JP2009057799A - 起伏ゲート式防波堤の底面構造 - Google Patents

Abstract

【課題】起伏ゲート式防波堤の底面に揚圧力を発生しないようにする。
【解決手段】港湾に構築した基礎捨石４上に函体５を載せた底面構造である。函体５は、港内ＲＩ側端部上面に扉体２の回転軸２ａを回動自在に支持する軸受６を配置する。函体５の底面には、港内ＲＩ側から港外ＲＯ側に向かって複数の水平部材１０を、港内ＲＩ側の側面には、埋め戻し土１４と接するよう、前記回転軸２ａの長手方向と直角の垂直方向に設けられた複数の鉛直部材１２と、これら鉛直部材１２を覆う板部材１３をそれぞれ取り付け、函体５の底面と港内ＲＩ側側面に隙間１１，１５を形成する。
【効果】水路上流側又は港外側と隙間内部の水圧（水路下流側又は港内側と同水圧）の差が、函体の上面から鉛直下向きに等分に作用し、起伏ゲート式防波堤の転倒を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば津波や高潮対策の防波・防潮堤として港湾に設置される起伏ゲート式防波堤の底面構造に関するものである。

この種の起伏ゲート式防波堤として、例えば、浮力によって扉体の起伏を行い、起立時に扉体の港外側への回動を阻止する支持脚を備えているフラップゲート式防潮装置が特許文献１に開示されている。
特開２００３−２３９２６１号公報

この特許文献１に記載のフラップゲート式防潮装置は、水底基礎上にゲート本体を備えたゲート本体格納凹部が形成されている。

特許文献１のような構造では、津波や高潮が発生した場合、外洋側（港外側）の水圧（波力）がフラップゲート式防潮装置の底面に伝達され、その底面に揚圧力が作用し、フラップゲート式防潮装置が転倒する恐れがある。

本発明の起伏ゲート式防波堤の底面構造は、
起伏ゲート式防波堤の底面に揚圧力を発生させないために、
水路又は港湾の底部に配置され、基端側の回転軸を支点とした扉体の起立により水路又は港湾を締切る起伏ゲート式防波堤の底面構造であって、
水路又は港湾の底部の地盤上に構築した基礎捨石上に、前記起伏ゲート式防波堤を取付ける函体を載せ置いた構造で、
前記函体は、
上面の水路下流側又は港内側の端部に、前記扉体の回転軸を回動自在に支持する軸受を配置すると共に、
底面には、前記基礎捨石と接するよう、水路下流側又は港内側から水路上流側又は港外側に向かって、所定の間隔を存して平行に設けられた複数の水平部材を、また水路下流側又は港内側の側面には、前記基礎捨石上に盛る埋め戻し土と接するよう、前記扉体の回転軸の長手方向と直角の垂直方向に、所定間隔を存して平行に設けられた複数の鉛直部材と、これら鉛直部材を覆う板部材を、それぞれ取り付けることで、函体の底面と基礎捨石との間と、函体の水路下流側又は港内側側面と埋め戻し土との間に、水路下流側の水又は港内側の海水が流入可能な隙間を形成したことを最も主要な特徴としている。

本発明では、水路上流端又は港外端の隙間に対し、基礎底面隙間を十分に大きくすることにより、基礎底面に揚圧力が働くのを抑えたので、水路上流側又は港外側の水圧と隙間内部の水圧（水路下流側又は港内側の水圧と同じ）の差が、函体の上面から鉛直下向きに等分に作用して、起伏ゲート式防波堤の転倒に対する抵抗を与えることで、転倒を防止できる。

本発明の起伏ゲート式防波堤の底面構造において、
前記函体の底面と基礎捨石間の隙間の水路上流側又は港外側の端面に遮水部材を設けた場合には、水路上流側又は港外側から前記隙間に水又は海水が流入するのを防止できる。その際、前記遮水部材を、前記函体底面と基礎捨石間の隙間と共に、この隙間側の基礎捨石全体を覆うものとした場合には、基礎捨石に水路上流側の水又は港外側の海水が浸透するのを防止でき、函体の上面側と底面側との圧力差をより均一に保つことができる。

本発明では、水路上流端又は港外端の隙間に対し、基礎底面隙間を十分に大きくすることにより、基礎底面に揚圧力が働くのを抑えたので、水路上流側又は港外側の水圧と隙間内部の水圧（水路下流側又は港内側の水圧と同じ）の差が、函体の上面から鉛直下向きに等分に作用して、起伏ゲート式防波堤の転倒に対する抵抗を与えることで、転倒を防止できる。

また、本発明において、水路上流側又は港外側から前記隙間に水又は海水が流入するのを防止する遮水部材を設けた場合には、函体上面と底面側との圧力差をより均一に保つことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図６は本発明の最良の形態を説明する概略図である。

図１〜図６において、１は起伏ゲート式防波堤であり、扉体２と、この扉体２の起立時に、扉体２に大きな水圧荷重が作用しても扉体２が転倒しないように、港湾の港外ＲＯ側に設置した例えば５本のテンションロッド３を備えた構成である。

前記扉体２は、基端側の回転軸２ａを、例えば港湾の底部の地盤に構築した基礎捨石４上に載置する函体５の港内ＲＩ側端部に、軸受６によって回転自在に枢支することで、回転軸２ａを支点として起伏するようになっている。

また、前記テンションロッド３は、扉体２の起立時に上端側に位置する一方端部は前記扉体２の頂部に、前記起立時に下端側に位置する他方端部は、扉体２が倒伏する側に前記回転軸２ａから所定の距離だけ離れた港外ＲＯ側に、それぞれ回転自在に枢支されている。

なお、図１〜図６中の３ｅはテンションロッド３の一方端部の回転軸、３ｂは他方端部の回転軸、７はテンションロッド３の他方端部を函体５に回転自在に枢支する軸受である。また、３ａは上部水平軸、３ｆは上部水平軸３ａと回転軸３ｅとを連結する連結部材で、起伏時は、回転軸３ｆを軸に回転している。

本実施例では、前記テンションロッド３は、その中間で二つに折れ曲がるように形成され、また浮力によって水中での重量を軽減して、扉体２の起立初期にテンションロッド３に作用する張力が可及的に０となるようにするため、たとえば中空材を使用している。なお、図１〜図６中の３ｃはテンションロッド３の中間部の回転軸である。

また、前記扉体２は、例えば中空材製の縦桁２ｂと横桁２ｃを交差させて形成した矩形状平面の港内ＲＩ側にスキンプレート２ｄを溶接した構成で、中央部から先端側にかけて港外ＲＯ側にもスキンプレート２ｄを溶接して空気室２ｅを形成している。

この空気室２ｅへの給排気は、例えば起伏ゲート式防波堤１の両側に設けた堤体９に設置された、操作盤８ａ、コンプレッサ８ｂ、蓄圧タンク８ｃ、給排気管８ｄ及びこの給排気管８ｄに介設した給気弁８ｅ、排気弁８ｆとで構成された給排気装置８によってなされる。

この給排気管８ｄは扉体２の回転軸２ａの軸芯に設けた空気管２ｆに接続され、この空気管２ｆから縦桁２ｂに設けた空気管２ｇと、扉体２の先端部の横桁２ｃに設けた空気管２ｈを経て、この空気管２ｈに設けた複数の供給孔から空気室２ｅへの給排気がなされる。

このような蓄圧タンク８ｃを備えた給排気装置８では、停電時、非常用電源が無く、コンプレッサ８ｂが使用できなくても、扉体２の起立動作を行うことができるが、非常用電源を設置し、蓄圧タンク８ｃを設けないものでも良い。また、防波堤や防潮堤の上部に給排気装置８を設ける場合は、前記堤体９を設置する必要はない。

このような構成の本発明の基礎構造を有する起伏ゲート式防波堤１では、高潮がない静水時は、扉体２は倒伏した状態となされている。このような静水時は、港内ＲＩ側の水圧と港外ＲＯ側の水圧との差は零で等しいが、可動部（扉体２、テンションロッド３）及び函体５等を水中に沈めているので、浮き上がりや転倒は生じない。

このような倒伏状態から、コンプレッサ８ｂから蓄圧タンク８ｃを経て、給気弁８ｅを開、排気弁８ｆを閉とした状態の給排気管８ｄ、空気管２ｆ〜２ｈを介して扉体２の空気室２ｅに給気し、浮力と水位差（あるいは波力）を発生させれば、扉体２は図１に実線で示したように起立する。

また、この空気室２ｅに給気された空気を、空気管２ｆ〜２ｈ、排気弁８ｆを開、給気弁８ｅを閉とした状態の給排気管８ｄを介して大気中に排気し、浮力を減少させれば、起立状態の扉体２は図１に想像線で示したように倒伏する。

ところで、本発明では、函体５の底面には、港内ＲＩ側から港外ＲＯ側に向かって、例えばＨ形鋼製の水平部材１０を、所定の間隔を存して平行に３本設け、この水平部材１０により、函体５の底面と基礎捨石４との間に隙間１１を形成している。この隙間１１の港外ＲＯ側の端面と、基礎捨石４上の函体５の港外ＲＯ側の側面部には、埋め戻し土１４を盛る。

また、函体５の港内ＲＩ側の側面には、前記回転軸２ａの長手方向と直角の垂直方向に、例えばＨ形鋼製の鉛直部材１２を、所定の間隔を存して平行に３本設け、この鉛直部材１２を板部材１３で覆っている。このようにすることで、基礎捨石４上の函体５の港内ＲＩ側の側面部に盛る埋め戻し土１４との間に隙間１５を形成している。
なお、このような函体５のブロック間の隙間１８（図１（ｂ）（ｃ）参照）は、間詰め材１９（例えば水中コンクリート）で埋めている。

このような構成の本発明では、地震等何らかの原因により津波や高潮が発生すると予測されて、起伏ゲート式防波堤１を起立させた場合は、隙間１１の内部には港内ＲＩ側の水圧が、函体５の底面から上向きに等分に作用することになる。一方、函体５の上面には、港外ＲＯ側の水圧が下向きに等分に作用することになる。

従って、函体５の上面に下向きに作用する港外ＲＯ側の水圧と、函体５の底面に上向きに作用する港内ＲＩ側の水圧の差が、函体５の上面から鉛直下向きに発生して、起伏ゲート式防波堤１の転倒に対する抵抗を与え、起伏ゲート式防波堤１を浮き上がらせたり、転倒させることがない。

このような構成の本発明では、港外ＲＯ側の水が隙間１１に流入したとしても、その量が僅かであれば、津波や高潮に対して十分機能を果たすことができるが、港外ＲＯ側の水を前記隙間１１に流入させないようにするには、例えば次のような構成とすれば良い。

例えば図２のように函体５の底面と基礎捨石４間の隙間１１の港外ＲＯ側の端面を、ゴム製マット等の遮水部材１６の一端側で覆い、一端側を除く残り全部で基礎捨石４全体を覆うことで、港外ＲＯ側から前記隙間１１に海水が流入するのを防止する。なお、この遮水部材１６は埋め戻し土１４によって固定されている。

ちなみに、津波や高潮が発生した場合の箱体５の安定についての検討を、図５を用いて説明する。

１）扉体２から作用する荷重
この荷重は扉体２が起伏したときに函体５に作用する力で、扉体２の回転軸２ａとテンションロッド３の函体５側の回転軸３ｂに荷重が作用する。
テンションロッド３は、扉体２が起伏したときにテンションロッド３の軸方向に沿って力が伝達されるので、函体５側の回転軸３ａに作用する力を水平方向の力Ｆ_2Hと、垂直方向の力Ｆ_2Vにわける。
また扉体２は、扉体２が起伏したときに回転軸２ａを軸にして反時計周りに回転するので、その回転軸２ａに作用する力を水平方向の力Ｆ_1Hと垂直方向の力Ｆ_1Vにわける。

２）水圧荷重
水圧荷重は、函体５の港外ＲＯ側側面に作用する水圧Ｆ_WHと、函体５の上面に作用する水圧Ｆ_WVが作用する。
函体５の上面に作用する水圧Ｆ_WVは、港外ＲＯ側の水位高さと、港内ＲＩ側の水位高さの差である。

３）函体５の自重（水中の重量Ｗg）
函体５の自重は、可動部２，３と函体５の外面（鋼）と函体５の内部（コンクリート）の重量を加算した合計である。

４）水平荷重Ｆ_H
水平荷重は、Ｆ_1HとＦ_2HとＦ_WHを加算した合計である。
５）垂直荷重Ｆ_R
垂直荷重は、Ｆ_1VとＦ_2VとＦ_WVとＷgを加算した合計である。

６）滑動抵抗Ｆ_R
滑動抵抗Ｆ_Rは、最大摩擦力に相当するもので、接触する物質や表面の状態によって決まる静止摩擦係数をμとした場合、Ｆ_R＝Ｆ_H×μで計算できる。

７）滑動に対する検討
滑動に対する検討は、滑動安全率Ｓ₁＝Ｆ_R／Ｆ_Hを使って求める。滑動安全率Ｓ₁が１．２以上であれば安全である。

８）時計回りのモーメント
・函体５の自重によるモーメントＭ₁
函体５の自重によるモーメントＭ₁は、函体５の自重Ｗgの重心から函体５の底面の港内ＲＩ側隅角部（転倒支点）までの距離をＬ₁とした場合、
Ｍ₁＝Ｗg×Ｌ₁
で計算できる。

・扉体２からの作用荷重Ｆ_1VによるモーメントＭ₂
扉体２からの作用荷重Ｆ_1VによるモーメントＭ₂は、扉体２の函体５側の回転軸２ａから函体５の底面の港内ＲＩ側隅角部（転倒支点）までの距離をＬ₂とした場合、
Ｍ₂＝Ｆ_1V×Ｌ₂
で計算できる。

・函体５に作用する水圧荷重Ｆ_WVによるモーメントＭ₃
函体５に作用する水圧荷重Ｆ_WVによるモーメントＭ₃は、函体５に作用する水圧荷重Ｆ_WVの中心から函体５の底面の港内ＲＩ側隅角部（転倒支点）までの距離をＬ₃とした場合、
Ｍ₃＝Ｆ_WV×Ｌ₃
で計算できる。

９）反時計回りのモーメント
・扉体２からの作用荷重Ｆ_2VによるモーメントＭ₄
扉体２からの作用荷重Ｆ_2VによるモーメントＭ₄は、テンションロッド３の函体５側の回転軸３ｂから函体５の底面の港内ＲＩ側隅角部（転倒支点）までの距離をＬ₄とした場合、
Ｍ₄＝Ｆ_2V×Ｌ₄
で計算できる。

・扉体２からの作用荷重Ｆ_1HによるモーメントＭ₅
扉体２からの作用荷重Ｆ_1HによるモーメントＭ₅は、扉体２の函体５側の回転軸２ａから函体５の底面の港内ＲＩ側隅角部（転倒支点）までの距離をＬ₅とした場合、
Ｍ₅＝Ｆ_1H×Ｌ₅
で計算できる。

・扉体２からの作用荷重Ｆ_2HによるモーメントＭ₆
扉体２からの作用荷重Ｆ_2HによるモーメントＭ₆は、テンションロッド３の函体５側の回転軸３ｂから函体５の底面の港内ＲＩ側隅角部（転倒支点）までの距離をＬ₆とした場合、
Ｍ₆＝Ｆ_2V×Ｌ₆
で計算できる。

・函体５に作用する水圧荷重Ｆ_WHによるモーメントＭ₇
函体５に作用する水圧荷重Ｆ_WHによるモーメントＭ₇は、函体５に作用する水圧荷重Ｆ_WHの中心から函体５の底面の港内ＲＩ側隅角部（転倒支点）までの距離をＬ₇とした場合、
Ｍ₇＝Ｆ_WH×Ｌ₇
で計算できる。

１０）転倒に対する検討
転倒に対する検討は、転倒安全率Ｓ₂＝（Ｍ₁＋Ｍ₂＋Ｍ₃）／（Ｍ₄＋Ｍ₅＋Ｍ₆＋Ｍ₇）を使って求める。転倒安全率Ｓ₂が１．２以上であれば安全である。

水位差による函体５への下向きの力が増加すると、函体５と基礎捨石４との摩擦抵抗が増大するので、滑動安全率が増える。
函体５の上面全体へは、水位差による下向きの力が等分布して作用することを考えれば、前記滑動安全率Ｓ₁と転倒安全率Ｓ₂を求める両式を満足するように、函体５の自重（または水中重量）を設定することで、函体５の重量の低減が可能で、合理的な設計が可能になる。

なお、津波や高潮が発生しておらず、起伏ゲート式防波堤１が倒伏状態にある場合は、浮力を考慮した函体５の重量が鉛直下向きに作用しているので、浮き上がることはない。

また、前記水平部材１０を設けずに函体５の底面が直接基礎捨石４に接しており、かつ遮水部材１６が無い場合に、津波や高潮が発生した場合は、一般的には、港外ＲＯ側の水位差が最大で、港内ＲＩ側の水位差が零となる直線勾配の水圧が下方から作用する。このような場合は起伏ゲート式防波堤１が転倒するおそれがあるので、転倒しないように基礎構造に作用する波力を計算して設計する必要がある。

次に、本発明の起伏ゲート式防波堤１の基礎構造を採用する場合の施工手順を、図６を用いて説明する。
Ａ）工場製作及び海上輸送
可動部２，３及び函体５を工場にて一体製作する。
また、函体５の底面に水平部材１０を取付ける。続いて港内ＲＩ側の側面に鉛直部材１２を取付け、その外側に板部材１３を取付ける。
これらの作業が完了した後、工場で製作した可動部２，３及び函体５を海上に浮かべ、目的地まで海上輸送する。

Ｂ）現地基礎掘削及び地盤改良、基礎捨石等
静水時の海面から所定の深さが地盤面になるように土砂等を掘削し、土砂等を掘削した後は、所定の形状にするために地盤を改良して基礎捨石４を台形状に盛る。
防波堤又は防潮堤の開口部の上部に給排気装置８を設置するための堤体９を設ける。なお、給排気装置８を防波堤又は防潮堤の上部に設置するのであれば、堤体９を設ける必要はない。
本発明の基礎構造を採用した場合、以上のＡ）Ｂ）の作業を並行して行う。

Ｃ）フラップの沈設、連結、水中コンクリートの打設
海上輸送した目的地では、工場で製作した可動部２，３及び函体５をサルベージ船で吊りながら、函体５の内部に注水して函体５を沈め、基礎捨石４の上に載せる。沈設した後は、函体５の内部に水中コンクリートを打設する。

Ｄ）埋め戻し
港内側ＲＩ側と港外ＲＯ側に対しては、函体５の側面を覆うと共に、掘削前の地盤面と同じ高さになるように埋め戻し土１４を盛り、続いて埋め戻し土１４の上に捨石１７を盛る。
港外ＲＯ側に対して、遮水部材を使用する場合は、次の通り施工する。
港外ＲＯ側に対しては、始めに基礎捨石４全体を遮水部材１６で覆い、この遮水部材１６の上に掘削前の地盤面と同じ高さになるまで埋め戻し土１４で埋め、この埋め戻し土１４の上に捨石１７を盛る。

Ｅ）給排気装置８の設置及び最終接続
前記製作した堤体９の上に給排気装置８を設置し、給排気装置８の給排気管８ｄと扉体２の空気管２ｆを接続する。

本発明は、前記の例に限るものではなく、請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば、上記の例は、扉体２にテンションロッド３を備えた構成であるが、本発明は扉体２にテンションロッド３を備えた構成に限るものではなく、テンッションロッド３を省いて扉体２のみで構成したものでも良い。

また、上記の例は、扉体２が起立、倒伏する起伏ゲート式防波堤についてのものであるが、本発明は起伏ゲート式に限定されるものではなく、一般的な防波堤についてのものでも良い。

本発明は、津波や高潮対策として港湾に設置するだけでなく、河川に設置することも可能である。

本発明の例を説明する概略図であり、（ａ）は扉体全閉時を側面から見た図、（ｂ）は（ａ）図におけるＢ−Ｂ拡大図、（ｃ）は（ａ）図の矢視Ｃ−Ｃ拡大図である。 本発明の他の例を説明する図１（ａ）の要部拡大図である。 本発明の例を説明する概略図であり、扉体全閉時を平面から見た図である。 本発明の例を説明する概略図であり、扉体全閉時をテンションロッド側から見た図である。 津波や高潮が発生した場合の箱体の安定についての検討を説明する図である。 本発明の起伏ゲート式防波堤の底面構造を採用する場合の施工手順を説明する図である。

符号の説明

１ 起伏ゲート式防波堤
２ 扉体
２ａ 回転軸
２ｅ 空気室
２ｆ〜２ｈ 空気管
３ テンションロッド
３ａ 上部水平軸
３ｂ 回転軸
３ｃ 回転軸
３ｅ 回転軸
３ｆ 連結部材
４ 基礎捨石
５ 函体
６、７ 軸受
８ 給排気装置
１０ 水平部材
１１、１５ 隙間
１２ 鉛直部材
１３ 板部材
１４ 埋め戻し土
１６ 遮水部材

Claims (3)

1. 水路又は港湾の底部に配置され、基端側の回転軸を支点とした扉体の起立により水路又は港湾を締切る起伏ゲート式防波堤の底面構造であって、
   水路又は港湾の底部の地盤上に構築した基礎捨石上に、前記起伏ゲート式防波堤を取付ける函体を載せ置いた構造で、
   前記函体は、
   上面の水路下流側又は港内側の端部に、前記扉体の回転軸を回動自在に支持する軸受を配置すると共に、
   底面には、前記基礎捨石と接するよう、水路下流側又は港内側から水路上流側又は港外側に向かって、所定の間隔を存して平行に設けられた複数の水平部材を、また水路下流側又は港内側の側面には、前記基礎捨石上に盛る埋め戻し土と接するよう、前記扉体の回転軸の長手方向と直角の垂直方向に、所定間隔を存して平行に設けられた複数の鉛直部材と、これら鉛直部材を覆う板部材を、それぞれ取り付けることで、函体の底面と基礎捨石との間と、函体の水路下流側又は港内側側面と埋め戻し土との間に、水路下流側の水又は港内側の海水が流入可能な隙間を形成したことを特徴とする起伏ゲート式防波堤の底面構造。
2. 前記函体の底面と基礎捨石間の隙間の水路上流側又は港外側の端面に遮水部材を設け、水路上流側又は港外側から前記隙間に水又は海水が流入するのを防止するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の起伏ゲート式防波堤の底面構造。
3. 前記遮水部材は、
   前記函体底面と基礎捨石間の隙間と共に、この隙間側の基礎捨石全体を覆うものであることを特徴とする請求項２に記載の起伏ゲート式防波堤の底面構造。

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