JP2013249689A - セル本体の遮水構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 セル本体の強度を低下させること無く、セル殻の内側に遮水層を形成することができ、腐蝕等によってセル殻に漏水が生じた場合にも、護岸内側から外海への汚染水の漏出の危険性を極力回避することのできるセル本体の遮水構造を提供する。
【解決手段】
高剛性の遮水層８Ａと低剛性の遮水層８Ｂが護岸法線と直交する垂直な境界面Ｖで隣接して、護岸法線方向に交互に配列されてなる複合遮水層８が、セル殻２Ａの内側に、その水平断面全体に亘って垂直方向に所定幅で形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、セル本体どうしをアーク部で連結するセル式遮水護岸における、セル本体の遮水構造に関する。

従来、廃棄物海面処分場等の遮水護岸を構築するために、連結部を遮水構造としたケーソンやセルを複数連結して海底地盤に設置している。特に、鋼板セルを用いた遮水護岸は、ケーソンを用いた遮水護岸と比較して、工場やヤードで製作された鋼板製のセル殻やアークを、護岸の構築場所まで曳航して運び、現地で簡単に鋼板セルに組み立てて遮水護岸を構築することができるため、工事コストが安く、短期間で工事を完了できる利点がある。

従来のセル式の遮水護岸は、例えば、特許文献１に記載されているように、海底地盤に鋼板セルを打設して下端部を根入し、セル殻内に中詰材を充填するとともに、鋼板セルどうしの外海側と護岸内側とをそれぞれ海底地盤に根入れしたアークで連結して、これらのアーク間に中詰材を充填する工法によって構築されている。

また、海底地盤が硬くて鋼板セルやアークの打設が困難な場合には、例えば、特許文献２に記載されているように、海底地盤を掘削して形成した凹部内に基礎捨て石の層を形成してその上に鋼板セルを載置してセル殻内に中詰め材を充填し、さらに、鋼板セルどうしの外海側と内側とをそれぞれ２枚のアークで連結してアーク部に中詰め材を充填した後、鋼板セルやアーク部の下端部周辺を埋め戻し材で埋め戻す工法によって構築されている。

図９は、このような海底地盤上の凹部内に設置される従来の鋼板セルにおける、セル本体の断面構造の一例を示す斜視部分図であって、同図に示すように、鋼板セル２１は、複数の円筒状のセル本体２２と、これらのセル本体２２の間を塞ぐアーク部２３から構成されている。

それぞれのセル本体２２は、下面が開放された鋼板製のセル殻２２Ａを有しており、海底地盤２４に形成された、凹部２４Ａ内の基礎捨て石２５の上に載置されている。また、セル殻２２Ａの内部には土砂等の中詰め材２６が充填されており、上端はコンクリート製の天蓋２７によって塞がれている。

また、それぞれのアーク部２３は、隣接するセル本体２２のセル殻２３Ａどうしを連結する一対の鋼板製のアーク２３Ａを有しており、これらのアーク２３Ａの下端は凹部２４Ａ内の基礎捨て石２５の上に載置されている。

凹部２４Ａ近傍の海底地盤２４は不透水性の改良地盤であり、セル殻２２Ａやアーク２３Ａの下端近傍部分の外周面と、凹部２４Ａの垂直な側壁面との隙間は、アスファルトマスチック等の遮水材２８によって塞がれて、護岸内側（廃棄物海面処分場側）から外海側への汚染水の漏出が遮断されている。

なお、図９には示されていないが、隣接するセル殻２２Ａとこれらを連結している一対のアーク２３Ａによって区画されている空間の内部には、前記中詰め材２６と同様な中詰め材が充填されており、また、上端は前記天蓋２７と高さを合わせたコンクリート製の天蓋２９によって塞がれている。

特許第４１３９８７１号公報 特許第４７７８４６０号公報

前述したような、セル式の遮水護岸に用いられているセル本体のセル殻の厚みは、一般にその直径に比べて極めて薄く作られており、例えば、セル本体の直径が１４ｍ程度のものでも、セル殻に使用されている鋼板の厚みは９ｍｍ程度しかなく、セル殻の内側に中詰め材を充填することによって、外側から作用する海水の水圧等の外力に耐えられるように設計されている。

そのため、海面に露出して常時波風に曝されている、セル殻外周上部のスプラッシュゾーンにおいては、錆びや腐蝕が進行し易く、例えば、図１０に示すように、護岸内側に面するセル殻２２Ａの上部に、錆びや腐蝕によって孔ｈが開いてしまった場合には、護岸内側の廃棄物海面処分場の汚染水が、この孔ｈからセル殻２２Ａの内部に流れ込み、遮水性に乏しい中詰め材２６を透過して、底が無いセル殻２２Ａの下端から基礎捨て石２５の中へ浸入する可能性がある。

セル殻２２Ａの外周面下部の外海側と護岸内側はそれぞれ、海底地盤２４の凹部２４Ａに充填されている遮水材２８によって両側で２重に遮水されてはいるが、前述したように、セル殻２２Ａの内側に汚染水が浸入してしまうと、外海に面している側で、セル殻２２Ａと遮水材２８と間に、地盤沈下等によって隙間が生じた場合に、この隙間を通って廃棄物海面処分場の汚染水が外海に漏れ出してしまう危険性がある。

このような危険性を回避するためには、底の有るセル殻を用いればよいが、セル殻に底を設けると、その製造コストが高くなるとともに、底板を肉厚の薄い円筒状のセル殻の下端に溶接すると、外力によってセル殻２２Ａに歪みを生じた場合に溶接部分に応力が集中し、この部分から亀裂が生じたり腐蝕が進行する恐れがある。

一方、図１１に示すように、セル殻２２Ａの内側に充填される中詰め材２６の間に、不透水性の材料を用いた遮水層３０を設け、上方と下方との中詰め材２６の間をセル殻２２Ａの内側の水平断面全体に亘って遮水すれば、図１０のように、セル殻２２Ａの内側に汚染水が浸入した場合においても、汚染水は遮水層３０で遮断されて、その下方には浸透しないので、これが外海へ漏れ出す危険性を回避できるものと考えられる。

ところで、潮の干満等によって、外海側の水位と護岸内側の水位との間に差が生じたり、護岸内側の埋め立て等によって、護岸内側でセル殻２２Ａの外周面に大きな土圧が作用すると、外海側と護岸内側では、セル殻２２Ａの外周面に作用する圧力が不均衡になり、その結果、セル本体２２には図１１に示すように、垂直方向と、護岸法線に直交する水平方向に、剪断荷重Ｆが作用することになる。

前記剪断荷重Ｆは、図９に示すように、セル殻２２Ａの内側に中詰め材２６のみが緻密に充填されている場合には、主に、この中詰め材２６の粒子間摩擦による変形抵抗によって支えられている。

しかしながら、図１１に示すように、中詰め材２６の間に形成する遮水層３０に、アスファルトマスチック等の低剛性の遮水材を用いた場合には、剪断荷重Ｆが長期的に作用すると、遮水層３０にクリープ変形が生じて、この部分では前記剪断荷重Ｆを担持する力が減少してセル殻２Ａに局所的な変形や亀裂等の損傷を生じる恐れがある。

一方、遮水層３０に、水中コンクリート等の高剛性の遮水材を用いた場合には、前述したようなクリープ変形により抗力の低下は回避できるが、このような高剛性の遮水材は、一般に変形し難い反面、急激に変動する力や衝撃力に対して弱く、地震等の短周期で変動する外力がセル殻２２Ａに作用すると、遮水層３０の内部には局所的に過大な応力が作用し、その結果、遮水層３０にひび割れ等が発生して遮水能力が損なわれてしまう恐れがある。

そこで、本発明は、前述したような、従来技術における問題点を解消し、セル本体の強度を低下させること無く、セル殻の内側に遮水層を形成することができ、腐蝕等によってセル殻に漏水が生じた場合にも、護岸内側から外海への汚染水の漏出の危険性を極力回避することのできるセル本体の遮水構造を提供することを目的とする。

前記目的のため、本発明の第１のものは、セル本体どうしをアーク部で連結するセル式遮水護岸に用いるセル本体の遮水構造であって、高剛性の遮水層と低剛性の遮水層が護岸法線と直交する垂直な境界面で隣接して、護岸法線方向に交互に配列されてなる複合遮水層が、セル殻の内側に、その水平断面全体に亘って垂直方向に所定幅で形成されていることを特徴としている。

また、本発明の第２のものは、セル本体どうしをアーク部で連結するセル式遮水護岸に用いるセル本体の遮水構造であって、遮水層の中に、護岸法線と直交する水平方向に作用する剪断荷重と、垂直方向に作用する剪断荷重を担持する高剛性部材が埋設されてなる複合遮水層が、セル殻の内側に、その水平断面全体に亘って垂直方向に所定幅で形成されていることを特徴としている。

請求項１に記載された発明によれば、セル殻の内側に、その水平断面全体に亘って、垂直方向に所定幅で形成した複合遮水層が、護岸法線と直交する垂直な境界面で隣接して、護岸法線方向に交互に配列されている高剛性の遮水層と低剛性の遮水層から構成されていることにより、複合遮水層に作用する剪断荷重は、主に、高剛性の遮水層で抗するため、低剛性の遮水層のクリープ変形を防止することができる。

また、地震発生時には、低剛性の遮水層がセル殻の震動を吸収することによって、高剛性の遮水層内に過大な応力が作用することを抑制することができ、高剛性の遮水層をクラック等の損傷から保護することができる。

その結果、中詰め材の中に複合遮水層を形成することによって、セル本体の強度の低下を招くことなく、セル殻内側の上方部分と下方部分との間を複合遮水層で遮水することが可能となり、錆びや腐蝕等によってセル殻に漏水が生じた場合にも、汚染水の外海への漏出の危険性を極力回避することができる。

また、請求項２に記載された発明によれば、セル殻の内側に、その水平断面全体に亘って、垂直方向に所定幅で形成した複合遮水層を形成し、この複合遮水層に作用する剪断荷重は主に、高剛性部材に分担させるとともに、前記高剛性部材が埋設された遮水層が専らセル殻内側の遮水を行うようにしているため、請求項１の発明と同様に、セル本体の強度の低下を招くことなく、セル殻内側の上方部分と下方部分との間を複合遮水層で遮水することが可能となり、汚染水の外海への漏出の危険性を極力回避することができる。

本発明の第１の実施形態における、鋼板セルの一部を示す、水平断面図である。 図１のＡ−Ａ断面を示す、断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面を示す、断面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例を示す、セル本体部分の断面図である。 本発明の第１の実施形態の別の変形例を示す、セル本体部分の断面図である。 本発明の第２の実施形態における、セル本体部分の水平断面図である。 図６のＡ−Ａ断面を示す断面図である。 図６のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。 従来の鋼板セルにおける、セル本体の断面構造の一例を示す、斜視部分図である。 セル殻の腐蝕箇所からセル本体内に侵入した汚染水が外海へ漏れ出す経路を示す、セル本体部分の断面図である。 セル殻の内側に遮水層を形成した状態を示す、セル本体の断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を示す、鋼板セルの一部を示す水平断面図、図２は、図１のＡ−Ａ断面における断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ断面における断面図であって、これらの図に示す鋼板セル１は、先に図９で説明した従来のものと同様に、沿岸海域に構築される廃棄物海面処分場の遮水護岸に利用されるものである。

図１に示すように、鋼板セル１は、護岸法線方向に複数配列された円筒状のセル本体２と、隣合うセル本体２の間に設けられているアーク部３から構成されている。アーク部３は、外海側と護岸内側（廃棄物海面処分場側）にそれぞれ配置されている円弧状の一対のアーク３Ａ、３Ｂと、これらの内側に形成される空間内に充填されている中詰め材３Ｃから構成されていて、これらのアーク３Ａ、３Ｂの両端はそれぞれ、セル本体２の円筒状の外殻を構成するセル殻２Ａの外周面に、公知の遮水構造を備えた連結部４を介して連結されている。

図２に示すように、鋼板セル１が設置される不透水性の海底地盤５には、護岸法線方向に延びる横断面矩形状の凹部５Ａが掘削形成されていて、それぞれのセル本体２は、前記凹部５Ａ内に敷かれた基礎捨て石６の上に置かれている。

また、海底地盤５の凹部５Ａの中に入り込んでいるセル殻２Ａの下部の外周面と、前記凹部５Ａの垂直な壁面との間は、遮水材７が充填されて遮水されている。なお、図示していないが、隣合うセル本体２間に設けられているアーク部３の下部も、セル本体２と同様に、凹部５Ａ内に配置されていて、アーク３Ａ、３Ｂのそれぞれの外周面の下部と凹部５Ａの垂直な壁面との間も、前記遮水材７で遮水されている。

図２及び図３に示すように、セル殻２Ａの内側には、その水平断面全体に亘って、垂直方向に所定幅ｄで複合遮水層８が形成されており、また、複合遮水層８から上方の天蓋９までの間と、複合遮水層８から下方のセル殻２Ａの下端までの間には、それぞれ中詰め材１０が充填されている。

既に図１１においても説明したが、外海の潮位変動等によって、セル殻２Ａの両側の水位の間に高低差が生じると、セル殻２Ａには図２に示すように、護岸法線と直交する水平方向と、垂直方向にそれぞれ剪断荷重Ｆが作用する。

なお、図２に示す剪断荷重Ｆの向きは、護岸内側の水位より外海側が低位である場合の向きを示したものであり、護岸内側より外海側の水位が高位になった場合には、同図に示す向きと反対向きに作用する。

本実施形態のものにおいては、セル殻２Ａに作用するこのような剪断荷重Ｆを、複合遮水層８においても分担できるようにするため、図１及び図３に示すように、前記複合遮水層８は、護岸法線と直交する垂直な境界面Ｖで隣接して護岸法線方向に交互に配列された、高剛性の遮水層８Ａと低剛性の遮水層８Ｂから構成されている。

ここで、高剛性の遮水層８Ａとしては、例えば、コンクリート系の硬質の遮水材を用いることができ、また、低剛性の遮水層８Ｂとしては、例えば、アスファルトマスチック等の軟質の遮水材を用いることができる。

本実施形態のものにおいては、図２に示すように複合遮水層８に作用する剪断荷重Ｆを、高剛性の遮水層８Ａと低剛性の遮水層８Ｂで分担して担持するため、高剛性の遮水層８Ａによって、低剛性の遮水層８Ｂのクリープ変形が防止できる。

また、地震発生時には、低剛性の遮水層８Ｂがセル殻２Ａの震動を吸収し、高剛性の遮水層８Ａ内に過大な応力が作用することを抑制でき、高剛性の遮水層８Ａをクラック等の損傷から保護することができる。

その結果、セル本体２の強度を低下させること無く、セル殻２Ａの内側の上方部分と下方部分と間を複合遮水層８によって遮水することが可能となる。なお、図示は省略するが、アーク部３の内部においても、前述した複合遮水層８と同様な構造の複合遮水層を形成することができる。

なお、このような複合遮水層を構成する遮水材は、前述した本実施形態のものに限定するものではなく、例えば、アスファルト系遮水材、コンクリート系遮水材、土質系遮水材の他、アスファルトマットや遮水シートの中から、高剛性の遮水層用のものと、低剛性の遮水層用のものを、それぞれ一種類ずつ、若しくは、複数種類ずつ組み合わせて用いることができる。

また、高剛性の遮水層は、遮水層の中に、護岸法線と直交する水平方向とに作用する剪断荷重と、垂直方向に作用する剪断荷重を担持できるように構成された鉄筋や鉄骨等の高剛性部材を埋設した、例えば、鉄筋コンクリートや鉄骨コンクリートのような複合体で形成してもよい。

次に、図４は、前述した実施形態の変形例を示すものであって、この例では、複合遮水層８は、既設の鋼板セル１の護岸内側のセル殻２Ａの外周面が、海水や風雨に曝されて腐蝕により孔ｈが開いた箇所を補修する際、セル殻２Ａの内側への汚染水の浸入を阻止するために、後から形成したもので、この複合遮水層８は、天蓋９を開けて上部の中詰め材１０を一旦除去してから、孔ｈを内側から塞ぐように垂直方向に所定幅で形成し、その後、複合遮水層８の上方部分に中詰め材１０を再充填したものである。

また、図５は、前述した実施形態のさらに別の変形例を示すものであって、この例においては、複合遮水層８はその底面が基礎捨て石６と隣接するように、セル殻２Ａの内側底部に形成されている。また、セル殻２Ａの内壁面には、複合遮水層８と天蓋９との間で全周に亘って遮水シート１１が貼り付けられており、セル殻２Ａに腐蝕等によって孔が開いた場合に、前記遮水シート１１によって、中詰め材１０側への汚染水の浸入が遮断されるようにしてある。

また、万一この遮水シート１１が漏水した場合にも、セル殻２Ａの内側底部に形成されている複合遮水層８で漏水は阻止されるため、廃棄物海面処分場から漏れ出した汚染水が基礎捨て石６内に浸入する可能性は極めて少ない。

なお、以上に説明した第１の実施形態のものにおいては、複合遮水層８の垂直方向の幅ｄ（図２及び図３参照）は高剛性の遮水層８Ａと低剛性の遮水層８Ｂにそれぞれ用いる遮水材の遮水性能等に応じて所望の幅に設定することができる。また、このような複合遮水層８は、セル殻２Ａの内側に上下複数段に形成してもよい。

次に、図６は、本発明の第２の実施形態における、セル本体部分を示す水平断面図、図７は、図６のＡ−Ａ断面を示す断面図、図８は、図６のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。本実施形態のものは、複合遮水層８’を除き、前述した第１の実施形態のものと構造は同じである。

本実施形態のものにおいては、トラス構造の鋼鉄製の枠組からなる複数の高剛性部材８’Ａが遮水層８’Ｂの中に埋設されて複合遮水層８’が構成されている。これらの高剛性部材８’Ａは、図６及び図８に示すように、それぞれの長手方向を、護岸法線と直交する水平方向に平行になるように、セル殻２Ａの内側に、護岸法線方向に等間隔に配置されている。

また、これらの高剛性部材８’Ａの長手方向の両端部は、セル殻３Ａの内壁面とそれぞれ連結されていて、セル殻２Ａに作用する護岸法線と直交する水平方向に作用する剪断荷重と、垂直方向に作用する剪断荷重とを分担できる構造になっている。

この実施形態のものにおいては、セル殻２Ａに作用する剪断荷重を主に、トラス構造の鋼鉄製の組枠で構成されている高剛性部材８’Ａが抗する構造であるため、遮水層８’Ｂには、例えば、アスファルトマスチック等の低剛性で地震の際の振動減衰効果に優れたものを使用すると効果的である。

また、この実施形態のもののように、高剛性部材８’Ａを鋼鉄製としている場合には、前記剪断荷重によって、複合遮水層８’内に作用する引っ張り応力を、高剛性部材８’Ａが分担するため、遮水層８’Ｂには、引張り荷重に対して脆弱な、コンクリート系等の高剛性の遮水材も使用可能である。

さらに、前記複合遮水層８’は、先に説明した第１の実施形態のものにおける複合遮水層８と同様に、セル殻２Ａ内での垂直方向の幅ｄは、遮水層８’Ｂに用いている遮水材の遮水性能等に応じた幅とすることができる。また、必要に応じて、このような複合遮水層を、セル殻２Ａの内側に上下複数段に形成してもよい。

また、本実施形態のものにおいては、高剛性部材８’Ａを複数の独立した鋼鉄製の枠組みで構成しているが、これらの高剛性部材８’Ａは、相互に連結部材で連結して一体化してもよい。また、複合遮水層に用いる高剛性部材は、セル殻に作用する護岸法線と直交する水平方向に作用する剪断荷重と、垂直方向に作用する剪断荷重とを分担できる構造でありさえすればよく、例えば、このような複合遮水層を、鉄筋や鉄骨を高剛性部材として防水コンクリートの遮水層中に埋設した、鉄筋コンクリート製や鉄骨コンクリート製、もしくはハイブリッド製としてもよい。

また、アークの鋼板からその内側への漏水対策についてはここでは説明を省略しているが、複合遮水層８’と同様な構造の複合遮水層をアーク部内にも形成することが可能である。

なお、第１の実施形態ならびに第２の実施形態のそれぞれのものは、何れも、海底地盤５に掘削形成した凹部５Ａ内に基礎捨て石６を敷設し、その上にセル本体２を置いて、セル殻２Ａの外周面下部と凹部５Ａの垂直な壁面との間を遮水材７で遮水する構造のものについて説明しているが、本発明のセル本体の遮水構造は、このようなものに限定するものではなく、根入れ鋼板セルにおけるセル本体の遮水構造についても、同様に実施することが可能である。

本発明のセル本体の遮水構造は、鋼板セルや根入れ式鋼板セルによって廃棄物海面処分場等のセル式遮水護岸を構築する際に利用することができる。

１ 鋼板セル
２ セル本体
２Ａ セル殻
３ アーク部
３Ａ、３Ｂ アーク
３Ｃ 中詰め材
４ 連結部
５ 海底地盤
５Ａ 凹部
６ 基礎捨て石
７ 遮水材
８、８’ 複合遮水層
８Ａ 高剛性の遮水層
８Ｂ 低剛性の遮水層
８’Ａ 高剛性部材
８’Ｂ 遮水層
９ 天蓋
１０ 中詰め材
１１ 遮水シート
Ｖ 境界面
Ｆ 剪断荷重

Claims (2)

1. セル本体どうしをアーク部で連結するセル式遮水護岸に用いるセル本体の遮水構造であって、
   高剛性の遮水層と低剛性の遮水層が護岸法線と直交する垂直な境界面で隣接して、護岸法線方向に交互に配列されてなる複合遮水層が、セル殻の内側に、その水平断面全体に亘って垂直方向に所定幅で形成されていることを特徴とするセル本体の遮水構造。
2. セル本体どうしをアーク部で連結するセル式遮水護岸に用いるセル本体の遮水構造であって、
   遮水層の中に、護岸法線と直交する水平方向に作用する剪断荷重と、垂直方向に作用する剪断荷重に抗する高剛性部材が埋設されてなる複合遮水層が、セル殻の内側に、その水平断面全体に亘って垂直方向に所定幅で形成されていることを特徴とするセル本体の遮水構造。

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