沿岸技術研究センター論文集 No.10（2010）

変状した重力式岸壁の耐力評価について
榊原雅人*・山本修司**・久米英輝***・中村伸夫****・橋本洋之******前 （財）沿岸技術研究センター

調査部 主任研究員**（財）沿岸技術研究センター***九州地方整備局****九州地方整備局*****九州地方整備局

理事

下関港湾空港技術調査事務所長

下関港湾空港技術調査事務所 環境課長

下関港湾空港技術調査事務所 技術開発第二係長

変状した重力式岸壁の原因を究明するとともに，その岸壁の使用可否を検討した．
検討にあたっては，変位の経年変化，傾斜・沈下した状態の岸壁の安定性及び土質パラメータのバラツキを考慮した FEM 解析等を実施した．
キーワード :重力式岸壁，使用可否判断，耐力評価，GeoFEM

1. はじめに我が国において，港湾は海上輸送と陸上輸送の結節点として物流や人流を支え，国民生活の向上や発展に大きな役割を果たしてきた．一方で，岸壁や防波堤などの港湾の施設においては，厳しい自然環境の下に置かれていることや，高度経済成長期に集中的に整備したことなどから，今後，施設の老朽化の進行による安全性の低下や改良・更新費用の増大が懸念されている．
そのため，今後は港湾の施設を計画的かつ適切に維持管理し，施設の安全性を確保するとともに，ライフサイクルコストの最小化を図りつつ長期にわたって有効に活用していくことが重要かつ不可欠である．
そこで，九州地方整備局では，管内の国有港湾施設の点検診断結果から，重力式岸壁の変状が大きい１施設を選定し，変状原因を究明するとともに，耐力等を評価し，使用可否判断を行った．

臨港道路，泊地・航路等多岐にわたる．全施設の点検診断から，その変状に応じて総合判定（A～D）としてランク付けが行なわれており，この整理結果を基に統計的な整理を行なった．
この結果を踏まえ，施設の修復に関する緊急性，重要度や変状の大きさ等を勘案し，重力式の係留施設から，佐世保港前畑地区-13m 岸壁を選定した（表-1）．
なお，ケーススタディ対象施設の選定については，①
重力式の係留施設のうち総合判定結果が A であるもの，②変状が本体工に関するもの（付属工・エプロンのみの変状施設は対象外），③変状に対する補修工法が未検討のもの（改良検討済みのもの，工事着手済みのものは除く），の３つを基準とした．
表-1 検討対象施設 選定結果
港 湾 名

地区名

施設名

北九州港

太刀浦

太刀浦１３号岸壁(-4.5m)

60m

S51

エプロン表面の損傷、補修予定。

〃太刀浦１４号岸壁(-4.5m)

60m

S51

エプロン表面の損傷、補修予定。

〃

太刀浦１５号岸壁(-4.5m)

60m

S51

エプロン表面の損傷、補修予定。

〃

太刀浦１６号岸壁(-4.5m)

60m

S51

エプロン表面の損傷、補修予定。

〃太刀浦３０号岸壁(-10m)

185m

S59

ｴﾌﾟﾛﾝ舗装の沈下等。

特記項

太刀浦３１号岸壁(-10m)

185m

S60

ｴﾌﾟﾛﾝ舗装の沈下等。

太刀浦３２号岸壁(-10m)
須崎ふ頭－１１ｍ岸壁

185m

S60

ｴﾌﾟﾛﾝ舗装の沈下等。

553.20m

S40改良済み。

松山地区

松山木材岸壁185m

S52

ｴﾌﾟﾛﾝ表面の損傷及び付属工の破損・欠損。

岸壁(-7.5ｍ)(南)90ｍ

S43改良予定。

130ｍ

S43改良予定。
改良予定。

〃岸壁(-10ｍ)(南)

185ｍ

S47

〃

岸壁(-12ｍ)

270ｍ

S47

改良予定。

前畑地区

岸壁（-7.5ｍ）

130ｍ

H17

岸壁法線のはらみだし、本体の傾斜等。

〃岸壁（-13ｍ）

260ｍ

H17

岸壁法線のはらみだし、本体の傾斜等。

細 島 港

白浜地区

工業港１４号岸壁

260ｍ

H13

管理者により補修予定。

志布志港

若浜地区

岸壁（-9ｍ）

165m

S58

ｴﾌﾟﾛﾝ表面の損傷。

3.

事

〃

〃

図-1 検討対象施設 標準断面図

模竣 工年

〃須崎ふ頭

長 崎 港 小ヶ倉柳地区 岸壁(-5.5ｍ)(南)

佐世保港

規

既存施設の耐力評価手法の検討

2. 既存施設の点検結果の整理とケーススタ
3.1 佐世保港前畑地区-13m 岸壁を対象としたケー

ディ対象施設の選定
発注者より提供された九州地整管内各港の既存施設の点検結果に基づき，構造形式，構造種別毎に総合判定結果の整理を行ない，既存施設の変状実態を把握した． 対象とした施設は全 566 施設であり，係留施設，外郭施設，ススタディ(1) 現状の把握
現在の佐世保港前畑地区-13m 岸壁の変状は，動態観測－ 37 －

沿岸術研究センター論文集 No.10（2010）

み出し量との間にも高い相関関係があることが分かった．
沈下量とはらみ出し量

無規格石の層厚と沈下量，はらみだし量40353530
はらみだし量
沈下量

302525

はらみ出し量(cm)

沈下量，はらみだし量(cm)結果等から図-2，図-3 のとおりである．
沈下，はらみだしともに，変状は No.16 から No.21 にかけて特に顕著に現れており，沈下量が大きい箇所はその分はらみ出し量も大きく，両者はほぼ比例関係にある
ようである．
そのような箇所は，佐世保層群が急激に落ち込み，上位には軟弱な粘性土が厚く堆積しているため，粘性土を浚渫して無規格の基礎捨石と置換するマウンド形式としている箇所である（図-4）．

2015102015105500-5-5024681050

層厚(m)

1015

沈下量(cm)

図-5 基礎捨石層厚と変状の関係

岸壁法線の標高
4.60(3)土質調査結果の分析

4.50

図-5 に示すとおり，岸壁の基礎捨石層厚と変状の間に明瞭な比例関係が見られた．その基礎捨石層の性状を把握するためのボーリング調査が，H20 年度と H21 年度に計６本実施されている．一部を表-2,図-6 に示す．
本岸壁の基礎捨石には，石材の規格として無規格石が使用されており，変状要因を解明するためには，この無規格石の特性を把握する必要がある．さらに，陸側の裏込め石下部においては無規格石層内に層状の土砂の混入も確認されているが，この土砂の性状については不明な点が多い．

CDL (m)4.40
2005/11/17
2006/7/13
2006/12/27
2007/5/16
2008/3/12
2009/3/31
04/11（舗装時）
03/12（上部工打設時）
00/3(上部工打設時）

4.30
4.20
4.10

No25

No25+9.7

No24No23

No22

No21No20

No19No18

No17No16No15

No.14

No.12

No.8

No.10

No.6

No.4

No.2

No.0-0.2

4.00

観測地点

図-2 天端高さの変化
岸壁法線の出入り-500↓
海側

変化量 (mm)50100

表-2 土質調査結果一覧

1502002006/7/13250

2006/12/27300350

指 標2007/5/16
2008/3/12

特徴、結果

土性に対する調査結

2009/3/31・

果 H21-No.1

No.0-0.2
No.1
No.2
No.3
No.4
No.5+0.2
No.6
No.7
No.8+0.2
No.9+0.2
No.10
No.11
No.11+3.7
No.12
No.13
No.14
No.15
No.16
No.17
No.18
No.19
No.20
No.21
No.22
No.23+0.3
No.24
No.25
No.25+9.7400

土性

観測地点

図-3 法線の出入り（はらみ出し量）の変化

強度
特性

物 理
特 性

礫混じり粘土状であるが、φ5mm～10mm 程度の角礫や貝殻片、砂分を混入

土性に対する調査結・

不均質な砂混じり粘土状～粘土混じり砂礫状

果 H21-No.4・

礫はφ10～30mm と角礫状を呈す

土性に対する調査結・

粘土混じり砂礫状の土砂

果 H20-No.1・

概ね砂礫状であるが、粘土を多く混入

せん断強度

・

せん断強度 2.598 kN/m2（但し乱された資料である）

・

粒度塑性は、礫 14％、砂分 20％、シルト分 26％、粘土分 39％

細粒度含 有率、粒度で、細粒分が 65％となる。但し昨年度の結果では、礫分主体

塑性、密度、含水比、塑性指数

強熱減量のものから、砂シルト主体のものまで、ばらつきがあった
・

細粒度含有率、土粒子密度は在来地盤のものと近い

・

含水比、塑性指数は在来粘土のものと差異が見られる

・

捨石間土砂 1.8～6.7％

・

在来粘土

・

強風化砂岩 1.3～2.8％

・

在来砂6.2％

・

沖積粘土

5.1～13.3%

7.6～11.4％

図-4 変位の状態（No.21 断面図）

(2)変状の分析
変状は，沈下量及びはらみ出し量ともに，No.21 あたりでピークであり，施工履歴と突合せて見ると，2004 年から 2005 年の間に沈下量が発生しているようである．その当時は上部コンクリート打設，裏埋土砂投入からエプロン舗装が施工された．2007 年以降，変状は進行しておらず，変状は落ち着いていると推測され，ほぼその工事期間に大きな変状が生じたものと判断できる．
次に，沈下量及びはらみ出し量と基礎捨石層厚との相関を調べた．図-5 に示すように，沈下量，はらみ出し量とも基礎捨石厚と明瞭な比例関係があり，沈下量とはら

図-6 岸壁の地盤状況(4)当初設計断面に対する安全性のレビュー
検討対象施設の耐力評価を実施する際の準備として，－ 38 －20

沿岸技術研究センター論文集 No.10（2010）

当初設計断面がどの程度の耐力を有していたのかを検証するため，設計検討結果のレビューを行なった（表-3）．
なお，検証にあたっては，本岸壁の当初設計において使用された平成元年度の設計基準を適用している．
着色部に示すように円形すべりと偏心傾斜荷重（地震時）で，安全率が若干不足する結果となったが，当初設計時の計算精度によるものであり，今回の計算とほぼ一致する結果となった．

今回設計

常時地震時

常時地震時

滑動

1.76＞1.20

1.35＞1.00

1.77＞1.20

1.32＞1.00

転倒2.15＞1.20

1.63＞1.10

2.18＞1.20

1.62＞1.10

端支圧（kN/m2）
円形すべり
偏心傾斜荷重1.20＞1.20
1.29＞1.20

1.00＞1.00

1.176＜1.20
1.306＞1.20

常時地震時

安全率

変状なし（当初）

変状後

滑動安全率

Fs=1.753

Fs=1.63

転倒安全率

Fr=2.143

Fr=1.99

滑動安全率

Fs=1.311

Fs=1.23

転倒安全率

Fr=1.601

Fr=1.51

牽引力

滑動安全率

-

Fs=1.51

作用時

転倒安全率

-Fr=1.66(6) GeoFEM による検討

表-3 当初設計のレビュー結果
当初設計

表-4 残存耐力評価システムによる安定計算結果

0.922＜1.00＊安定計算は円形すべりを除いて、いずれも壁体上に上載荷重無しの場合(5)残存耐力評価システムによる検討
変状後の施設が利用可能かを判断するため，残存耐力評価システム 1)を用いた耐力評価を行なった．
残存耐力評価システムは，もともと大規模地震発生等の緊急時における岸壁の暫定使用の判断を，現場条件から即座に実施するために，港湾技術研究所によって開発されたプログラムである．重力式岸壁の場合の評価手法は，被災形態のパラメータとして堤体の沈下量 S と傾斜角θを与え，傾斜した底面上に設置された壁体として，通常の設計と同様の安定計算を行い，転倒，滑動の安全率及び端支圧等から残存耐力を評価するものである（図-7）．

現在の変状を再現し，さらに載荷重を作用させた場合に変形が増大するかを確認するため，GeoFem により施工工程を考慮した解析を実施した（図-8）．
変状は基礎捨石（無規格石）の品質のバラツキに起因していると仮定した場合を想定し，基礎捨石の強度が通常のケースを検討した後に，基礎捨石の品質のバラツキを考慮したケース（強度を低下させた）について，変状の再現を確認した．
28 裏埋土
6 基礎捨石26裏埋土

3 基礎捨石24 裏込石12 沖積粘土1 沖積粘土4,5 基礎捨石（無規格）

2 沖積粘土7～11基礎捨石（無規格）

13 沖積粘土14 砂岩

図-8 FEM 解析モデル
基礎捨石の強度が通常通りの場合の施工後の変位量は，
図-9，図-10 に示すとおり現状を再現したステップ８で，はらみ出し量は５cm 程度，沈下量 2.5cm 程度となった．
Sasebo Port
Maehata -13m Berth

Displacement
After Construction

STRUCTURE SCALE

0.

UNIT SCALE

5.0
0.10

4.9 cm

2.5 cm図-9 変位図(バラツキ考慮なし)
図-7 重力式岸壁の安定計算モデル
6.0
はらみ出し量(cm)
沈下量(cm)5.04.0
変位量(cm)

入力条件となる変形量は，前述の動態観測の調査結果から以下の通り設定する．
はらみ出し；
32.6cm
沈下量 ；
19cm
傾斜角 ；
１度（はらみ出し量 32.6cm と堤体高 18m から逆算）
但し，ケーソン下端の水平変位量は０と仮定した．
常時，地震時及び牽引力作用時の３状態に対しての計算結果を表-4 に示す．滑動・転倒安全率は，全てにおいて，許容値を上回ることから，現状のままでも壁体の安定性は問題ないものと判断できる．

3.02.01.00.0012345678

施工STEP

図-10 施工ステップ毎の変位量(バラツキ考慮なし)
次に基礎捨石（無規格石）の強度にバラツキを考慮した解析を行った．基礎捨石間の弱部は，別途行われた土－ 39 －

沿岸術研究センター論文集 No.10（2010）

質調査結果から，図-11 に示す様に２層の弱層が存在する土層としてモデル化した．
-13.50-15.00
基礎捨石-17.45-18.90-19.75-22.10風化岩
基礎捨石風化岩
基礎捨石-24.50

軟 岩

図-11 基礎捨石間風化岩のモデル化
結果は，図-12～図-13 に示すとおり，現状を再現した
ステップ８ではらみ出し量 28cm，沈下量 34cm となった．
実際の変状と比較すると，解析結果ははらみ出し量よりも沈下量の方が大きな値となったが，現状を概ね表現できていると判断できる．
基礎捨石間に弱部が介在すると沈下量及びはらみ出し量ともに増加し，基礎捨石強度のバラツキが変状の原因であることが推測される．
Sasebo Port
M aehata -13m Berth

D isplacem ent
AfterC onstruction

STR UC TU R E SC ALE0.

U N IT SC ALE

5.00.50

28 cm

34 cm

図-12 変位図(バラツキ考慮あり)
40.0
はらみ出し量(cm)35.0

沈下量(cm)

変位量(cm)

30.0
25.0
20.0
15.0

3.2 施設の使用可否の判断
一連の検討結果，並びに港湾施設の改良設計技術検討委員会による審議結果を総合的に勘案して，対象施設の使用可否の判定を行なった．
（１）捨石の層厚と変状の関係
無規格石の層厚と沈下量，はらみ出し量はいずれも明瞭な比例関係にあることから，捨石の層厚が岸壁の変状に何らかの影響を及ぼしたものと考えられる．
（２）変状の履歴と進展
載荷実験結果は，沈下及びはらみ出しともに，全体的に数 cm 程度と僅かな量であった．載荷期間は２ヶ月程度の短期間ではあるが，変状の進展は認められず，通常状態で岸壁を使用する限りにおいては，急激な変状の進展は無いものと推測される．
沈下量，はらみ出し量，いずれの変状の進行もほぼ収束する傾向を有しており，長期的にも今後の大きな変状は無いものと推測される（３）残存耐力評価システム現変状のままでも，常時，地震時に対する岸壁本体の安全性には問題がないことを検証した．さらに，現変状に加えて，傾斜角，沈下量に対する感度分析を行ない，変状が多少進行したとしても，岸壁本体の安全性の低下は問題ないことを確認した．
（４）GeoFEM の結果
GeoFEM により上載荷重有り，無しの場合の変状の変化
沈下量の増加予測値は最大で4cm程度，を計算した結果，はらみ出し量も２～３cm 程度増加する．計算値と載荷実験による結果は概ね一致する結果となった． 将来荷重に対する変状の変化量は小さく，将来荷重に対する岸壁の安定性には問題無いと判断できる．

10.0
5.0以上の点から，本岸壁の使用性に関して問題はないものと判断した．

0.0
012345678

施工STEP図-13 施工ステップ毎の変位量(バラツキ考慮あり)

4. 謝辞

さらに，将来荷重として，設計荷重の上載荷重 30kN をかけた場合および除荷した場合の挙動を確認したところ，
１～２cm 程度増加する結果となった．
なお，荷重範囲は別途発注の載荷試験結果と比較できるよう載荷試験と同様に岸壁法線から20mの範囲とした．

本稿は，下関港湾空港技術調査事務所発注による「平成 21 年度港湾施設の改良設計技術検討業務」の成果の一部を取りまとめたものである．検討に際しては，港湾施設の改良設計技術検討委員会（委員長：善功企 九州大学大学院工学研究院建設デザイン部門教授）から貴重なご意見，ご指導を頂きました．ここに，記して厚く御礼申し上げます．

20m参考文献1) 小泉 哲也他：被災した係留施設の残存耐力の評価手法の開発，港湾空港技術研究所資料，No.912，1998

図-14 上載荷重の載荷範囲－ 40 －