(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セル殻（２）内に中詰材（３）を充填し、上部をコンクリート等で封止して構成される円柱状の鋼板セル構造物（１）を、波進行方向と直交する方向に間隔をおいて、複数、配列してなる透過式消波堤において、前記セル殻（２）の上部に、水平面と直立壁面とで構成され、沖側前面に向かって下り勾配となる３段の階段状の段部（４）を形成し、沖側前面に位置する１段目の段部（４−１）と２段目の段部（４−２）間に干潮水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ）が位置し、２段目の段部（４−２）と３段目の段部（４−３）の間に満潮水位（Ｈ．Ｗ．Ｌ）が位置するようにしたことを特徴とする鋼板セル型構造物からなる透過式消波堤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、港湾や河川などに設置される鋼板セル型構造物およびそれを用いた消波堤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
海中や河川にある構造物には波の力が作用する。構造物の利用目的として、波そのものを減少させるものがある。防波堤がその一例である。
【０００３】
防波堤は、防波堤を境にして港の外の波をはね返し、港の中の静穏度を保つ構造物である。また、場所によっては、防波堤に、港の外の波をはね返すだけではなく、消してしまう構造が求められる場合がある。このような場合、従来であれば、異形ブロックなどの消波工のように波のエネルギーを拡散させる構造物が利用されてきた。
【０００４】
しかし、近年、防波堤の設置場所も大水深になり、異形ブロック等の使用が不経済となってきた。代わって利用されるようになったのが、スリットを入れたり、傾斜・階段状の構造物を水面付近にのみ設置した防波堤である。これは、波のエネルギーをスリットや階段で減少・散逸させるタイプの防波堤である。本発明もこのタイプに属する。
【０００５】
これらの先行技術のうち、本発明に近い技術として、次に示すものが提案されている。１つは、特開平７−３１７０４１号公報に記載されている消波構造物であり、これは複数の水没水平板を沖側に向かって下る階段状に設置し、最岸側の水没水平板は干潮水位より上位に配置して、波を破砕するものであるが、波の透過性が大きすぎ、港内の静穏度が確保できず、防波堤に不適である。また、大水深や長大な海域に設置する場合、結局大きな支持架台等が必要となり、経済的な面で実用性が少ない。
【０００６】
２つ目は、特開平４−６２２１７号公報に記載されている親水高潮護岸である。この技術は、既設護岸から適当な距離をおいて浮体を設置し、この浮体の海側の水際近傍に水に親しむための階段もしくは傾斜を設け、浮体の陸側には波返しを設けた護岸であり、高潮時の高波浪を浮体の甲板面を通過する間に破壊し、波エネルギーの大部分を減衰させることができる。しかし、この護岸は既設護岸の前面に浮体を係留して消波を行うタイプであり、沖合に新設するような防波堤には不適である。
【０００７】
３つ目は、本出願人による特開昭６３−６３８０７号公報に記載されている鋼製セル構造物からなる透過式消波堤である。これは、円柱状の鋼製セル構造物を所定の間隔をおいて一列または複数列に配列し、これらの全てあるいは一部の天端高を越波を生じさせる程度に低くしたものであり、透水性と消波能力を兼ね備えているが、鋼製セル構造物の上部が基本的に平坦であるため、ある程度の消波能力を有するが、反射率が比較的大きく、消波能力が充分でなく、スリットや階段式の消波能力には及ばない。
【０００８】
本発明は、前述のような問題点を解消すべくなされたものであり、その目的は、大水深においても安定して経済的に設置が可能であると共に、透水性と消波能力を併せ持つ鋼板セル型の消波堤において、消波能力をより向上させることができ、また港内等の静穏度を向上させることのできる鋼板セル型構造物およびそれ用いた消波堤を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セル殻内に中詰材を充填し、上部をコンクリート等で封止して構成される円柱状の鋼板セル構造物を、波進行方向と直交する方向に間隔をおいて、複数、配列してなる透過式消波堤において、前記セル殻の上部に、水平面と直立壁面とで構成され、沖側前面に向かって下り勾配となる３段の階段状の段部を形成し、沖側前面に位置する１段目の段部と２段目の段部間に干潮水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ）が位置し、２段目の段部と３段目の段部の間に満潮水位（Ｈ．Ｗ．Ｌ）が位置するようにしたことを特徴とする。
鋼板セル構造物は、セル殻内に砂，石，コンクリート等の中詰材を充填し、上部をコンクリート等で封止して構成されており、このような鋼板セル構造物の上部に、前面側（沖側）が低く、背面側（港側）が高い３段の段部を一体的に形成する。
【００１０】
このような段部を有する鋼板セル構造物を、上述のように段部が沖側前面に向かって下り勾配となるように、かつ連続的に構築せずに所要の間隔をおいて配列（波進行方向と直交する方向に配列）して鋼板セル型の消波堤を構成する。波進行方向に対して１列でもよいし、波進行方向に間隔をおいて複数列としてもよい。
【００１１】
以上のような鋼板セル型の消波堤において、鋼板セル構造物の上部工に水平面と直立壁面とで構成される３段の段部を形成し、この鋼板セル構造物を適当な間隔をおいて配設することにより、(1) 階段の１段目の直立壁と２段目の直立壁で反射した波にそれぞれ位相差が生じることで、反射波が互いに打ち消し合い（図２(a) 参照）、(2) 波が階段を乗り越える際、砕波に伴うエネルギー消費が生じ（図２(b) 参照）、(3) 複数の鋼板セル構造物を間隔をおいて並べることで、階段部に流れ込んだ波が互いにぶつかり合うことによる消波が生じ（図２(c) 参照）、以上の３つの消波能力の相乗効果により、従来の鋼板セル型の消波堤よりも高い消波能力を得ることができる。
【００１２】
また、従来の水没水平板方式や浮体護岸方式では、大水深に設置することは構造的・経済的に困難であるが、本発明の直立する鋼板セル型であれば、大水深（例えば、水深10〜30ｍ）でも安定して、安価に消波構造物を構築することができる。さらに、従来の鋼板セル型の消波堤と同様に透過性を持たせることができるが、前述の高い消波能力により、透過率を従来の鋼板セル型の消波堤よりも低く抑えることができ、港内等の静穏度を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施の形態に基づいて説明する。この実施形態は本発明を消波堤に適用した例である。図１は本発明の鋼板セル構造物および鋼板セル型の消波堤の１例を示したものである。図２は鋼板セル構造物による消波効果を示したものである。図３は鋼板セル構造物の具体的数値例を示したものである。図４は鋼板セル型の消波堤を従来と本発明を比較したものである。
【００１４】
図１において、鋼板セル構造物１は、例えば15〜30ｍ程度の円筒形状の鋼板製のセル殻２と、このセル殻２内に充填される砂，石，コンクリート等の中詰材３から構成され、このような鋼板セル構造物１の上部に前面側（沖側）に向かって下り勾配の階段状の段部４を形成して消波能力を高め、この段部４が形成された鋼板セル構造物１を波進行方向と直交する方向に所定の間隔ｄをおいて配列して、高い消波能力と透過性を併せ持つ鋼板セル型の消波堤を構築する。
【００１５】
鋼板セル構造物１の構築方法としては種々のものがあり、特定の方法に限定されないが、１例として根入れ式鋼板セル工法を挙げることができる。この方法は、ヤードで製作されたセル殻２を曳航し、所定の設置箇所において多数のバイブロハンマーからなる打設装置を連動させて海底面に一気に打設し、直ちに、砂，石，コンクリート等の中詰材３をセル殻２内に投入してセル殻２を安定化させる工法である。天端面はコンクリート等で覆って封止する。その他、コンクリート底版付きの円筒ケーソンを海底面に設置する工法などでもよい。
【００１６】
段部４は、セル殻２の上部に予め階段状の切り欠きを形成しておき、この部分にコンクリート等を階段状に打設することで形成することができ、複数の水平面と波に対向する複数の直立壁面が形成される。この図示例では、３段の段部４が形成されており、１段目の段部４−１と２段目の段部４−２の間に干潮水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ）が位置し、２段目の段部４−２と３段目の段部４−３の間に満潮水位（Ｈ．Ｗ．Ｌ）が位置するようにする。１段目の段部４−１と２段目の段部４−２の奥行き長さは、波の波長等から適宜決定し、３段目の段部４−３の奥行き長さは、乗り越えた波を破壊して波エネルギーを減衰させることができる充分な長さを確保する。
【００１７】
この段部４が形成された鋼板セル構造物１の配列間隔ｄは、消波堤の機能を持たせるためには、波高，周期，水深等にもよるが、一般的にｄ／Ｄ＝0.05〜0.3 の範囲に設定するのが好ましい。なお、図示例では一列に配設した場合を示したが、波進行方向に間隔をおいて複数列で配設するようにしてもよい。
【００１８】
以上のような構成において、図２に示すように、▲１▼  階段の１段目の直立壁Ａと２段目の直立壁Ｂで反射した波ＷａとＷｂにそれぞれ位相差が生じ、これら反射波Ｗａ，Ｗｂが互いに打ち消し合い、▲２▼  波Ｗが段部４を乗り越える際に破砕に伴うエネルギー消費が生じ、▲３▼  鋼板セル構造物１，１間に侵入した波Ｗが段部４−１，４−２に横方向から流れ込み、互いにぶつかり合うことにより消波がなされる。以上の３つの消波能力の相乗効果により、異形ブロック等の消波工なみの高い消波能力が得られる（反射率０．５以下）。さらに、鋼板セル構造物１，１間の隙間により透過性を確保しながら、前述の作用効果により波Ｗの透過性を低く抑えることができるため、港内の静穏度を確保することができる（透過率０．５以下）。
【００１９】
【実験例】
図３に示す鋼板セル構造物１の水理模型（縮尺：1/41.7) を用い、表１の波浪条件で従来と本発明の消波実験を行ったところ、表３に示すような結果が得られた。表２は本発明の階段部の構造諸元である。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
【表２】
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【００２２】
【表３】
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【００２３】
なお、以上は沖合等に設置する消波堤に適用した場合について説明したが、これに限らず、港湾や河川の護岸などにも適用することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、以上のような構成からなるので、次のような効果を奏することができる。
【００２５】
(1) 鋼板セル構造物の上部工に階段状の段部を形成し、この鋼板セル構造物を適当な間隔をおいて配設することにより、従来の鋼板セル型の消波堤よりも高く、異形ブロック等の消波工なみの高い消波能力を得ることができる。
すなわち、３段の段部において、１段目の段部と２段目の段部間に干潮水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ）が位置し、２段目の段部と３段目の段部の間に満潮水位（Ｈ．Ｗ．Ｌ）が位置するようにし、１段目の直立壁と２段目の直立壁で反射した波にそれぞれ位相差が生じることで、反射波が互いに打ち消し合い、波が階段を乗り越える際、砕波に伴うエネルギー消費が生じ、複数の鋼板セル構造物を間隔をおいて並べることで、階段部に流れ込んだ波が互いにぶつかり合うことによる消波が生じ、以上の３つの消波能力の相乗効果により、従来の鋼板セル型の消波堤よりも高い消波能力を得ることができる。
【００２６】
(2) 直立する鋼板セル型であるため、大水深でも安定して、安価に消波構造物を構築することができる。
【００２７】
(3) 従来の鋼板セル型の消波堤と同様に透過性を持たせることができるが、前述の高い消波能力により、透過率を従来の鋼板セル型の消波堤よりも低く抑えることができ、港内等の静穏度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鋼板セル構造物および鋼板セル型の消波堤の１例を示したものであり、(a) は鋼板セル構造物の斜視図、(b) は鋼板セル型の消波堤の平面図、(c) は鋼板セル型の消波堤の側面図である。
【図２】本発明の鋼板セル構造物による消波効果を示したものであり、(a) は段部の反射波による消波効果を示す側面図、(b) は段部の砕破による消波効果を示す側面図、(c) は段部への流れ込みによる消波効果を示す平面図である。
【図３】本発明の鋼板セル構造物の具体的数値例を示した側面図である。
【図４】鋼板セル型の消波堤を(a) 従来と(b) 本発明で比較した平面図および正面図である。
【符号の説明】
１…鋼板セル構造物
２…セル殻
３…中詰材
４…段部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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