JP6871583B1 - 洗堀防止ユニット及び洗堀防止構造 - Google Patents

Abstract

【課題】変形追従機能と応力分散機能の組合せによって、津波などによる局所的な速い水流に対して構造全体で抵抗可能な、粘り強い構造の洗堀防止ユニットと、地盤拘束機能によって高い洗堀防止効果と吸出し防止効果を発揮可能な洗堀防止構造を提供する。【解決手段】地盤の起伏に追従可能な柔軟性を備える拘束面材２０と、拘束面材２０上に配列して拘束面材２０に固定した複数の根固め材１０とを備え、複数の根固め材１０はそれぞれ編地からなる袋体１１と袋体の内部に充填した中詰材を有し、複数の根固め材１０の荷重によって拘束面材２０を介して拘束面材２０背面の地盤を拘束可能に構成した。【選択図】図２

Description

本発明は洗堀防止ユニット及び洗堀防止構造に関し、特に、根固め材及び拘束面材の変形追従機能と拘束面材の応力分散機能の組合せによって、津波などによる局所的な速い水流に対して構造全体で抵抗可能な、粘り強い構造の洗堀防止ユニットと、地盤拘束機能によって高い洗堀防止効果と吸出し防止効果を発揮可能な、洗堀防止構造に関する。

港湾や海岸部には、大型の津波、高波浪から背後地を守るべく防波堤が設置されている。
防波堤には、傾斜提、直立提、混成提等の種類がある。例えば直立提の場合、海底に敷き込んだ基礎捨石上に、コンクリート製ケーソン等の重力式構造物を配置してなる。基礎捨石の上部は、基部の洗堀防止及び基礎捨石の吸出し防止のため、被覆ブロック等で被覆する。
一方、近年の気候変動等に伴って、波力等の外力は増大の傾向にあり、既存の防波堤の安定性について見直しが求められている。
特に、津波や高波浪に起因する極めて早い水流によって防波堤の基部に局所洗掘が生じることで、防波堤の安定性が大きく損なわれるため、いかにして既存の防波堤を洗堀から保護し、粘り強い構造を達成するかが、喫緊の課題となっている。
以上は、防波堤に限らず、海岸堤防、河川堤防、洋上風力発電施設の基礎等の様々な水中構造物に共通する課題である。
水中構造物の洗堀を防止する技術として、構造物の前面に、特許文献１又は２に開示されるネット状の中詰袋体を複数配置することで、基部の洗堀を防止する技術が知られている。
このほか、特許文献３には、重力式ケーソン防波堤の基礎捨石を、筒状の連続袋体で被覆して保護する技術が開示されている。
特許文献４には、基礎捨石を被覆する被覆ブロックを、杭体で基礎捨石上に固定する技術が開示されている。

特開２０１８−１８８８０５号公報 特開２００３−１２９４４４号公報 特開２００３−１７１９２３号公報 特開２０１３−１８１３２７号公報

複数の中詰袋体で基部を被覆する技術は、水流に対して中詰袋体が単体の重量で抵抗する構成であるため、津波等の強い水流を受けることで移動して、機能しなくなることがある。
また、中詰袋体は扁平な球状の形状を呈するため、転動しやすく、特に積み上げた構造は不安定であり、崩れやすい。
このように、中詰袋体が流失したり崩れる度に再設置する必要があり、維持管理コストが多大なものとなる。
被覆ブロックで被覆する技術は、コンクリート製のブロックや、鋼製の連結材が腐食しやすく、耐用期間に限界がある。また、単体の重量が小さいため、水流により容易に移動して機能しなくなる。
また、被覆ブロックの敷き直しには非常に手間がかかるため、維持管理コストが嵩む。

本発明は、上記のような課題を解決可能な、洗堀防止ユニット及び洗堀防止構造を提供することを目的とする。

本発明の洗堀防止ユニットは、地盤の起伏に追従可能な柔軟性を備える拘束面材と、拘束面材上に配列して拘束面材に固定した複数の根固め材と、を備え、複数の根固め材はそれぞれ、編地からなる袋体と、袋体の内部に充填した中詰材を有し、複数の根固め材の荷重によって、拘束面材を介して、拘束面材背面の地盤を拘束可能に構成したことを特徴とする。

本発明の洗堀防止ユニットは、拘束面材が、透水性を有していてもよい。

本発明の洗堀防止ユニットは、拘束面材が、繊維製の網体からなってもよい。

本発明の洗堀防止ユニットは、複数の根固め材の隙間に充填した間詰材を備えていてもよい。

本発明の洗堀防止構造は、基部と地盤の境界の少なくとも一部を覆うように配置した、洗堀防止ユニットを備え、拘束面材の縁部の下部が洗堀されることで、下方に移動した根固め材の荷重と上方に残った根固め材の荷重により、拘束面材を介して拘束面材背面の地盤を拘束可能に構成したことを特徴とする。

本発明の洗堀防止構造は、複数の洗堀防止ユニットを拘束面材で相互に連結してもよい。

本発明の洗堀防止構造は、複数の洗堀防止ユニットを、構造物の角部又は湾曲部を囲んで配置してもよい。

本発明の洗堀防止構造は、複数の洗堀防止ユニットを積層してもよい。

本発明の洗堀防止ユニットは、根固め材及び拘束面材の変形追従機能と、拘束面材の応力分散機能の組合せによって、津波などによる局所的な速い水流に対して、構造全体で抵抗可能な、粘り強い構造を達成できる。
本発明の洗堀防止構造は、複数の根固め材と拘束面材の協働による地盤拘束機能と、複数の根固め材が拘束面材を介して相互に荷重伝達することによるユニット単体の重量増加によって、高い洗堀防止効果及び吸出し防止効果を奏することができる。
また、複数の洗堀防止ユニットを、相互に連結したり積層することによって、洗堀防止構造をより重厚な構造にして、洗堀防止効果と吸出し防止効果を更に向上させることができる。
さらに、構造物の維持管理として、２０〜５０年に一度程度、既設の洗堀防止ユニットの上方に新たな洗堀防止ユニットを設置すれば、地盤の洗堀に追従変形した既設の洗堀防止ユニットと、新設の洗堀防止ユニットとが一体となって基部地盤を抱き込むことで、新設時以上の洗堀防止効果を発揮し、構造物の耐用年数を延長させることが可能となる。

本発明に係る洗堀防止構造の説明図。 本発明に係る洗堀防止ユニットの説明図。 地盤拘束機能の説明図。 洗堀防止ユニットを積層した実施例２の説明図。

以下、図面を参照しながら本発明の洗堀防止ユニット及び洗堀防止構造について詳細に説明する。なお、洗堀防止ユニットについては洗堀防止構造の説明内において説明する。
なお、本発明において「洗堀」とは、水流によって水底の土が削り取られること、及び水底面が吸い出されることを意味する。
本発明において「上」「下」「高さ」「幅」「水平方向」「垂直方向」等の方向性の用語は、洗堀防止ユニットを水底に配置した状態における各方向を意味する。

[洗堀防止構造]
＜１＞全体の構成（図１）。
本発明の洗堀防止構造Ａは、構造物Ｂの周辺の砂の洗堀防止機能と、基部Ｂ１周辺の砂の吸出し防止機能を兼備した構造である。
洗堀防止構造Ａは、構造物Ｂの基部Ｂ１と地盤の境界の少なくとも一部を、後述する洗堀防止ユニット１で被覆してなる。
洗堀防止ユニット１は、基部Ｂ１を囲むように複数ユニットを連続配置するのが望ましい。この際、隣接する洗堀防止ユニット１を拘束面材２０で相互に連結してもよい。
本例では、相互に連結した複数の洗堀防止ユニット１で、基部Ｂ１の３面を囲い込んで配置する。
このように、連結した洗堀防止ユニット１で、構造物Ｂの基部Ｂ１の角部や湾曲部を囲むことで、基部Ｂ１の片側に、洗堀防止ユニット１を基部Ｂ１から引き離すような水流が生じた際に、基部Ｂ１の反対側の洗堀防止ユニット１が基部Ｂ１に引っ掛かってこれに抵抗するという、相互拘束効果を生じさせることができる。
これによって、例えば津波による短期的な押し波と引き波の反復に対して、基部Ｂ１両側の洗堀防止ユニット１が一体に抵抗することで、洗堀防止ユニット１の流失を防ぐことができる。

＜２＞構造物。
本発明の洗堀防止構造Ａを適用する構造物Ｂは、水底に基部Ｂ１を有する構造物である。
本例では、構造物Ｂとして、コンクリート製ケーソンからなる防波堤（直立提）の例について説明する。
ただし、構造物Ｂはこれに限られず、海岸堤防、河川堤防、洋上風力発電施設の基礎等にも適用可能である。また、防波堤も直立提に限らず、傾斜提又は混成提であってもよい。
要は水底に基部Ｂ１があり、水流によって洗堀を受ける可能性があれば、いかなる構造物Ｂにも適用できる。

＜３＞洗堀防止ユニット（図２）。
洗堀防止ユニット１は、複数の根固め材１０と、拘束面材２０と、を少なくとも備える、マット状の部材である。
詳細には、地盤上に展開した拘束面材２０の上に、複数の根固め材１０を並列し、各根固め材１０を拘束面材２０に固定してなる。
本例では、根固め材１０の下方の数か所で、根固め材１０の袋体１１の網目と拘束面材２０の網目にロープを連通して締結する。ただし根固め材１０の固定手段はこれに限られず、公知の各種手段を採用することができる。
また、本例では隣り合う根固め材１０の隙間に間詰材３０を充填している。
本例では、略正方形の拘束面材２０上に、３個×３列＝合計９個の根固め材１０を、等間隔に配置する。ただし、根固め材１０の数や配列はこれに限らず、適宜の数と配列を採用することができる。例えば根固め材１０を千鳥状に配置してもよい。
本例では、根固め材１０同士を直接連結はしないが、ロープ等を介して隣り合う根固め材１０同士を直接連結してもよい。
本発明の洗堀防止ユニット１は、根固め材１０及び拘束面材２０の変形追従機能と、拘束面材２０の応力分散機能の組合せによって、津波などによる局所的な速い水流に対して、構造全体で抵抗可能な、粘り強い構造に特徴を有する。

＜３．１＞根固め材。
根固め材１０は、荷重により地盤を抑え込む部材である。
根固め材１０は、袋体１１と、袋体１１の内部に充填した中詰材１２と、を少なくとも備える。
袋体１１は、袋状の編地からなる。より詳細には、例えばポリエステル繊維からなる筒状のラッセル編地の下端を絞り込んで底網を形成し、上端部側の開口を袋口として形成した円形袋状の構造を採用する。ただしこれに限らず、編地はナイロン製、ポリエチレン製等であってもよい。また、袋体１１は円形袋状に限らず、直方体形状であってもよい。
袋体１１の袋口には、袋口を絞って閉じるための、袋口ロープを挿通する。
本例では中詰材１２として、直径１５０ｍｍ程度の砕石を採用する。ただしこれに限らず、適宜の直径の、玉石その他の自然骨材やコンクリートガラ等を採用することができる。

＜３．２＞拘束面材。
拘束面材２０は、地盤を面状に拘束する部材である。
拘束面材２０は、地盤の起伏に追従可能な柔軟性を備える、ネット体又はシート体からなる。
拘束面材２０は、透水性、不透水性いずれであってもよいが、水流によるめくれを防ぐためには透水性を有する構造とすることが望ましい。
本例では拘束面材２０として、ポリエステル繊維製の網体を採用する。
拘束面材２０を網体とすることで、津波等によって局所的にかかる水圧を、網体の張力によって拘束面材２０全体に分散して抵抗することができる。
拘束面材２０はポリエステル繊維製の網体に限らず、例えばポリウレタン繊維製の網体、メッシュシート、適宜の素材の不織布や多重布等を採用してもよいが、十分な引張強度と耐摩耗性を備えた素材・構造とすることに留意する。

＜３．３＞間詰材。
間詰材３０は、複数の根固め材１０の隙間に間詰する部材である。
複数の根固め材１０の隙間を間詰材３０で塞ぐことで、複数の根固め材１０同士の一体性を高めて一体に挙動させるとともに、洗堀防止ユニット１全体の重量を増加させ、後述する地盤拘束機能を高めることができる。
本例では間詰材３０として、直径１５０ｍｍ程度の砕石を採用する。ただしこれに限らず、適宜の直径の、玉石その他の自然骨材やコンクリートガラ等を採用することができる。

＜３．４＞地盤拘束機能（図３）。
洗堀防止ユニット１は、地盤の先行洗堀に伴い、拘束面材２０が自律的に地盤を拘束する、地盤拘束機能を備える。詳細には、洗堀防止ユニット１は以下のように機能する。
構造物Ｂの基部Ｂ１と地盤の境界を洗堀防止ユニット１で覆うことで、水流による基部Ｂ１前面の地盤の洗堀を防ぐ。一方、水流が洗堀防止ユニット１前方の地盤（詳細には拘束面材２０の縁部付近の地盤）を洗堀することで、地盤上に先行洗堀部Ｃが形成される。
洗堀が進み、先行洗堀部Ｃが深くなると、最前列の根固め材１０が先行洗堀部Ｃ内に落ち込み、落ち込んだ根固め材１０の荷重により拘束面材２０の前縁部が下方に引っ張られる。
一方、拘束面材２０の他部は、上方に残った他の根固め材１０の荷重により地盤に支圧されているため、拘束面材２０の下方への移動が規制される。
こうして、先行洗堀部Ｃ内の根固め材１０の荷重と、先行洗堀部Ｃ外の根固め材１０の荷重とにより、拘束面材２０が上下方向に引っ張られることで、拘束面材２０が背面の地盤を包み込むように拘束する。
以上のように、本発明の洗堀防止ユニット１は、基部Ｂ１の洗堀を防ぎつつ、拘束面材２０の前方に先行洗堀部Ｃを形成することで、拘束面材２０によって地盤を抱き込むように拘束し、極めて速い水流に対しても安定した洗堀防止効果を奏することができる。

[洗堀防止ユニットを積層した例]
洗堀防止構造Ａは、複数の洗堀防止ユニット１を積層して構成してもよい（図４）。この場合、上下の洗堀防止ユニット１同士を連結してもよい。
洗堀防止ユニット１を積層することで、上層の根固め材１０が、自重によって下層の根固め材１０の配列の隙間に嵌り込む。このように、上下の根固め材１０によって上層の拘束面材２０を立体的に噛み込むことで、洗堀防止構造Ａ全体の一体性が高まる。
本例の場合、洗堀防止構造Ａの重量と厚みが倍加してより重厚な構造となることで、洗堀防止構造Ａの洗堀防止機能と吸出し防止機能が更に高まる。

１ 洗堀防止ユニット
１０ 根固め材
１１ 袋体
１２ 中詰材
２０ 拘束面材
３０ 間詰材
Ａ 洗堀防止構造
Ｂ 構造物
Ｂ１ 基部
Ｃ 先行洗堀部

Claims (8)

1. 地盤の起伏に追従可能な柔軟性を備える拘束面材と、
   前記拘束面材上に配列して前記拘束面材にロープの締結により固定した複数の根固め材と、を備え、
   前記複数の根固め材はそれぞれ、編地からなる袋体と、前記袋体の内部に充填した中詰材を有し、
   前記拘束面材の縁部の下部の地盤が洗堀されることで、下方に移動した前記根固め材の荷重と上方に残った前記根固め材の荷重によって、前記拘束面材を介して、前記拘束面材背面の地盤を拘束可能に構成したことを特徴とする、
   洗堀防止ユニット。
2. 前記拘束面材が、透水性を有することを特徴とする、請求項１に記載の洗堀防止ユニット。
3. 前記拘束面材が、繊維製の網体からなることを特徴とする、請求項２に記載の洗堀防止ユニット。
4. 前記複数の根固め材の隙間に充填した間詰材を備えることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の洗堀防止ユニット。
5. 水中に設置した構造物において、水流による基部の洗堀を防ぐ、洗堀防止構造であって、
   前記基部と地盤の境界の少なくとも一部を覆うように配置した、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の洗堀防止ユニットを備え、
   前記拘束面材の縁部の下部が洗堀されることで、下方に移動した前記根固め材の荷重と上方に残った前記根固め材の荷重により、前記拘束面材を介して前記拘束面材背面の地盤を拘束可能に構成したことを特徴とする、
   洗堀防止構造。
6. 複数の前記洗堀防止ユニットを拘束面材で相互に連結してなることを特徴とする、請求項５に記載の洗堀防止構造。
7. 複数の前記洗堀防止ユニットを、構造物の側壁の角部又は側壁の湾曲部を囲んで配置したことを特徴とする、請求項６に記載の洗堀防止構造。
8. 複数の前記洗堀防止ユニットを積層してなることを特徴とする、請求項５乃至７のいずれか一項に記載の洗堀防止構造。

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