JP5948665B2 - 重力式桟橋構造物 - Google Patents

Description

本発明は、捨石マウンドからなる護岸構造体の一部をプレキャスト部材で構成された桟橋下部工に載荷し、安定性を向上させた重量式桟橋構造物に関する。

従来の桟橋構造物には、例えば、水深の浅い位置に護岸構造体を造成し、その前部側に所望の水深位置に至るまで多数の基礎杭を水底に打設し、この基礎杭の上端部に上部工を支持させて桟橋構造体を構築するものが知られ、このような桟橋構造物では、背後土圧を浅水深位置の護岸構造体によって受け持たせ、船舶接岸時の応力を桟橋構造体に受け持たせている（例えば、特許文献１を参照）。

一方、このような桟橋構造物を水深が２０ｍを超える大水深域において施工するような場合には、背後土圧を護岸構造体に受け持たせるため、桟橋を背後土圧に対抗させる構造とする必要はないが、水深の増大により基礎杭の水底からの突出長が長くなり、且つ基礎杭の耐力を確保するために大口径の杭を打設する必要が生じ、施工が容易ではなくなるという問題がある。

このような問題を解決するものとして、護岸構造体の前部側に埋設されるコンクリート製の底版からなる支持柱下端支持部材の上に、これと一体に複数の桟橋支持柱を立設させた下部工と、下部工の各桟橋支持柱上端部に支持させた上部工とからなる桟橋構造体を使用し、従来の杭式桟橋構造物に比べて施工を容易とした重力式桟橋構造物が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。

この従来の重力式桟橋構造物は、上部工、桟橋支持柱、底版で構成される桟橋構造体には大きな土圧が作用しないため、従来の重力式岸壁と比べ、桟橋構造体重量を軽くでき、構築が容易となるという利点がある。

特開２００８−２２３３８４号公報 特開２０１１−１７９２４７号公報

しかし、上述した従来の重力式桟橋構造物では、桟橋を支持する桟橋支持柱を、平板状をしたコンクリート製の底版に支持させ、この底版を捨石マウンドからなる護岸構造体内に埋め込んでいるものであるため、護岸構造体の地震時滑動抵抗力である底面摩擦力は、底版とその下の捨石との間の摩擦係数と重力式護岸構造の重量との積で表されるが、コンクリート製の底版とその下の捨石との摩擦係数は、０．５〜０．６程度で概ね一定となり、底版上にかかる重量が軽い従来の重力式桟橋構造物では、底面摩擦力が小さく、地震滑動抵抗力が小さいという問題がある。

本発明は、このような従来の問題に鑑み、従来と同様に底版上にかかる重量が軽い場合であっても大きな地震時滑動抵抗力が得られる重力式桟橋構造物の提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の問題を解決するための請求項１に記載の発明の特徴は、捨石マウンドからなる底部護岸構造部を有する重力式の護岸構造体と、その前部側に構築された桟橋構造体とから構成され、前記桟橋構造体は、水底に造成した捨石からなる水底基礎上に載せられた支持柱下端支持部材の上面に複数の桟橋支持柱を一体に立設した下部工と、該下部工に支持させた床版を含む上部工とから構成され、前記桟橋構造体の下部工を構成している支持柱下端支持部材及び桟橋支持柱の下端側は、捨石を積み上げてなる前記底部護岸構造部の前部側に埋設され、前記桟橋構造体の支持柱下端支持部材は、前記桟橋支持柱が立設されている部分を除く位置に上下に貫通した多数の開口部が形成され、該開口部内に前記底部護岸構造部を構成している捨石が充填され、前記底部護岸構造部と前記捨石基礎とが開口部を通して連続した捨石積み上げ構造を成している重力式桟橋構造物にある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記支持柱下端支持部材は、コンクリート製の板状材をもって構成され、前記開口部は、前記板状材に上下に貫通させた多数の穴をもって構成したことにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記支持柱下端支持部材は、縦横の梁を交差した状態に一体化させた格子状フレームをもって構成され、前記縦横の梁に囲まれた部分を前記開口部としたことにある。

本発明に係る重力式桟橋構造物においては、前述した請求項１に記載の特徴のように、捨石マウンドからなる重力式の護岸構造体と、その前部側に構築された桟橋構造体とから構成され、前記桟橋構造体は、前記護岸構造体の前部側下に埋め込んだ支持柱下端支持部材の上面に複数の桟橋支持柱を一体に立設した下部工と、該下部工に支持させた床版を含む上部工とから構成され、前記下部工の支持柱下端支持部材を、水底に造成した捨石からなる水底基礎上に載せ、その上に前記護岸構造体を構成する捨石を積み上げることによって前記護岸構造体内に、前記桟橋構造体の下部工を構成している支持柱下端支持部材及び桟橋支持柱の下端側が埋め込まれた重力式桟橋構造物において、前記桟橋構造体の支持柱下端支持部材は、前記桟橋支持柱が立設されている部分を除く位置に上下に貫通した多数の開口部が形成され、該開口部内に前記護岸構造体を構成している捨石が充填されていることにより、開口部内に充填された捨石が、捨石基礎の捨石間の凹部に嵌り合って底部護岸構造体と捨石基礎とが開口部を通して連続した捨石積み上げ構造となり、これによって捨石のせん断抵抗力が、支持柱下端支持部材の捨石基礎に対する滑動抵抗力として作用し、受働土圧を地震時の滑動抵抗力として活用できることとなり、支持柱下端支持部材に加わる下向き荷重が小さくても、大きな滑動抵抗力が得られる。
また、支持柱下端支持部材に開口部を設けることにより、桟橋構造体を軽量化でき、製作ヤードから設置現場への移送が容易となる。

また、本発明では、前記支持柱下端支持部材を、コンクリート製の板状材をもって構成し、前記開口部は、前記板状材に上下に貫通させた多数の穴をもって構成するか、或いは縦横の梁を交差した状態に一体化させた格子状フレームをもって構成し、前記縦横の梁に囲まれた部分を前記開口部とすることにより、容易に製造できる。

本発明に係る重力式桟橋構造物の一例の概略を示す縦断面図である。 同上の部分拡大断面図である。 図１に示す重力式桟橋構造物に使用している桟橋構造体の支持柱下端支持部材を示す平面図である。 同支持柱下端支持部材の他の例を示す平面図である。 本発明に係る重力式桟橋構造物の縮小模型を使用して実施した滑動抵抗力の実験装置の概要を示す断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は同上の実験に使用した底版模型の平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は同上の実験結果を示すグラフである。 図６に示す底版模型毎の見掛けの摩擦係数の計算結果を示すグラフである。 図５に示す実験における開口率に対する換算摩擦係数の試計算結果を示すグラフである。

次に本発明に係る重力式桟橋構造物の実施の形態を図面に示した実施例に基づいて説明する。図１は、本発明に係る重力式桟橋構造物の全体の概略を示している。図において符号Ａは捨石マウンドからなる護岸構造体、Ｂは桟橋構造体を示している。

護岸構造体Ａは、水面上に達しない高さの捨石マウンドによって構成されており、その頂面には、上端が水面上に達する高さのコンクリートケーソン１１が載置されている。

コンクリートケーソン１１の背面には、捨石を積み上げた裏込め部１２が造成され、護岸構造体Ａと裏込め部１２の背面側は埋土１３による陸地が造成されている。

桟橋構造体Ｂは、床版１５を含む上部工１６と、該上部工１６を支持する下部工１７とから構成されており、下部工１７は護岸構造体Ａの前部側下に埋め込んだ支持柱下端支持部材１８と、その上面に一体に立設した所定数の桟橋支持柱１９とから構成されている。

桟橋構造体Ｂの支持柱下端支持部材１８は、一例として図３に示すように、上下に貫通した開口部２０，２０......が多数形成された方形板状に形成されており、これが、水底の原地盤２１に形成された捨石基礎２２の上に載せられている。

桟橋構造体１１の桟橋支持柱１９と、支持柱下端支持部材１８とからなる下部工１７は、例えば陸上の製作ヤードやドックにおいて、予め一体に成形され、これを設置現場まで移動させて捨石基礎２２上に設置し、然る後底部護岸構造部１０を捨石の積み上げによって造成することにより、支持柱下端支持部材１８及び桟橋支持柱１９の下端が護岸構造体Ａの前側内に埋設されている。

このようにして護岸構造体Ａを造成することにより、図２に示すように支持柱下端支持部材１８の各開口部２０には、捨石マウンドを構成する多数の捨石２３が充填されることとなり、この捨石２３が、捨石基礎２２の捨石２３間の凹部に嵌り合って護岸構造体Ａと捨石基礎２２とが開口部２０を通して連続した捨石積み上げ構造となる。

このため、捨石２３のせん断抵抗力が、支持柱下端支持部材１８の捨石基礎２０に対する滑動抵抗力として作用し、これによって受働土圧を地震時の滑動抵抗力として活用できることとなり、支持柱下端支持部材１８に加わる下向き荷重が小さくても、大きな滑動抵抗力が得られる。

支持柱下端支持部材１８は、図３に示すように方形状をした平板状のコンクリート板３０に、桟橋支持柱１９の立設に必要なスペースを除いた部分に上下に貫通させた穴を形成し、これを開口部２０としてもよく、図４に示すように縦横の梁３１，３１を一体化させて格子状とした形状の格子状フレーム３２とし、梁３１，３１に囲まれた部分を開口部２０とした構造であってもよい。

尚、開口部２０，２０......の総開口面積は、より広いことが好ましいが、捨石マウンドの支持力を考慮すると、支持柱支持部材１８の上下面に占める開口率は、５０％以下が好ましい。

実験例
次に縮小模型を使用して実施した滑動抵抗力の実験を行った。
実験概要

図５に示すように捨石基礎２０を想定した捨石層４０を、砕石をもって形成し、その上に支持柱支持部材１８を想定したコンクリート製の底版模型４１を載せ、その上に護岸構造体Aを想定した砕石層４２を載せ、上記コンクリート製の底版模型４１を水平方向に引っ張り、その際に底版模型に作用する引張荷重と変位量との関係を計測した。

使用した底版模型４１は、ケース１として図６（a）に示すように開口部のない通常のコンクリート板からなる底版模型４１a（開口率０％）、ケース２として前記コンクリート板に、図６（ｂ）に示す形状の開口部４３（開口率４０％）を形成した底版模型４１ｂ、ケース３として前記コンクリート板に、図６（ｃ）に示す形状の開口部４３（開口率４０％）を形成した底版模型４１ｃ、ケース４として前記コンクリート板に、図６（ｄ）に示す形状の開口部４３（開口率４０％）を形成した底版模型４１ｄ、ケース５として前記コンクリート板に、図６（ｅ）に示す形状の開口部４３（開口率４０％）を形成した底版模型４１ｅを使用し、砕石層４２の厚さを１００ｍｍ，２００ｍｍ，３００ｍｍの３通りに変化させて実験した。尚、図６中の寸法の単位はｍｍである。
上記実験概要における各材料重量及び総重量は下表の通りであった。

上記実験の結果は図７（a）〜（ｃ）に示すグラフの如くであった。

見掛けの摩擦係数及び捨石部の摩擦係数の計算
計算式
μａ＝Ｗｍ／Ｗａ
ここで μａ：底版部＋砕石部の見掛けの摩擦係数
Ｗｍ：最大引抜き荷重 （ｋｇ）
Ｗａ：底版から上の総重量 （ｋｇ）
μｇ＝［μａ−μｂ（１−Ｒ／１００）］／（Ｒ／１００）
Ｒ＝Ａｈ／Ａｂ×１００
ここで μｇ：砕石部の摩擦係数
μａ：底版部＋砕石部の見掛けの摩擦係数
μｂ：底版部の摩擦係数
Ｒ：開口率 （％）
Ａｈ：穴の総面積 （ｍｍ^２）
Ａｂ：底版＋穴の総面積 （ｍｍ^２）
実験値から得られる見掛けの摩擦係数の計算結果及びケース１の結果から算定したμｂ（μｂ＝０．６）を用いたときの砕石部の摩擦係数の計算結果は、図８に示すグラフの如くであった。

換算摩擦係数の試計算
計算式
μａ＝μｂ（１−Ｒ／１００）］＋μｇ（Ｒ／１００）
Ｒ＝Ａｈ／Ａｂ×１００
ここでμａ：換算摩擦係数
(底版部＋砕石部の見掛けの摩擦係数)
μｂ：底版部の摩擦係数（＝０．６）
μｇ：砕石部の摩擦係数（＝１．５）
Ｒ：開口率 （％）
Ａｈ：穴の総面積 （ｍｍ^２）
Ａｂ：底版＋穴の総面積 （ｍｍ^２）
換算摩擦係数の試計算結果は図９に示すグラフのとおりであった。
なお，この計算では、μｂ＝０．６，μｇ＝１．５として，任意の開口部に対する摩擦係数μａを算出した。

これらの結果から、次のことが判明した。
（１）開口率４０％の場合，最大引張荷重が４０〜７０％増加する。
（２）開口率４０％の場合，見掛けの摩擦係数が５０〜８０％増加する。
（３）開口率一定（４０％）の場合，見掛けの摩擦係数は底版厚さや穴の形状にほとんど依存しない。
（４）底版部と砕石部の摩擦係数が既知であれば、開口率を設定することで換算摩擦係数が求まる。

Ａ 護岸構造体
Ｂ 桟橋構造体
１１ コンクリートケーソン
１２ 裏込め部
１３ 埋土
１５ 床版
１６ 上部工
１７ 下部工
１８ 支持柱下端支持部材
１９ 桟橋支持柱
２０ 開口部
２１ 原地盤
２２ 捨石基礎
２３ 捨石
３０ コンクリート板
３１ 梁
３２ 格子状フレーム
４０ 捨石層
４１、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ 底版模型
４２ 砕石層
４３ 開口部

Claims (3)

1. 捨石マウンドからなる底部護岸構造部を有する重力式の護岸構造体と、その前部側に構築された桟橋構造体とから構成され、
   前記桟橋構造体は、水底に造成した捨石からなる水底基礎上に載せられた支持柱下端支持部材の上面に複数の桟橋支持柱を一体に立設した下部工と、該下部工に支持させた床版を含む上部工とから構成され、
   前記桟橋構造体の下部工を構成している支持柱下端支持部材及び桟橋支持柱の下端側は、捨石を積み上げてなる前記底部護岸構造部の前部側に埋設され、
   前記桟橋構造体の支持柱下端支持部材は、前記桟橋支持柱が立設されている部分を除く位置に上下に貫通した多数の開口部が形成され、該開口部内に前記底部護岸構造部を構成している捨石が充填され、前記底部護岸構造部と前記捨石基礎とが開口部を通して連続した捨石積み上げ構造を成していることを特徴としてなる重力式桟橋構造物。
2. 前記支持柱下端支持部材は、コンクリート製の板状材をもって構成され、前記開口部は、前記板状材に上下に貫通させた多数の穴をもって構成してなる請求項１に記載の重力式桟橋構造物。
3. 前記支持柱下端支持部材は、縦横の梁を交差した状態に一体化させた格子状フレームをもって構成され、前記縦横の梁に囲まれた部分を前記開口部としてなる請求項１に記載の重力式桟橋構造物。

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