JP6327691B1 - ケーソン堤体構造物に隣接した臨海部の補修方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ケーソン10は内部に土砂が充填してあり、その上口は場所打ちコンクリートにより製作した上部工14により閉鎖されている。
ケーソン10の据付けにあたり、地震対策等として隣り合うケーソン10の間に10〜20cm程度の目地部G(目開きまたは間隙)を有していて、海側の開放された開口を通じて目地部G内へ向けて波の浸入が可能である。
陥没事故の要因のひとつとして、ケーソン10の目地部Gに取付けた防砂板30の損傷が挙げられている。
防砂板30の損傷から陥没までのメカニズムについて説明すると、ケーソン10の目地部Gを通じて防砂板30に波浪が繰り返し作用することで防砂板30が損傷を受け、損傷した防砂板30を通じて波が出入りすることで埋立土21の一部が吸い出されて埋立土21の内部に空洞22が形成される。空洞22ができるとその上方土砂が突発的に崩壊して陥没が生じる。
この全面改修方法は陸側の開削工事をケーソン堤体構造物の全長に亘って行うことになるので、工事費が巨額となるだけでなく工期も長期化する。
<2>臨海部に旅客施設、発電施設、造船施設等が存在する場合には、臨海部の工事期間中はこれらの施設の利用を停止しなければならない。
<3>臨海部を全面開削する際、埋立土21の安定勾配を考慮すると、開削量と埋戻し量が膨大な量となり、広大なストックヤードを確保する必要がある。
開削量を少なくするため、鋼矢板等で締め切ることも可能であるが、締切コストが嵩む問題といった新たな問題が生じる。
<4>臨海部を全面改修しても、新たに付け替えた防砂板30等の防砂材が波力を受け続けてやがては損傷するので空洞22の再発は避けられず、定期的に全面改修工事を繰り返さなければならず、実現性に乏しい。
<1>空洞をなくす臨海部の補修工事を短期間のうちに低コストで行えること。
<2>空洞に起因した突発的な陥没事故の抑制効果を長期間に亘って持続できること。
臨海部はケーソンの陸側を埋め戻した裏込材と、裏込材の陸側を包囲する防砂シートを介して裏込材の陸側を埋め戻した埋立土とにより構成する。
ケーソン堤体構造物は隣り合うケーソンの側面間に形成された目地部を閉鎖する防砂板と、ケーソンの背面側の裏込材を被覆する防砂シートとを具備している。
臨海部の開削作業に先行して、波力の減衰作用と土砂の流出抑制作用を有する緩衝目地材を前記目地部内の所定の高さまで設置して目地部を締め切り(締切工程)、目地部が締め切られた状態で、空洞が発生する臨海部の上層を掘削して開削溝を形成し(部分開削工程)、必要に応じて開削溝内に露出した防砂シートが損傷しているときは防砂シートを補修し(防砂シートの補修工程)、最後に開削溝を埋め戻して(埋戻し工程)補修工事を終了する。
目地部内に設置した緩衝目地材は撤去せずに残置する。
防砂板の保護を図るため、緩衝目地材はケーソンの天端付近の高さまで設置するとよい。
部分開削工程においては、空洞が形成され易い範囲に亘って臨海部を部分的に掘削する。
防砂シートの補修工程においては、開削溝内に露出した砂防シートを切除し、新たな砂防シートを既設の砂防シートに延設して補修する。
緩衝目地材は、例えば目地部内に敷設されるメッシュ構造を呈する緩衝編地と、前記緩衝編地を目地部内に位置決めする単数または複数の位置決めガイド材とにより構成したものを使用でき、波力を受けた緩衝編地が目地部内で膨縮変形し得るように、位置決めガイド材を介して緩衝編地を目地部内に設置する。
位置決めガイド材を介して目地部内に敷設した緩衝編地が防縮変形をすることで目地部内に浸入した透過波を減衰して防砂板に到達する波力(波圧)を減衰する。
緩衝編地はその一部に重錘を付設して緩衝編地の重量を増すと緩衝編地の落とし込みがし易くなるだけでなく、敷設後に緩衝編地の浮上を抑制できる。
位置決めガイド材は管体、棒体、またはロープの何れかを使用し、緩衝編地の網目に挿通して使用する。
<1>ケーソン堤体構造物の全長に亘って臨海部の全断面を全面的に掘削する全面改修方法と比べて、臨海部の掘削量と埋戻し量を大幅に削減できるので、臨海部の補修工事を短期間のうちに低コストで行うことができる。
<2>臨海部の掘削に先行してケーソン堤体構造物の目地部を緩衝目地材により締め切るので、波の影響を最小限に抑えて臨海部を効率よく補修することができる。
<3>目地部に残置した緩衝目地材が、防砂板の保護および補強を図るので、防砂板だけでなく防砂シートについても長寿命化が可能となる。
したがって、補修前と比べて空洞に起因した突発的な陥没事故を長期間に亘って抑制できるので臨海部の安全性が高くなる。
<4>数十年前に敷設したケーソン堤体構造物の防砂材(防砂板、防砂シート)の老朽化が進行している現在、即効性のある防災工法として幅広く活用することができる。
<5>緩衝目地材が、メッシュ構造を呈する緩衝編地と位置決めガイド材の組み合わせである場合は、現場により形状が異なる目地部に対応して緩衝編地を敷設でるだけでなく、ケーソンの変形時にも緩衝編地が追従して目地部を閉鎖できる。
さらに目地部内に設置した緩衝編地が膨縮変形をすることで目地部内に浸入した透過波を効率よく減衰できるうえに、波力による損傷を受け難く、長期間に亘って防砂機能を持続することができる。
図1,2を参照し説明すると、ケーソン堤体構造物の陸側には臨海部が隣接して形成されている。
ケーソン堤体構造物は護岸や岸壁等を含み、捨石マウンド11上に敷き並べた複数のケーソン10からなる。
さらにケーソン堤体構造物は防砂手段である防砂板30を具備している。
防砂板30は公知のゴム製や樹脂製等の帯板であって、隣り合うケーソン10の陸側の背面に縦向きに取り付けてある。
臨海部はケーソン10の陸側を礫や砕石等で埋め戻した裏込材20と、裏込材20の陸側を埋め戻した埋立土21とにより構成されている。
裏込材20の陸側を防砂手段である公知の防砂シート31が覆っている。
本発明では緩衝目地材40を使用して臨海部の補修工事を行う。
緩衝目地材40は複数の機能を有していて、臨海部の開削工事においては主に締切材として機能させ、補修工事の完了後においては主に防砂板30の防砂機能を補強する防砂部材として機能させるものである。
緩衝目地材40は、既設のケーソン10の側面に内接した状態で目地部Gの所定の高さ(ケーソン10の天端付近までの高さ、または防砂板30の遮蔽高さとほぼ同じ高さ)まで設置し、流出不能に位置決めされている。
緩衝目地材40としては例えば次の部材を使用することができるが、緩衝目地材40は以下に例示した素材に限定されず、波力を繰り返し受けても容易に破壊しないだけの耐久性と、既設の防砂板30へ向けた波力を減衰または遮断する減衰遮蔽機能と、土粒子の移動を阻止する防砂機能とを有する部材であれば適用が可能である。
緩衝目地材40として可撓性および通水性を有する公知の素材で編成した編地素材を使用することができる。
使用にあたっては、波力で編地が流出しないように位置決めをしておく必要がある。
位置決め手段としては、例えば編地に直接アンカーピンを打設して位置決めするか、メッシュ製の袋体へ編地を袋詰めした形態でピン類を打ち込む等して位置決めする。
緩衝目地材40として各種素材のロープ材を使用することができる。
ロープ材の場合も波力で編地が流出しないように編地素材と同様に位置決めする。
緩衝目地材40として目地部G内に打設したモルタルやコンクリート、樹脂等の固結材を使用できる。固結材の打設にあたっては公知の各種型枠を用いる。
固結材を袋詰めした形態で目地部G内に位置決めしてもよい。
緩衝目地材40として目地部G内に建て込んだH形鋼等の鋼材を使用できる。
さらに鋼材の周囲に固結材を充填した複合材料を使用することも可能である。
緩衝目地材40として目地部Gに内接可能な寸法に形成した防縮可能なゴム柱体を使用することができる。ゴム柱体のみで強度が不足する場合は鋼材と組合せて使用する。
緩衝目地材40として遮水性又は難透水性のシート状物をロール状に巻いたロール目地材を使用することができる。ロール目地材を使用する場合、ロールの戻り力を利用して目地部Gに位置決めする。
緩衝目地材40としては織布、不織布等の布地素材を使用することができる。 布地素材はロール状に巻き取った状態で使用してもよいし、巻き取らずに目地部G内に詰め込んで使用してもよい。
緩衝目地材40を用いた臨海部の補修方法について説明する。
隣り合うケーソン10の目地部Gの内部に緩衝目地材40を所定の高さまで設置して目地部Gを締め切る。
目地部Gを締め切った状態で、目地部Gに隣接する臨海部(埋立土21)の上層を陸側へ向けて部分的に掘削して開削溝23を形成する。
本例では臨海部の上層を開削する場合に、裏込材20と埋立土21の表層を共に開削する形態について説明するが、裏込材20を開削せずに残して埋立土21のみを開削する場合もある。
「部分的」とは、臨海部の深さ方向と臨海部の水平方向の両方向を対象にしたものであり、深さ方向に対する部分的とは臨海部の全高に対する上層部分を指し、水平方向に対する部分的とは臨海部を平面的に捉えたときに目地部Gの陸側に位置する一部の臨海部を指すものでもある。
開削溝23の溝幅、陸側へ向けた奥行長、および開削深さについては現場に応じて適宜選択するが、空洞22の発生が予想される範囲、またはこれを少し超える範囲まで開削する。
空洞22の発生原因が、防砂板30や砂防シート31等の防砂部材の損傷に基づく土砂の吸出しによるものであることから、空洞22は目地部Gの陸側の臨海部に形成されもるものであり、目地部Gの陸側へ向けた延長線から大きく外れた場所に空洞22が形成されることはほとんどない。
さらに、大半の空洞22は最低潮位の上位に形成されている。
本発明では空洞22が臨海部の特定位置と深さに形成されていることに着目し、臨海部のうち空洞22が生じ易い範囲に絞り込んで臨海部を部分的に掘削することで、臨海部の掘削量を必要最小限におさえながら既に生じている空洞22を解消することとした。
換言すれば臨海部の掘削断面を小さくするために、臨海部を部分的に開削することとした。
臨海部の地表から最低潮位の深さまでの区間の掘削を進めることで、臨海部の内部に空洞22が生じていれば大半の空洞22が消失する。
開削に伴って砂防シート31が露出するので、露出した砂防シート31の損傷位置や損傷高さを確認しながら開削溝23の開削幅と開削深さ等を徐々に広げていくことで、臨海部に存在するすべての空洞22を解消することができる。
目地部Gを締め切らずに開放状態のまま臨海部を開削すると波が開削溝23内へ浸水してきて開削工事の障害となる。
これに対して、目地部Gに設置した緩衝目地材40が締切材としても機能するため、開削溝23へ向けた浸水が規制されるため、僅かに浸水するものの開削溝23の開削工事に支障をきたすことはない。
臨海部の開削に伴い露出した防砂シート31の損傷を確認する。
防砂シート31の一部に損傷がある場合は、損傷部のみを補修するか、損傷部位から切り離して新たな防砂シート31aを継ぎ足す。
開削溝23内に防砂板30が露出し、露出した防砂板30に損傷があるときは補修しておくことが好ましい。
最後に開削溝23の全域を埋め戻す。
埋戻し作業を詳しく説明すると、裏込材20の表層部を開削した場合は、ケーソン10の陸側背面に位置する既設の裏込材20に所定の高さまで裏込材20aを埋め戻す。
埋め戻した裏込材20の陸側を延長用の防砂シート31aで被覆する。この際、延長用の防砂シート31aの下部を既設の防砂シート31の上部に重合させて固着する。
最後に裏込材20の陸側全域を埋立土21で埋め戻して臨海部の補修作業を終了する。
開削溝23の埋め戻しに伴い、臨海部に存在していた空洞22が埋め戻されたことになる。
開削溝23の埋め戻しにあたり、開削溝23の掘削量が少ないことから臨海部の埋戻し量も少なくて済む。
臨海部の補修作業を終了しても緩衝目地材40は撤去せずに目地部Gに残置する。
残置させた緩衝目地材40は、浸入する波力を減衰することで防砂板30の保護および補強を図ることができる。さらに防砂板30の保護を通じて防砂シート31に及ぼす波力の影響を長期的に抑えて、最終的に防砂板30と防砂シート31,31aの長寿命化、すなわち吸出しリスクの抑制を図ることが可能となる。
したがって、補修前の構造と比べて防砂板30および防砂シート31,31aが損傷を受け難くなって、空洞の発生を長期間に亘って効果的に抑制することができる。
図6を参照すると、本例では緩衝目地材40が緩衝編地41と、緩衝編地41を目地部G内に位置決めする位置決めガイド材45とにより構成する実施例について説明する。
緩衝編地41は可撓性および通水性を有するメッシュ(網地)構造を呈する単数の編地または複数の編地の積層体からなる。
緩衝編地41を単数の編地で構成してもよいし、上下を開放した筒状の形態で使用してもよい。
図7を参照して説明すると、緩衝編地41は、例えば編糸を一重又は二重以上に編成した編地(例えばラッセル網、無結節網等)からなり、複数の束糸42で囲まれた六角形または菱形形の網目43を有する。
編地の編糸としては、例えばポリエステル繊維糸、ポリアミド繊維糸、ポリアクリル繊維糸等の合成繊維糸、又は綿糸、麻糸等の天然繊維糸等を単独又は混繊して使用できる。実用上はポリエステル等の合成繊維糸を二重に編成したラッセル網を使用できる。
緩衝編地41は軽量素材であるので、緩衝編地41の下部に重錘44を付設すると緩衝編地41の落とし込みがし易くなるだけでなく、緩衝編地41の敷設後に波力の影響を受け難くなる。重錘44は緩衝編地41の下部に限らず全体に付設してもよい。
目地部G内に設置する緩衝編地41の奥行方向の寸法は適宜でよいが、目地部Gの横幅以上の寸法であればよい。
更に緩衝編地41がメッシュ(網地)構造を呈しているため、目地部Gの横幅方向に対しては緩衝編地41を目地部G内に密実となるように強制的に外力を加えて詰め込む必要はなく、自重を利用して緩衝編地41の一部が隣り合うケーソン10,10の両側面に当接する程度でよい。
位置決めガイド材45は目地部G内へ緩衝目地材40を落とし込んで設置するためのガイド部材としての機能と、目地部G内に設置した後に緩衝編地41が流出しないように位置決めする部材として機能する。
本例では位置決めガイド材45が緩衝編地41の網目43に差し込んで縦向きに付設した複数の鋼管で構成する形態について示すが、位置決めガイド材45は上記した二つの機能を有していれば鋼管以外に棒体やロープ材でもよい。
位置決めガイド材45を緩衝編地41の網目43を利用して差し込めば、緩衝編地41に対して位置決めガイド材45を簡単に取り付けできる。
位置決めガイド材45は、ケーソン10の上部工14のスリット15を通じて目地部G内へ建込み可能な全長を有する。
図8,9を参照して緩衝目地材40の設置方法について説明する。
ワイヤーソー等によるカットを施して目地部Gの真上の上部工14にスリット15を開設して目地部Gと連通させる。ケーソン10の躯体は一切切除しない。
間隔を隔てて複数の位置決めガイド材45を目地部G内に建込み、位置決めガイド材45の下端を捨石マウンド11に着床させる。
上部工14から突出させた位置決めガイド材45の上部に網目を通しながら緩衝編地41を位置決めガイド材45に沿わせて落とし込む。
緩衝編地41は自重によりスリット15と目地部Gを通過し、緩衝編地41の下部が捨石マウンド11に着床する。
ケーソン10間の目地部Gの形状はすべてが同一ではなく、現場によって形状が様々異なっている。緩衝編地41が可撓性を有することから、目地部Gの形状が異なっていても目地部G内に落とし込まれた緩衝編地41は目地部Gの形状に追従しながら変形して目地部Gの底部からスリット15へ向けて空間内における敷設高さを増していく。
緩衝編地41の敷設高さ(嵩高)が不足する場合は、追加用の緩衝編地41の網目を位置決めガイド材45に挿通しながら追加して所定の高さまで敷設する。
緩衝編地41を追加して敷設する際、上下の緩衝編地41同士をクレモナロープ等でしっかりと繋ぎ合わせる。
緩衝編地41の網目に位置決めガイド材45を挿通して製作した緩衝目地材40をスリット15の真上に配置し、位置決めガイド材45と共に緩衝編地41を落とし込む。
この際、位置決めガイド材45の下端から緩衝編地41が抜け落ちないようにしておく。
要は目地部Gの所定の高さまで敷設した緩衝編地41が位置決めガイド材45により位置決めされていればよい。
目地部G内に設置する緩衝編地41の設置範囲は波浪条件等を考慮して適宜選択するが、防砂板30の保護の観点から防砂板30の設置高さが望ましい。
目地部G内に設置する緩衝編地41の奥行方向の寸法は適宜でよいが、目地部Gの横幅以上の寸法であればよい。
更に緩衝編地41がメッシュ(網地)構造を呈しているため、目地部Gの横幅方向に対しては緩衝編地41を目地部G内に密実となるように強制的に外力を加えて詰め込む必要はなく、自重を利用して緩衝編地41の一部が隣り合うケーソン10,10の両側面に当接する程度でよい。
緩衝編地41を所定の設置高さまで設置したら、固定具16を介して位置決めガイド材45の上部を上部工14に固定する。
本例では目地部Gの空間の一部に緩衝目地材40を敷設して設置した形態を示すが、目地部Gの奥行方向に沿って空間全域に亘って緩衝目地材40を設置してもよい。
このように緩衝目地材40を目地部G内に設置するには、大型重機や専用機材が不要であり、作業員による人力で以て短時間のうちに簡単に設置することができる。
図9,10を参照して本実施例における緩衝目地材40の各種作用について説明する。
海側から目地部G内に浸入した透過波(押波)が防砂板30へ到達する前に、緩衝編地41に浸透する。透過波は緩衝編地41の扁平された網目43を通過するだけでなく、束糸42内へも浸透することで波力エネルギーと波圧が減衰される。
緩衝編地41を浸透する際に波力エネルギーが減衰されるため、防砂板30に大きな波力エネルギーを保有した押波が直撃せずに済み、しかも防砂板30に到達した波によって大きな反射波も生じない。
このように目地部G内に押波と引波が生じる都度、緩衝編地41が変形しつつ収束と展開を繰り返すことで波力エネルギーを効率よく減衰することが可能となる。
通常時の透過波の透過率8割に対して、緩衝目地材40を使用した場合は、最大、平均両振幅にして透過率2割以下と透過波を大幅に低減し得ることを実証実験により確認することができた。
万一、土砂が目地部G内に吸い出されてもメッシュ構造の緩衝編地41が土砂の透過を阻止するので、目地部G内から外海へ向けた土砂の流出を規制できる。
土砂の吸い出し防止作用は緩衝編地41が防砂板30から離隔していても発揮するが、緩衝編地41を防砂板30に当接させておくと、土砂の吸い出し防止効果がさらに向上する。
時間の経過に伴い緩衝編地41の一部が摩滅しても、自重により緩衝編地41が沈降することで摩滅分が補填される。
そのため、緩衝編地41の一部が摩滅しても摩滅した箇所が空洞化してそのまま残ることはない。
したがって、緩衝目地材40による波力の緩衝作用および土砂の吸い出し防止作用を良好な状態で長期間に亘って持続することができて、定期的なメンテナンスは不要である。
緩衝編地41の摩滅量が増えて緩衝編地41全体の敷設高さが低減したときは、位置決めガイド材45を介して既設の緩衝編地41の上に新たな緩衝編地41を追加して敷設すればよい。
目地部G内に浸入する波力を減衰する目地材の素材を考慮した場合、その素材には少なくともつぎの複数の特性が求められる。
〔特性1〕耐衝撃性:波力により破壊されないこと。
〔特性2〕耐腐食性:腐食による機能喪失がないこと。
〔特性3〕緩衝性能:剛性が小さく波力エネルギーの減衰効果が高いこと。
〔特性4〕定置性:自己劣化(経年劣化)がし難く、引波等を受けてもバラケない。
〔特性5〕追従性:地震時等においてケーソンの変位に追従できること。
〔特性6〕設置容易性:様々な現場形状が異なっていても適応が可能であること。
編地素材を集約した固体とした場合には高い緩衝性能を発揮し、素材の耐腐食の面でも寿命が長く、ケーソン移動に対する追従性にも優れている。
網地素材は位置決めガイド材と併用することで、編地素材を目地部内に位置決めできるため、引波等が作用してもバラける心配がない。
11・・・捨石マウンド
12・・・消波ブロック
14・・・上部工
15・・・スリット
20・・・裏込材
21・・・埋立土
22・・・空洞
23・・・開削溝
30・・・防砂板
31・・・防砂シート
40・・・緩衝目地材
41・・・緩衝編地
42・・・束糸
43・・・網目
44・・・重錘
Claims (8)
- 複数のケーソンを敷設したケーソン堤体構造物と、ケーソン堤体構造物の陸側を埋め立てた臨海部とを有し、隣り合うケーソンの側面間に形成された目地部が防砂板で閉鎖してあり、前記臨海部はケーソンの陸側を埋め戻された裏込材と、裏込材の陸側を包囲する防砂シートを介して裏込材の陸側を埋め戻された埋立土とにより構成し、前記ケーソン堤体構造物に隣接した臨海部の補修方法であって、
波力の減衰作用と土砂の流出抑制作用を有する緩衝目地材を前記目地部内に位置決めして目地部を締め切る締切工程と、
目地部を締め切った状態で目地部の陸側に位置する臨海部を部分的に掘削して開削溝を形成する部分開削工程と、
開削溝を埋め戻す埋戻し工程とを具備し、
目地部内に位置決めした緩衝目地材を残置することを特徴とする、
ケーソン堤体構造物に隣接した臨海部の補修方法。 - 前記締切工程において、緩衝目地材を介してケーソンの天端付近の高さまで目地部を締め切ったことを特徴とする、請求項1に記載のケーソン堤体構造物に隣接した臨海部の補修方法。
- 前記部分開削工程において、臨海部内の空洞を含む範囲に亘って部分的に掘削することを特徴とする、請求項1に記載のケーソン堤体構造物に隣接した臨海部の補修方法。
- 前記部分開削工程の後に、開削溝内に露出した防砂シートを補修する防砂シートの補修工程とを含むことを特徴とする、請求項1に記載のケーソン堤体構造物に隣接した臨海部の補修方法。
- 前記防砂シートの補修工程において、開削溝に露出した砂防シートを切除し、新たな砂防シートを既設の砂防シートに延設することを特徴とする、請求項4に記載のケーソン堤体構造物に隣接した臨海部の補修方法。
- 前記締切工程において、緩衝目地材が目地部内に敷設されるメッシュ構造を呈する緩衝編地と、前記緩衝編地を目地部内に位置決めする単数または複数の位置決めガイド材とからなり、前記波力を受けた緩衝編地が目地部内で膨縮変形し得るように、位置決めガイド材を介して緩衝編地を目地部内に設置したことを特徴とする、請求項1または2に記載のケーソン堤体構造物に隣接した臨海部の補修方法。
- 前記緩衝編地の一部に重錘が付設されていることを特徴とする、請求項6に記載のケーソン堤体構造物に隣接した臨海部の補修方法。
- 前記位置決めガイド材が管体、棒体、またはロープの何れか一種であることを特徴とする、請求項6に記載のケーソン堤体構造物に隣接した臨海部の補修方法。
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