本発明は、構造物及び基礎マウンドからなる防波堤において、津波時の基礎マウンドの支持力低減を抑制する防波堤構造に関する。

防波堤101は、図5(a)に示すように、一般に構造物103(ケーソン)及び基礎マウンド105(捨石マウンド)から構築されている。具体的には、防波堤101は、基礎地盤107上に基礎マウンド105を構築し、この基礎マウンド105の上に構造物103を据え付けた構造となっている。

例えば、特許文献1には、地盤上に、基礎用捨石を積み上げて、積み上げた基礎用捨石上に被覆用捨石を敷き詰めて捨石マウンドを形成し、この捨石マウンド上に堤体を載置し、堤体の下端に根固石を設けた防波堤が記載れている。 (例えば、特許文献1)。

特開2008−106427号公報

しかしながら、特許文献1のような基礎マウンドの上に構造物を据え付けた防波堤構造では、津波が発生した場合、図5(a)に示すように、港外側(図5において左側)の水位が上昇することで、港外側と港内側(図5において右側)との水位差Hが生じ、基礎マウンド105内に浸透流(図5(a)の破線参照)が発生する。この水位差Hが大きくなるに伴い、浸透流の動水勾配C(港内外の水位差H及び浸透経路長さLに基づいて求められる平均的な動水勾配、図5(b)の破線参照)が大きくなり、浸透流が強くなる。これにより、基礎マウンド105の支持力が低減され、破壊する虞がある(図6参照)。

また、港外側と港内側との水位差Hが小さく、浸透流の動水勾配が大きくない場合でも、図5(b)に示すように、港内側の構造物下端付近の間隙水圧P4が局所的に上昇することで(矢印E参照)、構造物下端付近の動水勾配D(図5(b)の実線参照)、すなわち、P4とP5との間の局所的な動水勾配D_P4−P5が平均的な動水勾配Cよりも大きくなることにより、港内側の構造物下端付近の基礎マウンドが不安定になり、支持力が失われ、構造物の倒壊及び基礎マウンドの破壊がおこる虞がある(図6参照)。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、防波堤構造において、港内側の構造物下端付近の間隙水圧上昇及び局所的な動水勾配の上昇を抑え、基礎マウンドの支持力低下とそれにともなう構造物の倒壊を防ぐことを目的とする。

(発明の態様) 以下の発明の態様は、本発明の態様を例示するものであり、本発明の多様な構成要素の理解を容易にするために、項分けして説明するものである。以下の各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明を実施する最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、または、さらに他の構成要素を付加した態様についても、本発明の一態様になり得るものである。

(1)港湾部を港外と港内とに区分するために、地盤に構築した基礎マウンド上に構造物を載置してなる防波堤構造であって、 前記基礎マウンドに埋設され、前記構造物の下端部直下に、前記構造物の下端部と直接接する態様で、港外から港内に向けて、所定の間隔を置いて配置された複数の通水管を有し、 前記通水管は、港外側端部と前記構造物との距離に比して、港内側端部と前記構造物との距離が大きくなるように設置され、かつ、前記通水管の両端が前記基礎マウンドの表面又は近傍において水中に連通している防波堤構造(請求項1)。

本項に係る防波堤構造は、基礎マウンドに埋設し、構造物の下端部直下に、前記構造物の下端部と直接接する態様で、港外から港内に向けて、所定の間隔を置いて配置された通水管を有することで、この通水管を介して、港外側から港内側へ積極的に排水するものとなる。また、通水管は、構造物との接地面積が小さくなるように、通水管が構造物の下端部直下に埋設されていることから、構造物と基礎マウンドとの接地面積に影響を与えず、構造物と基礎マウンドとの摩擦を維持し、構造物を基礎マウンド上に安定して載置するものとなる。 また、本項に係る防波堤構造は、通水管が、港外側端部と構造物との距離に比して、港内側端部と構造物との距離が大きくなるように設置させることで、通水管を介した排水が、港内側の構造物の下端部直下から離間した位置で行われ、港内側の構造物の下端部直下における、基礎マウンド内の局所的な水圧の上昇を抑えるものとなる。 更に、本項に係る防波堤構造は、通水管の両端が、前記基礎マウンドの表面又は近傍において水中に連通していることで、排水抵抗を小さくし港外側からの流入と港内側への積極的な排水を妨げないものとなる。

(2)(1)項において、前記通水管は、両端側部において、前記基礎マウンドの内部に開口する第1開口部と、 前記基礎マウンドの表面に向けて開口する第2開口部とを形成する防波堤構造(請求項2)。

本項に係る防波堤構造は、通水管の両端側部に基礎マウンドの内部に開口する第1開口部と、基礎マウンドの表面に向けて開口する第2開口部とを形成することで、港外側から通水管への通水性及び通水管から港内側への排水性を高めるものとなる。

(3)(2)項において、前記第1開口部及び前記第2開口部は、透水性の異物侵入防止材が設けられている防波堤構造(請求項3)。

本項に係る防波堤構造は、透水性の異物侵入防止材を第1開口部及び第2開口部に設けることにより、通水管への基礎マウンドの捨石の侵入を防ぐものとなる。

本発明は、以上のように構成したことにより、防波堤構造において、港内側の構造物下端付近の水圧上昇及び局所動水勾配の上昇を抑えて、基礎マウンドの支持力低下とそれにともなう構造物の倒壊を防ぐことができる。

本発明の第1実施形態に係る防波堤構造を示しており、(a)は概略図、(b)は構造物直下の局所的な間隙水圧の増加量及び局所的な動水勾配を示した図である。

図1の防波堤構造の断面図である。

図1に示す通水管の部分斜視図である。

本発明の第2実施形態に係る防波堤構造の概略図である。

従来の防波堤構造を示しており、(a)は概略図、(b)は構造物直下の間隙水圧の増加量及び動水勾配を示した図である。

図5に示す基礎マウンドの破壊及びそれにともなう構造物の倒壊の状態を示した防波堤構造の概略図である。

以下、本発明の第1実施形態に係る防波堤構造1Aを図1〜図3に基づいて詳細に説明する。 本発明の防波堤構造1Aは、地震等の災害によって発生する津波、台風時の高波及び高潮等から港内を防ぐものである。図1に示すように、防波堤構造1Aは、基礎マウンド5と、この基礎マウンド5上に据え付けられた構造物3(ケーソン)と、基礎マウンド5内に埋設された通水管9(水路)とを備える。なお、図1(a)における、構造物3に対して左方向が港外側、右方向が港内側を示している。

基礎マウンド5は、基礎地盤7上に捨石、被覆石等を断面台形状に積層して構成されている。構造物3は、コンクリート又は鋼からなる箱状の構造物であり、基礎マウンド5上に複数配列して据え付けられている(図2参照)。

通水管9は、円筒状であり(図3参照)、港外側から港内側へ積極的に排水するものである。この通水管9は、基礎マウンド5内に埋設され、構造物3の下端部直下に港外側から港内側に向けて、所定の間隔を置いて複数配置されている(図2参照)。通水管9の間隔は、例えば、3.5m間隔で基礎マウンド5内に埋設されている。この通水管9の港外側端部11aは、構造物3の港外側下端部から少し離れた位置に設置され、通水管9の港内側端部11bは、構造物3の港内側下端部から十分に離れた位置に設置されている。すなわち、通水管9は、港外側端部11aと構造物3との距離に比して、港内側端部11bと構造物3との距離が大きくなるように設置される。また、通水管9の両端側部11a,11bには、基礎マウンド5の内部に開口する第1開口部13を設けている(図3参照)。更に、通水管9の両端部11a,11bには、基礎マウンド5の表面に向けて開口する略円形状の第2開口部15を設けている(図3参照)。この第1及び第2開口部13,15には、捨石の侵入を防ぐための格子、網又は透過性の膜等の異物侵入防止材17が設けられている(図3参照)。

次に、構造物3下端部直下に設けられた通水管9を基礎マウンド5内に埋設したときの津波時の局所的な間隙水圧の増加量P及び動水勾配Aを図1(b)に基づいて説明する。 ここで、図1(b)の間隙水圧の増加P1〜P5は、津波時の基礎マウンド5内の局所的な間隙水圧の増加Pを示しており、すなわち、図1(a)に示すように、水圧P1は、港外側の構造物3の下端部付近の水圧増加、水圧P2は、港外側の構造物3下端部直下付近の基礎マウンド5内の水圧増加、水圧P3は、構造物3中央部付近の基礎マウンド5内の水圧増加、水圧P4は、港内側の構造物3下端部直下付近の基礎マウンド5内の水圧増加、水圧P5は、港内側の構造物3下端付近の水圧増加である。この水圧増加P1〜P5は、所定の間隔で配置された通水管9と通水管9との間の間隙水圧増加を示している。なお、水圧増加P1´〜P5´は、通水管9を基礎マウンド5内に埋設していないときの上記水圧P1〜P5の測定点に対応する位置の、局所的な間隙水圧増加Pを示している。また、動水勾配A(実線参照)は、通水管9を基礎マウンド5内に埋設したときの動水勾配を示し、動水勾配D(破線参照)は、通水管9を設けていないときの動水勾配を示している。

図1(b)に示されるように、構造物3下端部直下に通水管9を基礎マウンド5内に埋設した場合、水圧P4は、通水管9を埋設していないときの圧力P4よりも顕著に小さくなる(矢印B参照)。これにより、動水勾配A(P4とP5との間の局所動水勾配A_P4−P5)は、動水勾配D(P4´とP5´との間の局所動水勾配D_P4´−P5´)と比較し、急激に上昇しないので、基礎マウンド5の不安定化を防ぐことができる。

上記構成を有する本発明の第1実施形態に係る防波堤構造1Aによると、基礎マウンド5に埋設し、構造物3の下端部直下に港外から港内に向けて、所定の間隔を置いて配置された通水管9を有することで、この通水管9を介して、港外側から港内側へ積極的に排水することが可能となる(図1(a)の矢印F参照)。また、通水管9は、構造物3との接地面積が小さくなるように、通水管9の筒状の外表面を構造物3の下端部の表面と線接触させるようにして、基礎マウンド5内に埋設されることで、構造物3と基礎マウンド5との接地面積に影響を与えず、構造物3と基礎マウンド5との摩擦を維持し、構造物3を基礎マウンド5上に安定して載置することが可能となる。

また、防波堤構造1Aによると、通水管9が、港外側端部11aと構造物3との距離に比して、港内側端部11bと構造物3との距離が大きくなるように設置させることで、通水管9を介した排水が、港内側の構造物3の下端部直下から離間した位置で行われ、港内側の構造物3の下端部直下における、基礎マウンド5内の局所的な水圧(図1(b)のP4参照)の上昇を抑えることが可能となる。

更に、防波堤構造1Aによると、通水管9の両端部11a,11bが、基礎マウンド5の表面又は近傍において水中に連通していることで、排水抵抗を小さくし港外側からの流入と港内側への積極的な排水を妨げないようにすることが可能となる。

また、防波堤構造1Aによると、通水管9の両端側部に基礎マウンド5の内部に開口する第1開口部13,13と、基礎マウンド5の表面に向けて開口する第2開口部15,15とを形成することで、港外側から通水管9への通水性及び通水管9から港内側への排水性を高めることが可能となる。

また、防波堤構造1Aによると、透水性の異物侵入防止材17を第1開口部13,13及び第2開口部15,15に設けることにより、通水管9への基礎マウンド5の捨石の侵入を防ぐことが可能となる。

次に、本発明の第2実施形態について、図4を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記第1実施形態に対して、同様の部分には同じ参照符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。

図4は、腹付け工が施されている防波堤において、構造物3を越えた津波によって腹付工19(破線参照)が洗掘された状態の防波堤構造1Bを示している。図4に示すように、腹付工19が施されている場合、港内側の通水管9は、腹付工19に覆われ、通水管9の港内側端部11bの第1及び第2開口部13,15が水中に連通していないが、腹付工19が洗掘された場合、通水管9の港内側端部11bの第1及び第2開口部13,15は、水中に連通する。

上記構成を有する本発明の第2実施形態に係る防波堤構造1Bによると、腹付工19が施されている場合、腹付工19によって、港内側の通水管9の港内側端部11bの第1及び第2開口部13,15が塞がれており通水管9が十分に機能しないが、腹付工19によって越波による構造物3の転倒、基礎マウンド5の洗掘を防ぐことが可能となる。構造物3を越えた津波によって腹付工19が洗掘されると、腹付工19がない場合の防波堤構造となり図6と同様の破壊がおこる虞があるが、腹付工19が洗掘されたことにより港内側の通水管9の港内側端部11bの第1開口部13と第2開口部15とが水中に連通されるので港外側から港内側へ積極的に排水することが可能となり(図4の矢印G参照)、上記第1実施形態と同様の作用効果を得ることが可能となる。

なお、本発明の第1及び第2実施形態の防波堤構造1A,1Bでは、通水管9は、円筒状に形成されているが、角筒、半円筒等の形状の水路を設けてもよい。

また、本発明の第1及び第2実施形態の防波堤構造1A,1Bでは、通水管9の両端部11a,11bの第2開口部15,15は、略円形状に形成されているが、正方形、長方形、楕円等の形状に形成してもよい。

1A…防波堤構造、3…構造物(ケーソン)、5…基礎マウンド、7…地盤、9…通水管、11a…港外側端部、11b…港内側端部