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太陽光発電スクリュー杭打ち・先行掘削

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事前試験

野立て太陽光発電の基礎で用いられるスクリュー杭ですが、現場の状況によっては杭打ちや設備の設置が困難であることがあります。そのようなアクシデントを未然に防ぐため、事前試験と調査が重要となります。

事前試験とは?

野立て太陽光発電の施工現場にて、実際に使用予定のスクリュー杭で杭打ちを行い、引き抜き試験などの各種試験によって、地盤の固さや強度などの状態を確認していく作業のことです。

スクリュー杭打ち状況引き抜き試験
左.スクリュー杭打ち状況 右.引き抜き試験

例えば田んぼや畑などは地盤が軟らかく、スクリュー杭を打っても強度が弱い場合があります。そのような場合に、この試験打ちを実施することによって地盤の強度を調べていきます。

これにより、スクリュー杭工法に適しているのかと、現場の土地に適している打設方法についての判断と提案をさせていただきます。試験の結果によっては、スクリュー杭での工法は推奨できない場合もございますが、代替案もご提案させていただきます。

引き抜き試験
引き抜き試験

事前試験はなぜ必要?

スクリュー杭工法は、コンクリート基礎に比べれば施工期間が短く、施工費用も安くなるので、コストパフォーマンスがいい工法です。しかしながら、どのような土地でもスクリュー杭工法による施工が可能というわけではありません。現場となる土地の地盤の状態によってはスクリュー杭工法が困難な場合もあります。

事前試験を実施するタイミングは本工事前や後であったりとまちまちになりますが、本来はスクリュー杭を発注する前に実施することが重要かつ有効 です。使用予定であるスクリュー杭で強度が取れるのかということを確認するための試験なので、十分な強度がとれなかった場合は、現場に合った最適のスクリュー杭を用意し、それらに沿った施工計画をたてることができます。

また、硬い地盤であれば、杭が破損したら追加の杭の発注やメンテナンスコストや、施工後の強度不足による前述の事故や災害も予想されます。適切な施工方法と資材選定をすることで、無用な出費を抑えて、経費削減に繋げられます。発電設備の規模が大きくなればなるほど事前試験が必要になるのです。

硬い地盤へのスクリュー杭打設

破損スクリュー杭

地中に小石や岩盤がある等、地盤が硬いとスクリュー杭を打設しようとしても、なかなか打ち込めず、ひどい時にはスクリュー杭が折れ曲がるなどして変形してしまうこともあります。

軟弱な地盤へのスクリュー杭打設

逆に、柔らかい軟弱な地盤や地中に空洞や水脈がある土地でもいけません。スクリュー杭を打ち込むこと自体は問題なく行えます。しかし、スクリュー杭基礎を打ち込んで、架台とパネルを載せて組み上げた後、しばらくすると、架台とパネルが重さで沈んでいき折角の発電設備がダメになってしまいます。強風で杭が抜けてしまうこともあります。

杭基礎メンテナンス

地盤が軟弱である土地へのスクリュー杭工法は、最善の注意が必要になってきます。地盤が柔らかい場合では、支持用の羽が大きい軟弱地盤用の大羽スクリュー杭や2500mm スクリュー杭を用います。どの杭が適切かを見極めることがキーになります。

売電利益が出る為に約20年以上の発電を支える基礎となりますので、施工中やその後々のトラブルと損害を防ぎ避ける為に、多少の必要経費と考えてでも、スクリュー杭施工前には現地調査で事前試験を実施することを、ジオリゾームでは強くお勧めしています。

事前試験の内容

事前試験には、主に次のような方法があります。

引き抜き試験

『引っ張り試験』と呼ぶこともあります。杭を打ち込んで必要強度まで杭を引き抜き、強度が出ているのか確認する試験です。

スクリュー杭を任意の深度まで打設し、その打設した杭に計測器を付けて引っ張ることで、杭の瞬間的負荷にどれだけの耐久性があるのかを試します。上方向に引く『垂直引き抜き試験』横方向に引く『水平引き抜き試験』で強度を確認します。

太陽光発電施設では、上左右方向に引かれる力というのは風ぐらいしかありません。それも、引き抜かれるような強風だとしたらかなり瞬間的なものになります。台風等によって杭が抜けてしまうと、架台やパネルが歪んで破損する恐れがあります。

台風被害
歪んだ太陽光パネル

引き抜き試験

弊社では約1tの強度で計測しますが、よく使われているコンクリート基礎の50cm角でも、その重さは400kg程度なので、この場合、十分な強度が保たれていると言えるかと思います。土質などによっては、1t以下で引き抜けてしまうこともあり、かなり弱いところでは150kg程度でも抜けてしまいます

事前試験を行うメリットとしては、杭を打ち込むので地盤の硬さも確認できて、柔らかい場合、硬い場合によって杭の長さなど調整することで経費を最小限に抑えることができます

例えば2mの杭打ち施工を予定していて、引張り試験の結果1.6mのスクリュー杭でも強度が保てるという事が分かれば、経費の削減にもなります。

弊社においては、杭にアタッチメントを装着してボーリングマシンで引っ張ることで、強度を計測するので、スクリュー杭の打設と一緒にご依頼いただけた場合は費用削減につながります。引き抜き試験は、事前試験の中でも主流になっており、お客様の安心感にもつながりますので、実施をおすすめ致します。

スウェーデン式サウンディング(SS)試験

SS試験

野立て太陽光発電設置予定地の地盤が、どの程度の硬さなのかを調べる試験です(※戸建て住宅の地盤試験として最もポピュラーになっている試験です)。

引き抜き試験図解

この試験は、先端がドリル状(スクリューポイント)なっている鉄の棒(ロッド)を地面に垂直に立てて、それにおもりを載せた荷重、そのまま回転を加えた場合に対するそれぞれの沈み込む深さ(貫入量)を測定し、土層構成と地盤の強さを判定するものです。
荷重と回転数を計測して、地盤の強度を表す「N値」を算出することで、事前にどのような基礎を選定すればいいかなどに役立ちます。このN値が低すぎると、地盤の沈下などを引き起こす原因にもなるので、重要な指標となってきます。例えば、50cm掘ってみようとしたが岩盤になっており、スクリュー杭での施工が好ましくない現場もあるので、そのような現場での事前計画が立てやすくなるというのも利点の一つです。

あくまで土壌の組成を調べるもので参考となる程度ですが、野立てで太陽光発電を設置する際にきちんとSS試験を実施しておけば、後々のトラブルを防ぐことにつながります。スクリュー杭工法にて設置する際は、一般的にN値4~7が理想と言われております。

押し込み(平板載荷)試験

平板載荷試験

地面に打設したスクリュー杭基礎に直接荷重を加えていき、その杭の沈下量から地盤の支持力(地盤が支えられる荷重の大きさ)を求める試験方法です。

押し込み(平板載荷)試験は家などを建てる際に、その基礎を地盤が硬い地層まで何mも打ちこむために行います。太陽光発電施工の場合だと地盤調査もせず表面の地盤だけで硬さを判断して、地盤が柔らかくても気づかずに架台やパネル設置してしまうケースがあります。そうすると何年かすると架台やパネルの重さで杭が沈下してしまい、その影響で架台が曲がる、パネルが割れるといった破損が起こるのです。

スクリュー杭に計測装置類を取り付け、ユンボなどの重機によって荷重を加えていき、時間をかけてどの位沈下したのかを計測します。大型の重機類が入りにくい地域や短時間で計測したい場合は、計器にブロックや重機のアーム等によって荷重を加えて計測する簡易式の試験方法もあります。
押し込み試験

押し込み試験を行う事によってスクリュー杭基礎が沈下してしまうトラブルの対策と防止につながります。

特に雪がよくふる豪雪地帯等では、パネルや架台への積雪によって荷重が急速にかかり、発電設備が大きく損壊してしまうという事例が多くあります。長期の運用のためにも引き抜き試験だけでなく押し込み試験が必要な案件も増えています。

上記のうち以下の3つを、事前3試験といいます。

事前3試験

  • ➀『垂直引き抜き(引張り)試験』
    強風によって、架台が上や左右に動いた時に、耐久力があるかの試験。
  • ➁『水平引き抜き(引張り)試験』
    強風によって、架台が上や左右に動いた時に、耐久力があるかの試験。
  • ➂『押込み(平板載荷)試験』
    『押込み試験』は、積雪によって荷重がかかった時の耐久力の試験です

    構造計算によりますが、垂直引き抜き試験は700kg以上、押込み試験は900kg以上、水平引き抜き試験は350kg以上の数値が概ね欲しいところです。

事前試験が増えている理由

太陽光発電施設の事前試験と言うと引抜き試験もしくはSS試験が多く、当社でも年間10案件以上はご依頼をいただいておりました。

しかし、今現在ではSS試験や引抜き試験だけでなく「押込み試験をして欲しい」というご相談も増加してきています。ご相談が推移してきた背景には、台風などで倒壊する太陽光発電施設が増加してきたことと、それによる影響で経済産業省が法改正を実施したことにあります。

使用前自己確認制度―事前試験の義務化

2012年より全量買取制度が導入されて、売電単価が上がったことと売電期間が20年間になったことで、多くの企業・投資家による太陽光発電施設への投資が増加。遊休地や雑種地に多くの太陽光発電所が設置されるようになり発電施設が急増しました。

そして、利回りを良くするために、風圧や加重に耐えられない架台の使用や造成工事の不備が発生し、架台の損壊や堤防の決壊、大雨による土砂崩れや積雪による発電所の倒壊、突風や台風等によりパネルが飛散して近隣の家屋等に衝突するなど、施工不良を原因とした重大事故・被害が多発しました。

台風被害

これらの被害からは、発電設備が技術基準に適合しているかを設置者が確認・把握していない場合が見受けられていました。このことから経済産業省は、安全性確保に向けて対策を見直し、「使用前自主検査及び使用前自己確認の方法の解釈」の一部を改正。太陽光発電設備の導入にあたり、技術基準への適合について設置者が確認を行い、その結果を国に届け出る「自己確認制度」を導入2016年11月30日に施行しました。

今までは出力2000kW以上の特別高圧の発電施設を対象に、各工事や資材の点検・検査が義務付けられていましたが、この改正により出力500kw以上2000kw未満の太陽光発電施設でも各工事や資材の点検・検査が義務付けられました。

要するに「出力500kW以上の太陽光発電を設置する前に、技術基準に満たしているか確認することが必要」だということです。2016年12月から、この点検が義務付けられたことによって事前試験の実施件数が増えたということです。
※各地域によっては点検・検査の基準は異なる場合がございます。各地域の経済産業省にお聞きください。

低圧(50kw未満の発電施設)発電設備でも増加

制度の改正により、点検と技術基準適合が義務付けられたことで事前試験は増えましたが、実は、低圧(50kw未満の発電施設)案件での試験依頼も増加しています。低圧発電では義務付けはされていないのになぜ増えているのでしょうか?
それは、低圧でも地盤沈下や積雪による設備倒壊等の事故が増えてきたためです。

固定買取価格制度がはじまった2012年の設計基準はドイツの基準を参考にしていたため、地域によっては日本の自然環境に適応した強度が保たれていないまま設置されたケースが多く、積雪倒壊や地盤沈下、台風での倒壊などが多発しました。

このため、2017年に太陽光のJIS規格が厳しくなり、その基準をベースとするようになってきました。 日本は島国なので、地盤が地域によって全く異なります。よって、低圧でも倒壊・沈下しないような架台や基礎を事前に選定するために、低圧案件でも事前試験をする必要がでてきたのです。

積雪倒壊
積雪による加重に耐え切れず倒壊した架台パネル

事前試験については、これまでは台風や突風などで発電設備が飛散する危険性を考慮した、引抜き試験のみの試験が中心でした。しかし、基礎が荷重に耐えきれず沈下してパネルが割れたり、架台が曲がったりという事故も多発しているため、引抜き試験だけでなく押込み試験も実施することが増えてきています。せっかく発電している施設が、積雪の重みにより倒壊してしまったので助けてほしいというご相談も多くいただいております。

太陽光発電事業は、20年間順調に発電して、初めて収益が得られるものです。 リスク・トラブル回避のために、上記の事前3試験の実施をお勧めしています。どのような土地であるのか、どのような方法で試験を行うか、また、他の試験方法を行うかなど、情報とご相談を頂ければ、安心して頂くためのご提案もさせていただきます。 太陽光発電施工の事前試験に関してご相談がある方は、お気軽にご相談ください

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