JP5532367B2 - 防波堤の単位ユニットとその結合方法 - Google Patents

Description

本発明は、防波堤の単位ユニットとその結合方法に関し、より詳細には、内海側から伝達される波浪エネルギーを吸収または分散させるための防波堤を構成する単位ユニットの構成及び結合に関する。

防波堤は、外海から絶え間なく打ち寄せ続ける波浪が港湾施設内へ侵入するのを遮断することで、港内海水面の静穏を保ち、港湾内の各種施設または船舶が安全に停泊できるようにする港湾の施設である。

従来、防波堤が波浪エネルギーを吸収または分散させるため、海水が流動できる空間にホールを形成している。防波堤にホールを穿孔する方式は、一列配列または市松模様配置などの種々の方式があるが、波浪の進行方向を考慮していないので、防波堤では波浪エネルギーの一部のみを相殺し、残存エネルギーが内海側に伝達されるという問題がある。従って、台風などによる天候悪化の時は、波浪エネルギーを効果的に吸収・分散できなくなり、港湾内に伝達されてしまい、港湾施設及び停泊中の船舶が被害を受けるという問題がある。

従って、港湾施設の被害を防止するため、波浪の進行方向を考慮した上で、効果的に波浪エネルギーを吸収または分散させることができる防波堤の単位ユニットとその結合方法に関する開発が求められている。

本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたもので、本発明の目的は、波浪エネルギーを効果的に吸収・分散させるため、波浪の流動方向と経路を考慮した上で防波堤の単位ユニットを設計することで、港湾内へ波浪エネルギーが伝達されて施設及び停泊中の船舶が被害を受けることを防止することができる防波堤の単位ユニット及びその結合方法を提供することにある。

本発明の一実施形態に係る防波堤の単位ユニットは、波浪エネルギーを分散させるように形成される第１の構造体１１０；前記第１の構造体１１０から延びて結合される連結部１２０；前記連結部１２０の端部に結合される第２の構造体１３０の一部；を含むが、多数個の前記単位ユニット１００が互いに結合される場合、互いに異なる単位ユニット１００にそれぞれ備えられた第２の構造体１３０の一部が集まって互いに結合されることで第２の構造体１３０が形成されることを特徴とする。

本発明の他の実施形態に係る防波堤の単位ユニットは、前記第１の構造体１１０の表面は、曲面形状に形成されることを特徴とする。

本発明の他の実施形態に係る防波堤の単位ユニットは、前記第１の構造体１１０は、球形形状であることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る防波堤の単位ユニットは、前記第１の構造体１１０は、上段と下段とに分離可能であり、突起１１１と溝１１２が設けられ、嵌め込み結合によって上段と下段とが結合されることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る防波堤の単位ユニットは、前記第２の構造体１３０の一部には、突起１３１または溝１３２のうちから選択されるいずれか１つが備えられ、嵌め込み結合によって前記第２の構造体１３０に結合されることを特徴とする。

本発明の他の実施形態に係る防波堤の単位ユニットは、前記連結部１２０が、前記単位ユニット１００ごとに８ずつ備えられるが、前記第１の構造体１１０に衝突した波浪が分散されて流動される経路に前記第２の構造体１３０が配置されるように、前記第１の構造体１１０の上方と下方とにそれぞれ４つずつ放射状に延びて結合されることを特徴とする。

本発明の他の実施形態に係る防波堤の単位ユニットは、前記単位ユニット１００に備えられた前記第２の構造体１３０の一部が、前記単位ユニット１００内で隣接する他の第２の構造体１３０の一部と連結される支持部材１４０が多数個備えられることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る防波堤の単位ユニットは、各角部に第２の構造体１３０の一部が形成される六面体形状のフレーム１５０の内部に第１の構造体１１０が備えられ、前記第２の構造体１３０の一部から内部に向けて前記第１の構造体１１０の表面に延びるように連結部１２０がそれぞれ結合されるが、多数個の前記単位ユニット１００が互いに結合される場合、互いに異なる単位ユニット１００にそれぞれ備えられた前記第２の構造体１３０の一部が集まって互いに結合されることで第２の構造体１３０を形成することを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る防波堤の単位ユニットの結合方法は、多数個の前記単位ユニット１００が互いに結合される場合、互いに異なる単位ユニット１００にそれぞれ備えられた前記第１の構造体１１０は、それぞれの単位ユニット１００に備えられた前記第２の構造体１３０の直径に比べてより大きな構造体と前記第２の構造体１３０の直径に比べてより小さな構造体とが交互に配置されるように結合されることを特徴とする。

本発明の他の実施形態に係る防波堤の単位ユニットの結合方法は、多数個の前記単位ユニット１００に備えられた前記第１の構造体１１０の直径の大きさは、縦方向または横方向のうちから選択されるいずれか一方向に一定間隔で配列されるように結合されることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る防波堤の単位ユニットは、流入される波浪が中心に位置した第１の構造体に衝突した後、波浪の流動方向を考慮し、一次衝突後の波浪が流動される地点に第２の構造体を形成して波浪エネルギーが連続して吸収または分散されるように構成されることで、港湾内に流入しようとする波浪エネルギーをできるだけ吸収または分散させ、施設などの破損を防止することができるという長所がある。

本発明の他の実施形態に係る防波堤の単位ユニットは、中心に位置する第１の構造体の表面が曲面形状に形成されることで、防波堤に打ち寄せる波浪が一次的に衝突する時に防波堤が受ける衝撃を緩和し、残存する波浪エネルギーを第２の構造体側へ効率的に伝達することができる。

本発明の他の実施形態に係る防波堤の単位ユニットは、第１の構造体が球形形状であるので、防波堤が受ける衝撃を最小化し、単位ユニットの中心に位置する第１の構造体に波浪が正面衝突する時、放射状に波浪エネルギーが分散されるという長所がある。

本発明の一実施形態に係る防波堤の単位ユニットは、第１の構造体が上下段に分離及び結合され、また、突起と溝で結合されることができるため、防波堤の単位ユニットの結合が堅固となり、分離が容易である。

本発明の一実施形態に係る防波堤の単位ユニットは、第２の構造体に突起と溝が設けられ、多数個の単位ユニットが結合されて防波堤を形成する場合、それぞれの単位ユニットに備えられた第２の構造体の一部が集まって結合されることで、多数個の単位ユニットを結合する時、結合強度が向上し、分離が容易である。

本発明の他の実施形態に係る防波堤の単位ユニットは、第１の構造体の上段と下段にそれぞれ４つの連結部が設けられ、連結部の端部に第２の構造体の一部が結合されているため、多数個の単位ユニットを結合して防波堤を形成する場合、第１の構造体に衝突した波浪が分散されて流動される経路に第２の構造体が配置されるようになり、波浪の流動経路を考慮してエネルギーを分散させ、これにより、港湾内に流入しようとする波浪エネルギーを最小化する効果が得られる。

本発明の他の実施形態に係る防波堤の単位ユニットは、１つの単位ユニット内に備えられた第２の構造体の一部を、隣接する他の第２の構造体の一部と連結させるように支持部材を備えているため、連結部により支持される単位ユニットの結合強度が向上し、防波堤の構造的な安定性に寄与できる。

本発明の一実施形態に係る防波堤の単位ユニットの結合方法は、互いに異なる大きさの第１の構造体が備えられた単位ユニットが交互に配置され、かつ、これらが縦方向または横方向に一定間隔で配列されることで、第１の構造体に波が当たって発生する反射波を大きく減らすことができ、不規則な海波エネルギーが容易に相殺されるという長所がある。

本発明の一実施形態に係る防波堤の単位ユニットを示す斜視図である。 本発明の他の実施形態であり、上段と下段とに分離される防波堤の単位ユニットを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る防波堤の単位ユニットを多数個結合した結合状態を示す斜視図である。 本発明のまた他の実施形態であり、隣接する第２の構造体の一部が相互間に支持部材を有する防波堤の単位ユニットを示す斜視図である。 図４に示された防波堤の単位ユニットを多数個結合した結合状態を示す斜視図である。 図４に示された防波堤の単位ユニットを他の側面で具現した防波堤の単位ユニットを示す斜視図である。 大きさの異なる第１の構造体を備えた単位ユニットが交互に配置されるように結合された状態を示す斜視図である。

防波堤（breakwater）は、海外からの波浪を防いで内港を保護する構造物であって、人工港湾には防波堤が必須である。防波堤の構造は、直立堤と、傾斜堤と、混成堤とに分けられる。直立堤構造は、小規模な防波堤において多く使用されるもので、下端から直立して構築したコンクリート構造物である。これは、港湾内側への波浪の流入を防止する効果が優れているが、地盤が弱層である場合は、沈下または捨石基礎の崩壊が発生することがある。傾斜堤構造は、捨石やテトラポッドを築き上げるもので、地盤が弱い場合でも築造可能であるという長所があるが、斜面での波浪の砕波による越波が多く発生し、水深の深いところでは防波堤の築造に材料が多く必要であるため、経済的でないという短所がある。混成堤構造は、前記傾斜堤の上に直立堤を積層するもので、両者の短所を補完しているため、現在広く使用されている。さらに、防波堤は、固定式のものと浮遊式のものとに分けられる。固定式防波堤は、海底の底面に基礎構造物を固定する方式、浮遊式防波堤は、海水面の上を防波堤が流動し、防波堤の下に海水が通過するように形成されるような方式である。

防波堤の築造位置の選定時、次の点を考慮する必要がある。まず、波浪の進行方向に対して防波堤を垂直に設置すると、短い延長で広い面積で静穏な海水面となる。なお、垂直の場合に比べて、傾斜を加える場合は、傾斜角によって防波堤に衝突する波力を調節することができる。

既存の囲い堰工法による防波堤は、海水の自然な流れを妨害し、季節による土砂の移動をせき止めて水質が悪化し、港湾内では土砂が堆積される反面、海辺の砂が流出され、海洋環境が破壊されるなど、種々の問題を抱えている。従って、自然な海水の流動を妨害しないと共に、波浪エネルギーが港湾に直接伝達されないようにすることが重要であるが、上述の浮遊式防波堤では、海水が円滑に流れることができる。但し、このような浮遊式防波堤は、設置のための環境要件に制約が多くかつ製作に多大なコストがかかり、経済的でなく、相対的に不安定で、防波堤効率が低いという短所がある。

以下、これらの問題点を解決するための、本発明の一実施形態に係る防波堤の単位ユニットについて図面を参照して詳述する。

図１は、本発明の一実施形態に係る防波堤の単位ユニットを示すもので、図１ａは、突起が示された状態の斜視図、図１ｂは、溝が示された状態の斜視図である。図２は、本発明の他の実施形態であり、上段と下段とが分離される防波堤の単位ユニットを示す斜視図、図３は、本発明の一実施形態に係る防波堤の単位ユニットを多数個結合した結合状態を示す斜視図、図４は、本発明のまた他の実施形態であり、隣接する第２の構造体の一部が相互間に支持部材を有する防波堤の単位ユニットを示す斜視図、図５は、図４に示された防波堤の単位ユニットを多数個結合した結合状態を示す斜視図、図６は、図４に示された防波堤の単位ユニットを他の側面で具現した防波堤の単位ユニットを示す斜視図、図７は、大きさの異なる第１の構造体が備えられた単位ユニットが交互に配置されるように結合された状態を示す斜視図である。

図１及び図３を参照して、本発明の一実施形態に係る防波堤の単位ユニット１００は、第１の構造体１１０、連結部１２０、第２の構造体１３０の一部を含んでなる。前記第１の構造体１１０は、前記単位ユニット１００の中心に位置して求心点となり、波浪が一次的に衝突する部位である。前記第１の構造体１１０は、直六面体、正四面体など、設計によって種々の形状に形成できることは勿論であるが、波浪の衝突による衝撃を緩和し、波浪エネルギーを効果的に吸収または分散させるため、表面が曲面形状に形成されることが好ましい。また、前記第１の構造体１１０が球形形状である実施形態が考えられる。

前記第１の構造体１１０の断面が楕円形である場合に比べて、断面が円形である場合は、前記第１の構造体１１０に一次的に衝突した波浪エネルギーが放射状に均一に分散されることができる。図２を参照して、前記第１の構造体１１０は、上段と下段とに分離され、上段と下段にはそれぞれ突起１１１と溝１１２が設けられることができる。防波堤は、多数個の前記単位ユニット１００を海底で結合するという酷い環境で作業を行う必要があるが、前記第１の構造体１１０が分離されることで結合及び分離の作業が容易に行えるという長所がある。また、上段と下段に設けられた前記突起１１１及び前記溝１１２を用いて上段と下段とを嵌め込み結合することで、結合強度を向上させることができる。

図１乃至図３を参照して、前記連結部１２０は、前記第１の構造体１１０から延びて結合される。前記連結部１２０の端部には、前記第２の構造体１３０の一部が結合されており、前記第２の構造体１３０については、後述する。前記連結部１２０は、設計によって前記第１の構造体１１０に一体型として設けられるか、分離可能に形成されることができ、十分な剛性を維持する必要がある。

図１乃至図３を参照して、前記第２の構造体１３０は、前記連結部１２０の端部にその一部が結合されており、多数個の前記単位ユニット１００が互いに結合される場合、互いに異なる単位ユニット１００に備えられたそれぞれの第２の構造体１３０の一部が集まって互いに結合されることで第２の構造体１３０をなすように形成される。即ち、前記第２の構造体１３０を多数個に分割した第２の構造体１３０の一部が前記連結部１２０の端部に結合されたものが前記単位ユニット１００であり、前記単位ユニット１００を互いに結合して防波堤を構成すると、分割された前記第２の構造体１３０の一部が集まって前記第２の構造体１３０を形成するようになる。

前記第２の構造体１３０が分割された分割片の個数は、設計によって変化する。図面に示すように、前記単位ユニット１００において前記連結部１２０を８つで構成する場合、前記第２の構造体１３０の一部は、前記第２の構造体１３０を８等分した分割片で形成されることができる。前記連結部１２０が前記第１の構造体１１０の上方と下方とにそれぞれ４つずつ放射状に延びるように結合される場合、８等分された前記第２の構造体１３０の一部が前記連結部１２０ごとに結合される。従って、１つの単位ユニット１００に備えられた第２の構造体１３０の一部の周りを、７つの他の単位ユニット１００に備えられた第２の構造体１３０の一部が取り囲むと、第２の構造体が完成される。

図面に示すように、最初の単位ユニット１００に前記連結部１２０が８つ備えられ、８等分された前記第２の構造体１３０の一部が８つ結合された場合、最初の単位ユニット１００を立体的に取り囲むように２６つの他の単位ユニット１００が結合されると、最初の単位ユニット１００に結合された８つの第２の構造体１３０の一部が全て完成し、最初の単位ユニット１００の周辺に８つの第２の構造体１３０が形成されるようになる。これは、波浪の流動方向を考慮したもので、波浪の進行が遮られる場合は、波浪は、放物線状の進行を示すようになる。最初に前記第１の構造体１１０に衝突した波浪は、放射状に分散されながら前記第２の構造体１３０に二次衝突し、前記第２の構造体１３０に二次的に衝突した波浪は、最初に衝突した単位ユニット１００の後方に位置した単位ユニット１００の第１の構造体１１０に再度衝突し、このような過程が繰り返される。この過程で、波浪は、各単位ユニット１００において前記第１の構造体１１０と前記第２の構造体１３０とを順次交互に経由することで、波浪エネルギーが吸収または分散されることができる。これにより、海水は、自然な流動方向に応じて流動されるようになり、自然環状を破壊することなく波浪エネルギーが消滅し、港湾内の施設や船舶が被害を受けるおそれがない。

図１ａ及び図１ｂを参照して、前記第２の構造体１３０の一部には、突起１３１または溝１３２のうちから選択されるいずれか１つが設けられ、嵌め込み結合によって互いに結合されることができる。多数個の単位ユニット１００を結合して前記第２の構造体１３０を完成させると、結合強度が向上できる。

図４及び図５を参照して、前記単位ユニット１００は、支持部材１４０を備えることができる。前記支持部材１４０は、前記単位ユニット１００に備えられた多数個の第２の構造体１３０の一部のいずれか１つを隣接する他の第２の構造体１３０の一部に連結するように設けられる。前記支持部材１４０は、前記単位ユニット１１０において少なくとも１つ備えられ、多数個形成されることができる。例えば、前記単位ユニット１００に前記連結部１２０及び前記第２の構造体１３０の一部がそれぞれ８つ備えられる場合、前記支持部材１４０は、８つの前記第２の構造体１３０の一部を互いに連結するように、上面、下面、側面においてそれぞれ４つずつ全部で１２つを備えることができる。

前記支持部材１４０は、前記連結部１２０の端部に結合される第２の構造体１３０の一部をより堅固に支持し、前記単位ユニット１００を互いに結合することで、防波堤の形成時、構造的な安定性を向上させることができる。

図６を参照して、前記単位ユニット１００は、第２の構造体１３０の一部が含まれたフレーム１５０の内部に連結部１２０と第１の構造体１１０が備えられる。六面体形状の前記フレーム１５０は、各角部に前記第２の構造体１３０の一部が備えられ、前記フレーム１５０の内部には前記第１の構造体１１０が備えられることで、前記第２の構造体１３０の一部から内部に向けて前記第１の構造体１１０の表面に延びるように前記連結部１２０が結合されることができる。

多数個の前記単位ユニット１００が互いに結合される場合は、前述のように、互いに異なる単位ユニット１００にそれぞれ備えられた前記第２の構造体１３０の一部が集まって互いに結合されることで形成される。多数個の前記単位ユニット１００が互いに結合される場合、隣接する単位ユニット１００の相互間には、前記フレーム１５０が互いに結合される。これは、図４に示した防波堤の単位ユニット１００と同様な構造を他の側面で説明したもので、図４に示した単位ユニット１００は、前記第１の構造体１１０を中心に前記連結部１２０、前記第２の構造体１３０、前記支持部材１４０が備えられているが、図６に示された本実施形態では、第２の構造体１３０の一部が含まれた前記フレーム１５０の内部に前記第１の構造体１１０及び前記連結部１２０が備えられ、他の側面で前記単位ユニット１００が示されている。

図７を参照して、防波堤の単位ユニットの結合方法は、多数個の前記単位ユニット１００が互いに結合される場合、互いに異なった大きさの第１の構造体１１０を有する単位ユニット１００を備えることができる。

前記第１の構造体１１０の直径は、その大きさが種々に異なることができるため、前記第２の構造体１３０の直径より大きな構造体と、前記第２の構造体１３０の直径より小さな構造体が存在することができる。従って、前記第２の構造体１３０の直径より大きな直径を有する第１の構造体１１０と、前記第２の構造体１３０の直径より小さな直径を有する第１の構造体１１０とが交互に配置されるように結合することが好ましい。

防波堤の単位ユニットの結合方法は、他の実施形態として、波浪エネルギーの形態や大きさに応じて、これを応用して行うことができる。波高が高くかつ縦方向のエネルギーの大きな波浪が存在する環境では、例えば、前記単位ユニット１００に備えられた前記第１の構造体１１０の直径が垂直方向に積層される縦方向に同じ大きさを有するように配列されることが考えられる。

また、波高が低くかつ水平方向に進行する横方向のエネルギーの大きな波浪が存在する環境では、例えば、前記単位ユニット１００に備えられた前記第１の構造体１１０の直径が波浪の進行方向に応じて横方向に同じ大きさを有し、または、直径が徐々に小さくなるように配列されることが考えられる。このような結合方法により不規則な波浪エネルギーを効果的に相殺することができる。

本発明の技術的な思想は、上述の実施形態に限定して解釈すべきではない。また、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求している本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々に変更して実施可能である。従って、このような改良及び変更は、当業者にとって自明であれば、本発明の保護範囲に含まれる。

Claims (10)

1. 防波堤の単位ユニットであって、
   前記単位ユニットの中心に位置し、波浪エネルギーを一次的に分散させるように形成される第１の構造体１１０；
   前記第１の構造体から延長され、前記第１の構造体１１０と一体に結合される連結部１２０；
   前記連結部１２０の端部に一体に結合され、前記第１の構造体１１０から一次的に分散された波浪エネルギーを二次的に分散させる第２の構造体１３０の一部；を含み、
   前記第２の構造体１３０の一部には、突起１３１又は溝１３２の中から選択されるいずれか１つが設けられ、互いに異なる単位ユニット１００にそれぞれ備えられた前記第２の構造体１３０の前記突起１３１及び前記溝１３２が互いに嵌結合されて前記第２の構造体１３０を形成することで、多数個の前記単位ユニット１００が互いに結合されることを特徴とする防波堤の単位ユニット。
2. 前記第１の構造体１１０の表面は、曲面形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の防波堤の単位ユニット。
3. 前記第１の構造体１１０は、球形形状であることを特徴とする請求項２に記載の防波堤の単位ユニット。
4. 前記第１の構造体１１０は、上段と下段とに分離可能であり、
   突起１１１と溝１１２が設けられ、嵌め込み結合によって上段と下段とが結合されることを特徴とする請求項１に記載の防波堤の単位ユニット。
5. 前記各単位ユニット１００の各第１の構造体１１０は、種々の直径の大きさを有するように構成され、
   多数個の前記各単位ユニット１００が互いに結合される場合、各単位ユニット１００に属した前記第１の構造体１１０の直径の大きさを多様に選択することができることを特徴とする請求項１に記載の防波堤の単位ユニット。
6. 前記連結部１２０は、前記単位ユニット１００ごとに８ずつ備えられるが、
   前記第１の構造体１１０に衝突した波浪が分散されて流動される経路に前記第２の構造体１３０が配置されるように、前記第１の構造体１１０の上方と下方とにそれぞれ４つずつ放射状に延びて結合されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の防波堤の単位ユニット。
7. 前記単位ユニット１００に備えられた前記第２の構造体の一部は、前記単位ユニット１００内で隣接する他の第２の構造体１３０の一部と連結される支持部材が多数個備えられることを特徴とする請求項６に記載の防波堤の単位ユニット。
8. 防波堤の単位ユニットにおいて、
   各角部に第２の構造体１３０の一部が形成される六面体形状のフレーム１５０の内部に第１の構造体１１０が備えられ、前記第２の構造体１３０の一部から内部に向けて前記第１の構造体１１０の表面に延びるように連結部１２０がそれぞれ結合されるが、
   多数個の前記単位ユニット１００が互いに結合される場合、互いに異なる単位ユニット１００にそれぞれ備えられた前記第２の構造体１３０の一部が集まって互いに結合されることで第２の構造体１３０を形成することを特徴とする防波堤の単位ユニット。
9. 請求項１または８に記載の単位ユニットの結合方法であって、
   多数個の前記単位ユニット１００が互いに結合される場合、互いに異なる単位ユニット１００にそれぞれ備えられた前記第１の構造体１１０は、それぞれの単位ユニット１００に備えられた前記第２の構造体１３０の直径に比べてより大きな構造体と、前記第２の構造体１３０の直径に比べてより小さな構造体とが交互に配置されるように結合されることを特徴とする防波堤の単位ユニットの結合方法。
10. 多数個の前記単位ユニット１００に備えられた前記第１の構造体１１０は、前記第２の構造体１３０より大きな直径を有する第１の構造体１１０と前記第２の構造体１３０より小さな直径を有する第１の構造体１１０とが、縦方向または横方向のうちから選択されるいずれか一方向に交互に一定間隔で配列されるように結合されることを特徴とする請求項９に記載の防波堤の単位ユニットの結合方法。

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