JP2004353334A - 水循環型消波ケーソン - Google Patents
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Abstract
【課題】消波ケーソンの遊水室内によどみが生じ、砂やゴミ等の浮遊物の堆積ならびに汚れた水の滞留により環境を悪化させてしまう。
【解決手段】水面Ｌから突出するケーソン本体４を設け、このケーソン本体４の沖側に離れた位置に水面Ｌから突出する消波壁５を設け、この消波壁５と前記ケーソン本体４との間に所定の大きさの遊水室６を形成し、この消波壁５の水面部Ｐ１に遊水室６と連通する上部開口９を設け、この消波壁５の水底部Ｐ２に遊水室６の下部と連通する下部開口１０を設け、前記消波壁５の後面を、ほぼ水面部Ｐ１から水底部Ｐ２に向かってケーソン本体４側に傾斜させることにより遊水室６の水平方向断面積を減少させ、傾斜させた消波壁５により消波し、水平方向断面積が減少する遊水室６により水底部Ｐ２に向けて流速を増大させた水で浮遊物等を下部開口１０から排出させるとともに水面部付近の水を水底部に導入させる。
【選択図】 図１
【解決手段】水面Ｌから突出するケーソン本体４を設け、このケーソン本体４の沖側に離れた位置に水面Ｌから突出する消波壁５を設け、この消波壁５と前記ケーソン本体４との間に所定の大きさの遊水室６を形成し、この消波壁５の水面部Ｐ１に遊水室６と連通する上部開口９を設け、この消波壁５の水底部Ｐ２に遊水室６の下部と連通する下部開口１０を設け、前記消波壁５の後面を、ほぼ水面部Ｐ１から水底部Ｐ２に向かってケーソン本体４側に傾斜させることにより遊水室６の水平方向断面積を減少させ、傾斜させた消波壁５により消波し、水平方向断面積が減少する遊水室６により水底部Ｐ２に向けて流速を増大させた水で浮遊物等を下部開口１０から排出させるとともに水面部付近の水を水底部に導入させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、防波堤や護岸等のために設けるケーソンに関し、詳しくは、消波機能と水面部付近の水の水底部への導入機能ならびに土砂等の堆積防止機能とを備える水循環型消波ケーソンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、護岸目的や波浪等を防いで港湾内を静穏に保つ目的等のために、岸壁や岸壁から所定距離沖合にケーソンが設けられている。このようなケーソンは、単に波を受ける平面状の壁面を備えたものもあるが、波の反射波を低減する消波機能を備えた消波ケーソンがある。この消波ケーソンは、例えば、船舶等を着岸させる時に波の影響を小さくして安定した操船を可能にしたり、船舶等の安定した係留を可能にしたりすることができる。
【０００３】
図８は従来の一般的な消波ケーソンを示す縦断面図である。この図は、岸壁から所定距離沖合に設置する防波堤型の消波ケーソンを示している。図は縦断面であり、図の左側がケーソン５１の沖側（前側）で、図の右側がケーソン５１の岸側（後側）である。
【０００４】
図示するように、ケーソン５１の設置場所の水底には、所定幅Ｗ１１（前後方向）の地盤改良部５２が形成され、この地盤改良部５２の上部には、所定幅Ｗ１２で基礎５３が形成される。これら地盤改良部５２と基礎５３とは、ケーソン５１の前後方向から所定量ずつ突出するような幅で形成されている。
【０００５】
そして、基礎５３の上部の岸側に、所定幅のケーソン本体５４が設けられ、このケーソン本体５４の沖側に消波壁５５が設けられている。これら消波ケーソン５４と消波壁５５とが一体となって矩形状断面のケーソン５１を形成している。
【０００６】
このように消波壁５５を設けることにより、消波壁５５とケーソン本体５４との間に遊水室５６が形成されている。この遊水室５６は、ケーソン本体５４の前面と消波壁５５の内面との間に矩形状断面で形成されている。また、消波壁５５には、水面Ｌとほぼ一致する高さに上部開口５７が設けられ、水中に没した位置に下部開口５８が設けられてる。
【０００７】
このようなケーソン５１によれば、上部開口５７から消波壁５５内の遊水室５６に波が入ると、この波のエネルギーで遊水室５６内の水を移動させる運動エネルギーが生じ、この運動エネルギーで下部開口５８から水を出すことによって反射波の一部を消波している。
【０００８】
なお、この種の従来技術として、港湾等に構築される防波堤で、前壁には海水面の上下に亘って開口した開口部を設け、後壁には海水面下に開口する開口部を設け、この前壁と後壁との間の遊水室に、前壁から後壁に向って高くなる傾斜壁を設けることにより、港外の海水が港内側へ一方向に流れるようにして港内の静穏度を確保しようとするものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
また、この種の従来技術として、前壁には海水面の上下に亘って開口した開口部を設け、後壁には海水面下に開口する開口部を設け、この前壁と後壁との間の遊水室に壁体を設けることによって、低波浪でも港内の静穏度を確保しようとするものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【００１０】
さらに、他の従来技術として、護岸本体の壁面と所定間隔をあけて常時水没する壁体を配置し、この壁体に貫通孔を設けて護岸本体との間の空間に循環流が生じるようにして、この護岸本体と壁体との間に浮遊物を集積しようとするものもある（例えば、特許文献３、特許文献４参照。）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平９−４１３４１号公報（第３頁、図２）
【特許文献２】
特開２００１−２７１３２０号公報（第２頁、図２）
【特許文献３】
特開平７−１７３８１５号公報（第２頁、図２）
【特許文献４】
特開平７−１７３８１６号公報（第２頁、図２）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記図８に示す消波ケーソン５１は、消波壁５５の下部開口５８よりも下部の遊水室５６内では水を移動させる運動エネルギーが散逸するので、この下部開口５８よりも下部の遊水室５６内の水は常によどみ、遊水室５６内に入った砂やゴミ等の浮遊物Ｄ（以下、「浮遊物等」という）が堆積してしまう。この堆積した浮遊物等Ｄは、排出されることなく堆積し続けるので、環境を悪化させるおそれがある。
【００１３】
また、前記特許文献１，２は、前後が海水面となる防波堤を前提にしているとともに、港内での静穏度を確保するために海水交換を行って消波性能を持たせるものであり、前壁と後壁との間の遊水室に入った浮遊物等を排出することができるものではない。しかも、この遊水室に入った土砂のような浮遊物等は遊水室の下部に堆積しやすい。
【００１４】
さらに、前記特許文献３，４は、消波機能を有してはいるものの、護岸本体と壁体との間の空間の遊水室に浮遊物等を集積しようとするものであるため、貫通穴の付近に流速分布の大きな不均一が発生し、浮遊物等が遊水室の水底部に堆積してしまう。
【００１５】
つまり、前記したような従来技術では、遊水室の水底部でよどみを生じたり、遊水室内で十分な水交換性能が得られず、遊水室内に浮遊物等が堆積しやすい。そのため、堆積した浮遊物等によって環境を悪化させる場合がある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するために、本願発明は、水面から突出する岸側壁を設け、該岸側壁の沖側に離れた位置に水面から突出する消波壁を設け、該消波壁と前記岸側壁との間に所定の大きさの遊水室を形成し、該消波壁の水面部に該遊水室と連通する上部開口を設け、該消波壁の水底部に該遊水室の下部と連通する下部開口を設け、該遊水室を、ほぼ水面部から水底部に向かって水平方向断面積を減少させている。このような構成によれば、遊水室が、ほぼ水面部から水底部に向って水平方向断面積が減少するように形成されているので、消波壁の上部開口から遊水室内に入って岸側壁に反射した波は、ほぼ水面部から水底部に向って水平方向断面積が減少する遊水室内で波長が変わり、入ってくる波と打ち消し合って消波機能を発揮することができる。また、遊水室に入った波のエネルギーが遊水室の水を下方に移動させる運動エネルギーとなり、このエネルギーで遊水室内部を下方に移動する水は、水平方向断面積の減少により流速が増速され、遊水室の水底部に設けた下部開口から浮遊物等とともに水を勢いよく流出させる。これにより、水面部付近の水を水底部に導入するとともに、浮遊物等のゴミを遊水室内に堆積させることなく排出することができる。
【００１７】
この水循環型消波ケーソンにおいて、前記消波壁の後面を、ほぼ水面部から水底部に向かって岸側壁側に傾斜させることにより遊水室の水平方向断面積を減少させれば、消波壁の水面部に設けた上部開口から遊水室内に入って岸側壁に反射した波は、消波壁の後面の傾斜によって底位置が変化して波長が変わるので、入ってくる波と打ち消し合って消波機能を発揮することができる。また、遊水室の水面部から水底部にかけて漸次水平方向断面積が減少する遊水室内部を下方に移動する水の流速は下部で増速され、遊水室の水底部に設けた下部開口から浮遊物等とともに水を勢いよく流出させて、浮遊物等のゴミを遊水室内に堆積させることなく排出することができる。
【００１８】
さらに、この水循環型消波ケーソンにおいて、前記消波壁の後面の傾斜範囲を、ほぼ水面部から水深の真中付近と、水底部との間とすれば、上部開口から遊水室内に入った波のエネルギーを運動エネルギーとして、ほぼ水面位置から下部開口に向けて効果的に作用させて遊水室下部の流れの速度を安定して上昇させることができる。
【００１９】
一方、前記水循環型消波ケーソンにおいて、前記岸側壁の前面を、ほぼ水面部から水底部に向かって消波壁側に傾斜させることにより遊水室の水平方向断面積を減少させれば、消波壁の水面部に設けた上部開口から遊水室内に入って岸側壁に反射した波は、岸側壁の前面の傾斜によって底位置が変化して波長が変わるので、入ってくる波と打ち消し合って消波機能を発揮することができる。また、遊水室の水面部から水底部にかけて漸次水平方向断面積が減少する遊水室内部を下方に移動する水の流速は下部で増速され、遊水室の水底部に設けた下部開口から浮遊物等とともに水を勢いよく流出させて、水面部付近の水を水底部に導入するとともに、浮遊物等のゴミを遊水室内に堆積させることなく排出することができる。しかも、この構成によれば、岸側壁の前面が消波壁側に傾斜しているので、傾斜に沿った流れで下部開口から浮遊物等を排出する機能をより向上させることができる。
【００２０】
また、この水循環型消波ケーソンにおいて、前記消波壁の後面の傾斜範囲を、ほぼ水面部から水深の真中付近と、水底部との間とすれば、上部開口から遊水室内に入った波のエネルギーを運動エネルギーとしてほぼ水面位置から下部開口に向けて効果的に作用させて、遊水室の下部の流れの速度を安定して上昇させることができる。
【００２１】
さらに、前記水循環型消波ケーソンにおいて、前記消波壁の前面を、水面部から所定距離水中に没した位置から上部を岸側壁に向って傾斜させれば、水面から上部の消波壁に当たった波の反射波を空中に向けて反射させるので、水中への反射波を極力小さくして波圧を下げることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明の第１実施形態を示す水循環型消波ケーソンの縦断面図であり、図２は同水循環型消波ケーソンの正面図である。この第１実施形態は、岸壁から所定距離沖合に形成される防波堤型の消波ケーソンを示しており、図１において左側がケーソン１の前側（沖側）で、右側がケーソン１の後側（岸側）である。
【００２３】
図１に示すように、ケーソン１の設置場所の水底には、所定幅Ｗ１（図の左右方向）で地盤改良部２が形成されている。この地盤改良部２としては、例えば、捨石マウント等によって形成される。この地盤改良部２の上部には、所定幅Ｗ２で基礎３が形成されている。この基礎３としては、コンクリートを打設したものや、金属の枠体内に重量物を充填したもの等によって形成される。これら地盤改良部２と基礎３とは、ケーソン１の前後部から所定量突出するような所定幅で形成されている。地盤改良部２の大きさや、基礎３の大きさは、設置場所や設置方向等の条件や波浪条件等に応じて設定される。
【００２４】
この基礎３の上部の後側に、水面Ｌ（平均水位）から突出する所定幅のケーソン本体４が設けられている。このケーソン本体４が岸側壁である。ケーソン本体４は、前後面がほぼ垂直な面で断面が長方形状に形成されており、基礎３と一体的に形成されている。ケーソン本体４としては、基礎３と一体的に打設するコンクリートや、金属の枠体内に重量物（コンクリート等）を充填したもの等によって形成される。この実施形態では、枠体内にコンクリートを充填してケーソン本体４を形成している。
【００２５】
そして、このケーソン本体４の前側に消波壁５が設けられている。この消波壁５は、ケーソン本体４と所定距離を開けて設けられた板状の部材であり、ケーソン本体４と同一高さで水面Ｌから突出している。この消波壁５を設けることによって、ケーソン本体４との間に所定の大きさの遊水室６が形成されている。
【００２６】
消波壁５は、その前面壁７が水面部Ｐ１から水底部Ｐ２（基礎３の上面部）に向かってケーソン本体４との距離が狭まるように傾斜している。この実施形態では、前面壁７の傾斜範囲を、水面Ｌから所定距離Ｈ１だけ没した位置Ｐ３と水底部Ｐ２との間としている。このように前面壁７を傾斜させることにより、前面壁７と岸側壁となるケーソン本体４との距離を、水面部Ｐ１から水底部Ｐ２に向けて漸減させている。
【００２７】
また、この前面壁７を傾斜させることにより、遊水室６の内部において、水面Ｌの水平方向位置によって水底までの垂直方向距離が異なるようにしている。つまり、図示するように、遊水室６の前面壁７が傾斜した範囲では、この前面壁７の内面が水底となり、例えば、遊水室６内の岸側壁に近い位置での垂直方向距離Ｈ２と、前面壁７に近い位置での垂直方向距離Ｈ３とが異なるように、前面壁７の傾斜範囲で水平方向距離を異ならせている。
【００２８】
さらに、このように前面壁７を傾斜させることにより、消波壁５とケーソン本体４との間に形成された遊水室６内の水平方向断面積を、水面部Ｐ１から水底部Ｐ２に向かって減少させている。この水面部Ｐ１における水平方向断面積を、水底部Ｐ２における水平方向断面積まで減少させる差としては、例えば、２：１程度であればよい。この差は、水深や遊水室６の容積、波周期の長さ等に応じて設定される。
【００２９】
なお、消波壁５の上面壁８は、ケーソン本体４の上面に連なるような水平面で形成されている。
【００３０】
また、図２に示すように、消波壁５には、水面Ｌの位置する高さの水面部Ｐ１で開口した上部開口９が設けられ、水底部Ｐ２には下部開口１０が設けられている。
【００３１】
上部開口９は、水位変動を生じても水面Ｌが上部開口９内に位置するような大きさで形成されている。この上部開口９は、例えば、設置場所における水位変動の差（海の場合、干潮時と満潮時の水位差）の大きさや、波浪の程度に応じて、好ましい大きさに決定される。例えば、図示するように、水面Ｌを中心とした上部開口９の縦方向の大きさが、少なくとも、日常の水位変動では水面Ｌが必ず上部開口９内に位置するような距離Ｈ４（中心からの距離）の開口で形成される。この実施形態では、二点鎖線で示す上限水位Ｌ１と下限水位Ｌ２との間で水位変動を生じても、水面Ｌが上部開口９内に位置するような四角形状に形成されている。この上部開口９の形状は、図示する形状に限定されるものではなく、水位変動を生じた時に水面Ｌが開口内に位置する上下方向の大きさを有しているものであればよく、横長長方形状等であってもよい。
【００３２】
下部開口１０は、消波壁５の下端に位置し、基礎３の上面部に設けられている。この下部開口１０は、所定の高さの、横方向に長い長方形状の開口で形成されている。この下部開口１０の開口断面積は、前記したように遊水室６の水面Ｌ位置における水平方向断面積の１／２程度で形成されている。この開口断面積の大きさも、水深や遊水室６の容積等によって設定される。
【００３３】
さらに、図１に示すように、この実施形態では、前記前面壁７の水中に没した位置Ｐ３から上部を、ケーソン本体４側に向って傾斜させている。つまり、消波壁５の水面Ｌから所定距離没した位置Ｐ３から上側が、沖側に向けて上向きの傾斜となるような傾斜面に形成されている。これにより、一点鎖線Ｌ３で示すように、波浪等で水位が異常上昇して前面壁７に打ち寄せた場合に、入射する波を空中に向けて反射（矢印）させて前面壁７に加わる波圧を下げるようにしている。
【００３４】
なお、消波壁５の前面壁７は、水中に没した位置Ｐ３から二点鎖線Ｖ１で示すように垂直方向に形成しても、二点鎖線Ｖ２で示すように下側の傾斜に連なるように形成してもよい。
【００３５】
また、図１に二点鎖線で示すように、遊水室６内の下端に、ケーソン本体４側から前面に向けて傾斜した傾斜部１１を形成し、この傾斜部１１に沿った流れで下部開口１０から排出する水の流れをよりスムーズにしてもよい。
【００３６】
図３は本願発明の第２実施形態を示す水循環型消波ケーソンの縦断面図である。この第２実施形態は、防護壁として岸壁の端部に設けられる水循環型消波ケーソンを示している。上述した第１実施形態における水循環型消波ケーソン１とは、設置場所が異なり、岸側にケーソン本体４が設けられるか否かが異なっている。上述した第１実施形態と同一の構成には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
図示するように、岸壁１２の端部のケーソン１３を設置する場所の水底には、所定幅Ｗ３（図の左右方向）で地盤改良部１４が形成され、この地盤改良部１４の上部には、所定幅Ｗ４で基礎１５が形成されている。これら地盤改良部１４と基礎１５とは、ケーソン１３の前部から所定量突出するような所定幅で形成されている。地盤改良部１４の大きさや、基礎１５の大きさは、設置条件等に応じて設定される。
【００３８】
そして、この基礎１５の上部に消波壁５が設けられている。この消波壁５は、上述した第１実施形態における構成と同一であり、岸壁１２の前部に設けられた板部材１６の前部に設けられた板状の部材であり、岸壁１２と同一高さで水面Ｌから突出している。この消波壁５を設けることによって、岸壁１２の前部に設けた板部材１６との間に所定の大きさの遊水室６が形成されている。
【００３９】
消波壁５は、その前面壁７が水面部Ｐ１から水底部Ｐ２に向かって岸壁１２との距離が狭まるように傾斜している。この実施形態も、前面壁７の傾斜範囲を、水面Ｌから所定距離Ｈ１だけ没した位置Ｐ３と水底部Ｐ２との間としている。このように前面壁７を傾斜させることにより、前面壁７と岸側１２との距離を、水面部Ｐ１から水底部Ｐ２に向けて漸減させている。
【００４０】
また、この前面壁７を傾斜させることにより、遊水室６の内部において、水面Ｌの水平方向位置によって水底までの垂直方向距離が異なるようにしている。この垂直方向距離を異ならせた原理は、上述した図１における原理と同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００４１】
さらに、このように前面壁７を傾斜させることにより、消波壁５と岸壁１２との間に形成された遊水室６内の水平方向断面積を、水面部Ｐ１から水底部Ｐ２に向かって減少させている。この水平方向断面積を減少させる差としても、例えば、２：１程度であればよい。この差は、水深や遊水室６の容積等に応じて設定される。
【００４２】
なお、消波壁５の上面壁８は、岸壁１２の上面に連なるような水平面で形成されている。
【００４３】
また、この消波壁５に設けられた上部開口９と下部開口１０は、上述した図２に示す構成と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
【００４４】
以上のように構成された第１，２実施形態の水循環型消波ケーソン１，１３によれば、図４に示す水循環型消波ケーソンにおける消波機能の模式図のように、上部開口９から消波壁５内の遊水室６に入った波はケーソン本体４（板部材１６）の前面で反射して戻ろうとするが、遊水室６内では前面壁７が傾斜していることによって、水面Ｌから水底（前面壁７の内面）までの水平方向距離（Ｈ２，Ｈ３等）が変化するので、波の粒子の動きとして考えると、円運動から楕円運動に変わって波長Ｌ４が変化していくので、この反射波は新たに打ち寄せる波の波長とは異なった波長の波となって重なることにより打消し合い、これによって安定した消波機能を発揮することができる。
【００４５】
また、このように遊水室６に入った水面付近の波のエネルギー（運動エネルギー）を、遊水室６の上部開口９から水底部Ｐ２の下部開口１０に向けて水平方向断面積が漸次減少する遊水室６内で水を移動させる運動エネルギーとすることにより、遊水室６の下部全域で流速を増大させ、水底部Ｐ２に設けた下部開口１０から増大した流速で水とともに浮遊物等Ｄを排出させる。これにより、遊水室６の内部に浮遊物等Ｄが堆積するのを効果的に防止することができる。つまり、水面部Ｐ１から水底部Ｐ２への水循環量が安定かつ増大するので、消波ケーソン１，１３の遊水室６の下部における平均流速が上がり、これにより遊水室６内の水底部付近で水が滞留するのを防止してよどみを解消し、排砂性能等が良い水循環型消波ケーソン１，１３を構成することができる。
【００４６】
しかも、遊水室６の下部の隅々まで流れを生じさせることができるので、遊水室６全体で浮遊物等の滞留を防いで環境の悪化を防止することができる。その上、断面積が減少する方向に波のエネルギーを集約させて効率良く伝達するので、流れのエネルギーの散逸が少なく、水循環性能の向上を図れる。
【００４７】
さらに、このように消波壁５の上部開口９から入った波のエネルギーを下部開口１０から逃がしながら消波機能を発揮させるので、前記水面部Ｐ１での消波性能をより安定して発揮させることができる。
【００４８】
その上、これらの消波ケーソン１，１３のような構造とすることにより、消波壁５側の地盤改良部２，１４と基礎３，１５の幅寸法を小さくできるので、これら地盤改良部２，１４と基礎３，１５とを設置するための工期短縮や、コストダウンを図ることが可能となる。
【００４９】
図５は本願発明の第３実施形態を示す水循環型消波ケーソンの縦断面図である。この第３実施形態は、上述した第１実施形態と同様に、岸壁から所定距離沖合に形成される防波堤型の消波ケーソンを示しており、図５において左側がケーソン１７の前側（沖側）で、右側がケーソン１７の後側（岸側）である。上述した第１実施形態における水循環型消波ケーソン１とは、消波壁５に関する構成が異なっている。上述した第１実施形態と同一の構成には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５０】
図示するように、ケーソン１７の設置場所の水底には、所定幅Ｗ５で地盤改良部１８が形成され、この地盤改良部１８の上部には、所定幅Ｗ６で基礎１９が形成されている。これら地盤改良部１８と基礎１９とは、ケーソン１７の前後部から所定量突出するような所定幅で形成されている。地盤改良部１８の大きさや、基礎１９の大きさは、設置条件や波浪条件等に応じて設定される。
【００５１】
この基礎１９の上部の後側に、水面Ｌ（平均水位）から突出する所定幅のケーソン本体４が設けられている。このケーソン本体４が岸側壁であり、上述した第１実施形態と同一の構成である。ケーソン本体４の詳細な説明は省略する。
【００５２】
そして、このケーソン本体４の前側に消波壁２０が設けられている。この消波壁２０は、ケーソン本体４と所定距離を開けて設けられた板状の部材であり、ケーソン本体４と同一高さで水面Ｌから突出している。この消波壁２０を設けることによって、ケーソン本体４との間に所定の大きさの遊水室２１が形成されている。
【００５３】
消波壁２０は、その前面壁２２が水面部Ｐ１から水底部Ｐ２に向かってケーソン本体４の前面とほぼ平行な垂直面で形成されている。消波壁２０の上面壁２３は、ケーソン本体４の上面に連なるような水平面に形成されている。この消波壁２０をケーソン本体４の前部に設けることにより、全体として、前後面がほぼ垂直な面で断面が長方形状のケーソン１７が形成されている。
【００５４】
この消波壁２０の水面部Ｐ１に上部開口２４が設けられ、水底部Ｐ２に下部開口２５が設けられている。この上部開口２４も、上述した第１実施形態と同様に、少なくとも、二点鎖線で示す上限水位Ｌ１と下限水位Ｌ２との間で水位変動を生じても、水面Ｌが上部開口２４内に位置するような四角形状に形成されている。これら上部開口２４と下部開口２５とは、上述した図２に示すように形成されており、同一の構成であるため、その詳細な説明は省略する。また、これら上部開口２４，下部開口２５も、第１実施形態と同様に、設置場所における水位変動の差（海の場合、干満の差）の大きさや、波浪の程度に応じて、好ましい大きさに決定される。
【００５５】
そして、この実施形態では、遊水室２１の内部に、ケーソン本体４から前面壁２２側に傾斜した傾斜部材２６が設けられている。この傾斜部材２６は、前記上部開口２４の縦方向の範囲から水底部Ｐ２に向って、ケーソン本体４と前面壁２２との距離が狭まるように傾斜している。この実施形態では、傾斜部材２６の傾斜範囲を、ほぼ下限水位Ｌ２の位置と水底部Ｐ２との間としている。これにより、前面壁２２と岸側壁となるケーソン本体４との距離を、ほぼ下限水位Ｌ２から水底部Ｐ２に向けて漸減させている。
【００５６】
この実施形態では、岸側壁となるケーソン本体４の前部に別部材の傾斜部材２６を設けることによって岸側壁の前面を消波壁２０側に傾斜させているが、ケーソン本体４の前面を傾斜面にして同様の形態に形成してもよい。
【００５７】
また、この傾斜部材２６を設けることにより、遊水室２１の内部において、水面Ｌの水平方向位置によって水底までの垂直方向距離が異なるようにしている。つまり、図示するように、傾斜部材２６設けられた水平方向の範囲では、この傾斜部材２６の上面が水底となり、例えば、遊水室２１内の岸側壁に近い位置での垂直方向距離Ｈ５と、前面壁２２に近い位置での垂直方向距離Ｈ６とが異なるように、傾斜部材２６の傾斜範囲で水平方向距離を異ならせている。
【００５８】
さらに、このように傾斜部材２６を設けることにより、消波壁２０とケーソン本体４との間に形成された遊水室２１内の水平方向断面積を、水面部Ｐ１から水底部Ｐ２に向かって減少させている。この水面部Ｐ１における水平方向断面積を、水底部Ｐ２における水平方向断面積まで減少させる差としては、例えば、２：１程度であればよい。この差は、水深や遊水室２１の容積、波周期の長さ等に応じて設定される。
【００５９】
以上のように構成された第３実施形態の水循環型消波ケーソン１７によれば、上部開口２４から消波壁２０内の遊水室２１に入った波はケーソン本体４の前面で反射して戻ろうとするが、遊水室２１内では傾斜部材２６が設けられたことによって、水面Ｌから水底（傾斜部材２６の斜面）までの距離（Ｈ５，Ｈ６等）が変化するので、波の粒子の運動が変わって（上述した図４と同様）波長が変化していくので、この反射波は新たに打ち寄せる波の波長とは異なった波長の波となって重なることにより打消し合い、これによって安定した消波性能を発揮することができる。この消波機能は、上述した図４の説明と同様であるため、図は省略する。
【００６０】
また、このように遊水室２１に入った水面付近の波のエネルギー（運動エネルギー）を、遊水室２１の上部開口２４から水底部Ｐ２の下部開口２５に向けて水平方向断面積が漸次減少する遊水室２１内で水を移動させる運動エネルギーとすることにより、遊水室２１の下部全域で流速を増大させ、水底部Ｐ２に設けた下部開口２５から増大した流速で水とともに浮遊物等Ｄを排出させる。これにより、遊水室２１の内部に浮遊物等Ｄが堆積するのを効果的に防止することができる。つまり、水面部Ｐ１から水底部Ｐ２への水循環量が安定かつ増大するので、消波ケーソン１７の遊水室２１の下部における平均流速が上がり、これにより遊水室２１内の水底部付近で水が滞留するのを防止してよどみを解消し、排砂性能等が良い水循環型消波ケーソン１７を構成することができる。
【００６１】
しかも、遊水室２１の下部の隅々まで流れを生じさせることができるので、遊水室２１全体で浮遊物等の滞留を防いで環境の悪化を防止することができる。その上、断面積が減少する方向に波のエネルギーを集約させて効率良く伝達するので、流れのエネルギーの散逸が少なく、水循環性能の向上を図れる。
【００６２】
また、この実施形態によれば、水の流れを、傾斜部材２６の斜面に沿って遊水室２１の水面部Ｐ１から下部開口２５に向けて傾斜した流れとすることができるので、上述した第１，２実施形態よりも、より効率の良い水循環性能とすることも可能である。
【００６３】
さらに、この実施形態でも、消波壁２０の上部開口２４から入った波のエネルギーを下部開口２５から逃がしながら消波機能を発揮させるので、前記水面部Ｐ１での消波性能をより安定して発揮させることができる。
【００６４】
なお、この第３実施形態では、岸壁から所定距離沖合に形成される防波堤型の消波ケーソン１７を示したが、上述した第２実施形態のように、防護壁として岸壁の端部に設けられる水循環型消波ケーソンに適用してもよい。
【００６５】
図６は本願発明に係る水循環型消波ケーソンにおける消波性能の一例を示すグラフであり、図７は本願発明に係る水循環型消波ケーソンにおける水循環性能の一例を示すグラフである。これらは、上述した図３に示す水循環型消波ケーソン１３における「消波性能」と「水循環性能」との傾向を、上述した図８に示す従来型の消波ケーソン５１と比較した一例である。
【００６６】
これらのグラフを導き出すための方法として、例えば、数値流体力学（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ：ＣＦＤ）によって解析して導き出すことができる。しかも、この解析方法によれば、設置条件や設置目的に応じた水位変動や波周期の変動等を考慮した値を任意に決定して入力することにより、様々な条件で「消波性能」と「水循環性能」とを導き出すことができる。
【００６７】
図６に示す「消波性能」は、水面下の上部開口９の端部と水面Ｌとの距離「Ｈ４」が、「Ｈ４＝０．０７×水深」の条件で設定された場合を示している。なお、水深の値は水位変化するある点の値であり、任意に決められる。図示する結果では、波周期が５．１秒程度になると、従来型（図８）に比べて波反射率が小さくなり、消波性能が良くなることがわかる。
【００６８】
また、図７に示す「水循環性能」は、水面下の上部開口７の端部と水面Ｌとの距離「Ｈ４」が、「Ｈ４＝０」の条件で設定された場合を示している。図示する結果では、波周期が５．５秒程度になると、従来型（図８）に比べて循環水量が多くなり、水循環性能が良くなることがわかる。
【００６９】
これらのグラフに示す性能は、ある条件における性能であり、水位（潮位）変動等によって変化するが、設置目的等から最も望む性能を決定し、その性能が最も好ましい条件（消波性能を長時間安定して発揮したい、水循環性能を長時間安定して発揮したい、等）を満足するような値でケーソンを設計すればよい。例えば、通常の水位の時には水循環性能を高めることができ、波浪等で水位が上昇した時には消波性能を高めることができる、というような条件に応じて好ましい値が設定される。
【００７０】
なお、上述した各実施形態を組合わせることは可能であり、使用場所や使用条件等に応じて設定すればよい。例えば、図５に示す消波壁２０の前面壁２２の内側に、水面部Ｐ１から水底部Ｐ２に向けてケーソン本体４側に傾斜する傾斜部材２６を設けてもよい。
【００７１】
また、上述した実施形態は一実施形態であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００７２】
さらに、本願発明に係る消波ケーソンは、海や川や湖等のいずれに設けても同様の作用効果を得ることができ、設置場所は限定されるものではない。
【００７３】
【発明の効果】
本願発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載するような効果を奏する。
【００７４】
遊水室内で反射した波の波長を変化させ、入ってくる波と打ち消し合わせて消波機能を安定して発揮することが可能となる。また、この波のエネルギーで遊水室の上部から水底部にかけて下方に移動する水の流速を上げて下部開口から流出させ、浮遊物等を遊水室内に堆積させることなく安定して排出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１実施形態を示す水循環型消波ケーソンの縦断面図である。
【図２】図１に示す水循環型消波ケーソンの正面図である。
【図３】本願発明の第２実施形態を示す水循環型消波ケーソンの縦断面図である。
【図４】図１に示す水循環型消波ケーソンにおける消波機能の模式図である。
【図５】本願発明の第３実施形態を示す水循環型消波ケーソンの縦断面図である。
【図６】本願発明に係る水循環型消波ケーソンにおける消波性能の一例を示すグラフである。
【図７】本願発明に係る水循環型消波ケーソンにおける水循環性能の一例を示すグラフである。
【図８】従来の一般的な消波ケーソンを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…消波ケーソン
２…地盤改良部
３…基礎
４…ケーソン本体
５…消波壁
６…遊水室
７…前面壁
９…上部開口
１０…下部開口
１１…傾斜部
１２…岸壁
１３…消波ケーソン
１４…地盤改良部
１５…基礎
１６…板部材
１７…消波ケーソン
１８…地盤改良部
１９…基礎
２０…消波壁
２１…遊水室
２２…前面壁
２４…上部開口
２５…下部開口
２６…傾斜部材
Ｐ１…水面部
Ｐ２…水底部
Ｐ３…位置
Ｌ…水面
Ｈ１…所定距離
Ｈ４…距離
Ｄ…浮遊物等
【発明の属する技術分野】
本願発明は、防波堤や護岸等のために設けるケーソンに関し、詳しくは、消波機能と水面部付近の水の水底部への導入機能ならびに土砂等の堆積防止機能とを備える水循環型消波ケーソンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、護岸目的や波浪等を防いで港湾内を静穏に保つ目的等のために、岸壁や岸壁から所定距離沖合にケーソンが設けられている。このようなケーソンは、単に波を受ける平面状の壁面を備えたものもあるが、波の反射波を低減する消波機能を備えた消波ケーソンがある。この消波ケーソンは、例えば、船舶等を着岸させる時に波の影響を小さくして安定した操船を可能にしたり、船舶等の安定した係留を可能にしたりすることができる。
【０００３】
図８は従来の一般的な消波ケーソンを示す縦断面図である。この図は、岸壁から所定距離沖合に設置する防波堤型の消波ケーソンを示している。図は縦断面であり、図の左側がケーソン５１の沖側（前側）で、図の右側がケーソン５１の岸側（後側）である。
【０００４】
図示するように、ケーソン５１の設置場所の水底には、所定幅Ｗ１１（前後方向）の地盤改良部５２が形成され、この地盤改良部５２の上部には、所定幅Ｗ１２で基礎５３が形成される。これら地盤改良部５２と基礎５３とは、ケーソン５１の前後方向から所定量ずつ突出するような幅で形成されている。
【０００５】
そして、基礎５３の上部の岸側に、所定幅のケーソン本体５４が設けられ、このケーソン本体５４の沖側に消波壁５５が設けられている。これら消波ケーソン５４と消波壁５５とが一体となって矩形状断面のケーソン５１を形成している。
【０００６】
このように消波壁５５を設けることにより、消波壁５５とケーソン本体５４との間に遊水室５６が形成されている。この遊水室５６は、ケーソン本体５４の前面と消波壁５５の内面との間に矩形状断面で形成されている。また、消波壁５５には、水面Ｌとほぼ一致する高さに上部開口５７が設けられ、水中に没した位置に下部開口５８が設けられてる。
【０００７】
このようなケーソン５１によれば、上部開口５７から消波壁５５内の遊水室５６に波が入ると、この波のエネルギーで遊水室５６内の水を移動させる運動エネルギーが生じ、この運動エネルギーで下部開口５８から水を出すことによって反射波の一部を消波している。
【０００８】
なお、この種の従来技術として、港湾等に構築される防波堤で、前壁には海水面の上下に亘って開口した開口部を設け、後壁には海水面下に開口する開口部を設け、この前壁と後壁との間の遊水室に、前壁から後壁に向って高くなる傾斜壁を設けることにより、港外の海水が港内側へ一方向に流れるようにして港内の静穏度を確保しようとするものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
また、この種の従来技術として、前壁には海水面の上下に亘って開口した開口部を設け、後壁には海水面下に開口する開口部を設け、この前壁と後壁との間の遊水室に壁体を設けることによって、低波浪でも港内の静穏度を確保しようとするものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【００１０】
さらに、他の従来技術として、護岸本体の壁面と所定間隔をあけて常時水没する壁体を配置し、この壁体に貫通孔を設けて護岸本体との間の空間に循環流が生じるようにして、この護岸本体と壁体との間に浮遊物を集積しようとするものもある（例えば、特許文献３、特許文献４参照。）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平９−４１３４１号公報（第３頁、図２）
【特許文献２】
特開２００１−２７１３２０号公報（第２頁、図２）
【特許文献３】
特開平７−１７３８１５号公報（第２頁、図２）
【特許文献４】
特開平７−１７３８１６号公報（第２頁、図２）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記図８に示す消波ケーソン５１は、消波壁５５の下部開口５８よりも下部の遊水室５６内では水を移動させる運動エネルギーが散逸するので、この下部開口５８よりも下部の遊水室５６内の水は常によどみ、遊水室５６内に入った砂やゴミ等の浮遊物Ｄ（以下、「浮遊物等」という）が堆積してしまう。この堆積した浮遊物等Ｄは、排出されることなく堆積し続けるので、環境を悪化させるおそれがある。
【００１３】
また、前記特許文献１，２は、前後が海水面となる防波堤を前提にしているとともに、港内での静穏度を確保するために海水交換を行って消波性能を持たせるものであり、前壁と後壁との間の遊水室に入った浮遊物等を排出することができるものではない。しかも、この遊水室に入った土砂のような浮遊物等は遊水室の下部に堆積しやすい。
【００１４】
さらに、前記特許文献３，４は、消波機能を有してはいるものの、護岸本体と壁体との間の空間の遊水室に浮遊物等を集積しようとするものであるため、貫通穴の付近に流速分布の大きな不均一が発生し、浮遊物等が遊水室の水底部に堆積してしまう。
【００１５】
つまり、前記したような従来技術では、遊水室の水底部でよどみを生じたり、遊水室内で十分な水交換性能が得られず、遊水室内に浮遊物等が堆積しやすい。そのため、堆積した浮遊物等によって環境を悪化させる場合がある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するために、本願発明は、水面から突出する岸側壁を設け、該岸側壁の沖側に離れた位置に水面から突出する消波壁を設け、該消波壁と前記岸側壁との間に所定の大きさの遊水室を形成し、該消波壁の水面部に該遊水室と連通する上部開口を設け、該消波壁の水底部に該遊水室の下部と連通する下部開口を設け、該遊水室を、ほぼ水面部から水底部に向かって水平方向断面積を減少させている。このような構成によれば、遊水室が、ほぼ水面部から水底部に向って水平方向断面積が減少するように形成されているので、消波壁の上部開口から遊水室内に入って岸側壁に反射した波は、ほぼ水面部から水底部に向って水平方向断面積が減少する遊水室内で波長が変わり、入ってくる波と打ち消し合って消波機能を発揮することができる。また、遊水室に入った波のエネルギーが遊水室の水を下方に移動させる運動エネルギーとなり、このエネルギーで遊水室内部を下方に移動する水は、水平方向断面積の減少により流速が増速され、遊水室の水底部に設けた下部開口から浮遊物等とともに水を勢いよく流出させる。これにより、水面部付近の水を水底部に導入するとともに、浮遊物等のゴミを遊水室内に堆積させることなく排出することができる。
【００１７】
この水循環型消波ケーソンにおいて、前記消波壁の後面を、ほぼ水面部から水底部に向かって岸側壁側に傾斜させることにより遊水室の水平方向断面積を減少させれば、消波壁の水面部に設けた上部開口から遊水室内に入って岸側壁に反射した波は、消波壁の後面の傾斜によって底位置が変化して波長が変わるので、入ってくる波と打ち消し合って消波機能を発揮することができる。また、遊水室の水面部から水底部にかけて漸次水平方向断面積が減少する遊水室内部を下方に移動する水の流速は下部で増速され、遊水室の水底部に設けた下部開口から浮遊物等とともに水を勢いよく流出させて、浮遊物等のゴミを遊水室内に堆積させることなく排出することができる。
【００１８】
さらに、この水循環型消波ケーソンにおいて、前記消波壁の後面の傾斜範囲を、ほぼ水面部から水深の真中付近と、水底部との間とすれば、上部開口から遊水室内に入った波のエネルギーを運動エネルギーとして、ほぼ水面位置から下部開口に向けて効果的に作用させて遊水室下部の流れの速度を安定して上昇させることができる。
【００１９】
一方、前記水循環型消波ケーソンにおいて、前記岸側壁の前面を、ほぼ水面部から水底部に向かって消波壁側に傾斜させることにより遊水室の水平方向断面積を減少させれば、消波壁の水面部に設けた上部開口から遊水室内に入って岸側壁に反射した波は、岸側壁の前面の傾斜によって底位置が変化して波長が変わるので、入ってくる波と打ち消し合って消波機能を発揮することができる。また、遊水室の水面部から水底部にかけて漸次水平方向断面積が減少する遊水室内部を下方に移動する水の流速は下部で増速され、遊水室の水底部に設けた下部開口から浮遊物等とともに水を勢いよく流出させて、水面部付近の水を水底部に導入するとともに、浮遊物等のゴミを遊水室内に堆積させることなく排出することができる。しかも、この構成によれば、岸側壁の前面が消波壁側に傾斜しているので、傾斜に沿った流れで下部開口から浮遊物等を排出する機能をより向上させることができる。
【００２０】
また、この水循環型消波ケーソンにおいて、前記消波壁の後面の傾斜範囲を、ほぼ水面部から水深の真中付近と、水底部との間とすれば、上部開口から遊水室内に入った波のエネルギーを運動エネルギーとしてほぼ水面位置から下部開口に向けて効果的に作用させて、遊水室の下部の流れの速度を安定して上昇させることができる。
【００２１】
さらに、前記水循環型消波ケーソンにおいて、前記消波壁の前面を、水面部から所定距離水中に没した位置から上部を岸側壁に向って傾斜させれば、水面から上部の消波壁に当たった波の反射波を空中に向けて反射させるので、水中への反射波を極力小さくして波圧を下げることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明の第１実施形態を示す水循環型消波ケーソンの縦断面図であり、図２は同水循環型消波ケーソンの正面図である。この第１実施形態は、岸壁から所定距離沖合に形成される防波堤型の消波ケーソンを示しており、図１において左側がケーソン１の前側（沖側）で、右側がケーソン１の後側（岸側）である。
【００２３】
図１に示すように、ケーソン１の設置場所の水底には、所定幅Ｗ１（図の左右方向）で地盤改良部２が形成されている。この地盤改良部２としては、例えば、捨石マウント等によって形成される。この地盤改良部２の上部には、所定幅Ｗ２で基礎３が形成されている。この基礎３としては、コンクリートを打設したものや、金属の枠体内に重量物を充填したもの等によって形成される。これら地盤改良部２と基礎３とは、ケーソン１の前後部から所定量突出するような所定幅で形成されている。地盤改良部２の大きさや、基礎３の大きさは、設置場所や設置方向等の条件や波浪条件等に応じて設定される。
【００２４】
この基礎３の上部の後側に、水面Ｌ（平均水位）から突出する所定幅のケーソン本体４が設けられている。このケーソン本体４が岸側壁である。ケーソン本体４は、前後面がほぼ垂直な面で断面が長方形状に形成されており、基礎３と一体的に形成されている。ケーソン本体４としては、基礎３と一体的に打設するコンクリートや、金属の枠体内に重量物（コンクリート等）を充填したもの等によって形成される。この実施形態では、枠体内にコンクリートを充填してケーソン本体４を形成している。
【００２５】
そして、このケーソン本体４の前側に消波壁５が設けられている。この消波壁５は、ケーソン本体４と所定距離を開けて設けられた板状の部材であり、ケーソン本体４と同一高さで水面Ｌから突出している。この消波壁５を設けることによって、ケーソン本体４との間に所定の大きさの遊水室６が形成されている。
【００２６】
消波壁５は、その前面壁７が水面部Ｐ１から水底部Ｐ２（基礎３の上面部）に向かってケーソン本体４との距離が狭まるように傾斜している。この実施形態では、前面壁７の傾斜範囲を、水面Ｌから所定距離Ｈ１だけ没した位置Ｐ３と水底部Ｐ２との間としている。このように前面壁７を傾斜させることにより、前面壁７と岸側壁となるケーソン本体４との距離を、水面部Ｐ１から水底部Ｐ２に向けて漸減させている。
【００２７】
また、この前面壁７を傾斜させることにより、遊水室６の内部において、水面Ｌの水平方向位置によって水底までの垂直方向距離が異なるようにしている。つまり、図示するように、遊水室６の前面壁７が傾斜した範囲では、この前面壁７の内面が水底となり、例えば、遊水室６内の岸側壁に近い位置での垂直方向距離Ｈ２と、前面壁７に近い位置での垂直方向距離Ｈ３とが異なるように、前面壁７の傾斜範囲で水平方向距離を異ならせている。
【００２８】
さらに、このように前面壁７を傾斜させることにより、消波壁５とケーソン本体４との間に形成された遊水室６内の水平方向断面積を、水面部Ｐ１から水底部Ｐ２に向かって減少させている。この水面部Ｐ１における水平方向断面積を、水底部Ｐ２における水平方向断面積まで減少させる差としては、例えば、２：１程度であればよい。この差は、水深や遊水室６の容積、波周期の長さ等に応じて設定される。
【００２９】
なお、消波壁５の上面壁８は、ケーソン本体４の上面に連なるような水平面で形成されている。
【００３０】
また、図２に示すように、消波壁５には、水面Ｌの位置する高さの水面部Ｐ１で開口した上部開口９が設けられ、水底部Ｐ２には下部開口１０が設けられている。
【００３１】
上部開口９は、水位変動を生じても水面Ｌが上部開口９内に位置するような大きさで形成されている。この上部開口９は、例えば、設置場所における水位変動の差（海の場合、干潮時と満潮時の水位差）の大きさや、波浪の程度に応じて、好ましい大きさに決定される。例えば、図示するように、水面Ｌを中心とした上部開口９の縦方向の大きさが、少なくとも、日常の水位変動では水面Ｌが必ず上部開口９内に位置するような距離Ｈ４（中心からの距離）の開口で形成される。この実施形態では、二点鎖線で示す上限水位Ｌ１と下限水位Ｌ２との間で水位変動を生じても、水面Ｌが上部開口９内に位置するような四角形状に形成されている。この上部開口９の形状は、図示する形状に限定されるものではなく、水位変動を生じた時に水面Ｌが開口内に位置する上下方向の大きさを有しているものであればよく、横長長方形状等であってもよい。
【００３２】
下部開口１０は、消波壁５の下端に位置し、基礎３の上面部に設けられている。この下部開口１０は、所定の高さの、横方向に長い長方形状の開口で形成されている。この下部開口１０の開口断面積は、前記したように遊水室６の水面Ｌ位置における水平方向断面積の１／２程度で形成されている。この開口断面積の大きさも、水深や遊水室６の容積等によって設定される。
【００３３】
さらに、図１に示すように、この実施形態では、前記前面壁７の水中に没した位置Ｐ３から上部を、ケーソン本体４側に向って傾斜させている。つまり、消波壁５の水面Ｌから所定距離没した位置Ｐ３から上側が、沖側に向けて上向きの傾斜となるような傾斜面に形成されている。これにより、一点鎖線Ｌ３で示すように、波浪等で水位が異常上昇して前面壁７に打ち寄せた場合に、入射する波を空中に向けて反射（矢印）させて前面壁７に加わる波圧を下げるようにしている。
【００３４】
なお、消波壁５の前面壁７は、水中に没した位置Ｐ３から二点鎖線Ｖ１で示すように垂直方向に形成しても、二点鎖線Ｖ２で示すように下側の傾斜に連なるように形成してもよい。
【００３５】
また、図１に二点鎖線で示すように、遊水室６内の下端に、ケーソン本体４側から前面に向けて傾斜した傾斜部１１を形成し、この傾斜部１１に沿った流れで下部開口１０から排出する水の流れをよりスムーズにしてもよい。
【００３６】
図３は本願発明の第２実施形態を示す水循環型消波ケーソンの縦断面図である。この第２実施形態は、防護壁として岸壁の端部に設けられる水循環型消波ケーソンを示している。上述した第１実施形態における水循環型消波ケーソン１とは、設置場所が異なり、岸側にケーソン本体４が設けられるか否かが異なっている。上述した第１実施形態と同一の構成には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
図示するように、岸壁１２の端部のケーソン１３を設置する場所の水底には、所定幅Ｗ３（図の左右方向）で地盤改良部１４が形成され、この地盤改良部１４の上部には、所定幅Ｗ４で基礎１５が形成されている。これら地盤改良部１４と基礎１５とは、ケーソン１３の前部から所定量突出するような所定幅で形成されている。地盤改良部１４の大きさや、基礎１５の大きさは、設置条件等に応じて設定される。
【００３８】
そして、この基礎１５の上部に消波壁５が設けられている。この消波壁５は、上述した第１実施形態における構成と同一であり、岸壁１２の前部に設けられた板部材１６の前部に設けられた板状の部材であり、岸壁１２と同一高さで水面Ｌから突出している。この消波壁５を設けることによって、岸壁１２の前部に設けた板部材１６との間に所定の大きさの遊水室６が形成されている。
【００３９】
消波壁５は、その前面壁７が水面部Ｐ１から水底部Ｐ２に向かって岸壁１２との距離が狭まるように傾斜している。この実施形態も、前面壁７の傾斜範囲を、水面Ｌから所定距離Ｈ１だけ没した位置Ｐ３と水底部Ｐ２との間としている。このように前面壁７を傾斜させることにより、前面壁７と岸側１２との距離を、水面部Ｐ１から水底部Ｐ２に向けて漸減させている。
【００４０】
また、この前面壁７を傾斜させることにより、遊水室６の内部において、水面Ｌの水平方向位置によって水底までの垂直方向距離が異なるようにしている。この垂直方向距離を異ならせた原理は、上述した図１における原理と同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００４１】
さらに、このように前面壁７を傾斜させることにより、消波壁５と岸壁１２との間に形成された遊水室６内の水平方向断面積を、水面部Ｐ１から水底部Ｐ２に向かって減少させている。この水平方向断面積を減少させる差としても、例えば、２：１程度であればよい。この差は、水深や遊水室６の容積等に応じて設定される。
【００４２】
なお、消波壁５の上面壁８は、岸壁１２の上面に連なるような水平面で形成されている。
【００４３】
また、この消波壁５に設けられた上部開口９と下部開口１０は、上述した図２に示す構成と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
【００４４】
以上のように構成された第１，２実施形態の水循環型消波ケーソン１，１３によれば、図４に示す水循環型消波ケーソンにおける消波機能の模式図のように、上部開口９から消波壁５内の遊水室６に入った波はケーソン本体４（板部材１６）の前面で反射して戻ろうとするが、遊水室６内では前面壁７が傾斜していることによって、水面Ｌから水底（前面壁７の内面）までの水平方向距離（Ｈ２，Ｈ３等）が変化するので、波の粒子の動きとして考えると、円運動から楕円運動に変わって波長Ｌ４が変化していくので、この反射波は新たに打ち寄せる波の波長とは異なった波長の波となって重なることにより打消し合い、これによって安定した消波機能を発揮することができる。
【００４５】
また、このように遊水室６に入った水面付近の波のエネルギー（運動エネルギー）を、遊水室６の上部開口９から水底部Ｐ２の下部開口１０に向けて水平方向断面積が漸次減少する遊水室６内で水を移動させる運動エネルギーとすることにより、遊水室６の下部全域で流速を増大させ、水底部Ｐ２に設けた下部開口１０から増大した流速で水とともに浮遊物等Ｄを排出させる。これにより、遊水室６の内部に浮遊物等Ｄが堆積するのを効果的に防止することができる。つまり、水面部Ｐ１から水底部Ｐ２への水循環量が安定かつ増大するので、消波ケーソン１，１３の遊水室６の下部における平均流速が上がり、これにより遊水室６内の水底部付近で水が滞留するのを防止してよどみを解消し、排砂性能等が良い水循環型消波ケーソン１，１３を構成することができる。
【００４６】
しかも、遊水室６の下部の隅々まで流れを生じさせることができるので、遊水室６全体で浮遊物等の滞留を防いで環境の悪化を防止することができる。その上、断面積が減少する方向に波のエネルギーを集約させて効率良く伝達するので、流れのエネルギーの散逸が少なく、水循環性能の向上を図れる。
【００４７】
さらに、このように消波壁５の上部開口９から入った波のエネルギーを下部開口１０から逃がしながら消波機能を発揮させるので、前記水面部Ｐ１での消波性能をより安定して発揮させることができる。
【００４８】
その上、これらの消波ケーソン１，１３のような構造とすることにより、消波壁５側の地盤改良部２，１４と基礎３，１５の幅寸法を小さくできるので、これら地盤改良部２，１４と基礎３，１５とを設置するための工期短縮や、コストダウンを図ることが可能となる。
【００４９】
図５は本願発明の第３実施形態を示す水循環型消波ケーソンの縦断面図である。この第３実施形態は、上述した第１実施形態と同様に、岸壁から所定距離沖合に形成される防波堤型の消波ケーソンを示しており、図５において左側がケーソン１７の前側（沖側）で、右側がケーソン１７の後側（岸側）である。上述した第１実施形態における水循環型消波ケーソン１とは、消波壁５に関する構成が異なっている。上述した第１実施形態と同一の構成には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５０】
図示するように、ケーソン１７の設置場所の水底には、所定幅Ｗ５で地盤改良部１８が形成され、この地盤改良部１８の上部には、所定幅Ｗ６で基礎１９が形成されている。これら地盤改良部１８と基礎１９とは、ケーソン１７の前後部から所定量突出するような所定幅で形成されている。地盤改良部１８の大きさや、基礎１９の大きさは、設置条件や波浪条件等に応じて設定される。
【００５１】
この基礎１９の上部の後側に、水面Ｌ（平均水位）から突出する所定幅のケーソン本体４が設けられている。このケーソン本体４が岸側壁であり、上述した第１実施形態と同一の構成である。ケーソン本体４の詳細な説明は省略する。
【００５２】
そして、このケーソン本体４の前側に消波壁２０が設けられている。この消波壁２０は、ケーソン本体４と所定距離を開けて設けられた板状の部材であり、ケーソン本体４と同一高さで水面Ｌから突出している。この消波壁２０を設けることによって、ケーソン本体４との間に所定の大きさの遊水室２１が形成されている。
【００５３】
消波壁２０は、その前面壁２２が水面部Ｐ１から水底部Ｐ２に向かってケーソン本体４の前面とほぼ平行な垂直面で形成されている。消波壁２０の上面壁２３は、ケーソン本体４の上面に連なるような水平面に形成されている。この消波壁２０をケーソン本体４の前部に設けることにより、全体として、前後面がほぼ垂直な面で断面が長方形状のケーソン１７が形成されている。
【００５４】
この消波壁２０の水面部Ｐ１に上部開口２４が設けられ、水底部Ｐ２に下部開口２５が設けられている。この上部開口２４も、上述した第１実施形態と同様に、少なくとも、二点鎖線で示す上限水位Ｌ１と下限水位Ｌ２との間で水位変動を生じても、水面Ｌが上部開口２４内に位置するような四角形状に形成されている。これら上部開口２４と下部開口２５とは、上述した図２に示すように形成されており、同一の構成であるため、その詳細な説明は省略する。また、これら上部開口２４，下部開口２５も、第１実施形態と同様に、設置場所における水位変動の差（海の場合、干満の差）の大きさや、波浪の程度に応じて、好ましい大きさに決定される。
【００５５】
そして、この実施形態では、遊水室２１の内部に、ケーソン本体４から前面壁２２側に傾斜した傾斜部材２６が設けられている。この傾斜部材２６は、前記上部開口２４の縦方向の範囲から水底部Ｐ２に向って、ケーソン本体４と前面壁２２との距離が狭まるように傾斜している。この実施形態では、傾斜部材２６の傾斜範囲を、ほぼ下限水位Ｌ２の位置と水底部Ｐ２との間としている。これにより、前面壁２２と岸側壁となるケーソン本体４との距離を、ほぼ下限水位Ｌ２から水底部Ｐ２に向けて漸減させている。
【００５６】
この実施形態では、岸側壁となるケーソン本体４の前部に別部材の傾斜部材２６を設けることによって岸側壁の前面を消波壁２０側に傾斜させているが、ケーソン本体４の前面を傾斜面にして同様の形態に形成してもよい。
【００５７】
また、この傾斜部材２６を設けることにより、遊水室２１の内部において、水面Ｌの水平方向位置によって水底までの垂直方向距離が異なるようにしている。つまり、図示するように、傾斜部材２６設けられた水平方向の範囲では、この傾斜部材２６の上面が水底となり、例えば、遊水室２１内の岸側壁に近い位置での垂直方向距離Ｈ５と、前面壁２２に近い位置での垂直方向距離Ｈ６とが異なるように、傾斜部材２６の傾斜範囲で水平方向距離を異ならせている。
【００５８】
さらに、このように傾斜部材２６を設けることにより、消波壁２０とケーソン本体４との間に形成された遊水室２１内の水平方向断面積を、水面部Ｐ１から水底部Ｐ２に向かって減少させている。この水面部Ｐ１における水平方向断面積を、水底部Ｐ２における水平方向断面積まで減少させる差としては、例えば、２：１程度であればよい。この差は、水深や遊水室２１の容積、波周期の長さ等に応じて設定される。
【００５９】
以上のように構成された第３実施形態の水循環型消波ケーソン１７によれば、上部開口２４から消波壁２０内の遊水室２１に入った波はケーソン本体４の前面で反射して戻ろうとするが、遊水室２１内では傾斜部材２６が設けられたことによって、水面Ｌから水底（傾斜部材２６の斜面）までの距離（Ｈ５，Ｈ６等）が変化するので、波の粒子の運動が変わって（上述した図４と同様）波長が変化していくので、この反射波は新たに打ち寄せる波の波長とは異なった波長の波となって重なることにより打消し合い、これによって安定した消波性能を発揮することができる。この消波機能は、上述した図４の説明と同様であるため、図は省略する。
【００６０】
また、このように遊水室２１に入った水面付近の波のエネルギー（運動エネルギー）を、遊水室２１の上部開口２４から水底部Ｐ２の下部開口２５に向けて水平方向断面積が漸次減少する遊水室２１内で水を移動させる運動エネルギーとすることにより、遊水室２１の下部全域で流速を増大させ、水底部Ｐ２に設けた下部開口２５から増大した流速で水とともに浮遊物等Ｄを排出させる。これにより、遊水室２１の内部に浮遊物等Ｄが堆積するのを効果的に防止することができる。つまり、水面部Ｐ１から水底部Ｐ２への水循環量が安定かつ増大するので、消波ケーソン１７の遊水室２１の下部における平均流速が上がり、これにより遊水室２１内の水底部付近で水が滞留するのを防止してよどみを解消し、排砂性能等が良い水循環型消波ケーソン１７を構成することができる。
【００６１】
しかも、遊水室２１の下部の隅々まで流れを生じさせることができるので、遊水室２１全体で浮遊物等の滞留を防いで環境の悪化を防止することができる。その上、断面積が減少する方向に波のエネルギーを集約させて効率良く伝達するので、流れのエネルギーの散逸が少なく、水循環性能の向上を図れる。
【００６２】
また、この実施形態によれば、水の流れを、傾斜部材２６の斜面に沿って遊水室２１の水面部Ｐ１から下部開口２５に向けて傾斜した流れとすることができるので、上述した第１，２実施形態よりも、より効率の良い水循環性能とすることも可能である。
【００６３】
さらに、この実施形態でも、消波壁２０の上部開口２４から入った波のエネルギーを下部開口２５から逃がしながら消波機能を発揮させるので、前記水面部Ｐ１での消波性能をより安定して発揮させることができる。
【００６４】
なお、この第３実施形態では、岸壁から所定距離沖合に形成される防波堤型の消波ケーソン１７を示したが、上述した第２実施形態のように、防護壁として岸壁の端部に設けられる水循環型消波ケーソンに適用してもよい。
【００６５】
図６は本願発明に係る水循環型消波ケーソンにおける消波性能の一例を示すグラフであり、図７は本願発明に係る水循環型消波ケーソンにおける水循環性能の一例を示すグラフである。これらは、上述した図３に示す水循環型消波ケーソン１３における「消波性能」と「水循環性能」との傾向を、上述した図８に示す従来型の消波ケーソン５１と比較した一例である。
【００６６】
これらのグラフを導き出すための方法として、例えば、数値流体力学（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ：ＣＦＤ）によって解析して導き出すことができる。しかも、この解析方法によれば、設置条件や設置目的に応じた水位変動や波周期の変動等を考慮した値を任意に決定して入力することにより、様々な条件で「消波性能」と「水循環性能」とを導き出すことができる。
【００６７】
図６に示す「消波性能」は、水面下の上部開口９の端部と水面Ｌとの距離「Ｈ４」が、「Ｈ４＝０．０７×水深」の条件で設定された場合を示している。なお、水深の値は水位変化するある点の値であり、任意に決められる。図示する結果では、波周期が５．１秒程度になると、従来型（図８）に比べて波反射率が小さくなり、消波性能が良くなることがわかる。
【００６８】
また、図７に示す「水循環性能」は、水面下の上部開口７の端部と水面Ｌとの距離「Ｈ４」が、「Ｈ４＝０」の条件で設定された場合を示している。図示する結果では、波周期が５．５秒程度になると、従来型（図８）に比べて循環水量が多くなり、水循環性能が良くなることがわかる。
【００６９】
これらのグラフに示す性能は、ある条件における性能であり、水位（潮位）変動等によって変化するが、設置目的等から最も望む性能を決定し、その性能が最も好ましい条件（消波性能を長時間安定して発揮したい、水循環性能を長時間安定して発揮したい、等）を満足するような値でケーソンを設計すればよい。例えば、通常の水位の時には水循環性能を高めることができ、波浪等で水位が上昇した時には消波性能を高めることができる、というような条件に応じて好ましい値が設定される。
【００７０】
なお、上述した各実施形態を組合わせることは可能であり、使用場所や使用条件等に応じて設定すればよい。例えば、図５に示す消波壁２０の前面壁２２の内側に、水面部Ｐ１から水底部Ｐ２に向けてケーソン本体４側に傾斜する傾斜部材２６を設けてもよい。
【００７１】
また、上述した実施形態は一実施形態であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００７２】
さらに、本願発明に係る消波ケーソンは、海や川や湖等のいずれに設けても同様の作用効果を得ることができ、設置場所は限定されるものではない。
【００７３】
【発明の効果】
本願発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載するような効果を奏する。
【００７４】
遊水室内で反射した波の波長を変化させ、入ってくる波と打ち消し合わせて消波機能を安定して発揮することが可能となる。また、この波のエネルギーで遊水室の上部から水底部にかけて下方に移動する水の流速を上げて下部開口から流出させ、浮遊物等を遊水室内に堆積させることなく安定して排出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１実施形態を示す水循環型消波ケーソンの縦断面図である。
【図２】図１に示す水循環型消波ケーソンの正面図である。
【図３】本願発明の第２実施形態を示す水循環型消波ケーソンの縦断面図である。
【図４】図１に示す水循環型消波ケーソンにおける消波機能の模式図である。
【図５】本願発明の第３実施形態を示す水循環型消波ケーソンの縦断面図である。
【図６】本願発明に係る水循環型消波ケーソンにおける消波性能の一例を示すグラフである。
【図７】本願発明に係る水循環型消波ケーソンにおける水循環性能の一例を示すグラフである。
【図８】従来の一般的な消波ケーソンを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…消波ケーソン
２…地盤改良部
３…基礎
４…ケーソン本体
５…消波壁
６…遊水室
７…前面壁
９…上部開口
１０…下部開口
１１…傾斜部
１２…岸壁
１３…消波ケーソン
１４…地盤改良部
１５…基礎
１６…板部材
１７…消波ケーソン
１８…地盤改良部
１９…基礎
２０…消波壁
２１…遊水室
２２…前面壁
２４…上部開口
２５…下部開口
２６…傾斜部材
Ｐ１…水面部
Ｐ２…水底部
Ｐ３…位置
Ｌ…水面
Ｈ１…所定距離
Ｈ４…距離
Ｄ…浮遊物等
Claims (6)
- 水面から突出する岸側壁を設け、該岸側壁の沖側に離れた位置に水面から突出する消波壁を設け、該消波壁と前記岸側壁との間に所定の大きさの遊水室を形成し、該消波壁の水面部に該遊水室と連通する上部開口を設け、該消波壁の水底部に該遊水室の下部と連通する下部開口を設け、該遊水室を、ほぼ水面部から水底部に向かって水平方向断面積を減少させた水循環型消波ケーソン。
- 請求項１記載の水循環型消波ケーソンにおいて、
前記消波壁の後面を、ほぼ水面部から水底部に向かって岸側壁側に傾斜させることにより遊水室の水平方向断面積を減少させた水循環型消波ケーソン。 - 請求項２記載の水循環型消波ケーソンにおいて、
前記消波壁の後面の傾斜範囲を、ほぼ水面部から水深の真中付近と、水底部との間とした水循環型消波ケーソン。 - 請求項１記載の水循環型消波ケーソンにおいて、
前記岸側壁の前面を、ほぼ水面部から水底部に向かって消波壁側に傾斜させることにより遊水室の水平方向断面積を減少させた水循環型消波ケーソン。 - 請求項４記載の水循環型消波ケーソンにおいて、
前記消波壁の後面の傾斜範囲を、ほぼ水面部から水深の真中付近と、水底部との間とした水循環型消波ケーソン。 - 請求項１記載の水循環型消波ケーソンにおいて、
前記消波壁の前面を、水面部から所定距離水中に没した位置から上部を岸側壁に向って傾斜させた水循環型消波ケーソン。
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