JP4182523B2 - 消波護岸構造物 - Google Patents

Description

本発明は、主に船舶の荷役作業等が行われる岸壁、堤防等を構成する消波護岸構造物に関する。

従来、堤防、海岸等に設置される消波護岸構造物には、図１２に示すように、構造物１の前部にスリット状の透水孔２を有する透過壁３と、十分な空間からなる遊水室４とを備え、うち寄せる波がこの透水孔２を通過する際にその波動のエネルギーを失わせることによって消波するものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

この消波護岸構造物においては、透過壁３を波浪導入室１と透過壁３との間の距離が波浪導入室１で反射した重複波の１／４波長となる位置に設置することによって、最も消波効果が得られるようになっている。

また、消波護岸構造物には、図１３に示すように、構造物５の前部に消波ブロック６，６…を積み重ねて消波工７を形成し、この消波工７を波が通過することによりエネルギーロスを生じ、消波するようになっているものもある（特許文献１を参照）。
特願２００２―２７５８５５号公報（図１７）

外洋からの押し寄せる波には、通常の波と共に長周期波という周期が１〜数分という長周期の波が存在し、この長周期波は、港湾内に進入すると、港湾の形状や岸壁の位置等の諸条件によって、岸壁に接岸された船舶を大きく動揺させ、それにより荷役作業等に支障がでる場合があり、また、船舶を係留していた係留索が切断されてしまう等の被害が発生している。

しかし、長周期波は、数百ｍ〜数ｋｍという長い波長を有する為、上述の如き従来の消波護岸構造物において、長周期波に対して十分な消波効果を得るためには、消波護岸構造物を遊水室又は消波工の奥行きが１００ｍ以上ある大規模な構造物とする必要があり、実現性に乏しいという問題があった。

本発明は、このような従来の技術の状況を鑑み、小規模でも長周期波に対し好適に対応することができる消波護岸構造物の提供を目的とする。

上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、隔壁を隔てて互いに対をなす波浪導入室と遊水室とを有し、１つの波浪導入室に対して１つの遊水室との間でのみ水が出入りできるように前記隔壁に連通孔を備えるとともに前記波浪導入室の外洋側面に複数の透水孔を備え、前記遊水室は中空函状となすとともに前記波浪導入室内には径が５０ｍｍ〜５００ｍｍ程度のれきからなる消波材を積み重ねた消波層を備え、前記波浪導入室内へその外洋側面の透水孔からの水の出入りによる該波浪導入室内の水位変動に伴って、前記波浪導入室と前記遊水室との間で水が出入りし、前記波浪導入室の外洋側面部における長周期波による水位変動を抑制するようにしたことを特徴としてなる消波護岸構造物にある。

請求項２に記載の発明は、請求項１の構成に加え、遊水室は波浪導入室の陸側に設置され、該波浪導入室と遊水室の奥行き長さが４：１であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の何れか１の請求項の構成に加え、前記波浪導入室内底部に、前記隔壁に形成された連通孔に通した連通管を介して遊水室内と連通させ、前記波浪導入室の底部には前記遊水室との間の水の出入りを制御する砂及び／又は粒径が１０ｍｍ以下のれきを層状に積層させた透水層を備え、前記消波層は、該透水層上に積層されて設けられたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の構成に加え、前記遊水室は、波浪導入室の側部に配置されたことを特徴とする。

本発明に係る消波護岸構造物は、小規模であっても、通常波のみならず長周期波をも好適に消波することができ、波浪導入室の外洋側面部（前面部）における波動が好適に抑制されるので、船舶への荷役作業等を好適に行うことができる。

また、この消波護岸構造物は、波浪導入室に消波層を設けることによって、消波材間の隙間に微生物や蟹等が生息するようになり、環境共生護岸として機能する。

次に、本発明に係る消波護岸構造物の実施例に関し図１〜図３について説明する。

消波護岸構造物２０は、外洋側面に複数の透水孔２１，２１…を有する波浪導入室２２と、波浪導入室２２の陸側に連続して配置され、波浪導入室２２と隔壁２３により隔てられた中空函状の遊水室２４とを備え、うち寄せる通常波及び長周期波を消波して波浪導入室２２の外洋側面部（前面部）における水位変動を抑制し、係留された船舶等の動揺を抑えることができるようになっている。

また、この消波構造物２０は、隔壁２３を隔てた波浪導入室２２と遊水室２４とで対をなし、１つの波浪導入室２２に対して１つの遊水室２４との間でのみ水が出入りできるように前記隔壁２３に連通孔２８が形成されているとともに前記波浪導入室２２の外洋側面に複数の透水孔２１を備えている。

また、この消波護岸構造物２０には、波浪導入室２２及び遊水室２４に亘って所定の強度を有する上部工２５が施工されている。

尚、波浪導入室２２の奥行き方向の長さ、即ち護岸幅は、通常波の消波を想定した長さでよく、例えば、周期が１００秒程度の長周期波の消波を想定した場合であっても、その長さは約５０ｍでよく、遊水室の長さと合わせても約６０ｍで収まるようになっている。また、護岸天端高は越波を防止出来る程度の高さとなっている。

波浪導入室２２は、中空函状に形成され、その外洋側面（前面）には、スリット状の透水孔２１，２１…が並列配置に形成されている。

また、波浪導入室２２の内部には、径が５０ｍｍ〜５００ｍｍ程度のれき材２６，２６…からなる多数の消波材を積み重ねることにより層状の消波層２７が形成され、各れき材２６，２６間には、隙間が形成されている。

隔壁２３には、横方向に延びる長方形状の連通孔２８，２８が形成されており、この連通孔２８を通して波浪導入室２２内と遊水室２４内とが連通され、波浪導入室２２と遊水室２４との間で水が出入りするようになっている。

遊水室２４には、連通孔２８を通して水（海水）が流入し、定常状態では、波浪導入室２２内の水位と遊水室２４内の水位とが同じになる。

この消波護岸構造物２０にうち寄せる通常波は、波浪導入室２２の外洋側面に形成されたスリット状の透水孔２１，２１…を通過する際にエネルギーが失われるとともに、波浪導入室２２内の消波層２７に形成された隙間を通過することで水の持つ粘性抵抗によって波の持つエネルギーが失われ、効果的に消波されるようになっている。

一方、長周期波ｗは、消波護岸構造物２０にうち寄せると、透水孔２１及び消波層２７を通過することによってそのエネルギーが失われる。

しかし、波浪導入室２２の奥行き方向の長さ（護岸幅）が十分でないため、長周期波は十分に消波されずに波浪導入室２２に進入する。

そのことにより、波浪導入室２２内の平均水位と遊水室２４内の平均水位との間に水位差が生じ、連通孔２８を通じて平均水位の高い方から低い方へと水が流れて定常状態に戻ろうとするとともに、水が横方向に延びる長方形状の連通孔２８を通過した際、流速が上昇し、その流速の２乗に比例したエネルギーが失われる。

このことによって、長周期波は、波浪導入室２２内の水位変動が抑制され、長周期波の波高を低減させるとともに、波のエネルギーが失われて消波されるようになっている。

尚、上述の実施例では、連通孔２８を横方向に延びた長方形状に形成した例について説明したが、連通孔２８は、縦方向に延びた長方形状や円形等、その他どのような形状であってもよい。

次に、上述した消波護岸構造物の消波性能に関する試験について説明する。

１．実験装置
長さ５０ｍ、幅０．６ｍ、高さ１．２ｍの２次元断面水槽（図４）による模型実験を行い、模型縮尺は、１／５０とし、各諸元はフルードの相似則から表１の通りとする。
２．実験条件
（１）入射波
入射波として表２に示す１０のケースについて試験を行う。
（２）実験モデル
図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す３つのタイプの消波護岸構造物のモデルを使用する。尚、各モデルの外洋側面の透水孔は、開口率０．５の横スリットタイプとし、透水層を構成するれき材には、粒径１ｃｍ程度の砂利及び粒径３〜５ｃｍの砂利を使用している。

図５（ａ）に示す消波護岸構造物３０は、前面（外洋側面）に透水孔３３，３３…を有する波浪導入室３４のみからなる構造となっている。

図５（ｂ）に示す消波護岸構造物３１は、前面（外洋側面）に透水孔３３，３３…を有する波浪導入室３４内にれき材からなる消波層３５を備えた構造になっている。

図５（ｃ）に示す消波護岸構造物３２は、前面（外洋側面）に透水孔３３，３３…を有する波浪導入室３４内にれき材からなる消波層３５を備え、波浪導入室３４の背面側（陸側）に連通孔３６を介して波浪導入室３４と連通した遊水室３７を備えた構造になっている。尚、波浪導入室３４と遊水室３７との奥行き方向長さの比は４：１となっている。
（３）実験方法
この各消波護岸構造物に上述の（１）に示す入射波を与え、それぞれ場合における波の反射率を測定する。
３．実験結果
図５（ａ）に示す消波護岸構造物３０では、図６（ａ）のグラフに示すように、護岸幅、即ち奥行き方向の長さが波長の１／４に近いほど消波効果が得られるが、周期とともに波長が長くなると、その消波効果は薄れていく。

図５（ｂ）に示す消波護岸構造物３１では、図６（ｂ）のグラフに示すように、透水孔（スリット）３３による消波効果に加え、消波層３５によって図５（ａ）に示すモデルに比べて高い消波性能を発揮している。しかし、周期が５０秒以上の長周期波に対しては反射率が０.８程度までしか低減されていない。

図５（ｃ）に示す消波護岸構造物３２では、図６（ｃ）のグラフに示すように、透水孔（スリット）３３及び消波層３５による消波効果に加え、周期が長くなるに従って、連通孔３６を通じて波浪導入室３４と遊水室３７との間で水が出入りして水位を制御すること、及び連通孔３６を通過する際のエネルギー損失により、他のケースに比べて消波性能に関する周期依存性が小さく、安定した消波性能が得られるようになっている。

次に、本発明に係る消波護岸構造物の他の実施形態を図７〜図１１について説明する。

消波護岸構造物１０は、外洋側面に複数の透水孔１１，１１…を有する波浪導入室１２と、波浪導入室１２の両側部に配置され、波浪導入室と隔壁により隔てられた中空函状の遊水室１３，１３とを備え、隔壁には、波浪導入室１２内と遊水室１３内とを連通する連通孔１９が形成されている。

この消波護岸構造物１０は、うち寄せる通常波及び長周期波を消波して波浪導入室１２の外洋側面部（前面部）における水位変動を抑制し、係留された船舶等の動揺を抑えることができるようになっている。

また、この消波護岸構造物１０には、波浪導入室１２及び遊水室１３に亘って所定の強度を有する上部工１４が施工されている。

尚、波浪導入室１２の奥行き方向の長さ、即ち護岸幅は、通常波の消波を想定した長さでよく、例えば、周期が１００秒程度の長周期波の消波を想定した場合であっても、その長さは約５０ｍでよい。また、護岸天端高は越波を防止出来る程度の高さとなっている。

波浪導入室１２は、中空函状に形成され、その外洋側面（前面）には、スリット状の透水孔１１，１１…が並列配置に形成されている。

また、波浪導入室１２の内部には、透水層１５及び消波層１６が、透水層１５の上に消波層１６が積層された状態で備えられている。

透水層１５は、波浪導入室内底部に砂又は粒径が１０ｍｍ以下のれきを敷き詰めることによって、高さが水深の６０〜８０％となる透水性を有する層状に形成され、その前部は、外洋側に下って１：５程度の勾配で傾斜している。

この透水層１５は、隔壁に形成された連通孔１９に通した連通管１７，１７…を介して波浪導入室１２の両側に配置された遊水室１３，１３の内部と接続されており、遊水室１３内の水は、波浪導入室１２の水位変動に伴い、透水層１５及び連通管１７を通して波浪導入室１２との間で出入りするようになっている。

尚、連通管１７は、外周に複数の透孔が形成されており、この透孔を通して連通管１７と透水層１５との間で水が出入りするようになっている。

また、透水層１５では、砂又は粒径が１０ｍｍ以下のれきが抵抗となって、水がゆっくりと浸透し、波浪導入室１２と遊水室１３との間の水の出入りが制御されるようになっている。

遊水室１３には、透水層１５を通して水（海水）が流入し、定常状態では、波浪導入室１２の水位と遊水室１３内の水位とが同じになる。

消波層１６は、透水層１５上に径が５０ｍｍ〜５００ｍｍ程度のれき材１８，１８…を積み重ねることにより層状に形成され、各れき材１８，１８間には、隙間が形成されている。

この消波護岸構造物１０にうち寄せる通常波は、波浪導入室１２の外洋側面に形成されたスリット状の透水孔１１，１１…を通過する際にエネルギーが失われるとともに、波浪導入室１２の消波層１６に形成された隙間を通過することで水の持つ粘性抵抗によって波の持つエネルギーが失われ、効果的に消波されるようになっている。

一方、長周期波は、消波護岸構造物１０にうち寄せると、透水孔１１及び消波層１６を通過することによってそのエネルギーが失われる。

しかし、波浪導入室１２の奥行き方向の長さ（護岸幅）が十分ではないため、長周期波は十分に消波されず、波浪導入室１２に進入する。

このとき、波浪導入室１２内の平均水位と遊水室内水位とで水頭差が生じ、連通管１７を介して波浪導入室１２と遊水室１３との間で定常状態となるように波浪導入室１２の水位と遊水室１３内の水位とが同じくなるような方向に水が出入りする。

即ち、図１０（ａ）に示す如く長周期波ｗが波浪導入室１２で山である場合、波浪導入室１２内の平均水位は、遊水室１３内の水位より高くなるため、透水層１５及び連通管１７を通して波浪導入室１２から遊水室１３へ水が流入する。一方、図１０（ｂ）に示す如く波浪導入室１２内で長周期波ｗが谷となる場合、波浪導入室１２内の平均水位が遊水室１３内の水位より低くなり、透水層１５及び連通管１７を通して遊水室１３より波浪導入室１２へ水が流入するようになっている。

このことによって、波浪導入室内の水位変動が抑制され、長周期波の波高を低減させ消波するようになっており、その長周期波に対する消波効果は、従来の消波護岸構造物と比較して、図１１に示すように優れたものとなっている。

また、上述の実施例では、透水層が砂又は粒径が１０ｍｍ以下のれきを積層させて形成された例について説明したが、砂及び粒径１０ｍｍ以下のれきを両方用いて透水層を形成してもよく、その他の細粒状の部材を積層させて形成してもよく、その他の部材により透水性を有する層状に形成してもよい。

尚、上述の実施例では、消波材に径が５０ｍｍ〜５００ｍｍ程度のれき材を用いた例について説明したが、消波材はその他コンクリートブロック等により形成してもよい。

本発明に係る消波護岸構造物の概略を示す斜視図である。 同上の部分破断斜視図である。 同上の縦断面図である。 図１に示す消波護岸構造物の消波性能に関する実験に使用する実験水槽模型の概略を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は同上の実験に使用する消波護岸構造物のモデルを示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図５に示す各モデル（ａ）〜（ｃ）に対する実験結果を示すグラフである。 本発明に係る消波護岸構造物の他の実施例の概略を示す斜視図である。 同上の部分破断斜視図である。 同上の縦断面図である。 波浪導入室と遊水室との間の水の出入り状態を説明するための断面図である。 図７に示す消波護岸構造物と従来技術における消波効果について比較したグラフである。 従来の消波護岸構造物の一例を示す断面図である。 同上の他の消波護岸構造物の一例を示す断面図である。

符号の説明

ｗ 長周期波
２０ 消波護岸構造物
２１ 透水孔
２２ 波浪導入室
２３ 隔壁
２４ 遊水室
２５ 上部工
２６ れき材
２７ 消波層
２８ 連通孔
３０、３１、３２ 消波護岸構造物（モデル）
３３ 透水孔
３４ 波浪導入室
３５ 消波層
３６ 連通孔
３７ 遊水室
１０ 消波護岸構造物
１１ 透水孔
１２ 波浪導入室
１３ 遊水室
１４ 上部工
１５ 透水層
１６ 消波層
１７ 連通管
１８ れき材
１９ 連通孔

Claims (4)

1. 隔壁を隔てて互いに対をなす波浪導入室と遊水室とを有し、１つの波浪導入室に対して１つの遊水室との間でのみ水が出入りできるように前記隔壁に連通孔を備えるとともに前記波浪導入室の外洋側面に複数の透水孔を備え、
   前記遊水室は中空函状となすとともに前記波浪導入室内には径が５０ｍｍ〜５００ｍｍ程度のれきからなる消波材を積み重ねた消波層を備え、
   前記波浪導入室内へその外洋側面の透水孔からの水の出入りによる該波浪導入室内の水位変動に伴って、前記波浪導入室と前記遊水室との間で水が出入りし、前記波浪導入室の外洋側面部における長周期波による水位変動を抑制するようにしたことを特徴としてなる消波護岸構造物。
2. 遊水室は波浪導入室の陸側に設置され、該波浪導入室と遊水室の奥行き長さが４：１である請求項１に記載の消波護岸構造物。
3. 前記波浪導入室内底部に、前記隔壁に形成された連通孔に通した連通管を介して遊水室内と連通させ、前記波浪導入室の底部には前記遊水室との間の水の出入りを制御する砂及び／又は粒径が１０ｍｍ以下のれきを層状に積層させた透水層を備え、前記消波層は、該透水層上に積層されて設けられた請求項１又は２の何れかに記載の消波護岸構造物。
4. 前記遊水室は、波浪導入室の側部に配置された請求項３に記載の消波護岸構造物。