太陽光発電施設を対象としたスパイラル杭の凍上対策とその設計方法の提案
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22K04301
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22030:Geotechnical engineering-related
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
中村 大 北見工業大学, 工学部, 教授 (90301978)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川口 貴之 北見工業大学, 工学部, 教授 (20310964)
松田 圭大 北海道科学大学, 工学部, 講師 (50909306)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | 太陽光発電 / 凍上対策 / 凍着凍上現象 / スパイラル杭 / 積雪寒冷地 |
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| Outline of Research at the Start |
近年、北海道において太陽光発電施設が積極的に建設されているが、凍上現象による様々な被害が散見されるようになってきた。太陽光発電施設において凍上被害が発生する主な原因は、設計ガイドラインに凍上対策が明示されていないことから、事業者が凍上被害の発生を予測し、これを回避する手段を持ち合わせていないためである。そこで本研究では、寒冷地での普及が期待されるスパイラル杭に着目し、これを用いた凍上対策を提案する。申請者が提案する凍上対策は、スパイラル杭の羽根付き部分を最大凍結深さ以深に埋設するというもので、この凍上対策に必要な羽根の設計方法について、室内模型実験と一面せん断試験で検討を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，北海道の山間部や遊休農地などにおいて，太陽光発電施設が積極的に建設されている。しかしながら，凍上現象による被害が散見されるようになってきた。そこで本研究では，寒冷地での普及が期待されるスパイラル杭に着目し，これを用いた凍上対策を提案することを最終目標としている。
研究初年度は，スパイラル杭の凍上・融解沈下挙動を解明するための各種の室内実験の準備を当初の計画通りに完了し，当初の計画を前倒して屋外実験を実施することができた。
まず，スパイラル杭の凍上・融解沈下挙動を解明するため，屋外実験フィールドにおいて複数種類のスパイラル杭の実物大模型を施工し，屋外実験を実施した。凍結期における杭の鉛直変位量の計測結果から，スパイラル杭の埋設深さを大きくすることで，凍上量を小さく抑えることができることが確認できた。この傾向は，羽根の幅が大きいものほど顕著であった。また，融解期における鉛直変位量の計測結果から，スパイラル杭は概ね凍結前の元の位置に戻ることが確認できた。これに対し，羽根の無いストレート杭では沈下が発生せず，凍上による変位がそのまま残留することが確認された。このことから，スパイラル杭の羽根は，土圧が作用することで融解期の沈下を助ける役割を果たしているものと推測される。
次に，屋外実験フィールドにおいて施工したスパイラル杭の実物大模型を用いて，施工直後と春期に引抜試験を実施し，凍結融解履歴が杭の引抜抵抗に与える影響を明らかにすることも試みた。引抜試験の結果から，全ての種類の杭において凍結融解後に引抜抵抗が低下していることが確認できた。ただし，羽根の幅が大きく，凍結深さ以深の羽根の数が多いスパイラル杭では引抜抵抗の低下は小さかった。このことから，羽根の幅や数を設計に盛り込むことで，スパイラル杭の引抜抵抗に与える凍結融解履歴の影響を小さく抑えることができるものと考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究初年度は，スパイラル杭の凍上・融解沈下挙動を解明するための各種の室内実験の準備を当初の計画通りに完了し，当初の計画を前倒して屋外実験を実施することができた。実験結果および計測結果については，各種の学会での公表を予定している。
室内模型実験については，スパイラル杭の模型，土槽並びに冷却盤の作製を完了させた。また，室内模型実験に使用する土の選定を行い，各種の土質試験に加えて，凍上試験も実施し，室内模型実験を行うための全ての準備を完了させることができた。
一面せん断試験については，試験装置の作製を完了させた。また，これを用いて，本研究の基礎となる凍結融解させた土の一面せん断試験を実施することもできた。
屋外実験については，スパイラル杭の実物大模型を施工し，その凍上・融解沈下挙動を明らかにすることに取り組んだ。また，施工直後と春期に引抜試験を実施して，凍結融解履歴が杭の引抜抵抗に与える影響を明らかにすることも試みた。
以上のように，当初の計画通り，研究を順調に進めることができているため，区分を(2)とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度は，令和4年度に準備が完了した各種の室内実験を精力的に実施し，令和4年度から開始した屋外実験を継続していく．
室内模型実験については，羽根の幅や数を変えたスパイラル杭の模型を埋設して，これに凍結融解履歴を与え，その凍上・融解地位化挙動を明らかにしていく。また，凍結融解前後に引抜試験を実施し，凍結融解履歴がスパイラル杭の引抜抵抗に与える影響について明らかにしていく。
次に一面せん断試験については，杭の凍上対策を設計する上で必要となる凍結融解前後の杭（金属）と土の摩擦力を把握することに取り組む。特に，令和5年度は金属と土試料を凍着させた後や融解させた後に，一面せん断試験を実施していく。
最後に，屋外実験については，令和4年度に開始したスパイラル杭の実物大模型の凍上・融解沈下挙動の計測を継続して行っていく。
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)
