JP2011256664A - 耐摩耗性シート及び海岸保全施設及び海岸保全構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】耐摩耗性が格段に向上し、漂砂の捕捉、波浪制御、及び海洋生物環境の補修を行える耐摩耗性シート及び海岸保全構造体を提供する。
【解決手段】波浪の水域に敷設される耐摩耗性シートであって、基地の少なくとも一方に一体に形成したパイルとにより構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は海洋、海岸、湖沼、河川に築造される潜堤、離岸堤、突堤、防波堤、堤防等の海岸保全施設の表面保護、波浪制御、漂砂制御、海洋生物環境の創出を行う耐摩耗性シート及び海岸保全施設及び海岸保全構造体に関する。

我が国では毎年１６０ｈａもの海岸が浸食されており、海岸浸食の急速な進行が海辺の環境や利用に悪影響を及ぼしている。例えば海岸浸食は経済水域に大きく影響するだけでなく、津波や高波等の波浪に対する防災上の影響も心配されている。

海岸侵食の対策工のひとつとして、人工リーフ等に代表される海岸保全施設である潜堤構造物の建設が進められている。
一般にこの種の潜堤構造物は、海底に基礎マウンドを造成し、その表面を防護シートで被覆した後に波力の作用箇所に消波ブロック等を積上げて構築している。

この種の潜堤構造物の表面を保護する防護シートには一般に土木用不織シートが用いられている。

また特許文献１には、長繊維不織布層と三次元網状構造体とを積層した防砂シートであって、三次元網状構造体が、熱可塑性樹脂の連続線条体を三次元ランダム状に交絡してシート状に形成した防砂シートが開示されている。
この防砂シートは、三次元網状構造体を構成する硬質樹脂製の連続線条体の剛性強度によって長繊維不織布層を保護するものである。

一方、潜堤構造物が構築される「水深数ｍの浅場」は、沿岸域のなかでも多様な生態系を有する場所でもある。より具体的には、入射した太陽光が充分に届く水深帯であり、光合成を行う海藻類（ホンダワラ類、ワカメ等）にとって好適な植生環境となっている。そして、海藻類が繁茂する場所には、これらを餌料とする動物（大型フジツボ類、カキ等）も蝟集することになる。
このようなことから、潜堤構造物を構築する際には、沿岸域における多様な生態系を保全できるよう、自然環境に十分配慮して慎重に実施する必要がある。

特開２００６−１２３４６９号公報

上記した従来の技術にはつぎのような問題点がある。
＜１＞特許文献１に記載の防砂シートでは、三次元網状構造体が連続線条体の交絡部を固着した高剛性の網体として製造される。
そのため、高剛性の三次元網状構造体が漂砂等に晒されると連続線条体が摩耗しやすく、防砂シートの耐摩耗性と耐久性に問題がある。
＜２＞特許文献１に記載の防砂シートは、個別に製造した三次元網状構造体と長繊維不織布層とを接着する必要があり、防砂シートの製造に多くの工数を要し製造コストが高くつく問題もある。
＜３＞潜堤構造物の表面に防砂シートを設置した場合、設置から時間が経過すると、防砂シートが摩耗してマウンドを構成する石材の吸い出しや、潜堤構造物本体の摩耗を招いて潜堤構造物本来の波浪制御機能が著しく低下する。
＜４＞潜堤構造物はその表面が平滑であり、海藻類や水棲生物の生息に適した構造にはなっていない。
そのため、潜堤構造物の建設で海底が荒らされると、海底環境の修復に極めて長い期間を要する。

本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、その目的とするところは、耐摩耗性が格段に向上する耐摩耗性シート及び海岸保全施設及び海岸保全構造体を提供することにある。
さらに本発明の目的とするところは、波浪構造物の表面保護、波浪制御、漂砂制御、海洋生物環境の創出を行う耐摩耗性シート及び海岸保全施設及び海岸保全構造体を提供することにある。

本願の耐摩耗性シートに係る発明は、波浪の水域に敷設される耐摩耗性シートであって、基地と、基地の少なくとも一方に一体に形成したモノフィラメントまたはマルチフィラメント製のパイルとにより構成することを特徴とする。
さらに本願発明は、前記耐摩耗性シートにおいて、前記パイルが針葉状またはループ状であることを特徴とする。
さらに本願発明は、前記した何れかの耐摩耗性シートにおいて、パイルの高さＨと径ｄの関係が２０≦Ｈ／ｄ≦５００の範囲にあることを特徴とする。
さらに本願の海岸保全構造体の保護構造に係る発明は、コンクリート構造物や水底地盤の保護面にシートを敷設した海岸保全施設であって、前記した何れかの耐摩耗性シートを保護面に敷設したことを特徴とする。
さらに本願の海岸保全構造体に係る発明は、前記した何れかの耐摩耗性シートで形成した袋体と、該袋体に充填して封入した中詰材とにより構成することを特徴とする。
さらに本願の海岸保全構造体に係る発明は、前記した海岸保全構造体において、耐摩耗性シートの基地を多重構造としたことを特徴とする。

本発明はつぎの効果を得ることができる。
＜１＞耐摩耗性シートは基地の少なくとも一方に多数のパイル群を形成している。
パイル群により波圧の減衰作用と漂砂等の捕捉作用を効果的に発揮することができる。
＜２＞海岸保全施設の保護面を覆った耐摩耗性シートのパイル群が変形可能であるため、パイル群が漂砂等に対して摩耗や摩滅し難く、しかもパイル群のクッション機能と、パイル群に捕捉された砂の保護機能とにより、耐摩耗性シートを構成する基地を漂砂等による摩耗や摩滅から確実に保護できる。
したがって、海岸保全施設の波浪制御作用を長期に亘って保証できる。
＜３＞耐摩耗性シート製の袋体に中詰材を封入して形成した海岸保全構造体の表面が変形可能なパイル群で覆われているため、パイル群が漂砂等に対して摩耗や摩滅し難く、しかもパイル群のクッション機能と、パイル群に捕捉された砂の保護機能とにより、海岸保全構造体を漂砂等による摩耗や摩滅から確実に保護できる。
したがって、海岸保全構造体としての防護機能を長期に亘って持続できる。
＜４＞耐摩耗性シートの基地を多重構造にすると、外部の漂砂だけでなく内部の中詰材の移動に対しても袋体の耐摩耗性能と耐衝撃性能がさらに高まるので、海岸保全構造体の防護機能を長期に亘って保証できる。
＜５＞海岸保全構造体の中詰材に安価な海砂を使用できるので、海岸保全施設の製造コストが低廉となる。
＜６＞耐摩耗性シートはそのパイル群に植物プランクトンや海藻が付着しやすく、さらに、耐摩耗性シートの表面で食物連鎖を生じ、海藻類や各種の幼魚等の水棲生物の生息に適した構造となっている。
そのため、潜堤構造物等の建設で海底が荒らされた場合は、従来工法と比べて海底環境の修復期間を大幅に短縮できる。

本発明の実施例１に係る一部を省略した耐摩耗性シートの説明図 耐摩耗性シートの説明図で、（Ａ）は針形のパイルを具備した耐摩耗性シートの断面図、（Ｂ）はループ形のパイルを具備した耐摩耗性シートの断面図 パイルなしシート（ケース１）の試験前における引張試験結果の説明図 パイルなしシート（ケース１）の２００時間後における引張試験結果の説明図 パイル高５ｍｍの耐摩耗性シート（ケース２）の試験前における引張試験結果の説明図 パイル高５ｍｍの耐摩耗性シート（ケース２）の２００時間後における引張試験結果の説明図 パイル高１０ｍｍの耐摩耗性シート（ケース２）の試験前における引張試験結果の説明図 パイル高１０ｍｍの耐摩耗性シート（ケース２）の２００時間後における引張試験結果の説明図 耐摩耗性シートを海岸保全施設の保護面に敷設した形態の説明図 本発明の実施例２に係る海岸保全構造体を海岸線に沿って敷設した形態を示す説明図 基地を改良した耐摩耗性シートの部分拡大図 多重構造の基地を有する耐摩耗性シートの部分拡大図

以下図面を参照しながら本発明の実施例について詳細に説明する。

［実施例１］

＜１＞耐摩耗性シート
図１に本発明に係る耐摩耗性シート１０の一例を示す。
耐摩耗性シート１０は、可撓性を有する基地１１と、基地１１の片面に植毛したパイル１２とにより構成する。
耐摩耗性シート１０は、後述するように海底面や潜堤等の波浪構造物に敷設された場合に、通過する波や流れのエネルギーを多数のパイル１２群の弾性変形により減衰するとともに、多数のパイル１２群が漂砂による基地１１の摩耗から保護するように構成されている。

＜２＞基地
基地１１は耐久性、耐摩耗性、耐衝撃性に優れた素材で形成したものである。
基地１１の素材としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ナイロン等のポリアミド、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン等の熱可塑性樹脂の長繊維を用いることができる。
特に耐久性と耐候性に優れたポリエステルの長繊維を用いることが望ましい。
また２種以上の繊維を組み合わせた混繊や複数の成分からなる合成繊維等を用いた長繊維不織布や長繊維織布を使用してもよい。
基地１１の目合は大きし過ぎると波や流れの減衰効果が低下するおそれがあるが、水生植物の定着を考慮して選択する。
例えば、アマモに対しては、種子から生じた芽や根が基地１１を貫通して絡み付くことができる程度に基地１１の目合をできるだけ小さく設定する。

＜３＞パイル
パイル１２は漂砂の捕捉機能、消波機能及び波圧（波力）の減衰機能を併有した可撓性を有する針葉状物であり、基地１１の片面に植設する。
パイル１２の素材は特に限定されないが、漂砂や波力等の外力に対して塑性変形せずに前後左右方向へ向けて弾性変形し、且つ元の形状に復元できる弾性と剛性を有する素材であればよく、例えば合成繊維製のモノフィラメントまたはマルチフィラメントを使用できる。

図２にパイル１２の形状例を示し、（Ａ）は針葉状に延伸したパイル１２を示し、（Ｂ）にループ状を呈するパイル１２を示す。
図２（Ａ）のパイル１２はモノフィラメントまたはマルチフィラメントのループ先端をカットすることで形成でき、また図４（Ｂ）のパイル１２はモノフィラメントまたはマルチフィラメントのループ先端をカットしないことで形成できる。
モノフィラメントまたはマルチフィラメントによるループ（輪奈）の形成方法は編み物において周知であるのでその説明を省略する。

パイル１２の径は特に限定されないが、０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲が望ましい。
パイル１２の径が太くなると縫製がし難くなる。
またパイル１２の自立性を高めるために、基端部から先端部へかけて径が徐々に縮小した先細形状に形成する場合もある。

パイル１２の延伸長さも特に限定されないが、藻等の水生植物の背丈に合わせた１ｍｍ〜５００ｍｍ範囲が望ましい。
パイル１２の延伸長さが５００ｍｍを越えると自立性が損なわれてパイル１２が倒れてしまい、パイル１２の延伸長さが１ｍｍ以下であると防護機能を発揮できなくなる。

ループ状或いは針葉状であってもパイル１２の高さＨと径ｄの関係は、２０≦Ｈ／ｄ≦５００の範囲にあることが肝要である。
上記Ｈ／ｄが２０より小さいとパイル１２の剛性が増して耐摩耗性シート１０が摩耗し易くなり、また上記Ｈ／ｄが５００より大きいとパイル１２の自立が困難となって耐摩耗性シート１０による漂砂の制御機能が著しく低下するといった難点がある。
そのため、上記Ｈ／ｄは上記した範囲が好ましい。

＜４＞耐摩耗性シートの耐摩耗性試験
＜４．１＞試験装置
ロサンジェルス試験機を用いて耐摩耗性シートの耐摩耗性試験を行った。
ロサンジェルス試験機の諸元は、ドラム径φ６００ｍｍ、長さ９００ｍｍ、シート貼り付け箇所が内面に２箇所（６００×５００）あり、ドラム回転速度はインバーターにより切り替えが可能となっている。

＜４．２＞試験に用いるシート
パイルのあるものと無いものを比較検討することとした。
パイル無しのシートは一般的に土木工事に使用するシートとして、ポリエステル製の土木シートを用いた。
パイルを有する耐摩耗性シート１０は２〜３ｋＮ／１３ｃｍの強度を有するシート（基地１１）に３段階（５ｍｍ、１０ｍｍ、７０ｍｍ）の高さでパイル１２を形成したシートを用いた。

＜４．３＞試験条件
試験条件は以下に示すとおりで、基本的に国土交通省が行った試験と同じ条件で行うものとした。
実際の海底ではありえない状態ではあるが、最も厳しいと考えられる水なしの状態で試験を行った。
（１）砂の量：１０ｋｇ
（２）運転時間：５０時間、１００時間、２００時間
（３）回転速度：１．２ｍ／ｓ

＜４．４＞試験条件
試験ケースは以下に示すとおりである。

＜４．５＞評価方法
評価は所定の運転時間経過後に、シートを取り出し、次の評価を行った。
（１）目視（マイクロスコープ）による評価
５０時間、１００時間、２００時間経過後のシート表面の摩耗状況をマイクロスコープにより観察する。

（２）引張試験
２００時間後に、ＪＩＳ−Ｌ一１０９６に準拠した引張試験を実施する。
試料幅：３ｃｍ
つかみ間隔：２０ｃｍ
引張速度：２０％ｍｉｎ

＜４．６＞試験結果

＜４．６．１＞目視による評価
パイルなしシート（ケース１）は、試験前は糸が縦方向・横方向ともしっかりと束なった状態で組織を構成している。
このパイルなしシート（ケース１）を各々、５０時間、１００時間、２００時間経過後に目視観察した。
５０時間、１００時間経過すると、時間とともに主に縦方向（ドラム回転方向）の組織が損傷していた。
２００時間後では表面の糸は、そのほとんど擦り切れていた。

パイル１２が５ｍｍ高さの耐摩耗性シート１０（ケース２）を各々、５０時間、１００時間、２００時間経過後に目視観察した。
砂の微粒子が基地１１に付着しているものの、基地１１を構成している糸はほとんど損傷していなかった。

これに対して、２００時間経過後はパイル１２を構成するモノフィラメントまたはマルチフィラメントの表面が摩耗して、ところどころ切れている様子が見られた。
また切れているパイル１２の本数は経過時間とともに増えていた。

パイル１２が１０ｍｍ高さの耐摩耗性シート１０（ケース３）については、ケース２と同様な傾向が見られた。

＜４．７＞引張試験の結果
ケース１〜３の引張試験の結果を以下に示す。

上記の表より、パイル無しシート（ケース１）についてはほとんど強度が残っておらず、強度保持率は約１０％となった。
一方、パイルのある耐摩耗性シート１０については、ケース２では２００時間後では若干強度が低下するものの、強度保持率は８５％以上となった。
ケース３においては、９７．７％とほとんど低下が見られなかった。

尚、図３〜図８に上記したケース１〜ケース３の引張試験のサンプルデータを示す。

＜４．８＞考察
目視による評価および引張試験結果より、パイルを有する耐摩耗性シート１０は耐摩耗性に優れることが確認できた。

＜５＞使用例
図９は耐摩耗性シート１０の使用例を示したもので、本例では既述した耐摩耗性シート１０を単独で海岸保全施設の保護面３０に敷設した形態を示す。
ここで保護面３０とは、コンクリート構造物や水底地盤を含むものである。
耐摩耗性シート１０の基地１１側を保護面３０に設置する。耐摩耗性シート１０の設置にあたり、ピンを打設したり重錘を取付ける等して耐摩耗性シート１０が剥がれないようにする。
このようにして海岸保全施設に敷設した耐摩耗性シート１０はつぎ作用を発揮する。

＜５．１＞漂砂の捕捉作用
保護面３０の表面が耐摩耗性シート１０の多数のパイル１２で覆われ、多数のパイル１２は自立性を損ないない程度の弾性が付与されている。
そのため、漂砂が密集した多数のパイル１２の間に張り込んで捕捉される。捕捉した砂はパイル１２の根元に入り込み保護層を形成する。

パイル１２が弾性と剛性を有するモノフィラメントまたはマルチフィラメント素材で形成してある。
そのため、漂砂がパイル１２に直接触れても、パイル１２の弾性変形により砂との摩擦が極めて小さくなるために、長期間経過してもパイル１２が摩耗や摩滅を起こし難い。
仮にパイル１２を剛性だけを有する素材で形成した場合には、パイル１２がまったく変形しないために、漂砂の衝突によりパイル１２の摩耗や摩滅の進行度合いが極めて大きくなる。

＜５．２＞波圧（波力）の減衰作用
保護面３０を覆う耐摩耗性シート１０の表面に多数のパイル１２群が直立状態で存在する。
そのため、耐摩耗性シート１０の貫通方向またはシートと平行に向けて波圧（波力）が作用すると、多数のパイル１２群が弾性変形し、パイル１２群の変形抵抗によりこれらの波圧（波力）が効果的に減衰される。

＜５．３＞防護作用

保護面３０は耐摩耗性シート１０のパイル１２群と基地１１の２つの保護層により保護されている。
さらに多数のパイル１２群の根元に堆積した砂層が基地１１の表面を保護する。
したがって、台風等で大きなエネルギーを保有した漂砂、砂利、鋭利な浮遊物等が耐摩耗性シート１０に衝突しても、パイル１２群と堆積砂と基地１１による複数の保護層が保護面３０を保護する。
耐摩耗性シート１０を構成する基地１１が多数のパイル１２群と体積砂で被覆されているため、基地１１の摩耗や摩滅を確実に防止できる。

＜５．４＞海底環境の修復作用
耐摩耗性シート１０の表面を覆う多数のパイル１２群は、植物プランクトンや海藻が付着しやすいために、それを食べる動物プランクトン、動物プランクトンを食べる小魚といったように、耐摩耗性シート１０の表面で食物連鎖を生じる。
さらに耐摩耗性シート１０を構成するパイル１２群の長さや基地１１の目合が水生植物の生息環境に配慮した構造になっていて、アマモ等の種子から生じた芽や根が基地１１を貫通して絡み付き、水生植物が定着する。
このように耐摩耗性シート１０で覆った保護面３０は海藻類や各種の幼魚等の水棲生物の生息に適した構造となっているため、潜堤構造物の建設で海底が荒らされた場合、従来工法と比べて海底環境の修復期間を大幅に短縮できる。

［実施例２］
図１０，１１は耐摩耗性シート１０で筒状に形成した袋体２１と、袋体２１に充填して封入した中詰材２２とにより海岸保全構造体２０を構成する場合について説明する。
図１０は海岸保全構造体２０を海岸線の破砕帯に沿って敷設した形態を示す。
海岸保全構造体２０の断面形状は特に制約はないが、横長楕円形が安定した形状である。
また図示を省略するが、海岸保全構造体２０を多段に積上げて設置してもよい。

本例の海岸保全構造体２０は、その直径が１ｍ〜２ｍで、その全長が５ｍ〜８ｍである。
袋体２１の一部には中詰材２２を充填するための開口が設けられていて、中詰材２２の充填後に開口部を閉鎖できるようになっている。

＜１＞袋体
袋体２１を構成する耐摩耗性シート１０の基本構成は既述した実施例１と同様であるが、本例では内部に充填する中詰材２２による耐摩耗性を考慮して、基地１１を内基地１１ａと外基地１１ｂとからなる積層シートで構成する。
内基地１１ａは袋体２１の製作時や設置時に破断しないだけの強度（耐衝撃性）を有し、外基地１１ｂは耐摩耗性に優れた素材で形成する。

中詰材２２の流出防止を図るため、メッシュ状の基地１１の網目は中詰材２２の粒径よりも小さく形成されている。

＜２＞中詰材
中詰材２２は海岸保全構造体２０に重量を付与する重錘で、例えば砂、砂利、金属粒、廃棄物から生成した粒体等が使用可能である。
中詰材２２として海砂を用いれば、現地海底から吸い上げた海砂を水と一緒にメッシュ状の袋体２１内へ放出するだけで、水のみが自然排水するので袋体２１内へ中詰材２２を低コストで充填できる。

＜３＞海岸保全構造体の作用
海岸保全構造体２０の作用は既述した実施例１の作用に加えてつぎの作用を発揮する。

＜３．１＞海岸線の浸食防止作用
海岸保全構造体２０はその表面を多数のパイル１２が覆い、多数のパイル１２によって漂砂を捕捉したり、波圧（波力）を減衰できる。
殊に海岸保全構造体２０は中詰材２２により重量物と化している。そのため、潜堤構造物１０に向けて極めて大きな波圧（波力）が繰り返し作用しても、その自重により海岸保全構造体２０が移動しない。
したがって、海岸浸食を効果的に抑止できる。

＜３．２＞袋体の外部の摩耗防止作用
耐摩耗性シート１０で製作した袋体２１は、基地１１の表面を多数のパイル１２群で保護している。しかも基地１１を二層構造とし、パイル１２側の外基地１１ｂを耐摩耗性に優れた素材で形成している。
したがって、海岸保全構造体２０に対して外部から砂が繰り返し衝突しても基地１１は摩耗や摩滅を生じ難い。

＜３．３＞袋体の内部の摩耗防止作用
海岸保全構造体２０の浸水に伴い、中詰材２２が袋体２１内で移動する。
袋体２１を構成する基地１１の裏側を耐摩耗性に優れた素材の内基地１１ａで補強している。
そのため、袋体２１内で中詰材２２が移動しても基地１１は摩耗や摩滅を生じ難い。

［変形例］
図１２は基地１１を多重構造にした実施例２の変形例に係る耐摩耗性シート１０の断面図を示したものである。
本例では基地１１が内基地１１ａと外基地１１ｂに加え、内基地１１ａの内側に保護シート１１ｃを一体に積層した三重構造で構成している。
保護シート１１ｃは内基地１１ａを保護するための耐摩耗性及び引張強度に優れたシートで、例えば安価な不織布を使用できる。
また図示を省略するが、内基地１１ａと外基地１１ｂの間にも保護シート１１ｃを介装して四重構造とする場合もある。

既述した海岸保全構造体を海上から投入して着底したときに中詰材の重さで袋体を構成する耐摩耗性シート１０の基地１１に大きな張力が作用する。
また敷設した海岸保全構造体に大波が作用したときには、袋体内で中詰材が激しく移動する。
本例では、上記したような袋体に強大な張力が作用しても、保護シート１１ｃが基地１１全体の引張強度を高めて袋体の破断を効果的に防止でき、さらに袋体の内部で中詰材が激しく移動しても、保護シート１１ｃが基地１１の耐摩耗性と耐久性を高めて袋体の内側の摩滅防止性能が高くなるといった利点があるため、海岸保全構造体を大径化する場合に有利である。
さらにまた本例では、内基地１１ａが保護シート１１ｃで保護されるため、内基地１１ａに安価な低強度素材を使用できるといった利点もある。

［実施例３］
前記実施例２では海岸保全構造体２０を露出した形態で海岸に設置した形態を説明したが、海岸保全構造体２０を水没させて潜堤等の波浪構造物として使用していもよい。

１０・・・耐摩耗性シート
１１・・・（耐摩耗性シートの）基地
１２・・・（耐摩耗性シートの）パイル
２０・・・海岸保全構造体
２１・・・袋体
２２・・・中詰材

Claims (6)

1. 波浪の水域に敷設される耐摩耗性シートであって、
   基地と
   基地の少なくとも一方に一体に形成したパイルとにより構成することを特徴とする、
   耐摩耗性シート。
2. 請求項１において、前記パイルがモノフィラメントまたはマルチフィラメントからなり、針葉状またはループ状であることを特徴とする、耐摩耗性シート。
3. 請求項１または請求項２において、パイルの高さＨと径ｄの関係が２０≦Ｈ／ｄ≦５００の範囲にあることを特徴とする、耐摩耗性シート。
4. コンクリート構造物や水底地盤の保護面にシートを敷設した海岸保全施設であって、
   請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の耐摩耗性シートを保護面に敷設したことを特徴とする、海岸保全施設。
5. 請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の耐摩耗性シートで形成した袋体と、該袋体に充填して封入した中詰材とにより構成することを特徴とする、海岸保全構造体。
6. 請求項５において、耐摩耗性シートの基地を多重構造としたことを特徴とする、海岸保全構造体。

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