JP6242033B1

JP6242033B1 - 浮力式海中柱

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Publication number: JP6242033B1
Application number: JP2017137821A
Authority: JP
Inventors: 義英土橋
Original assignee: 義英土橋
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2017-12-06
Anticipated expiration: 2037-07-14
Also published as: JP2019019519A

Abstract

【課題】本発明は従来の重力式の柱と異なり、浮力とケーブルを用いることで、海中に安価な柱の設置を提供するものである。【解決手段】海底より起立させた柱（１）の内部各所に海水より軽い浮力源を内包した浮力部（２）を設け、柱（１）に設けられたケーブル連結部（５）は浮体（６）に設けられたケーブル連結部（５）とケーブル（４）で連結し、また浮体（６）は海底（８）に打ち込まれた杭（３）とケーブル（４）で連結され、浮体（６）が海中に沈められた状態で固定されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は従来の重力式の柱と異なり、浮力とケーブルを用いることで、海中に安価な柱を設置することを目的にしたものである。

従来、水中に柱を設置する技術は主に重力式コンクリート柱であり、その自重により流されたり倒れたりしないようにするものであった。しかし、重いということはそれだけ部材が必要になるということであり、また軟弱な地盤に設置することは困難であった。

特願２０１７−０３０９７１

本発明は、柱に海水より軽い浮力部を設けることで、海中での自重を軽くし、柱をケーブルで浮体に固定することで、安価な海中柱を提供するものである。

上記目的を達成するために、浮力式海中柱において請求項１に係るものは、海底より起立する柱の内部各所に海水より軽い浮力部を設ける。また、柱の側面に複数以上のケーブルを連結し、そのケーブルを浮体に連結したものである

請求項２に係るものは、請求項１に係るものにおいて、浮力源の給入口を備えたポールおよび、バラストの排出口を備えた浮体を、海底に打ち込んだ杭とケーブルで連結し、海中に固定したものである。

請求項３に係るものは、請求項１に係るものにおいて、浮体の左右に位置する複数以上の柱から伸ばされたケーブルにより、浮体を海中に固定したものである。

請求項４に係るものは、請求項１に係るものにおいて、別の浮体および柱から伸ばされたケーブルにより、浮体を海中に固定したものである。

本発明は、以上説明したように構成されており、以下に記載されるような効果を有する。請求項１に係る仕組みを用いた場合、従来の重力式コンクリート柱と比べて軽く作ることが出来る。従来の重力式コンクリート柱はその重さから下部に向かうほど上部の重量を支えるために太く作らねばならず、その分、部材が必要であった。また重いので軟弱な地盤に建てようと思えば、岩盤まで杭を打ち込むなどの施工が必要であり、コストがかかった。そこで、柱の内部に海水より軽い浮力源を持った浮力部を設けることによって、柱上部の荷重を柱下部で支える必要がなくなり柱を細く作れる。ただし、柱が浮くほど軽くするよりは、ある程度の重さがあった方が柱の設置作業は容易となる。

また、特許文献１において浮力部を内包した柱を支えるために柱の各所をケーブルで、海底に打ち込んだ杭と連結しているが、柱を設置する水深は５０ｍ以上を想定しており、そのような深度の海底で、柱と海底の杭との間に緩みなくケーブルで連結する作業を行うのは困難である。さらに、数十本の柱の数十か所のケーブルの連結を緩みがないか定期的に点検するともなれば尚更である。そこで、請求項１では柱から伸ばされたケーブルを浮体に連結することで、海面付近にケーブルの連結箇所が設けられることになり、ケーブルの連結作業や点検が非常に容易になる。浮体の浮力がケーブルによる張力より十分大きければケーブルの張りは保たれ、柱がバランスを崩して倒壊することはない。ちなみに浮体自体は海底の杭にケーブルで連結したり、他の柱にケーブルに連結して、流動しないようにする。

請求項２に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、浮体をケーブルで海底に打ち込んだ杭と連結し、海中に固定することにより安定的に柱の保持ができる。浮体が前後左右に動かないようにケーブルでいくら固定しても、浮体を海面で浮いた状態にしていると、潮の満ち引きによって上下してしまう。すると柱と浮体を連結するケーブルに過度な荷重がかかったり、もしくはケーブルが緩んだりしてしまい倒壊してしまう危険がある。浮体の浮き沈みに合わせてケーブル巻き上げ機でケーブルの張りを調整するのも一つの手であるが、巻き上げ機の故障や電源の喪失などのトラブルを考えた場合あまり現実的ではない。また、潮位が一番低い状態で、浮体を固定して、潮位が上昇して浮力が増えた分を耐える設計にするのもよい。しかし、潮位が一番低い状態でも浮体が沈んだ状態にしておけば、潮の満ち引きで浮力は変わらないので、柱やケーブルの強度は低くてよくコスト的に安くできる。浮体はケーブルを連結する前はバラストを積んである程度沈めておき、ケーブルを連結したら、バラストを排出して浮力を得るようにするとよい。浮体の浮力源は空気でもよいが、穴が開いた時の危険を考慮して、ポリエチレンなどを発泡させたものなどを浮力源としてもよい。

請求項３に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、海底に打ち込む杭の数を減らすことで設置コストを安くすることができる。浮体が浮動しないようにするには、海底に打ち込んだ杭に固定する方法があるが、海底に杭を打ち込むのはそれなりに手間がかかる。そこで、浮体を一つだけの柱から伸ばしたケーブルと連結するのではなく、浮体の左右に位置する複数以上の柱から伸ばしたケーブルと連結する。こうすることで海底の杭とケーブルで連結しなくても浮体を浮動させないようにすることが出来る。本発明を特許文献１を応用した水路で用いることを想定すれば、水路の中ほどに浮体を配置し、左右の柱４本ほどからケーブルで連結すれば、浮体を海中で保持して浮動させなくすることができる。ただしこの場合も水路の外側や水路前方をケーブルで海底の杭と連結しておかなくてはならないので、まったく海底に打ち込む杭が必要なくなるわけではない。

請求項４に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、海底に打ち込む杭の数を減らすことで設置コストを安くすることができる。請求項３と比べて水路内の船の乗り入れが容易になる。

発明を実施するための形態を示す横方向からの断面図である。実施例１を示す横方向からの断面図実施例２を示す横方向からの断面図である。実施例２を示す横方向からの断面図である。実施例３を示す浮体の斜視図である。実施例４を示す横面図である。実施例５を示す横方向からの断面図である。実施例６を示す横方向からの断面図である。実施例７を示す横方向からの断面図である。実施例８を示す上面図である。実施例８を示す図１０の浮体部分を拡大した上面図である。

本発明を実施するための形態を図１に基づいて説明する。図１は発明を実施するための形態を示す断面図である。海底より起立させた柱（１）の内部各所に海水より軽い浮力源を内包した浮力部（２）を設けている。柱（１）に設けられたケーブル連結部（５）は、浮体（６）に設けられたケーブル連結部（５）をケーブル（４）で連結している。また浮体（６）は海底（８）に打ち込まれた杭（３）とケーブル（４）で連結され、海中に沈められた状態で固定されている。浮体（６）の上面にはポール（１０）が設けられ、その上に浮体（６）の位置を示すための発光器（１１）が設けられている。ケーブル（４）が連結されるどちらか片方のケーブル連結部（５）は海面付近にあるので、ケーブル（４）を固定する作業においても点検作業においても便利である。また、図左の柱（１）の上方に設けられたケーブル連結部（５）から図面外に伸びるケーブル（４）は海底の杭と連結されているものとする。同じく図右の浮体（５）から図面外に伸びるケーブル（４）も海底の杭と連結されているものとする。また、海流ではなく海流の圧力（９）としたのは特許文献１の幕式水中壁を用いた水路の柱に使うことを想定しているからである。海流の流入口が広く、流出口が狭い水路によって、海流の進む方向以外に水路を押し広げる方向にも圧力がかかる。それゆえこの図では一方向からの圧力しかかからないので、柱（１）の片側のみ多くのケーブル（４）が連結されている。もし、水路ではなく、水中壁のみとして柱（１）を用いる場合には、柱（１）の両側を多くのケーブル（４）で保定しなくてはならない。

また、図１において浮体（６）は海面に浮いていないが、これは浮力がある状態で、柱（１）のケーブル（４）と海底（８）に打ち込まれた杭（３）に連結した各ケーブル（４）によって動かないようにしているのである。各ケーブルを連結している浮体（６）が前後上下左右に動いてしまうと各ケーブルの張力が変化してしまう。引っ張る分にはまだよいが、緩んでしまったら、柱（１）が倒壊してしまう。それを防ぐために浮体（６）は干潮でも海面に浮上しない深度で固定しておかなくてはならない。また、浮体（６）は通常海面に沈んでいるため、場所を特定できるようにポール（１０）を立てて発光器（１１）を取り付けておくと接触事故の危険が減る。また、この図は最低限の構成を表したものであり、必要であれば、柱（１）や浮体（６）の必要な方向や箇所に更なるケーブル（４）で保定しても構わない。

実施例１を図２を基に説明する。図１とほぼ同じであるが、違いは柱（１）から伸ばされたケーブル（４）がポール（１０）に連結されていることである。また、ポール（１０）が折れないように、柱（１）と反対側の方向にポール（１０）と浮体（６）をケーブル（４）で連結している。ポール（１０）にケーブル連結部（５）が描かれてないのは、ポール（１０）で固定しなくても滑車のようなもので方向を転換させてもよいからである。もちろんポール（１０）にケーブル（４）を連結してもよい。いずれにしてもケーブル（４）が海面上に出ているので張り具合の点検はしやすい。

実施例２を図３および図４を基に説明する。浮体（６）の上面に立てられたポール（１０）は中空になっており、浮体（６）の空洞部分とつながっている。ポール（１０）の上方には給入口（１３）が設けられ、上面には発光器（１１）が設けられている。浮体（６）の下面には排出口（１４）が設けられ、また浮体（６）の各所にはケーブル連結部（５）が設けられケーブル（４）の一端が連結されている。図３と図４の違いは浮体（６）内部にバラスト用の海水（１６）があるかないかで、浮体（６）内部が空気（１５）で満たされた図４は浮力が大きくなり、浮き上がることによりケーブル（４）が張られている状態である。

ポール（１０）に給入口（１３）を設けることにより、船舶などから空気（１５）を送りやすくできる。バラスト用の海水（１６）は排出口（１４）から排出される。浮体（６）をケーブル（４）と連結したあとでケーブル（４）を引っ張って無理やり沈めるよりは、沈んでいる浮体（６）を浮かせる方がエネルギー的に効率がよい。また浮体（６）自体に給排出機能を付けない方がコストを抑えられる。図では浮力源として空気（１５）が用いられているが、穴が開いた時の危険を考慮して、ポリエチレンなどを発泡させた球体などを浮力源としてもよい。

実施例３を図５を基に説明する。浮体（６）にポール（１０）を複数設け、各ポール（１０）にケーブル（４）が２本ずつ連結されている。各ポール（１０）の片方のケーブル（４）は浮体（６）に連結され、もう片方のケーブル（４）は図中より先が記載されていないが、海中に設けられた柱に連結されているものとする。図２のように多くのケーブル（４）がポール（１０）に連結されていると、ポール（１０）の下向きに多大な荷重がかかり、ポール（１０）が押しつぶされる可能性がある。そこで浮体（６）に多くのポール（１０）を設け、荷重の分散を図る。なお、海中の柱から伸ばされたケーブル（４）は、ポール（１０）に滑車を設けることで方向を変え、浮体（６）に連結してもよい。また、浮体（６）は流線型にしておくと抵抗が少なくなり、固定する力も少なくて済む。

実施例４を図６を基に説明する。図６は海中に建てられた柱（１）の間に幕（１２）を張ったものである。これを用いることによって、これまで港に適さなかった場所を港にすることができたり、海流の流入口より流出口が狭い水路を作れば海流発電に用いることができる。具体的な幕の張り方については特許文献１によるものとする。なおケーブルや杭などの表記は省いている。

実施例５を図７を基に説明する。特許文献１の幕式水中壁で作られた水路で使うことを想定したものである。浮体（６）は左右の柱（１）から伸ばされた多くのケーブル（４）で保定されている。ただし、図においてケーブル（４）がポール（１０）の一か所に集中して連結されているように見えるが、図５に示したように、浮体（６）に複数以上のポール（４）を設け、各ケーブル（４）を別のポール（１０）に連結されているものとする。また対面する各ポール（４）間をケーブル（４）で連結することにより、ポール（４）が折れないようにする。また、図の外に伸びるケーブル（４）は海底に打ち込まれた杭（３）に連結されているものとする。なお、海流の圧力（９）は海流の流入口より流出口が狭い水路を進むことになるので、中心から両側に押し広げられる方向に海流の圧力がかかることを表している。

実施例６を図８を基に説明する。実施例５の問題点は、柱（１）の間の水面上を浮体（６）やケーブル（４）で塞いでしまうので船が通れないことである。もちろん水路内を一般の船舶が自由に航行するのは好ましくないが、メンテナンスなどで船舶が利用できないのは不便である。そこで、柱（１）の間に浮体（６）を複数以上設け、浮体（６）の間をケーブル（４）で連結することで、船舶が航行できる空間を確保する。浮体（６）から下方へポール（１０）を伸ばして、その間をケーブル（４）で連結すれば、船舶の航行可能な水深をさらに確保することができる。

実施例７を図９を基に説明する。図９は柱の設置工法を示した図である。浮体（６）はケーブル連結部（５）より伸ばされたケーブル（４）で海底（８）に打ち込まれた杭（３）と連結されている。柱建設用の浮体（２０）には柱の一部（１９）が置かれ、組み立て中の柱（１８）が柱建設用の浮体（２０）のそばに浮いている。浮体（６）に据え付けられたケーブル巻き上げ機（２１）から伸ばされたケーブル（４）はポール（１０）を経由して、組み立て中の柱（１８）の海面下に沈んでいるケーブル連結部（５）に連結されている。本発明の浮力式海中柱は、軽く出来る反面、強度において弱く、従来工法にあった陸上で柱の完成品を作り、海に運んで設置する方法は取れない。なので、柱の一部分（１９）を陸上で作り、それを柱建設用の浮体（２０）で組み立てて順次、海に沈めていく工法がよいと思われる。なお、この場合、水路の幕を張る前であれば、海流は集約されておらず、穏やかなので、組み立て中の柱（１８）にはそれほど負荷はかからない。また、柱（１）の組み立て中は、浮体（６）の固定に錨を用いても十分用をなすと思われる。

実施例８を図１０と図１１を基に説明する。図１０は特許文献１の幕式水中壁で作られた水路の柱を本発明で応用した場合の上面図であり、図６と図８を上方から見たものである。多数の柱（１）を２列にならべ、列方向の柱（１）の間は幕（１２）で張ることで水路を形成している。海流（２２）の流入側に比べ、海流（２２）の流出側が狭くなっている。水路の外側になる柱（１）の側面からケーブル（４）が伸ばされ、海底に打ち込まれた杭（３）と連結されている。水路の内側には浮体（６）があり、浮体（６）に設けられたポール（１０）と水路の内側になる柱（１）の側面から伸ばされたケーブル（４）が連結されている。また、ポール（１０）は水路の対面方向に配置された浮体（６）のポール（１０）とケーブルで連結されている。

図１１は図１０の浮体（６）の部分を拡大したものである。柱（１）から伸ばされたケブル（４ａ）は浮体（６）に設けられたポール（１０）に連結されており、ポール（１０）から画面外にケーブル（４ｂ）が伸びている。しかし、ケーブル（４ａ）とケーブル（４ｂ）はポール（１０）を境に角度が付いてしまっている。これでは角度の小さい方向へポール（１０）が引っ張られてしまう。そこですべてのポール（１０）の間をケーブル（４ｃ）で連結することで力の均衡を図っている。なお、これでもポール（１０）が折れる可能性があれば、さらに図５のようにポール（１０）と浮体（６）をケーブルで連結するとよい。

１柱
２浮力部
３杭
４ケーブル
４ａケーブル
４ｂケーブル
４ｃケーブル
５ケーブル連結部
６浮体
７海面
８海底
９海流による圧力
１０ポール
１１発光器
１２幕
１３給入口
１４排出口
１５空気
１６バラスト用の海水
１７船
１８組み立て中の柱
１９柱の一部分
２０柱建設用の浮体
２１ケーブル巻き上げ機
２２海流

Claims

海底より起立する柱の内部各所に海水より軽い浮力部を設け、柱の側面に複数以上のケーブルを連結し、そのケーブルを浮体に連結した浮力式海中柱。
浮力源の給入口を備えたポールおよび、バラストの排出口を備えた浮体を、海底に打ち込んだ杭とケーブルで連結し、海中に固定した請求項１の浮力式海中柱。
浮体の左右に位置する複数以上の柱から伸ばされたケーブルにより、浮体を海中に固定した請求項１の浮力式海中柱。
別の浮体および柱から伸ばされたケーブルにより、浮体を海中に固定した請求項１の浮力式海中柱。