JP5405841B2

JP5405841B2 - 既存の重力式構造物の耐津波・高潮補強工法

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Publication number: JP5405841B2
Application number: JP2009013075A
Authority: JP
Inventors: 京一仲保; 善人山川; 幸文松岡; 俊二三木; 英幸新里; 雄一郎木村
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2029-01-23
Also published as: JP2010168824A

Description

本発明は、既存の防波堤、ケーソン等の重力式構造物の底面に作用する津波・高潮等の外力による揚圧力を軽減させることができる補強工法に関するものである。

既存の防波堤等は、通常、風波による外力に耐えることができるように設計されており、津波等によって港外側と港内側に水位差が発生するような状況を想定していない。よって、既存の防波堤等を津波防御施設としても利用する場合には、この水位差による影響が大きく、新たな補強が必要となることがある。

例えば、従来の直立ケーソン式防波堤は、図６に示すように、海底地盤１の上に構築された捨石マウンド２の上に、重力式構造物である防波堤３が設置されている（特許文献１）。

このような構成の重力式構造物においては、港外側から港内側に押し寄せる波（押波）や港内側から港外側に引く波（引波）等の外力は、防波堤３の港外側或いは港内側の壁面において遮断されることになる。

例えば港外側から押し寄せてきた波等によって、防波堤３の港外側壁面に外力が作用した場合には、港外側壁面に波圧Ｆ１が作用する。また、防波堤３の底面には防波堤３の前後面の水位差に見合う揚圧力Ｆ２（三角形分布）が作用する。

このため、防波堤３には、港外側から港内側に向かって滑動させようとする力と転倒させようとする力が作用する。なお、引波が作用した場合は、港内側壁面に前記波圧Ｆ１が作用することが相違するだけで、揚圧力Ｆ２の発生原理は同じである。

ところで、重力式構造物の安定性は、一般に、押波作用時の条件で決まる場合が多く、押波時に作用する力による滑動及び転倒に対する安定性を確保する必要がある。

しかしながら、図６に示したような既存の重力式構造物では、津波・高潮により港外側と港内側に水位差が発生すると、その水位差により構造物底面に揚圧力が作用して構造物底面における下向き力が減少し、所定の滑動安全率や転倒安全率を確保できなくなる場合がある。

従って、所定の滑動安全率や転倒安全率を確保できなくなる場合は、図７に示したように、防波堤３等の既存の重力式構造物の天端及び港外側側面にブロック４，５を補強して揚圧力相当以上の重量を追加する必要があるが、単に既存の構造物上にウエイトを搭載した場合、地耐力が不足することがある。その場合、所定の滑動安全率や転倒安全率、地盤支持力を満足するためには、構造物の底面幅の拡幅が必要になる。

しかしながら、既存の重力式構造物の重量増加と、底面幅の拡幅により補強する方法では、外力に対する低減効果はないばかりか、重力式構造物の底面面積が大きくなるので、揚圧力が大きくなるという問題がある。また、ブロックによる重量増加と捨石マウンドの増設（図７の２´）が必要でコストアップにつながるという問題もある。

特開２００１−２０７４２５号公報

本発明が解決しようとする問題点は、重力式構造物の天端及び港外側側面にブロックを補強する場合、港外側側面に補強するブロック分、重力式構造物の底面面積が大きくなるので、揚圧力が大きくなるという点である。さらに、ブロックによる重量増加と捨石マウンドの増設が必要でコストアップにつながるという点である。

本発明は、前記の補強工法にあった、揚圧力が大きくなるという点とブロックによる重量増加と捨石マウンドの増設が必要という点を解決するために、以下のような構成を採用した。

例えば本発明の既存の重力式構造物の耐津波・高潮補強工法は、
港湾底部の地盤上に構築した捨石マウンド上に設置された重力式構造物の耐津波・高潮補強工法であって、
前記捨石マウンドの港外側端部に近接する地盤上に根固めブロックを設置した後、
この根固めブロックを設置した側の前記捨石マウンドの斜面部分に間詰め材を敷設し、
その後、捨石マウンドの上面のうちの、重力式構造物が設置されていない港外側部、間詰め材及び根固めブロックの上部を覆うように遮水板を設けることを最も主要な特徴としている。

前記本発明では、捨石マウンドの港外側端部に設置した根固めブロック側の捨石マウンド斜面部分に間詰め材を敷設して遮水板で覆うので、捨石マウンド、間詰め材への海水の流入が低減し、重力式構造物の底面に作用する揚圧力を低減することができる。

前記本発明において、遮水板と根固めブロックとの間に隙間を設けておき、押波の作用時及び港外側と港内側の水圧が等しい時は、遮水板と根固めブロックとの間の隙間を塞ぎ、引波の作用時にのみ前記隙間を開く開閉部材を、遮水板の端部に設けた場合は、引波時は、捨石マウンド内部及び間詰め材内部に流入する海水は開閉部材部から港外側に流出するので、揚圧力が低減する。

本発明では、遮水板を設けることで、港外側の捨石マウンドへの海水の流入を低減させるので、既存の防波堤等の重力式構造物の重量増加を伴わないで、押波時の揚圧力を低減することができる。また、捨石マウンドの港外側に、例えば根固めブロック、間詰め材及び遮水板を設けるだけでよいため、施工も容易である。

本発明において、例えば遮水板と根固めブロック間に設けた隙間を開閉部材で塞ぎ、引波時にのみ開くようにした場合は、引波時、捨石マウンド内部及び間詰め材内部に流入する海水は開閉部材部から流出するので、押波時だけでなく引波時に発生する揚圧力も低減する。

本発明の耐津波・高潮補強工法の第１実施例の説明図で、（ａ）は押波作用時を側面から見た図、（ｂ）は引波作用時を側面から見た図である。本発明の耐津波・高潮補強工法を施工した箇所の詳細図である。本発明の耐津波・高潮補強工法の第２実施例の説明図で、（ａ）は押波作用時を側面から見た図、（ｂ）は引波作用時を側面から見た図である。押波作用時を側面から見た、本発明の耐津波・高潮補強工法の第３実施例の説明図である。押波作用時を側面から見た、本発明の耐津波・高潮補強工法の第４実施例の説明図である。従来の直立ケーソン式防波堤の側面図である。従来の耐津波・高潮補強工法の説明図である。

本発明では、揚圧力低減という目的を、捨石マウンドの港外側端部に近接する地盤上に設置した根固めブロック側の前記捨石マウンドの斜面部分に間詰め材を敷設した後、捨石マウンドの上面のうちの、重力式構造物が設置されていない港外側部、間詰め材及び根固めブロックの上部を覆うように遮水板を設けることで実現した。

以下、本発明の既存の重力式構造物の耐津波・高潮補強工法について図１〜図３を用いて説明する。

（第１の実施例：図１及び図２）
図１及び図２において、１１は港湾底部の地盤１２上に構築した捨石マウンド１３の上に載せ置かれた例えば防波堤であり、この防波堤１１の底面１１ａと捨石マウンド１３の上面１３ａは隙間なく接するようになされている。

このように設置された既存の防波堤１１に対して、本発明の耐津波・高潮補強工法は以下のように施工する。

先ず、捨石マウンド１３の港外側端部の地盤１２上に根固めブロック１４を沈めて設置する。次に、前記根固めブロック１４を設置した側の、捨石マウンド１３の斜面部分の上に間詰め材１５を沈めて敷設する。

そして、その後、捨石マウンド１３の上面のうちの、防波堤１１が載せ置かれていない港外側部、間詰め材１５及び根固めブロック１４の上部に遮水板１６を沈めて、これら捨石マウンド１３の港外側部、間詰め材１５及び根固めブロック１４の上部を覆うように設置する。

この施工に際し、根固めブロック１４同士の間、及び根固めブロック１４と遮水板１６の間にある隙間１７（図２参照）は小さいほど良い。しかしながら、防波堤１１の直下の隙間（捨石マウンド１３間の隙間、捨石マウンド１３と防波堤１１の間の隙間、及び捨石マウンド１３と地盤１２の間の隙間）より小さいという条件を満たせば、防波堤１１に作用する揚圧力を低減できる。但し、逆の場合は、揚圧力の低減効果はない。

上記補強を行えば、押波の作用時には、遮水板１６の上側には港外側水圧が、また、遮水板１６の下側は港内側水圧が作用することになって、この水圧差（港外側水位は港内側水位より高い）により、遮水板１６には下向きの力Ｆ３が作用することになる。

従って、押波の作用時、根固めブロック１４と遮水板１６によって、捨石マウンド１３、間詰め材１５への海水の流入が低減し、防波堤１１に作用する揚圧力を低減させることができる。

港外側の水圧と港内側の水圧との差がゼロで等しい場合（静水時など）、防波堤１１および遮水板１６は十分な水中重量を有しているので、遮水板１６の浮き上がりや、防波堤１１の転倒は生じない。

図１に示した例では、一端部を遮水板１６に、他端部を防波堤１１に取付けたタイロッド１８（またはチェーン）で、遮水板１６と防波堤１１を連結している。このタイロッド１８（またはチェーン）は鋼製で、十分な腐食代を持ったものを使用する。なお、既存の防波堤１１へのタイロッド１８（またはチェーン）の取付けは、例えば水中施工にて既設の防波堤１１にアンカーボルト（アイボルト）を取付けて、これとタイロッド１８（またはチェーン）を連結させることにより行う。

このようにした場合、押波の作用時には、遮水板１６に作用する下向き力Ｆ３がタイロッド１８（またはチェーン）を介して防波堤１１を支えることになる。すなわち、既存の防波堤１１で不足する水平方向の抵抗力を遮水板１６によって補うことになる。従って、港外側から押し寄せてくる波（外力）により防波堤１１が港外側から港内側へ水平移動するのを阻止することができる。

上記補強を行った防波堤１１の場合、引波の作用時において、港内側水圧が港外側水圧より低い場合は、その水圧差から、防波堤１１及び遮水板１６には下向きの力が働くことになり、防波堤１１に上向きの水圧が発生することはない。

しかしながら、港内側水圧が港外側水圧より高い場合、その水圧差から、防波堤１１の底面１１ａ及び遮水板１６の下側から上向きの水圧が作用することになり、防波堤１１の底面１１ａ及び遮水板１６に揚圧力Ｆ２が発生する。但し、実際は引波時の荷重は押波時の荷重に比較して十分小さいので、大きな揚圧力Ｆ２は発生しない。

上記本発明の補強工法によれば、既存の防波堤１１の重量増加を伴わず、押波作用時に発生する津波・高潮による防波堤１１の揚圧力Ｆ２を低減し、押波時に作用する力による防波堤１１の滑動及び転倒に対する安定性を確保することができる。

（第２の実施例：図３）
図３において、１９は遮水板１６と根固めブロック１４との間に設けた隙間であり、第２の実施例では、この隙間１９を設けるようにして遮水板１６を設置する。そして、遮水板１６の端部に開閉部材２０を設け、押波の作用時及び港外側と港内側の水圧が等しい時は、この開閉部材２０で前記隙間１９を塞ぎ、引波の作用時にのみ前記隙間１９を開くようにする。

この第２の実施例は、引波が作用した時に発生する揚圧力Ｆ２によって、防波堤１１の安定性に問題が生じる場合に適したもので、引波時に発生する揚圧力Ｆ２を抑制することができる。

すなわち、上記補強を行えば、引波の作用時には、図２（ｂ）のように、遮水板１６と根固めブロック１４との間の隙間１９を塞ぐ開閉部材２０を、捨石マウンド１３の内部及び間詰め材１５の内部を流れる港内側水圧によって開放することになる。従って、海水を港外側に流出させて防波堤１１に作用する揚圧力Ｆ２を低減させることができる。

一方、押波の作用時には、開閉部材２０は、押波によって遮水板１６と根固めブロック１４との間の隙間１９を閉鎖するように押し付けられるので、海水の流入を低減させて防波堤１１に作用する揚圧力Ｆ２を低減させることができる。

上記本発明の補強工法によれば、既存の防波堤１１の重量増加を伴わず、押波作用時のみならず引波作用時に発生する防波堤１１の揚圧力Ｆ２をも低減することができる。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば上記の実施例では、遮水板１６と防波堤１１をタイロッド１８で連結したものを示したが、遮水板１６と防波堤１１をタイロッド１８で連結しなくても良い。

また、上記の実施例では、間詰め材１５を設置しているが、遮水板１６が十分な剛性を有していれば、間詰め材１５は設置しなくても良い。

さらに、上記の実施例では、根固めブロック１４及び間詰め材１５によって遮水板１６を水平状態に維持している。しかしながら、津波・高潮により防波堤１１が水平移動しない位の重量を有している場合は、捨石マウンド１３の港外側部を防波堤１１直下の隙間より小さくなるよう遮水部材で覆うようにしても良い。遮水部材としては、図４に示す遮水板１６や遮水膜（図示せず）の他、図５に示す遮水板１６と遮水膜２１を組み合わせたもの等を採用すればよい。また、防波堤１１直下に比較して十分透水性の小さい、れきや砂の層で覆うようにしても良い。

１１防波堤
１２地盤
１３捨石マウンド
１４根固めブロック
１５間詰め材
１６遮水板
１８タイロッド
１９隙間
２０開閉部材

Claims

港湾底部の地盤上に構築した捨石マウンド上に設置された重力式構造物の耐津波・高潮補強工法であって、
前記捨石マウンドの港外側端部に近接する地盤上に根固めブロックを設置した後、
この根固めブロックの上部と、捨石マウンドの上面のうちの、重力式構造物が設置されていない港外側部を覆うように遮水板を設けることを特徴とする既存の重力式構造物の耐津波・高潮補強工法。
前記根固めブロックの設置後、
この根固めブロックを設置した側の前記捨石マウンドの斜面部分に間詰め材を敷設し、
その後、捨石マウンドの港外側部、間詰め材及び根固めブロックの上部に遮水板を設けることを特徴とする請求項１に記載の既存の重力式構造物の耐津波・高潮補強工法。
前記遮水板と前記根固めブロックとの間に隙間を設けておき、
押波の作用時及び港外側と港内側の水圧が等しい時は前記隙間を塞ぎ、引波の作用時にのみ前記隙間を開く開閉部材を、前記遮水板の端部に設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の既存の重力式構造物の耐津波・高潮補強工法。
港湾底部の地盤上に構築した捨石マウンド上に設置された重力式構造物の耐津波・高潮補強工法であって、
前記捨石マウンドの港外側部に近接する地盤上に設置した根固めブロック同士の間の隙間、この根固めブロックの上部と、捨石マウンドの上面のうちの、重力式構造物が設置されていない港外側部を覆うように設けられた遮水板の間の隙間が、重力式構造物直下の捨石マウンド間の隙間、捨石マウンドと重力式構造物の間の隙間、捨石マウンドと地盤の間の隙間より小さくなるよう、前記港外側部に、遮水部材或いは重力式構造物直下より透水性の小さい部材を設けることを特徴とする既存の重力式構造物の耐津波・高潮補強工法。
前記遮水板を重力式構造物に連結することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の既存の重力式構造物の耐津波・高潮補強工法。