JP7469608B2 - 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

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。

港湾の外郭に配置される防波堤として、重力式防波堤が広く知られている。重力式防波堤は、コンクリート製のケーソン等の重量構造物を、海底の地盤上に直接的に設置するか、又は、地盤上に捨石又は砂を投入して築造されたマウンド上に設置することによって構成される。重力式防波堤は、津波や波浪による外力に対して、重量構造物と設置面との摩擦で以て抵抗することによって、防波堤として機能する。

津波や波浪は一定の波高を有するので、重力式防波堤の天端の高さを維持することが重要である。しかしながら、長年に亘る繰り返しの波浪の影響によって又は地震によって発生した地盤の液状化の影響によって重力式防波堤、すなわち重量構造物が沈下し、重力式防波堤の天端の高さが大きく低下してしまう場合がある。波浪の影響による重力式防波堤の沈下は、長期的な変化であることから計画的な対策を行うことが可能である。他方、地盤の液状化の影響による重力式防波堤の沈下は、突発的な変化であることから、予測及び対策が困難である。特に、重力式防波堤の直下の地盤に液状化層を含む場合、地盤の液状化によって重力式防波堤が大きく沈下してしまう。例えば、１９９５年に発生した兵庫県南部地震では、神戸港の防波堤が液状化現象によって１．４～２．６ｍ程度沈下した。

特許文献１及び特許文献２には、液状化現象による重量構造物の沈下を低減するように構成された重力式防波堤が開示されている。

特許文献１には、重量構造物の前後において外方且つ下方に離間した砂質土層内に、重量構造物の延在方向に沿って対向する一対の不透水又は難透水性の地中壁を配置した重力式防波堤が開示されている。特許文献１の重力式防波堤では、重量構造物直下の砂質土層に液状化が発生しても、地中壁による剪断変形の抑止効果によって一対の地中壁間の砂質土層の体積変化が抑制される。その結果、重量構造物の沈下が抑制されるように構成されている。

特許文献２には、重量構造物直下の砂質土層の上面、すなわちマウンドの下面から所定深さに至る部分に、地盤改良用の薬液又はセメント系固化材を注入させることにより、液状化現象の生じない所望厚さの盤状をした水平地盤改良層を造成した重力式防波堤が開示されている。特許文献２の重力式防波堤では、重量構造物直下の砂質土層に液状化が発生しても、マウンドの下に造成された水平地盤改良層によって液状化する範囲が低減される。その結果、重量構造物の沈下が抑制されるように構成されている。

特開２００８－０１９５６１号公報 特開２００８－０１９５６２号公報

特許文献１の重力式防波堤では、上述したように、重量構造物の延在方向に沿って配置された一対の不透水又は難透水性の地中壁によって地中壁間の砂質土層の体積変化が抑制されるものの、液状化の発生は許容しており、過剰間隙水圧が発生する。ここで、地中壁は不透水又は難透水性であるため、過剰間隙水圧は消散しにくい。他方、一対の地中壁の外側では液状化は発生するものの、地盤が半無限に広がっているため、地中壁間よりも液状化の程度は相対的に小さく、過剰間隙水圧は消散しすい。このように、地中壁を境に液状化や過剰間隙水圧の発生の程度が異なる結果、地盤抵抗力も異なり、地中壁の移動や重量構造物の沈下又は傾斜を招く場合がある。さらには、地中壁間では地震後の液状化現象の沈静化が遅くなり、地震によって誘発された津波の襲来時において、重量構造物直下の地盤の支持力が回復せず、津波に対する本来の機能を十分に発揮できない可能性がある。

例えば、２０１６年に発生した熊本地震では、大きな地震が３日間に２回発生しており、１回目の地震により沈下した重力式防波堤の修復が完了する前に、２回目の地震によってさらなる被害を受けている。このように短期間に複数回の大きな地震が発生した場合、その間に重力式防波堤の修復を完了させることは困難である。

特許文献２の重力式防波堤では、水平地盤改良層の造成が広範囲となり、工費及び工期がかかる。特に、既設の重力式防波堤に適用しようとする場合、重量構造物直下の造成となるため、重量構造物及びマウンドが障害になる。そのため、重量構造物を打ち抜く施工、又は、マウンド周辺からの重量構造物直下の砂質土層に対する広範囲な施工となるため、さらに工費及び工期がかかる。

本発明は、地震に強い支持構造、重力式防波堤及び重力式防波堤の施工方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、重量構造物と液状化層上に設けられて前記重量構造物を支持するマウンドとを有する重力式防波堤の支持構造であって、前記重量構造物の前面側及び後面側の少なくとも一方側において前記重量構造物から離間し且つ前記重量構造物の延在方向に沿って配置された、鉛直方向に延在する複数の支持構造体を具備し、前記複数の支持構造体の上端が前記マウンド内に位置するか又は前記マウンドから上方に突出していることを特徴とする支持構造が提供される。

前記複数の支持構造体の下端が液状化層内に位置していてもよい。液状化層の上面から前記複数の支持構造体の下端までの距離をＬｅとし、液状化層の間隙比をｅとし、液状化層の層厚をＨとしたときに、Ｌｅ＞ｅ／（１＋ｅ）×Ｈの関係式を満たすようにしてもよい。隣接する前記複数の支持構造体が互いに離間して整列していてもよい。前記複数の支持構造体の上端が、前記マウンドから上方に突出し且つ前記重量構造物から離間しており、前記複数の支持構造体の前記マウンドから突出した部分と前記重量構造物との間に配置された充填材をさらに具備してもよい。前記充填材が前記マウンドと同等の透水性を有してもよい。前記複数の支持構造体の上端が、前記マウンドから上方に突出し且つ前記重量構造物から離間しており、前記複数の支持構造体の前記マウンドから突出した部分と前記重量構造物との間に充填材が配置されていなくてもよい。

本発明の別の態様によれば、前記重量構造物と、液状化層上に設けられて前記重量構造物を支持する前記マウンドと、上述した支持構造と、を具備することを特徴とする重力式防波堤が提供される。

本発明のさらに別の態様によれば、上述した重力式防波堤の施工方法であって、前記複数の支持構造体を打設する打設工程を含み、前記打設工程が、先端ビット付ケーシングパイプを回転圧入させて前記マウンドを打抜く工程と、打抜いた部分に砂利又は砂を投入する工程と、前記打抜いた部分に前記複数の支持構造体を打設する工程と、を含む重力式防波堤の施工方法が提供される。

本発明のさらに別の態様によれば、上述した重力式防波堤の施工方法であって、前記複数の支持構造体を打設する打設工程を含み、前記打設工程が、前記複数の支持構造体の先端に硬質ビットを取り付ける工程と、前記硬質ビット及びウォータージェットを併用したバイブロハンマにて前記マウンドを貫通して前記複数の支持構造体を打設する工程と、を含む重力式防波堤の施工方法が提供される。

本発明のさらに別の態様によれば、上述した重力式防波堤の施工方法であって、前記複数の支持構造体を打設する打設工程を含み、前記打設工程が、前記複数の支持構造体の先端に硬質ビットが取り付ける工程と、前記複数の支持構造体の回転圧入によって前記マウンドを貫通して前記複数の支持構造体を打設する工程と、を含む重力式防波堤の施工方法が提供される。

本発明の態様によれば、地震に強い支持構造、重力式防波堤及び重力式防波堤の施工方法を提供するという共通の効果を奏する。

図１は、本発明の第１実施形態による重力式防波堤の模式的な縦断面図である。 図２は、図１の重力式防波堤の平面図である。 図３は、重力式防波堤の支持構造の仕組みを説明する変形前の模式的な縦断面図である。 図４は、重力式防波堤の支持構造の仕組みを説明する変形後の模式的な縦断面図である。 図５は、液状化層と支持構造体の長さとの関係を説明する図である。 図６は、本発明の第２実施形態による重力式防波堤の模式的な縦断面図である。 図７は、本発明の第３実施形態による重力式防波堤の模式的な縦断面図である。 図８は、本発明の第４実施形態による重力式防波堤の模式的な縦断面図である。 図９は、支持構造体を打設する打設工程を説明する図である。 図１０は、解析モデルを説明する図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。

図１は、本発明の第１実施形態による重力式防波堤１の模式的な縦断面図であり、図２は、図１の重力式防波堤１の平面図である。

重力式防波堤１は、海底の地盤１００上に設置される。地盤１００は、表層の液状化層１０１と、液状化層１０１よりも下層に位置する非液状化層１０２とを含んでいる。重力式防波堤１は、重量構造物２と、海底の地盤１００上に形成されて重量構造物２を支持するマウンド３と、支持構造４とを有している。支持構造４は、複数の支持構造体５を有している。

なお、本明細書中では、重力式防波堤１又は重量構造物２において、陸地と反対側（港湾の場合は港の外側）を「前」側と規定し、陸地と対向する側（港湾の場合は港の内側）を「後」側と規定する。本発明における重力式防波堤１は、重量構造物２の前面側及び後面側が海に面しているものを指し、波除堤を含むものとする。

重量構造物２は、例えばコンクリート製の箱状に形成されて内部に砕石材が充填されたケーソン又はコンクリートで形成された段積みブロック等である。重量構造物２は、自身の重量によって津波や波浪による外力に対して抵抗する。本実施形態において、重量構造物２は、略直方体状又は略立方体状に形成されたコンクリート製のケーソンである。

マウンド３は、海底の地盤１００上に捨石３ａを所定の高さにまで盛ることによって形成される。マウンド３の上面が平坦に整えられることによって、重量構造物２をマウンド３上に安定的に設置することができる。重量構造物２は、上端部が海面１１０から上方に突出した状態で、マウンド３上に設置されている。本実施形態では、図２に示されるように、複数の重量構造物２が所定間隔で整列され、横方向、すなわち重力式防波堤１の長手方向に延在している。

複数の支持構造体５は、重量構造物２の前面側及び後面側の両側において、重量構造物２から離間し且つ重量構造物２の延在方向に沿って並列に配置され、鉛直方向に延在している。すなわち、複数の支持構造体５は、重量構造物２の前面及び後面から外方に一定の距離だけ離間した位置において、マウンド３を貫通した状態で地盤１００に打設されている。また、複数の支持構造体５は、重力式防波堤１の全長又は一部分に亘って配置されている。各列において、隣接する複数の支持構造体５は、互いに離間して整列している。複数の支持構造体５の上端５ａはマウンド３から上方に突出している。複数の支持構造体５の下端５ｂは、液状化層１０１内に位置しており、非液状化層１０２に到達していない。

本実施形態において、複数の支持構造体５は複数の鋼管杭である。複数の支持構造体５は、後述するように、透水性を有する限りにおいて任意の支持構造体を採用可能である。例えば、複数の支持構造体５は、互いに離間して整列した複数のＨ形鋼杭であってもよく、鋼管矢板又は鋼矢板に孔を開けた透水性鋼矢板であってもよい。

図３は、重力式防波堤１の支持構造４の仕組みを説明する変形前の模式的な縦断面図であり、図４は、重力式防波堤１の支持構造４の仕組みを説明する変形後の模式的な縦断面図である。

図３を参照すると、図３は地震発生直後の状態を示している。発生した地震の地震波Ｊによって、液状化層１０１において液状化現象が発生する。このとき、重量構造物２による荷重Ｐ１を受けて、並列に配置された複数の支持構造体５間の液状化した液状化層１０１において、重量構造物２に対して前後方向、すなわち重量構造物２から互いに離間する、水平方向の過剰間隙水圧の消散Ｆ１及び液状化層１０１の側方流動Ｆ２が生じる。

複数の支持構造体５は、互いに離間して整列していることから、液状化によって生じた過剰間隙水圧の消散Ｆ１は、隣接する支持構造体５間の間隙から流出する。したがって、支持構造４が設けられた液状化層１０１の部分は、支持構造４が設けられていない液状化層１０１の部分と比較しても、同等の透水性が確保される。したがって、並列に配置された複数の支持構造体５間の液状化した液状化層１０１における過剰間隙水圧の発生は抑制される。また、複数の支持構造体５は、重量構造物２から前後方向において離間して配置されていることによって、重量構造物２から互いに離間する水平方向の過剰間隙水圧の消散Ｆ１のみならず、重量構造物２及び複数の支持構造体５間において上方向の過剰間隙水圧の消散Ｆ３も生じる。したがって、水平方向の過剰間隙水圧の消散Ｆ１に加え、上方向の過剰間隙水圧の消散Ｆ３によっても透水性が確保され、過剰間隙水圧の発生が抑制される。

過剰間隙水圧の発生が抑制されることによって、液状化現象は、軽減され且つ早期に沈静化する。その結果、地震によって液状化現象が発生したとしても、地震後の地盤１００の支持力が早期に回復することから、重力式防波堤１は、地震によって誘発された津波に対して抵抗することができる。

マウンド３は捨石３ａによって形成されていることから、個々の捨石３ａ間の間隙が比較的大きい。したがって、マウンド３の透水性が高いことから、マウンド３において液状化現象は発生しない。そのため、液状化層１０１において液状化現象が発生し、液状化層１０１に位置する支持構造体５の部分の支持が失われても、マウンド３内に位置する支持構造体５の部分の支持は失われることはない。すなわち、マウンド３内に位置する支持構造体５の部分が捨石３ａ間の挟持力Ｐ２によって強固に固定されることによって、支持構造体５の支点が形成される。

次いで、図４を参照すると、図４は液状化現象の沈静化後の状態を示している。液状化層１０１内に位置する支持構造体５の部分が側方流動Ｆ２を受けて、支持構造体５は、マウンド３によって支持された部分を支点に回転する。したがって、並列に配置された複数の支持構造体５は、下端５ｂが互いに離間する方向に回転する。詳細には、図４に示されるように、複数の支持構造体５は、下方に向かって下端５ｂが拡がる。一方で、複数の支持構造体５は、上方に向かって上端５ａが近接する。その結果、地震発生前は鉛直方向に延在していた支持構造体５が傾斜することから、支持構造体５は重量構造物２に対して斜杭を構成する。重量構造物２は、前面側及び後面側の両側から斜杭として構成された複数の支持構造体５によって支持される。すなわち、重量構造物２は、重量構造物２の荷重Ｐ１に対し、支持力を回復した液状化層１０１から複数の支持構造体５が受ける抗力Ｐ３によって強固に支持される。

液状化現象によって、複数の支持構造体５が自発的に姿勢を変えて斜杭となることから、重力式防波堤１は、修復を行うことなく地震によって誘発された津波及びその後の地震に対して抵抗することができ、且つ、支持構造４による補強効果及び耐震性を維持することができる。また、液状化の際に、複数の支持構造体５がマウンド３によって支持された部分を支点に回転することから、側方流動Ｆ２による力が受け流され、側方流動Ｆ２による複数の支持構造体５の損傷が低減される。

複数の支持構造体５の下端５ｂは、液状化層１０１、特に土粒子層１０４に位置していることが好ましい。これについて、図５を参照しながら説明する。

図５は、液状化層１０１と支持構造体５の長さとの関係を説明する図である。図５では、所定の横断面積Ａを備えた円柱状に切り出された液状化層１０１の部分を示している。液状化層１０１は、無数の土粒子と、間隙水とからなる。すなわち、地震前において、土粒子は、互いに当接することによって、土粒子間に間隙を形成しながら一体的な構造体を構成し、形成された構造体の間隙に間隙水が充填されている。地震発生時において、振動によって過剰間隙水圧が発生すると土粒子の構造体が崩壊する。その結果、土粒子と間隙水とが渾然一体となって、液状化層１０１は全体として流動化する。地震後において、過剰間隙水圧の消散と共に土粒子が間隙水中を沈降した結果、土粒子間の間隙がより小さくなり、液状化層１０１が沈下することになる。したがって、極端には液状化層１０１が、土粒子層１０４と間隙水層１０３とに完全分離される可能性がある。なお、間隙水層１０３は、空気を含んでもよい。

液状化層１０１の層厚をＨとし、間隙水層１０３の層厚をＨｖとし、土粒子層１０４の層厚をＨｓとする。また、液状化層１０１の体積をＶとし、間隙水層１０３の体積をＶｖとし、土粒子層１０４の体積をＶｓとする。また、間隙水層１０３と土粒子層１０４との体積比Ｖｖ／Ｖｓを間隙比ｅとする。液状化層１０１の層厚Ｈ及び間隙比ｅは、地盤調査を行うことによって求めることができる。間隙比ｅは、例えば、採取した地盤を炉で乾燥させ、水分量を測定することによって求めることができる。

液状化層１０１内に位置する支持構造体５の部分の長さ、すなわち液状化層１０１の上面から支持構造体５の下端５ｂまでの距離をＬｅとしたとき、支持構造体５の下端５ｂが土粒子層１０４内に位置するための条件は、Ｌｅ＞Ｈｖ（式（１））であり、以下のとおり求められる。

すなわち、間隙水層１０３の体積ＶｖはＶｖ＝Ａ×Ｈｖで表され、土粒子層１０４の体積ＶｓはＶｓ＝Ａ×Ｈｓで表される。したがって、間隙比ｅは、層厚の関係式としてｅ＝Ｈｖ／Ｈｓで表され、間隙水層１０３の層厚ＨｖはＨｖ＝ｅ×Ｈｓ（式（２））で表される。液状化層の層厚Ｈは、式（２）を用いて、Ｈ＝Ｈｓ＋Ｈｖ＝（１＋ｅ）×Ｈｓで表される。したがって、土粒子層１０４の層厚Ｈｓは、Ｈｓ＝Ｈ／（１＋ｅ）（式（３））で表される。式（１）に対して式（２）及び式（３）を用いることによって、Ｌｅ＞ｅ／（１＋ｅ）×Ｈの関係式Ｒを得る。

以上より、地盤調査によって容易に求めることができる液状化層１０１の層厚Ｈ及び間隙比ｅ並びに関係式Ｒから、距離Ｌｅを容易に導出することができる。図４に示されるように、液状化現象の沈静化後に土粒子層１０４と間隙水層１０３とが完全分離された状態であっても、支持構造体５の下端５ｂが土粒子層１０４内に位置することによって、重量構造物２をより強固に支持することができる。したがって、重力式防波堤１は、修復を行うことなく地震によって誘発された津波及びその後の地震に対して抵抗することができ、且つ、支持構造４による補強効果及び耐震性を維持することができる。

図６は、本発明の第２実施形態による重力式防波堤１１の模式的な縦断面図である。重力式防波堤１１は、第１実施形態による重力式防波堤１と比較して、支持構造体５の上端５ａがマウンド３から上方に突出しておらず、マウンド３内に位置している点においてのみ異なる。

本実施形態においても、マウンド３内に位置する支持構造体５の部分が、上述した捨石３ａ間の挟持力によって強固に固定されることによって、支持構造体５の鉛直方向における支点が形成される。したがって、上述した第１実施形態と同様の効果を奏する。

要するに、第１実施形態及び第２実施形態では、複数の支持構造体５の上端５ａがマウンド３内に位置するか又はマウンド３から上方に突出し、複数の支持構造体５の下端５ｂが液状化層１０１内に位置している。言い換えると、支持構造体５の上端５ａは液状化層１０１よりも上方に位置している。その結果、上述したように、マウンド３内に位置する支持構造体５の部分によって支点が形成される。なお、支持構造体５の上端５ａとマウンド３の上面とを揃えることによって、すなわち同一高さとすることによって、マウンド３による最大の挟持力を得ることができる。言い換えると、支持構造体５の上端５ａがマウンド３から上方にさらに突出しても、支持構造体５の支点を形成する挟持力Ｐ２は最大値から変化しない。

図７は、本発明の第３実施形態による重力式防波堤２１の模式的な縦断面図である。重力式防波堤２１は、第１実施形態による重力式防波堤１と比較して、支持構造４が、支持構造体５に加え充填材６を有している点においてのみ異なる。

充填材６は、重量構造物２の前面及び後面とマウンド３から上方に突出している複数の支持構造体５の部分との間に、上端５ａの高さまで充填される。充填材６は、例えば砂利、砕石、捨石、又は、空洞や空隙を有した人工的なブロックであり、これらの混合物又は積層物であってもよい。また、充填材６がマウンド３と同等の透水性を有するように構成してもよい。したがって、充填材６は、マウンド３を構成する捨石と同一の捨石であってもよい。充填材６は、隣接する支持構造体５間の間隙から漏出しないように、大きさ及び形状が決定される。例えば、隣接する支持構造体５の間隔を２５０ｍｍとした場合、粒径が３００ｍｍ～６００ｍｍ程度の捨石が用いられる。

充填材６は、津波や波浪による外力を受けた重量構造物２からの水平方向の力を支持構造体５に伝達する。したがって、支持構造体５は、充填材６を介して間接的に重量構造物２から伝達された水平方向の力を受け止めることにより、重量構造物２を支持している。その結果、外力に対して粘り強く重量構造物２を支持する重力式防波堤を実現することができる。

図８は、本発明の第４実施形態による重力式防波堤３１の模式的な縦断面図である。重力式防波堤１１は、第１実施形態による重力式防波堤１と比較して、複数の支持構造体５の下端５ｂが、液状化層１０１を貫通して、非液状化層１０２内に位置している点においてのみ異なる。支持構造体５の下端５ｂが非液状化層１０２内に位置することによって、重量構造物２をより強固に支持することができる。その結果、重力式防波堤３１において、液状化現象による重量構造物２の沈下を低減することができる。

ところで、複数の支持構造体５は、重量構造物２の前面及び後面から外方に一定の距離だけ離間した位置において、マウンド３を貫通した状態で地盤１００に打設されている。仮に、複数の支持構造体５のマウンド３から上方に突出した部分が重量構造物２に当接した状態で配置された場合、マウンド３、ひいては重力式防波堤が設置された地盤１００に悪影響を及ぼす可能性がある。

すなわち、地盤１００上にマウンド３を形成し、マウンド３上に重量構造物２を設置した状態で、複数の支持構造体５を打設しようとした場合、支持構造体５の打設に伴う地盤性状の変化を重量構造物２自体が受けてしまう可能性がある。この場合、地盤１００やマウンド３が緩んで重量構造物２が不安定な状態となったり、重量構造物２がマウンド３上において滑動しやすくなったりする危険性がある。その結果、これらを低減するための補強工事を行う必要性が生じてしまう。

そのため、複数の支持構造体５は、重量構造物２の前面及び後面から外方に一定の距離だけ離間した位置において、マウンド３を貫通した状態で地盤１００に打設されていることが好ましい。

上述した実施形態では、複数の支持構造体５を重量構造物２の前面側及び後面側の両側に配置したが、複数の支持構造体５を重量構造物２の前面側及び後面側のいずれか一方側に配置するように構成してもよい。複数の支持構造体５を重量構造物２の前面側及び後面側の両側に並列に配置する場合、一方の列の複数の支持構造体５の上端５ａをマウンド３から上方に突出するようにし、他方の列の複数の支持構造体５の上端５ａをマウンド３内に位置するようにしてもよい。また、マウンド３から上方に突出する部分について、重量構造物２の前面又は後面との間に充填材６を充填してもよく、充填材６を充填しなくてもよい。

複数の支持構造体５を重量構造物２の前面側及び後面側の両側に並列に配置する場合、各列における複数の支持構造体５について、下端５ｂの位置、すなわち支持構造体５の挿入深さを揃える必要はない。例えば、液状化層１０１に傾斜がある場合、各列の下端５ｂの位置を傾斜に応じて異ならせてもよい。また、同一の列であっても、液状化層１０１の傾斜に応じて隣接する支持構造体５の下端５ｂの位置を異ならせてもよい。複数の支持構造体５の下端５ｂの位置を異ならせる場合、すべての支持構造体５について上述した関係式Ｒを満たしていることが好ましい。

重量構造物２の重心が一方側、例えば前側、すなわち港外側に偏っている場合、港外側の列の複数の支持構造体５の下端５ｂをより下方に、すなわち挿入深さをより深くしてもよく、港外側の列の複数の支持構造体５の剛性を高くしてもよい。それによって、重量構造物２をより安定的に支持することができる。

次に、重力式防波堤１の施工方法について説明する。まず、地盤１００上に所定の高さのマウンド３を形成する工程と、次いで、マウンド３上に重量構造物２を設置する工程と、次いで、上述した配置及び態様で、支持構造４を設ける工程とを経て、重力式防波堤１の施工が完了する。支持構造４を設ける工程は、マウンド３及び地盤１００に対して複数の支持構造体５を打設する工程を含む。さらに、支持構造４を設ける工程は、必要に応じて、重量構造物２の前面及び後面とマウンド３から上方に突出している複数の支持構造体５の部分との間に充填材６を充填する工程を含んでもよい。なお、重力式防波堤１の施工方法における支持構造４を設ける工程は、新設されたマウンド３及び重量構造物２に対して行ってもよく、既設のマウンド３及び重量構造物２に対して行ってもよい。

図９は、支持構造体５を打設する打設工程を説明する図である。図９の打設工程では、先端ビット付ケーシングパイプを回転圧入させてマウンド３を打抜く工程と、打抜いた部分に砂利又は砂を投入する工程と、打抜いた部分に複数の支持構造体５を打設する工程と、を含む。

具体的には、アウトリガー２０１を備えた自己昇降式作業台船２００によって全周旋回機２０２を用いて打設作業が行われる。まず、支持構造体５を打設しようとする位置に全周旋回機２０２の掘削孔位置を合わせた状態で、アウトリガー２０１を地盤１００に張り出して自己昇降式作業台船２００を停泊させる。次いで、マウンド３及びマウンド３直下の地盤１００を切削しながら、全周旋回機２０２に設置された先端ビット付きのケーシングパイプ２０３を回転圧入する（図９（Ａ））。次いで、ケーシングパイプ２０３の内部に堆積した切削物１０５をハンマーグラブ等で除去する（図９（Ｂ））。次いで、切削物が除去されたケーシングパイプ２０３の内部の空間に、砂利又は砂１０６を投入する（図９（Ｃ））。次いで、ケーシングパイプ２０３を引き抜き、投入された砂利又は砂１０６の部分に対して、全周旋回機２０２に設置された支持構造体５を打設することによって打設工程が完了する（図９（Ｄ））。なお、図９（Ｄ）における支持構造体５の打設は、回転圧入工法やバイブロハンマ工法で行われる。

支持構造体５の打設工程は、他の方法、例えばジェット併用バイブロハンマを用いた方法であってもよい。具体的には、複数の支持構造体５の先端に硬質ビットを取り付ける工程と、硬質ビット及びウォータージェットを併用したバイブロハンマにてマウンド３を貫通して複数の支持構造体５を打設する工程と、を含む。

具体的には、先端に硬質ビットを取り付けた支持構造体５を、ウォータージェット併用バイブロハンマによって打設する。すなわち、支持構造体５の内部には配管が通してあり、支持構造体５の先端から高圧のウォータージェットを噴射できるように構成されている。バイブロハンマの振動によって支持構造体５の先端の硬質ビットでマウンド３の捨石を切削し、高圧のウォータージェットによる切削補助も働き、マウンド３及び地盤１００を貫通させて、支持構造体５の打設が完了する。

支持構造体５の打設工程は、さらに他の方法、例えば回転圧入工法であってもよい。具体的には、複数の支持構造体５の先端に硬質ビットが取り付ける工程と、複数の支持構造体５の回転圧入によってマウンド３を貫通して複数の支持構造体５を打設する工程と、を含む。

具体的には、先端に硬質ビットを取り付けた支持構造体５を、回転圧入によって打設する。回転圧入には、上述した自己昇降式作業台船２００に全周旋回機２０２を配置するか、自走式の回転圧入機を用いる。回転圧入力によって、支持構造体５の硬質ビットでマウンド３の捨石を切削し、マウンド３及び地盤１００を貫通させて、支持構造体５の打設が完了する。

上述した打設工程によれば、マウンド３を鉛直方向に打ち抜くことによって打設が行われ、さらにその範囲も重量構造物２の延在方向に沿って所定間隔で行われることから、例えば特許文献２に記載の施工に比べて工費及び工期を最小限に抑えることができる。

図１０は、解析モデルを説明する図である。図１０に示された解析モデルに対して、有限要素法による地震応答解析を用いて、本発明の効果の検証を行った。具体的には、地震応答解析プログラムとしてＦＬＩＰ（ｖｅｒ．７．３．０）を用いて、解析結果を重量構造物２の沈下量として求める。入力地震動として、１９９５年兵庫県南部地震のポートアイランド計測記録から作成された基盤入射波形を用い、その最大加速度は５４４ｇａｌである。

支持構造体５として、外径が１２００ｍｍで且つ板厚１４ｍｍの綱杭を用いた。図１０において、重量構造物２の高さＬ１を１４ｍとし、重量構造物２の前後方向の厚さＬ２を８．７ｍとし、マウンド３の高さＬ３を５ｍとし、支持構造体５の長さＬ４を２０．７ｍとし、マウンド３から突出する支持構造体５の長さＬ５を４．７ｍとし、マウンド３及び地盤１００内に位置する支持構造体５の長さＬ６を１６ｍとし、重量構造物２の前面及び後面からの支持構造体５の中心距離Ｌ７を３ｍとし、液状化層１０１の厚さＬ８を２９．５ｍとする。なお、支持構造体５の下端５ｂは、液状化層１０１内に位置している。また、液状化層１０１の上面から支持構造体５の下端までの距離Ｌｅは、上述した関係式Ｌｅ＞ｅ／（１＋ｅ）×Ｈを満たしている。

地震応答解析は、支持構造体５の配置及び充填材６の有無に応じて異なる次の３つのケースについて行う。ケース１は、図１０に示されるように、重力式防波堤１が、重量構造物２の前面側及び後面側の両側に支持構造４を有する場合である。ケース２は、重力式防波堤が、重量構造物２の前面側及び後面側のいずれか一方側にのみ支持構造４を有する場合である。すなわち、ケース２は、図１０に示された支持構造４の一方を省略した重力式防波堤１である。ケース３は、重力式防波堤が、重量構造物２及びマウンド３のみからなり、したがって支持構造４を有さない場合である。ケース１及びケース２については、充填材６の有無の違いについても解析を行った。

解析結果を表１に示す。表１は、各ケース及び充填材の有無に対応する重量構造物の沈下量を示している。なお、括弧内の数値は、充填材の有無に対応するケース１に対する沈下量の割合を示している。

表１を参照すると、充填材６が有る場合と無い場合のいずれも、支持構造４によって沈下量が低減され、液状化現象による重量構造物２の沈下が低減されることが明らかとなった。特に、両側に支持構造体５を配置したケース１と支持構造４を一切有さないケース３とを比較すると、ケース３はケース１と比較して沈下量が８８％も増加する。

なお、ケース１について充填材６の有無を比較すると、充填材６が無い方が、沈下量が低減される。これは、並列に配置された複数の支持構造体５の下端５ｂが図４に示されるように下方に向かって拡がる際に、支持構造体５のマウンド３から上方に突出する部分と重量構造物２との間に配置された充填材６が、その移動をある程度阻害するためと考えられる。その結果、支持構造体５の斜杭としての効果が低減されるが、上述したように充填材６によって水平方向の力に対する抵抗力は向上する。

以上より、上述した実施形態によれば、地震に強い支持構造、重力式防波堤及び重力式防波堤の施工方法を提供することができる。特に、第１実施形態及び第２実施形態によれば、重力式防波堤において、液状化現象による重量構造物の沈下を低減することができる。したがって、重力式防波堤は、修復を行うことなく地震によって誘発された津波及びその後の地震に対して抵抗することができ、且つ、支持構造４による補強効果及び耐震性を維持することができる。また、第３実施形態によれば、重力式防波堤において、津波や波浪による外力を受けた重量構造物を粘り強くしっかりと支持することができる。

１ 重力式防波堤
２ 重量構造物
３ マウンド
４ 支持構造
５ 支持構造体
５ａ 上端
５ｂ 下端
６ 充填材
１００ 地盤
１０１ 液状化層
１０２ 非液状化層
１１０ 海面

Claims (10)

1. 重量構造物と液状化層を含む地盤上に設けられて前記重量構造物を支持するマウンドとを有する重力式防波堤の支持構造であって、
   前記重量構造物の前面側及び後面側の少なくとも一方側において前記重量構造物から離間し且つ前記重量構造物の延在方向に沿って配置された、鉛直方向に延在する複数の支持構造体を具備し、
   前記複数の支持構造体の上端が前記マウンド内に位置するか又は前記マウンドから上方に突出しており、
   前記複数の支持構造体の下端が液状化層内に位置しており、
   前記複数の支持構造体が、透水性を有するように構成された、複数の鋼管杭（ただし、孔あき鋼管杭を除く。）、複数のＨ形鋼杭、鋼管矢板又は鋼矢板であることを特徴とする支持構造。
2. 液状化層の上面から前記複数の支持構造体の下端までの距離をＬｅとし、液状化層の間隙比をｅとし、液状化層の層厚をＨとしたときに、Ｌｅ＞ｅ／（１＋ｅ）×Ｈの関係式を満たす請求項１に記載の支持構造。
3. 隣接する前記複数の支持構造体が互いに離間して整列している請求項１又は２に記載の支持構造。
4. 前記複数の支持構造体の上端が、前記マウンドから上方に突出し且つ前記重量構造物から離間しており、前記複数の支持構造体の前記マウンドから突出した部分と前記重量構造物との間に配置された充填材をさらに具備する請求項３に記載の支持構造。
5. 前記充填材が前記マウンドと同等の透水性を有する請求項４に記載の支持構造。
6. 前記複数の支持構造体の上端が、前記マウンドから上方に突出し且つ前記重量構造物から離間しており、前記複数の支持構造体の前記マウンドから突出した部分と前記重量構造物との間に充填材が配置されていないことを特徴とする請求項３に記載の支持構造。
7. 前記重量構造物と、
   液状化層上に設けられて前記重量構造物を支持する前記マウンドと、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の支持構造と、を具備することを特徴とする重力式防波堤。
8. 請求項７に記載の重力式防波堤の施工方法であって、
   前記複数の支持構造体を打設する打設工程を含み、
   前記打設工程が、先端ビット付ケーシングパイプを回転圧入させて前記マウンドを打抜く工程と、打抜いた部分に砂利又は砂を投入する工程と、前記打抜いた部分に前記複数の支持構造体を打設する工程と、を含む重力式防波堤の施工方法。
9. 請求項７に記載の重力式防波堤の施工方法であって、
   前記複数の支持構造体を打設する打設工程を含み、
   前記打設工程が、前記複数の支持構造体の先端に硬質ビットを取り付ける工程と、前記硬質ビット及びウォータージェットを併用したバイブロハンマにて前記マウンドを貫通して前記複数の支持構造体を打設する工程と、を含む重力式防波堤の施工方法。
10. 請求項７に記載の重力式防波堤の施工方法であって、
    前記複数の支持構造体を打設する打設工程を含み、
    前記打設工程が、前記複数の支持構造体の先端に硬質ビットが取り付ける工程と、前記複数の支持構造体の回転圧入によって前記マウンドを貫通して前記複数の支持構造体を打設する工程と、を含む重力式防波堤の施工方法。

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