JP4775736B2

JP4775736B2 - 長周期波低減対策構造物

Info

Publication number: JP4775736B2
Application number: JP2006119206A
Authority: JP
Inventors: 香織大島; 陽一森屋
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2006-04-24
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2026-04-24
Also published as: JP2007291677A

Description

本発明は、主に船舶の荷役作業等が行われる岸壁、堤防等を構成する長周期波低減対策構造物に関する。

従来、堤防や海岸等に設置される波高低減構造物には、構造物の前部（海側）に消波ブロックを積み上げて消波工を設けたもの（例えば、特許文献１を参照）や、所謂スリットケーソンからなるもの（例えば、特許文献２を参照）が知られている。

消波工による消波は、構造物の前部に消波ブロックを積み重ねて消波工を形成し、この消波工を波が通過することによりエネルギー損失が生じ、それにより消波するようになっている。

一方、スリットケーソンからなる波高低減構造物は、複数の縦向きスリット状の透水孔が形成された遮壁と、遮壁の後方に十分な空間からなる遊水部とを有し、波が透水孔を通過する際に波動のエネルギーに損失が生じ、それにより消波するようになっている。

このとき、遮壁を通過する際の流速が速いほど波動エネルギーの減衰が大きく、入射波が反射波と重なり合って遊水部の奥で腹となる重複波が形成され、該重複波の水平速度が最大となる節部の位置、即ち遮壁と遊水部の奥との間の距離が重複波の１／４波長となる位置に遮壁を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。

海側から打ち寄せる波には、通常の波と共に長周期波という周期が数十秒〜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多重反射し、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。

特に、大型の船舶（数万〜数十万ＤＷＴ）を破断強度の大きな合成繊維からなる係留索を用いて係留した場合、その係留系の固有振動数が数十秒〜数分となり、その係留系と長周期波の周期帯が一致するため、係留系と共振を起こし船体を大きく動揺させる。

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、上述の如き従来の波高低減構造物において、長周期波に対して十分な消波効果を得るためには、波高低減構造物を遊水部又は消波工の奥行が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。

一方、このような長周期波に対応するものとして、図８、図９に示す如き長周期波低減対策構造物も開発されている（特許文献３）。

図８に示す長周期波低減対策構造物は、海側及び陸側にそれぞれスリット状の透水孔が形成された遮壁１，２を配した所謂両面スリットケーソン３を備え、そのスリットケーソン３の奥側に裏込材として大型の雑石を積層させた雑石層４を設けた構造となっている。

また、図９に示す長周期波低減対策構造物は、海側にスリット状の開口５ａを有する透水部５と、その奥側（陸側）に隔壁６を隔てて配置された遊水部７と、透水部５内に積み上げられた砕石等からなる消波材層８とを備え、透水部５内の水位変動に伴って、隔壁６に形成された透水孔６ａを通して透水部５と遊水部７との間で水が出入りし、透水部５の海側部における水位変動を抑制するようにしたものである。
特開２０００−２０４５２８号公報特開２００２−１４６７４６号公報特開２００５−４２５２８号公報

しかし、図８及び図９に示す従来の長周期波低減対策構造物では、長周期波対策として有効なものではあるが、図８に示す構造物の場合、十分な消波効果を得るためには、透水部５に５０ｍ、遊水部７に１０〜１５ｍ程度の幅（奥行）が必要であり、また、図９に示す構造物においても、十分な消波効果を得るためには、その雑石層４に約５０ｍの幅（奥行）が必要であった。

そこで本発明は、上述の従来技術の問題を鑑み、小規模であっても長周期波を好適に消波することができる長周期波低減対策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、港湾内の船舶接岸岸壁や堤防、護岸等の海洋構造物の港湾内側面に前面壁を有し、該前面壁に縦向きの通水口を開口させ、該通水口の奥側にこれと連通させた遊水部を備えてなる長周期波低減対策構造物において、前記遊水部は、その前面壁側の長さが１０〜４０ｍ、内部の奥行が１５〜３５ｍであり、１の前記遊水部に対しその前面壁に１つの前記通水口を有し、該通水口は縦向きの細長スリット状をなし、そのスリット幅が０．５〜２．０ｍであることにある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記前面壁を、前記遊水部と前記海洋構造物の海側とを仕切る隔壁体をもって構成させたことにある。

本発明に係る長周期波低減対策構造物は、港湾内の船舶接岸岸壁や堤防、護岸等の海洋構造物の港湾内側面に前面壁を有し、該前面壁に縦向きの通水口を開口させ、該通水口の奥側にこれと連通させた遊水部を備えてなる長周期波低減対策構造物において、前記遊水部は、その内部の奥行が１５〜３５ｍであり、１の前記遊水部に対しその前面壁に１つの前記通水口を有し、該通水口は縦向きの細長スリット状をなし、そのスリット幅が０．５〜２．０ｍであることにより、通水口から遊水部へ水が流入する際のエネルギー損失効果がより増大し、また、スリット幅が小さいため、構造物前面と遊水部内で水位差が生じ、水位調整機能により長周期波のエネルギーを低減させ、小規模であっても、長周期波を好適に消波することができ、海洋構造物の前面壁における長周期波動を好適に抑制し、船舶への荷役作業等を好適に行うことができ、また、構造が簡単で、規模も小さくすることができるので既存の港湾にも対応させることができる。

また、本発明では、遊水部の前記前面壁側の長さが１０〜４０ｍであることにより、長周期波域に対する効果的な消波効果が得られる。

更に、本発明では、前記前面壁を、前記遊水部と前記海洋構造物の海側とを仕切る隔壁体をもって構成させたことにより、既存の岸壁の等の構造物の前方に遊水部分の間隔を開けて隔壁を構築するのみで簡単に効果的な長周期波低減対策構造物を構築できる。

次に、本発明に係る長周期波低減対策構造物の実施形態を図に基づいて説明する。

この長周期波低減対策構造物１０は、船舶の荷役作業が行われる岸壁や防波堤等の海洋構造物を構成するようになっており、図１、図２に示すように、長周期波が押寄せる海洋構造物の海側面即ち前面壁１１に縦向き細長のスリット状をした通水口１２を有し、その背部には通水口１２に連通させた遊水部１３を有している。また、前面壁１１が海側と遊水部１３とを隔てる隔壁となっている。

この長周期波低減対策構造物１０は、１つの通水口１２に対応する１つの遊水部１３を一単位として構成され、船舶が接岸する岸壁や防波堤などの長さに応じ、仕切り壁１４，１４......を介して多数連続させて構築する。

また遊水部１３の陸側には背部壁体１５が、又底面には底版１６一体に形成され、上部は天版１７によって覆われている。

通水口１２は、底版１６の表面高さ位置から、通常の長周期波の最高波高高さより高い位置に到る長さに形成され、通水口１２から遊水部１３内に長周期波が出入りする際に、遊水部１３内の空気が充分に出入りできる高さに達するように開口されている。また必要に応じて天版１７に空気が流通できる通気孔を設ける。

尚、図には示してないが、1つの遊水部１３を平面が方形状をした1つのコンクリート製函体をもって構成させ、その函体を並べて設置することにより長周期波低減対策構造物を構成しても良い。

このような長周期波低減対策構造物は、遊水部１３における前面壁１１の水平長さａ（図２に示す）は、施工上及び前述した周期波域に対する効果的な消波効果の問題及びから１０〜４０ｍ程度が適切であり、該遊水部１３の内部の奥行ｂは、波高低減効果上から１５〜３５ｍとすることが好ましい。

また通水口１２のスリット幅ｃは、０．５〜２．０ｍが好ましい。スリット幅ｃは細い方がその内部を通過する波のエネルギー消費率が大きいが、製作上の問題から最小幅が０．５ｍ程度が好ましく、また２．０ｍ以上とすると良好な波高低減効果が得られない。

また、本発明が適用される海洋構造物は、船舶の荷役作業が行われる岸壁や防波堤に限定されず、どのような海洋構造物であってもよく、設置場所によっては必ずしも天版１７は必要ではない。

次に、本発明に係る長周期波低減対策構造物の性能実験について説明する。

１．実験装置

図３に示すように、長さ５０ｍ、幅０．６ｍ、高さ１．２ｍの２次元断面水槽を使用し、模型縮尺を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。尚、図中符号２０ａ〜２０ｈは波高計、２１は流速計である。

表１

２．実験条件

（１）入射波

入射波として表２に示す４のケースについて試験を行う。

表２

（２）実験モデル

図４示すモデルについて、前面壁１１の長さａ（構造物長）、構造物内の奥行ｂ及び通水口１３のスリット幅ｃ（開口幅）を表３の如く組み合わせたモデルを使用する。

表３

（３）実験方法

上述の各長周期波低減対策構造物モデルに表１に示す入射波を与え、それぞれ場合における図３に示した波高計２０ｄ〜２０ｆを用いて構造物前面の水位を計測するとともに、通水口１３近傍の流速を、流速計２１を用いて測定する。

３．実験結果

波高５０ｃｍ及び波高２５ｃｍについて、構造物内の奥行ｂに対する反射率は図５及び図６に示すグラフの如くであり、スリット幅と反射率の関係は図７に示すグラフの如くであった。尚、図４〜図７に示す数値は全て現地スケールとする。

この結果から構造物内の奥行が大きくなると反射率は少なくなり、周期６０ｓの長周期波では構造物内の奥行１５ｍ以上で反射率が０．８以下となり、構造物内の奥行２０ｍ以上では反射率が０．７程度となり、長周期波に対する消波性能が確認できた。

また、スリット幅と反射率との関係より、通水口１３のスリット幅が小さい程通水口１３における流速が大きくなり、反射率が低下することが明らかとなった。

この結果から、本発明では構造物内の奥行が１５〜３５ｍ程度の小型構造物で反射率が０．７〜０．８程度の消波性能有する長周期波低減対策構造物が得られ、これを港内に設置することで、港内で増幅する長周期波を低減することが可能となる。また、比較的小型の構造物であるため、新規に構築する岸壁や防波堤だけではなく、既存の港湾の改造にも対応が可能である。

本発明に係る長周期波低減対策構造物の一例を示す部分破断斜視図である。同上の長周期波低減対策構造物の横断面図である。長周期波低減対策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。同上の実験に使用する長周期波低減対策構造物のモデルを示す横断面図である。同上の実験における周期６０ｓ、波高５０ｃｍの波に対する反射率の関係を示すグラフである。同上の実験における周期６０ｓ、波高２５ｃｍの波に対する反射率の関係を示すグラフである。同上の実験における周期６０ｓ、波高２５ｃｍの波に対するスリット幅と反射率の関係を示すグラフである。従来の長周期波低減対策構造物の一例を示す縦断面図である。同上の他の一例を示す縦断面図である。

１０長周期波低減対策構造物

１１前面壁

１２通水口

１３遊水部

１４仕切り壁

１５背部壁体

１６底版

１７天版

２０ａ〜２０ｈ波高計

２１流速計

ａ前面壁の長さ

ｂ構造物内の奥行

ｃ通水口のスリット幅

Claims

港湾内の船舶接岸岸壁や堤防、護岸等の海洋構造物の港湾内側面に前面壁を有し、該前面壁に縦向きの通水口を開口させ、該通水口の奥側にこれと連通させた遊水部を備えてなる長周期波低減対策構造物において、
前記遊水部は、その前面壁側の長さが１０〜４０ｍ、内部の奥行が１５〜３５ｍであり、１の前記遊水部に対しその前面壁に１つの前記通水口を有し、該通水口は縦向きの細長スリット状をなし、そのスリット幅が０．５〜２．０ｍであることを特徴としてなる長周期波低減対策構造物。
前記前面壁を、前記遊水部と前記海洋構造物の海側とを仕切る隔壁体をもって構成させてなる請求項１に記載の長周期波低減対策構造物。