JP7017541B2 - 既存矢板式岸壁の改良構造及び改良方法 - Google Patents

Description

本発明は、矢板壁の水域側に設けられて既存の矢板式岸壁を改良する既存矢板式岸壁の改良構造、及び改良方法に関する。
なお、本明細書における矢板式岸壁には、船舶の接岸機能を有するものの他、船舶の接岸機能を有していない護岸のうち、水際線に直立した矢板壁を有するものを含む。

既存の矢板式岸壁１９としては、図１０に示すように、複数の矢板を水底２１に打設して形成した矢板壁２３の上端の上部工２５を陸上部２７に設けた控え工２９にタイロッド３１で連結して支持するようにしたものがある。
このような矢板式岸壁１９においては、例えば、改訂された港湾基準への対応、耐震性向上、エプロン上の上載荷重の増加、船舶の大型化に伴う岸壁水深の増深、既存構造の劣化対応、供用期間の延長等の要因により補強等の改良が必要となる場合がある。

既存の矢板式岸壁１９の改良構造の例としては、例えば特許文献１に開示された、「既設岸壁の改修補強構造」がある。
同文献に開示の「既設岸壁の改修補強構造」は、「矢板壁をタイ材を介して控え工で支持してなる既設岸壁の改修補強構造であって、既設控え工の反岸壁側に、該既設控え工から離間されて独立して設けられ、下端部が所定深度まで立て込まれた新設控え工と、該新設控え工の頭部から既設矢板壁の所定位置に向けて斜め下方に延設されて、両端が該新設控え工と既設矢板壁とに止着された新設のタイ材と、を有し、
前記新設控え工は、鋼管内にコンクリートを充填されて形成される鋼管杭であるととも
に、前記既設控え工に沿って適宜間隔を空けて複数配設され、前記新設タイ材は、前記鋼管杭から放射状に複数設けられている、ことを特徴とする」（請求項４参照）ものである。
この方法によると、既設の矢板壁２３との係止位置を任意に設置可能であり、かつ矢板壁２３に発生する曲げモーメントを低減できるため、改良方法として有効な方法である。

特許第４８７６９９１号公報

特許文献１に開示の構造は、工事における岸壁占有期間の短縮化を図ることを目的の一つとしており、それ故に陸側に新設の控え工を設置することが必須となっている。
しかしながら、既存の矢板式岸壁１９の改良工事においては、陸上部２７での施工が制限される場合もあり、このような場合には適用できないという問題がある。
また、新設タイ材が、鋼管杭から放射状に複数設けられていることから、タイ材の張力管理が難しいという問題もある。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、陸上部での施工が制限される場合にも適用可能であり、かつ既存の矢板壁との係止位置を任意に設定可能な既存矢板式岸壁の改良構造及び改良方法を提供することを目的としている。

（１）本発明に係る既存矢板式岸壁の改良構造は、既存の矢板式岸壁における矢板壁の水域側水底面に打設された複数の杭と、該複数の杭の頭部を連結する杭頭連結部及び該杭頭連結部から立ち上がるように設けられた複数の縦部材を有する骨組構造と、前記縦部材に前記矢板壁幅方向に連続して取り付けられた水平部材と、該水平部材と前記矢板壁との間に連続的又は断続的に形成された隙間に配設されて前記矢板壁から受ける水平力を前記水平部材に伝達する水平力伝達部材とを備えたことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記水平力伝達部材は、水中コンクリート又は水中モルタルであることを特徴とするものである。

（３）本発明に係る既存矢板式岸壁の改良方法は、杭の頭部を連結する杭頭連結部及び該杭頭連結部から立ち上がるように設けられた複数の縦部材を有する骨組構造と、該骨組構造における前記縦部材に取り付けられた水平部材とを有する構造体を、前記矢板壁の水域側水底面に、前記水平部材と前記矢板壁の間に連続的又は断続的な隙間を空けて配置する構造体配置工程と、
前記矢板壁の水域側水底面に、複数の杭を打設する杭打設工程と、
打設された杭の上端を前記杭頭連結部に一体化する杭・構造体一体化工程と、
前記矢板壁から受ける水平力を前記水平部材に伝達する水平力伝達部材を、前記隙間に配設する水平力伝達部材配設工程とを備えたことを特徴とするものである。

（４）また、上記（３）に記載のものにおいて、前記構造体配置工程の前に、前記水域側水底面を掘削して水深を深くする水底面掘削工程を備えたことを特徴とするものである。

（５）また、上記（３）又は（４）に記載のものにおいて、前記水平力伝達部材配設工程は、前記水平部材の下方に設置した型枠に水中コンクリート又は水中モルタルを打設することを特徴とするものである。

（６）また、上記（３）又は（４）に記載のものにおいて、前記水平力伝達部材配設工程は、前記構造体における前記縦部材と前記矢板壁との間に型枠を設け前記水平部材の下部の高さ位置まで中詰め材を設置する工程と、該中詰め材の上に水中コンクリート又は水中モルタルを打設する工程を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、陸上部での施工が制限される場合にも適用可能であり、かつ既存の矢板壁との係止位置を任意に設定可能であり、施工性に優れている。
また、水平力伝達部材は、矢板壁からの水平力を水平部材に伝達できればよく、それ故に水平部材及び矢板壁と一体化される必要がなく、水中溶接等によるスタッド溶接等を不要とすることができる。

本実施の形態に係る既存矢板式岸壁の改良構造の要部の斜視図である。 図１に示した既存矢板式岸壁の改良構造の垂直断面図である。 図２の矢視Ａ－Ａ図である。 本実施の形態に係る矢板壁及び構造体の応力照査方法の説明図である（その１）。 本実施の形態に係る矢板壁及び構造体の応力照査方法の説明図である（その２）。 本実施の形態に係る構造体の説明図である。 本実施の形態の他の態様に係る既存矢板式岸壁の改良構造の垂直断面図である。 図１０に示した既存の矢板式岸壁の矢板壁に作用する曲げモーメント図である。 本実施の形態に係る改良構造の適用による矢板壁に作用する曲げモーメントの低減効果を説明する図である。 改良対象となる既存の矢板式岸壁の説明図である。

本実施の形態に係る既存矢板式岸壁の改良構造１は、図１～図３に示すように、水域側の水底２１に打設された複数の杭３と、骨組構造５と、水平部材７と、水平力伝達部材９とを備えている。なお、図１～図３において、既存の矢板式岸壁１９を示した図１０と同一部分には同一の符号を付してある。
以下、各構成の詳細と各構成の関係を説明する。

＜既存矢板式岸壁の矢板壁＞
改良の対象となる既存矢板式岸壁の矢板壁２３は、鋼矢板によって形成された鋼矢板壁であってもよいし、鋼管矢板によって形成された鋼管矢板壁であってもよい。

＜杭＞
杭３は例えば鋼管杭からなり、矢板壁２３を有する既存の矢板式岸壁１９の水域側の水底２１に打設されている。打設された杭３は複数本であり、これらの配置は、図１に示すように、格子状に配置されてもよいし、千鳥状に配置されてもよく、配置は特に限定されない。
また、図１～図３に示す例では、直杭としているが、複数の杭３の全部又は一部を斜杭としてもよい。

＜骨組構造＞
骨組構造５は、複数の杭３の頭部を連結する杭頭連結部１１及び杭頭連結部１１から立ち上がるように設けられた複数の縦部材１３を有している。
杭頭連結部１１は、図１に示すように、格子状に形成された各桁材１１ａの交差部１１ｂに杭３が挿入される開口部を有する構造である。杭頭と開口部とは一体化されるが、この一体化の手法は従来のジャケット式岸壁、ストラット式岸壁で用いられる手法、具体的にはグラウト材の注入によればよい。
なお、杭頭連結部１１は、各桁材１１ａと交差部１１ｂによって構成されてもよいが、各桁材１１ａ及び交差部１１ｂの全体を覆うように床版が設けられた構造であってもよい。

縦部材１３は、矢板壁２３に最も近い交差部１１ｂに矢板壁２３側に突出するように形成された突出部１１ｃから縦方向に延出している。もっとも、縦部材１３は杭頭連結部１１と一体化されて縦方向に延出しておればよく、杭頭連結部１１からの延出位置は特に限定されない。例えば、杭頭連結部１１における矢板壁２３に最も近い桁材１１ａから縦方向に延出するものでもよい。

骨組構造５は、例えば形鋼等の鋼製部材によって形成されてもよいし、あるいはプレキャストコンクリート構造、鋼コンクリート合成構造であってもよい。

＜水平部材＞
水平部材７は、骨組構造５における縦部材１３の上部に、矢板壁２３に対して矢板壁２３幅方向に連続して取り付けられており、水平部材７と矢板壁２３との間には連続的な隙間が形成されている。なお、水平部材７と矢板壁２３は当接する部分があってもよく、この場合には、隙間は断続的となる。
また、水平部材７の縦方向の位置は、縦部材１３の上部に限定されるものではなく、例えば既設の矢板壁２３に水平部材７の取り付けに障害となる部材がある場合には該部材を避けて取り付けるようにすればよい。
さらに、水平部材７と縦部材１３の位置関係については、水平力を縦部材１３に伝達できればよく、水平部材７を縦部材１３の矢板壁２３側に配置してもよく、あるいは水平部材７を縦部材１３の上端面に配置してもよい。
このように、水平部材７の縦部材１３に対する取付位置は任意に設定可能であり、施工性に優れている。

水平部材７は、骨組構造５と同様に、例えば形鋼等の鋼製部材によって形成されてもよいし、あるいはプレキャストコンクリート構造、鋼コンクリート合成構造であってもよい。
また、図１では、水平部材７が一段のものを図示しているが、水平部材７の段数は1段に限らず、複数段としてもよい。

＜水平力伝達部材＞
水平力伝達部材９は、水平部材７と矢板壁２３との隙間に配設されて、矢板壁２３から受ける水平力を水平部材７に伝達する部材である。
水平力伝達部材９は、矢板壁２３からの水平力を水平部材７に伝達できればよく、それ故に水平部材７及び矢板壁２３と一体化される必要がなく、水中溶接等によるスタッド溶接等を不要とすることができる。
また、水平力伝達部材９の材質は特に限定されず、圧縮力を確実に伝達できるものであればよく、例えば前記隙間に打設された水中コンクリート、水中モルタル等が好ましい。

水平力伝達部材９を水中コンクリートで形成する場合には、水平部材７の下面と矢板壁２３の間隙をふさぐように型枠を設置して、水中コンクリートを打設すればよい。
あるいは、縦部材１３と矢板壁２３との間に適宜型枠を設け水平部材７の下部の高さ位置まで中詰め材を設置して、該中詰め材の上に水中コンクリートを打設するようにしてもよい。
なお、水平力伝達部材９の鉛直方向の幅は、水平部材７の幅程度とすればよいが、施工状況によっては水平部材７のよりも厚くなってもよい。

上記の既存矢板式岸壁の改良構造１を設計するに際して、矢板壁２３の応力照査方法は、永続状態で算出した応力と、矢板壁２３と改良のために新設した構造（骨組構造５及び杭３）を考慮した状態で変動状態荷重増分（地震時土圧および動水圧から永続状態土圧を差引いた値）に対して算出した応力を足し合わせて評価することとし、新設した構造の応力照査方法は、変動状態荷重増分で評価するようにすればよい。

この点を、図４、図５に基づいて詳細に説明する。ここでは、タイロッド取付点と水底面を支点として、水底面以浅の荷重を考慮して設計する仮想ばり法に基づいて説明する。図４は矢板壁２３に作用する荷重分布を模式的に示す図であり、図４（ａ－１）のＡが永続状態（地震が発生していない状態）において矢板壁に作用する荷重分布（永続状態土圧）であり、図４（ａ－２）のＢが地震時（変動状態）に作用する荷重（土圧および動水圧）、図４（ａ－３）は荷重Ｂから荷重Ａを差し引いた荷重（変動状態荷重増分）を示している。
また、図４（ｂ）は改良前の矢板壁２３に作用する永続状態土圧Ａを、図４（ｃ）は改良後の矢板壁２３に作用する変動状態荷重増分Ｂ－Ａをそれぞれ示している。
変動状態荷重増分Ｂ－Ａによる矢板壁に発生する応力は、図４（ｃ）に示すように、新設の構造による水平バネの作用によって、小さくなる。
なお、新設の構造の水平バネは、図５に示すように、新設の構造を梁と地盤バネでモデル化してａ点に載荷した荷重と変位の関係から求められる。

一般に、改良構造１に対しての応力照査は、改良によって新設した構造及び既存の矢板壁２３の全体に対して図４（ａ－２）に示す地震時に作用する荷重Ｂを考慮して行われる。
しかしながら、このような応力照査方法では、新設する構造に対して過剰な設計になる可能性がある。
そこで、矢板壁２３の応力照査は、図４（ｂ）（ｃ）に示すように、永続状態土圧Ａと変動状態荷重増分Ｂ－Ａを足し合わせて応力照査をし、新設の構造については、永続状態土圧Ａは矢板壁２３によって支持されているとして、これを考慮することなく、地震時土圧Ｂのみを考慮して応力照査を行うのが好ましい。具体的には、図４（ｃ）から求められる水平バネの反力を、図５の新設の構造に作用する荷重としてよい。
なお、ここでは、仮想ばり法にて説明したが、矢板壁２３と新設の構造を一体的に梁と地盤バネでモデル化して設計してもよい。

次に上記のような既存矢板式岸壁の改良構造１の施工方法、すなわち既存矢板式岸壁の改良方法について説明する。
骨組構造５における縦部材１３の上部に水平部材７を設置した構造体１５（図６参照）を予め工場等において作製する。
この構造体１５を、矢板壁２３の水域側の水底２１に、水平部材７と矢板壁２３の間に連続的又は断続的な隙間を空けて配置する（構造体配置工程）。
次に、矢板壁２３の水域側の水底２１に、複数の杭３を打設し（杭打設工程）、打設された杭の上端を杭頭連結部１１に一体化する（杭・構造体一体化工程）。
次に、水平力伝達部材９を、水平部材７と矢板壁２３の隙間に配設する（水平力伝達部材配設工程）。

水平力伝達部材９として、水中コンクリート又は水中モルタル等を用いる場合には、水平力伝達部材配設工程は、水平部材７の下面と矢板壁２３の間隙をふさぐように型枠を設置し、この型枠に水中コンクリート又は水中モルタル等を打設するようにすればよい。
あるいは、縦部材１３と矢板壁２３との間に適宜型枠を設け水平部材７の下部の高さ位置まで砂や石等の中詰め材を設置して、該中詰め材の上に水中コンクリート又は水中モルタル等を打設するようにしてもよい。
なお、型枠は、構造体１５の設置後に水中作業で取り付けてもよいし、構造体１５に予め取り付けておいてもよい。

なお、構造体配置工程と杭打設工程の施工順序は特に限定されず、どちらを先に行ってもよい。
また、船舶の大型化に伴う岸壁水深の増深が必要な場合であって、既存の矢板壁２３前面の地盤を掘削しても安定上問題ない場合には、図７に示すように、構造体配置工程の前に、水域側水底面を掘削して水深を深くする水底面掘削工程を行うようにすればよい。

次に、上記のように構成された本実施の形態の矢板壁２３の曲げモーメント低減効果について、図８、図９に基づいて説明する。
図１０に示した改良前の既存の矢板壁２３には、図８（ａ）の土圧によって図８（ｂ）に示すような曲げモーメントが発生する。ここで水域に凸となる場合を正の曲げモーメントとする（＋Ｍと表記）。
これに対して、図９（ａ）に示すように改良構造にすることで、矢板壁２３には、新たに設置した構造体１５による水平方向の反力（陸側への作用）によって、図９（ｂ）に示すように、図８とは逆向きの曲げモーメントが発生し、この逆向きの曲げモーメントによって、図９（ｃ）に示すように、土圧による曲げモーメントが低減される。
これによって、矢板壁２３に発生する応力の増加、矢板壁２３の根入れ長さ不足、タイロッド張力補強、控え工２９に発生する応力の増加に対応することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、陸上部２７での施工がなく水域側のみでの施工が可能であり、陸側の施工が制限される場合にも適用可能である。
また、縦部材１３に対する水平部材７の取り付け位置を任意に設定でき、このため水平力伝達部材９を介しての既存の矢板壁２３との係止位置を任意に設定可能であり、施工性に優れている。
さらに、水平力伝達部材９は、矢板壁２３からの水平力を水平部材７に伝達できればよく、それ故に水平部材７及び矢板壁２３と一体化される必要がなく、水中溶接等によるスタッド溶接等を不要とすることができる。スタッド溶接の場合、鋼矢板又は鋼管矢板が溶接に対応した成分のものでないと溶接による脆化が懸念されるが、本実施の形態ではこのようなことが懸念されることがない。

なお、本実施の形態では、既存の矢板壁２３の水域側に水平力伝達部材９、水平部材７を介して縦部材１３が配置されるため、縦部材１３の位置が既存の矢板壁２３よりも水域側に出っ張る。この場合に、船舶の接岸の支障とならないように、図２に示すように、既存の上部工２５を水域側に拡幅する増幅上部工１７を設置するようにすればよい。もっとも、増幅上部工１７は岸壁全長の必要はなく、また、増幅上部工１７を設けることなく接岸用の防舷材を変えることで対応可能なこともある。

１ 既存矢板式岸壁の改良構造
３ 杭
５ 骨組構造
７ 水平部材
９ 水平力伝達部材
１１ 杭頭連結部
１１ａ 桁材
１１ｂ 交差部
１１ｃ 突出部
１３ 縦部材
１５ 構造体
１７ 増幅上部工
１９ 矢板式岸壁
２１ 水底
２３ 矢板壁
２５ 上部工
２７ 陸上部
２９ 控え工
３１ タイロッド

Claims (6)

1. 既存の矢板式岸壁における矢板壁の水域側水底面に打設された複数の杭と、該複数の杭の頭部を連結する杭頭連結部及び該杭頭連結部から立ち上がるように設けられた複数の縦部材を有する骨組構造と、前記縦部材に前記矢板壁の幅方向に連続して取り付けられた水平部材と、該水平部材と前記矢板壁との間に連続的又は断続的に形成された隙間に配設されて前記矢板壁から受ける水平力を前記水平部材に伝達する水平力伝達部材とを備えたことを特徴とする既存矢板式岸壁の改良構造。
2. 前記水平力伝達部材は、水中コンクリート又は水中モルタルであることを特徴とする請求項１記載の既存矢板式岸壁の改良構造。
3. 矢板壁を有する既存の矢板式岸壁の改良方法であって、
   杭の頭部を連結する杭頭連結部及び該杭頭連結部から立ち上がるように設けられた複数の縦部材を有する骨組構造と、該骨組構造における前記縦部材に取り付けられた水平部材とを有する構造体を、前記矢板壁の水域側水底面に、前記水平部材と前記矢板壁の間に連続的又は断続的な隙間を空けて配置する構造体配置工程と、
   前記矢板壁の水域側水底面に、複数の杭を打設する杭打設工程と、
   打設された杭の上端を前記杭頭連結部に一体化する杭・構造体一体化工程と、
   前記矢板壁から受ける水平力を前記水平部材に伝達する水平力伝達部材を、前記隙間に配設する水平力伝達部材配設工程とを備えたことを特徴とする既存矢板式岸壁の改良方法。
4. 前記構造体配置工程の前に、前記水域側水底面を掘削して水深を深くする水底面掘削工程を備えたことを特徴とする請求項３記載の既存矢板式岸壁の改良方法。
5. 前記水平力伝達部材配設工程は、前記水平部材の下方に設置した型枠に水中コンクリート又は水中モルタルを打設することを特徴とする請求項３又は４に記載の既存矢板式岸壁の改良方法。
6. 前記水平力伝達部材配設工程は、前記構造体における前記縦部材と前記矢板壁との間に型枠を設け前記水平部材の下部の高さ位置まで中詰め材を設置する工程と、該中詰め材の上に水中コンクリート又は水中モルタルを打設する工程を備えていることを特徴とする請求項３又は４に記載の既存矢板式岸壁の改良方法。

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