(57)【要約】【課題】堤体の構造を変更することによりこれに作用する揚圧力を低減し、もって余分な施工を不要とする防波構造物を提供する。【解決手段】捨石マウンド１０上に堤体１１を設置してなる防波構造物において、前記堤体１１を、セル構造の堤本体１２と、この堤本体１２の内部に充填された中詰材１３と、堤本体１２の上部開口端に配置された多孔の蓋コンクリート１４とから構成し、捨石マウンド１０を透過して伝播される圧力を、堤体１１の内部を透過して上方へ逃がし、堤体１１に作用する揚圧力を低減させる。揚圧力が低減する分、堤体断面を小さくすることができ、堤本体１２の小型化によるコスト低減を達成できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
捨石マウンド上に堤体を設置してなる防波構造物において、前記堤体を、底面および上面が全面的にまたは部分的に開放された堤本体と、該堤本体の内部に空隙を有して充填された中詰材とから形成したことを特徴とする防波構造物。
【請求項２】
堤本体が、セル構造をなすことを特徴とする請求項１に記載の防波構造物。
【請求項３】
堤本体が、ケーソン構造をなし、かつ底版に開口を有することを特徴とする請求項１に記載の防波構造物。
【請求項４】
中詰材として、礫、砕石、コンクリートブロック等の粗粒材を用いることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の防波構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、捨石マウンド上に堤体を設置してなる防波構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の防波構造物としては、図１３に示すように、海底地盤Ｇ上に造成した捨石マウンド１上にケーソン２を設置すると共に、ケーソン２内に中詰材３を充填した、いわゆるケーソン式混成堤がよく知られている。このようなケーソン式混成堤においては、ケーソン２と中詰材３とで構成される堤体４が、波浪による水平波力ＦH（波圧分布で表わす）と捨石マウンド１を透過してケーソン２の底版２ａに作用する揚圧力ＦU（波圧分布で表わす）に対して自重Ｗで抵抗（滑動抵抗力は、μＷ）することで、安定が保たれるようになっている。したがって、波浪条件が厳しい外洋に面して混成堤を設置する場合は、堤体４の断面を大きくしなければならず、大型のケーソン２が必要になって、その製作および据付けに多大のコストがかかるようになる。なお、このケーソン式混成堤では、通常、ケーソン２の上部が蓋コンクリート５と上部コンクリート６とにより閉塞される。
【０００３】
そこで、例えば、特許文献１に記載されるものでは、捨石マウンドの前面全体を覆うように遮水性を有する遮水マットを敷設し、該遮水マットにより捨石マウンド内部への海水の流入を阻止して、ケーソン（堤体）に作用する揚圧力を低減させるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２２９３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されるように捨石マウンドの前面全体を遮水マットにより覆う構造では、遮水マットの敷設に多くの工数およびコストがかかり、工事全体でみれば、期待するほどのコスト低減効果が得られない、という問題があった。
【０００６】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、堤体の構造を変更することによりこれに作用する揚圧力を低減し、もって余分な施工を不要とする防波構造物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、捨石マウンド上に堤体を設置してなる防波構造物において、前記堤体を、底面および上面が全面的にまたは部分的に開放された堤本体と、該堤本体の内部に空隙を有して充填された中詰材とから形成したことを特徴とする。
このように構成した防波構造物においては、捨石マウンドを透過して堤体底面に作用する上向きの波力が堤体内部を上方に透過するので、堤体に作用する揚圧力は低減し、その分、堤体断面を小さくすることができる。
【０００８】
本発明において、上記堤本体は、底面および上面が全面的にまたは部分的に開放されていれば、その構造は任意であり、セル構造であっても、ケーソン構造であってもよい。ケーソン構造とする場合は、その底版に開口を設けるようにする。
【０００９】
また、上記中詰材は、空隙を有して充填される形状であれば、その種類は任意であり、礫、砕石、コンクリートブロック等の粗粒材を用いることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る防波構造物によれば、マット敷設などの余分な施工を行うことなく堤体に作用する揚圧力を低減することができるので、堤体断面を小さくすることによるコスト低減効果を最大限に発揮させることができ、その利用価値は大なるものがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施形態である防波構造物を示したものである。本防波構造物は、混成堤として構成されており、前出図１３に示したケーソン式混成堤と同様、海底地盤Ｇ上に造成した捨石マウンド１０上に直立壁状に堤体１１を設置してなっている。しかして、本防波構造物における堤体１１は、セル構造の堤本体１２と、この堤本体１２の内部に充填された中詰材１３と、堤本体１２の上部開口端に配置された多孔の蓋コンクリート１４とからなっている。
【００１３】
上記セル構造の堤本体１２は、実質的に前記ケーソン２の底版２ａ（図１３）を抜いた形状となっており、その内部は、必要により隔壁１２ａによって分割される。隔壁１２ａは、堤本体１２の強度を高めるためのもので、堤本体１２の断面大きさに応じて適当数設けられる。この堤本体１２は、ケーソン２と同じく捨石マウンド１０上に相互に連接して据付けられる。陸上の製作ヤード（または仮置場）から据付現場への堤本体１２の搬送は、クレーン台船上に積込んで、あるいはクレーン船のクレーンに吊って行われ、何れにおいても、クレーン操作により堤本体１２が捨石マウンド１０上に据付けられる。この場合、堤本体１２はセル構造となっているので、注水作業を必要とするケーソンよりも簡単に据付けを行うことができる。
【００１４】
上記中詰材１３としては、堤本体１２の内部に空隙を有する状態に充填されるものであれば、その種類は任意であり、例えば、礫、砕石、コンクリートブロック、産業廃棄物等の粗粒材を用いることができる。蓋コンクリート１４は、前記中詰材１３の流出を規制する役割をなすものであり、これには、海水の流通を許容する多数の孔１４ａが設けられている。前記孔１４ａの大きさ（口径）は、あまり海水の流通の抵抗にならないように、中詰材１３の流出を規制できる範囲内で、できるだけ大きく設定するのが望ましい。なお、この蓋コンクリート１４は、現場打ちを行って形成しても、別途形成したプレキャスト版を据付けるようにしてもよい。また、この蓋コンクリート１４に設ける孔１４ａは、スリットに代えてもよい。
【００１５】
上記のように構成した防波構造物は、堤体１１を構成する堤本体１２とその内部の中詰材１３が一体となって波力に抵抗する。ここで、外海に大きな波浪が発生すると、堤体には、前出図１３に示したような波圧分布を有する水平波力ＦHおよび揚圧力ＦUが作用する。しかし、本防波構造物においては、堤本体１２が底無しのセル構造となっており、かつ堤本体１２の内部に中詰材１３が空隙を有して充填されているので、前記堤体１１の底面に作用する揚圧力は、堤体１１の内部を透過（伝播）する。一方、蓋コンクリート１４には孔１４ａ（空隙）が設けられており、堤体１１の内部を透過する圧力は、この蓋コンクリート１４の空隙を通って堤体外へ放出され、この結果、堤体１１に作用する揚圧力ＦU（図１３）は大幅に低減する。
【００１６】
本発明者等は、上記のように構成した堤体１１の滑動抵抗力が、図１３に示したケーソン式混成堤における場合と同じく、堤体１１（堤本体１２と中詰材１３とを含む）の自重Ｗに摩擦係数μを乗じた値（μＷ）となることを実験により確認している。したがって、上記したように堤体１１に作用する揚圧力ＦUが低減する場合は、その低減の分、堤体断面を小さくすることができる。すなわち、堤体断面を小さくしても堤体１１の安定が保たれるので、堤体１１を構成する堤本体１２の小型化を図ることができ、セル構造で底無しとなっていることもあって、堤本体１２の製作に要するコストは低減する。また、堤本体１２の小型化が可能になることから、その搬送、据付けに要するコストも低減し、遮水マットを敷設するなどの余分な施工が不要になることもあって、工事全体でみれば、大きなコスト低減効果が得られるようになる。
【００１７】
ここで、上記した堤体１１の上部には、従来のケーソン式混成堤で見られたごとき上部コンクリート６（図１３）を設置してもよい。ただし、この場合は、該上部コンクリートにより堤本体１２の上面が密閉されないように、すなわち、海水が透過するように上部コンクリートと堤体１１との間に空隙を設けるようにする。また、捨石マウンド１０の法面および上面には、所望により被覆石を敷設してもよく、これにより捨石マウンド１０はより一層安定する。
【００１８】
図２は、本発明の第２の実施形態である防波構造物を示したものである。なお、防波構造物の基本構造は、上記第１の実施形態と同じであるので、ここでは、図１に示した部分と同一部分には同一を付している。本第２の実施形態の特徴とするところは、堤本体としてケーソン１５を用いると共に、このケーソン１５の底版１６に多数の孔１７（スリット、切欠であってもよい）を設けた点にある。このような孔１７をケーソン１５の底版１６に設けることで、堤体１１の底面に作用する揚圧力ＦU（図１３）は、底版１６の孔１７から堤体１１の内部の中詰材１３の間隙を透過（伝播）し、さらに蓋コンクリート１４の空隙を通って堤体外へ放出され、これにより第１の実施形態と同様に、堤体１１に作用する揚圧力ＦUは大幅に低減する。
【実施例１】
【００１９】
図３（Ａ）に示すように、長さ５５ｍ×幅１ｍ×高さ２ｍの大きさを有する反射吸収式不規則波造波装置付きの二次元水路２０を用い、この水路２０内に勾配１／５０の仮設床２１を設置して、この仮設床２１の天端に厚さ（高さ）８ｃｍの捨石マウンド２２を形成し、この捨石マウンド２２上に複数の堤体模型２３を設置して水理模型実験を行った。なお、図３（Ａ）中、２０ａは水路２０の一端側に設置された造波板、２０ｂは水路の両端部に設置された消波斜面をそれぞれ表している。ここで、堤体模型２３としては、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、縦ａ４０ｃｍ×横ｂ２５ｃｍ×高さｃ３０ｃｍの大きさのものを４函用意し、そのうちの１函は、前出図２に示したケーソン構造の堤体１１を縮小した実物模型とし、他の３函はアクリル製の擬似模型とした。実物模型は、モルタル製の堤本体２３ａ内に中詰材２３ｂとして粒径１２〜１６ｍｍの砕石を充填して形成し、コンクリート蓋（上蓋）２３ｃの開口率は２２％と一定にして、底版２３ｄの開口率εは３０％、２０％、１２％の３レベルに変化させた。また、３函の擬似模型のうちの１函は、波圧測定用としてその内外面に多数の波圧計を取付けた。そして、実物模型については捨石マウンド２２上に載置し、擬似模型については仮設床２１に固定する態様で、これら４函を水路２０の幅方向に相互に接して配列した。
【００２０】
水理模型実験は、上記した堤体模型２３の天端高が静水面と同じ高さとなるように水路２０に水を入れ、周期Ｔ＝２.６ｓ，２.０ｓ、波高Ｈ＝１０〜２５ｃｍの規則波を堤体模型２３に作用させる方法で行い、模型にかかる波力および実物模型の滑動量を求めた。なお、実物模型の滑動量は、該模型の背面に設定したレーザー変位計によって求めた。
【００２１】
図４および図５は、波力特性の代表的な例として、Ｔ＝２.６ｓ、Ｈ＝２０ｃｍ、ε＝３０％の場合に対する結果を示したものである。なお、図４は、水平波力ＦHの１周期分を示しており、同図中、ＦHAL、ＦHFR、ＦHIF、ＦHIBは、それぞれ縦壁全面（側壁および隔壁）、前側外壁面、前側内壁面、隔壁前面に作用する水平波力を表している。また、図５は、水平波力と同時刻における鉛直波力ＦUの１周期分を示したもので、同図中、ＦUAL、ＦUTP、ＦUBMは、それぞれ上蓋側および底版側の全面（全表裏面）、上蓋側表裏面、底版側表裏面に作用する鉛直波力を表している。また、水平波力は岸向きを、鉛直波力は上向きをそれぞれ正として表している。
【００２２】
図４に示す結果より、堤体模型２３の壁面に作用する水平波力は縦壁全面（ＦHAL）と前側外壁面（ＦHFR）とでほぼ同じであり、また、模型内部に作用する水平波力（ＦHIF，ＦHIB）はほぼゼロ（０）である。これらのことから、模型全体（堤体全体）に作用する水平波力は、前側外壁面（堤体前面）に作用する水平波力で代表できることが分かる。一方、図５に示す結果より、底版に作用する鉛直波力（ＦUBM）は水平波力が最大となる位相付近（ｔ／Ｔ＝０.１付近）で上向き（正）となるが、堤体全体としての鉛直波力（ＦUAL）が上向きとなるのは、水平波力が最大となる位相より少し遅れた位相付近（ｔ／Ｔ＝０.１５付近）のごく短時間であり、これを除けば、鉛直波力はほぼ下向きに作用している、といえる。
【００２３】
図６は、図４および図５に示した水平波力および鉛直波力から算出した滑動合成波力Ｆｃ（＝ＦH＋μＦU）を示したものである。なお、摩擦係数μには後述の引張試験による静止摩擦係数を用い、ＦHおよびＦUには、それぞれ上記したＦHAL、ＦUALを代入している。図６に示す結果より、滑動合成波力はほぼ水平波力のみで評価できることが分かる。
【００２４】
図７は、堤体前面および堤体底面に作用する波圧分布の一例を示したものである。なお、同図は、周期Ｔ＝２.６ｓ、波高Ｈ＝１３.８ｃｍの波を模型に作用させた結果である。同図において、黒丸は実測値、実線は合田式による波圧分布であり、これより、堤体前面および堤体底面に作用する波圧分布は、合田式とほぼ同じであることが確認できた。
【００２５】
次に、静止摩擦係数μを用いて、下記（１）式に基づいて堤体の滑動安全率Ｆ.Ｓ.を求めた。静止摩擦係数μは、捨石マウンド２２の上面まで水に浸して水平方向へ堤体模型（実物模型）２３を引張り、模型変位量（堤体変位量）が３ｍｍとなった時点での引張力と模型重量とから算出した。この結果、底版２３ｄの開口率εを３０％、２０％および１２％の実物模型に対し、それぞれμ＝０.５８、０.５５および０.５５となった。なお、式中、ＰH(exp)は水平波力の測定値、μＰU(exp)は鉛直波力の測定値、Ｗは模型重量、Ｗ´は浮力である。
Ｆ.Ｓ.＝μ（Ｗ−Ｗ´）／[ＰH(exp)＋μＰU(exp)]                  （１）
【００２６】
図８は、上記式（１）によって算出した、水平波力最大時の滑動安全率と実験時の滑動量との関係を示したものである。これより、滑動安全率Ｆ.Ｓ.が１.０を境界として、１.０より小さい場合には堤体の移動が起こり、１.０より大きい場合には堤体の移動が起こらないことが分かる。したがって、滑動に対する評価は、水平波力最大時の水平波力、鉛直波力を用いることで適切に行えることが明らかである。なお、図８中、ｈ／Ｌは水深波長比である。
【００２７】
ところで、堤体前面および堤体底面に作用する波圧分布は、前記したように合田式とほぼ同じであり、したがって合田式を用いて波力低減係数を検討するのが妥当であると推定される。図９は、実験値と合田式による計算値との水平波力比と、波高水深比Ｈ／ｈとの関係を実験時の滑動の有無で整理して示したものである。なお、実験値は堤体前面に作用する水平波力を用いている。図９に示す結果より、波高水深比Ｈ／ｈが、０.２５＜Ｈ／ｈ＜０.４５では水平波力比が１.０〜０.８まで直線的に減少し、Ｈ／ｈ≧０.４５では水平波力比がほぼ一定値０.８で推移している。また、堤体の滑動は、波高水深比Ｈ／ｈが大きくなり、波力の低減効果が得られる領域で発生している。
【００２８】
図１０は、水平波力が最大となる位相における鉛直波力と合田式での計算揚圧力との比を、図９と同様に波高水深比Ｈ／ｈと実験時の滑動の有無とで整理して示したものである。図１０から、鉛直波力比が正の場合に揚圧力が作用していることが分かる。また、底版の開口率εが小さくなるに従って鉛直波力比は大きくなる傾向にあるが、最大でも合田式の２０％程度である。
【００２９】
これまでの結果より、本消波構造物の対波安定性は水平波力でほとんど決まり、また、波力算定には合田式を用いることができることが分かった。この場合、堤体の滑動限界を評価するには、合田式の推定精度や鉛直波力の影響を評価しておく必要がある。ここで、滑動限界時（Ｆ.Ｓ.＝１.０）に対して式（１）を変形し、水平波力および鉛直波力として実験値の代わりに合田波力Ｐh、Ｐuを与えると下記（２）式が得られる。
μＰu＝μ（Ｗ−Ｗ´）−λHＰh                                    （２）
【００３０】
上記式（２）中、λHは水平波力低減係数であるが、ここでは、実験時の平均値であるλH＝０.８０を用いた。この場合、理想的には、鉛直波力Ｐuがゼロとなるので、式（２）中の右辺もゼロとなるはずであるが、合田式の精度や上述したような水平波力低減係数λHを一様に与えていることから、正負の値をもつことになる。ここで、式（２）の右辺が負と算出された場合は、下向きの鉛直波力が作用する状態であるから、Ｐuをゼロとして設計すれば、下向きに作用する力を無視することになるため、滑動限界に対して安全側に評価することとなる。逆に、式（２）の右辺が正と算出された場合は、鉛直波力が上向きに作用する状態すなわち揚圧力が作用しているから、Ｐuをゼロとして設計することは揚圧力を無視することになり、滑動限界に対して危険側の評価となる。
【００３１】
図１１は、式（２）の右辺の算出値を合田式におる揚圧力Ｐuで無次元化した[μ（Ｗ−Ｗ´）−λHＰh／μＰu]を底版の開口率εの大きさごとに示したものである。これより、式（２）の右辺の無次元数は、底版の開口率εが２０％以上の場合には負であることが分かる。すなわち、合田式を用い、その水平波力低減を実験時の平均値を用いて評価するような簡便化した設計法を用いる場合、底版の開口率εが２０％以上であれば、揚圧力が作用しない防波構造物になる、といえる。
【００３２】
因みに、図２に示した本発明の防波構造物において、その底版１６の開口率εを２０％に設定し、水平波力低減係数λHを０.８、揚圧力をゼロとして堤体の基本断面を設計すると、図１２に示すようになる。図１２において、従来型は底版が無孔のもので、本発明の防波構造物はこの従来型に比べて、堤体幅で１３％、質量で３４％削減でき、堤体断面の大幅な縮小が可能なることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態である防波構造物を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態である防波構造物を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例である水理模型実験の実施要領を示したもので、（Ａ）は実験に用いた水路構造を示す模式図、（Ｂ）は実験に用いて堤体模型を示す断面図、（Ｃ）は堤体模型の底面図である。
【図４】水理模型実験における水平波力の経時変化を示すグラフである。
【図５】水理模型実験における鉛直波力の経時変化を示すグラフである。
【図６】水理模型実験における滑動合成波力の経時変化を示すグラフである。
【図７】水理模型実験で得られた、堤体前面および堤体底面に作用する波圧分布の実測データを合田式による波圧分布との比較で示すグラフである。
【図８】水理模型実験で得られた滑動安全率と滑動量との関係を示すグラフである。
【図９】水理模型実験で得られた実験値と合田式の値との水平波力比と、波高水深比との関係を実験時の滑動の有無で整理して示すグラフである。
【図１０】水理模型実験で得られた実験値と合田式の値との鉛直波力比と、波高水深比との関係を実験時の滑動の有無で整理して示すグラフである。
【図１１】簡便化した設計法により求めた揚圧力発生状況に及ぼす底版の開口率の影響を示す図表である。
【図１２】簡便化した設計法により求めた堤体の大きさを無孔底版を有する従来型と比較して示す図表である。
【図１３】本発明の第１の実施形態である防波構造物を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０    捨石マウンド
１１    堤体
１２    セル構造の堤本体
１３    中詰材
１４    蓋コンクリート
１４ａ  蓋コンクリートの孔（開口）
１５    ケーソン（堤本体）
１６    底版
１７    底版の孔（開口）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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