技術開発・設計

設計

防波堤

防波堤は、高潮や高波、津波から港内を守るとともに、荷役の円滑化、船舶の航行や停泊の安全を図ることを目的に設けられるものです。

防波堤の分類(構造形式)

防波堤の分類(構造形式)図

代表的な防波堤の形式を紹介します。


ケーソン式混成堤

<概要>

混成堤は基礎となる捨石の上に直立壁を設けて波を防ぐものです。日本では水深3m以深では混成堤が用いられることが多く、その中でも最も多い形式が、ケーソンと呼ばれる鉄筋コンクリート製の箱を使用したケーソン式混成堤です。


<特徴>
  1. 水深の大きな箇所、比較的軟弱な地盤にも適用できます。
  2. 石材とコンクリート資材の入手の難易度、価格などを比較して、捨石部と直立部の高さの割合を決めることで、経済的な断面にすることができます。
  3. 基礎捨石の水深を浅くし過ぎると、衝撃的波力が直立部に作用する恐れがあります。
  4. ケーソンの中詰めに貧配合のコンクリートや砂を用いることで、工費を節約することができます。銅スラグなどの産業副産物も、中詰めとして使うことができます。
  5. ケーソン製作設備に多額の費用が必要となります。

ケーソン式混成堤イメージ図

消波ブロック被覆堤

<概要>

直立堤あるいは混成堤の前面に消波ブロックを設置したもので、消波ブロックで波のエネルギーを減少させるとともに、直立壁にあたって波が反射することを防ぐことができるため、船舶が付近を快適に航行することができます。

<特徴>
  1. 消波ブロックには、波力、越波、反射波を少なくする効果があります。
  2. 消波ブロックの天端高が直立部天端高に比べて低すぎると、直立部に衝撃砕波力が作用する恐れがあり、逆にに直立部の天端高より高すぎると、天端付近のブロックが不安定になります。
  3. 消波ブロックの施工端部において、消波ブロックが直立部を十分被覆してない場合には、その部分に大きい波力が作用する恐れがあります。

消波ブロック被覆堤イメージ図

新しく開発した形式の防波堤を紹介します。


上部パイラー形式防波

よく使用される消波ブロック被覆式防波堤では、水深が深いところに設置する場合、消波ブロックが大量に必要となるため、建設費が高くなります。

上部パイラー式防波堤は、防波堤上部の天端を低くし、そこにパイラーと呼ばれる円柱構造物を設置することで波エネルギーを発散させるとともに、パイラーを越してきた残りの波エネルギーを上部工後壁で受ける構造です。パイラーと上部工後壁とで部分的に波力が最大となる時間が異なることを利用し、防波堤が必要な幅を少なくすることができます。同時に、消波ブロックの数を減らすこともできることから、経済的に優れた形式の防波堤となります。

上部パイラー形式防波堤は、日高港の防波堤(西)で適用しています。


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上部パイラー形式防波堤イメージ図
上部パイラー形式防波堤のイメージ図

根入れ式鋼板セル防波堤

根入れ式鋼板セル防波堤は、鋼板を溶接して一体化した円筒体(鋼板セル)を海底地盤に直接打ち込んだ後、鋼板セル内の空間に、砂や石などを中詰めすることで堤体とする方法でつくられる防波堤であり、軟弱層が厚く堆積している場合や、土捨て場が確保できない場合にも適用できます。

根入れ式鋼板セル構造自体は、護岸や岸壁には十数件の適用実績がありますが、防波堤に用いられる事例はありませんでした。

根入れ式鋼板セル防波堤は、和歌山下津港の防波堤(南)で適用しています。鋼板セルと鋼板セルの間に隙間を設けており、極力海水交換を妨げないように工夫しています。


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根入れ式鋼板セル防波堤イメージ図
根入れ式鋼板セル防波堤のイメージ図

経済的地盤改良工法(T型SCP工法)

サンドコンパクションパイル工法(SCP工法)は、軟弱地盤の粘性土に強制的に砂を圧入し、径の大きな砂柱をつくることで地盤の安定を図る工法です。

特徴
  • 砂柱のドレーン効果により圧密沈下を早期に終了させることができます。
  • 砂杭の径の大きさなどを調整して、必要な地盤の強度増加を設定することができます。

しかし、軟弱層地盤での防波堤整備では、防波堤の沈下を防ぐため、広範囲の地盤改良が必要となることから、多額の費用が必要となります。

経済的地盤改良工法(T型SCP工法)は、従来のSCP工法に比べ、ある程度の沈下の発生を許すことで、T型の断面に改良範囲を縮小したものです。この工法の汎用性を高めることで、建設費を大きく縮減できるものだと考えています。神戸港第八防波堤においては、T型SCP工法の適用により、建設費を8.3%縮減することができました。

T型SCP工法は、改良範囲を削減することによってT型断面がどのような挙動を起こすのか十分に把握できていなかったため、T型にすることによって、防波堤としての機能を損なう挙動を起こす可能性があることから、地盤のFEM解析を行い防波堤の安全性を確認しました。

                                       


従来の地盤改良範囲イメージ図
従来の地盤改良範囲
沈下を考慮した地盤改良範囲イメージ図
沈下を考慮した地盤改良範囲