴４１ｂの長さ方向に沿って移動し、あるいは接続軸３０を支点として回動）して金具４０ｂ上に脚部１１の下端全体が載るように調整し、接続軸３０の長穴４１ｂから貫通した部分にワッシャ３３を介してナット３４を螺合し締め付け、金具４０ｂを鋼管杭２０（杭本体２１）に接続する。また、ヒモの交点下に位置するように脚部接続軸４２を長穴４１ｂに挿入して取り付けておく。この後、ヒモを外し、架台１０を敷地内に搬入し、脚部接続軸４２を目印に脚部１１を金具４０上に降ろし、脚部１１の底穴１１ａに脚部接続軸４２を挿入し、底穴１１ａから脚部１１内に突出した部分に窓穴１１ｂからワッシャ４３を介してナット４４を螺合し締め付けて金具４０ｂに脚部１１を接続する。

これにより、架台１０が鋼管杭２０によって支持される。一旦地中に埋設された鋼管杭２０は、上述したように螺旋翼２２（図６参照）などによって荷重や引き抜き力が作用しても地中に沈下し、地中から引き抜かれることはない。そのため、太陽電池モジュール又太陽電池アレイＳ（図７参照）に風圧などが作用しても架台１０（脚部１１）が地面から浮き上がるおそれがなく、また太陽電池モジュール又太陽電池アレイＳや架台１０などの自重で脚部１１が地面に沈下するおそれがない。

本第２実施例の基礎構造によれば、上述した第１実施例と同様に埋設された鋼管杭２０の芯ずれ方向や芯ずれ量をチェックし、金具４０ｂを長穴４１ｂに接続軸３０を貫通させた状態で鋼管杭２０の上端開口部２４上で移動調整（長穴４１ｂの長さ方向に沿って移動させ、あるいは接続軸３０を支点として回動）する構成なので、鋼管杭２０の芯ずれを起こす方向が一定せず、また芯ずれ量も一定せず様々であったとしてもこれに対処することが可能である。また、交点で脚部１１の軸心位置を示すヒモを取り外した後は、長穴４１ｂに取り付けた脚部接続軸４２が脚部１１の軸心位置を示す目印になるので、施工作業能率を向上させることが可能である。また、従来技術のように芯ずれの度合により内径の異なる複数種の支持部を予め準備する必要がなく、さらに杭や脚部と支持部との間に生じた隙間にコンクリートを充填し、養生する必要がなく、施工時間の大幅な短縮を図り、施工コストを低減することが可能となる。

本発明の太陽電池モジュール又は太陽電池アレイ用架台の基礎構造は、太陽電池モジュール又は太陽電池アレイの架台が風圧などで浮き上がるのを防止し、また太陽電池モジュール又は太陽電池アレイと架台の自重で沈下するのを防止するのに適用される。

１０ 架台
１１ 脚部
２０ 鋼管杭（筒状杭）
３０ 接続軸
３１ 固定円板
３２ 固定穴
４０ 金具
４０ａ 金具
４０ｂ 金具
４１ 長穴
４１ａ 長穴
４１ｂ 長穴
４２ 脚部接続軸
Ａ、Ａａ 軸心
Ｂ、Ｂｂ 軸心
Ｍ 芯ずれ調整機構
Ｓ 太陽電池モジュール又太陽電池アレイ

Claims (3)

1. 太陽電池モジュール又太陽電池アレイを支持する架台の基礎構造であって、
   前記架台が設置される箇所に埋設される筒状杭と、
   前記筒状杭に取り付けられ、その軸心に沿って延び且つ前記筒状杭の上端から突出する接続軸と、
   前記架台の脚部と前記筒状杭とを接続する金具と、
   前記金具に設けられ、前記接続軸が移動可能に取り付けられる長穴と、を備え、
   前記接続軸は、その下端部が前記筒状杭の上端開口部内に配置した固定円板の中央部に固定され、
   前記金具は、前記長穴に前記接続軸を貫通させた状態で前記脚部の下端が前記金具上に載るように前記筒状杭上で移動調整して前記筒状杭と前記脚部に接続することを特徴とする、太陽電池モジュール又は太陽電池アレイ用架台の基礎構造。
2. 請求項１記載の太陽電池モジュール又は太陽電池アレイ用架台の基礎構造において、
   前記金具は平板状で、前記長穴は前記金具の中心部を通って前記金具の直径方向又は長辺方向に延びることを特徴とする、太陽電池モジュール又は太陽電池アレイ用架台の基礎構造。
3. 請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール又は太陽電池アレイ用架台の基礎構造において、
   前記長穴に前記架台の前記脚部を接続する脚部接続軸を取り付け、前記脚部接続軸又は前記接続軸を介して前記金具に前記脚部を接続することを特徴とする、太陽電池モジュール又は太陽電池アレイ用架台の基礎構造。

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