JP5851215B2 - 防波堤構造 - Google Patents

Description

本発明は、パラペットを有する防波堤構造に関する。

防波堤は一般的に、台風による波浪や津波に対して背後域への波浪・津波の伝播を防ぐ目的で設置される。構造形式としては、捨石マウンドの上に分割したケーソンを連続して設置させることで完成させる。また、防波堤は、波浪が港内に伝播するのを低減（防御）するだけでなく、津波や高潮などの異常事態の場合においても背後域（例えば、港内の工業施設や住宅建築物など）への浸水を防ぐ重要な役割を担っている。

防波堤の上部工の前面にパラペットを設置した場合、通常波浪作用時の同時波圧分布が大きくなるため、パラペットを後退させることで作用波力に位相差を発生させる構造などがあり、また、その後退パラペットに作用する波力を低減させる技術も複数ある(特許文献１，２，３，４参照)。

特開2001-207423号公報 特開2001-73338号公報 特開2000-204528号公報 特開2000-204529号公報

一般的に、重力式の防波堤は、想定した設計外力を上回る波浪・津波が来襲した場合には、滑働や転倒（破壊）が発生してしまい、最終的には、捨石マウンドから転げ落ちるまでに至る可能性が高い。すなわち、津波などの想定を超える外力の来襲により、防波堤の安定性を超える波力が作用すると、すべてのケーソンが同時に破壊してしまう可能性が高い。このように防波堤全体が破壊してしまうと、背後域の防災施設としての機能を全く喪失してしまうことになる。

これに対し、防波堤の一部が破壊された場合には、背後域の防災施設としての機能は低下するものの、減災効果はある程度期待することが可能である。すなわち、防波堤の一部の破壊により全体の破壊を免れることができる。しかしながら、このような考えの下で設計された防波堤はこれまで提案されていない。

また、前面・背面パラペットに関わらず、従来のパラペットは、ケーソンと剛結されており、パラペットへの作用波力はすべて防波堤に伝達されてしまう構造であった。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、通常波浪作用時の作用外力を簡単な構造で低減可能であり、また、想定外の津波来襲のような想定を超える外力が作用した場合にも、防波堤の破壊を最小限に抑え、破壊後の防波堤の安定性や港内静穏度をある程度確保し、また、容易に修復可能な防波堤構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本実施形態による防波堤構造は、港湾に設けられる防波堤の上部工にパラペットを配置する防波堤構造であって、前記パラペットが波浪や津波による外力の作用で支点を中心にして回動可能でかつ前記パラペットの自重モーメントにより元の位置に復元可能なように前記パラペットを前記上部工に設置し、前記パラペットが前記外力の作用により回動して前記上部工の港内側の壁に当接し、この当接状態から前記パラペットの自重モーメントにより元の位置に復元可能であることを特徴とする。

この防波堤構造によれば、パラペットが外力の作用で支点を中心にして回動するとともに自重モーメントにより元の位置に復元でき、この間のパラペットの移動（回動、復元）により、通常波浪作用時の作用外力を低減することができる。なお、パラペットは上部工と剛接合されないことが好ましく、パラペットに作用する外力が上部工に伝達されず、防波堤全体に作用する外力を低減することができる。

通常波浪作用時に最大の波力が作用することで、パラペットが回動して上部工の港内側の壁に当接しても、この当接は、防波堤前面への最大作用波力時よりも遅延するので、剛結合された従来のパラペットを有する防波堤と比べて同時作用波力を低減することができる。また、上部工の港内側の壁に当接したパラペットは自重モーメントにより元の位置に復元するので、次の波浪の来襲に備えることができる。

また、前記パラペットに想定を超える外力が作用した際に、前記パラペットが回動して前記上部工の港内側の壁に当接し、さらに回動し前記上部工側に倒れるか、または、流出するようにできる。

想定外の津波来襲のような想定を超える外力が作用した場合、パラペットが倒壊または流出することで、防波堤の破壊を最小限に抑えることができる。これにより、破壊後の防波堤の安定性や港内静穏度をある程度確保することができる。また、パラペットは剛接合でないので、容易に修復可能である。

また、前記パラペットの断面形状を港外側と港内側とに関して非対称とし、前記上部工に港外側と港内側とに関して非対称のＶ字状の溝を形成し、前記パラペットを前記Ｖ字状溝に設置し、前記パラペットは、前記パラペットの下端を支点として前記Ｖ字状溝内で回動可能であるように構成できる。

本発明の防波堤構造によれば、通常波浪作用時の作用外力を簡単な構造で低減可能である。また、想定外の津波来襲のような想定を超える外力が作用した場合にも、防波堤の破壊を最小限に抑え、破壊後の防波堤の安定性や港内静穏度をある程度確保し、また、容易に修復可能な防波堤構造を実現できる。

本実施形態による防波堤構造を概略的に示す斜視図である。 （ａ）は図１の防波堤構造の通常時における側断面図、（ｂ）は図１の防波堤構造の回動時における側断面図である。 （ａ）は図１，図２のパラペットの具体的な各部の寸法例を示す図、（ｂ）は同じくパラペットが回動方向Ｒに回動した状態を示す図である。 本実施形態の防波堤構造に作用する波力の分布の例を示す図である。 本実施形態の防波堤構造におけるパラペットの作用波力に対する各挙動（ａ）（ｂ）（ｃ）を示す図である。 本実施形態において図５の場合よりも大きな想定外の波力が作用したときのパラペットの各挙動（ａ）（ｂ）（ｃ）を示す図である。 図５と図６のパラペットの各挙動を作用外力に応じて概念的にあらわす図である。 （ａ）は、従来のパラペットを有する防波堤に想定外波力が作用したときの波力の分布図、（ｂ）は本実施形態の防波堤（パラペット流出後）に想定外波力が作用したときの波力の分布図である。 （ａ）は、図８（ａ）の従来例で滑動安全率を計算した例を示す図、（ｂ）は、図８（ｂ）の本実施形態で滑動安全率を計算した例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態による防波堤構造を概略的に示す斜視図である。図２（ａ）は図１の防波堤構造の通常時における側断面図、図２（ｂ）は図１の防波堤構造の回動時における側断面図である。

図１のように、防波堤１０は、水底地盤Ｇに構築された基礎マウンドＭに据え付けられた重力式ケーソンからなる防波堤本体１１と、防波堤本体１１の上部工１２と、上部工１２の上に設置されるパラペット１３と、から構成される構造を有し、港湾に設置される。

上部工１２の上部の港外側前面には、港外側と港内側とに関して非対称に切り込むように構成されたＶ字状の溝１４が防波堤１０の長手方向に延びて形成されている。すなわち、Ｖ字状溝１４は、図１，図２（ａ）（ｂ）のように、水平方向（図２の横方向）に対し緩やかに傾斜した緩傾斜面からなる前壁１４ａと、水平方向に対し急に傾斜した急傾斜面からなる後壁１４ｂと、から構成される。前壁１４ａと後壁１４ｂはＶ字状溝１４内の最低部において交差し角部１４ｃが形成されている。前壁１４ａは港外側、後壁１４ｂは港内側にそれぞれ位置する。

図１，図２（ａ）（ｂ）のように、パラペット１３は、その側断面形状が港外側と港内側とに関して非対称に構成されている。すなわち、パラペット１３は、下面に、水平方向（図２の横方向）に対し比較的緩やかに傾斜した傾斜面１３ａを有する。パラペット１３の港内側の背面１３ｂは、上端から下端１５まで平面状になっている。

図１，図２（ａ）のように、パラペット１３が上部工１２に形成されたＶ字状溝１４に設置されると、パラペット１３の下端１５がＶ字状溝１４の角部１４ｃに位置し、その下面の傾斜面１３ａがＶ字状溝１４の前壁１４ａに当たるようにして位置する。

この状態が図２（ａ）の通常時で、防波堤本体１１と上部工１２とパラペット１３とが港外側に向けて略同一の平面を形成する。また、パラペット１３は、背面１３ｂで略鉛直方向に直立した状態となる。さらに、パラペット１３の背面１３ｂと、Ｖ字状溝１４の後壁１４ｂとは、密着せず、それらの間には空間Ａが形成される。

パラペット１３はＶ字状溝１４に剛接合せずに載置されるようにして設置され、波浪や津波による波力を外力として受けると、Ｖ字状溝１４の角部１４ｃに位置する下端１５を支点として回動方向Ｒへと港内側に回動可能になっている。また、パラペット１３が回動方向Ｒへと回動しても、パラペット１３の自重モーメントによりその反対方向Ｒ’へと回動し、元の位置に復元可能である。

上述のように、上部工１２の上部にＶ字状溝１４を設定し、下部が鋭角となった左右非対称のパラペット１３を、下端１５を支点とした回動を許容するように防波堤と剛接合せずに設置し、このとき、パラペット１３の背面１３ｂと上部工１２（後壁１４ｂ）との間に空間Ａを設けた構造とする。これにより、図２（ａ）の通常時にはパラペット１３の重量が前面側で上部工１２に作用する。

また、図２（ｂ）のように、パラペット１３が空間Ａ内で回動方向Ｒに回動し、背面１３ｂが後壁１４ｂに接したとしても、パラペット１３の重心Ｊが支点となる下端１５を通る鉛直線ｂよりも沖側（港外側）にあることで、自重モーメントにより元の位置に戻る構造となっている。

たとえば、パラペット１３を図３（ａ）に示す寸法とした場合、パラペット１３の背面１３ｂの下端１５を支点として重心位置Ｊは図３（ａ）に示す位置になり、図３（ｂ）のように、パラペット１３が図３（ａ）の状態から下端１５を支点として回動方向Ｒに回動したとき、その回動角度が１３度以内であれば、回動後も重心位置Ｊはパラペット１３の下端１５を通る鉛直線ｂより港外側にあるので、自重モーメントで図２（ａ）の通常時の位置に戻ることが可能である。したがって、上部工１２に設けたＶ字状溝１４の後壁１４ｂの角度は、パラペット１３が自重モーメントで復元できる角度よりも小さくする。

本実施形態の防波堤構造の作用効果について図４〜図７を参照して説明する。

図４は、本実施形態の防波堤構造に作用する波力の分布の例を示す図である。図５は、本実施形態の防波堤構造におけるパラペットの作用波力に対する各挙動（ａ）（ｂ）（ｃ）を示す図である。図６は図５の場合よりも大きな想定外の波力が作用したときのパラペットの各挙動（ａ）（ｂ）（ｃ）を示す図である。図７は、図５と図６のパラペットの各挙動を作用外力に応じて概念的にあらわす図である。

図１，図２の防波堤構造に対し想定される高波浪が作用した場合、港湾設計において通常使用される合田式を用いた図４の試算によると、パラペット１３に対し作用する波力モーメントは図４のようにパラペット１３の自重モーメントを上回らないため、パラペット１３は回動（移動）しない。この場合、パラペット１３は上部工１２と剛接合されていないことから、パラペット１３に作用する波力が上部工１２に伝達されることはなく、防波堤１０全体では作用波力が低減している。

次に、図４を上回る波高の波浪が作用した場合、パラペット１３は、Ｖ字状溝１４の後壁１４ｂに接するまで下端１５を支点として回動方向Ｒ（図２（ｂ））へ回動する（右回転）。しかし、この回動中もパラペット１３は、図５（ａ）のように、自重モーメントにより回動方向Ｒと反対方向Ｒ’に回動（左回転）しようとする力が作用するため、波力のエネルギーは減衰される。

また、図５（ｂ）のように、パラペット１３が後壁１４ｂに接するときには上部工１２に港内側への作用力が発生するが、この作用力の発生は防波堤前面の最大作用波力時（図５（ｂ）の破線で示す）よりも遅延することから、剛結合されたパラペットを有する防波堤と比較して同時作用波力は低減される。

また、作用する波が通常波浪である場合は、後壁１４ｂに接したパラペット１３は、自重モーメントにより方向Ｒ’へ回動して通常のパラペット１３の位置に戻ることで次の波の来襲に備えることができる。仮に、図５（ｃ）のように、元の位置に戻る前に次の波が作用したとしても、その場合は、パラペットが方向Ｒ’へ回動して左回転運動をしている状態であるため、作用波力に対する反力はより大きい状態となっている。この場合も、波力が防波堤に伝達されることはないため、作用波力は低減される。

なお、通常想定される高波浪の周期は長くても15秒程度であり、しかも最大波力のピーク発生時間は短いことから、パラペット１３が方向Ｒへ回動（右回転）する波力が持続的に作用する可能性は低い。しかし、想定外の外力（波力）が作用した時は、図６（ａ）のように、パラペット１３が後壁１４ｂに接している状態でさらに波力が作用することが想定される。このような場合、パラペット１３がさらに回動して、図６（ｂ）のように、Ｖ字状溝１４から外れて上部工１２の上に倒壊して残存するか、もしくは、図６（ｃ）のように流出する。

以上の図４，図５（ａ）〜（ｃ）、図６（ａ）〜（ｃ）のように、外力（波力）がパラペット１３に対して作用するとき、その作用外力の大きさに応じてパラペット１３は図７のように挙動する。

図７のように本実施形態のパラペット１３に想定を超えた外力が作用してパラペット１３が流出した場合の効果について従来例と比べて図８，図９を参照して説明する。

図８（ａ）は、従来のパラペットを有する防波堤に想定外波力が作用したときの波力の分布図、図８（ｂ）は本実施形態の防波堤（パラペット流出後）に想定外波力が作用したときの波力の分布図である。図９（ａ）は、図８（ａ）の従来例で滑動安全率を計算した例を示す図、図９（ｂ）は、図８（ｂ）の本実施形態で滑動安全率を計算した例を示す図である。

図８（ｂ）のように、本実施形態のパラペット流出後の防波堤に津波が来襲し想定を超えた波力が作用した状態を、図８（ａ）の従来のパラペットを有する防波堤に同じ想定外波力が作用した状態と比べると、本実施形態のパラペット流出後の防波堤には図８（ｂ）の破線ｃで示す波力が加わらないため、本実施形態において防波堤の前面と背面との間の大きな水位差および大きな作用波力を低減できることがわかる。なお、図８（ａ）（ｂ）において、静水面上の波圧作用高さη^*は次式から求めた。
η^*＝3.0ａ_I
ただし、ａ_I：入射津波の静水面上の高さ（振幅）

また、図９（ａ）の例のように、従来のパラペットを有する防波堤に想定外波力が作用したときの滑動安全率は、０．９８となる。これに対し、図９（ｂ）の例のように、本実施形態のパラペット流出後の防波堤に同じ条件の想定外波力が作用したときの滑動安全率は、１．０８となり、従来例の場合よりも滑動安全率が向上する。

上述のように、本実施形態では、パラペット１３の流出により、防波堤の前面と背面との間の大きな水位差および大きな作用波力を低減できるとともに、滑動安全率を向上できることがわかる。このように、防波堤としての機能を最小限維持することが可能であるとともに、防波堤全体の破壊を抑制することができるので、パラペット１３が破壊されても、破壊後の防災施設としての機能低下を最小限に抑える防波堤構造を実現できる。

また、パラペット１３が上部工１２の上に残存している場合には復旧が容易である。さらに、パラペット１３の形状は単純であり、パラペット１３は上部工１２に対し剛接合でなく設置されることから、たとえ流出していたとしても容易に修復可能である。

本実施形態によれば、防波堤のパラペット１３は、通常の波浪来襲時には越波・越流防止機能を果たし、想定を超える外力（例えば、想定外の津波来襲）が作用した際にパラペット１３の破壊を促し（抜けだし、転倒、流出等）、部分的な破壊をあえて発生させることで、残りの防波堤の安定性を維持させ、また、その後の通常波浪対してもある程度の耐波性能を維持することができる。

すなわち、通常時には、通常の防波堤として港内静穏度の低下に寄与し、また、通常波浪作用時の同時作用波力を低減可能であり、同等の越波・越流防止機能を有する従来のパラペットを有する防波堤と比較して安価な防波堤構造を実現することができる。

また、想定外の津波来襲のような想定を超える外力が作用した場合にも、防波堤の破壊を最小限に抑え、破壊後の防波堤の安定性や港内静穏度をある程度確保し、また、容易に修復可能な防波堤構造を実現できる。想定を超える外力の作用により防波堤が局所的に破壊したとしても、全体の破壊までには至りにくく、復旧が容易な粘り強い重力式の防波堤構造を実現できる。

以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、本実施形態では、パラペットを防波堤の前面（港外側）に設置したが、背面（港内側）に設置してもよい。

１０ 防波堤 １１ 防波堤本体 １２ 上部工 １３ パラペット １３ａ 傾斜面 １３ｂ 背面 １４ Ｖ字状溝 １４ａ 前壁 １４ｂ 後壁 １４ｃ 角部 １５ 下端 Ａ 空間 Ｇ 水底地盤 Ｊ 重心、重心位置 Ｒ 回動方向 Ｒ’ 回動方向Ｒの反対方向

Claims (3)

1. 港湾に設けられる防波堤の上部工にパラペットを配置する防波堤構造であって、
   前記パラペットが波浪や津波による外力の作用で支点を中心にして回動可能でかつ前記パラペットの自重モーメントにより元の位置に復元可能なように前記パラペットを前記上部工に設置し、
   前記パラペットが前記外力の作用により回動して前記上部工の港内側の壁に当接し、この当接状態から前記パラペットの自重モーメントにより元の位置に復元可能であることを特徴とする防波堤構造。
2. 前記パラペットに想定を超える外力が作用した際に、前記パラペットが回動して前記上部工の港内側の壁に当接し、さらに回動し前記上部工側に倒れるか、または、流出する請求項１に記載の防波堤構造。
3. 前記パラペットの断面形状を港外側と港内側とに関して非対称とし、
   前記上部工に港外側と港内側とに関して非対称のＶ字状の溝を形成し、
   前記パラペットを前記Ｖ字状溝に設置し、
   前記パラペットは、前記パラペットの下端を支点として前記Ｖ字状溝内で回動可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の防波堤構造。

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