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既に完成している4基の二重円筒ケーソン。写真からも波の高さがわかるはずだ
現在の防波堤は大水深域に建造されるケースが増えている。建造される地域の特性や目的に応じた、新しいタイプのケーソンをご紹介するこのコーナー。第二回は、兵庫県の「柴山港」を例に「水深があるうえに波浪も高い」という厳しい環境に適応し、限られたエリアを有効に活用することができる、「二重円筒ケーソン」だ。

写真−1 ケーソンの制作状況。これはフローティングドックで製作される外円筒

図−1 柴山港防波堤基本設計断面図

柴山港東防波堤完成予想図

三重県城の浜での施工例

函型ケーソン+消波ブロック
の機能を併せ持つ「円筒」型

 「ケーソン」といって連想されるのは、四角い函型のタイプだ。この函型のケーソンも、大水深環境適応を含め、さまざまなバリエーションが開発されている。ただし、波の力を「面」で受けとめるため、波力を吸収することは困難だ。波が高い海域など、建造される環境によっては反射波が発生する。そしてこの反射波は、船舶の航行に影響を及ぼす可能性があるため、反射波対策として、ケーソンと消波ブロックを組み合わせた傾斜堤構造を持つタイプが多い。消波ブロックの設置によるエリアの狭窄を避け、建築資材を最低限に止めるため、消波ブロックとケーソンの機能を併せ持つタイプのひとつとして開発されたのが、「二重円筒ケーソン」だ。断面図(図1)からもわかるように、このケーソンは、中心部の内円筒と、周囲を取り巻く外円筒という二重構造と外円筒のスリットが最大の特徴といえる。

二重円筒という独特の
形状が生む大きなメリット

 二重円筒ケーソンの特徴的な構造は、4つの大きなメリットを持っている。
1.波力の低減
 函型のケーソンでは、波力を平面で受ける。波は100%の力でケーソンにぶつかることになる。それに対し、円筒形のケーソンは、波を曲面で受ける。波の当たる面積が増し、波の力の作用も複雑になる。結果的に、ケーソンが受ける波力が低減されることになる。
2.消波機能
 波は二重円筒の外円筒に当たり、一部が外円筒のスリットから侵入。内円筒にぶつかった後に反対側のスリットから抜けていく。3段階のクッションを経ることで、消波機能が生まれる。
3.海水交換機能
 波の力と潮位差により、ケーソンに設けられたスリットを通して、海水は防波堤の外側から内側へ、内側から外側へと出入りが可能になる。スリットには、波力を“低減”しながら、周辺の水質を悪化させない「海水交換機能」があるのだ。
4.景観計画上の自由度
 まず、二重円筒ケーソン自体が単体でも美しいデザインを持つ。さらに、湾口部に防波堤を建造する場合、複数のケーソンを並べて構成する(図2)。この並べ方次第で、防波堤全体を曲線状にすることもできる。港湾整備における、景観計画上においても自由度が高い。


厳しい日本海の環境において
避難港として重要な柴山港

 柴山港は、兵庫県の日本海側に位置する。山陰海域の中心にある港として昭和29年に避難港の指定を受け、主に500t以下の小型船の避難港としての整備が進められてきた。その後、3,000tクラスまでの中型船の避難水域が求められ、新たな港湾整備が計画・実施されることになった。

 しかし、柴山港は水深30m、最大波高17.5mという、防波堤築造には厳しい環境だ。函型の場合、波力に耐えうる超大型ケーソンと大量の消波ブロックが必要となる。また、港周辺の環境への影響も懸念された。この課題を解決するため、二重円筒ケーソンの採用が決定されたという。

 二重円筒ケーソンは、運輸省港湾技術研究所によって開発が進められていた。水理模型実験による特性の把握や設計法、施工法の検討。鳥取県の境港での現地実証試験。さらに、堤体の安定に関して、実際にケーソンを滑動させて破壊するという実験も行なわれ、豊富なデータが揃っていた。このデータに基づき、柴山港に適応する設計が進められることになった。


柴山港への適応にあたって
新たな課題をクリア

 現地実証実験が行なわれた境港とは、大きく環境が異なる柴山港に築造されることになった二重円筒ケーソンの設計にあたっては、新たな課題もクリアされた。
■大断面化
 柴山港の水深と波高に適応させるため、直径29.6m、高さ26.5mと実証実験のケーソンを大断面化。新たな設計がなされた。
■開口率の決定
 柴山港は、深く湾が入り組み、避難港としては最適の環境である。しかし、湾口が狭く閉鎖的でもある。防波堤築造により、湾内の水質が悪化することが懸念された。このため、柴山港の二重円筒ケーソンには5%の開口部が設けられ、海水交換が可能な構造とされた。
■耐久性の向上
 二重円筒ケーソンは、構造上、部材への貫通ひび割れが生じる恐れがある。さらに使用される鋼材の腐食も考慮しなければならない。そのため、ひび割れのコントロールを可能とするプレストレスコンクリートを採用。鉄筋が入り組んだ外円筒底盤部には高流度コンクリートを使用することにより、耐久性と施工性の向上が図られた。


外円筒と内円筒を別個に
製作据付け時に吊り込んで完成

 合理的に施工するため、工事手順も新たに開発された。
■ケーソン製作
 内円筒は陸上で、外円筒はフローティングドックで製作(写真−1)。並行して据付け場所のマウンド造成を行う。
■ケーソン据付
 フローティングドック上で完成した外円筒を、先に据付場所まで曳航して設置。内円筒は、その後クレーン船で外円筒の中に吊り込んで設置する。
■完成
 内外の間と内円筒内側に中詰材を投入して固定。内円筒に蓋コンクリートを打設して完成させる。

 2000年現在、すでに4基が完成。全21基の完成を目指して工事が進められている。

 「函」から「筒」へ。発想の転換も、21世紀のケーソンを生みだす原動力となっている。

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