JP5413723B2

JP5413723B2 - 防波堤

Info

Publication number: JP5413723B2
Application number: JP2009206093A
Authority: JP
Inventors: 賢二谷野; 利信柳沼; 正春成田; 和夫時川
Original assignee: Toyo Construction Co Ltd; Tokai University Educational Systems
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd; Tokai University Educational Systems
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2029-09-07
Also published as: JP2011058178A

Description

本発明は、特に、港湾や漁港等を外海との間で仕切るように配置され、港内外での海水循環を可能とする海水交換型の防波堤に関するものである。

一般的に、港湾や漁港等を外海との間で仕切る防波堤としては、コンクリート製の函体を用い、該函体内に砂を詰め上面に蓋をして上部工及びパラペットを配置したケーソン式防波堤、ブロック塊を積み外海側の面に消波ブロックを積み上げたブロック式防波堤及びセルラーブロックを積み上げ内部に砂を詰めて上面に蓋をして上部工を配置した防波堤等が使用されてきた。

しかしながら、上述したような防波堤では、港外からの波浪は、防波堤の港外側に面する壁部により大きな反射波として港外に向かって伝播され、一方、港内からの航跡波や吹送波（風波）についても防波堤の港内側に面する壁部により反射し、その反射波が港内の船舶や浮体に悪い影響を及ぼすことになる。
そのため、防波堤の港外側及び港内側に消波ブロックを積み上げることで、反射波を低減させるようにしているが、消波ブロックが海底面まで勾配を付けながら積み上げられるため、防波堤付近への漁船の接近が困難となり好ましくない。
しかも、上述したような防波堤では、港内と港外とが完全に遮断されているため、港内奥の海底域にある有機浮泥や細粒泥土などが沈殿、堆積し、港内で腐敗、発酵して水環境が悪化する現象を招く。

そこで、上述した問題を解決すべく提案された特許文献１には、堤中に貫通孔を有するブロックが少なくとも１層積み上げられて構成される海水交換型防波堤が開示されている。

特開平０９−１６５７２７号公報

しかしながら、特許文献１の発明では、堤中に貫通孔を有するブロックの上に、被覆石や消波ブロックが港外側及び港内側に海底面付近まで勾配を付けながら積み上げられているため、上述したように、防波堤付近への漁船の接近が困難となり好ましくない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、波浪エネルギーを減衰させると共に、港内外での海水循環を可能とし、防波堤付近への漁船の接近を可能とする防波堤を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明は、海底に造成したマウンド上に、上面及び側面に開口部を有する中空消波型被覆ブロックを、波浪方向と、該波浪方向に対して直交する方向とに夫々複数列敷設し、且つ海面上まで複数積み上げて構成して、前記各中空消波型被覆ブロック内には、開口部有り消波板または開口部無し消波板のいずれか一方が、波浪に対向する向きで配置され、前記各中空消波型被覆ブロック内には、沖側から最も離れた位置に複数積層された各中空消波型被覆ブロックのうち、最も海底に近い各中空消波型被覆ブロックを除く各中空消波型被覆ブロック内だけに前記開口部無し消波板が配置されることを特徴とするものである。
請求項１の発明では、港外から防波堤に到達した波浪は、各中空消波型被覆ブロック内に流動し、各中空消波型被覆ブロック内での渦及び乱流により波浪エネルギーが減衰され、港外への反射波及び港内への波浪の伝播が抑えられる。しかも、港外から港内への波浪エネルギーの伝播は抑制されるものの、港外から多量の海水が港内へ流入するために、港内に浮遊する有機浮泥や細粒泥土などが、海水交換により除去され、港内の水質が向上される。しかも、本防波堤では、消波ブロックを勾配を付けながら海底面付近まで積み上げていないので、防波堤付近への漁船の接近が可能となる。
また、各中空消波型被覆ブロック内には、開口部有り消波板または開口部無し消波板のいずれか一方が、波浪に対向する向きで配置されており、具体的には、沖側から最も離れた位置に複数積層された各中空消波型被覆ブロックのうち、最も海底に近い各中空消波型被覆ブロックを除く各中空消波型被覆ブロック内だけに開口部無し消波板が配置されているので、港外からの波浪に対する、港外への反射波及び港内への波浪の伝播をより一層抑制することができる。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明において、前記各中空消波型被覆ブロックの下面には複数の脚部が突設されると共に、各中空消波型被覆ブロックの上面には前記各脚部が嵌合する凹部が形成されることを特徴とするものである。
請求項２の発明では、港外から波浪が衝突した際、上方に積み上げられた各中空消波型被覆ブロックが揺動することで、各中空消波型被覆ブロックの安定性が維持される。

請求項３に記載した発明は、請求項２に記載した発明において、波浪の衝撃による前記各中空消波型被覆ブロックの揺動を復元させるために、前記各脚部と前記凹部とは、鉛直面に対して傾斜するテーパ面で接触して嵌合することを特徴とするものである。
請求項３の発明では、港外からの波浪の衝撃により、上方に積み上げられた各中空消波型被覆ブロックが大きく揺動した場合でも容易に復元される。

本発明の防波堤によれば、波浪エネルギーを減衰させると共に、港内外での海水循環を可能にし、防波堤付近への漁船の接近を可能にする。

図１は、本発明の実施の形態に係る防波堤を示す図である。図２は、図１の防波堤に採用される中空消波型被覆ブロックの斜視図である。図３は、（ａ）が中空消波型被覆ブロックの平面図であり、（ｂ）が側面図であり、（ｃ）が正面図である。図４は、（ａ）が開口部有り消波板の斜視図であり、（ｂ）が開口部無し消波板の斜視図である。図５は、図１の防波堤における、開口率と無次元輸送流量との関係図を示している。図６は、本実施形態に係る防波堤を使用した海水交換率を算出するための想定漁港を示す模式図である。図７は、開口部有り消波板の他の実施形態を示す斜視図である。図８は、図７の開口部有り消波板をブロック本体に装着した状態を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図１〜図８に基いて詳細に説明する。
本発明の実施の形態に係る防波堤１が形成される海底の所定位置には、図１に示すように、基礎マウンド２が海底に石を投棄することにより造成される。該基礎マウンド２は、後述する中空消波型被覆ブロック３を安定的に複数敷設できるように、その天端が平坦に均される。また、基礎マウンド２の平坦面４から港外側及び港内側には、平坦面４から離れるに従って下方傾斜する傾斜面５、５がそれぞれ形成される。
この基礎マウンド２の平坦面４に底板６が敷設される。底板６の周りには、根固めブロック７が複数敷設される。また、基礎マウンド２に設けた、港外に向かって下方傾斜する傾斜面５には被覆ブロック８が複数敷設される。なお、底板６の上面には、後述する中空消波型被覆ブロック３の下面の４隅に設けた脚部２０が嵌合する凹部９が、底板６上に敷設される中空消波型被覆ブロック３の数量に対応して形成される。該凹部９は、中空消波型被覆ブロック３の下面に設けた脚部２０に対応した形状で形成される。

そして、本発明の実施の形態に係る防波堤１は、上述した基礎マウンド２上の底板６の上面に、中空消波型被覆ブロック３が波浪方向と、該波浪方向に直交する方向に夫々複数列敷設され、且つ海面上まで複数積み上げられて構成される。

中空消波型被覆ブロック３は、図２及び図３に示すように、一対の側板部１４ａに縦長開口部１１を２箇所、また一対の側板部１４ｂに横長開口部１０を１箇所それぞれ設けると共に、上面に全面開放の開口部１２を設けた有底のブロック本体１３と、該ブロック本体１３内に、該ブロック本体１３の、縦長開口部１１が形成された側板部１４ａと同じ向きに備えられた矩形板状の開口部有り消波板１５（図４（ａ）に示す）または開口部無し消波板１６（図４（ｂ）に示す）とからなる。

開口部有り消波板１５及び開口部無し消波板１６は、図４に示すように、コンクリート製からなり矩形状に形成される。また、開口部有り消波板１５及び開口部無し消波板１６は、これらをブロック本体１３内に一体的に装着した際、ブロック本体１３の上面より突出する高さで形成される。その突出量は、後述する突起板部材２３の高さと略同じである。また、開口部有り消波板１５には、図４（ａ）に示すように、略中央部に矩形の開口部１５ａが形成される。

ブロック本体１３は、図２及び図３に示すように、中空の有底直方体からなり、コンクリートにて後述するように一体成形される。ブロック本体１３の下面の４隅には脚部２０が形成されている。これらの脚部２０は、互いに対向する面がハの字を描くように、鉛直面に対して傾斜したテーパ面２１ａがそれぞれ形成され、結果的に、１個の脚部２０に対して２つのテーパ面２１ａが形成されることになる。このブロック本体１３の対向する側板部１４ｂには、その中央部に矩形の横長開口部１０が一箇所形成され、その他の対向する側板部１４ａには、前記横長開口部１０よりも面積の小さい矩形の縦長開口部１１が二箇所形成される。
そして、ブロック本体１３内には、横長開口部１０が形成される各側板部１４ｂの内面の幅方向略中央に、縦長開口部１１が２箇所形成される各側板部１４ａと同方向に延びる開口部有り消波板１５または開口部無し消波板１６が一体的に装着される。なお、図３では、ブロック本体１３内に開口部有り消波板１５が一体的に装着される。

そこで、開口部有り消波板１５または開口部無し消波板１６は、ブロック本体１３をコンクリートにて一体成形する際に一体的に装着される。その成形手順を簡単に説明（図示略）する。まず、各脚部２０を成形すべく４隅に下方突部を有する底型枠を設置し、該底型枠上にブロック本体１３の形状に即して組まれた鉄筋を設置する。その後、鉄筋の外側に外型枠を設置すると共に、鉄筋の内部に既成のコンクリート製からなる開口部有り消波板１５または開口部無し消波板１６を設置して、鉄筋の一部を開口部有り消波板１５または開口部無し消波板１６の側面に連結部材を介して挿入する。この時、開口部有り消波板１５または開口部無し消波板１６の下面から延びる複数の鉄筋の先端が底型枠の上面に近接する位置に達する。その後、鉄筋の内部に内型枠を設置して、外型枠と内型枠との間にコンクリートを打設して養生した後、底型枠、外型枠及び内型枠を脱型して、開口部有り消波板１５または開口部無し消波板１６が内部に装着されたブロック本体１３が完成される。
なお、ブロック本体１３に横長開口部１０が形成された各側板部１４ｂの内面の幅方向略中央に縦溝を形成して、該一対の側板部１４ｂに設けた縦溝に、モルタル、アスファルト等の接着材を介して差込み式で矩形板状の開口部有り消波板１５または開口部無し消波板１６を装着してもよい。

さらに、ブロック本体１３の各側板部１４ａ、１４ｂの上面には、突起板部材２３、２３がブロック本体１３と共にそれぞれ一体成形される。なお、各突起板部材２３は、上述したように、ブロック本体１３を、内部に開口部有り消波板１５または開口部無し消波板１６を設置した上でコンクリートにて一体成形する際に簡易的な型枠を使用することでブロック本体１３と一体成形される。
各突起板部材２３、２３は、ブロック本体１３の各側板部１４ａ、１４ｂの厚みと同じ厚みを有し、ブロック本体１３の下面に設けた各脚部２０の高さと同じ高さを有するものである。また、これら突起板部材２３、２３は、ブロック本体１３の各側板部１４ａ、１４ｂの長さよりも若干短く形成され、その両端面は、ハの字を描くように鉛直面に対して傾斜するテーパ面２１ｂ（脚部２０に設けたテーパ面２１ａの傾斜角度と略同一）が形成される。その結果、ブロック本体１３の上面の４隅には、ブロック本体１３の下面に設けた脚部２０が、互いのテーパ面２１ａ、２１ｂが接触して嵌合する凹部２５が形成される。

そして、本発明の実施の形態に係る防波堤１を形成する際には、図１に示すように、上述した中空消波型被覆ブロック３を、基礎マウンド２上の底板６の上面に、各ブロック本体１３の、縦長開口部１１が２箇所形成された側の一対の側板部１４ａが波浪と対向するように配置し、波浪方向に複数列（本実施の形態では３列）及び該波浪方向と直交する方向に複数列（図示はされてはいないが本実施の形態では５列）敷設する。この時、各中空消波型被覆ブロック３の下面の４隅に設けた各脚部２０を、底板６に設けた各凹部９に嵌合させて位置決めする。
さらに、中空消波型被覆ブロック３を、上方に複数段（本実施の形態では４段）積層して、図１に示すように、最も上段の各中空消波型被覆ブロック３全体が海面から突出するように直方体の防波堤１を構成する。また、各中空消波型被覆ブロック３を積層する際には、上側の中空消波型被覆ブロック３の下面の４隅に設けた各脚部２０を、下側の中空消波型被覆ブロック３の上面の４隅に設けた各凹部２５に、互いのテーパ面２１ａ、２１ｂが接触するように嵌合して、順次積層していく。

そこで、図１に示すように、最も港内側に位置する各中空消波型被覆ブロック３のうち、最も下段に位置する各中空消波型被覆ブロック３を除く上３段の中空消波型被覆ブロック３内だけに開口部無し消波板１６が配置され、その他の各中空消波型被覆ブロック３内には開口部有り消波板１５が配置されている。本実施の形態では、上述したように、各中空消波型被覆ブロック３に備えた開口部有り消波板１５または開口部無し消波板１６は、ブロック本体１３内に、ブロック本体１３をコンクリートにて一体成形する際に一体的に装着される。なお、図７に示すように、開口部有り消波板１５または開口部無し消波板１６（図７では開口部有り消波板１５が図示されている）は、底板部２６を有する形状としてもよく、この場合には、図８に示すように、開口部有り消波板１５または開口部無し消波板１６の底板部２６をブロック本体１３内の底部に、現場打ちのコンクリート層２７により定着させて、ブロック本体１３と一体化させてもよい。

さらに、最も上段に位置する各中空消波型被覆ブロック３の上面開口部１２を塞ぐように上部工３０が配設される。この上部工３０の上面で港外側に、断面台形状のパラペット３１が配置される。なお、このパラぺット３１の鉛直面が、最も港外側に位置する各中空消波型被覆ブロック３（ブロック本体１３）の側板部１４ａ（縦長開口部１１が２箇所形成される）の外面と略一致する。

そこで、本発明の実施形態に係る防波堤１において、港内外の海水交換作用、港外への反射率及び港内への波浪の伝達率の観点から、最も港内側（港外から３列目）に４段積層される各中空消波型被覆ブロック３における、開口部有り消波板１５または開口部無し消波板１６の配置を検討した結果を以下に説明する。
なお、下記に説明する第１試験形態〜第４試験形態では、最も港内側に４段積層される各中空消波型被覆ブロック３以外で、港外から１列目及び２列目それぞれに４層積層される各中空消波型被覆ブロック３内には、開口部有り消波板１５が配置される。

まず、防波堤１の開口率（港内と港外とを連通率）の相違による海水交換作用について図５に基いて説明する。図５は、開口率と無次元輸送流量との関係図を示しており、縦軸に無次元輸送流量、横軸に周期（波高４ｍ）を示す。そこで、開口率とは、基礎マウンド２厚を含む防波堤１の海水中に配置される面積（以下面積Ａという）に対する、波浪に対向する部位に形成された開口部の総面積（港内と港外とを連通する開口部の総面積）の比率である。また、無次元輸送流量は、港外から到達した波水塊が防波堤１を介して港内に流入した流量、すなわち、海水交換流量を示すものである。なお、図５では、港外からの波水塊を１とした場合の無次元輸送流量（海水交換流量）の値を示す。

図５において、□印は、最も港内側（港外から３列目）に４段積層される各中空消波型被覆ブロック３（ブロック本体１３）のうち、上から１段目〜３段目の各中空消波型被覆ブロック３内に開口部無し消波板１６を配置し、上から４段目の各中空消波型被覆ブロック３内に開口部有り消波板１５を配置した第１試験形態（開口率３．５％：面積Ａに対する縦長開口部１１の１０個（ブロック本体１３の一方の側壁部１４ａに設けた２個の縦長開口部１１×５列）の総面積）によるものを示し、△印は、上から１段目、２段目及び４段目の各中空消波型被覆ブロック３内に開口部無し消波板１６を配置し、上から３段目の各中空消波型被覆ブロック３内に開口部有り消波板１５を配置した第２試験形態（開口率３．５％）によるものを示す。また、図５中の×印は、上から１段目、３段目及び４段目の各中空消波型被覆ブロック３内に開口部無し消波板１６を配置し、上から２段目の各中空消波型被覆ブロック３内に開口部有り消波板１５を配置した第３試験形態（開口率３．５％）によるものを示し、◇印は、上から１段目及び２段目の各中空消波型被覆ブロック３内に開口部無し消波板１６を配置し、上から３段目及び４段目の中空消波型被覆ブロック３内に開口部有り消波板１５を配置した第４試験形態（開口率７．０１％：面積Ａに対する縦長開口部１１の２０個の総面積）によるものを示す。

そして、第１〜第４試験形態の比較によると、無次元輸送流量（海水交換流量）は、波の周期の相違によって大きな差異はなく、海水交換作用の観点からは、第１試験形態（□印）である、上から１段目〜３段目の各中空消波型被覆ブロック３内に開口部無し消波板１６を配置し、上から４段目の各中空消波型被覆ブロック３内に開口部有り消波板１５を配置した試験形態が最適であることが解る。

また、波高４ｍ時の防波堤１からの反射波及び伝達率を前述の第１試験形態〜第４試験形態において比較した。
その結果、反射波については、第１試験形態〜第４試験形態において大きな差異はなくその値は０．５程度であった。また、伝達率についても、第１試験形態〜第４試験形態において大きな差異はなくその値は０．２程度であった。

上述した試験結果に基いて、本発明の実施形態に係る防波堤１では、海水交換作用、波浪の反射率及び伝達率の観点から、最も港内側（港外から３列目）に４段積層される各中空消波型被覆ブロック３のうち、上から１段目、２段目及び３段目の各中空消波型被覆ブロック３内に開口部無し消波板１６を配置し、上から４段目の各中空消波型被覆ブロック３内に開口部有り消波板１５を配置した形態を採用することが好ましい。

次に、想定漁港（図６に示すＬ１＝１００ｍ，Ｌ２＝１００ｍ，深さＨ＝５ｍ）に本実施の形態に係る防波堤１、すなわち、最も港内側に４段積層される各中空消波型被覆ブロック３のうち、上から１段目、２段目及び３段目の各中空消波型被覆ブロック３内に開口部無し消波板１６を配置し、上から４段目の各中空消波型被覆ブロック３内に開口部有り消波板１５を配置した上述した第１試験形態（無次元輸送流量が略１．５％（図５では０．０１５）見込める）に係る防波堤１を使用した場合の海水交換率を算出した結果を説明する。なお、図５に示す無次元輸送流量は、波高４ｍの場合を想定して算出したものであるが、他の試験結果に基いて波高２ｍの場合でも、上述の第１試験形態では、周期に関係なく無次元輸送流量が略１．５％になることを確認している。
図６の漁港内の水塊量は５００００ｍ^３であり、試験した中で波峰水塊量の最も小さい波浪として、Ｈ_１／３（波高）＝２ｍ，Ｔ（周期）＝６ｓｅｃ，Ｌ（波長）＝４７ｍの場合の海水交換量を算出した。その結果、縦長開口部１１が１０孔（開口率３．５％）、防波堤１の幅が略１５ｍ程度であると、１日当たりの海水交換量が５３７３ｍ^３となり、１日の当たりの海水交換率が１０．７％となる。
また、波浪条件をＨ_１／３（波高）＝４ｍ，Ｔ（周期）＝９ｓｅｃ，Ｌ（波長）＝８０ｍに設定すると、１日当たりの海水交換量が１２０４６ｍ^３となり、１日当たりの海水交換率が２４．１％となる。
なお、４段目に配列されるブロック本体１３の一方の側壁部１４ａの縦長開口部１１の数量や防波堤１の幅を適宜調整すれば、海水交換率をさらに増加させることが可能になる。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る防波堤１では、各側壁部１４ａ、１４ｂに横長開口部１０及び縦長開口部１１を設けると共に上面に全面開放の開口部１２を設けたブロック本体１３を備えた中空消波型被覆ブロック３を、波浪方向と、該波浪方向に対して直交する方向とに夫々複数列敷設し、且つ海面上まで複数積み上げて構成したので、各中空消波型被覆ブロック３の内部に乱流及び渦が発生して、これらの相互干渉作用により波浪エネルギーが大きく減衰される。しかも、本防波堤１により、港外から港内への波浪エネルギーの伝播は抑制されるものの、本防波堤１を介して港外から多量の海水が港内へ流入するために、港内外の海水循環が可能になり、港内の水質が向上される。

また、本発明の実施の形態に係る防波堤１では、港外から１列目及び２列目それぞれに４層積層される各中空消波型被覆ブロック３内に開口部有り消波板１５を配置して、最も港内側（港外から３列目）に４段積層される各中空消波型被覆ブロック３のうち、上から１段目、２段目及び３段目の各中空消波型被覆ブロック３のブロック本体１３内に開口部無し消波板１６を配置し、上から４段目の各中空消波型被覆ブロック３のブロック本体１３内に開口部有り消波板１５を配置しているので、港内外の海水循環がより一層促進される。

さらに、本発明の実施の形態に係る防波堤１では、各中空消波型被覆ブロック３の積層は、上側の中空消波型被覆ブロック３の下面に設けた各脚部２０と、下側の中空消波型被覆ブロック３の上面に設けた各凹部２５とが、互いのテーパ面２１ａ、２１ｂが接触して嵌合して構成されるため、港外からの波浪の衝撃により、各中空消波型被覆ブロック３が、鉛直面に対して多少傾斜（揺動）しても容易に復元され、安定性を維持することができる。

しかも、本発明の実施の形態に係る防波堤１は直方体で構成されるため、従来の、消波ブロックを海底面付近まで勾配を付けながら積み上げた防波堤に比して、防波堤付近への漁船の接近が可能になる。

１防波堤，２基礎マウンド，３中空消波型被覆ブロック，１０横長開口部，１１縦長開口部，１２開口部，１３ブロック本体，１５開口部有り消波板，１６開口部無し消波板，２０脚部，２１ａ、２１ｂテーパ面，２５凹部

Claims

海底に造成したマウンド上に、上面及び側面に開口部を有する中空消波型被覆ブロックを、波浪方向と、該波浪方向に対して直交する方向とに夫々複数列敷設し、且つ海面上まで複数積み上げて構成して、
前記各中空消波型被覆ブロック内には、開口部有り消波板または開口部無し消波板のいずれか一方が、波浪に対向する向きで配置され、
前記各中空消波型被覆ブロック内には、沖側から最も離れた位置に複数積層された各中空消波型被覆ブロックのうち、最も海底に近い各中空消波型被覆ブロックを除く各中空消波型被覆ブロック内だけに前記開口部無し消波板が配置されることを特徴とする防波堤。
前記各中空消波型被覆ブロックの下面には複数の脚部が突設されると共に、各中空消波型被覆ブロックの上面には前記各脚部が嵌合する凹部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の防波堤。
波浪の衝撃による前記各中空消波型被覆ブロックの揺動を復元させるために、前記各脚部と前記凹部とは、鉛直面に対して傾斜するテーパ面で接触して嵌合することを特徴とする請求項２に記載の防波堤。