JP4283194B2 - 消波構造物、消波構造物の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、護岸、防波堤等の消波構造物、消波構造物の構築方法等に関する。より詳細には、港湾施設、発電所等のエネルギー施設、渡海橋、海底トンネル、海上空港、洋上廃棄物処分場等、洋上インフラストラクチャの護岸、防波堤等として用いる消波構造物、消波構造物の構築方法等に関する。

従来、護岸、防波堤として、直立消波堤等が用いられる。直立消波堤は、コンパクトな構造を有し、耐波安定性と消波性能を併せ持つ。直立消波堤としては、直立消波ケーソンと呼ばれる重力式のコンクリート構造物が用いられることが多い。

図８（ａ）は、従来の直立消波ケーソン５１の垂直断面図である。
図８（ｂ）は、従来の直立消波ケーソン５１の正面図である。
図８に示す、直立消波ケーソン５１は、地盤１５上に設けられる捨石マウンド５３上に設置される重力式の構造物である。
直立消波ケーソン５１は、スリット５６を有する前方壁５５、後方壁５７、遊水室５９、側壁（図示しない）等から構成される。
前方壁５５は、水を透過可能なスリット５６を有する壁であり、外海１７に対して前面に設けられる。
スリット５６、遊水室５９、後方壁５７は、消波工としての役割を果たし、中詰砂６１は、波力に対する安定を維持するためのウェイトとしての役割を果たす。

また、図９及び図１０に示すように、鋼管矢板井筒を基礎とし、上部工として直立消波ケーソン等が設置される消波構造物がある。この従来の消波構造物は、直立消波ケーソンの構成要素のうち、消波に必要となる前面スリット、遊水室、後方壁、側壁のみを上部工として鋼管矢板井筒内に構築したものである。

図９は、鋼管矢板基礎７１を示す上面図である。
鋼管矢板基礎７１は、鋼管矢板前面３、鋼管矢板後面５、鋼管矢板隔壁７３等が梯子状に配置されて構成される。
鋼管矢板前面３、鋼管矢板後面５は、護岸の形状に適するように設けられる鋼管矢板であり、鋼管矢板隔壁７３は、鋼管矢板前面３、鋼管矢板後面５とを繋ぐ隔壁である。
鋼管矢板前面３、鋼管矢板後面５、鋼管矢板隔壁７３は、それぞれ、複数の鋼管４が継手部６により連結されて構成される。

図１０は、鋼管矢板を基礎とする従来の消波構造物８７の構築方法を示す図である。
最初に、鋼管矢板３、鋼管矢板５を地盤１５に打ち込む（図１０（ａ））。次に、継手処理を行い、井筒内を掘削して敷砂２１を配し底盤コンクリート２３を打設する（図１０（ｂ））。次に、支保工２５を設置し井筒内部の水を排水する（図１０（ｃ））。堤体８１（直立消波ケーソン等の頂版、底版、躯体等）を構築する（図１０（ｄ））。支保工２５を撤去し、鋼管矢板の水中切断を行い切断部分８３及び切断部分８５を撤去する（図１０（ｅ））。以上の過程を経て、消波構造物８７が構築される（図１０（ｆ））。

鋼管４の打設後に継手部６をモルタル等により充填して一体化することにより、鋼管矢板前面３及び鋼管矢板後面５の曲げ抵抗、鋼管矢板隔壁７３のせん断抵抗が期待でき、杭列と比較して大きな水平耐力を得ることができる。

また、地盤に打設した鋼管により透過壁が形成される消波構造物が提案されている（例えば、［特許文献１］参照。）。
この消波構造物では、地盤から所定の高さまでは継手により鋼管同士を連結して不透過壁面が形成され、さらに上方においては、鋼管間にスリットが形成されて透過壁面が形成される。

特開２００４−１９０４０３号公報

しかしながら、従来の直立消波ケーソンは、重力式の構造物であるため、比較的水深の大きい軟弱地盤上に構築する場合、耐波安定性を保つため必要となる堤体の重量に海底地盤が耐えられるように地盤改良が必要となるという問題点がある。
また、一般に、直立消波堤の消波性能（例えば、反射率等）に関して、遊水室幅と消波堤を設置する水深での波の波長との比が０．２程度より小さい場合、この比の値が大きいほど反射率が小さくなる傾向がある。従って、反射率を小さくするためには遊水室の幅を大きくとる必要がある。
しかしながら、従来の鋼管矢板井筒を基礎とする消波構造物は、鋼管矢板井筒の内部で堤体等を構築するので、井筒幅を有効活用できないという問題点がある。また、堤体に作用する外力が基礎底版を介して鋼管矢板に伝達されるので、厚い底版が必要となるという問題点がある。

また、［特許文献１］に示す技術では、地盤から所定の高さまでは継手により鋼管同士を連結して不透過壁面が形成されるが、上方においては、施工期間中常時、鋼管間に間隙が形成されるので締切りが行われず、堤体等の上部工等を水中施工する必要があり、労力的負担、費用的負担が増大すると共に、品質を維持できない場合があるという問題点がある。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、消波性能を維持しつつ、品質及び安定性を向上させ、構造の簡素化を可能とする消波構造物等を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために第１の発明は、鋼管矢板を基礎とし前方壁、後方壁、堤体を有する消波構造物であって、前記前方壁、前記後方壁、前記堤体により形成される遊水室を具備し、前記前方壁は、複数の内挿柱と前記内挿柱間に形成される水が透過可能なスリットとにより構成され、前記内挿柱は、下端が前記鋼管矢板を構成する鋼管の上部内側に挿入接合され、上端が前記堤体に連結されており、前記スリットは、側方を前記内挿柱に、上方を前記堤体に、下方を前記鋼管矢板に囲まれてなることを特徴とする消波構造物である。

第１の発明の消波構造物では、内挿柱が鋼管矢板前面の鋼管内に挿入され、モルタル等の経時硬化性材料により、内挿柱７と鋼管４とが一体化される。前方壁の各内挿柱間には、水が透過可能なスリットが形成される。
鋼管矢板前面直上に透過壁である前方壁を構築することにより、鋼管矢板井筒の幅を有効活用することができるので、遊水室の幅を増加させて反射率を低減させ消波性能を向上させることができる。

また、透過壁、スリットを形成する内挿柱としては、鋼管、あるいは、鋼管と鉄筋コンクリート柱との複合管等を用いることができる。
また、後方壁は、水底から突出する鋼管矢板後面と一体化して形成するようにしてもよい。尚、後方壁についても前方壁と同様に、内挿柱を用いた構造として水が透過可能な透過壁としてもよい。
また、堤体を支持するアバットメント、追加消波材等の追加部材を設けるようにしてもよい。

第２の発明は、鋼管矢板を基礎とし壁を有する消波構造物の構築方法であって、前記鋼管矢板を構成する複数の鋼管内上部を掘削する工程（ａ）と、内挿柱を前記掘削した部分に内挿する工程（ｂ）と、前記内挿柱の下端を前記鋼管に接合する工程（ｃ）と、堤体を構築し、前記内挿柱の上端を前記堤体に連結する工程（ｄ）と、前記内挿して接合した位置から上部の前記鋼管矢板を水中切断して撤去することにより、側方を前記内挿柱に、上方を前記堤体に、下方を前記鋼管矢板に囲まれてなる水が透過可能なスリットを形成させる工程（ｅ）と、を具備することを特徴とする消波構造物の構築方法である。

第２の発明は、第１の発明の消波構造物の構築方法に関する発明である。
尚、内挿柱の下端部分に経時硬化性材料を充填することにより、内挿柱の下端を鋼管内に固定して接合することが望ましい。

本発明によれば、消波性能を維持しつつ、品質及び安定性を向上させ、構造の簡素化を可能とする消波構造物等を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る消波構造物等の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、略同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。

最初に、図１を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係る消波構造物１の構成について説明する。
図１（ａ）は、消波構造物１の垂直断面図である。
図１（ｂ）は、消波構造物１の正面図である。

消波構造物１は、鋼管矢板前面３、鋼管矢板後面５、内挿柱７、堤体９等により構成される。
消波構造物１は、鋼管矢板を基礎とする消波堤、護岸等の消波構造物である。
鋼管矢板前面３は、外海１７に対して鋼管矢板後面５の前方に設けられる鋼管矢板であり、地盤１５に打設される。
鋼管矢板後面５は、外海１７に対して鋼管矢板前面３の後方に設けられる鋼管矢板であり、地盤１５に打設される。
鋼管矢板前面３及び鋼管矢板前面５は、複数の鋼管４が継手部６により連結されて構成される。

内挿柱７は、鋼管矢板前面３の直上に設けられる柱状部材である。内挿柱７の下端は、鋼管矢板前面３を構成する鋼管４の内側上部に連結され、内挿柱７の上端は、堤体９に連結される。
堤体９は、鋼管矢板前面３及び鋼管矢板後面５等から構成される鋼管矢板を基礎とする躯体であり、頂版、底版等を形成する。

前方壁１１は、水が透過可能な透過壁である。前方壁１１は、内挿柱７等により構成され、鋼管矢板前面３の直上に設けられる。
後方壁１３は、水が透過不能な壁状部材である。後方壁１３は、地盤１５から突出する鋼管矢板後面５、堤体９等により構成され、前方壁１１の後方に設けられる。

遊水室１４は、消波を行うための水室であり、堤体９、前方壁１１、後方壁１３、側壁（図示しない）等により形成される。
前方壁１１を形成する内挿柱７の間には、スリット１２が形成され、水位１９がスリット１２の高さにある場合、水は、遊水室１４に対して流入流出可能である。

次に、図２を参照しながら、消波構造物１の構築方法について説明する。
図２は、消波構造物１の構築方法を示す図である。
鋼管矢板前面３、鋼管矢板後面５を地盤１５に打ち込み、継手処理を行い、井筒内を掘削して敷砂２１を配して底盤コンクリート２３を打設し、支保工２５を設置し、井筒内部の水を排水してドライアップを行う（図２（ａ））。
尚、図２（ａ）までの工程は、先述の図１０（ａ）〜図１０（ｃ）までの工程と同様である。

続いて、鋼管矢板前面３の鋼管４の上部内側の掘削を行い、掘削した部分に内挿柱７を内挿して設置する（図２（ｂ））。鋼管４内において内挿柱７の下端部分に、モルタル２７等の経時硬化性材料を充填して、内挿柱７の下端部分と鋼管４とを連結固定して接合する（図２（ｃ））。鋼管矢板井筒内において、底版コンクリート等の打設を行い、堤体９を構築し、支保工２５を撤去する（図２（ｄ））。内挿柱７の下端部分から上方の鋼管矢板前面３を水中切断し、切断部分２９を撤去して根固めを行う（図２（ｅ））。以上の過程を経て、消波構造物１が構築される（図２（ｆ））。

尚、消波構造物１は、内挿柱７を用いて水が透過可能な前方壁１１を形成するので、後方壁１３の構造として種々の形態を採ることができる。例えば、図１に示すように、鋼管矢板後面５と一体として後方壁１３を構築することができる。

このように、第１の実施の形態に係る消波構造物１では、透過壁を構成する内挿柱７が鋼管矢板前面３の鋼管４内に挿入され、モルタル等の経時硬化性材料により、内挿柱７と鋼管４とが一体化される。すなわち、鋼管矢板前面３直上に透過壁である前方壁１１を構築することにより、その分遊水室１４の幅を大きくすることができ、反射率を低減して消波性能を向上させることができる。
消波構造物１は、鋼管矢板井筒の幅を最大限に利用することができ、所定の反射率を実現させるために必要な井筒幅を最小限に抑制することができる。

また、後方壁１３を鋼管矢板後面５と一体化した複合構造壁とすることにより、後方壁１３の厚さを最小限に抑えることができる。
また、堤体等の上部工等に作用する断面力を下部構造に直接伝えることが可能となるため、底版を薄くすることができ、堤体の軽量化を図ることができる。
また、鋼管矢板の水中切断（図２（ｅ））以外に水中作業がないので、労力的負担、費用的負担を軽減すると共に、消波構造物１の品質を向上させることができる。
また、内挿柱は、工場等において予め施工されるので、品質を向上させることができる。

次に、図３を参照しながら、第２の実施の形態に係る消波構造物１ａについて説明する。
図３は、消波構造物１ａの垂直断面図である。
消波構造物１は、内挿柱７を用いて水が透過可能な前方壁１１を形成するので、後方壁１３の構造として種々の形態を採ることができる。

消波構造物１ａでは、鋼管矢板前面３と同様に鋼管矢板後面５についても水中切断を行い、ＲＣ造（鉄筋コンクリート造）により後方壁１３ａが形成される。堤体９の後方壁１３ａと底版との間には、アバットメント３１が設けられる。
アバットメント３１は、堤体９自身の荷重、後方壁１３ａ方向からの水圧、土圧等を支持する。
第２の実施の形態に係る消波構造物１ａを用いた場合にも、第１の実施の形態の消波構造物１を用いた場合と同様の効果を得ることができる。

次に、図４を参照しながら、第３の実施の形態に係る消波構造物１ｂについて説明する。
図４は、消波構造物１ｂの垂直断面図である。
消波構造物１は、内挿柱７を用いて前方壁１１を形成するので、後方壁１３の構造として種々の形態を採ることができる。

消波構造物１ｂでは、鋼管矢板前面３と同様に鋼管矢板後面５についても水中切断を行い、ＲＣ造（鉄筋コンクリート造）により後方壁１３ｂが形成される。遊水室１４内において、堤体９の頂版と底版との間には、付加消波材３３が設けられる。
付加消波材３３は、柱状部材、穴空き版等であり、堤体９自身の荷重等を支持する。
第３の実施の形態に係る消波構造物１ｃを用いた場合にも、第１の実施の形態の消波構造物１を用いた場合と同様の効果を得ることができ、特に、護岸の高さが高い場合、水位１９高い場合等に対応することができる。

次に、図５を参照しながら、第４の実施の形態に係る消波構造物１ｃについて説明する。
図５（ａ）は、消波構造物１ｃの垂直断面図である。
図５（ｂ）は、消波構造物１ｃの上面図である。
第１の実施の形態の消波構造物１では、透過壁である前方壁１１の後方に設けられる後方壁１３については、水が透過不能な壁状部材であるものとして説明したが、後方壁１３についても透過壁である前方壁１１と同様の構造を採ることができる。

消波構造物１ｃは、鋼管矢板前面３、鋼管矢板後面５、堤体９、前方壁１１、後方壁１３ｃ等から構成される。
前方壁１１は、鋼管矢板前面３の直上に設けられる。前方壁１１は、内挿柱７−１等により構成される。内挿柱７−１間には、スリットが形成され、水が透過可能である。
後方壁１３ｃは、鋼管矢板前面５の直上に設けられる。後方壁１３ｃは、内挿柱７−２等により構成される。内挿柱７−２間には、スリットが形成され、水が透過可能である。
このように、第４の実施の形態に係る消波構造物１ｃは、前方壁１１及び後方壁１３ｃを共に水が透過可能な透過壁とすることにより、消波構造物１ｃを透過堤として用いることができる。

次に、図６及び図７を参照しながら、内挿柱７、内挿柱７ａについて説明する。
図６（ａ）、図６（ｂ）は、それぞれ、内挿柱７の正面図、上面図である。
図７（ａ）、図７（ｂ）は、それぞれ、内挿柱７ａの正面図、上面図である。
鋼管矢板内に内挿される内挿柱７により透過壁、スリットが形成されるが、内挿柱７の形状、材料等により、種々の透過壁、スリットを構築することができる。

図６に示す内挿柱７は、鋼管３５により構成される。
図７に示す内挿柱７ａは、図６に示す内挿柱７の鋼管３５の中央部にＲＣ製等の柱部材４１が外挿されて構成される。尚、柱部材４１の形状は、ＲＣ角柱に限られず種々の材質、形状を採ることができる。
鋼管３５の上端部には、鋼製のコネクタ３７が設けられ、鋼管３５の下端部には鋼製のコネクタ３９が設けられる。コネクタ３７は、堤体９の頂版に連結され固定され、コネクタ３９は、鋼管矢板３内あるいは鋼管矢板５内に連結され固定される。

尚、内挿柱７、内挿柱７ａのうち、鋼管矢板内にモルタル等で埋め込まれる部分及び堤体９の頂版に埋め込まれる部分は、鋼製でコネクタが先付けされていることが望ましい。
また、内挿柱７、内挿柱７ａの中央部分は、海水等に直接接するので、鋼製、プレキャストＲＣ／ＰＣ製等として構造耐力を確保し、防食被覆等を施すことにより防食性を確保して海水等に対する耐久性を向上させることが望ましい。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、消波構造物は、鋼管矢板前面直上に透過壁である前方壁を構築することにより、鋼管矢板井筒の幅を最大限に利用することができ、所定の反射率を実現させるために必要な井筒幅を最小限に抑制することができる。

また、後方壁を鋼管矢板後面と一体化した複合構造壁とすることにより、後方壁の厚さを最小限に抑えることができる。
また、鋼管矢板の水中切断以外に水中作業がないので、消波構造物の品質を向上させることができる。
また、鋼管矢板を井筒状に打設して、頂部を頂版コンクリートで剛結することにより剛性の大きな消波構造、護岸構造を構築でき、鋼管矢板井筒自体のせん断抵抗力で外力に抵抗できるために中詰土を必要としない。従って、鋼管矢板井筒の幅を小さくして費用的負担を軽減することができる。

また、軟弱地盤上に構造物を構築するための基礎としては、杭構造や矢板構造がある。杭構造では消波を目的とした構造物に作用する強大な波力や土圧、地震時の水平力に対抗するだけの水平抵抗力を得ることが困難であり、矢板構造では適用できる水深に限界があるという問題点がある。本発明の消波構造物では、鋼管矢板井筒基礎を用いることにより、これらの問題点を解決することができる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明にかかる消波構造物等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

消波構造物１の垂直断面図及び正面図 消波構造物１の構築方法を示す図 消波構造物１ａの垂直断面図 波構造物１ｂの垂直断面図 消波構造物１ｃの垂直断面図及び上面図 内挿柱７の正面図及び上面図 内挿柱７ａの正面図及び上面図 従来の直立消波ケーソン５１の垂直断面図及び正面図 鋼管矢板基礎７１を示す上面図 従来の消波構造物８７の構築方法を示す図

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ………消波構造物
３………鋼管矢板前面
４………鋼管
５………鋼管矢板後面
６………継手部
７、７ａ、７−１、７−２………内挿柱
９………堤体
１１………前方壁
１２………スリット
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ………後方壁
２７………モルタル
２９………切断部分
３１………アバットメント
３３………付加消波材
３５………鋼管
３７、３９………コネクタ
４１………柱部材

Claims (7)

1. 鋼管矢板を基礎とし前方壁、後方壁、堤体を有する消波構造物であって、
   前記前方壁、前記後方壁、前記堤体により形成される遊水室を具備し、
   前記前方壁は、複数の内挿柱と前記内挿柱間に形成される水が透過可能なスリットとにより構成され、
   前記内挿柱は、下端が前記鋼管矢板を構成する鋼管の上部内側に挿入接合され、上端が前記堤体に連結されており、前記スリットは、側方を前記内挿柱に、上方を前記堤体に、下方を前記鋼管矢板に囲まれてなることを特徴とする消波構造物。
2. 前記後方壁は、水底から突出する前記鋼管矢板と一体化されて形成されることを特徴とする請求項１に記載の消波構造物。
3. 前記内挿柱は、鋼管あるいは鋼管と鉄筋コンクリート柱との複合管を有することを特徴とする請求項１に記載の消波構造物。
4. 前記堤体を支持する追加部材を具備することを特徴とする請求項１に記載の消波構造物。
5. 前記後方壁は、複数の内挿柱と前記内挿柱間に形成される水が透過可能なスリットとにより構成され、
   前記内挿柱は、下端が前記鋼管矢板を構成する鋼管の上部内側に挿入接合され、上端が前記堤体に連結されており、前記スリットは、側方を前記内挿柱に、上方を前記堤体に、下方を前記鋼管矢板に囲まれてなることを特徴とする請求項１に記載の消波構造物。
6. 鋼管矢板を基礎とし壁を有する消波構造物の構築方法であって、
   前記鋼管矢板を構成する複数の鋼管内上部を掘削する工程（ａ）と、
   内挿柱を前記掘削した部分に内挿する工程（ｂ）と、
   前記内挿柱の下端を前記鋼管に接合する工程（ｃ）と、
   堤体を構築し、前記内挿柱の上端を前記堤体に連結する工程（ｄ）と、
   前記内挿して接合した位置から上部の前記鋼管矢板を水中切断して撤去することにより、側方を前記内挿柱に、上方を前記堤体に、下方を前記鋼管矢板に囲まれてなる水が透過可能なスリットを形成させる工程（ｅ）と、
   を具備することを特徴とする消波構造物の構築方法。
7. 前記工程（ｃ）は、前記鋼管内において前記内挿柱の下端部分に経時硬化性材料を充填することにより、前記内挿柱を接合することを特徴とする請求項６に記載の消波構造物の構築方法。

Images