防波堤

【課題】高波による港外側の水面の上昇時における安定性を高める。
【解決手段】固定式防波堤１１である。堤体１２の底面１２ｃの港外側壁面１２ａから港内側寄りの所定の位置に、堤体１２の幅方向に連通する溝１３を設ける。この溝１３と堤体１２の上面１２ｄを、適数の枝管１４で連通させる。
【効果】底面に作用する浮力を、従来の防波堤に比べて大幅に低減することができる。また、枝管内と港外側の水位変動のピークが重ならず、波浪によって生じる水平力と静水圧によって生じる揚圧力は、異なる位相で作用することになって、底面に作用する浮力の低減との相乗効果で港外側の水面上昇時における安定性が大幅に向上する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば津波や高潮対策として港湾に設置される防波堤に関するもので、特に高波により港外側の水面が上昇した場合における防波堤の安定性向上を図ったものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に記載されているような固定式防波堤の場合、津波・高潮によって港外側の水面が上昇すると、防波堤の底面には港外側壁面と港内側壁面の水位差に見合う揚圧力が作用する。
【０００３】
しかしながら、高波による港外側の水面上昇時には、前記揚圧力による防波堤の重量不足と、港外側から港内側に向けて作用する水平力を同時に受けることで、防波堤の安定性が低下するという問題があった。
【０００４】
そこで、固定式防波堤では、防波堤１の重量を増加させることにより、図８に示すように、防波堤１に生じる浮力Ｆ（揚圧力−防波堤の重量）を低減させて、高波による港外側の水面上昇時における安定性を確保していた。
【０００５】
一方、例えば特許文献２に記載されているような、基礎２ａと扉体２ｂからなる起伏ゲート式防波堤２では、図９に示すように断面形状がＬ字型であるため、港外側の水位上昇時の水重量を基礎２ａに鉛直下向きに作用する荷重として利用できる。従って、防波堤２に生じる浮力Ｆが小さくなって、津波・高潮時の安定性は通常時よりも高くなる。
【０００６】
しかしながら、基礎２ａの底面には固定式防波堤と同様に高波による揚圧力（浮力）が作用し、扉体２ｂには港外側から港内側に向けて水平力が同時に作用していることに変わりはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭５６−１６３１２１号公報
【特許文献２】特開２００３−２２７１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする問題点は、従来の防波堤では、高波により港外側の水面が上昇すると、防波堤の壁面には港外側から港内側に向けて水平力が、底面には浮力が同時に作用し、安定性が低下するという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の防波堤は、
港外側の水面の上昇時における安定性を高めるために、
固定式防波堤の場合には、堤体底面の港外側壁面から港内側寄りの所定の位置に、堤体の幅方向に連通する溝を設け、この溝と堤体上面を、適数の枝管で連通させたことを、
また、起伏ゲート式防波堤の場合には、水中に設けた基礎部底面の港外側壁面から港内側寄りの所定の位置に、基礎部の幅方向に連通する溝を設け、この溝と両翼の固定式防波堤の上面を、それぞれ少なくとも１本の枝管で連通させたことを、
最も主要な特徴としている。
【００１０】
本発明の防波堤では、底面の港外側壁面から港内側寄りの所定の位置に設けた幅方向に連通する溝から上面に枝管を連通させるので、底面に生じる揚圧力の圧力勾配が断続し、溝から港内側には揚圧力が発生しないことになって底面に作用する浮力が低減する。
【００１１】
加えて、枝管内の水位変動は、港外側の水位変動と比較して位相の遅れを持ち、ピークが重ならないので、波浪によって生じる水平力と静水圧によって生じる揚圧力は、異なる位相で作用することになる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、底面の港外側壁面から港内側寄りの所定の位置に、幅方向に連通する溝を設け、この溝から上面に枝管を連通させるので、溝から港内側は揚圧力が発生しないことになって底面に作用する浮力を、従来の防波堤に比べて大幅に低減することができる。また、枝管内の水位変動は、港外側の水位変動と比較して位相の遅れを持つことになる。
【００１３】
従って、枝管内と港外側の水位変動のピークが重ならず、波浪によって生じる水平力と静水圧によって生じる揚圧力は、異なる位相で作用することになって、前記底面に作用する浮力の低減との相乗効果で港外側の水面上昇時における安定性が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の固定式防波堤を示す概略図で、（ａ）は側面から見た断面図、（ｂ）は側面から見た斜視図である。
【図２】本発明の起伏ゲート式防波堤を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の起伏ゲート式防波堤の押波時に起立した状態を説明する概略図である。
【図４】本発明の起伏ゲート式防波堤の平面図である。
【図５】本発明の起伏ゲート式防波堤のゲート係留部とフックの係合状態を示す概略側面図で、（ａ）倒伏時の図、（ｂ）は倒伏する直前の図である。
【図６】枝管の横断面積について説明する図で、（ａ）は同じ横断面積の枝管、（ｂ）（ｃ）は上方に位置する部分の横断面積を、下方に位置する部分の横断面積より大きくした枝管の例を示した図である。
【図７】止水板について説明する図で、（ａ）は止水板を設けない例、（ｂ）（ｃ）は止水板を設けた例を示した図である。
【図８】従来の固定式防波堤に作用する浮力を説明する概略図である。
【図９】従来の起伏ゲート式防波堤に作用する浮力を説明する概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明では、高波による港外側の水面上昇時における安定性を向上させるという目的を、底面の港外側壁面から港内側寄りの所定の位置に、幅方向に連通する溝を設け、この溝から上面に枝管を連通させることで実現した。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明を実施するための各種の形態と共に最良の形態を、図１〜図７を用いて詳細に説明する。
【００１７】
［固定式防波堤：図１］
１１は本発明の固定式防波堤であり、堤体１２の港外側壁面１２ａから港内側壁面１２ｂに向けた所定位置の底面１２ｃに、堤体１２の幅方向に連通する溝１３を設けている。そして、この溝１３から堤体１２の上面１２ｄに向けて、堤体１２の幅方向に所定の間隔で適数個の枝管１４を連通させている。
【００１８】
前記構成の本発明の固定式防波堤１１では、堤体１２の底面１２ｃに設けた溝１３付近の水圧は、溝１３から堤体１２の上面１２ｄに延びる枝管１４内に自由水面を与えることで、その水位に依存させることができる。
【００１９】
先に説明したように、港外側と港内側の水位差によって、堤体１２の底面１２ｃでは圧力勾配を生じるが、港外の水位は常に変動しているため、港内外で一定の圧力差が保たれることはなく、圧力の高低は周期的に入れ替わる。
【００２０】
堤体１２の下部の地盤３は砕石で構築されており、前記圧力の変動は瞬間的に伝達されるが、水が流れるには抵抗が大きいので、堤体１２の下方では、港内外の圧力差に追従した流れが生じるということはなく、生じる流れ（浸透流）は非常に小さい。
【００２１】
そのため、溝１３から堤体１２の上面１２ｄに伸ばした枝管１４内の水位は、港外側の水位変動よりも十分に小さく抑制でき、堤体１２の底面１２ｃに設けた溝１３における圧力も平均水深における静水圧程度に保持することができる。
【００２２】
その結果、堤体１２の底面１２ｃの圧力勾配は、図１（ａ）に示すように、港外側と溝１３の間で形成されることになって、堤体１２に作用する浮力Ｆを従来の構造と比較して大幅に低減することができる。
【００２３】
また、前記浸透流に起因して生じる枝管１４内の水位変動は、圧力変動と違って瞬時に伝わらないので、港外側の水位変動と比較して位相の遅れを持つため、水位変動のピークが重なることがない。堤体１２に生じる浮力Ｆを低減させるための条件として決定するパラメータ（例えば、港外側壁面２２ｂと枝管１４の間の距離、枝管１４の断面積と本数等）については、堤体１２の規模によって考慮する必要がある。
【００２４】
従って、波浪によって堤体１２に生じる水平力と、前記浸透流に起因する静水圧によって堤体１２に生じる揚圧力は、異なる位相で作用することになって、前記堤体１２に作用する浮力Ｆの低減との相乗効果で港外側の水面上昇時における安定性が大幅に向上する。
【００２５】
［起伏ゲート式防波堤：図２〜図５］
本発明の防波堤が、起伏ゲート式防波堤２１の場合、水中に設けた基礎部２２の底面２２ａの港外側壁面２２ｂから港内側寄りの所定の位置に、固定式防波堤１１に設けた溝１３と同様の溝２３を設ける。そして、この溝２３から伸ばす枝管２４は扉体２５の両翼に設置された固定式防波堤２６内に設ける。この枝管２４はそれぞれの固定式防波堤２６に一つずつ設ければ良いが、複数設けても良い。固定式防波堤２６に生じる浮力Ｆを低減させるための条件として決定するパラメータ（例えば、港外側壁面と枝管２４の間の距離、枝管２４の断面積と本数等）については、固定式防波堤２６の規模によって考慮する必要がある。
【００２６】
前記溝２３を設ける起伏ゲート式防波堤２１としては、例えば図３〜図５に示すように、浮上時に扉体２５が転倒しないように、扉体２５の港湾Ｒの港外側には、複数のテンションロッド２７を設けることが望ましい。
【００２７】
前記扉体２５は、複数組の扉体ブロックＢを幅方向に並設したもので、隣接した扉体ブロックＢ同士をロープで連結している。前記扉体２５は、基端側の回転軸２５ａを、例えば港湾Ｒの底部に設けた基礎部２２に、軸受２８によって回転自在に枢支することで、前記回転軸２５ａを支点として扉体２５が起伏するようになっている。
【００２８】
また、前記テンションロッド２７は、例えばその中間の連結部２７ａで二つに折れ曲がるように形成されている。そして、扉体２５の起立時に上端側に位置する一方端部２７ｂは前記扉体２５の上部に、前記起立時に下端側に位置する他方端部２７ｃは、扉体２５が倒伏する側の前記回転軸２５ａから所定の距離だけ離れた位置に、それぞれ回転が自在なように枢支されている。
【００２９】
前記扉体２５の例えば頂部側には空気室２５ｂが設けられ、給気装置２９であるレシーバタンク２９ａとコンプレッサ２９ｂにより、前記空気室２５ｂに給気することによって、扉体２５の浮上に必要な浮力を得るように構成されている。なお、２９ｃは給気管を示す。
【００３０】
また、前記扉体２５の裏面２５ｃには、貫通孔部３０ａを設けたゲート係留部３０を取り付けている。このゲート係留部３０は、必ずしも全ての扉体ブロックＢに取り付ける必要はない。
【００３１】
一方、前記扉体２５を水中で格納する基礎部２２における、格納状態にある扉体２５の裏面２５ｃと相対する部分には、図５に示すように、例えば転向滑車３１を設置している。
【００３２】
また、前記基礎部２２における、前記扉体２５の裏面２５ｃに取り付けられたゲート係留部３０と相対する位置には、フック３２を設置している。このフック３２は、中央部に回動支点３２ａを、上部側には前記ゲート係留部３０に係合する２つの爪状突起３２ｂ，３２ｃを有すると共に、下部側には錘３２ｄを設けている。なお、図示しないが、転向滑車３１及びフック３２の回動支点３２ａはそれぞれ収納部に設けられた取付部材に回転が自在なように支持されている。
【００３３】
そして、一端側を前記フック３２の下部側の錘３２ｄに取り付けた係留ロープ３３の他端側を、前記転向滑車３１を介して水面上に引き出し、固定装置３４で固定している。
【００３４】
図３〜図５の例では、引き波時に、浮上状態にある扉体２５が所定の角度まで倒伏した場合に、扉体２５を支持するストッパ装置３５を設けている。このストッパ装置３５は、前記テンションロッド２７の他方端部２７ｃより扉体２５の若干回転軸２５ａ側で、基端側が回転自在に枢支され、先端側はこの基端を中心として自身の浮力によって起立揺動する支持ロッド３５ａを有している。
【００３５】
そして、支持ロッド３５ａがガイド３５ｂによって位置決めされる位置まで浮上して起立する際は、浮上するのに従って、支持ロッド３５ａの中間に先端が枢支された固定ロッド３５ｃの基端が支持ロッド３５ａの基端側に移動してくる。
【００３６】
支持ロッド３５ａがガイド３５ｂによる位置決め位置まで浮上すると、固定ロッド３５ｃの基端は、支持ロッド３５ａの浮上と共に、起立状態から倒伏してくる固定フック３５ｄに係合して、支持ロッド３５ａの倒伏を防止する。
【００３７】
なお、この固定フック３５ｄは、支持ロッド３５ａの倒伏時には、起立して固定ロッド３５ｃの基端の係合を解除するようになっている。この固定フック３５ｄの起立動作と前記倒伏動作は、例えば一端側を支持ロッド３５ａに固定し、中間部を固定フック３５ｄの基端側に捲き回した係留ロープ３６ａの他端を固定した動滑車に巻き回した係留ロープ３６ｂを、支持ロッド３５ａの起伏動作に追従してウインチ３７により繰り出しや巻き取りすることにより行われる。
【００３８】
上記構成の起伏ゲート式防波堤２１は、例えば地震が発生して津波警報が発令されたときには、次に述べるように操作することによって、津波が港湾Ｒの港内側に侵入するのを防止する。
【００３９】
（格納（係留）時）
扉体２５が基礎部２２の格納位置に着床した状態では、図５（ａ）に示すように、上側の前記爪状突起３２ｂが前記ゲート係留部３０の貫通孔部３０ａに係合している。短時間での浮上を可能とするために、この状態で、扉体２５の浮上に必要な浮力を得るまで、空気室２５ｂに空気を供給しておく。なお、空気室２５ｂへの圧縮空気の供給は、例えば空気室２５ｂの開口部の直下に給気口がくるように配置された給気管２９ｃを介して行う。
【００４０】
また、前記係合状態が外れないように、係留ロープ３３に張力をかけ、前記爪状突起３２ｂが前記貫通孔部３０ａに係合する方向に回転力を付与する。この際、フック３２の回動支点３２ａから扉体２５の係留支持点までの距離ａより、前記回動支点３２ａから係留ロープ３３の支持点までの距離ｂを長くしておけば、係留ロープ３３に作用する張力を低減することができる。この張力の低減により、使用する係留ロープ３３や転向滑車３１の小径化が可能になり、大幅なコストダウンが望める。
【００４１】
このとき、係留ロープ３３に作用する張力を測定するロードセルをさらに設け、日常、前記張力を測定する。そして、扉体２５の浮力が減少し、張力が減少した場合は、空気室２５ｂに必要量の空気補給を行い、当該測定張力が一定となるように調整すれば、常に扉体２５の起立準備が完了した状態を維持できる。この際、空気補給だけでは係留ロープ３３の張力が回復しない場合は、浮上操作または浚渫などのメンテナンスを行う。
【００４２】
なお、図３に示したストッパ装置３５を設けている場合は、支持ロッド３５ａは扉体２５によって倒伏状態に押さえ込まれており、この状態で、係留ロープ３６ｂの巻き取り及び繰り出すウインチ３７のブレーキを開放する。
【００４３】
また、ストッパ装置３５を設けている場合は、支持ロッド３５ａの傾斜を確認し、確認時に扉体２５の裏面側のスペースを利用してストッパ装置３５の動作確認を行う。
【００４４】
（扉体２５の浮上操作時）
例えば地震の発生により津波警報が発令されて浮上指令が出た時には、固定装置３４を緩めて係留ロープ３３の前記張力を開放する。この張力の解放により、錘３２ｄの重力によりフック３２が回転し、上側の爪状突起３２ｂの貫通孔部３０ａへの係合が解除される。上側の爪状突起３２ｂの貫通孔部３０ａへの係合が解除されると、予め供給されている圧縮空気による空気室２５ｂの浮力により、通常水位まで扉体２５が浮上する。
【００４５】
なお、図３に示したストッパ装置３５を設けている場合は、扉体２５の浮上に連動して係留ロープ３６ｂが繰り出され、支持ロッド３５ａが浮上する。浮上した支持ロッド３５ａは、ガイド３５ｂによって位置決めされ、固定フック３５ｄによって倒れ込みが防止される。
【００４６】
浮力によって通常水位まで浮上した扉体２５は、港湾Ｒの港外側から津波がきた場合には、津波の押波の力によって、図３に示すように、扉体２５は垂直に起立し、津波が港湾Ｒの港内側に侵入するのを防止する。
【００４７】
一方、引き波がきて扉体２５が倒伏しようとしても、図３に示したストッパ装置３５を設けている場合は、扉体２５が所定の角度まで倒伏すると、支持ロッド３５ａによって支持される。
【００４８】
（扉体２５の倒伏操作時）
扉体２５の上端部に設けた排気弁（図示せず）を開放して、空気室２５ｂ内の空気を排気しつつ、空気室２５ｂ内に海水を入れて扉体２５を倒伏させる。なお、図３に示したストッパ装置３５を設けている場合は、この扉体２５の倒伏に連動してウインチ３７を作動して係留ロープ３６ｂを巻き取り、支持ロッド３５ａを倒伏させる。
【００４９】
この扉体２５の倒伏により、図５（ｂ）のようにゲート係留部３０の下端が下側の爪状突起３２ｃを押してフック３２を回転させ、上側の爪状突起３２ｂをゲート係留部３０の貫通孔部３０ａに係合させる（図５（ａ）の状態）。
【００５０】
その後は、前記係留ロープ３３に張力をかけ、空気室２５ｂ内の海水を排水してから排気弁を閉める。続いて給気管及び給気口を介して空気室２５ｂに空気を供給して、扉体２５の倒伏状態を保持する。作業完了後は、前記の格納時の作業に戻る。
【００５１】
本発明例のように、係留ロープ３３の張力を監視するロードセルをさらに設けた場合は、給気の緊急性が不要になるので、給気装置２９の二重化やバックアップ機能を省略できて装置の簡素化が図れ、維持管理の負担が減少する。
【００５２】
本発明は、前記の例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
【００５３】
防波堤１１の地盤３は砕石を構築したものであるため、砕石や土粒子等の抵抗により水の流れが阻害され、枝管１４内の水位変動は港外の水位変動よりも小さくなる。この際、枝管１４の横断面積が大きければ、同じ流量が流れても枝管１４内の水位の上昇量は小さくなる。これは枝管１４全体の横断面積を増加させずに、水面付近の横断面積だけを増加させても同じである。そこで、図６に示すように、上方に位置する水面部分の横断面積を、下方に位置する部分の横断面積より大きくすれば、水位の調整性能が向上する。
【００５４】
また、堤体１２が受ける浮力を小さくするためには、堤体１２の底面１２ｃに設ける溝１３は港外側壁面１２ａに近い位置に設ける方がより効果的である。しかしながら、港外側壁面１２ａに接近しすぎると、地盤３を構築する砕石による抵抗が小さくなるため、枝管１４内に流入する浸透流により枝管１４の水位変動を抑制できなくなる（図７（ａ））。
【００５５】
従って、港外側から枝管１４に流入する浸透流を少なくするために、堤体１２の溝１３より港外側寄りの底面１２ｃに、止水板１５を設置することが望ましい。港外側から枝管１４に流入する浸透流を少なくできるものであれば、止水板１５の形状は、図７（ｂ）に示す平板状でも、図７（ｃ）に示す円弧状でも良い。
【００５６】
また、地盤３を構築する砕石の粒径が大きい場合は、堤体１２と砕石の接触面の隙間が大きくなるので、圧力の損失が少なくなって圧力の伝播がし易くなる。このような場合には、溝１３の位置とは無関係に図７（ｂ）に示したような止水板１５を、堤体１２の底面１２ｃに複数枚設けることが有効である。
【００５７】
なお、図示略したが、枝管１４の、上方に位置する水面部分の横断面積を、下方に位置する部分の横断面積より大きくすること、溝より港外側寄りの底面に、止水板を設置することは、起伏ゲート式防波堤の枝管２４の場合も同様である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、高波対策として港湾に設置するだけでなく、河川に設置することも可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１１固定式防波堤
１２堤体
１２ａ港外側壁面
１２ｃ底面
１２ｄ上面
１３溝
１４枝管
１５止水板
２１起伏ゲート式防波堤
２２基礎部
２２ａ底面
２２ｂ港外側壁面
２３溝
２４枝管
２５扉体
２５ａ回転軸

【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定式防波堤であって、
堤体底面の港外側壁面から港内側寄りの所定の位置に、堤体の幅方向に連通する溝を設け、この溝と堤体上面を、適数の枝管で連通させたことを特徴とする固定式防波堤。
【請求項２】
水中に設けた基礎部に基端側を回転自在に枢支した扉体を起伏動作させる起伏ゲート式防波堤であって、
前記基礎部底面の港外側壁面から港内側寄りの所定の位置に、基礎部の幅方向に連通する溝を設け、この溝と両翼の固定式防波堤の上面を、それぞれ少なくとも１本の枝管で連通させたことを特徴とする起伏ゲート式防波堤。
【請求項３】
前記枝管のうち、上方に位置する水面部分の横断面積を、下方に位置する部分の横断面積より大きくしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の防波堤。
【請求項４】
前記溝より港外側寄りの底面に、止水板を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の防波堤。

【図１】