港湾・空港施設被害の現地調査結果
港湾・空港施設被害の現地調査結果
Damage to port and Airport facilities
g
p
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during the 2011Off the Pacific coast of
T h k E th
k
Tohoku Earthquake
（独）港湾空港技術研究所 菅野高弘
T k hi
S
Takahiro Sugano,
地震による施設被害の要因
Wh d f iliti b k d t th EQ?
Why do facilities break due to the EQ?
• 揺れの強さ（加速度）による被害
acceleration
揺れ
速さ（周波数）による被害
• 揺れの速さ（周波数）による被害
frequency
共振：構造物と地盤の揺れが一致
応答加速度が大きくなるresonance!
• 地盤の
劣化・部材の劣化
material degradation
• 地盤の
劣化・部材の劣化
material degradation
液状化 常時は堅いが，突然液体状に l
iquefaction
繰り返し載荷による損傷
進行
繰り返し載荷による損傷の進行
cyclic loading
• プレートの動きに伴う被害
fault movement
メートル単位の即時沈下
防潮堤高さ
設計ミス／施工不良／維持管理不良は論外
設計ミス／施工不良／維持管理不良は論外
津波による施設被害の要因
Why do facilities break due to the Tsunami
Why do facilities break due to the Tsunami
• 波圧による被害
wave pressure
衝撃波圧・重複波圧・遡上波圧・越流波圧など• 流水力による被害
flow
• 流水力による被害
flow
海水と施設･地盤間の scour 摩擦力 抗力 揚力 慣性力 造波抵抗力など 摩擦力・抗力・揚力・慣性力・造波抵抗力など船舶・コンテナ・流木などの衝突 drifting objects, impact 瓦礫を含んだ混相流 multi-phase flow seawater+debris
• 浮力による被害
浮力による被害
buoyancy
buoyancy
設計ミス／施工不良／維持管理不良は論外
設計ミス／施工不良／維持管理不良は論外
地震と津波複合被害
震
津波複
被
Compound damage by EQ and Tsunami
地地
震
被
先に
地震動作用
次いで津波作用
被
害
次いで津波作用
EQ >> Tsunami
津
EQ >> Tsunami
対象施設
津
波
被
・余震による繰返作用（数ヶ月間）
after shock (few months)
海 水
被害
after shock (few months)
・津波の第二波・第三波（1日程度）
害
second, third,,,,,, tsunami
施設被害の特徴
施設被害の特徴
地震動による被害は比較的軽 The damages due to seismic m are slight.
Feature of facilities damage
are slight.
地震動の卓越周波数が高い 大規模埋立地が少ない
High frequency
There are few areas/f of sand reclamation.
地震動による被害が
確認された（＋津波作用） The damages due to seismic m The damages due to seismic m are relatively sevior.
地震動の卓越周波数が低い Low frequency
There are a lot of
津波による洗掘 八戸港 八太郎地区P岸壁取付護岸 Hachinohe port : Scouring
揚圧力による桟橋渡版の被害 久慈港 諏訪下地区岸壁
Kuji port : uplift pressure
Kuji port : uplift pressure
構造変化部・取付部の被害 釜石港 須賀地区岸壁
湾奥側取付部の段差 岸壁の供用に問題は無い
二段タイ工法の効果 仙台新港雷神ふ頭
Sendai port
施設を供用しながらSendai port
施設を供用しながら， 背後から小口径掘削 控え工を打設 控え工を打設 新設のタイ材緊張Additional tie method Additional tie method
to improve
the seismic performance, the seismic performance, to upgrade
-7.5m to -9.0m7.5m to 9.0m
岩ズリ 仙台新港高砂ふ頭2号岸壁 岩ズリ：
Un-sieved crushed stone
岩ズリ： 排水性が良い ことから ことから 液状化しにくいが， un-sieved un sieved crushed stone 地震時の 地震時の 揺すり込み沈下 粒子破砕 粒子破砕 contraction in volume during EQ volume during EQ 高砂ふ頭１号岸壁（軽微な被害）と２号岸壁（沈下量が大きい）で被害程度に差 ↓ ↓ 掘込み部分 埋立部分
slight damage relatively savvier damage
免震コンテナクレーンの効果 仙台港高砂ふ頭 免震コンテナクレーン ： ２機 一般コンテナクレーン ： ２機 一般コンテナクレーンに損傷が発生 ダンパ 横行方向 アイソレ−タ 平行 リンク 免震コンテナクレーン： 構造被害無し シアピン モ−メント受けロ−ラ Base‐isolated Container Crane
液状化への地形の影響 仙台空港 エプロン部
Backswamp Sand dune
Backswamp Sand dune
Sendai Airport
3月 13日撮影 March 13
液状化対策の効果Liquefaction remediation 仙台空港 Sendai Airport
3月18日撮影 March 18
滑走路の液状化対策は実施済み 誘導路の対策に着手予定，未施工.
The liquefaction counter measure of runway had ended, however, the taxiway was being prepared.
高圧噴射攪拌工法X-jet grouting 薬液注入工法Infiltration Solidification
液状化対策の効果 仙台空港 3月18日撮影 March 18 3月18日撮影 March 18 3月18日撮影 March 18 3月18日撮影 March 18 駐機場・ﾎﾞｰﾃﾞｨﾝｸﾞﾌﾞﾘｯｼﾞApron and PBB 対策済み滑走路 Improved runway 滑走路は健全であり，航空機の運用が可能 The runway keeps ‘Serviceability’ just after the EQ,
However, It took one week to cleanup the debris due to Tsunami.
3月20日撮影 March 20
液状化対策未施工部分では
大型輸送機の離着陸は３月１６日から,民間航空機は
４月１３日から再開 The urgent goods transportation by the C130was begun on March 13. The operation of the passenger plane restarted on April 13.
未施工部分 平行誘導路 Un‐improved taxi way
液状化対策未施工部分では，
沈下・段差が発生し航空機の運用のために 修復工事が必要
矢板式岸壁隅角部の被害 相馬港 1号ふ頭
Soma port
Soma port
地震動＞液状化が発生＞舗装及び矢板に損傷＞津波による洗掘で被害が拡大
ケーソン式岸壁隅各部の被害 相馬港3号ふ頭（整備中）
津波による基礎部の洗掘＞不安定＞引き波時水圧で転倒したものと想定 津波による基礎部の洗掘＞不安定＞引き波時水圧で転倒したものと想定
EQ >> Liquefaction >> damage to caisson>> scouring the foundation of caisson >>unstable >> overturn due to backward flow/water pressure
矢板岸壁直線部の被害 相馬港1号ふ頭 ３０ｍ×１５ｍの範囲で大規模な破損 液状化＞矢板舗装面が損傷＞津波によりエプロン部洗掘＞ 引波時の水圧差・波圧＞洗掘で被害拡大 EQ >> Liquefaction >> damage to pavement >> backward tsunami flow, water pressure & scouring
液状化による被害 小名浜港3号ふ頭 Onahama
荷役機械レール基礎（杭基礎）と背後部の段差
液状 が 生 も 想定
Liquefaction 液状化が発生し沈下したものと想定 Uneven settlement : pile supported crane rail and apron
ケーソン式岸壁の被害 小名浜港大剣ふ頭 Onahama ケーソンが海側に移動 ケ ソンが海側に移動 ↓レールスパン拡大 コンテナクレーンの 脚が損傷 Crane leg are damaged due to the rail span expand
to the rail span expand
コンクリート舗装版の変状 コンクリ ト舗装版の変状
deformation of apron pavement
↓
空洞に注意が必要
void detection is necessary
1995年兵庫県南部地震
舗装版破損 The pavement crushed during 1995 Hyogoken‐Nambu EQ.
重力式岸壁隅角部の被害 茨城港日立港区 Hitachi
第4埠頭重力式岸壁 第4埠頭重力式岸壁
Rubble mound and its foundation
Scour away bili f i
Instability of Caisson
津波により マウンド部・マウンド基礎部地盤が洗掘されたものと想定
荷役機械ﾚｰﾙ部の被害 茨城港常陸那珂港区Hitachinaka
掘込港湾の被害 鹿島港 Kashima port
Excavated port
外港地区
Excavated port
北公共埠頭地区
掘込港湾の被害 鹿島港 Kashima port
北公共埠頭地区矢板式岸壁 軽微な被害
Excavated pier showed good p g
Performance.
Damage of the reclaimed marsh part ↓
沼 埋立 部分 comparatively extensive.
南公共埠頭地区重力式岸壁C(‐7.5m)
地震被害のまとめ
サイト特性と被害程度には相関が有る
・
サイト特性と被害程度には相関が有る
correlation: the site characteristics and the damage level 青森,岩手県：高周波が卓越 被害程度 小さい 宮城,福島,茨城県：低周波側 被害程度 大きい
・
埋立地の液状化
liquefaction 三陸海岸：リアス式海岸 大規模な埋立地が少ない 三陸海岸：リアス式海岸 大規模な埋立地が少ない 掘込港湾：被害程度 小さい 地震動の特徴（長継続時間・長周期）と被害程度 地震動の特徴（長継続時間 長周期）と被害程度long duration and long period input motion >> liquefaction
微地形の影響
・
微地形の影響
被害程度が大きい部分 古地図を見ると｢沼だった」 l ti th i l df d th d l l h correlation: the micro landform and the damage level e.g. marsh 砂丘と後背湿地 sand dune – back swamp
• 液状化対策の効果
既存施設の対策 時間と費用がかかるが，
「対策しておいて良かった！」 「対策しておいて良かった！」
liquefaction countermeasure showed good performance
余震による被害拡大
• 余震による被害拡大
expansion of damage due to aftershocks• 仕様設計(旧基準)と性能設計(新基準)
• 仕様設計(旧基準)と性能設計(新基準)
概ね旧基準で整備されていた 作用地震動と被災程度の関係を整理し，性能設計の 視点で再評価 （使用性・修復性・安全性） 視点 （ 用 修復 ） →照査手法の高精度化 specification design <> performance based designspecification design <> performance based design
• 地震と津波の複合被害
地震動による損傷+
津波による損傷 = ? 軽微 ＋軽微 軽微？ 中程度？ 甚大？ 軽微 ＋軽微 ＝ 軽微？ 中程度？ 甚大？ 中程度＋軽微 ＝ 軽微？ 中程度？ 甚大？ 軽微 ＋中程度 軽微？ 中程度？ 甚大？ 軽微 ＋中程度＝ 軽微？ 中程度？ 甚大？EQ Tsunami EQ + Tsunami damage li ht d li ht d li ht ? di ? t i ? slight damage + slight damage = slight ? medium? extensive? medium damage + slight damage = slight? medium? extensive?
転倒した４階建ビル
地震と津波の複合被害
基礎杭がぶら下がっている
The building of four stories fell and its foundation pile hangs.
地震と津波の複合
被害
地震動により地盤の 過剰間隙水圧が上昇 津波により基礎部が洗掘 津波により基礎部が洗掘 水位が上がり浮力が作用 津波波力が作用 基礎杭の摩擦抵抗が小さく なっているため引き抜けた？ EQ i t d f i ti l d EQ>>increase: excess pore water pressure - decrease: frictional drag>> souring the foundation
>> buoyancy increases because the water level rises >> buoyancy increases because the water level rises >> tsunami flow/water pressure
>> overturn
