JP7088034B2

JP7088034B2 - 海水域コンクリート構造物

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Publication number: JP7088034B2
Application number: JP2019002162A
Authority: JP
Inventors: 尚男北川; 賢一内田
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2019-01-09
Filing date: 2019-01-09
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2039-01-09
Also published as: JP2020111911A

Description

本発明は、海水域コンクリート構造物に関する。ここで、本願において、「海水域コンクリート構造物」とは、海水面よりも下に存在する海中部位を有するコンクリート構造物である。なお、本願においては、海水に一時的に浸かるだけの部位も海中部位に含める。

我が国は四方を海洋に囲まれており、海水域コンクリート構造物が多く設けられている。

海水域コンクリート構造物の劣化を防止する技術としては、例えば、特許文献１には、干満飛沫帯コンクリート表面にチタン薄板を張り巡らす技術が記載されており、特許文献２には、コンクリート表面に固定用の耐食性金属を埋め込み、これと同材質の耐食性薄金属シートを、前記固定用の耐食性金属にインダイレクト抵抗シーム溶接法により接合して密封シールする技術が記載されている。

一方、海水域コンクリート構造物が用いられる施設としては、具体的には例えば、台風による大波や大地震による津波等から港湾を保護する防波堤があり、防波堤の沖合側の前面には消波ブロックを設置することが多い。しかしながら、この消波ブロックは波力によって揺動して、防波堤に衝突したり摺動したりして、防波堤に穴等の損傷を与えることがある。

この現象に対して特許文献１に記載の技術を用いて対応を行おうとしても、チタンは耐摩耗性が低いため、有効な効果は期待することができない。また、特許文献２に記載の技術を用いて対応を行おうとしても、特許文献２に記載の技術においては、コンクリートと耐食性薄金属シートとは付着しておらず、かつ、インダイレクト抵抗シーム溶接法が適用可能な板厚は１ｍｍ以下であるため、消波ブロックの衝突や摺動により、耐食性薄金属シートは容易にコンクリート表面から剥離してしまうとともに変形してしまうと考えられ、有効な効果は期待することができない。

耐摩耗性に優れた耐摩耗鋼を海水域コンクリート構造物の海中部位の表面に設けて対応を行うことも考えられるが、耐摩耗鋼は通常の炭素鋼と同様に腐食速度が大きい。耐摩耗鋼に電気防食法を適用することも考えられるが、耐摩耗鋼は水素脆化を起こしやすいため、電気防食法を適用すると、水の電気分解で生成した水素を吸蔵して水素脆化を起こす。

したがって、耐摩耗鋼を用いても、前記現象に対する有効な効果は期待しにくい。

特開平５－１３２９６４号公報特開２０００－２７３９７３号公報

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、耐衝撃性および耐摩耗性を向上させた海水域コンクリート構造物を提供することを課題とする。

本発明は、以下のコンクリート構造物により、前記課題を解決したものである。

即ち、本発明に係るコンクリート構造物は、海水面よりも下に存在する海中部位を有するコンクリート構造物であって、前記海中部位に存在するコンクリート部材と、前記コンクリート部材の外面のうちの少なくとも一部に設けられた金属板と、を有し、前記コンクリート部材と前記金属板は合成構造を形成しており、また、前記金属板は、孔食指数が３８であるステンレス鋼と比べて同等以上の耐食性を有することを特徴とするコンクリート構造物である。

ここで、コンクリート部材の外面とは、当該コンクリート部材の外部から視認可能な面のことであり、当該コンクリート部材が箱状の部材のとき、その内側に面する面は含まない。

また、本願において、孔食指数とは、ステンレス鋼中に含有されるＣｒ、Ｍｏ、Ｎの含有量（質量％）を用いて計算される指数であり、孔食指数＝Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＋１６Ｎの式（式中の各元素記号はその元素の含有量を表している）により計算される値（質量％表示の値）のことである。

また、本願において「合成構造」とは、鋼板とコンクリートが一体となって挙動し、両材料からなる部材の強度を高めた構造だけでなく、鋼以外の材質の金属板とコンクリートが一体となって挙動し、両材料からなる部材の強度を高めた構造も含む概念である。

前記金属板と前記コンクリート部材とで形成される前記合成構造には、前記コンクリート部材の内部に少なくとも一部が埋め込まれているずれ止めが含まれているように構成してもよい。

前記金属板は、ビッカース硬さが１７０以上であることが好ましい。

前記金属板は、せん断強度が２８８Ｎ／ｍｍ²以上であることが好ましい。

前記金属板は、ステンレス鋼であってもよい。

前記金属板は、二相ステンレス鋼であることが好ましい。

前記金属板の厚さは、例えば、３．２ｍｍ以上６０ｍｍ以下である。

本発明によれば、耐衝撃性および耐摩耗性を向上させた海水域コンクリート構造物を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るケーソン１０を模式的に示す斜視図ケーソン１０の沖合側壁体１４を拡大して示す拡大鉛直断面図第１実施形態の変形例における沖合側壁体１４を拡大して示す拡大鉛直断面図本発明の第２実施形態に係るケーソン３０を模式的に示す斜視図ケーソン３０の沖合側壁体３４を拡大して示す拡大鉛直断面図第２実施形態の変形例における沖合側壁体３４を拡大して示す拡大鉛直断面図

以下、図面を参照して、本発明に係る海水域コンクリート構造物の実施形態を詳細に説明するが、ここでは、海水域コンクリート構造物として、防波堤として用いられるケーソンを取り上げて説明する。ただし、本発明の適用対象がケーソンに限定されるわけではなく、海水域コンクリート構造物であれば、本発明を適用することができ、例えば、海域に設けられた橋脚等にも適用することができる。また、本発明は、海水中だけでなく、汽水中でも使用可能である。

（１）第１実施形態
（１－１）全体構成
図１は、本発明の第１実施形態に係るケーソン１０を模式的に示す斜視図であり、図２は、ケーソン１０の沖合側壁体１４を拡大して示す拡大鉛直断面図である。

本第１実施形態に係るケーソン１０は、図１に示すように、フーチング１２と、沖合側壁体１４と、岸側壁体１６と、内部隔壁１８と、上部コンクリート部材２０と、金属板２２と、を備えてなり、金属板２２を除いて考えれば、主たる部位は鉄筋コンクリート製である。なお、図１において、符号１００は海水を示し、符号１０２は捨石マウンドを示している。

沖合側壁体１４の前面の消波ブロック設置領域６０内には、消波ブロックが設置されている。消波ブロックは、波力によって揺動して、ケーソン１０の沖合側壁体１４およびフーチング１２の沖合側突出部１２Ａに衝突したり摺動して、損傷を与えるおそれがあるため、本第１実施形態に係るケーソン１０においては、沖合側壁体１４の沖合側の外面およびフーチング１２の沖合側突出部１２Ａの外面に、図１に示すように、金属板２２を設置しており、これにより、沖合側壁体１４およびフーチング１２が損傷を受けることを防止している。

金属板２２の内面（ケーソン１０のコンクリート１４Ａと接触する面）には、図２に示すように、スタッド２４が溶接で取り付けられており、スタッド２４は沖合側壁体１４の沖合側の外面およびフーチング１２の沖合側突出部１２Ａの外面に埋め込まれていて、これにより、金属板２２は、沖合側壁体１４の沖合側の外面およびフーチング１２の沖合側突出部１２Ａの外面に強固に取り付けられており、合成構造が形成されている。

沖合側壁体１４および岸側壁体１６の壁厚は３００～６００ｍｍ程度であり、標準的には４００ｍｍ程度である。

なお、図１においては、沖合側壁体１４の沖合側の外面およびフーチング１２の沖合側突出部１２Ａの外面に取り付けた金属板２２は、その全体が海水１００に浸かっており、海中に存在するが、金属板２２は、海水１００に一時的に浸かるだけの領域に設置してもよい。

（１－２）金属板２２およびスタッド２４
図２を参照しつつ、金属板２２およびスタッド２４について、さらに詳細に説明する。

沖合側壁体１４は、ケーソン１０の壁体のうち、沖合に面する側の壁体であり、図２に示すように、コンクリート１４Ａの内部に水平鉄筋１４Ｂおよび鉛直鉄筋１４Ｃを２段に備えている。沖合側壁体１４の沖合に面する外面には、前述したように、金属板２２が設けられている。金属板２２の内面（コンクリート１４Ａと接触する側の面）には、ずれ止めであるスタッド２４が溶接で取り付けられている。スタッド２４はコンクリート１４Ａに埋め込まれており、これによって金属板２２は沖合側壁体１４と強固に連結し、合成構造が形成されている。

金属板２２の厚さは、想定される外力等に応じて適宜に定めればよいが、標準的には、３．２ｍｍ以上６０ｍｍ以下である。外力への抵抗性の観点からは、金属板２２の厚さは厚い方が好ましいが、一方、厚くなりすぎると、金属板２２を取り付けるためのスタッド２４の軸径および長さを大きくすることや配置間隔を密にすることが必要となり、また、コストも嵩む。これらの観点から、金属板２２の厚さは、６ｍｍ以上４０ｍｍ以下とすることが好ましい。

スタッド２４の軸径、長さ、配置間隔は、想定される外力や金属板２２の厚さ等に応じて適宜に定めればよいが、標準的には、軸径は６～３０ｍｍ程度、長さは４０～１００ｍｍ程度、配置間隔は１００～５００ｍｍ程度である。

金属板２２は、海水１００と接触するため、金属板２２には、海水に対する耐食性に優れた金属板を用いる。具体的には、孔食指数が３８であるステンレス鋼と比べて同等以上の耐食性を有する金属板を用いることができ、孔食指数が４０であるステンレス鋼と比べて同等以上の耐食性を有する金属板を用いることが好ましい。

金属板２２には、波力によって揺動した消波ブロックの衝突や摺動に対する抵抗性が要求されるので、金属板２２のビッカース硬さは１７０以上であることが好ましく、２００以上であることがより好ましい。同様の観点から、金属板２２のせん断強度は２８８Ｎ／ｍｍ²以上であることが好ましく、３１７Ｎ／ｍｍ²以上であることがより好ましい。

孔食指数が３８であるステンレス鋼と比べて同等以上の耐食性を備えた上で、さらに前記したようなビッカース硬さおよびせん断強度を満たし得る金属板２２の具体的な材質としては、例えば、ステンレス鋼およびニッケル基合金等を挙げることができる。

金属板２２にステンレス鋼を用いる場合、二相ステンレス鋼を用いることが好ましい。二相ステンレス鋼は、高耐食性を維持したまま、高強度および高じん性を発現させることも可能だからである。

金属板２２に二相ステンレス鋼以外のステンレス鋼を用いる場合の具体的な鋼種としては、例えば、SUS312L、SUS836L、UNS S08354、JSL310Mo、UNS S08925、UNS N08367、UNS N8926、UNS S32050、UNS N08031等を挙げることができる。

金属板２２に二相ステンレス鋼を用いる場合の具体的な鋼種としては、例えば、SUS329J4L、UNS S32750、UNS S32760、UNS S39274、UNS S31260等を挙げることができる。

スタッド２４の材質は、所定の性能の得られる材質であれば特には限定されないが、具体的には例えば、炭素鋼やステンレス鋼等を用いることができる。スタッド２４の材質は、溶接する金属板２２の材質と同一であることが好ましく、金属板２２の材質がステンレス鋼の場合には、スタッド２４の材質もステンレス鋼にすることが好ましい。

（１－３）効果
本第１実施形態に係るケーソン１０においては、金属板２２が、沖合側壁体１４の沖合側の外面およびフーチング１２の沖合側突出部１２Ａの外面に強固に取り付けられた合成構造が形成されており、外力に対する抵抗性が大きくなっている。加えて、消波ブロックが衝突したり摺動したりする可能性のある部位である沖合側壁体１４の沖合側の外面およびフーチング１２の沖合側突出部１２Ａの外面は、金属板２２によって保護されており、消波ブロックが、本第１実施形態に係るケーソン１０のコンクリートの部分に直接的に接触することはない。

また、金属板２２には、孔食指数が３８であるステンレス鋼と比べて同等以上の耐食性を有する金属板を用いているので、海水中や干満帯、飛沫帯でも十分な耐食性を有している。

したがって、本第１実施形態に係るケーソン１０は、沖合側壁体１４の前面に消波ブロックが配置された状態の防波堤として使用される場合でも、消波ブロックの衝突や摺動に対する耐衝撃性および耐摩耗性が高められており、長期にわたる供用が可能である。

（１－４）補足
金属板２２には、孔食指数が３８であるステンレス鋼と比べて同等以上の耐食性を有する金属板を用いているので、電気防食を行うことは不要であるが、ケーソン１０の鉄筋コンクリート部分の鉄筋等に対して電気防食を行ってもよい。なお、この補足事項は、後述する第２実施形態に係るケーソン３０においても同様である。

（１－５）変形例
本第１実施形態に係るケーソン１０の沖合側壁体１４においては、沖合側壁体１４の沖合に面する外面に金属板２２がスタッド２４によって取り付けられた合成構造が形成されているが、沖合側壁体１４の沖合に面する外面に金属板２２を取り付ける態様は、スタッド２４による取り付け態様でなくてもよく、例えば図３に示すように、沖合側壁体１４を貫通する貫通ボルト２６およびナット２６Ｂによって取り付けてもよい。

ただし、図３の場合、貫通ボルト２６の少なくとも一部およびナット２６Ｂは、海水と直接接触するので、貫通ボルト２６およびナット２６Ｂは、金属板２２と同様に、海水に対する耐食性に優れた材質のものを用いる。具体的には、孔食指数が３８であるステンレス鋼と比べて同等以上の耐食性を有する材質のものを用いることができ、孔食指数が４０であるステンレス鋼と比べて同等以上の耐食性を有する材質のものを用いることが好ましい。

また、金属板２２を外側から押え込むナット２６Ｂの周囲には水中硬化型充填接着剤（図示せず）を盛って、ナット２６Ｂと金属板２２との間の隙間を塞いで、止水を行う。

なお、図３では、貫通ボルト２６の頭部２６Ａが沖合側壁体１４の内面側に配置され、ナット２６Ｂが沖合側壁体１４の外面側に配置されているが、その配置を逆にして、貫通ボルト２６の頭部２６Ａを沖合側壁体１４の外面側に配置して、ナット２６Ｂを沖合側壁体１４の内面側に配置してもよい。この場合には、金属板２２を外側から押え込む貫通ボルト２６の頭部２６Ａの周囲には水中硬化型充填接着剤（図示せず）を盛って、貫通ボルト２６の頭部２６Ａと金属板２２との間の隙間を塞いで、止水を行う。

また、沖合側壁体１４の沖合に面する外面への金属板２２の取り付けは、スタッド２４と貫通ボルト２６とを併用して行ってもよい。

（２）第２実施形態
（２－１）全体構成
図４は、本発明の第２実施形態に係るケーソン３０を模式的に示す斜視図であり、図５は、ケーソン３０の沖合側壁体３４を拡大して示す拡大鉛直断面図である。

本第２実施形態に係るケーソン３０は、図４に示すように、フーチング３２と、沖合側壁体３４と、岸側壁体３６と、上部コンクリート部材３８と、金属板２２と、を備えてなる。

図５に示すように、ケーソン３０の沖合側壁体３４の内面側には内面鋼板４０が設けられており、また、ケーソン３０の他の部位についても、内面側には鋼板が設けられており、金属板２２を除いて考えた場合でも、ケーソン３０は、各部位が鋼コンクリート合成構造になっており、いわゆるハイブリッドケーソンになっている。

このため、本第２実施形態に係るケーソン３０は、第１実施形態に係るケーソン１０と比べて壁厚が薄くなっており、沖合側壁体３４および岸側壁体３６の壁厚は２５０～５００ｍｍ程度であり、標準的には３００ｍｍ程度であり、コンクリート３４Ａの内部の水平鉄筋３４Ｂおよび鉛直鉄筋３４Ｃは１段に配筋されている。また、法線直角方向（岸から沖合に向かう方向）のケーソン３０の幅も、第１実施形態に係るケーソン１０と比べて小さくなっていて、ケーソン３０は内部隔壁もなく、第１実施形態に係るケーソン１０と比べてコンパクト化されている。

ただし、沖合側からの波浪等の外力に対する安定性を確保するべく、フーチング３２の大きさは、第１実施形態のケーソン１０のフーチング１２と比べて同等以上の大きさになっている。

上記の点以外は、本第２実施形態に係るケーソン３０は、第１実施形態に係るケーソン１０と同様であるので、同一の部材には同一の符号を用いて、説明は原則として省略する。

沖合側壁体３４は、ケーソン３０の壁体のうち、沖合に面する側の壁体であり、図５に示すように、コンクリート３４Ａの内部に水平鉄筋３４Ｂおよび鉛直鉄筋３４Ｃを１段に備えている。沖合側壁体３４の沖合に面する外面には、金属板２２が設けられている。金属板２２の内面（コンクリート３４Ａと接触する側の面）には、ずれ止めであるスタッド２４が溶接で取り付けられている。スタッド２４はコンクリート３４Ａに埋め込まれており、これによって金属板２２は沖合側壁体３４と強固に連結した、合成構造を形成している。

内面鋼板４０は、ケーソン３０の沖合側壁体３４の内面（沖合とは反対側の面）に設けられて鋼コンクリート合成構造を形成している。内面鋼板４０のコンクリート３４Ａと接触する側の面には、ずれ止めであるスタッド４２が溶接で取り付けられている。スタッド４２はコンクリート３４Ａに埋め込まれており、これによって内面鋼板４０は、沖合側壁体３４の内面と強固に連結した鋼コンクリート合成構造を形成している。

内面鋼板４０は、ケーソン３０の沖合側壁体３４の内面（沖合とは反対側の面）に設けられており、海水とは接触しないので、通常の鋼板（例えば、溶接鋼構造用圧延鋼板）を用いることができる。内面鋼板４０の厚さは、想定される外力等に応じて適宜に定めればよいが、標準的には、３．２ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。

スタッド４２の軸径、長さ、配置間隔は、想定される外力や内面鋼板４０の厚さ等に応じて適宜に定めればよいが、標準的には、軸径は６～３０ｍｍ程度、長さは４０～１００ｍｍ程度、配置間隔は２００～８００ｍｍ程度である。

スタッド４２の材質は、所定の性能の得られる材質であれば特には限定されないが、具体的には例えば、炭素鋼を用いることができる。スタッド４２の材質は、溶接する内面鋼板４０の材質と同一であることが好ましく、炭素鋼にすることが好ましい。

内面鋼板４０の一方の面（沖合とは反対側の面でケーソン３０の内部側の面）には、ブラケット４０Ａが設けられているが、このブラケット４０Ａは、内面鋼板４０を補剛するためのものであり、詳細には、ケーソン３０の作製時に内面鋼板４０の外側にコンクリートを打設することによって加わる圧力によって内面鋼板４０が変形することを防止するためのものである。

（２－２）効果
本第２実施形態に係るケーソン３０における金属板２２の効果は、第１実施形態に係るケーソン１０における金属板２２の効果と同様であり、本第２実施形態に係るケーソン３０は、沖合側壁体３４の前面に消波ブロックが配置された状態の防波堤として使用される場合でも、消波ブロックの衝突や摺動に対する耐衝撃性および耐摩耗性が高められており、長期にわたる供用が可能である。

（２－３）変形例
本第２実施形態に係るケーソン３０の沖合側壁体３４においては、沖合側壁体３４の沖合に面する外面に金属板２２がスタッド２４によって取り付けられて合成構造が形成されているが、沖合側壁体３４の沖合に面する外面に金属板２２を取り付ける態様は、スタッド２４のみによる取り付け態様でなくてもよく、例えば図６に示すように、さらに、沖合側壁体３４を貫通する貫通ボルト４４およびナット４４Ａによる補強的な取り付けを行ってもよい。貫通ボルト４４の一端は内面鋼板４０に溶接されており、貫通ボルト４４は、金属板２２と内面鋼板４０とを連結する。

ただし、貫通ボルト４４の少なくとも一部およびナット４４Ａは、海水と直接接触するので、貫通ボルト４４およびナット４４Ａは、金属板２２と同様に、海水に対する耐食性に優れた材質のものを用いる。具体的には、孔食指数が３８であるステンレス鋼と比べて同等以上の耐食性を有する材質のものを用いることができ、孔食指数が４０であるステンレス鋼と比べて同等以上の耐食性を有する材質のものを用いることが好ましい。

また、金属板２２を外側から押え込むナット４４Ａの周囲には水中硬化型充填接着剤（図示せず）を盛って、ナット４４Ａと金属板２２との間の隙間を塞いで、止水を行う。

１０、３０…ケーソン
１２、３２…フーチング
１２Ａ、３２Ａ…沖合側突出部
１４、３４…沖合側壁体
１４Ａ、３４Ａ…コンクリート
１４Ｂ、３４Ｂ…水平鉄筋
１４Ｃ、３４Ｃ…鉛直鉄筋
１６、３６…岸側壁体
１８…内部隔壁
２０、３８…上部コンクリート部材
２２…金属板
２４、４２…スタッド
２６、４４…貫通ボルト
２６Ａ…頭部
２６Ｂ、４４Ａ…ナット
４０…内面鋼板
４０Ａ…ブラケット
６０…消波ブロック設置領域
１００…海水
１０２…捨石マウンド

Claims

海水面よりも下に存在する海中部位を有し、沖合に配置された消波ブロックの岸側に配置されたケーソンであって、
沖合側および岸側に外面を有する箱状の壁体を有し、前記箱状の壁体のうち沖合側の壁体の内面に内面鋼板が設けられたコンクリート部材と、
前記コンクリート部材の外面のうち、前記消波ブロック側である沖合側の外面にのみ設けられた金属板と、
を備え、
前記コンクリート部材の前記沖合側の壁体と前記金属板は合成構造を形成しており、
且つ、前記金属板は、せん断強度が２８８Ｎ／ｍｍ ² 以上であり、孔食指数が３８であるステンレス鋼と比べて同等以上の耐食性を有し、厚さが３．２ｍｍ以上６０ｍｍ以下であることを特徴とするケーソン。
前記金属板と前記コンクリート部材の前記沖合側の壁体とで形成される前記合成構造には、前記コンクリート部材の前記沖合側の壁体の内部に少なくとも一部が埋め込まれているずれ止めが含まれていることを特徴とする請求項１に記載のケーソン。
前記金属板は、前記コンクリート部材の外面のうち、前記消波ブロック側である沖合側の外面に固定された棒状部材によって取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のケーソン。
前記棒状部材のうちの少なくとも一部の棒状部材は、前記沖合側の壁体を貫通していることを特徴とする請求項３に記載のケーソン。
前記棒状部材は、前記金属板を貫通して該金属板よりも外側に一端が突出し、該一端にはナットが取り付けられていて該金属板を外側から押え込んでいて、前記金属板は、前記コンクリート部材の外面のうちの前記消波ブロック側である沖合側の外面に取り付けられていることを特徴とする請求項３または４に記載のケーソン。
前記金属板を外側から押え込む前記ナットの周囲には水中硬化型充填接着剤が盛られて、前記ナットと前記金属板との間の隙間が塞がれて、止水が行われていることを特徴とする請求項５に記載のケーソン。
前記棒状部材および前記ナットは、孔食指数が３８であるステンレス鋼と比べて同等以上の耐食性を有する材質のものであることを特徴とする請求項５または６に記載のケーソン。
前記金属板は、ビッカース硬さが１７０以上であることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載のケーソン。
前記金属板の厚さは、６ｍｍ以上４０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載のケーソン。
前記金属板は、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載のケーソン。
前記金属板は、二相ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１～１０のいずれかに記載のケーソン。
前記コンクリート部材には沖合側に突出して設けられた沖合側突出部を有するフーチングを含み、
前記金属板は、前記沖合側突出部の外面に設けられていることを特徴とする請求項１～１１のいずれかに記載のケーソン。