(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形の側面を有する八角柱の形状をし、その中心に穿孔を有する本体と、
この本体の４つの側面に１つおきに本体と一体的に突出するように形成された矩形の柱の形状を有する４つの脚部と、
これら脚部の下部の各々に突出形成された足部とを具備し、前記脚部及び前記足部の各角は面取りされている沿岸構造物用の消波ブロックにおいて、
前記消波ブロックの長さ（一方の脚部の外側面から、これと対向する他方の脚部の外側面までの長さ）をＣとするとき、各脚部の幅及び長さ（本体の側面から突出した長さ）は、０．４Ｃ及び０．２Ｃであり、各足部の脚部から突出した高さは、０．０５Ｃであり、各脚部の各角に対する面取りは、本体の側面と同一の角度を有し、かつ前記脚部の側面の接線方向における長さは、０．０５Ｃであることを特徴とする消波ブロック。
【請求項２】
前記脚部の上部にも足部が更に突出形成されていることを特徴とする請求項１に記載の消波ブロック。
【請求項３】
前記穿孔は、揚圧力を分散するために水を上方又は下方に通過させるように形成されており、これの形状は正方形であり、各面は、前記脚部を有しない前記本体の側面に平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載の消波ブロック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沿岸構造物用の鉄筋ブロック、即ち、消波ブロックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的には、港湾内で又は波打ち際に設けられる沿岸構造体は、湾岸構造物を波エネルギーの伝達から保護するという保護コンセプトの下で設置される。沿岸構造物が防波堤又は護岸堤防のために建設されるとき、沿岸構造物の下層として、傾斜面で流体力学的に安定化するための砂岩が用いられ、沿岸構造物の上層として、波エネルギーを分散させる役目を果たすために、テトラポッド、ドロス、アクロポッド又はコアロックのような被覆されたブロックの人工鉄筋ユニットが用いられる。特に、防波堤の設計方法については、捨石マウンドの防波堤は、前方傾斜面用の人工鉄筋ユニットを設置するために広範囲に採用される。最近、混成タイプに採用されるケーソンは防波堤を建設するために用いられる。
【０００３】
取引量及び貨物船の寸法の増大により、海岸から沖の水深の大きい場所に防波堤を建設する傾向がある。従って、構造物を大波から保護するための被覆材料の重量を増やすことが予想される。新たに開発される港湾の設計のために，従来の港湾の設計状況よりも厳しい天候及び大きな波が考慮されるべきである。
【０００４】
重要な施設を波打ち際で保護するために、防波堤又は護岸堤防の設計は１００年を超えて使用できるように考慮されるべきである。
【０００５】
或る区域のための従来の標準的な設計方法では、大きな寸法の港湾又は従来の捨石マウンドの防波堤及び護岸堤防を建設する場合は、被覆材料の上層と砂岩の下層との重量比は１：１／１０だろう（沿岸地帯技術研究センター、米国技術部隊、１９８４年、沿岸防衛マニュアル、７乃至２２８頁）。被覆材料を人工流込み成形によって製造することができるので、被覆材料の要望される重量を供することができる。しかし、砂岩の下層のための自然岩が常に建設現場付近で提供されても、砂岩の下層のための、対応の重量の十分な量を供するのは容易ではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題を解決するために、従来の人工鉄筋ブロック、又はブロックの僅かに変形されたタイプが、砂岩の下層の代わりに、前方傾斜面が覆われたブロックとして、用いられる。この場合、下層が建設中に晒されるか、前方傾斜面が覆われたブロックと共に設置されるだろうならば、上記ブロックは区域全体の流体力学的特性にとっては明らかに安定しないだろう。
他方、ラ・ニーニャ現象により、地球の海面は上がっている。結果として、浅い水域で砕波により波エネルギーの期待される分散がなされないだろう。しかし、沿岸構造物のための現在の設計は、上昇した海面を、考慮に入れていない。
本発明の課題は上記の問題を克服し、砂岩を代替するために人工のブロック、即ち、消波ブロック(以下、「ハーフロック」という)を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の沿岸構造物用の消波ブロックは、矩形の側面を有する八角柱の形状をし、その中心に穿孔を有する本体と、
この本体の４つの側面に１つおきに本体と一体的に突出するように形成された矩形の柱の形状を有する４つの脚部と、
これら脚部の下部の各々に突出形成された足部とを具備し、前記脚部及び前記足部の各角は面取りされている沿岸構造物用の消波ブロックにおいて、
前記消波ブロックの長さ（一方の脚部の外側面から、これと対向する他方の脚部の外側面までの長さ）をＣとするとき、各脚部の幅及び長さ（本体の側面から突出した長さ）は、０．４Ｃ及び０．２Ｃであり、各足部の脚部から突出した高さは、０．０５Ｃであり、各脚部の各角に対する面取りは、本体の側面と同一の角度を有し、かつ前記脚部の側面の接線方向における長さは、０．０５Ｃであることを特徴とする。
【０００８】
前記脚部の上部にも足部が更に突出形成されていることが好ましい。また、好ましくは、前記穿孔は、揚圧力を分散するために水を上方又は下方に通過させるように形成されており、これの形状は正方形であり、各面は、前記脚部を有しない前記本体の側面に平行である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細な説明は添付の図面に関連している。本発明の１つの実施の形態の、ハーフロックの中間の鉄筋ブロック（以下、「ハーフロック」という）は、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示されている。ハーフロックは主に本体１０及び脚部１４を有する。本体１０は、矩形の側面を有する八角柱の形状を有し、頂面の中心には穿孔１２が形成されている。この穿孔１２は矩形、好ましくは正方形である。４つの脚部１４は、本体１０の側面に１つおきに一体的に形成されている。
【００１０】
また、、突出した足部１６が、前記脚部１４の下部及び／又は上部に形成されている。突出した足部１６は、脚部の頂部及び底部の夫々で、上の方向又は下の方向に向けられている。足部１６及び足部１４の下部及び上部の夫々の角は面取りされている。
【００１１】
本体１０の中心の穿孔１２は、揚圧力を分散すべく水を上方又は下方に通すように設計されている。穿孔１２は正方形である。穿孔１２の各面は、脚部を有しない本体の側面に平行である。穿孔１２は応力の集中を避けるために本体の頂部の中心に配置されている。脚部１４の頂部及び底部に形成された各足部１６は、防波堤又は護岸堤防の、上面及び下面を層で覆った岩に、動かなくされており、滑りの程度を減らす。従って、脚部は、上面及び下面を層で覆った岩の補強を改善し、流体力学的特性の安定性を増す。従って、脚部１４の角は、水流がブロックに被さるのを妨げるように、面取りされている。
【００１２】
図１（Ａ）に示した実施の形態の、ハーフロックの詳細な寸法は、図２に示されている。
ハーフロックの最大長は図２に示されている。ハーフブロックの最大長は、図２に示されている。すなわち、ハーフロックの最大長は、一方の脚部１４の外側面から、これと対向する脚部１４の外側面までの長さＣである。本実施の形態において、多数のハーフロックが結合された構造物の望ましい安定性及び強度を得るように、各脚部の幅及び長さ（本体の側面から突出した長さ、即ち、厚さ）を０．４Ｃ及び０．２Ｃとすると共に、各足部の脚部から突出した高さを０．０５Ｃとしている。また、各脚部の各角は、図２に示されているように、面取りされており、この面取は、本体の隣り合う側面相互がなす角度(側面の角度)αと同一の角度βを有し、かつ前記脚部の側面の接線方向における長さｌを０．０５Ｃとしている（以下、上記寸法を有するブロックを「ブロックI」と呼ぶ）。
【００１３】
図１（Ｂ）に示した上の足部のないハーフロックの実施の形態を示すブロックの好都合な構造体に関して、ハーフロックの変形された形態は、ブロックの流込み成形中に脚部１４の上の出っ張り足部１６を除くように考えられている（以下、上の足部のないブロックを「ブロックＩＩ」と呼ぶ）。
【００１４】
標準寸法のためのスケール「Ｃ」を用いて、これらの体積は以下のように表わされる。
Ｖ＝０．２１３４×Ｃ３（ブロックＩ）
Ｖ＝０．１９１４５×Ｃ３（ブロックＩＩ）−−−−−−（１）
ハーフロックの建設の重要な要素は設置タイプである。この設置タイプはブロックの安定性に深く係わっており、結合の度合及びハーフロックの多孔性を大いに左右される。
【００１５】
従って、本発明の図３及び５は設置タイプのための配列方法を示している。
図３の設置タイプ（以下「タイプＩ」）は半結合の方法を示している。半結合の方法は、或るブロックの脚部１４の前方外側を、隣のブロックの脚部１４の後方外側に、互いに連続した列で接触させ、第２の連続した列にあるブロックの脚部１４の左外側又は右外側を、隣の連続した列にあるブロックの脚部１４の左外側又は右外側に接触させ、連続した列によって作られる凹面状の領域に配置して、領域がブロックを被覆するようにして、ブロックを並べる。
【００１６】
半結合の並べられたブロックはハチの巣のように見える。互いに連続方向に接触された隣のブロックの前方外側又は後方外側の脚部１４は、第２の連続した列にある複数のブロックの左外側又は右外側の脚部１４に対して垂直に接触される。そうすると、ジグザグの配列が出来る。設置タイプの方法は互いに完全に連結されて、殆どしっくり行く。
【００１７】
図４の設置タイプ（以下「タイプＩＩ」）は、ブロックの脚部の面取り部分を、隣のブロックの脚部の面取り部分へ、ブロックの回りに連続的に接触させるという他の配列方法を示している。タイプＩＩのブロックは互いに連結関係なしに個々に配置されており、高い多孔性を有する。
【００１８】
図５の設置タイプ（以下「タイプＩＩＩ」）は、ブロックの脚部の側方部分を傾けて、隣のブロックの脚部の側方部分に連続的に接触させるという他の配列方法を示している。
【００１９】
図３乃至５は設置タイプの理想的な配列を開示している。実際に、建設現場で設置タイプの理想的配列を構成することの限界がある。しかし乍ら、実際の建設は設置タイプの選択された理想的な配列から逸脱されるべきではない。
【００２０】
図１に示したハーフロックのブロックを用いて、必要とされるブロックの数を、タイプＩ、タイプＩＩ、タイプＩＩＩの選択された設置タイプに従って、建設現場の所与の領域から算出することができる。ブロックの頂部と底部の高さを計算することによって、多孔性を算出することができる。
上記設置タイプを用いて、実際の建設を適用すべく、暴露安定性の実験を行なうことができる。暴露安定性のデータは複数の実験によって得られる。何故ならば、被覆されたブロックは建設中に波に晒されるだろうからである。
【００２１】
モデルの実験区域は、ブロックのサイズ、所望の安定性、モデルのサイズ、波の源及び貯蔵部に関するパラメーターを考慮に入れて、決定される。表１は与えられた実験条件に基づいて上記パラメーターの関連を示している。
【００２２】
【表１】
0003576974.tif 000002
但し、Ｃはハーフロックの基準スケールである。Ｖは体積である。Ｗは重量である。ＫＤはハドソンの安定係数である。Ｈ１／３は顕著な波高である。Ｈｍａｘは最大の波高である。ＤＳは前方斜面の水深である。ＲＵは遡上高である。ＤＳ＋ＲＵはブロックの高さである。ＲＬはフリーボードの高さである。
【００２３】
上記パラメーターの各々からは、ハーフロックの重量を算出することができた。次に、所望の安定性の数値に対応する波高を、実験の条件の設計のために算出することができた。ハーフロックの体積を、「Ｃ」の基準スケールを用いることによって、方程式１から算出することができた。体積が決定された後に、ハーフロックの対応の重量を算出することができた。
【００２４】
顕著な波高Ｈ１／３を、ハドソンの安定係数ＫＤに基づいて算出することができた（ハドソンの安定係数ＫＤについては、『捨石マウンドの防波堤の実験室研究』１９６９年、ＡＣＳＥ紀要、８５号を参照せよ）。ハドソンは、以下に示すように、ハドソンの安定係数ＫＤの方程式を示す。
【００２５】
ＫＤ＝γ（Ｈ１／３）３／Ｗ（Ｓγ−１）３ｃｏｔθ−−−−−−（２）
但し、Ｗは鉄筋ブロックの重量である。γは空気中のコンクリートの比重である（花崗岩に関しては２．６５７ｇ／ｃｍ３、コンクリートに関しては２．５ｇ／ｃｍ３）。Ｓγは海水に対するコンクリートの比重である。ｃｏｔθは勾配である。
【００２６】
ＫＤ値は３乃至１２の範囲に設定される。この範囲の数値は他の目的で用いられるブロックから引き出される。何故ならば、中間の鉄筋ブロックのために利用できる前例又はデータがないからである。いわゆるＸブロック、例えば、全面が傾斜した被覆材料又は日本の会社テトラによって開発されたソリッドブロックは、１０のＫＤ値を持つように提言されている。平坦な勾配のためには、ＫＤ値は、Ｘブロックを基にした、基準値としてのＫＤ値１０に基づいて、４乃至５の範囲に概算される。本発明のハーフロックは１：１．５の勾配率でブロックを使用するように設計されている。従って、ＫＤ値は平坦な勾配用の安定的な範囲にある。表１からは、Ｈ１／３の値は９．６０乃至１３．０３ｃｍの範囲にある。
【００２７】
最大の波高Ｈｍａｘと顕著な波高Ｈ１／３との関係を有する方程式は、ゴウダ・ヨシミによる『Ｒａｎｄｏｍ Ｓｅａ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ』の１６章に紹介されている。波高比の方程式は次のように与えられている。
【００２８】
（Ｈｍａｘ／Ｈ１／３）ｍｅａｎ＝０．７０６｛［ＩｎＮ０］１／２＋γ（２［ＩｎＮ０］１／２）−−−−−−（３）
但し、Ｎ０は波の頻度であり、１０００の波が用いられる。
【００２９】
防波堤の水深は、波を砕かないように、方程式３を用いて、Ｈｍａｘの算出に基づいて概算される。この実験では、定常波によって波を砕くことの可能性が考えられ、ＤＳ＝Ｈｍａｘ／０，７８の値を用いる代わりに、ＤＳ＝Ｈｍａｘ／０，６１が用いられる。前者の値は、（『フィロソフィカル・マガジン』第５シリーズ、第３２巻、１９４号、４５乃至５８頁）に所収のマクコワン著『孤立波について』に示されており、孤立波を砕波と水深との限度に関連している。
【００３０】
従って、遡上高ＲＵはフリーボードの高さＲＬを決定するために概算される。遡上高ＲＵの値は、ウォリングフォード著『Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｓｔａｔｉｏｎ』１９７０年、『香港におけるドロスによる砕波の試験に関する報告』及びＡ．Ｒ．ガンバック著『Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｃｉｄｅｎｔ ａｎｄ ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ｗａｖｅｓ ｉｎ ｒａｎｄｏｍ ｗａｖｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ』（１９７７年、港及び海洋技術部、レポート１２／７７号、ノルウェーのトロンヘイム大学）による、ドロスのための遡上高の実験データから出される。２５秒の最大限の周期は周期Ｔのために選択されている。モデルの区域及び波高はブロックの高さ（ＤＳ＋ＤＵ＝７４．４１ｃｍ）とマウンドの高さ（２１．５ｃｍ）との合計（９５．９１ｃｍ）がウォータータンク（１２０ｃｍ）よりも低かった後に、最終的に決められる。
【００３１】
実験モデル用の前面の、４３ｃｍの水深ＤＳと、テトラポッドからなる被覆された斜面防波堤の建設のために広範囲に用いられる１：１．５の前方斜面とが、選択される。Ｃ＝５．３ｃｍの４０％に対応している、２．１６ｃｍの前方斜面の厚さと、第１層及び第２層の１：２０という重量比とが、選択される。下層の基準区域の厚さは第２の下層の厚さに対応している。これらの関連に基づいて、モデルとして、平均直径に対応する１．４ｃｍの厚さと、３２ｃｍのフリーボードの高さＲＬとを有する自然石が用いられる。
【００３２】
上層のモデル幅は実験的な比率によって決定される。モデルは本物のブロックではないので、比率のシミュレーションは使えない。この実験の目的は重量比を決定し、建設現場付近にある砂岩の自然石を用いることでなく、ハーフロックの中間の鉄筋ブロックを開発することにある。フロード方程式は、Ｗｒ＝１ｒ３の重量比及び長さ比に関する。１：２８．８５の概算されたプロポーション比は、７７．２９ｇのブロックと、０．７ｃｍ３の砂岩と、１．８５５トンの対応の重量に基づいて算出される。（２．６５トン／ｍ３の比体積・重量は算出のために用いられる）。この時までには、双方向通行用の６ｍ（３ｍ×２方向）ブロックの頂部に設けられるだろう。従って、モデルの寸法は２０．８ｃｍだろう。３．０ｍの道路幅は港湾施設の基準設計に基づいて用いられる。
【００３３】
ハーフロックの中間の鉄筋ブロックは、ロックの上層がＴ．Ｔ．Ｐ．のような前方斜面を被覆する材料で被覆されている場合に、２重列で覆われている。後方勾配比は前方勾配比と同じ１：１．５である。この実験では砂岩の核部分のみが非越水試験のために用いられる。
【００３４】
２種類の波発生機、すなわち、実験で用いられる設置タイプ及び吸収タイプとがある。吸収タイプの波発生機がこの実験のために用いられる。
【００３５】
非越水試験により、顕著な波高（Ｈ１／３）及びスペクトルを有する波は、配置されたブロックの位置でのスペクトルの理論値に従って、発生される。実験の夫々は、波の種類に従って、表１からのデータを用いることによって、分類される。Ｔ１／３は０．５秒刻みでもって１．０乃至２．５秒の間で試験されるのに対し、波高は２ｃｍ刻みでもって６乃至１４ｃｍの間の範囲にある。実験は、全斜面Ｄｓの水深（４３ｃｍ）を定めることによって、合計２０種類の波に関してなされ、Ｔ１／３及びＨ１／３の値を変える。
【００３６】
実験の各周期に対して波高を連続的に増加させつつ、ハーフロックの中間の鉄筋ブロックの、ロッキング及び移動が、主として観察される。実験は、各周期に対して波高を増加させることによって、防波堤のモデル又は砂岩の下部が損傷を受けるまで、続行される。モデルが損傷を受けるとき、波高が記録される。
【００３７】
損傷率の算出は、ブロックの積層された数によって分けられるブロックの総数である。積層の数はハドソン安定係数ＫＤ及び顕著な波高Ｈ１／３に対応する。方程式はＤ＝ｎ／Ｎｘ×１００（％）------（４）である。但し、Ｄは損傷率である。ｎは最も高い波までのブロックの積層数である。Ｎｘはブロックの総数である。
【００３８】
図６はブロックＩ及びブロックＩＩのための実験から得られた安定性を示している。図６に示した試験結果によれば、ブロックＩは波の全範囲においてブロックＩＩよりも安定している。特に、タイプＩで被覆されたブロックＩＩでは、損傷率は４％に達するだろう。タイプＩで被覆されたブロックＩが最も高い損傷率を有することが明らかにされる。タイプＩを除いて、すべての他のモデルは約１１．０のＫＤ値を有する。ブロックＩＩはブロックＩよりも建設し易いが、安定性は低い。従って、全斜面を被覆されたブロックが上層に置かれるとき、ブロックＩは安定性及びスリップ防止の利点を有する。
【００３９】
図７はブロックＩのタイプＩ、タイプＩＩ及びタイプＩＩＩに関する実験から得られた試験結果を表わしている。試験結果によれば、タイプＩ及びタイプＩＩＩは、波高の４．９６ＫＤに対応する１％の損傷率を生じた。タイプＩＩは，波が１１．３８ＫＤの波高に対応する波高に達するまで、損傷を有しない。
【００４０】
タイプＩ、タイプＩＩ及びタイプＩＩＩにおける３３．３％、３７％及び３３％という各多孔性について暴露安定性が分析されかつ互いに比較される。試験結果は、タイプＩＩＩが最も安定的な設置タイプであることを示している。
【００４１】
ハーフロックブロックの設置タイプに左右される安定性の他に、他の重要な要因は、低層を被覆する材料のためのハーフロックブロックの重量の算出である。
【００４２】
従来の基準デザインにより、各区域の重量比が提唱される。例えば、重量比１：１０は全側方斜面を被覆する材料ブロックに当て嵌まる。本発明では、重量比は実験によって決定されて、全側方斜面を被覆する材料ブロックのための安定性が明確になった。
【００４３】
重量比を決定するために、実験は、最も安定的な設置タイプであるタイプＩＩと、最もずれないタイプであり建設が容易なタイプＩＩＩとを用いて、全側方斜面を被覆したブロックの安定性を明確にすべく、なされる。タイプＩＩＩが選択される理由は、そのタイプがハーフロックで被覆されたブロックの最も高い安定性と、設置タイプの最も低い多孔性とを保つためである。ブロックが移動しても、全側方斜面が被覆されたブロックの安定性を生じさせる。
【００４４】
テトラポッドは、全側方斜面が被覆されたブロックのために用いられる。本発明によれば、ハーフロックで被覆されたブロックの重量比は３．３６、５．２５、６．７０及び１０である。図８は非砕波の４つのケースの試験結果を表わしている。ハドソンの安定係数としてＫＤ＝１０を採用した。これは通常波に比べて１５０％という最大波に対応している。
【００４５】
図８に示すように、４種類の重量比はすべて安定的である。図８の棒グラフは、例えば遡上グループ２、すなわち、テトラポッドと、本発明のハーフロックで被覆されたブロックの底部部分とが、２．０周期の１０００の波に当てられ、その後、２．５周期の１８００の波が繰り返し当てられる。試験結果として、１０００の波よりも多い波が連続して当てられる。防波堤は、通常、暴風雨の間、波当ての３乃至４時間に１０００の波が当てられる。従って、この実験では、少なくとも１８００の波及び２．０乃至２．５周期を概算する４つのケースの安定状況が選択される。
重量の３乃至１０倍のテトラポッドによって被覆される、本発明のハーフロックで被覆されたブロックは、安定状態にある。
【００４６】
試験結果によれば、本発明の、ハーフロックで被覆されたブロックを、傾斜型の防波堤に従来用いられた自然石に取り替えることができた。本発明の、ハーフロックで被覆されたブロックは効率の点で改善され、設置タイプのものとして、すなわち、下層及び上層を被覆するブロックとして規格化され、建設方法が改善され得た。
【００４７】
本発明の、ハーフロックで被覆されたブロックによって、従来の傾斜型の防波堤から生じる問題が解決され、設置タイプに従って安定性が算出され、沿岸構造物の新たなコンセプトが提供される。
【００４８】
本発明の範囲及び意図は本発明の記載に限定されない。この分野の当業者であれば、本発明の範囲及び意図を変えたり、それらから離れることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）本発明のハーフロックの実施の形態を示している。
（Ｂ）本発明のハーフロックの他の実施の形態を示している。
【図２】図１（Ａ）に示す本発明の１つの実施の形態のハーフロックの平面図及び正面図を示している。
【図３】本発明のハーフロックの実施の形態の設置方法を示している。
【図４】本発明のハーフロックの実施の形態の他の方法を示している。
【図５】本発明のハーフロックの実施の形態の更に方法を示している。
【図６】ハーフロックの設置に左右されるハドソンの安定係数と、損傷率との関係をグラフで表わしている。
【図７】図３乃至５に示すハーフロックを設置することに関するハドソンの安定係数と損傷率との関係をグラフで示している。
【図８】ハーフロックの重量比に左右される安定性の関係をグラフで示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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