JP2013181331A

JP2013181331A - 防波構造物

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Publication number: JP2013181331A
Application number: JP2012045718A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Bessho; 友宏別所; Kazuo Endo; 和雄遠藤; Kanae Ozawa; 加苗小澤
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2013-09-12

Abstract

【課題】大規模な津波に対しても可及的に粘り強く防波機能を発揮し得る有効適切な防波構造物を提供する。
【解決手段】ケーソン１０を支持杭１１により滑動不能かつ転倒不能に支持して海底地盤に設置する。ケーソンの下部は海面下に水没している水没部とされているとともに、ケーソンの上部は海面上に突出する突出部とされる。水没部は通常時および想定規模の津波発生時に防潮機能と防波機能を発揮する防波壁部１０ａとして形成する。突出部は想定規模を超える巨大津波を通過させる透過部１０ｂとしてそこにはスリット１０ｃを設けて巨大津波による突出部の破壊を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、大規模な津波に対する防波施設としての防波構造物に関する。

防波構造物としての防波堤や防潮堤、護岸構造物としては様々な構造、形態のものがあり、たとえば特許文献１〜特許文献３には消波機能を備えた透過型の堤体構造物についての提案がある。

特開２００２−２７５８５５号公報特開２００８−３１８２０号公報特開２０１０−２７５８５０号公報

ところで、東日本大震災では想定規模を超える津波によって従来の防波堤が損傷を受けて甚大な被害が生じたが、これは、津波が複数回にわたり繰り返し押し寄せてくるのに対し、従来の防波堤が第１波で破壊されてしまったために第２波以降の津波に対して本来の機能を発揮できなかったためと考えられる。

具体的には、たとえば図２に示すような従来一般のケーソン式防波堤では、津波の第１波で個々のケーソン１が滑動して隣接のケーソン間に隙間を生じ、その隙間に強い水流が発生し、これによってさらにケーソン１の滑動やマウンド２の洗掘が助長され、ついにはケーソン１の傾斜や転倒といった状況に至ったと考えられる。

また、特許文献１〜３に示されるような透過型の堤体構造物は、通常時の波浪に対する消波機能を有するものではあるが、津波に対しては防波機能を発揮し得るものではなく、大規模な津波に対しては効果が小さい。
すなわち、従来におけるこの種の透過型の堤体構造物は、荒天時の長周期（波長が数十m〜数百m程度、流速が数十cm/sec程度）の波をスリット部を通して堤体内に導入することを基本とし、それによってそのような波長の波のエネルギーを低減させる効果は得られるが、津波のような超長周期の波（波長は数ｋｍ程度であり、波というよりも高潮と同様に一時的に海水位が静的に上昇した状態となるとともに、流速も数m/sec程度となり、大きな静水圧と掃流力が作用する）に対しては構造的に消波機能を全く発揮し得ない。

勿論、この種の透過型の堤体構造物は通常時の波浪に対する消波を目的とするものであるから、当然に海面下の水没部分にも波を通過させるためのスリットが形成されており、したがって必然的に津波はもとより高潮に対する防潮機能は発揮し得ないし、上述したような一般的な防波構造物と同様に大規模な津波発生時には容易に転倒、滑動が発生し破壊されてしまうものでしかないから、この点においても津波に対しては効果の小さいものでしかない。

結局のところ、現状の各種の防波構造物は想定規模を超える津波に対する防波機能は十分ではなく、それに対する対策が急務とされているのが実状である。

上記事情に鑑み、本発明は大規模な津波に対しても可及的に粘り強く防波機能を発揮し得る有効適切な防波構造物を提供することを目的とする。

本発明は、多数のケーソンを隣接配置して構築される防波構造物であって、前記ケーソンは、海底地盤に打ち込まれる支持杭により滑動不能かつ転倒不能に支持されて海底地盤に設置され、前記ケーソンの下部は海面下に水没している水没部とされているとともに、該ケーソンの上部は海面上に突出する突出部とされ、前記ケーソンにおける前記水没部は、通常時および想定規模の津波発生時に防潮機能と防波機能を発揮する防波壁部とされ、前記ケーソンにおける前記突出部には、前記想定規模を超える津波発生時に該津波を通過させるスリットが形成された透過部とされていることを特徴とする。

本発明によれば、ケーソン下部の水没部を防波壁部として形成するとともに、ケーソン上部の突出部を透過部として形成し、通常時および想定規模の津波に対しては水没部に設けた防波壁部によって優れた防潮機能と防波機能が得られることはもとより、想定規模を超える巨大津波は透過部に設けたスリットを通して陸側に通過させることにより、巨大津波の際の越流は防止し得ないもののケーソン自体に過大な波圧が作用することを回避してケーソンが破壊されてしまうことは防止できる。
しかも、巨大津波の越流の際にはスリットを通過することによる消波効果と津波エネルギーの減衰効果が得られるので、巨大津波に対する減災効果も得られる。
したがって、本発明の防波構造物は、想定規模の津波が繰り返し押し寄せるとしても粘り強く防波機能を発揮し得るものである。

本発明の実施形態である防波構造物の概略構成を示す図である。従来一般のケーソン式防波堤の津波による破壊メカニズムを示す図である。

本発明の防波構造物の一実施形態を図１に示す。
これは大規模な津波に対する防波堤として沖合に設置されるもので、発生確率が１００年に一度程度と想定される規模の津波（レベル１クラスの津波）に対してはもとより、１０００年に一度程度と想定されるさらに大規模な巨大津波（レベル２クラスの津波）が発生した場合においても破壊されてしまうことなく、可及的に粘り強く防波機能を維持し得る構造とされたものである。

具体的には、本実施形態の防波構造物は、基本的には図２に示した従来一般のケーソン式防波堤と同様に、多数のケーソン１０（図１では１台のみを図示）を隣接配置して接合することによって構築されるものであるが、本実施形態ではケーソン１０を直方体状の中空箱状の形態として、そのケーソン１０を海底地盤に打ち込んだ多数（図示例では１台のケーソン１０につき６本）の支持杭１１により滑動不能かつ転倒不能な状態で堅固に支持して海底地盤面ＧＬに設置している。
これにより、仮にレベル２クラスの巨大津波を受けても、ケーソン１０が波力に打ち負けて陸側に滑動したり転倒してしまうことが確実に防止されるようになっている。

また、本実施形態では津波の想定規模をレベル１クラスとして設定し、ケーソン１０の全高をそのレベル１クラスの津波発生の際の想定波高よりも大きく（高く）設定している。
すなわち、本実施形態におけるケーソン１０の全高は、図１に示すように通常時の海面位ＷＬ１よりも大きくされていることはもとより、レベル１クラスの津波発生時に想定される海面位ＷＬ２よりもさらに大きく設定されていて、レベル１クラスの津波発生時においてもケーソン１０の上部は海面上に突出する状態を維持してケーソン１０全体が水没してしまうことがないようにされている。

そして、本実施形態では、レベル１クラスの津波の際に海面下に水没してしまうケーソン１０の下部の水没部（つまり上記の海面位ＷＬ２よりも下部となる部分。図示例ではケーソン１０の全高のうちのほぼ下半分程度）は、通常時はもとよりレベル１クラスの津波発生時においても十分な防潮機能と防波機能を支障なく発揮し得る頑強な防波壁部１０ａとして形成している。

一方、ケーソン１０の上部（つまり上記の海面位ＷＬ２よりも上部となる部分。図示例ではケーソン１０の全高のうちのほぼ上半分程度）は、レベル１クラスの津波発生時においても海面上に突出する状態を維持する突出部となって水没することはないので、レベル１クラスの津波の際に直ちに損傷を受ける懸念は少ない。
しかし、さらに大規模な巨大津波（たとえばレベル２クラスの津波）の際には突出部も水没してしまうことが当然に想定されることから、その突出部が水没部と同様の単なる防波壁部１０ａとして形成していると、その際の巨大波圧には耐えられずに破壊されてしまうことも十分に想定される。

そこで、本実施形態では、ケーソン１０の上部の突出部を巨大津波が通過可能な透過部１０ｂとして機能せしめることとして、その透過部１０ｂには図示しているようにスリット１０ｃを形成することを主眼とする。
これにより、想定規模（本例ではレベル１クラス）を超える巨大津波（たとえばレベル２クラスの津波）が襲来した際には、そのような巨大津波がスリット１０ｃを通過して越流してしまうことを許容し、以て、巨大津波の際には完全な防波機能は発揮し得ないもののケーソン１０全体が破壊されてしまうことは確実に防止するようにしている。

しかも、上記のような透過部１０ｂも水没するような巨大規模の津波の際には、ケーソン１０に到達した津波はケーソン１０の前面側（海側）に形成されているスリット１０ｃからケーソン１０内に流入し、背面側（陸側）に同様に形成されているスリット１０ｃから流出することになるので、その際に自ずと消波効果が得られて津波エネルギーを効率的に減衰させることが可能である。

以上のように、本実施形態の防波構造物によれば、ケーソン１０下部の水没部を頑強な防波壁部１０ａとして形成しているので、通常時および想定規模の津波に対しては防波壁部１０ａによる優れた防潮機能と防波機能を支障なく発揮し得る。
また、ケーソン１０を支持杭１１により支持して設置しているので、想定規模を超える巨大津波の際にもケーソン１０の滑動や転倒が防止されるばかりでなく、その際にはケーソン１０上部の透過部１０ｂに設けたスリット１０ｃを通して巨大津波の通過を許容する構造としたので、巨大津波の際の越流自体は防止し得ないもののその際にケーソン１０が壊滅的な被害を受けてしまうことは防止できる。
したがって、巨大津波を受けてもその時点で直ちに防波機能を消失してしまうことはなく、その後に想定規模であるレベル１クラスの津波が繰り返し押し寄せても万全の防波機能を粘り強く維持することが可能である。
しかも、巨大津波がスリット１０ｃを通過する際には自ずと消波効果と津波エネルギーの減衰効果も得られるから、ケーソン１０を従来のレベル１クラスの津波のみに対応する高さとして巨大津波が単にケーソン１０を越流してしまう場合に比べれば減災効果を期待できる。

なお、仮に、ケーソン１０の上部の透過部１０ｂもレベル２クラスの巨大津波にも耐え得るように下部の防波壁部１０ａと同様の構造としておけば、レベル２クラスの巨大津波の際にもそのままで越流を防止し得ることになり、敢えてスリット１０ｃを設けるまでもないことにはなるが、そのためには津波の想定規模を単にレベル２クラスまで高めてそれに耐え得るようにケーソン１０全体を格段に頑強かつ巨大なものとする必要があるので、そのようなことは非現実的であり好ましくない。

それに対し、本発明の防波構造物は、上記実施形態のようにレベル１クラスの津波までは確実に防波機能を発揮するが、それを超える規模の巨大津波の際には破壊されてしまうことを防止するといういわばフェールセーフ機能を持たせることにより、現実的な構造と規模のケーソン１０によって十分かつ優れた防波機能と減災機能を確保し得るものであり、極めて合理的であり有効である。
さらに換言すれば、本発明の防波構造物は、防潮機能と防波機能を備えた防波壁部１０ａと消波機能を備えた透過部１０ｂとを有機的に組み合わせた複合機能のケーソン１０を用いるという新規な構造のものであって、それにより想定規模の津波に対する優れた防波効果を発揮し得ることはもとより、想定規模を超える巨大津波に対しても破壊されることなく粘り強く減災効果を発揮し得るものであり、従来の防波構造物では期待できない格別顕著な効果を奏し得るものであるといえる。

以上で本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例であって本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、たとえば以下に列挙するような適宜の変形や応用が可能である。

ケーソン１０は鋼製あるいは鉄筋コンクリート造の中空箱状とすることが現実的であるが、その構造や形状は特に限定されるものではない。
但し、いずれにしても、ケーソン１０全体がレベル２クラスの巨大津波にも耐え得るようその構造やその形態、形状・寸法を設定すべきであり、それらの仕様については津波の想定規模や要求される防波性能に応じて最適設計すれば良い。

同様に、支持杭１１についても鋼管杭やＰＣ杭その他の任意の構造の杭を採用可能であるが、いずれにしても支持杭１１はケーソン１０を確実に支持してたとえばレベル２クラスの巨大津波に対してもケーソン１０の滑動や転倒を防止し得るものとすべきであり、それが可能なように支持杭１１の構造や径寸法、所要本数、設置間隔、海底地盤への根入れ深さ等を最適設計すれば良い。勿論、海底地盤にマウンドを設けたうえでその上にケーソン１０を設置することでも良い。

ケーソン１０上部の透過部１０ｂに設けるスリット１０ｃの形成位置やその形状・寸法、その他の構成については所望の消波効果が得られるように任意にかつ適切に設計すれば良い。
たとえば、上記実施形態のようにケーソン１０上部の各周面にスリット１０ｃを均等に設けることでも良いが、少なくとも巨大津波が海側から陸側に通過し得るように海側と陸側の２面に対して設けることでも良い。
また、図示例のようにケーソン１０の上面にも同様のスリット１０ｃを設けることでも良いが、上面は閉塞することでも良い。

ケーソン１０の上部の透過部１０ｂの内部は津波が通過し得るように中空部としておく必要はあるが、ケーソン１０の下部の防波壁部１０ａの内側は中空部としておく必要はなく、適宜のバラストを充填したりあるいは海水を注水してケーソン１０全体を安定的に設置すれば良い。

なお、上記実施形態は本発明の防波構造物を防波堤として沖合に設置する場合の一例であるが、本発明の防波構造物は防潮堤や護岸構造物（岸壁）として海岸部に設置することも可能である。
勿論、本発明の防波構造物の設計の根拠となる津波の想定規模も任意であって、設定した想定規模の津波に応じて所望の効果が得られるように、ケーソン１０の全高や下部の防波壁部１０ａおよび上部の透過部１０ｂの所要高さ、ケーソン１０の各部や支持杭１１の所要強度、スリット１０ｃについての具体的な構成、その他の仕様を適切に設計すれば良いことはいうまでもない。

１０ケーソン
１０ａ防波壁部（水没部）
１０ｂ透過部（突出部）
１０ｃスリット
１１支持杭

Claims

多数のケーソンを隣接配置して構築される防波構造物であって、
前記ケーソンは、海底地盤に打ち込まれる支持杭により滑動不能かつ転倒不能に支持されて海底地盤に設置され、
前記ケーソンの下部は海面下に水没している水没部とされているとともに、該ケーソンの上部は海面上に突出する突出部とされ、
前記ケーソンにおける前記水没部は、通常時および想定規模の津波発生時に防潮機能と防波機能を発揮する防波壁部とされ、
前記ケーソンにおける前記突出部は、前記想定規模を超える津波発生時に該津波を通過させるスリットが形成された透過部とされていることを特徴とする防波構造物。