JP4869037B2 - ケーソン消波構造体 - Google Patents

Description

この発明は、海側と陸側の間に設置される護岸堤体としてのケーソン消波構造体に関する。詳しくは、ケーソンの沖側に消波工を配し、その陸側には海水貯留部が設けられた締切堤を配置すると共に、この締切堤を傾斜堤とすることで、消波に優れ、越波を効果的に抑制できるようにしたケーソン消波構造体に関する。

海側と陸側の間に設置される護岸堤体としては、一般にケーソンを主体とした堤体が知られている（例えば、特許文献１，２）。

特許文献１に開示されたケーソン消波構造物は、ケーソンの天端が水面より高くなされると共に、ケーソンには後退パラペットが立設され、ケーソンの天端を覆うようにケーソンの沖側には消波工の消波ブロックが配設されて構成されたものである。

また、特許文献２に開示されたケーソン消波構造物は、ケーソンの天端側に沖側パラペットと、陸側パラペットを設け、ケーソンの沖側に消波工を配設した構造となっている。沖側パラペットと陸側パラペットとの間には遊水池が形成される。

特許第３５９２１１６号公報 特開２０００−２０４５２９号公報

ところで、特許文献１に開示されたケーソン消波構造物では、ケーソンの天端を低く設計できる反面、ケーソンの天端を含めてケーソンの沖側より消波工の消波ブロックを配設しなければならないので、消波ブロックの個数が相当多くなると共に、消波ブロックの配設作業も面倒である。

また、特許文献２に開示されたケーソン消波構造物では、沖側パラペットと陸側パラペットとの間に形成される遊水池に波浪時の波を打ち込ませることで、陸側パラペットを超えて越波する波浪の低減効果を狙ったものである。

しかし、この構造では陸側への越波を低減するためには遊水池の幅（海岸から陸側に向かった幅）を比較的広く採らなければならず、大型のケーソンを沈設しなければならない。これを解決するため、遊水池の幅を狭くすると、今度は陸側パラペットの天端高を高くしないと越波の低減効果が薄れてしまう。陸側パラペットの天端高を高くすると、それだけ波浪に対する強度などを考慮する必要があり、建設費のコストアップを招来する。

そこで、この発明はこのような従来の課題を解決したものであって、特に低天端で、建設コストを削減できる、越波低減効果が得られるケーソン消波構造体を提案するものである。

上述の課題を解決するため、請求項１に記載したこの発明に係るケーソン消波構造体は、沖側が消波用の傾斜堤となされた締切堤と、これに連なるように沖側に沈設されたケーソンと、このケーソンの沖側に沈設された消波工とからなり、上記締切堤のうち、沖側の表法面の上記ケーソンの天端よりも低くなされた法尻と上記ケーソンとの間に越波低減用海水貯留部が設けられ、上記表法面の法面勾配は２割勾配であり、当該表法面において、上記ケーソンおよび越波低減用海水貯留部を越波した水塊の、上記表法面からの戻り流によって、次に来襲する越波水塊のエネルギーを低減することを特徴とする。

この発明におけるケーソン消波構造体の主体は、傾斜堤となされた締切堤と、締切堤の沖側に沈設されたケーソンである。ケーソンのうち沖側には消波工（消波ブロック）が沈設され、沖波の波浪力を低減し、そして消波を行っている。ケーソンと締切堤の表法面との間には海水貯留部が設けられている。海水貯留部は、ケーソンを越波した水塊を貯留すると共に、貯留した水塊の海側への戻り流によって越波水塊のエネルギーを減衰させる。

海水貯留部を超えて越波した水塊の一部は締切堤の表法面に沿いながら、締切堤の天端まで到達するが、海水貯留部を設けることによってケーソンから締切堤の天端までの水塊到達距離が長くなること、および表法面を下る水塊との衝突によって、越波した次の水塊の勢力が弱くなる。越波した水塊の勢力は、表法面の法面勾配が２割勾配のとき最も弱まる。これで締切堤を越波する水塊の量（越波量）が少なくなり、少なくとも１０年確率波を許容越波量以下に確実に抑え込むことができる。ケーソンは低天端であり、その幅も抑えることができるから、建設コストを抑制できる。

この発明では、締切堤とケーソンとの間に海水貯留部を設け、締切堤を傾斜堤としたケーソン消波構造体とすることで、低天端の締切堤を使用しても消波と越波の抑制が可能になり、経済性に優れた護岸堤体を提供できる。

続いて、この発明に係るケーソン消波構造体の好ましい実施例を図面を参照して詳細に説明する。

実施例１は、海岸に近い場所に敷設された発電所などの施設を波浪から保護するために、護岸用として用いられるケーソン消波構造体にこの発明を適用した場合である。

図１に示すように、この発明に係るケーソン消波構造体１０は、傾斜堤となされた締切堤２０と、これに連なるように沖側に沈設されたケーソン３０と、このケーソン３０の沖側に沈設された消波工４０とで構成される。

ケーソン３０は、海底に直接沈設されるものであるが、沈積された多数の捨石マウンドの上に沈設固定することもできれば、捨石マウンドの替わりにケーソン３０の底部に鋼性架台を取り付け、この鋼性架台をケーソン３０と共に海底に沈設することもできる。

ケーソン３０の天端幅（陸側に向かう幅）は、約１３ｍであり、その天端高は、この例では東京湾中等潮位Ｔ．Ｐを基準水準面として、Ｔ．Ｐより２．０ｍ高く設定されている。

ケーソン３０の沖側には消波工４０が敷設される。この消波工４０は周知の消波ブロックを法面勾配を考慮しながら積み重ね、その天端はケーソン３０の天端にほぼ等しくなされる。

消波工４０の法面勾配は任意であるが、消波ブロックの沈設個数をできるだけ経済的な個数とするため、この例では（１：４／３）の法面勾配が好ましい。あまた、この法面勾配とすることによって消波も期待できる。消波工４０の天端４２はケーソン３０の天端３２の天端高にほぼ等しく、その幅はケーソン３０の天端幅よりも広い。波浪が消波工４０の天端を乗り越えるときの波浪の崩れに伴う後続波浪への消波に繋がるからである。

ケーソン３０の陸側には締切堤２０が敷設される。この締切堤２０は主として岩石を砕いた岩づりを海底近くから積み上げて敷設されたものである。

締切堤２０は、発電所などの施設を保護できるように海岸線か、それよりも陸側に沿って設けられた充分な長さの堤体である。締切堤２０は上述したように傾斜型の締切堤２０であって、表法面２２の法尻２３とケーソン３０の陸側側面との間の締切堤２０は、所定の水深が確保された海水貯留部５０となされる。そのため、表法面２２の法尻２３はケーソン３０の天端よりも所定長だけ低くなされている。また、海水貯留部５０の幅（ケーソン３０の陸側側面から法尻２３までの長さ）と、海水貯留部５０の水深とは、越波する波浪の大きさとその流量が考慮されたものとして設計されている。

ケーソン３０と表法面２２の法尻２３との間に越波低減用海水貯留部５０を設けることで、ケーソン３０の始端から締切堤２０の天端（堤頂部）６０に至るまでの水塊到達距離を長くできるから、これによっても締切堤２０の天端に到達する越波水塊のエネルギーが減衰されて、締切堤２０からの越波量を少なくできる。

越波する波浪の頭波が海水貯留部５０内で崩れて、後続する越波波浪の波力を抑圧できる程度の幅が必要であるからであり、水深はケーソン３０を超えて到達した充分な海水貯留量を一時的に確保できるようにするためである。

この例では、ケーソン３０の天端３２からの水深は、ケーソン３０の天端３２を基準にして（Ｔ．Ｐ＋１．０）ｍとなる水深が確保される。そして、海水貯留部５０の幅はこの例では２５．０ｍ程度となされる。このような容積を持った海水貯留部５０とすることで、後述するように１０年確率波の波浪でも充分な貯留効果を期待できる。

海水貯留部５０の底部（底面）を補強するため、底部には張りコンクリート５２が所定の厚みだけ打設される。この例では、約３００ｍｍの厚みとなるようにコンクリートが打ち込まれる。

表法面２２は、適切な法面勾配となるように設計されている。これは後述するように越波の消波効果を考慮したものであって、（１：２．０）の法面勾配（２割勾配）となるように岩づりが敷設される。そして、さらにこの法面勾配にも締切堤２０の強度を強くするために、コンクリート構造物で覆われる。この例では、表法面２２に対して効率的にコンクリート構造物を構築するため、中詰めコンクリート２４が利用されている。つまり、コンクリートを充填してキルティングされた袋製型枠が表法面２２全体に、その厚みが３００ｍｍ程度となるように敷設されることで、表法面２２が中詰めコンクリート２４によって被覆される。

中詰めコンクリート２４と張りコンクリート５２とは面一となるように敷設されるものであって、さらに海水貯留部５０と表法面２２との境界である法尻２３の部分を、波浪から保護するためシート状のフィルターユニット（例えば４ｔ型のフィルターユニット）２６が敷設される。

締切堤２０の天端（堤頂部）側は越波した水塊から保護するため図示しないが三面巻による被覆がなされると共に、その天端高は３０年確率波での許容越波流量を考慮した高さとなっている。すなわち、締切堤２０にあっては、３０年確率波浪来襲時における越波量（許容越波量）が締切堤２０の被災限界値以下となるような天端高に設定されるものである。

締切堤２０の陸側は、裏法面６２を経て施設の地上面となる。この裏法面６２の法面勾配も敷設作業の容易性を考慮した法面勾配となっており、この例では（１：２．０）の２割勾配となっている。

上述した締切堤２０構造体の大きさの一例を次に述べる。締切堤２０の天端高は、水準面を基準して（Ｔ．Ｐ＋１０．０）ｍであり、締切堤２０の表法面２２の水平方向の長さは１７．０ｍ、締切堤２０の堤頂部（天端）６０の堤幅は１８ｍである。堤幅は、上述した被災限界値とも関係するので、余り狭くはできないが、場合によっては堤幅を１０ｍ程度に設計することもできる。

さて、このように構成されたこの発明に係るケーソン消波構造体１０にあって、まず海水貯留部５０と越波量の関係について図２および図３を参照して説明する。

図２は、消波工４０およびケーソン３０と海水貯留部５０の水深との関係を示す。図２のようにケーソン３０の天端を基準にしたときの海水貯留部５０の水深を、水準面（Ｔ．Ｐ）を基準にすると、この水準面からの深さ（Ｔ．Ｐ＋α）が水深となる。αが１．５ｍであるときは、ケーソン３０の天端高が（Ｔ．Ｐ＋２．０）ｍであるので、実際の水深は、０．５ｍとなる。したがってαが小さい程、水深が深くなる。

海水貯留部５０におけるこの水深（ｍ）と、そのときの締切堤２０からの越波量（１ｍあたりの毎秒の水量）との関係を図３に示す。越波量としては、１０年確率波の波浪と３０年確率波の波浪を考える。

ここに、１０年確率波や３０年確率波は、波に関する水理模型実験に代わる数値計算プログラムの一種である、Navier-Stokesの耐波設計への適用に関する波浪場の数値解析に特化したソフトウエアを使用して解析した。実際には、潮位の計画高水位Ｈ．Ｗ．Ｌ（High Water Level）が、（Ｔ．Ｐ＋０．４６）ｍであるときの値である。このとき、１０年確率波の沖波波高は７．３ｍであり、３０年確率波の沖波波高は８．９ｍである。

海水貯留部５０の幅をどの程度に設定するかによっても変わるが、図１のようにケーソン３０の沖側の消波工４０があり、海水貯留部５０の幅がケーソン３０の２倍程度（実際には２倍弱の２５ｍ程度）としたときの予測値（解析値）である。

海水貯留部５０の水深が深ければ深いほど越波量が減少するのではなく、図３から明らかなように適切な水深の値が存在する。曲線Ｌａに示すように３０年確率波の場合には水深が深いほど越波量が多くなる傾向にあるのに対して、１０年確率波の場合には曲線Ｌｂに示すように水深１．０ｍ程度が最も越波量が少なくなり、これより水深が増すと逆に越波量が増える傾向にある。

そこで、この発明は海水貯留部５０の水深としてケーソン３０の天端より（Ｔ．Ｐ＋１．０）ｍ近傍に選んである。

越波量を減少させるには、海水貯留部５０の幅や水深の他に、締切堤２０の法面勾配や天端高がさらに関係する。図４および図５は締切堤２０の表法面２２における法面勾配と越波量との関係を示すもので、法面勾配としては図４に示すように３種類の法面勾配を選んだ。表法面２２の法面勾配ＳＬａは、（１：３．０）であり、法面勾配ＳＬｂは（１：２．０）であり、そして法面勾配ＳＬｃは（１：１．５）である。

それぞれの法面勾配ＳＬａ，ＳＬｂ，ＳＬｃであるときの越波量を解析すると図５のようになった。曲線Ｌｃは３０年確率波の解析値であって、法面勾配が２割勾配（１：２．０）であるとき、締切堤２０からの越波量（ｍ３／ｍ／ｓｅｃ）が最も少なくなることが判明した。また、１０年確率波の場合には曲線Ｌｄに示すように、この場合においても、２割勾配（１：２．０）の法面勾配のときが越波量が少なくなることが判る。

このような法面勾配ＳＬｂ＝（１：２．０）であるとき、締切堤２０からの越波量が少なくなるのは、波浪の一部が海水貯留部５０に捕捉されると共に、捕捉されなかった水塊は表法面２２を登って締切堤２０を超えようとするが、締切堤２０を越波しなかった水塊は再び海水貯留部５０を通して沖側に戻ろうとする。その戻り水塊（戻り流）が次に押し寄せる波浪の水塊と、海水貯留部５０内や表法面２２の斜面などで衝突する。この衝突によって押し寄せる波浪のエネルギーが減滅（低減）される結果、水塊が締切堤２０の堤頂部６０に到達し、越波することを有効に阻止できるものと考えられる。

法面勾配がきついと、水塊の戻りが速すぎ、法面勾配が逆に緩いと、水塊の戻りが始まる前に、次の波浪の水塊が表法面２２に到達して、次の水塊に対する減滅効果が薄れるものと考えられるからである。

法面勾配をこのような中間の値である２割勾配（１：２．０）に設定したときは、勾配が比較的緩いため、締切堤２０の法面構築作業が比較的容易になり、それに伴って法面構築作業時間を短縮できるなどの副次的効果も得られる。

続いて、締切堤２０の天端高と越波量に付いて考察する。締切堤２０の天端６０が高いほど越波が減少することは明らかである。しかし、経済性が伴わない。そこで、経済性に優れ、越波の減少効果が得られる最適な天端高が、経済設計として求められる。

図６は経済設計を実現するための締切堤２０の天端高と越波量の関係を示す。締切堤２０の天端高は、上述したように３０年確率波浪来襲時における越波量を基準にして設定されるものあって、上述した数値解析によれば、３０年確率波での許容越波量（流量）は、０．０５ｍ３／ｍ／secとなった。曲線Ｌｅは３０年確率波での解析値であり、締切堤２０の天端高が９．５ｍであるときは３０年確率波の越波を防ぐことができないが、天端高を１０．０ｍまで桁上げすれば、３０年確率波の越波量を許容越波量以下に抑えることができる。それ以上の桁上げによって暫時越波量が低下する。

一方、このとき１０年確率波の９．５ｍの天端高での越波量は曲線Ｌｆのように０．０１以下となり、１０年確率波の場合には、越波の傾向は締切堤２０の天端高にあまり影響されないことが判明した。したがって、解析の結果、３０年確率波をも見込んだ場合に最も経済的な設計が可能な締切堤２０の天端高の最小値は、１０．０ｍ付近であると言える。そこで、図１の場合には締切堤２０の天端高としては、１０，０ｍに選ばれている。３０年確率波による越波量を少なくできれば、締切堤２０の堤頂部６０の堤幅も狭く設計できる。

このように、締切堤２０を傾斜堤とすると共に、締切堤２０の沖側であって、ケーソン３０と表法面２２との間に充分な幅を持った海水貯留部５０を設けることで、ケーソン３０を越波した波浪の水塊のエネルギーを効果的に抑圧できるから、３０年確率波のような波浪でもその越波を極力少なくできる。

実施例１では、この発明を発電所などの産業施設が敷設される海岸線の消波用堤体に適用した場合であるが、適用される個所には制限されるものではない。また、締切堤２０の構築物として岩づりを使用したが、これに限られるものではない。消波工４０の沖側の法面の勾配は、沖側波浪との関係から求められるもので、あくまでも例示に過ぎない。

この発明では、発電所などの産業施設が敷設される海岸線の消波用堤体用の消波構造体に適用できる。

この発明に係るケーソン消波構造体１０の一例を示す要部断面図である。 ケーソン３０と海水貯留部５０の水深との関係を示す説明図である。 海水貯留部５０の水深と越波量との関係を示す曲線図である。 締切堤２０の法面勾配の説明図である。 締切堤２０の法面勾配と越波量との関係を示す曲線図である。 締切堤２０の天端高と越波量との関係を示す曲線図である。

符号の説明

１０・・・ケーソン消波構造体
２０・・・締切堤
２２・・・表法面
２４・・・中詰めコンクリート
３０・・・ケーソン
４０・・・消波工
５０・・・海水貯留部
５２・・・張りコンクリート
６０・・・堤頂部

Claims (4)

1. 沖側が消波用の傾斜堤となされた締切堤と、これに連なるように沖側に沈設されたケーソンと、このケーソンの沖側に沈設された消波工とからなり、
   上記締切堤のうち、沖側の表法面の上記ケーソンの天端よりも低くなされた法尻と上記ケーソンとの間に越波低減用海水貯留部が設けられ、
   上記表法面の法面勾配は２割勾配であり、当該表法面において、上記ケーソンおよび越波低減用海水貯留部を越波した水塊の、上記表法面からの戻り流によって、次に来襲する越波水塊のエネルギーを低減する
   ことを特徴とするケーソン消波構造体。
2. 上記越波低減用海水貯留部は、所定の海水貯留量を得る水深となされた
   ことを特徴とする請求項１記載のケーソン消波構造体。
3. 上記締切堤の天端に到達する越波水塊の到達距離を考慮して、上記越波低減用海水貯留部の幅が選定された
   ことを特徴とする請求項１記載のケーソン消波構造体。
4. 上記締切堤の天端は、３０年確率波浪来襲時における越波量が上記締切堤の被災限界値以下となるような天端高となされた
   ことを特徴とする請求項１記載のケーソン消波構造体。

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