防波堤

【課題】従来の複数のケーソンなどの重力式構造物よりなる防波堤は、想定した設計外力を上回る波浪や津波が来襲した場合、防波堤全体、または重力式構造物が連続して破壊してしまい、背後域の防災施設としての機能が全く期待できなくなってしまうという欠点があった。
【解決手段】本発明の防波堤は、連続して配置した複数の普通函と補助函とよりなり、上記補助函は上記普通函間に配置され、上記補助函の安全性能は上記普通函の安全性能よりも低いことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は防波堤、特に、複数のケーソンやセルラーブロックなどの重力式構造物が連続して配置してなる防波堤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
防波堤は、一般的に、その背後域の港内に台風による波浪や津波の伝播を防ぐ目的で配置される。また、防波堤は、波浪等が港内に伝播するのを低減、防御するだけでなく、津波や高潮などの異常事態の場合に、例えば、港内の工業施設や住宅建築物などへの浸水を防ぐ重要な役割も担っている。
【０００３】
この防波堤の構造形式の一つとして、捨石マウンドの上に、複数のケーソンやセルラーブロックなどの重力式構造物を連続して配置して形成する重力式防波堤があり、例えば、特許文献１には、捨石マウンドの上に、複数のケーソンを連続して配置するケーソン式混成堤が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２２９３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ケーソンやセルラーブロックなどの重力式構造物は、堤体の重量によって安定を保つものであり、一般に地震に関する変動状態に加え、５０年確率波に関する変動状態、津波などの偶発状態に対して安定性を照査する。
【０００６】
しかし、重力式防波堤は、想定した設計外力を上回る波浪や津波が来襲した場合、一般に滑動や転倒などの破壊が発生してしまい、最終的には防波堤を構成する重力式構造物が捨石マウンドから転げ落ちてしまう場合がある。
【０００７】
防波堤を構成する重力式構造物の高さ、幅、重量などの諸元は、防波堤の代表的検討位置を設定し、想定される外力に対して安定となる断面を決定する。このように決定した重力式構造物を画一的に構築し、防波堤を形成することになるため、同じ諸元の重力式構造物が連続して配置されることとなる。そのため、想定した設計外力を上回る波浪や津波が来襲した場合、すべての重力式構造物が同時に破壊してしまう可能性が高い。
【０００８】
このすべての重力式構造物が同時に破壊してしまう理由の一つに、防波堤の港外側と港内側に発生する水位差により重力式構造物本体に作用する外力がある。
【０００９】
また、別の理由の一つに、防波堤の港外側と港内側に発生する水位差に起因する、重力式構造物の間を流れる水の流れがある。
【００１０】
連続的な構造物とするためには、重力式構造物間の間隔は一般的に小さくすべきであるが、重力式構造物などの巨大構造物間の間隔を無しで配置することは出来ないので、各重力式構造物間の間隔は一般的には１０ｃｍ〜３０ｃｍ程の間隔ができる。
【００１１】
重力式構造物間の流速は、重力式構造物間の間隔が小さいほど速い流速が発生し、その結果、捨石マウンドに用いられる１００ｋｇ程度の石が流速３ｍ／ｓを上回ると移動しはじめ、流れの出口側の捨石マウンドの大規模な洗掘が発生し、捨石マウンドの支持力を失った重力式構造物の転倒および滑動破壊が進行しはじめる。流れの出口側において捨石マウンドが複数個所で洗掘されると結果的に重力式構造物が連なって破壊され、場合によっては、すべての重力式構造物が同時に破壊してしまう事態が発生する。
【００１２】
特に、防波堤を構成する全ての重力式構造物の安定性能を、ある程度、想定外の外力を見込んで、所望の要求以上の性能を満たすように設計してしまうことが、却って、想定した設計外力を上回る波浪や津波が来襲した場合に、各重力式構造物の滑動などの破壊を起こしにくくする代わりに、港内側もしくは港外側の水位が想定を上回るまで上昇し、防波堤の港外側と港内側の水位差が大きくなることで重力式構造物の間を流れる水の流速を大きくしてしまう。捨石マウンドの洗掘が想定以上に発生することに加え、作用波力が大きくなることで、全ての重力式構造物が同時に破壊してしまう可能性がある。
【００１３】
以上のように、防波堤全体、または重力式構造物が連続して破壊されると、背後域の防災施設としての機能が全く期待できなくなってしまう。
【００１４】
本発明は、津波などの想定を超える外力が来襲した場合であっても、防波堤の破壊を最小限に抑えると共に、その後においても、ある程度の耐波性能を維持できるようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の防波堤は、連続して配置した複数の普通函と補助函とよりなり、上記補助函は上記普通函間に配置され、上記補助函の安全性能は上記普通函の安全性能よりも低いことを特徴とする。
【００１６】
また、上記補助函は、上記普通函及び上記補助函に想定外の外力が作用した時に、上記普通函間に大きな間隔を形成して破壊されるように形成され、上記補助函のみが破壊されることにより、上記普通函の破壊を防止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
ケーソンなどの重力式構造物間の間隔が大きくなることにより流速が減少し、洗掘による捨石マウンドの大規模破壊を防止するとともに、防波堤港内外の水位差が緩和されることで構造物に対する波力を低減することで、防波堤全体が大規模に破壊されることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の防波堤の説明用斜視図である。
【図２】本発明の防波堤の説明用斜視図である。
【図３】本発明の防波堤のシミュレーションの説明用側面図である。
【図４】本発明の防波堤のシミュレーションの説明用斜視図である。
【図５】構造物間の流速の変化を示す説明用平面図である。
【図６】構造物間の流速の変化を示す図である。
【図７】構造物間隔による滑動安全率を比較した図である。
【図８】構造物間隔による転倒安全率を比較した図である。
【図９】本発明の防波堤の他の実施例の説明用斜視図である。
【図１０】本発明の防波堤の他の実施例の説明用斜視図である。
【図１１】本発明の防波堤の他の実施例の説明用斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下図面によって本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の防波堤を示し、１は、海底２に構築された捨石マウンド、３は、上記捨石マウンド１上に、連続して線状に配置した複数のケーソンやセルラーブロックなどの重力式構造物である。
【００２１】
また、上記重力式構造物３は、普通函３ａと補助函３ｂとよりなり、上記補助函３ｂは、上記普通函３ａ、３ａ間に配置されている。
【００２２】
また、上記普通函３ａは，安全性能が所望の要求を十分に満たす、例えば、通常の設計波力に対する滑動安全率が１．７であるなど、滑動安全率が１を十分に超える重力式構造物である。また、上記補助函３ｂは、上記普通函３ａよりは安全性能が低いが、安全性能の所望の要求は満たしている、例えば、通常の設計波力に対する滑動安全率が１程度（但し、１を下回らない）となる重力式構造物である。なお、上記補助函３ｂは普通函３ａに対して、例えば、高さを同じにして、重力式構造物の幅を１／２、奥行きを１／２、重量を１／４とする。
【００２３】
本発明の防波堤によれば、想定した設計外力の範囲以内の通常時においては、上記普通函３ａ、補助函３ｂの安全性能はいずれも所望の要求を満たしているので、重力式構造物３が破壊されることはなく、通常の防波堤として港内静穏度の低下に寄与する。
【００２４】
想定外の津波来襲などの想定を超える外力が作用した場合には、図２に示すように、上記補助函３ｂが滑動破壊し、これにより、破壊されていない上記普通函３ａ、３ａ間に、想定を超える外力が作用する前の上記普通函３ａと上記補助函３ｂ間により形成される間隔よりも大きい間隔４が形成される。
【００２５】
これにより、上記普通函３ａ、３ａの間を流れる水の流速を減らし、捨石マウンドの洗掘を防ぐことにより、上記普通函３ａの滑動を防止し、隣り合う重力式構造物が破壊されることを防止して、防波堤が大規模に破壊されるのを防止できるようになる。また、間隔４が形成されることにより、防波堤港内外の水位差が緩和されることで、構造物に対する波力が低減され、防波堤全体が大規模に破壊されることを防止できるようになる。
【００２６】
なお、補助函３ｂの滑動安全率を１程度（但し、１を下回らない）として、滑動し易くすれば、想定外の外力が加わった時に、図２に示すように、上記補助函３ｂが、上記普通函３ａ間から抜け出し、間隔４が形成されやすくなる。
【００２７】
以上により、津波来襲後であっても、普通函３ａの破壊を防ぐことができ、防波堤としての機能をある程度保つことができるようになる。
【００２８】
また、補助函３ｂは普通函３ａに比べて小型であるため、普通函の修復と比較して、より、災害復旧が容易になる。
【００２９】
表１は、上記普通函３ａと上記補助函３ｂにおいて、設計波高を６ｍ、想定外外力の想定津波高を５ｍとしてシミュレーションした普通函３ａと、補助函３ｂの安全率を比較したものである。
【００３０】
【表１】

【００３１】
なお、表２は、図３及び図４に基づく、上記シミュレーションにおける普通函３ａと補助函３ｂの重力式構造物の諸元である。
【００３２】
【表２】

【００３３】
計算の結果、設計波作用時には、普通函、補助函ともに、滑動、転倒ともに安全率は１を上回っており破壊はしない。しかし、津波等の想定外外力が作用した際の安全率は、普通函が１以上であるのに対して、補助函は１を大きく下回っており、結果として破壊に至る。これにより、大きな間隔ができ、結果として、普通函間に生じる流速を抑制することができるようになる。
【００３４】
また、図５に示すように、構造物３の間隔が０．３ｍと５ｍとにおいて、同じ津波を作用させた場合には、図６に示すように、間隔が５ｍの方が大幅に流速が低減することが分かる。
【００３５】
その結果、図７及び図８に示すように、重力式構造物間の間隔が開く方が、重力式構造物の滑動安全率、転倒安全率のいずれも安定することが分かる。
【００３６】
本発明の防波堤によれば、防波堤の安定性能を不連続とすることで、想定外の津波来襲などの想定を超える外力が作用した場合、あえて、防波堤を部分的に破壊させることにより、防波堤全体の大規模破壊を防止し、その後においても、ある程度の耐波性能を維持できる。これにより、背後域の防災施設としての機能低下はあるものの、減災効果をある程度期待することができる。
【００３７】
また、重力式構造物間の流速の低下が期待できるので、洗掘による捨石マウンドの大規模破壊を防止できて、構造物の連続的な破壊を防止できる。
【００３８】
また、破壊された補助函を、普通函に比べて小型のものにすることで、被災後の防波堤の修復が容易にできる。
【００３９】
なお、安全性が異なる補助函を複数種類設定し、破壊される順序を設定するようにしてもよい。
【００４０】
また、重要な施設や、修復しやすい場所を考慮して、重力式構造物の安定性能を設定するようにすれば、重要な施設付近の重力式構造物が破壊されないようにでき、また、修復が容易な場所の重力式構造物を、破壊させることにより防波堤全体の大規模な破壊を防ぐことができる。
【００４１】
なお、重力式構造物の安定性能に差を設ける方法としては、重力式構造物の中詰材を変更して、例えば、補助函の比重を普通函の比重に対して１／２にするなど、構造物の比重を変える方法がある。
【００４２】
また、普通函の底面に摩擦増大マットを敷設して底面摩擦力を増大させることや、補助函の底面を摩擦低減構造とすることにより、普通函と補助函との底面摩擦力に差をつけるようにしてもよい。
【００４３】
なお、普通函間の補助函を滑動させることにより、普通函間に間隔４を形成して流速を遅くする方法のほかに、例えば、図９に示すように、補助函として、防波壁部５と、この防波壁部５の下端部に直角に設けた、Ｖ型の切り欠きが形成された間隔６を有する底版部７とよりなるＬ型補助函８を用いてもよい。
【００４４】
この場合、想定外の外力が作用した時は、上記防波壁部５に強い力を受け、図１０に示すように、上記Ｌ型補助函８が傾動し、そして、図１１に示すように、上記Ｌ型補助函８が、港内側に９０度転倒する。これにより、間隔６を有する底版部７が防波部分となる。そして、上記間隔６により、普通函３ａ間に大きな間隔が形成され、普通函３ａの破壊が防止されるようになる。
【００４５】
また、補助函が上記Ｌ型補助函８の場合には、転倒後の復旧が、小型の起重機船等により容易にできるようになる。
【符号の説明】
【００４６】
１捨石マウンド
２海底
３構造物
３ａ普通函
３ｂ補助函
４間隔
５防波壁部
６間隔
７底版部
８Ｌ型補助函

【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続して配置した複数の普通函と補助函とよりなり、上記補助函は上記普通函間に配置され、上記補助函の安全性能は上記普通函の安全性能よりも低いことを特徴とする防波堤。
【請求項２】
上記補助函は、上記普通函及び上記補助函に想定外の外力が作用した時に、上記普通函間に大きな間隔を形成して破壊されるように形成され、
上記補助函のみが破壊されることにより、上記普通函の破壊を防止することを特徴とする請求項１記載の防波堤。

【図１】