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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023097274
(43)【公開日】2023-07-07
(54)【発明の名称】ピア構造物の洗掘防止構造体及び洗掘防止方法
(51)【国際特許分類】
E02D 27/52 20060101AFI20230630BHJP
E02D 27/34 20060101ALI20230630BHJP
【ＦＩ】
E02D27/52
E02D27/34 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021213536
(22)【出願日】2021-12-27
(71)【出願人】
【識別番号】000151449
【氏名又は名称】株式会社東京久栄
(71)【出願人】
【識別番号】800000068
【氏名又は名称】学校法人東京電機大学
(74)【代理人】
【識別番号】100166073
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 秀治
(72)【発明者】
【氏名】中井 正則
(72)【発明者】
【氏名】谷田部 宏春
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 駆
(72)【発明者】
【氏名】中林 孝之
(72)【発明者】
【氏名】西村 規宏
【テーマコード（参考）】
2D046
【Ｆターム（参考）】
2D046DA05
2D046DA61
(57)【要約】
【課題】施工に手間がかからず、任意の方向の流れを受ける洋上風力発電におけるピア構造物に対しても、十分な洗掘防止効果が得られる手段を提供する。
【解決手段】 （制御板の開孔部の総面積／制御板の総面積）で示される空隙率が０．６０以上０．９０以下の制御板（２）が２組４枚存在し、ピア構造物（１）の外周面の鉛直方向に沿って対称に位置している。
【選択図】図１
【解決手段】 （制御板の開孔部の総面積／制御板の総面積）で示される空隙率が０．６０以上０．９０以下の制御板（２）が２組４枚存在し、ピア構造物（１）の外周面の鉛直方向に沿って対称に位置している。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
（制御板の開孔部の総面積／制御板の総面積）で示す空隙率が０．６０以上０．９０以下の制御板が、ピア構造物の外周面の鉛直方向に沿って、対称に位置することを特徴とする、ピア構造物の洗掘防止構造体。
【請求項2】
前記制御板が、２組存在することを特徴とする、請求項１に記載のピア構造物の洗掘防止構造体。
【請求項3】
前記２組存在する４枚の制御板について、隣接する制御板との角度が、円柱状のピア構造物を四等分するように９０度であることを特徴とする、請求項２に記載のピア構造物の洗掘防止構造体。
【請求項4】
ピア構造物の外周面の鉛直方向に沿って、（制御板の開孔部の総面積／制御板の総面積）で示す空隙率が０．６０以上０．９０以下の制御板を、対称に取り付けることで水流を制御することを特徴とする、ピア構造物の洗掘防止方法。
【請求項5】
前記制御板を、２組取り付けることを特徴とする、請求項４に記載のピア構造物の洗掘防止方法。
【請求項6】
前記２組取り付ける４枚の制御板について、隣接する制御板との角度が、ピア構造物を四等分するように９０度であることを特徴とする、請求項５に記載のピア構造物の洗掘防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ピア構造物の洗掘防止構造体及び洗掘防止方法に関し、詳細には洋上風力発電で必須な風車タービン台であるピア構造物の洗掘防止構造及び洗掘防止方法に関する。
【背景技術】
【0002】
河川等の水中構造物周辺に発生する洗掘を防止する洗掘防止技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。
該技術は、河川等の水中構造物周辺に発生する洗掘を防止するための工法であって、水中構造物の周囲に、下層になるほど粒径の小さい捨石を敷設し、網体の線材が曲折可能であり、網目が表層捨石よりも小さく、網目の格点において上下左右に回転可能な連結部材により連結された網体を、前記捨石上に被覆することを特徴とする洗掘防止工法である。
該技術は、河川等の水中構造物周辺に発生する洗掘を防止するための工法であって、水中構造物の周囲に、下層になるほど粒径の小さい捨石を敷設し、網体の線材が曲折可能であり、網目が表層捨石よりも小さく、網目の格点において上下左右に回転可能な連結部材により連結された網体を、前記捨石上に被覆することを特徴とする洗掘防止工法である。
【0003】
また、橋脚基礎構造物の洗掘防止装置として、特許文献２に記載の技術が知られている。
該技術は、橋脚基礎構造物を囲んでおり、複数の孔が形成されている密閉板と、一面が密閉板の一面に連結されており、橋脚基礎構造物から所定距離離れ、複数の第１流れ孔が形成されている第１流れ誘導板と、一面が密閉板の他面に連結されており、橋脚基礎構造物から所定距離離れ、複数の第２流れ孔が形成されている第２流れ誘導板と、第１流れ誘導板と第２流れ誘導板とを連結し、流体の流れを防ぐ遮断板と、を含み、第１流れ誘導板と第２流れ誘導板は、橋脚基礎構造物を基準として互いに対称することを特徴とするものである。
該技術は、橋脚基礎構造物を囲んでおり、複数の孔が形成されている密閉板と、一面が密閉板の一面に連結されており、橋脚基礎構造物から所定距離離れ、複数の第１流れ孔が形成されている第１流れ誘導板と、一面が密閉板の他面に連結されており、橋脚基礎構造物から所定距離離れ、複数の第２流れ孔が形成されている第２流れ誘導板と、第１流れ誘導板と第２流れ誘導板とを連結し、流体の流れを防ぐ遮断板と、を含み、第１流れ誘導板と第２流れ誘導板は、橋脚基礎構造物を基準として互いに対称することを特徴とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０００－１４４６７５号公報
【特許文献2】特表２０１１－５１６７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載の技術は、大量な捨石の敷設作業が必要であり、更に、網体で被覆する作業が必要なので、施工に手間がかかる。
特許文献２に記載の技術は、通常の河川や洪水流のような一方向流や潮汐流のような一軸往復流れに代表される特定方向の流れには有効であるが、水平面内における３６０度の不特定の任意の方向の流れを受ける環境下にある洋上風力発電におけるピア構造物に対して、十分な洗掘防止効果が得られるものではなかった。
特許文献２に記載の技術は、通常の河川や洪水流のような一方向流や潮汐流のような一軸往復流れに代表される特定方向の流れには有効であるが、水平面内における３６０度の不特定の任意の方向の流れを受ける環境下にある洋上風力発電におけるピア構造物に対して、十分な洗掘防止効果が得られるものではなかった。
【0006】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、施工に手間がかからず、任意の方向の流れを受ける洋上風力発電におけるピア構造物に対しても、十分な洗掘防止効果が得られる手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の課題を解決するための手段は、下記のとおりである。
【0008】
第１に、
（制御板の開孔部の総面積／制御板の総面積）で示される空隙率が、０．６０以上０．９０以下、望ましくは０．６５以上０．８５以下、より望ましくは０．７０以上０．８０以下、さらに望ましく０．７３以上０．７７以下の制御板が、円柱状のピア構造物の外周面の鉛直方向に沿って、対称に位置することを特徴とする、ピア構造物の洗掘防止構造体。
第２に、
制御板が、２組存在することを特徴とする、前記第１に記載のピア構造物の洗掘防止構造体。
第３に、
２組存在する４枚の制御板について、隣接する制御板との角度が、円柱状のピア構造物を四等分するように９０度であることを特徴とする、前記第２に記載のピア構造物の洗掘防止構造体。
（制御板の開孔部の総面積／制御板の総面積）で示される空隙率が、０．６０以上０．９０以下、望ましくは０．６５以上０．８５以下、より望ましくは０．７０以上０．８０以下、さらに望ましく０．７３以上０．７７以下の制御板が、円柱状のピア構造物の外周面の鉛直方向に沿って、対称に位置することを特徴とする、ピア構造物の洗掘防止構造体。
第２に、
制御板が、２組存在することを特徴とする、前記第１に記載のピア構造物の洗掘防止構造体。
第３に、
２組存在する４枚の制御板について、隣接する制御板との角度が、円柱状のピア構造物を四等分するように９０度であることを特徴とする、前記第２に記載のピア構造物の洗掘防止構造体。
【0009】
第４に、
円柱状のピア構造物の外周面の鉛直方向に沿って、（制御板の開孔部の総面積／制御板の総面積）で示す空隙率が、０．６０以上０．９０以下、望ましくは０．６５以上０．８５以下、より望ましくは０．７０以上０．８０以下、さらに望ましく０．７３以上０．７７以下の制御板を、対称に取り付けることで水流を制御することを特徴とする、ピア構造物の洗掘防止方法。
第５に、
制御板を、２組取り付けることを特徴とする、前記第４に記載のピア構造物の洗掘防止方法。
第６に、
２組取り付ける４枚の制御板について、隣接する制御板との角度が、円柱状のピア構造物を四等分するように９０度であることを特徴とする、前記第５に記載のピア構造物の洗掘防止方法。
円柱状のピア構造物の外周面の鉛直方向に沿って、（制御板の開孔部の総面積／制御板の総面積）で示す空隙率が、０．６０以上０．９０以下、望ましくは０．６５以上０．８５以下、より望ましくは０．７０以上０．８０以下、さらに望ましく０．７３以上０．７７以下の制御板を、対称に取り付けることで水流を制御することを特徴とする、ピア構造物の洗掘防止方法。
第５に、
制御板を、２組取り付けることを特徴とする、前記第４に記載のピア構造物の洗掘防止方法。
第６に、
２組取り付ける４枚の制御板について、隣接する制御板との角度が、円柱状のピア構造物を四等分するように９０度であることを特徴とする、前記第５に記載のピア構造物の洗掘防止方法。
【0010】
前記第１から第６に示す手段における高空隙率の「制御板」は、ピア構造物の周辺に発生する馬蹄形渦を制御し弱体化することで、渦渡の低下を図り、水底土砂の巻き上げを抑制し、局所洗掘を軽減させるものである。
すなわち、高空隙率の制御板は、馬蹄形渦をぶつ切りにすると共に、横切り流れに対して「阻害→通過」のように作用転換することにより、新たな組織渦の発生を抑制するものである。
高空隙率の制御板としては、薄肉の網状平板を採用することができるが、薄肉平板に多数の開孔群を設けることで形成することもできる。
ここで、「空隙率」とは、制御板に対して貫通している開孔部の存在割合を示したものであり、次式で表されるものである。
空隙率＝（制御板の開孔部の総面積／制御板の総面積）
すなわち、高空隙率の制御板は、馬蹄形渦をぶつ切りにすると共に、横切り流れに対して「阻害→通過」のように作用転換することにより、新たな組織渦の発生を抑制するものである。
高空隙率の制御板としては、薄肉の網状平板を採用することができるが、薄肉平板に多数の開孔群を設けることで形成することもできる。
ここで、「空隙率」とは、制御板に対して貫通している開孔部の存在割合を示したものであり、次式で表されるものである。
空隙率＝（制御板の開孔部の総面積／制御板の総面積）
【0011】
前記第１から第６に示す手段において制御板の位置について対称とは、円柱状のピア構造物を挟んで存在する２枚１組の制御板が、円柱状のピア構造物の中心線を含む縦断面の延長面上にあることをいう。
例えば、円柱状のピア構造物の場合には、複数の制御板を等角度間隔で、ピア構造物の中心から半径外周方向に突き出した形で、円筒状の外周面に接して配置することで制御板の位置を完全対称にすることができる。
例えば、円柱状のピア構造物の場合には、複数の制御板を等角度間隔で、ピア構造物の中心から半径外周方向に突き出した形で、円筒状の外周面に接して配置することで制御板の位置を完全対称にすることができる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば以下の効果を奏することができる。
【0013】
本発明は、高空隙率の制御板を対称に設置するだけなので、施工に手間がかからず、任意の方向の流れを受ける洋上風力発電におけるピア構造物に対しても、十分な洗掘防止効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施例１の説明図である。
【図2】本発明の実施例２の説明図である。
【図3】本発明の実施例３の説明図である。
【図4】本発明の試験例１の説明図である。
【図5】本発明の試験例２の説明図である。
【図6】本発明の試験例３の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。
ここで、添付図面において同一の部材には同一符号を付しており、また重複した説明は省略されている。
なお、ここでの説明は本発明が実施される一形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。
ここで、添付図面において同一の部材には同一符号を付しており、また重複した説明は省略されている。
なお、ここでの説明は本発明が実施される一形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。
【実施例0016】
【実施例0017】
【実施例0018】
図３に示すとおり、本実施例３のピア構造物の洗掘防止構造体は、洋上風力発電で必須な風車タービン台であるピア構造物１に、空隙率が０．７５の網状平板である制御板２を、４５度の間隔で８枚取り付けたものである。
該実施例３のピア構造物の洗掘防止構造体は、４組の制御板２が、対称位置に取り付けられている。。
該実施例３の制御板２も、実施例１と同様に、高さがピア構造物の半径と略等しく、長さがピア構造物１の直径と略等しいものである（図１中の（Ｂ）参照）。
該実施例３のピア構造物の洗掘防止構造体は、４組の制御板２が、対称位置に取り付けられている。。
該実施例３の制御板２も、実施例１と同様に、高さがピア構造物の半径と略等しく、長さがピア構造物１の直径と略等しいものである（図１中の（Ｂ）参照）。
【0019】
次に、前記実施例１－３に示すピア構造物の洗掘防止構造体によるピア構造物の洗掘防止方法について説明する。
【0020】
円柱状のピア構造物１の外周面の鉛直方向に沿って、空隙率が０．７５である制御板２を、対称に取り付ける。
対称位置に制御板２を取り付けることで、ピア構造物１の周辺に発生する馬蹄形渦を制御し弱体化を図ることができるので、水底土砂の巻き上げを抑制し、局所洗掘を軽減させることが可能となる。
すなわち、高空隙率の制御板２は、馬蹄形渦をぶつ切りにすると共に、横切り流れに対して「阻害→通過」のように作用転換することにより、新たな組織渦の発生を抑制することで水流を制御し、ピア構造物の洗掘防止を図ることができる。
対称位置に制御板２を取り付けることで、ピア構造物１の周辺に発生する馬蹄形渦を制御し弱体化を図ることができるので、水底土砂の巻き上げを抑制し、局所洗掘を軽減させることが可能となる。
すなわち、高空隙率の制御板２は、馬蹄形渦をぶつ切りにすると共に、横切り流れに対して「阻害→通過」のように作用転換することにより、新たな組織渦の発生を抑制することで水流を制御し、ピア構造物の洗掘防止を図ることができる。
【0021】
次に、試験例について説明する。
始めに、共通の試験条件について説明する。
始めに、共通の試験条件について説明する。
【0022】
各試験は、試験用の直線水路（水平設置）において試験を行った。
該直線水路は、長さ６（ｍ）、幅４０（ｃｍ）、高さ２５（ｃｍ）である。
試験条件は、土砂粒径ｄ≒０．１（ｍｍ）、水深ｈ＝（３．３ｃｍ）、流速ｕ＝１４．８（ｃｍ／ｓ）である。
各図において、白抜矢印は流れ方向を示している。
レイノルズ数は、Ｒｅ＝４．８×１０３である。
該直線水路は、長さ６（ｍ）、幅４０（ｃｍ）、高さ２５（ｃｍ）である。
試験条件は、土砂粒径ｄ≒０．１（ｍｍ）、水深ｈ＝（３．３ｃｍ）、流速ｕ＝１４．８（ｃｍ／ｓ）である。
各図において、白抜矢印は流れ方向を示している。
レイノルズ数は、Ｒｅ＝４．８×１０３である。
【0023】
各試験におけるピア構造物は、直径ｄ＝５．０（ｃｍ）である。
各試験における制御板は、長さＬ＝５．０（ｃｍ）、高さＨ＝１．０（ｃｍ）、空隙率Φ＝０．７５である。
各試験における制御板は、長さＬ＝５．０（ｃｍ）、高さＨ＝１．０（ｃｍ）、空隙率Φ＝０．７５である。
【0024】
図４に示すとおり、実施例１の４枚タイプのピア構造物の洗掘防止構造体は、図４中の（１）に示すように、１枚の制御板が流れ方向と合致するように取り付けられている。
図４中の（２）は、１枚の制御板が流れ方向対して４５度の角度を有するように取り付けられている。
図４中の（３）は、制御板を全く取り付けない場合を示し、図中のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、各試験例に共通するデータの測定地点を示している。
図４中の（２）は、１枚の制御板が流れ方向対して４５度の角度を有するように取り付けられている。
図４中の（３）は、制御板を全く取り付けない場合を示し、図中のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、各試験例に共通するデータの測定地点を示している。
【0025】
図５に示すとおり、実施例２の６枚タイプのピア構造物の洗掘防止構造体は、図５中の（１）に示すように、１枚の制御板が流れ方向と合致するように取り付けられている。
図５中の（２）は、１枚の制御板が流れ方向対して３０度の角度を有するように取り付けられている。
図５中の（３）は、制御板を全く取り付けない場合を示し、図中のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、各試験例に共通するデータの測定地点を示している。
図５中の（２）は、１枚の制御板が流れ方向対して３０度の角度を有するように取り付けられている。
図５中の（３）は、制御板を全く取り付けない場合を示し、図中のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、各試験例に共通するデータの測定地点を示している。
【0026】
図６に示すとおり、実施例３の８枚タイプのピア構造物の洗掘防止構造体は、図６中の（１）に示すように、１枚の制御板が流れ方向と合致するように取り付けられている。
図６中の（３）は、制御板を全く取り付けない場合を示し、図中のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、各試験例に共通するデータの測定地点（以下、「測点」と略することがある。）を示している。
図６中の（３）は、制御板を全く取り付けない場合を示し、図中のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、各試験例に共通するデータの測定地点（以下、「測点」と略することがある。）を示している。
【0027】
各試験時間は５分間とし、５分後に測点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄについて、洗掘深さを測定し、ｃｍ単位で表記した。
また、前面側の測点Ａ、側面側の測点Ｂ，Ｄにおける洗掘深さの低減率（単位は％）について求めた。
なお、測点Ｃについては「堆積」なので、評価の対象外とした。
また、前面側の測点Ａ、側面側の測点Ｂ，Ｄにおける洗掘深さの低減率（単位は％）について求めた。
なお、測点Ｃについては「堆積」なので、評価の対象外とした。
【0028】
図４に示す試験例の結果は、次のとおりである。
（１）のケースの洗掘深さは、測点Ａが０．６１，測点Ｂが１．２３，測点Ｃが－０．３０，測点Ｄが１．０８であった（単位はｃｍ）。
（２）のケースの洗掘深さは、測点Ａが０．６９，測点Ｂが１．０５，測点Ｃが－０．５０，測点Ｄが１．１９（単位はｃｍ）。
（３）のケースの洗掘深さは、測点Ａが１．３８，測点Ｂが１．７９，測点Ｃが－０．１５，測点Ｄが１．３１であった（単位はｃｍ）。
（１）のケースの低減率は、測点Ａが５６、測点Ｂ，Ｄの平均が２５であった（単位は％）。
（２）のケースの低減率は、測点Ａが５０、測点Ｂ，Ｄの平均が２８であった（単位は％）。
（１）のケースの洗掘深さは、測点Ａが０．６１，測点Ｂが１．２３，測点Ｃが－０．３０，測点Ｄが１．０８であった（単位はｃｍ）。
（２）のケースの洗掘深さは、測点Ａが０．６９，測点Ｂが１．０５，測点Ｃが－０．５０，測点Ｄが１．１９（単位はｃｍ）。
（３）のケースの洗掘深さは、測点Ａが１．３８，測点Ｂが１．７９，測点Ｃが－０．１５，測点Ｄが１．３１であった（単位はｃｍ）。
（１）のケースの低減率は、測点Ａが５６、測点Ｂ，Ｄの平均が２５であった（単位は％）。
（２）のケースの低減率は、測点Ａが５０、測点Ｂ，Ｄの平均が２８であった（単位は％）。
【0029】
図５に示す試験例の結果は、次のとおりである。
（１）のケースの洗掘深さは、測点Ａが０．７５，測点Ｂが１．２３，測点Ｃが－０．０４，測点Ｄが１．５７であった（単位はｃｍ）。
（２）のケースの洗掘深さは、測点Ａが１．２０，測点Ｂが１．３８，測点Ｃが－０．４９，測点Ｄが１．５０（単位はｃｍ）。
（３）のケースの洗掘深さは、測点Ａが１．３８，測点Ｂが１．７９，測点Ｃが－０．１５，測点Ｄが１．３１であった（単位はｃｍ）。
（１）のケースの低減率は、測点Ａが４６、測点Ｂ，Ｄの平均が１０であった（単位は％）。
（２）のケースの低減率は、測点Ａが１３、測点Ｂ，Ｄの平均が７であった（単位は％）。
（１）のケースの洗掘深さは、測点Ａが０．７５，測点Ｂが１．２３，測点Ｃが－０．０４，測点Ｄが１．５７であった（単位はｃｍ）。
（２）のケースの洗掘深さは、測点Ａが１．２０，測点Ｂが１．３８，測点Ｃが－０．４９，測点Ｄが１．５０（単位はｃｍ）。
（３）のケースの洗掘深さは、測点Ａが１．３８，測点Ｂが１．７９，測点Ｃが－０．１５，測点Ｄが１．３１であった（単位はｃｍ）。
（１）のケースの低減率は、測点Ａが４６、測点Ｂ，Ｄの平均が１０であった（単位は％）。
（２）のケースの低減率は、測点Ａが１３、測点Ｂ，Ｄの平均が７であった（単位は％）。
【0030】
図６に示す試験例の結果は、次のとおりである。
（１）のケースの洗掘深さは、測点Ａが０．７２，測点Ｂが０．９６，測点Ｃが－０．５３，測点Ｄが１．２８であった（単位はｃｍ）。
（３）のケースの洗掘深さは、測点Ａが１．３８，測点Ｂが１．７９，測点Ｃが－０．１５，測点Ｄが１．３１（単位はｃｍ）。
（１）のケースの低減率は、測点Ａが４８、測点Ｂ，Ｄの平均が２８であった（単位は％）。
（１）のケースの洗掘深さは、測点Ａが０．７２，測点Ｂが０．９６，測点Ｃが－０．５３，測点Ｄが１．２８であった（単位はｃｍ）。
（３）のケースの洗掘深さは、測点Ａが１．３８，測点Ｂが１．７９，測点Ｃが－０．１５，測点Ｄが１．３１（単位はｃｍ）。
（１）のケースの低減率は、測点Ａが４８、測点Ｂ，Ｄの平均が２８であった（単位は％）。
【0031】
前記試験結果によると、ピア構造物の前面（測点Ａ）の洗堀は、制御板を取り付けた各試験例についてほぼ５０％以上の軽減が確認された。
また、ピア構造物の側面（測点Ｂ，Ｄ）の洗堀も、制御板を取り付けた各試験例について２５％以上の軽減が確認された。
また、ピア構造物の側面（測点Ｂ，Ｄ）の洗堀も、制御板を取り付けた各試験例について２５％以上の軽減が確認された。
