JP6304434B1 - 支持構造、重力式防波堤、及び重力式防波堤の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】重量構造物による水平力を支持構造体の突出部に対して適切に伝えて支えることができ、従来よりも安定した支持構造を提供できる。【解決手段】設置面３ａ上に設けられた防波用構造物４からの水平力を受け止めて防波用構造物４を支持する支持構造１Ａであって、設置面３ａから鉛直上方に向かって突出する突出部５ａを有する支持構造体５が、防波用構造物４の港内側に非連結状態で配置され、防波用構造物４と突出部５ａとの間に充填材６が配置され、突出部５ａの設置面３ａからの突出長さをｈ（ｍ）とし、充填材６の内部摩擦角をφ（度）としたときに、防波用構造物４及び突出部５ａ間の水平方向の離隔距離Ｌ（ｍ）がＬ≦ｈ／ｔａｎ（４５°−φ／２）の式を満たす構成の支持構造を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、支持構造、重力式防波堤、及び重力式防波堤の施工方法に関する。

従来の重力式防波堤では、コンクリート製のケーソン内に砂利や水を充填し、その重さにより、このケーソンが設置された地盤やマウンドとの間に摩擦力を生じせしめ、これにより、波等に伴う荷重を支えている。そして、台風や発達した低気圧等による波浪、あるいは地震による津波等に伴う荷重に対して、安定性を保てることなどを目的として設計されている。
しかしながら、想定以上の荷重が作用した場合には、ケーソンと地盤あるいはマウンドとの間の摩擦力が不足する滑動破壊などが生じてしまう虞がある。例えば、想定外の大きさの津波による荷重がケーソンに作用すると、ケーソンが倒壊し、その結果として防波堤機能を損なう虞がある。

そこで、想定外の大きなエネルギーが負荷しても粘り強く耐えられる構造を持つ重力式防波堤の一例が、下記特許文献１に開示されている。この重力式防波堤は、地盤上又は地盤に設けられたマウンド上に配設された重量構造物と、この重量構造物から離隔した位置に設けられた支持構造体と、これら重量構造物及び支持構造体間に設けられた充填材とを備えている。そして、重量構造物からの水平荷重を、充填材を介して支持構造体で受け止めている。

この特許文献１に記載の構成によれば、荷重を受け止める一方で、支持構造体の打設による地盤またはマウンドへの影響、あるいは支持構造体の弾性変形に伴う地盤やマウンドの緩みが最小限に抑えられる。よって、重量構造物からの力が支持構造体に作用したとしても、支持構造体の打設や弾性変形に起因する重量構造物の滑動や沈み込みを抑止できるとしている。
したがって、想定外の津波等の大きなエネルギーに伴う荷重が作用し、重量構造物が移動したとしても、支持構造体及び充填材により、該重量構造物の滑落や沈み込みに起因する防波堤の完全な破壊が抑えられる。よって、一瞬で全ての防波堤機能を失うことのない粘り強い重力式防波堤を得ることができるとしている。

特開２０１４−１０１６６３号公報

上記特許文献１に記載の重力式防波堤では、特に、粘り強い支持構成を得るために、重量構造物と支持構造体との離隔距離について、主に支持構造体の深さやマウンド高さを基準として検討している。しかしながら、実際には、支持構造体の深さやマウンド高さではなく、充填材の性状や支えるべき重量構造物の寸法なども支持構造の安定性に大きく影響するため、さらなる検討が求められていた。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたものであって、倒壊を防止することはもちろん、大変形を防止し得る、より安定した支持構造の提供を目的とする。また、本発明は、この支持構造を備えた重力式防波堤、さらにはこの重力式防波堤の施工方法の提供も目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る支持構造は、設置面上に設けられた重量構造物からの水平力を受け止めて前記重量構造物を支持する支持構造であって、前記設置面から鉛直上方に向かって突出する突出部を有する支持構造体が、前記重量構造物の港内側及び港外側の少なくとも一方に非連結状態で配置され；前記重量構造物と前記突出部との間に、充填材が配置され；前記突出部の前記設置面からの突出長さをｈ（ｍ）とし、前記充填材の内部摩擦角をφ（度）としたときに、前記重量構造物及び前記突出部間の水平方向の離隔距離Ｌ（ｍ）が下式（１）を満たす；ことを特徴としている。

上記態様によれば、重量構造物、充填材、そして支持構造体の突出部を離隔距離Ｌの延在方向に沿って縦断面視した場合、離隔距離Ｌが上式（１）よりも長いと、重量構造物の水平力を支える充填材のうち、受働崩壊角（＝４５°−φ／２）で規定される受働崩壊面よりも上の部分が重量構造物によって容易に押し出されてしまう虞がある。この場合、重量構造物からの水平力が充填材の押し出しに費やされてしまうため、水平力が突出部に適切に伝わらない。よって、支持構造体が本来の機能を十分に発揮できないため、重量構造物の大きな水平移動を許容してしまう。
一方、上記態様では、受働崩壊面と支持構造体の突出部とが交差するように、又は受働崩壊面の上端と支持構造体の突出部とが一致するように離隔距離Ｌを設定しているので、重量構造物からの水平力が充填材の押し出しに殆ど費やされず、充填材を介して突出部に適切に伝達される。そのため、重量構造物の大きな水平移動を許容せず、その安定性を維持できる。

また、本発明に係る支持構造は、前記重量構造物の前記設置面からの高さをＨｃ（ｍ）とし、前記重量構造物の前記離隔距離に沿った方向の幅寸法をＢｃ（ｍ）とし、これらＨｃ（ｍ）及びＢｃ（ｍ）のうちの大きい方の値をＸ（ｍ）とした場合に、さらに下式（２）及び下式（３）の双方を満たすことが好ましい。

この構成によれば、離隔距離Ｌに上限値を設けることで、荷重による充填材自体の圧縮量を小さくでき、かつ支持構造体の突出部の突出長さｈに上限値を設けることで、重量構造物が充填材を介して突出部を押した際の作用高さを小さくすることができ、支持構造体自体の負荷が軽減できる。そして、周知技術により防波堤直立部の高さの１／３よりも補強工の高さを大きくし、さらにそれよりも補強工の岸沖方向の幅を大きくすることが好ましいことから、少なくとも上式（２）、（３）の双方が満たすことにより、既往の補強方法（腹付）よりも断面寸法を小さくすることができる。このように、重量構造物の水平力を支える抵抗力を確保しつつ、必要とされる充填材の量を抑えることができるため、材料費、施工費削減および工期短縮への寄与のみならず既往の補強方法での対策が難しかった狭隘箇所への適用も可能となる。

また、本発明に係る支持構造は、前記重量構造物の前記設置面からの高さをＨｃ（ｍ）とし、前記重量構造物の前記離隔距離に沿った方向の幅寸法をＢｃ（ｍ）とし、これらＨｃ（ｍ）及びＢｃ（ｍ）のうちの小さい方の値をＹ（ｍ）とした場合に、さらに下式（４）及び下式（５）の双方を満たすことが好ましい。

この構造によれば、離隔距離Ｌに下限値を設けることで、充填材、設置面（地盤、マウンド）による荷重分散効果により重量構造物が支持構造体を押した際の荷重を低減することができ、突出部の突出長さｈに下限値を設けることで、重量構造物が支持構造物を乗り越えるように回転し倒壊に至る現象を抑止することができる。このように、支持構造体に確実に水平力を伝達しながら、支持構造体への負荷を軽減することができるため、支持構造体自体の薄肉化のみならず重量構造物の安定性を向上させることが可能となる。

また、本発明に係る支持構造は、前記充填材が石材であることが好ましい。

この場合には、充填材の寸法（離隔距離Ｌ、突出部の突出長さｈに相当する高さ）、及び内部摩擦角φを比較的容易に管理することができ、これらの管理により重量構造物の安定性に関する設計値の確実性を確保することができる。

また、本発明に係る支持構造は、前記石材の全体としての平均粒径をｄnave（ｍ）とし、前記設置面直下にある地盤の平均粒径をｄmave（ｍ）とした場合に、下式（６）を満たすことが好ましい。

この場合には、上式（６）を満たすことにより、敷き均しを施した設置面直下の地盤が最密充填となる。すなわち、充填材の設置面直下の地盤が最密充填となることにより、充填材が直下の地盤（マウンド又は海底の地盤）からの吸い出しを受け流失してしまうことを防止することができる。したがって、設置面が状態変化しても充填材としての機能を維持することが可能となる。

また、本発明の一態様である重力式防波堤は、上述した支持構造を備え；平面視した場合に、前記港内側と前記港外側との間を仕切るように前記重量構造物が複数連なってかつ前記各重量構造物の並びに沿って前記支持構造体が複数連なっている；ことを特徴としている。

本発明の上記態様によれば、従来よりも安定した支持構造を備えた重力式防波堤を実現することができ、安定した防波機能を発揮することが可能となる。

また、本発明に係る重力式防波堤は、前記各支持構造体のうちの少なくとも一部において、互いに隣り合う前記各支持構造体間に、下式（７）を満たす間隙Ｇ（ｍ）が設けられている；ことが好ましい。

この場合には、充填材を構成する石材が平面視で充填材側に突となるアーチを形成し、間隙Ｇから外方に離脱し難くなるので、上式（７）の範囲内であれば、支持構造による抵抗力をより確実に発揮することができる。
そして、支持構造による抵抗力をより確実に発揮することができるので、より安定した防波機能を発揮することが可能となる。

また、本発明に係る重力式防波堤は、前記各支持構造体の鉛直方向の全長をＤ（ｍ）とした場合に、前記間隙Ｇ（ｍ）がさらに下式（８）を満たすことが好ましい。

この場合には、互いに隣り合う支持構造体間の干渉を避けられる上に、支持構造体の鉛直性を保つことが可能となることから、充填材の漏れを確実に防いでより安定した防波機能を発揮することが可能となる。

また、本発明に係る重力式防波堤は、前記間隙に、前記充填材の通過を遮る流出防止部材が設けられていることが好ましい。

この場合、流出防止部材により充填材の漏れを防ぐことができることから、より安定した防波機能を発揮することが可能となる。

また、本発明に係る重力式防波堤の施工方法は、重量構造物によって港内外を仕切る重力式防波堤の施工方法であって、設置面に設けられた前記重量構造物の港内側及び港外側の少なくとも一方に、前記設置面から鉛直上方に向かって突出する突出部を有し、かつ前記重量構造物と非連結状態となるように支持構造体を設ける工程と；前記重量構造物及び前記突出部間に充填材を充填し、該充填材を前記重量構造物と前記突出部とのいずれとも非連結状態で設ける工程と；を備え、前記突出部の前記設置面からの突出長さをｈ（ｍ）とし、前記充填材の内部摩擦角をφ（度）としたときに、前記重量構造物及び前記突出部間の水平方向の離隔距離Ｌ（ｍ）が下式（９）を満たすことを特徴としている。

上記態様によれば、施工後の離隔距離Ｌが上式（９）を満たすことにより、受働崩壊面を支持構造体の突出部が交差するように、又は受働崩壊面の上端を支持構造体の突出部が一致するように離隔距離Ｌを設定しているので、重量構造物からの水平力が充填材の押し出しに殆ど費やされず、充填材を介して突出部に適切に伝達される。そのため、重量構造物の大きな水平移動を許容せず、その安定性を維持できる。

また、本発明に係る重力式防波堤の施工方法は、前記支持構造体を設ける工程で、前記設置面を上面とする捨て石からなるマウンドを前記支持構造体の下端に設けられた硬質切削部材又は高強度材で打ち抜くことを特徴としてもよい。

この場合、従来であれば支持構造体の打設前にマウンドを削孔して地盤を緩めてから、支持構造体を打設する方法となることに対して、本態様では一工程で施工を完了することができるので、短工期で施工することが可能となる。

本発明の支持構造、重力式防波堤、及び重力式防波堤の施工方法によれば、重量構造物による水平力を支持構造体の突出部に対して適切に伝えて支えることができるため、従来よりも安定した支持構造を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態による支持構造を備えた重力式防波堤を示す側面図である。 図１に示す重力式防波堤の平面図である。 重力式防波堤の各部の数値範囲を説明するための側面図である。 重力式防波堤の各部の数値範囲を説明するための拡大平面図であって、（ａ）はＧ＜Ｌの図、（ｂ）はＧ＞Ｌで間隙に流出防止部材を設けた図である。 離隔距離Ｌと支持構造体の突出部の突出長さｈの数値範囲を説明するための図である。 (ａ)、(ｂ)は、充填材の受動崩壊角と、離隔距離Ｌ及び支持構造体の突出部の突出長さｈの関係を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態による支持構造、重力式防波堤、及び重力式防波堤の施工方法について、図面に基づいて説明する。

本実施の形態による重力式防波堤１は、図１に示すように、海底の地盤２上に配置されたマウンド３の上面（これを設置面３ａとする）上に設けられた防波用構造物４（重量構造物）と、防波用構造物４からの水平力を受け止めて、この防波用構造物４を支持する支持構造１Ａと、を備えて構成されている。

ここで、本実施の形態では、上述した防波用構造物４において、陸地側となる港内側（港湾の場合で港の内側）を後方、後側、後面側とし、港外側（港湾の場合で港の外側）を前方、前側、前面側とする。また、本実施の形態の重力式防波堤１は、防波用構造物４の前面側及び後面側が海に面しているものを指し、岸壁、桟橋、及び波除堤を概念的に含むものとする。

すなわち、重力式防波堤１は、前記防波用構造物４と、マウンド３の設置面３ａから鉛直上方に向かって突出する突出部５ａを有するとともに、防波用構造物４の後面４ａに非連結状態で配置された支持構造体５と、防波用構造物４と支持構造体５の突出部５ａとの間に配置された充填材６と、を備えている。ここで、支持構造１Ａは、支持構造体５と充填材６から構成される構造である。

防波用構造物４は、例えばコンクリート製の箱状に形成されて内部に石材、砂、コンクリート等が充填されたケーソン、あるいはコンクリートで形成された段積みブロック等であり、基本的に、自身の重量によって波から受ける荷重を受け止めて抵抗するものである。
本実施の形態においては、略直方体状に形成されたコンクリート製のケーソンを用いており、上端側の一部が海面から上方に突出した状態でマウンド３の設置面３ａ上に載置されている。さらに、図２に示すように、重力式防波堤１は、防波用構造物４としてのケーソンを横方向Ｘ１（陸地に沿う方向）に複数並列されて設けられている。

マウンド３は、海中の地盤２の上に捨石および砕石等の石材を所定の高さにまで盛って形成したもので、上端部（設置面３ａ）はマウンド３を構成する石材の内比較的粒径の大きなものが配置されており、敷き均しにより各々が密となるように平坦面が形成されていて防波用構造物４を安定的に載置することができるようになっている。

支持構造体５は、防波用構造物４の後面４ａ側に間隔(図３に示す離隔距離Ｌ)をあけてマウンド３を貫通した状態で地盤２に打設され、防波用構造物４側（前側）からの水平方向の力を受け止めて防波用構造物４を支持する機能を有する。本実施の形態における支持構造体５は、図２に示すように、複数の鋼管杭が防波用構造物４の延在方向（横方向Ｘ１に平行な方向）に所定の間隔（図４（ａ）、（ｂ）に示す間隙Ｇ）を空けて配置されている。

また、支持構造体５は、上端側の一部（突出部５ａ）がマウンド３の設置面３ａから上方に向けて設定された長さ（図３に示す突出長さｈ）で突出した状態で地盤２に打設されている。
さらに、支持構造体５の下端には、打設時にマウンド３を打ち抜くためのカッタビット等の硬質切削部材（図示省略）が設けられている。

充填材６は、図１及び図２に示すように、支持構造体５の突出部５ａと防波用構造物４の後面４ａ側との間の空間Ｓに充填されている。そして、本実施の形態では、支持構造体５における突出部５ａの高さ（突出長さｈ）と、充填材６の充填高さ（鉛直方向の高さ）とが実質的に同じになっている。ここで、充填材６の充填高さは突出部５ａの突出長さｈよりも大きくなっていてもよい。
なお、支持構造体５は、防波用構造物４とは充填材６の間で連結されない非連結状態で配置され、また防波用構造物４からの水平力を受けない状態において、防波用構造物４や充填材６から上端側を押圧される等、防波用構造物４や充填材６によって下方向に直接的に押圧されてもいない。

充填材６は、防波用構造物４からの水平方向の力を支持構造体５に伝達するものである。したがって、支持構造体５は、充填材６を介して間接的に防波用構造物４からの水平方向の力が伝達され、その力を受け止めることにより防波用構造物４を支持している。

具体的に言うと、充填材６は、砂利、砕石、捨石等の石材からなり、マウンド３上における支持構造体５と防波用構造物４とに囲まれた上方開口の空間Ｓ内に充填されている。また、充填材６は、上述したように、支持構造体５と防波用構造物４との間に充填されているのみであり、支持構造体５と防波用構造物４とのいずれとも固定的な連結は一切されてはいない。

なお、充填材６は、上述のように石材からなるものであるが、例えば砕石等で形成された層の上端面にこの砕石等が舞い上がらないようにするための被覆ブロック（図示省略）を配設することもできる。この場合、砕石等で形成される層を、その上端面が支持構造体５の上端の高さよりも、被覆ブロックの厚さ分だけ低くなるように形成し、砕石等で形成された層の上端面に被覆ブロックを載置することにより、充填材６が形成することもできる。

また、図４（ｂ）に示すように、間隙Ｇで配置された隣り合う支持構造体５の突出部５ａ、５ａ同士の間には、充填材６が外方に流出しないよう防止するための膜状又は壁状の流出防止部材５１が設けられている。このような流出防止部材５１は、上述したように突出部５ａ、５ａ同士間の隙間から充填材６が外方に抜け出ないようにするための構成であり、荷重伝達に重要な役割を果たす充填材６を確保するための部材である。

このように構成される重力式防波堤１では、支持構造体５を防波用構造物４から積極的に離間させた位置に打設し、支持構造体５の上端側の一部（突出部５ａ）をマウンド３の設置面３ａから突出させることで、支持構造体５の弾性変形に起因する地盤２やマウンド３の破壊を可及的に抑止するようにしている。そして、相互に離間している支持構造体５と防波用構造物４との間に充填材６を充填し、防波用構造物４からの水平方向の力を、充填材６を介して間接的に支持構造体５に伝達できるようにすることにより、支持構造体５に防波用構造物４からの力を受け止めることが可能となり、防波用構造物４を支持できるようにしている。

次に、本実施の形態の重力式防波堤１として、各構造部位に設定される好適な数値範囲について具体的に説明する。
重力式防波堤１は、図３に示すように、支持構造体５の突出部５ａのマウンド３の設置面３ａからの突出長さをｈ（ｍ）とし、充填材６の内部摩擦角をφ（度）としたときに、防波用構造物４及び突出部５ａ間の水平方向の離隔距離Ｌ（ｍ）が下記（１）式を満たすように決定されている。
ここで、充填材６の内部摩擦角φ（せん断抵抗角）は、ボーリングデータ等による相対密度やＮ値等の地盤物性値からある程度想定できる物性値であって、充填材６の材料や施工状況から経験値として決められる値である。この内部摩擦角φとして、例えば３５度となる。

図５は、離隔距離Ｌと支持構造体５の突出部５ａの突出長さｈの数値範囲を説明するための図であって、直線Ｐ１は上式（１）において、ｈ≦Ｌ・ｔａｎ（４５°−φ／２）を表している。そして、（１）式を満たす範囲は、図５で直線Ｐ１よりも上側の範囲となるため、図５において符号Ｐａで示す点（下式（２）、（４）を満たす場合）は内部摩擦角φを３５度としたときに上記（１）式を満たす範囲外となり、符号Ｐｂ、Ｐｃで示す点は（１）式の範囲内となる。なお、上式（１）は、下式（２）、（４）を満たす場合において、内部摩擦角φは３６．９度以上４５度以下の範囲に設定される。

また、本実施の形態の重力式防波堤１では、図３に示すように、防波用構造物４の設置面３ａからの高さをＨｃ（ｍ）とし、防波用構造物４の離隔距離Ｌに沿った方向の幅寸法をＢｃ（ｍ）とし、これらＨｃ（ｍ）及びＢｃ（ｍ）のうちの大きい方の値をＸ（ｍ）とした場合に、さらに下式（２）及び下式（３）の双方を満たすように決定することがよい。

また、上述したＨｃ（ｍ）及びＢｃ（ｍ）のうちの小さい方の値をＹ（ｍ）とした場合に、さらに下式（４）及び下式（５）の双方を満たすように決定することがより良い。
例えば、図５において上記（１）式〜（５）式のすべてを満たした範囲は、図５に示す符号Ｐ０の領域（斜線部分）となり、符号Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃで示す点は範囲外となる。
なお、図５は、防波用構造物４の高さＨｃを対象とした図であるが、防波用構造物４の幅寸法Ｂｃの場合も図５と同様の図となる。

また、本実施の形態の重力式防波堤１では、充填材６の石材の全体としての平均粒径をｄnave（ｍ）とし、石材のうち設置面３ａ直下にあるものの平均粒径をｄmave（ｍ）とした場合に、下式（６）を満たすように決定されていてもよい。
なお、石材の平均粒径ｄnave（ｍ）は、上述した離隔距離Ｌ（ｍ）以下（ｄnave≦Ｌ）に設定されていることがさらに良い。

さらにまた、本実施の形態の重力式防波堤１においては、図２及び図４（ａ）に示すように、各支持構造体５のうちの少なくとも一部において、互いに隣り合う各支持構造体５、５間に、下式（７）を満たすように間隙Ｇ（ｍ）を設けるように設定されていることが好ましい。
なお、Ｇ＞Ｌとなる場合には、上述した図４（ｂ）に示すような流出防止部材５１を設けて、間隙Ｇから充填材６が流出することを防ぐことが好ましい。

また、図３に示すように、各支持構造体５の鉛直方向の全長をＤ（ｍ）とした場合に、上述した図４（ａ）に示す間隙Ｇ（ｍ）がさらに下式（８）を満たすことが好ましい。
このように間隙Ｇが下式（８）を満たすように設定することで、支持構造体５の向きを鉛直方向に対して１／２００以下の傾斜に保って施工誤差を小さくすることができ、支持構造体５が鉛直性を保って設置することができる。これにより、間隙Ｇを狭くした場合でも、施工中の支持構造体５同士の衝突を防止することができる。

次に、防波用構造物４によって港内外を仕切る上述した重力式防波堤１の施工方法の一例について説明する。
本実施の形態では、例えばコンクリート造からなる防波用構造物４は既設とされ、図１に示すように、海底の地盤２上に捨て石等の石材を積み上げて設置されたマウンド３の設置面３ａ上に設けられている。このときのマウンド３は、上面を平坦に均した状態の設置面３ａが形成されている。
本実施の形態におけるマウンド３の設置領域は、後施工となる支持構造体５が防波用構造物４の後面４ａとの間で上述した適宜な離隔距離Ｌを確保してマウンド３に対して十分に打設可能な領域とされる。なお、マウンド３の外方の海中の地盤２に対して支持構造体５が打設される場合も想定されるが、ここではマウンド３に対して打設される場合において有効な施工方法について説明する。

先ず、マウンド３の設置面３ａ上で、かつ防波用構造物４の後面４ａ側で上述した充填材６を充填するための空間Ｓ（前記離隔距離Ｌ）を確保した位置において、マウンド３を打ち抜くととともにマウンド３下の地盤２に対して支持構造体５を打設する。このとき、支持構造物５は、設置面３ａから鉛直上方に向かって突出する突出部５ａを有するように打設される。

具体的には、バイブロハンマ工法により、支持構造体５の上端をバイブロハンマ等の振動装置で把持し、振動を支持構造体５に付与することで、削孔能力を増加させながらマウンド３に圧入して打設する。

その後、防波用構造物４及び突出部５ａ間の空間Ｓに石材からなる充填材６を突出部５ａの上端に一致する高さになるまで充填する。
このようにして重力式防波堤１を構築することができるが、この施工の際には、少なくとも、図３に示すように、突出部５ａの設置面３ａからの突出長さｈ（ｍ）、充填材６の内部摩擦角をφ（度）、防波用構造物４及び突出部５ａ間の水平方向の離隔距離Ｌ（ｍ）が上記（１）式を満たすように設定される。
そして、この場合、従来であれば支持構造体５の打設前にマウンド３を削孔して地盤を緩めてから、支持構造体５を打設する方法となることに対して、本実施の形態では一工程で施工を完了することができるため、短工期で施工することが可能となる。

また、マウンド３を支持構造体５の回転により打ち抜く施工において、支持構造体５自体が損傷するおそれがあるため、支持構造体５をなす鋼管杭の先端部に超硬ビット等の硬質切削部材や高強度材等の先端補強部材（図示省略）を取り付けて打設する。つまり、硬質切削部材を備えた支持構造体５を回転させながらマウンド３に圧入することで、削孔能力を増加させることができる。なお、このように部分的に硬質切削部材を設ける方法となるので、例えば支持構造体５の損傷を抑制する目的で支持構造体５全体を防護する方法に比べてコストを抑えることができる。

なお、上述した施工手順では既設の防波用構造物４を施工対象としているが、新設で防波用構造物４を支持構造１Ａとともに設ける場合には、支持構造体５を打設した後に防波用構造物４を設け、さらにその後に防波用構造物４と支持構造体５との間に充填材６を設ける施工手順でもよい。また、マウンド３に対して、防波用構造物４の設置と支持構造体５の打設を同時に行うことも勿論可能である。

また、捨て石等のマウンド３を打ち抜く他の施工方法として、支持構造体５を打設する前にマウンド３の打設箇所を削孔しておくとともに、マウンド３の地盤２を緩めてから、支持構造体５を打設する方法としてもよい。
例えば、削孔工程と高圧水噴射を併用して、支持構造体５でマウンド３を打ち抜くとともに、支持構造体５を地盤２内に打ち込む方法でもよい。さらに、圧入工法等で施工する方法を採用することも可能であり、この場合には一度に施工でき、合理的となる。

以上説明した重力式防波堤１によれば、防波用構造物４、充填材６、そして支持構造体５の突出部５ａを離隔距離Ｌの延在方向に沿って縦断面視した場合、離隔距離Ｌが上式（１）よりも長いと、防波用構造物４の水平力を支える充填材６のうち、受働崩壊角（＝４５°−φ／２）で規定される受働崩壊面よりも上の部分が防波用構造物４によって容易に押し出されてしまう虞がある。
この場合、防波用構造物４からの水平力が充填材６の押し出しに費やされてしまうため、水平力が突出部５ａに適切に伝わらない。よって、支持構造体５が本来の機能を十分に発揮できないため、防波用構造物４の大きな水平移動を許容してしまう。
一方、本実施の形態では、図６（ａ）に示すように受働崩壊面ｄと支持構造体５の突出部５ａとが交差するように、又は受働崩壊面ｄの上端ｄ０と支持構造体５の突出部５ａとが一致するように離隔距離Ｌを設定しているので、図１に示すように防波用構造物４からの水平力が充填材６の押し出しに殆ど費やされず、充填材６を介して突出部５ａに適切に伝達される。そのため、防波用構造物４の大きな水平移動を許容せず、その安定性を維持できる。

また、本実施の形態では、離隔距離Ｌに上限値を設けることで、荷重による充填材６自体の圧縮量を小さくでき、かつ支持構造体５の突出部５ａの突出長さｈに上限値を設けることで、防波用構造物４が充填材６を介して突出部５ａを押した際の作用高さを小さくすることができ、支持構造体５自体の負荷が軽減できる。そして、周知技術（「港湾の施設の技術上の基準・同解説（平成１９年７月）」の第４章３．１．４（１１）に既往の補強方法（腹付）による断面寸法についての記載）により防波堤直立部の高さの１／３よりも補強工の高さを大きくし、さらにそれよりも補強工の岸沖方向の幅を大きくすることが好ましいことから、少なくとも上式（２）、（３）の双方が満たすことにより、既往の補強方法（腹付）よりも断面寸法を小さくすることができる。
このように、防波用構造物４の水平力を支える抵抗力を確保しつつ、必要とされる充填材６の量を抑えることができるため、材料費、施工費削減および工期短縮への寄与のみならず既往の補強方法での対策が難しかった狭隘箇所への適用も可能となる。

また、本実施の形態では、離隔距離Ｌに下限値を設けることで、充填材６、設置面３ａ（マウンド３）による荷重分散効果により防波用構造物４が支持構造体５を押した際の荷重を低減することができ、突出部５ａの突出長さｈに下限値を設けることで、防波用構造物４が支持構造物５を乗り越えるように回転し倒壊に至る現象を抑止することができる。このように、支持構造体５に確実に水平力を伝達しながら、支持構造体５への負荷を軽減することができるため、支持構造体５自体の薄肉化のみならず防波用構造物４の安定性を向上させることが可能となる。

また、本実施の形態では、充填材６を石材とすることにより、充填材６の寸法（離隔距離Ｌ、突出部５ａの突出長さｈに相当する高さ）、及び内部摩擦角φを比較的容易に管理することができ、これらの管理により防波用構造物４の安定性に関する設計値の確実性を確保することができる。

さらに、本実施の形態では、上式（６）を満たすように設定することにより、充填材６の少なくとも最下層に位置する石材が最密充填となる。すなわち、充填材６の最下層の石材が最密充填となることにより、充填材６がマウンド３の設置面３ａに吸い込まれてしまうことを防止することができる。したがって、設置面３ａが状態変化しても充填材６としての機能を維持することが可能となる。

また、本実施の形態では、充填材６を構成する石材が平面視で充填材６側に突となるアーチを形成し、間隙Ｇから外方に離脱し難くなるので、上式（７）の範囲内であれば、支持構造１Ａによる抵抗力をより確実に発揮することができる。
そして、支持構造１Ａによる抵抗力をより確実に発揮することができるので、より安定した防波機能を発揮することが可能となる。

さらに、本実施の形態では、上式（８）を満たすように設定することにより、互いに隣り合う支持構造体５，５間の干渉を避けられる上に、支持構造体５の鉛直性を保つことが可能となることから、充填材６の漏れを確実に防いでより安定した防波機能を発揮することが可能となる。

また、本実施の形態では、隣り合う支持構造体５の突出部５ａ、５ａ同士の間隙Ｇに流出防止部材５１が設けられているので、充填材６の漏れを防ぐことができることから、より安定した防波機能を発揮することが可能となる。

上述のように本実施の形態による支持構造、重力式防波堤、及び重力式防波堤の施工方法では、防波用構造物４による水平力を支持構造体５の突出部５ａに対して適切に伝えて支えることができるため、従来よりも安定した支持構造１Ａを提供することが可能となる。

次に、上述した実施の形態による支持構造、重力式防波堤、及び重力式防波堤の施工方法の効果を裏付けるために行った実施例について以下説明する。

（実施例１）
本実施例１は、上述した実施の形態の重力式防波堤１と同等の小型模型（試験体）を使用して載荷実験を行い、本実施の形態の支持構造の有効性を確認した。
試験体は、図３に示すように、重力構造物１０の高さＨｃは３０ｃｍ、重量構造物１０の幅Ｂｃは３０ｃｍである。ここで、本試験体では、重力構造物１０の高さＨｃと幅Ｂｃがそれぞれ３０ｃｍと同じ寸法（Ｈｃ＝Ｂｃ）となるので、重力構造物１０の高さＨｃのみを用いて以下説明する。そして、支持構造体１１と重量構造物１０との離隔距離Ｌを２ｃｍ（Ｌ／Ｈｃ＝１／１５），５ｃｍ（Ｌ／Ｈｃ＝１／６），１０ｃｍ（Ｌ／Ｈｃ＝１／３）と変えると共に、支持構造体１１の突出部１１ａの突出長さｈを５ｃｍ（ｈ／Ｈｃ＝１／６），１０ｃｍ（ｈ／Ｈｃ＝１／６）と変化させて実験を行った。
さらに、比較例として、支持構造体１１を用いずに充填材１２を構成する石材のみを配置した実験模型による実験も行った。比較例は、腹付きと呼ばれるものであり、既存の施工において、最も一般的な防波用構造物の支持構造である。

このような実験模型に対して津波荷重等の波力を模した載荷を行い、重量構造物１０、充填材１２及び支持構造体１１で発揮される抵抗力を計測し、充填材無しの場合からの抵抗力の増大を計測した。具体的には、奥行きｍ当りの抵抗力（Ｎ／ｍ）を測定し、充填材無しを１．００としたものとの比率を求めた。また、本実験におけるマウンド形状として、抵抗力に及ぼす影響をなくすため、岸沖方向に十分に長い条件で行った。

表１の実験結果に示すように、支持構造体１１と重量構造物１０との間の離隔に充填材１２を配置した場合では、重量構造物１０の高さＨｃに関する無次元量でＬ／Ｈｃ≧１／６（Ｌ≧Ｈｃ／６）とすることで抵抗力の増加が見込め、少なくとも充填材無しの場合の抵抗力の１．６倍以上の抵抗力が発揮できることが確認された。このように離隔距離Ｌに下限値を設けることで、充填材１２、設置面（地盤、マウンド）による荷重分散効果により重量構造物１０が支持構造体１１を押した際の荷重が低減できることが確認された。

また、離隔距離Ｌが小さい方が充填材１２の量が少なくなり、工事費を低減することができるため、本実験から確認された離隔距離Ｌの最大値、すなわちＬ／Ｈｃ≦１／３（Ｌ≦Ｈｃ／３）を離隔距離Ｌの上限とする。このように離隔距離Ｌに上限値を設けることで、荷重による充填材１２自体の圧縮量を小さくでき、支持構造体１１自体の負荷を軽減できることが確認された。
ここで、離隔距離Ｌの最大値は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、充填材１２の内部摩擦角φからも決まる。そのため、充填材１２の内部摩擦角φにおいて、重量構造物１０の底面から伸びる受働崩壊角（４５°−φ／２）を過るように、支持構造体１１の突出部１１ａの突出長さｈを設定する。このとき、Ｌ≦ｈ／ｔａｎ（４５°−φ／２）で離隔距離Ｌが制限されるため、離隔距離Ｌの上限値は、Ｈｃ／３、及びｈ／ｔａｎ（４５°−φ／２）のいずれか小さい値とする。

ここで、本実験の当該充填材１２の内部摩擦角φは実施の形態を想定した３５度であり、表１に示すように、例えばｈ＝５ｃｍの場合には、ｈ／ｔａｎ（４５°−φ／２）＝５／ｔａｎ（４５°−３５°／２）＝９．６となり、例えばｈ＝１０ｃｍの場合には、ｈ／ｔａｎ（４５°−φ／２）＝１０／ｔａｎ（４５°−３５°／２）＝１９．２となる。
表１では、腹付による補強を実施した比較例の場合と比較して、（Ｌ，ｈ）＝（１０ｃｍ，５ｃｍ）以外のケースでは同一変位における抵抗力が大きくなっていることが確認できる。

次に、充填材１２からの水平方向の力を伝達するには、支持構造体１１の突出部１１ａの突出長さｈも一定以上必要であり、本実験から、Ｌ／Ｈｃ≧１／６の条件であれば、ｈ／Ｈｃ≧１／６（ｈ≦Ｈｃ／６）での抵抗力の増大が確認されている。このように突出部１１ａの突出長さｈに下限値を設けることで、重量構造物１０が支持構造物１１を乗り越えるように回転し倒壊に至る現象を抑止できることが確認された。
また、突出長さｈは大きい方が抵抗力は増大するが、大きすぎると工事費が増大するため、本実験で確認された突出部１１ａの突出長さｈで範囲を規定し、１／６≦ｈ／Ｈｃ≦１／３を支持構造体１１の突出部１１ａの突出長さｈの最適範囲に設定できる。このように支持構造体１１の突出部１１ａの突出長さｈに上限値（ｈ≦Ｈｃ／３）を設けることで、重量構造物１０が充填材１２を介して突出部１１ａを押した際の作用高さを小さくすることができ、支持構造体１１自体の負荷を軽減できることが確認された。

なお、実際の構造物では、ＨｃとＢｃが等しくないことが考えられるため、実構造物を考慮した望ましい実施形態としては、以下のようになる。
＜離隔距離Ｌ＞
Ｌ／Ｈｃ及びＬ／Ｂｃのうち小さい方が１／６以上となる離隔距離Ｌ
かつ
Ｌ≦Ｈｃ／３、Ｂｃ／３、及びｈ／ｔａｎ（４５°−φ／２）のうち最も小さい値
＜支持構造体１１の突出長さｈ＞
ｈ／Ｈｃ及びｈ／Ｂｃのうち小さい方が１／６以上となる支持構造体１１の突出部１１ａの突出長さｈ
かつ
ｈ／Ｈｃ及びｈ／Ｂｃのうち小さい方が１／３以下となる支持構造体１１の突出部１１ａの突出長さｈ
となる。

充填材１２は、水平力を確実に伝達できること、支持構造体１１と重力構造物１０の間に投入し易いこと、供用中に波浪等で流されないこと等を考慮すると、捨石等の石材が好適である。
充填材１２が直下の地盤（マウンド又は海底の地盤）からの吸い出しを受け流失しないよう、一定程度の粒径が必要である。そして、充填材１２の粒径ｄnaveは、敷き均しを施した設置面３ａ直下における平均粒径ｄmaveを用いた最密六方充填構造の空隙を想定し、（√６−２）／４×ｄmave以上（（√６−２）／４×ｄmave＜ｄnave）となるように、また離隔距離Ｌの中に入り得る必要があるため、離隔距離Ｌ以下（ｄnave＜Ｌ）となるよう設定した。つまり、このように充填材１２の粒径ｄnaveを間隙Ｇ以上に設定しなくても、間隙Ｇが離隔距離Ｌよりも小さい場合（Ｇ＜Ｌ）にはその間隙Ｇから充填材１２の粒径ｄnaveが抜けていくことを抑止できる。

ここで、図４に示すように、支持構造体１１、１１同士の間隙Ｇを空けて配置した場合において、その間隙Ｇが狭すぎると、既に設置された支持構造体１１の隣に支持構造体１１を設置する最中に衝突するおそれがある。さらに、支持構造体１１は、鉛直性を保って設置する必要があり、支持構造体１１の向きを鉛直方向に対して１／２００以下の傾斜に保つこととした。これより、支持構造体１１、１１同士の間隙Ｇは、支持構造体１１の全長をＤとした場合、Ｇ≧Ｄ／２００となるように設定した。

（実施例２）
次に、実施例２では、抵抗力が低下することや、充填材１２が上述したその間からこぼれ落ちる虞があることから、図４（ａ）、（ｂ）に示すように小型模型を使用して支持構造体１１、１１同士の間隙Ｇを変化させた模型実験を行った。

試験体は、図３に示すように、重量構造物１０の高さＨｃは３０ｃｍ、重力構造物１０の幅Ｂｃは３０ｃｍであり、支持構造体１１と重量構造物１０との離隔距離Ｌを５ｃｍ、支持構造体１１の突出部１１ａの突出長さｈを５ｃｍとし、支持構造体１１、１１同士の間隙Ｇを０．３ｃｍ，３ｃｍ，９ｃｍと変化させて実験を行った。この実験模型に対して載荷を行い、重量構造物１０、充填材１２及び支持構造体１１で発揮される抵抗力を計測し、支持構造体１１、１１同士の間隙Ｇが最も小さい０．３ｃｍの場合からの抵抗力の倍率を計測した。また、実施例１と同様に、実際の地盤はマウンドの部分が台形状となり地表面形状は平らではないが、実験ではマウンド形状が抵抗力に及ぼす影響をなくすため、地表面を平らな条件としている。
表２に、実施例２における支持構造体１１の間隙Ｇを変化させた模型実験の結果を示す。

表２に示すように、支持構造体１１、１１同士の間隙Ｇが最も小さい０．３ｃｍの場合の抵抗力を１としたときに、その抵抗力の倍率が１となるのは支持構造体１１、１１同士の間隙Ｇが３ｃｍの場合である。そのため、Ｇ≦Ｌとすることで、支持構造体１１、１１同士の間隙Ｇに影響されることなく抵抗力を発揮できることが確認された。

また、支持構造体１１、１１同士の間隙Ｇが９ｃｍの場合には、充填材１２のこぼれ落ちにより抵抗力の倍率が０．８６に低下していることが確認された。そのため、支持構造体１１、１１同士の間隙Ｇは大きい方がその間から充填材１２がこぼれ落ちる可能性が高く、Ｇ＞Ｌとする場合には、例えば隣り合う支持構造体１１の突出部１１ａ、１１ａ同士に充填材１２のこぼれ出し防止のための膜状または壁状の部材（図４（ｂ）に示す符号５１の流出防止部材）を設置することが好ましいとされる。

（実施例３）
実施例３では、支持構造体をなす鋼管杭の先端部に硬質部材を取り付けて、回転施工により当該鋼管杭を打設する試験施工を実施し、切削状況の確認を行った。
本試験では、原地盤掘削後に実際に施工で使用される捨て石を投入することにより、マウンドの一部を模擬した捨石層を造成し、実用できる平均的な仕様の鋼管杭を回転掘削により圧入させた。この捨石層の厚さは、一般的な各種の防波用構造物が有する平均的なマウンド高さを想定し、約４ｍ程度とした。鋼管杭の先端部には例えば超硬ビットや硬質鋼等の硬質部材からなる先端ビットを取り付け、回転させながら施工することで、削孔能力を増加させている。

そして、施工中における捨石層の表層、及び施工後における鋼管杭を引き抜いた捨石層内部の状況は、先端ビットによって捨て石が切削されていることが認められ、確実に鋼管杭が施工されることを確認した。

以上、本発明による支持構造、重力式防波堤、及び重力式防波堤の施工方法の施工方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上述した実施の形態では、海底の地盤２に設けられたマウンド３上に防波用構造物４が設置され、さらにマウンド３の設置面３ａから支持構造体５の突出部５ａが突出する構成としているが、マウンド３が省略された構成であってもかまわない。すなわち、地盤２上に直接、防波用構造物４が設置され、さらに地盤２から支持構造体５の突出部５ａが突出する構成であって、その防波用構造物４と突出部５ａとの間に充填材６が非拘束状態で配置されていてもかまわない。

また、実施の形態では、平面視した場合に、離隔距離Ｌの方向に交差する方向に沿って、複数の支持構造体５が互いに間隔をあけて空けて配置された構成としているが、このような構造であることに制限されることはない。例えば、港内外の間を仕切るように配置され、かつ各重量構造物の並びに沿って支持構造体が複数連なって壁状をなす構造であってもかまわない。
この場合、従来よりも安定した支持構造を備えた重力式防波堤を実現することができ、安定した防波機能を発揮することが可能となる。

また、上述した実施の形態では、重量構造物（防波用構造物４）の背面側（港内側）のみに充填材６を介して支持構造体５を打設した構成となっているが、これに限定されることはない。例えば、重量構造物（防波用構造物４）の前面側（港外側）のみに充填材６を介して支持構造体５を打設した構成であってもよいし、重量構造物（防波用構造物４）の前後両側（すなわち、港内側及び港外側の両側）のそれぞれに充填材６を介して支持構造体５を打設した構成であってもよい。

また、本実施の形態では充填材６の材料として捨て石や砕石等を含んだ石材を対象としているが、これに限定されることはない。充填材の材料として、設計的にφを設定できるものであれば、例えばスラグやコンクリート塊等の任意の材料を用いることができる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ 重力式防波堤
１Ａ 支持構造
２ 地盤
３ マウンド
３ａ 設置面
４ 防波用構造物（重量構造物）
５ 支持構造体
５ａ 突出部
６ 充填材
５１ 流出防止部材
Ｓ 空間
Ｘ１ 横方向

Claims (11)

1. 設置面上に設けられた重量構造物からの水平力を受け止めて前記重量構造物を支持する支持構造であって、
   前記設置面から鉛直上方に向かって突出する突出部を有する支持構造体が、前記重量構造物の港内側及び港外側の少なくとも一方に非連結状態で配置され；
   前記重量構造物と前記突出部との間に、充填材が配置され；
   前記突出部の前記設置面からの突出長さをｈ（ｍ）とし、前記充填材の内部摩擦角をφ（度）としたときに、前記重量構造物及び前記突出部間の水平方向の離隔距離Ｌ（ｍ）が下式（１）を満たす；
   ことを特徴とする支持構造。
   

   
2. 前記重量構造物の前記設置面からの高さをＨｃ（ｍ）とし、前記重量構造物の前記離隔距離に沿った方向の幅寸法をＢｃ（ｍ）とし、これらＨｃ（ｍ）及びＢｃ（ｍ）のうちの大きい方の値をＸ（ｍ）とした場合に、さらに下式（２）及び下式（３）の双方を満たすことを特徴とする請求項１に記載の支持構造。
   

   
3. 前記重量構造物の前記設置面からの高さをＨｃ（ｍ）とし、前記重量構造物の前記離隔距離に沿った方向の幅寸法をＢｃ（ｍ）とし、これらＨｃ（ｍ）及びＢｃ（ｍ）のうちの小さい方の値をＹ（ｍ）とした場合に、さらに下式（４）及び下式（５）の双方を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の支持構造。
   

   
4. 前記充填材が石材であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の支持構造。
5. 前記石材の全体としての平均粒径をｄnave（ｍ）とし、前記設置面直下にある地盤の平均粒径をｄmave（ｍ）とした場合に、下式（６）を満たすことを特徴とする請求項４に記載の支持構造。
   

   
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の支持構造を備え；
   平面視した場合に、前記港内側と前記港外側との間を仕切るように前記重量構造物が複数連なってかつ前記各重量構造物の並びに沿って前記支持構造体が複数連なっている；ことを特徴とする重力式防波堤。
7. 前記各支持構造体のうちの少なくとも一部において、互いに隣り合う前記各支持構造体間に、下式（７）を満たす間隙Ｇ（ｍ）が設けられている；ことを特徴とする請求項６に記載の重力式防波堤。
   

   
8. 前記各支持構造体の鉛直方向の全長をＤ（ｍ）とした場合に、前記間隙Ｇ（ｍ）がさらに下式（８）を満たすことを特徴とする請求項６に記載の重力式防波堤。
   

   
9. 前記間隙に、前記充填材の通過を遮る流出防止部材が設けられていることを特徴とする請求項６〜８の何れか一項に記載の重力式防波堤。
10. 重量構造物によって港内外を仕切る重力式防波堤の施工方法であって、
    設置面に設けられた前記重量構造物の港内側及び港外側の少なくとも一方に、前記設置面から鉛直上方に向かって突出する突出部を有し、かつ前記重量構造物と非連結状態となるように支持構造体を設ける工程と；
    前記重量構造物及び前記突出部間に充填材を充填し、該充填材を前記重量構造物と前記突出部とのいずれとも非連結状態で設ける工程と；を備え、
    前記突出部の前記設置面からの突出長さをｈ（ｍ）とし、前記充填材の内部摩擦角をφ（度）としたときに、前記重量構造物及び前記突出部間の水平方向の離隔距離Ｌ（ｍ）が下式（９）を満たす
    ことを特徴とする、重力式防波堤の施工方法。
    

    
11. 前記支持構造体を設ける工程で、前記設置面を上面とする捨て石からなるマウンドを前記支持構造体の下端に設けられた硬質切削部材又は高強度材で打ち抜くことを特徴とする請求項１０に記載の重力式防波堤の施工方法。

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