特許 7582129 既設鉄塔基礎の補強構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】既設鉄塔基礎の補強構造

(51)【国際特許分類】

   E02D 27/42 20060101AFI20241106BHJP

【ＦＩ】

E02D27/42 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021142565

(22)【出願日】2021-09-01

(65)【公開番号】P2023035587

(43)【公開日】2023-03-13

【審査請求日】2024-03-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000211307

【氏名又は名称】中国電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001254

【氏名又は名称】弁理士法人光陽国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】110000545

【氏名又は名称】弁理士法人小竹アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】藤原 高志

(72)【発明者】

【氏名】長瀬 一登

【審査官】山口 剛

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２５６５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－００７２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２８１１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／００５６８３０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国実用新案第２１０９４６８７１（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ ２７／００ － ２７／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄塔の４脚のそれぞれに一対一で対応する逆Ｔ字型コンクリート基礎を土壌に埋め、前記逆Ｔ字型コンクリート基礎で前記鉄塔の４脚のいずれかを支持する既設鉄塔基礎の補強構造において、
圧縮荷重が作用する前記既設鉄塔基礎の基礎床板の直上における土壌の少なくとも一部を前記土壌よりも軽量の軽量盛土に置き換え、前記軽量盛土の上に浮力抑制コンクリートを敷設して、前記軽量盛土に作用する浮力による前記軽量盛土の浮き上がりを前記浮力抑制コンクリートの重さで抑え、前記既設鉄塔基礎の安全率が少なくとも２．００となるように前記軽量盛土の重量を決定して、前記基礎床板に作用する圧縮荷重を低減するようになっており、
前記安全率（Ｆｃ）は、電気設備の技術標準第６０条及び送電用支持物設計標準の考え方に準拠し、下式のように定められる、
Ｆｃ＝（ＱＣ＋ＫＣ）／（Ｃ＋ＷＣ＋ＷＳ＋ＷＳ３）≧２．００
ＱＣ：圧縮地耐力
ＫＣ：杭の支持力
Ｃ：鉄塔からの圧縮力
ＷＣ：コンクリート重量
ＷＳ：基礎床板直上の土壌の重量
ＷＳ３：軽量盛土の重量
ことを特徴とする既設鉄塔基礎の補強構造。

【請求項2】

前記軽量盛土は、廃ガラス発泡材である、
ことを特徴とする請求項１に記載の既設鉄塔基礎の補強構造。

【請求項3】

前記基礎床板上に前記土壌が位置し、前記土壌の上に前記軽量盛土が位置し、前記軽量盛土の上に浮力抑制コンクリートが位置し、前記浮力抑制コンクリートの上に路盤が位置する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の既設鉄塔基礎の補強構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、圧縮強度不足が判明した既設鉄塔基礎の補強構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般的に、既設の送電用鉄塔基礎設計において、圧縮荷重に対する既設鉄塔基礎の強度不足が判明した場合には、既設鉄塔基礎の圧縮支持力を増加させることにより、既設鉄塔基礎の圧縮荷重に対する安全率を確保している。

【0003】

図４は、従来の既設鉄塔基礎１０１の補強構造を示す図であり、既設鉄塔基礎１０１を補強するために採用されているマット型杭基礎１０２を示す図である。このマット型杭基礎１０２は、既設鉄塔基礎１０１（４箇所の逆Ｔ字型コンクリート基礎１０３）とマット型杭基礎１０２を一体化し、マット型杭基礎１０２と一体化した複数の杭１０４が圧縮支持力を増加させるようになっている。なお、既設鉄塔基礎１０１の上にマット型杭基礎１０２を構築する工法は、特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００２－２５６５７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

図４に示したマット型杭基礎１０２は、既設設備が存在する敷地内で杭１０４を土壌１０６中に打ち込む場合、予め地中に埋設された基礎床板１０５の位置確認等の準備作業に時間を要すると共に、杭１０４の配置が空頭制限（地中に打ち込むべき杭が架線又は架線を支持する腕金等と接触するのを避けるための地上空間の制限）により効率的に行えないという問題を有していた。

【0006】

そこで、本発明は、杭を新たに地中に打ち込むことなく、既設鉄塔基礎の圧縮荷重に対する安全率を効率的に確保できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、鉄塔１の４脚５のそれぞれに一対一で対応する逆Ｔ字型コンクリート基礎６を土壌８に埋め、前記逆Ｔ字型コンクリート基礎６で前記鉄塔１の４脚５のいずれかを支持する既設鉄塔基礎２の補強構造に関するものである。本発明は、圧縮荷重が作用する前記既設鉄塔基礎２の基礎床板７の直上における土壌８の少なくとも一部を前記土壌８よりも軽量の軽量盛土１０に置き換え、前記軽量盛土１０の上に浮力抑制コンクリート１１を敷設して、前記軽量盛土１０に作用する浮力による前記軽量盛土１０の浮き上がりを前記浮力抑制コンクリート１１の重さで抑え、前記既設鉄塔基礎２の安全率が少なくとも２．００となるように前記軽量盛土１０の重量を決定して、前記基礎床板７に作用する圧縮荷重を低減するようになっている。そして、前記安全率（Ｆｃ）は、電気設備の技術標準第６０条及び送電用支持物設計標準の考え方に準拠し、下式のように定められる。
Ｆｃ＝（ＱＣ＋ＫＣ）／（Ｃ＋ＷＣ＋ＷＳ＋ＷＳ３）≧２．００
ＱＣ：圧縮地耐力
ＫＣ：杭１７の支持力
Ｃ：鉄塔１からの圧縮力
ＷＣ：コンクリート重量
ＷＳ：基礎床板７の直上における土壌８の重量
ＷＳ３：軽量盛土１０の重量

【発明の効果】

【0008】

本発明は、杭を新たに地中に打ち込むことなく、圧縮荷重が作用する既設鉄塔基礎の基礎床板直上の土壌の少なくとも一部を土壌よりも軽量の軽量盛土とすることにより、既設鉄塔基礎の圧縮荷重に対する安全率を効率的に確保できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】鉄塔を簡略化して示す図であり、図１（ａ）は鉄塔の正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の矢印Ｃ方向から見て示す鉄塔の平面図（荷重の作用状態を示す平面図）である。

【図2】既設鉄塔基礎の補強構造を示す図であり、図２（ａ）は既設鉄塔基礎の補強構造を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ１－Ａ１線に沿って切断して示す断面図である。

【図3】図３（ａ）は図２（ｂ）のＢ部拡大断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す既設鉄塔基礎の補強構造の変形例を示す図である。

【図4】従来の既設鉄塔基礎の補強構造を示す図であり、図４（ａ）は従来の既設鉄塔基礎の補強構造を示す平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ２－Ａ２線に沿って切断して示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施例を図面に基づき詳述する。

【0011】

図１は、鉄塔１を簡略化して示す図であり、図１（ａ）が鉄塔１の正面図、図１（ｂ）が図１（ａ）の矢印Ｃ方向から見て示す鉄塔１の平面図（荷重の作用状態を示す平面図）である。また、図２は、既設鉄塔基礎２の補強構造を示す図である。この図２において、図２（ａ）は既設鉄塔基礎２の補強構造を示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ１－Ａ１線に沿って切断して示す断面図である。また、図３（ａ）は図２（ｂ）のＢ部拡大断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す既設鉄塔基礎２の補強構造の変形例を示す図である。

【0012】

図１に示すように、例えば、鉄塔１の腕金３ａ（３ｂ，３ｃ）に送電線４が１８０°よりも小さな角度（θ＜１８０°）で架設された場合、鉄塔１には送電線４の張力に起因する水平角度荷重Ｐ（図１中における左向きの荷重Ｐ）が作用する。この鉄塔１に作用する水平角度荷重Ｐは、鉄塔１の４本の脚５を時計回り方向に沿って順にａ脚、ｂ脚、ｃ脚、ｄ脚とすると、ｂ脚及びｃ脚に圧縮荷重を生じさせ、ａ脚及びｄ脚に引揚荷重を生じさせる。その結果、鉄塔１のｂ脚及びｃ脚の既設鉄塔基礎２には、ａ脚及びｄ脚の既設鉄塔基礎２と比較して、大きな圧縮加重が作用することになる。なお、ｂ脚とｃ脚の既設鉄塔基礎２にそれぞれ作用する圧縮加重は、鉄塔荷重（鉄塔１の自重の１／４と、水平角度加重Ｐに起因する圧縮荷重と、隣り合う鉄塔１，１間の送電線４の自重の１／２と、鉄塔１に吹き付ける横風に起因する圧縮荷重と、の総和）と、逆Ｔ字型コンクリート基礎６の自重と、逆Ｔ字型コンクリート基礎６の基礎床板７の上部に位置する土壌等（土壌８、後述する軽量盛土１０、浮力抑制コンクリート１１）の重量と、水中コンクリート１２と、の総和になる（図２及び図３（ａ）参照）。

【0013】

図１に示したような鉄塔１の場合において、ｂ脚及びｃ脚の既設鉄塔基礎２の圧縮荷重に対する強度不足が判明した場合には、鉄塔荷重と逆Ｔ字型コンクリート基礎６の自重を軽減することが困難なため、基礎床板７の上部に位置する土壌８の重量を軽減する（図２及び図３（ａ）参照）。

【0014】

（既設鉄塔基礎の補強構造）
図２及び図３（ａ）に示すように、本実施例に係る既設鉄塔基礎２の補強構造は、逆Ｔ字型コンクリート基礎６の基礎床板７の直上（基礎床板７の外縁を上方に延長した仮想線１４で仕切られる範囲内）に位置する土壌８の一部を軽量盛土１０に置き換え、この軽量盛土１０の上に浮力抑制コンクリート１１を敷設してある。浮力抑制コンクリート１１は、軽量盛土１０が土壌８中の水分によって浮力を受けて浮き上がるのを抑えるために、軽量盛土１０の上に配置される。なお、本実施例の既設鉄塔基礎２の補強構造は、図２及び図３（ａ）に示すものに限定されず、図３（ｂ）に示すように、浮力抑制コンクリート１１の上に路盤１３を敷設し、路盤１３上を重機等が移動できるようにしてもよい。

【0015】

図３（ｂ）に示すように、本実施例に係る既設鉄塔基礎２の補強構造の変形例は、逆Ｔ字型コンクリート基礎６の基礎床板７上に土壌８が位置し、土壌８の上に軽量盛土１０が位置し、軽量盛土１０の上に浮力抑制コンクリート１１が位置し、浮力抑制コンクリート１１の上に路盤１３が位置している。そして、本実施例に係る既設鉄塔基礎２の補強構造の変形例において、ｂ脚とｃ脚の既設鉄塔基礎２にそれぞれ作用する圧縮加重は、本実施例に係る既設鉄塔基礎２の補強構造における圧縮荷重の他に、路盤１３の重量と根巻きコンクリート１５の重量とが加算される。

【0016】

図３（ａ）及び図３（ｂ）において、鉄塔１のｂ脚及びｃ脚の既設鉄塔基礎２は、逆Ｔ字型コンクリート基礎６の基礎床板７の底面７ａの下方に水中コンクリート１２と栗石１６とを間に介して位置する土壌８と、逆Ｔ字型コンクリート基礎６の基礎床板７から地中下方へ向かって延びる複数の杭１７とで圧縮荷重を支えるようになっている。

【0017】

また、図３（ａ）に示すように、本実施例におけるａ脚及びｄ脚の既設鉄塔基礎２は、逆Ｔ字型コンクリート基礎６の基礎床板７の直上における土壌８の重量、軽量盛土１０の重量、及び浮力抑制コンクリート１１の重量が引揚荷重に対抗できるようになっている。また、図３（ｂ）に示すように、本実施例の変形例におけるａ脚及びｄ脚の既設鉄塔基礎２は、逆Ｔ字型コンクリート基礎６の基礎床板７の直上における土壌８の重量、軽量盛土１０の重量、浮力抑制コンクリート１１の重量、路盤１３の重量、及び根巻きコンクリート１５の重量が引揚荷重に対抗できるようになっている。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）において、逆Ｔ字型コンクリート基礎６の基礎床板７の底面７ａには水中コンクリート１２が接して位置し、この水中コンクリート１２の下には栗石１６が接して位置しており、この栗石１６の下には圧縮加重を支える土壌８が隣接して位置している。

【0018】

（浮力抑制コンクリートの厚さ）
図２（ｂ）及び図３（ａ）に示す本実施例の既設鉄塔基礎２の補強構造において、上述したように、浮力抑制コンクリート１１は、軽量盛土１０に作用する浮力を抑えるためのものである。そして、この浮力抑制コンクリート１１は、１立方メートル当たりの重量を２．３・ｇ（ｋＮ／ｍ^３）とし、軽量盛土１０に作用する１平方メートル当たりの浮力を１．０・ｇ（ｋＮ／ｍ^２）とすると、厚さ（ｔ１）が以下の数式１によって算出される。
(数１)
ｔ１＝１．０・ｇ（ｋＮ／ｍ^２）／２．３・ｇ（ｋＮ／ｍ^３）＝０．４４ｍ・・・数式１

【0019】

すなわち、浮力抑制コンクリート１１は、厚さが０．４４ｍ以上であれば、軽量盛土１０に作用する浮力に抗することができ、軽量盛土１０の浮き上がりを抑えることができる。本実施例において、軽量盛土１０は、耐候性の高い廃ガラス発泡材を使用している。この軽量盛土１０の浮力は、軽量盛土１０が若干の吸水性を有するため、１．０・ｇ（ｋＮ／ｍ^２）の浮力を受けることは想定できないが、安全側に考えて、１．０・ｇ（ｋＮ／ｍ^２）として、上記浮力抑制コンクリート１１の厚さ（ｔ１）を算出する基礎数値としている。なお、軽量盛土１０は、廃ガラス発泡材に限られず、鉄塔１の建設現場の状況に応じ、高密度発泡スチロール、樹脂製貯留材等を適宜使用してもよい。

【0020】

図３（ｂ）に示す既設鉄塔基礎２の補強構造の変形例は、図３（ａ）で示した浮力抑制コンクリート１１の上に路盤１３を敷設した構造になっている。この図３（ｂ）に示す変形例において、路盤１３は、１立方メートル当たり２．４・ｇ（ｋＮ／ｍ^３）の重量の高強度コンクリートが０．１５ｍの厚さで敷設されている。この変形例の場合、浮力抑制コンクリート１１の厚さ（ｔ１）が以下のように算出される。なお、図３（ｂ）において、逆Ｔ字型コンクリート基礎６の上端部側は、根巻きコンクリート１５によって覆われている。この根巻きコンクリート１５は、浮力抑制コンクリート１１中から路盤１３の上方に突出する位置まで配置されており、逆Ｔ字型コンクリート基礎６の上端６ａと路盤１３の上面１３ａとの間に水溜まりができないように工夫されている。

【0021】

このような図３（ｂ）に示す既設鉄塔基礎２の補強構造の変形例において、路盤１３の１平方メートル当たりの重量（ｋＮ／ｍ^２）は、以下の数式２で算出される。
(数２)
０．１５（ｍ）×２．４・ｇ（ｋＮ／ｍ^３）＝０．３６・ｇ（ｋＮ／ｍ^２）・・・数式２

【0022】

そして、図３（ｂ）に示す既設鉄塔基礎２の補強構造の変形例において、浮力抑制コンクリート１１の厚さ（ｔ１）は、以下の数式３で算出される。
（数３）
ｔ１＝（１．０・ｇ（ｋＮ／ｍ^２）－０．３６・ｇ（ｋＮ／ｍ^２））／２．３・ｇ（ｋＮ／ｍ^３）＝０．２８ｍ・・・数式３

【0023】

すなわち、図３（ｂ）に示す既設鉄塔基礎２の補強構造の変形例において、浮力抑制コンクリート１１は、厚さｔ１が０．２８ｍ以上であれば、軽量盛土１０に作用する浮力に抗することができ、軽量盛土１０の浮き上がりを抑えることができる。

【0024】

（軽量盛土の体積）
図３（ａ）に示す本実施例に係る既設鉄塔基礎２の補強構造及び図３（ｂ）に示す既設鉄塔基礎２の補強構造の変形例において、軽量盛土１０の配置範囲は、逆Ｔ字型コンクリート基礎６の基礎床板７の直上である。そして、軽量盛土１０の重量は、「電気設備の技術基準の解釈第６０条」及び「送電用支持物設計標準（ＪＥＣ－１２７）に準拠して作成された数式４において、安全率（Ｆｃ）が少なくとも２．００になるように決定される。
（数４）
Ｆｃ＝（ＱＣ＋ＫＣ）／（Ｃ＋ＷＣ＋ＷＳ＋ＷＳ３）≧２．００・・・数式４
Ｆｃ＝２．００として、数式４を変形し、軽量盛土（ＷＳ３）１０の重量を求める。
（数５）
ＷＳ３＝（ＱＣ＋ＫＣ）／２．００－（Ｃ＋ＷＣ＋ＷＳ）・・・数式５
ＷＳ３：軽量盛土１０の重量（ｋＮ）
ＱＣ：圧縮地耐力（ｋＮ）
ＫＣ：杭１７の支持力（ｋＮ）
Ｃ：鉄塔１からの圧縮力（ｋＮ）
ＷＣ：コンクリート重量（ｋＮ）
ＷＳ：基礎床板７の直上における土壌８の重量（ｋＮ）
ここで、軽量盛土１０の単位体積当たりの重量をγ・ｇ（ｋＮ／ｍ^３）とすると、軽量盛土１０の体積ＶＳ３（ｍ^３）は数式６によって求めることができる。
（数６）
ＶＳ３＝ＷＳ３／γ・ｇ・・・数式６
以上の数式６によって求めた体積（ＶＳ３）の軽量盛土１０は、逆Ｔ字型コンクリート基礎６の基礎床板７の直上における土壌８の一部（又は全部）と入れ替えて使用される。

【0025】

（実施例の効果）
以上のように、本実施例に係る既設鉄塔基礎２の補強構造は、杭を新たに地中に打ち込むことなく、圧縮荷重が作用する既設鉄塔基礎２の基礎床板７の直上における土壌８の少なくとも一部（一部又は全部）を土壌８よりも軽量の軽量盛土１０とすることにより、既設鉄塔基礎２の圧縮荷重に対する安全率を効率的に確保できる。したがって、本実施例に係る既設鉄塔基礎２の補強構造は、従来のマット型杭基礎１０２による既設鉄塔基礎１０１の補強構造と比較し、既設鉄塔基礎２の基礎床板７の確認等の準備作業に時間を要することがなく、また、空頭制限による作業の制限がないため、作業効率を高めることができると共に、工事費用を大幅に削減することが可能になる。

【0026】

また、本実施例に係る既設鉄塔基礎２の補強構造は、圧縮荷重が作用する既設鉄塔基礎２に対してのみ適用され、引揚荷重が作用する既設鉄塔基礎２に対して適用されないため、工事対象箇所の絞り込みを行うことができる。その結果、本実施例に係る既設鉄塔基礎２の補強構造は、従来のマット型杭基礎１０２による既設鉄塔基礎１０１の補強構造と比較し、工事範囲を狭めることができ、工期を短縮することができると共に、停電時間を短くすることができる。

【0027】

また、本実施例に係る既設鉄塔基礎２の補強構造は、従来のマット型杭基礎１０２のような特殊工法を使用しないため、掘削・埋め戻し・転圧・整地という従来工法で施工可能であり、従来のマット型杭基礎１０２による既設鉄塔基礎１０１の補強構造と比較し、工事を容易に行うことができる。

【符号の説明】

【0028】

１……鉄塔、２……既設鉄塔基礎、５……脚、６……逆Ｔ字型コンクリート基礎、７……基礎床板、８……土壌、１０……軽量盛土、１１……浮力抑制コンクリート、１７……杭

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】