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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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かわい

太陽光発電の地盤沈下で架台やスクリュー杭の沈下が発生し、メンテナンス等でお困りではないでしょうか?そのままにしておくととても危険です。 杭基礎工事300件、打設本数65,000本以上の実績を持つ当社では、台風や大雨などで被害を受けた架台やパネルの、様々な補修方法・復旧方法もご提案しています。

ジオリゾームの「太陽光発電 地盤沈下対策工事」

メンテナンスフリーと言われてきた太陽光発電ですが、産業用太陽光発電(野立て太陽光発電)が、4・5年も経ってくると、様々な箇所で、メンテナンスが必要になってきます。早いものですと、1年でメンテナンスが必要なものも出てきます。

「太陽光発電設備のO&M(運用監視(Operation)と保守(Maintenance))」という言葉もよく聞かれると思いますが、太陽光発電設備を長期的に安全に稼働させるためには、維持管理やメンテナンスがとても重要になります。
また、改正FIT法により、事業計画認定申請時にメンテナンスの計画を提出することが義務化されています。

事前対策と早期リペア

かわい

特に、軟らかい地盤や硬い地盤では、以下のことが起こりやすくなります。

はじめに、地盤沈下杭や沈下杭についてです。要因としては、2つの可能性が上げられます

✔設計ミス
✔施工ミス

ほとんどの地盤沈下杭や沈下杭は、この2つの要因によるものだと考えられます。それでは、具体的にこの2つを説明していきたいと思います。

設計ミス

私の中では7~8割が設計ミスによるもののような感覚です。具体的には、①スクリュー杭そのものを選択したことによる選択ミス②スクリュー杭の長さの選定ミス。が上げられます。

① スクリュー杭そのものの選択ミスとは、その多くが、スクリュー杭の強度が取れないにもかかわらず、柔らかい地盤に、スクリュー杭を使用している。ということです。例を上げると、地表面から5mの所で強度がしっかり取れる地盤(支持層)だとします。そこに、1.6mや2mの一般的な杭を打設しても、届いていません。いずれパネルや架台、スクリュー杭の重量によって、沈んでしまうでしょう。場所によっては、積雪の重量も加わります。

本工事をする前、もっと言うと、スクリュー杭を発注する前に支持層が地表面から何mの所にあるのか?を確認しなければなりませんが、これを省略して、『何でもかんでもスクリュー杭!』としている設計ミスがかなり多くあります。実際に、硬い地盤が6.5mまでなかったという事例もありました。この場合、スクリュー杭の選択そのものが間違っているように感じます。場合によっては、太陽光発電設備の建設を断念する。というのも選択の1つだと頭の片隅には入れておかないといけないと思います。

次に②長さの選定ミスですが、例えば、地表面から2mの所に強度が取れる地盤(支持層)があったとします。そこに、2m杭を1.7m打設し、地表面から30cm出るような形で、杭を打設したとします。この場合も沈下するのですが、事前に調べておけば、防げたミスです。この場合、2.5m杭を打設していれば、十分対応できました。

両者に言える事は、事前準備不足という事になります。そのためにも、本工事前に、スウェーデン式サウンディング試験という試験を実施し、地盤の硬さを調べ、その上で杭を発注し、地盤沈下や沈下に対応していれば…と思うばかりです。

施工ミス

次に施工ミスですが、こちらは①慣れ②不十分という言葉が、キーワードになってくるように思います。

まず①慣れですが、数多くのスクリュー杭を打設していると、どうしても人間、確認が疎かになってきます。レベル管理をしながら、スクリュー杭を打設するのですが、そのレベル管理で、ボ~っとしてしまい、スクリュー杭を打込み過ぎてしまうこともあるでしょう。その時は、スクリュー杭を逆回転させて、レベルを合わせます。そのスクリュー杭が、2年3年と経つと…。悲しい事に、沈んでしまったりすることもあります。しっかり管理しながらやっていても、レベル間違いに気づき、修正することもありますので、そのエリア一帯が杭沈下という事もありました。

次に②不十分ですが、こちらは埋設配管の話をしたいと思います。埋設配管をした時、当然ながら、管を入れた後、転圧をするのですが、これが不十分の時が意外とあります。特に注意が必要な箇所が、パワコン周りの転圧です。パワコンを架台の側面(架台の北側の空間を利用して設置する。)に設置するものが多いと思います。

パネルや架台の重量に加え、パワコンの重量も加わり、スクリュー杭が沈下しやすい環境に加え、パワコン周りは、埋設配管も多いので、掘削も多くなり、それに引きずられて、地盤沈下や沈下杭は発生しやすくなります。管があるとどうしても管がつぶれないように転圧を甘くしがちになりますが、こういう事例が増えているように感じます。

当社では、そのようなことを防ぐために羽の広いスクリュー杭の使用固い岩盤への先行掘削の他、地盤や打設した杭の強度を確認する事前試験も実施しています。

また、経年による架台の沈下や浮き上がりを放置し続けると大規模災害時の被害がさらに増大していくケースが増えています。早期のリペアやメンテナンスが発電と売電の期間継続を左右します

スクリュー杭や架台の沈下とその対策

既存太陽光発電設備の地盤沈下や沈下杭の復旧対策は、千差万別ですが、まず始めに、確認事項として、4つを上げさせて頂きました。

➀.地盤沈下している、若しくは沈下している杭の数と全ての杭の本数(割合)
➡全体を把握することで、対策も変わってきます。
➁.①杭のエリア(バラバラなのか?かたまって(集中して)いるか?)
➡沈下している杭が、一部のエリア集中していたら、地盤が柔らかい可能性があり、バラバラの場合なら、施工ミスの可能性があります。
③.何cmくらい沈下しているのか?
➡沈下量によって、対応の仕方が変わってきます。
④.スクリュー杭のフランジと地表面からの距離
➡フランジの位置が重要です

地盤が全体的に柔らかい場合は、コンクリート基礎をべた基礎して、対応するやり方をオススメします。

または、0.5~0.8m程度バックホウのバケツで掘削した後、セメントなどを入れて改良し、そこに、短めのスクリュー杭を打設するやり方などです。長い杭ですと、羽の部分に改良した土が引っ掛からないからです。

一次的かも知れませんが、よくやる復旧方法として、ダブルフランジを入れるやり方もあります。

左【調整式ダブルフランジ】右【固定式ダブルフランジ】

・ダブルフランジの種類と価格はこちらになります。

台風などへの強風対策:パネル補強(5点留め&6点留め)

台風等の強風は、発電施設の杭基礎を浮き上がらせて抜いてしまい、架台倒壊のほかにソーラーパネルが吹き飛ばされるといった大きな被害を生み出します。当社案件でも、近年の暴風により架台とパネルが大きく歪んでしまい、多数の発電施設で修繕とメンテナンスを要したことがあります。

台風被害

スクリュー杭が風の影響などにより、抜けてしまった場合、スクリュー杭を元の高さに戻す必要があります。一番簡単な方法は、穴を掘って、スクリュー杭を入れ、同時にセメントなどを入れ改良するやりかたです。それに加えて、隣通しの杭を単管を使用して連結させるのも良いと思います。

また、強風による損傷を未然に防ぐために、通常多くの太陽光発電設備では、太陽光パネルを4点留めしておりますが、特に一番上の段を5点留めや6点留めを推奨いたします。と言うのも、今まで、風などによる被害を見て来たのですが、想定を大幅に超える突風を除くと、風による被害の多くは、パネルの抑え金具の破損により、パネルが外れ、飛び、他のパネルに接触する(2次災害)物が多いように感じました。スクリュー杭が抜けたり、架台が破損したりするよりもずっと多いと思います。工事自体もそれほど難易度の高いものではないので、5点留め・6点留めはオススメです。

左:金具4点留め 右:金具6点留め

4段目の上側の金具が破損すると、4段目のパネルが取れ、3段目の上側の金具のバランスが崩れ、3段目のパネルが外れ、2段目の上側の金具のバランスが崩れ、2段目のパネルが外れ、1段目の上がの金具のバランスが崩れ、1段目のパネルが外れる。
つまり、台風などの風の影響でパネルが外れる時は、縦にパネルが外れることが多い!

架台の高さ調整に便利な「ダブルフランジ(嵩上げ杭)」のご紹介

スクリュー杭を打設する際、杭の高さを調整して打設していきますが、地形が凸凹していたり、地質の硬さのよっては高さが足りなくなってしまうことがあります。

写真の現場では、南西方向の傾斜地となっており、北東方向(写真奥)の方は、地面からの距離が短いスクリュー杭の打設になります。一方、南西方向(写真手前)は、地面からの距離がかなり長くなっているので、2.5mのスクリュー杭を使用して打設をしていきました。しかし、それでも必要としている高さ(レベル)まで届かなかったので、ダブルフランジを間に入れて結合して、レベルの不足分を補いました。

ダブルフランジ

ダブルフランジ

このように、ダブルフランジは高さを継ぎ足し、スクリュー杭のレベルを調節していく際に重宝する建材です。ダブルフランジの上下のフランジ(お皿部分)の間の長さのサイズは、300mm、500mm、900mm、1000mmがあります。こちらのダブルフランジですが、当社で販売を行っておりますので、在庫確認も含め、御入用という方はお気軽にご連絡ください

尚、スクリュー杭との接合にはネジ部品も必要となりますが、そちらも販売しています。また、「100mmサイズのダブルフランジが欲しい!」など、3種類以外のダブルフランジのご要望にも対応させて頂きます。

ダブルフランジ 販売価格(税抜き)
L-100 2400円
L-300 2,500円
L-500 2,600円
L-900 3,000円
L-1000 3,300円
300mm~500mm調整ダブルフランジ
L-300
2800円
500mm~900mm調整ダブルフランジ
L-500
3,400円

※ボルト、ナット、ワッシャー 1セット300円(税抜き)
※フランジは、全てφ200mmで8個穴です。
※送料は含んでおりません。

メンテナンス事例

宮城県案件

スクリュー杭の沈下により、架台とパネルが歪んでしまいました。地盤沈下対策工事を施し、復旧を行いました。

杭基礎が30cmも沈下したことにより、架台がずれてパネルを押さえる金具の爪が外れてしまいました。金具の数を増やして強度を増やしても、地盤沈下によって外れてしまったら十分な効果を発揮できません。このまま放置してしまうと強風によってパネルが吹き飛び二次被害を起こす恐れがあります。

 


復旧施工後。

加東市案件➀

スクリュー杭の沈下がみられたため、地盤沈下対策工事をして、復旧を行いました。

左:沈下により端のパネル部分が歪んでいます 右:メンテナンス後

加東市案件②

スクリュー杭の沈下がみられたため、地盤沈下対策工事をして、復旧を行いました。

上:沈下によりパネル部分が歪んでいます 下:メンテナンス後。遠景、近影

三田市案件➀

2018年に発生した台風21号の影響で、自社発電所の太陽光パネル4枚が飛んでしまい、スクリュー杭も抜けかけました。

台風被害台風被害
台風によって下から吹き上げられて大きく歪んだパネル架台
台風被害台風被害

スクリュー杭のねじ山部分が見えてしまっている程、杭が抜けてしまっています。このような場合、架台を下げないようにしつつスクリュー杭を掘り起こして処置します。車に使用するジャッキで固定し、杭の掘削、異形直交クランプを入れた後、1mの単管をかませることにしました。その後はまた強風で浮き上がらないようにセメントで固め、単管を繋いで固定しました。

台風被害、復旧台風被害、復旧スクリュー杭を補強し、強風対策としてソーラーパネルの押さえ金具も4点留めから6点留めに変更しました。

三田市案件②

お客様よりスクリュー杭の沈下のお問合せをいただき、現場調査を行ったのち、復旧作業を実施しました。


杭が沈下し、パネルが下がり歪んでしまいました(左)。復旧作業を施し直しました(右)。

スクリュー杭や架台の沈下を放置すると、パネル同士に負荷がかかり破損につながります。無傷のパネルまで損傷することになり、大きな出費となってしまいます。
幸い、早い段階でご連絡を受けたため、パネルへの損傷もなく継続して発電できることになりました。

台風・豪雨・雪などで起こる太陽光発電基礎へのダメージと復旧

近年は、豪雨や大型台風が本当に多くなりました。自然災害で影響を受けやすいのは基礎部分です。その他、地震や積雪等によっても、今後は想定外の被害規模が生じてくる可能性も増加していくものと思われます。具体的な、災害による被害とその復旧方法を見ていきたいと思います。

台風などの強風による被害

台風被害

台風被害台風被害
  1. 強風により、スクリュー杭が一部浮き上がってしまい、架台が変形してしまう。
  2. 強風により、ソーラーパネルの抑えていた金具が破壊される。強風により、ソーラーパネルの抑え金具が破壊し、パネルが飛んでいってしまう。

パネルが1枚でも飛んでいってしまうと、他のパネルに当たり、パネルの破壊枚数が多く出てしまいます。

スクリュー杭先端

対策として、①で注意するべき点は、地盤が非常に硬い場合と柔らかい場合です。
地盤が非常に硬い場合、スクリュー杭の羽の部分が削れて摩耗してしまっている可能性が高いです。単管のような状態になってしまい、摩擦する箇所がなくなるので、抜けやすくなります。人が触って確認した程度では、スクリュー杭の打設の強度は分かりません(人が触れた程度でグラグラと揺れるようでは、その時点で危険ですが…)ので、注意が必要です。
地盤が柔らかいと、地中深くまで杭を打設したつもりでも強風によって架台が浮いて持ち上げられてしまい、杭が抜けやすくなってしまいます。

②の対策ですが、押え金具の個数を増やすことをオススメします。
多くの野立て太陽光発電システムは、パネルが4段で、写真のように4点留めだと思います。強風が吹いた時、一番上の段の4段目の抑え金具が破損してしまいやすいです。それに伴い3段目、2段目のパネルが飛んでしまいます。つまり、一番上の段の4段目が飛ばされなかったら、3段目以降のパネルが飛ぶことを押さえられる可能性が上がります。これから、4段目のパネルを4点留めから、5点留めや6点留めにして、強度を上げることで、台風対策・強風対策が可能になります。

豪雨による被害

当社では雨による被害報告はまだありませんが、ニュースなどの報道で、雨により土台が削られて地盤が脆くなり、土砂崩れが発生してソーラーパネルや架台ごと施設が破壊されてしまったという事例を聞きます。

土砂崩れ被害

特に傾斜地における雨への対策は非常に重要で、場合によっては、太陽光発電をやらないという選択肢もあって良いと思います。事故により交通機関、道路などのインフラへの損害や人的被害が発生する前に、無理な造成工事や太陽光発電の設置は止めておくべきです。
また、地盤が柔らかい場所で杭施工を行っていた場合、雨などによって少しずつ杭の周りの地盤が削られて緩んでいき、地盤沈下していく原因にもなります。

雪による被害

雪による架台やソーラーパネルの破損も増えてきている印象があります。積雪の重量に設備が耐え切れず倒壊してしまうのです。この倒壊や破損の要因は2つ上げられます。

積雪被害

1:軒先パネルからの地面からの距離が短い

地面からの距離が短い場合、パネルに積もった雪が、下のパネルの方に、滑り落ち続けますが、軒先に雪が溜まってしまい、段々と落ちるところがなくなってしまいます。結果、パネルの上に雪が残ってしまい、その重みで倒壊してしまいます。 

積雪被害

2:パネルの傾斜角度

積雪が滑り落ちやすいように、最低でも20度以上の傾斜角度は必要としたほうがいいでしょう。

強風だけでなく、雪が多く降る地域では、今までに経験したことのないような想定外の積雪への対策についてこれからも考えたほうが無難です。

かわい

ジオリゾームでは太陽光発電の地盤沈下対策工事に特化した、また、お客様のご要望に応じた様々なメンテナンス・災害復旧を行っています。気になること、お困りのことなどございましたら、お気軽にお問い合わせください!

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