JP2579402B2 - エアピストン型潮吹き防波構造体及びそれを用いた防波構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、防波機能を有し、か
つ、ウォーターフロントにおける親水性を高めることの
できるエアピストン型潮吹き防波構造体およびそれを用
いた防波構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】護岸あるいは離岸における防波堤は、ケ
ーソンと称される構造体により広く知られている。この
ケーソンは形状，機能などに応じて多種多様のものがあ
り、例えば上部斜面ケーソン堤，曲面スリットケーソン
堤，縦スリットケーソン堤あるいは有孔ケーソン堤など
のタイプが知られている。

【０００３】さらに、特開平2-112516号公報には、波浪
エネルギーを空気ピストンにより空気エネルギーに変換
して吸収する波浪エネルギー吸収装置を有する防波構造
体が開示されている。

【０００４】さらには、防波堤の内外の水域で海水の流
通を可能とし、防波堤内側の湾内の浄化機能を有するも
のも多く提案されている。その一つに、実開平3-65721
がある。これは、壁体間の礫層中に管を埋設し、この管
の一端をラッパ状として上記壁体の外海側を貫通させて
海水中に露出し、その他端を上方の外気中に露出したも
のである。外海の海水は管を通って吹上げられた後に礫
層に導かれ、礫層通過中に浄化されて内海側に導かれ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のケーソンはいず
れも、防波あるいは消波機能を主目的において設計され
ている。しかしながら近年のウォーターフロント開発に
おいては、水辺に人間を呼び戻すことが主目的の１つに
掲げられ、上述した防波構造体であるケーソンにも親水
性を高めることが要求されつつある。しかしながら、従
来のケーソンはいずれも、防波あるいは消波を主目的と
することから、親水性を高める設計としては単にそのデ
ザインを変更するのみであり、たとえ遊歩道を水辺に配
設したとしても、人間を水辺に呼び戻すことができるよ
うな魅力的な演出は到底実現できなかった。

【０００６】この種の演出に関しては、上述の実開平3-
65721 にて、管に進水した海水が上方に吹き上がること
で一種の自然噴水を実現し、景観を高めることができる
としている。しかし、上記公報に開示された波案内型の
海水吹上げ構造では、波浪エネルギーをロスさせずに波
を導くラッパ状管の設計が困難であり、潮位の変動を考
慮してラッパ状管の開口位置を設定しないと、親水性を
高めるに足る演出効果を期待できないと思われる。

【０００７】そこで、本発明の目的とするところは、水
辺での演出効果として自然噴水あるいは潮吹きに着目
し、しかも水域において余りある波力エネルギーを利用
してピストン方式で海水を吹上げ、親水性が高くしかも
軽量化を図りながらも防波効果の高い防波構造体及びそ
れを用いた防波構造を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る防波構造体
は、波受面の裏に空胴部を有すると共に、前記波受面に
前記空洞部に貫通する多数の貫通孔を形成し、かつ、前
記空洞部は、上面に開口する潮吹き通路と連通し、前記
波受面は、水平面に対して鈍角を成す角度で傾斜してい
ることを特徴とする。

【０００９】ここで前記空洞部は、背面が前記波受面と
平行に形成され、前記潮吹き通路は、前記背面に沿って
形成されていることが好ましい。

【００１０】本発明に係る防波構造は、請求項１又は２
に記載の防波構造体と、この防波構造体が設置される水
域底部の基礎工事領域に、沖に向かうに従い水深が深く
なる勾配を持ち、前記構造体の前記波受面に達する以前
に波を破砕させるマウンドと、を有することを特徴とす
る。

【００１１】このマウンドは、波受面より沖に向けて略
放射状に形成することが好ましい。

【００１２】

【作用】防波構造体の波受面より波が引くと空洞内部は
減圧状態となり、逆に波受面に波が到達しつつあると空
洞内部は加圧状態となり、空洞内部ではエアピストン作
用が繰り返される。このとき、空洞部内への海水の取り
込みは、多数の貫通孔を介して実施される。これの作用
により、加圧時の空洞内部のエアは、逃げ道となる潮吹
き通路より上方に向けて噴出すると共に、空洞内部に存
在した水が同様に潮吹き通路を介して上方に吹き上げら
れ、自然噴水乃至は潮吹きが波の周期毎に実現される。

【００１３】このように海水を吹き上げることは、波浪
エネルギーの一部を噴水又は潮吹きとしてエネルギー消
費できるので、波を消波させることもできる。さらに、
波受面での波の反射と、この波受面と対向する空胴部の
背面での波の反射との位相が異なることからも、消波を
実現できる。したがって、防波構造体の強度をさほど高
めなくても、十分に耐え得る防波構造体を実現できる。
また、空胴部を形成しているので防波構造体の軽量化も
図れる。

【００１４】エアピストン作用を高めるためには波受面
に形成される貫通孔の開口率を小さくする必要がある
が、その場合に空胴部内への海水の取り込みを確保する
観点から、波受面は水平面に対して鈍角を成す角度で傾
斜している。波が傾斜した波受面をかけ上がる時に、貫
通孔より空胴部に取り込まれる海水量を増大できるから
である。また、空胴部の背面及びこれに沿って形成した
潮吹き通路が波受面と平行に鈍角で傾斜することが好ま
しい。このようにすることで、波圧力及びそれに起因し
たエア圧を利用して海水が潮吹き通路に比較的円滑に導
入され、この潮吹き通路を介して波受面の斜め後方に勢
い良く海水を吹き出すことができる。

【００１５】このような防波構造体の波受面に波を導く
際に、波受面の前面にて破砕させるものが良く、このた
めに沖に向かうに従い水深が深くなる勾配を持つ所定長
さのマウンドを形成すると良い。このマウンドを略放射
状に形成することで、波受面の幅よりも広い範囲の波を
集めることができ、海水吹上げ効果を高く確保できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を適用した一実施例について、
図面を参照して具体的に説明する。

【００１７】図１、図２は本実施例に係るエアピストン
型潮吹き防波構造体の一例であるケーソン１０を示して
いる。このケーソン１０は、ＲＣ又は無筋コンクリート
製であり、中実部を構成するためにコンクリート殻部の
内部には砂などが詰められている。このケーソン１０
は、沖側に臨む波受面１２と、例えば湾曲した上面１４
とを有し、波受面１２の直ぐ裏には空胴部１６が設けら
れている。波受面１２には多数の例えば円形の貫通孔１
８が形成され、空胴部１６と連通している。空胴部１６
の少なくとも上部は上方に向かうに従い空洞横断面が小
となるようなテーパ状部分１６ａを有することが望まし
い。この空胴部１６のテーパ状部分１６ａは、上面１４
に開口する潮吹き通路２０と連通している。

【００１８】本実施例では、波受面１２は水平面に対し
て鈍角θとなる角度で傾斜している。空胴部１６の背面
１６ｂは、波受面１２と平行であり、しかも潮吹き通路
２０は背面１６ｂに沿って形成されているので、これら
も同様に、水平面となる底面１６ｃに対して鈍角θとな
る角度で傾斜している。

【００１９】ここで、貫通孔２０が形成された波受面１
２の高さ位置については、図２に示すように、干潮時満
潮時にも貫通孔１８の全てが水没しないようにすること
が望ましい。すなわち、本実施例での波受面１２の最下
位置の貫通孔１８は、干潮時の水面高さＨ₁ よりも低
く、最上位置の貫通孔１８は、満潮時の水面高さ位置Ｈ
₂ よりも高い位置に形成されている。換言すれば、貫通
孔１８が形成された波受面１２の中心高さ位置を年間を
通してほぼ平均的な水面位置に設定し、波受面１２の縦
長さを干満差以上の長さに設定すると良い。このよう
に、干満の潮位をカバーできる波受面１２の縦長さとし
ては、例えば太平洋に臨んで設置する場合には最大１５
０cm以下、好ましくは１３０〜１５０cmの範囲で十分で
ある。太平洋よりも潮位の変化の少ない日本海側の場合
は、太平洋設置用のものを兼用できる。

【００２０】次に、このケーソン１０の作用について説
明する。

【００２１】図１の実線の水位を波が無い場合の仮想水
位３０とすると、ケーソン１０の波受面１２に対して沖
側からの波が引いた状態では、空胴部１６内の水位３２
が鎖線のように下がり、空洞部１６内は一種の減圧状態
となる。その後、波３４が波受面１２に近づき、ついに
は波受面１２に衝突すると、空胴部１６内の圧力は一気
に加圧され、唯一のエアの逃げ道となる潮吹き通路２０
より、エアが勢い良く噴出することになり、エアピスト
ン動作が行われる。これに従い、空胴部１６内の海水も
が加圧されて潮吹き通路２０より噴出し、ケーソン１０
の上面１４より所定高さの潮吹きあるいは噴水を実現で
きる。

【００２２】ここで、上述のエアピストン動作にしたが
った潮吹きを効率良く確保するためには、多数の貫通孔
１８は少なくとも空胴部１６内外に海水を行き来できる
大きさ好ましくは直径５cm以上であると共に、波受面１
２の面積に対する開口率が、エアピストン動作を確保す
るに足るものでなければならない。開口率が大きすぎる
と、空胴部１６内の減圧、加圧状態の明確な差が生じな
いからである。

【００２３】本実施例では貫通孔１８の開口率を小さく
しながらも、波受面１２を水平面に対して鈍角θとなる
角度で傾斜させることで、空胴部１６内に海水を取り込
むことを確保している。すなわち、波受面１２が傾斜し
ていると、波の圧力により波受面１２上を海水がかけ上
がり、波受面１２を垂直に設置する場合と比べれば、多
孔の波受面１２を主として波反射面としてのみ機能させ
るよりもむしろ、この海水のかけ上がり時に貫通孔１８
より空胴部１６内に海水を取り込む確率を高めることが
できる。したがって、波の押し寄せ時に空胴部１６内に
取り込まれた海水をも、潮吹きに寄与させることができ
る。

【００２４】さらには、空胴部１６の背面１６ｂ及びこ
れに沿って形成した潮吹き通路２０が同様に角度θで傾
斜しているので、波圧力及びそれに起因したエア圧を利
用して海水が潮吹き通路２０に比較的円滑に導入され、
この潮吹き通路２０を介して波受面１２の斜め後方に勢
い良く海水を吹き出すことができる。なお、波圧力等を
利用して海水を潮吹き通路２０に円滑に導入する機能面
から言えば、背面１６ｂは、空胴部１６の底面１６ｃか
ら湾曲して立ち上がらせても良い。海水が円滑に潮吹き
通路２０に導かれる構成を採用すれば、比較的短い経路
である潮吹き通路２０を鉛直上方に向けて形成すること
もできる。

【００２５】さらに、本実施例では特に、干満時によっ
て潮位が変化しても、貫通孔１８の全てが水没すること
がないので、波浪エネルギーの高い水面付近の海水を波
受面１２に導けることができ、効率的にしかも年間を通
して潮吹きを実現しあるいは噴水を吹き上げることがで
きる。

【００２６】このように自然力である波力を利用した潮
吹きあるいは噴水は、年間を通してほぼ波の周期にて繰
り返し実現され、しかも上述した作用によりかなりの高
さの潮吹き又は噴水が実現されるので、夏期にあっては
公園の噴水のように涼しさを醸し出し、冬期にあっては
荒波の激しさを醸し出すことができ、水辺における親水
性を効率的に高めることができる。なお、このような演
出効果を夜間において確保するため、照明などの付帯設
備をケーソン１０に設けるものでもよい。

【００２７】上記の潮吹き又は噴水効果により、すなわ
ち波受面１２より受け入れられた波を潮吹き通路２０よ
り放出することにより、波浪エネルギーを潮吹き又は噴
水として消費させることができる。また、ケーソン１０
での波の反射について考察すれば、波受面１２での波の
反射と、空胴部１６の背面１６ｂでの波の反射とは、そ
れぞれ位相が異なり、このことによっても消波を実現で
きる。このような消波機能により、ケーソン１０の防波
構造体を設計する際、防波に耐え得るケーソン１０の機
械的強度を低減できる効果につながる。また、潮吹き又
は噴水として波浪エネルギーを消費させることで、消波
機能をも奏することが可能となる。

【００２８】次に、上記実施例におけるケーソン１０を
利用した防波構造について、図３および図４を参照して
説明する。

【００２９】図３、図４に示す防波構造は、岸より沖に
向けて伸びる中央突堤５０の先端に例えば３個のケーソ
ン１０を配置し、その両側に離岸堤５２，５２を設けた
ものである。中央突堤５０および離岸堤５２は、図３に
示すように比較的大きな自然石を利用した自然道として
構成できる。そして、各堤およびケーソン１０の設置領
域を含む周辺領域が基礎工事エリア５４となる。

【００３０】この防波構造の特徴的なことは、ケーソン
１０の前面より沖に向けて所定長さでかつ所定の勾配の
マウンド６０を形成したことである。このマウンド６０
は例えばケーソン１０の配列幅と同一幅を有し、ケーソ
ン１０と隣接する数メートルのエリアは、例えば図３に
示すように被覆ブロック６２を配置した水平エリアとな
っている。そしてマウンド６０は、この被覆ブロック６
２を最大高さとするほぼ一定の勾配で沖に向けて下降傾
斜する傾斜部６４として構成されている。

【００３１】この傾斜部６４の長さをＬとし、最大高さ
をＨとすると、勾配はＨ／Ｌとして表される。以下に、
傾斜部６４の長さＬおよび勾配Ｈ／Ｌについて、マウン
ド６０の機能の説明しつつ考察する。

【００３２】このマウンド６０を設ける理由は、ケーソ
ン１０の前方にて、押し寄せる波を砕波させることにあ
る。すなわち、砕波されない波の振幅のみが波受面１２
に到達した場合には、潮吹き通路２０から効果的に海水
を吹き上げられないからである。ケーソン１０の前方に
傾斜したマウンド６０を設けると、ケーソン１０に波が
近づくに従い水深が浅くなり、波の波高が徐々に高くな
ってついには砕波が生ずるのである。マウンド６０の傾
斜部６４の長さを過度に長く設けることは、基礎工事エ
リアが拡大するので経済的でなく、ケーソン１０のはる
か前方にて砕波が生じてしまう。逆に、この傾斜部６４
の長さを過度に短くすると、ケーソン１０に到達する前
に砕波を実現することができない。

【００３３】本実施例の場合、波の周期を５．５秒、波
長を４０ｍ、沖波の波高が１ｍ以下、にてシミュレーシ
ョンしたところ、Ｌが２０ｍ、Ｈ／Ｌが１／１０で、ケ
ーソン１０の直前にて砕波を行うことができ、波浪エネ
ルギーを効果的に利用した海水の吹上を実現できること
がわかった。

【００３４】上記の点から本発明者らが傾斜部６４の長
さＬについて考察した結果、好ましくは、１５ｍ≦Ｌ≦
５０ｍ、さらに好ましくは２０ｍ≦Ｌ≦３０ｍに設定す
るのがよい。上記範囲により短いとケーソンの直前で破
砕する程波高が成長せず、上記範囲より長いとマウンド
設置コストが増大して経済的でないからである。

【００３５】次に、マウンド６０の勾配Ｈ／Ｌについて
考察すると、上記距離Ｌを経済的理由から比較的短く設
定する観点から、１／３０≦Ｈ／Ｌ≦１／８、特に１／
１０前後に設定するものが望ましい。

【００３６】図５は、ある幅のケーソン１０に効果的に
波浪エネルギーを集めて、海水の吹上効率を高く確保す
るものである。

【００３７】同図に示す防波構造は、中央突堤７２およ
び離岸堤７４からなるＴ字型突堤７０で構成され、その
離岸堤７４とほぼ面一にて中央突堤７２の前面にケーソ
ン１０を配設した構造である。そして、このケーソン１
０より沖側に集波マウンド７６を基礎工事により形成し
ている。この集波マウンド７６は、ケーソン１０を中心
位置とした場合、ほぼ半円乃至は半楕円のエリアにて略
放射方向に傾斜面が形成され、この傾斜面は図３の場合
と同様に、ケーソン１０より離れるに従い水深が深くな
るように形成される。

【００３８】このような集波マウンド７６によれば、波
は水深が浅くなる方向に向かって進むため、ケーソン１
０のほぼ前面領域に波が集まり、この集波された波の波
浪エネルギーを効率的に利用して海水を吹き上げること
が可能となる。

【００３９】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。

【００４０】上記の各実施例は、ケーソン１０を中央突
堤５０または７０の先端側に配置したいわゆる離岸タイ
プとして構成したが、護岸タイプとして構成することも
できる。さらには、離岸，護岸のいずれのタイプの場合
にも、一ブロックで構成されるケーソン１０を横方向に
所定の長さに亘って連設することもできる。また、離岸
タイプとして構成する場合、浅瀬であればケーソン１０
の底部を埋設して着底式とし、あるいはケーソン１０を
海面に浮くように構成し、ワイヤーおよび重りなどを利
用して所定位置に浮設することも可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
自然力である波浪エネルギーを利用して、エアピストン
方式で効果的に潮吹きを実現することができ、ウォータ
ーフロントでの親水性を高め、しかも防波構造体として
利用できる。

【００４２】さらにこの防波構造体の前方にマウンドを
形成することで、防波構造体に到達する以前に砕波させ
て、波浪エネルギーをより効率的に潮の吹上力として利
用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る構造体の一実施例の概略断面図で
ある。

【図２】図１に示す構造体の正面図である。

【図３】本発明に係る防波構造の一実施例の側面図であ
る。

【図４】図３に示す防波構造の平面図である。

【図５】集波マウンドを有する防波構造の一実施例の平
面図である。

【符号の説明】

１０ 防波構造体（ケーソン） １２ 波受面 １４ 上面 １６ 空洞部 １６ａ テーパ状部分 １６ｂ 背面 １８ 貫通孔 ２０ 潮吹き通路 ６０ マウンド ６２ 被覆ブロック ６４ 傾斜部 ７６ 集波マウンド

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 敏文 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 西山 桂司 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−68496（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−129427（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波受面の裏に空胴部を有すると共に、前
   記波受面に前記空洞部に貫通する多数の貫通孔を形成
   し、かつ、前記空洞部は、上面に開口する潮吹き通路と
   連通し、前記波受面は、水平面に対して鈍角を成す角度
   で傾斜していることを特徴とするエアピストン型潮吹き
   防波構造体。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記空洞部は、背面が前記波受面と平行に形成され、前
   記潮吹き通路は、前記背面に沿って形成されていること
   を特徴とするエアピストン型潮吹き防波構造体。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の防波構造体と、 この防波構造体が設置される水域底部の基礎工事領域
   に、沖に向かうに従い水深が深くなる勾配を持ち、前記
   構造体の前記波受面に達する以前に波を破砕させるマウ
   ンドと、を有することを特徴とする防波構造。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記マウンドは、前記構造体の前記波受面より沖に向け
   て略放射状に形成されたことを特徴とする防波構造。