防波堤は、波浪や高潮から港を守り、安全な船舶航行や生活のために重要な役割を担う、代表的な港湾施設の一つである。図１に示すようなケーソン式混成堤は、重力式防波堤の代表的な構造形式の一つであり、東日本大震災の際に襲来した巨大津波に大きく損壊しながらも減災効果を発揮した釜石港湾口防波堤もこの形式である。大規模な防波堤の本体部分には、ケーソンと呼ばれる中空の函状コンクリート構造物に土砂などを詰めるケーソン式が採用されることが多い。近年では、ケーソン自体を鋼・コンクリートの合成構造とした図２のようなハイブリッドケーソンの採用事例が増えている。この理由の一つは、ハイブリッド型式では大型フーチング構造が実現でき、地盤反力の低減や堤体のスリム化が可能となるためである。

今回のトラブルは、このような鋼・コンクリート合成構造の防波堤ケーソン（ハイブリッドケーソン、長さ50m）の製作工事において、図３に示す大きな断面のフーチング（底版コンクリート、30-8-25BB、単位水量160kg/m³、単位セメント量348kg/m³）にひび割れが発生したものである。フーチング部の構造を図４に示す。このフーチング部には、写真１に示すように、底部鉄骨と呼ばれる鋼部材（H型の鋼材で、高さがフーチング高さに合わせて変化するもの）が縦断方向に1m間隔で配置されている。なお、底部鉄骨の上フランジの板厚は9mm、幅は100mmで、かぶりは150mmであった。

ひび割れは、フーチング上面に底部鉄骨と同じ位置および同じ方向に2mまたは3m間隔で規則的に発生しており、場所によっては1m間隔でも発生していた。ひび割れ幅は、0.2～0.3mmのものが多く、0.35mm以上のものが全体の10％程度（16本のうち2本）発生していた。また、これらのひび割れは長さが2.0～3.8mであり、図５に示すようにフーチング先端にまでは進展していなかった。

底版コンクリート（1ロット）は3月初旬に打ち込まれ、翌日には養生マットを用いた湿潤養生とともに、ブルーシートで覆って外気温の変化を抑制するような養生が実施された。ひび割れは打込みから8日前後に確認されたものが多く、１か月程度までは若干ひび割れ幅が大きくなったが、その後はひび割れ幅の変化はなかった。

フーチング上面に発生したひび割れは、ひび割れ発生時期（材齢10日前後）や規則性（底部鉄骨に沿って発生）の他に、配合条件や養生方法などの施工状況を踏まえると、「セメントの水和熱による温度応力」および「コンクリートの自己収縮による収縮応力」が主要因と考えられた。

すなわち、フーチングは最大厚さが1,500mmと断面が大きく、単位セメント量も比較的多かった（348kg/m³）ために、セメントの水和に伴ってコンクリート表面と内部の温度差が大きくなり、コンクリート表面では内部拘束による引張応力が大きくなったと考えられる。

また、水和の進行（強度の増加）に伴って生じる自己収縮も大きくなったと想定されるので、収縮しようとするコンクリートが底部鉄骨によって拘束され、引張応力が大きくなったと考えられる。

なお、ハイブリッドケーソンの底部鉄骨は、壁部や隔壁部の鋼部材（ここでは鋼殻と称す）と一体として構築されている。そのため、鋼殻全体が、底版やフーチングに埋設される鋼材を介して、底版コンクリートの水和熱による温度収縮や自己収縮を拘束して引張応力（外部拘束応力）を増大させた可能性も考えられる。ただし、この影響の程度については、3次元FEM解析等を用いて鋼殻全体の剛性を評価する必要があり、現時点では明確ではない。

このような要因によってコンクリートに発生した引張応力がコンクリートの引張強度を超えると、ひび割れが発生することになる。とくに、今回は図４に示すように底版の厚さに対して大きな比率を占める底部鉄骨が設置されており、底部鉄骨の周囲のコンクリートには応力集中が生じやすい状況にあったことから、ひび割れの発生しやすい条件であったと想定される。

なお、今回のひび割れが底部鉄骨の付近で発生しているものが多かったため、沈下ひび割れ（底部鉄骨の上フランジによって沈下が拘束されて発生）の可能性も考えられたが、コンクリートの硬化が進行した材齢1日の時点ではひび割れは発生していなかったため、沈下ひび割れの可能性は除外した。

今回のトラブル対策としては、フーチング上面の鉄筋（かぶり100mm）を対象として、鋼材腐食に対するひび割れ幅の限界値をもとに、環境条件を「特に著しい腐食性環境」と設定して、0.35mm（＝0.0035×100mm）を超えるひび割れを補修することで発注者の承認を得た。なお、海中部では酸素の供給が少ないため、過大なひび割れが生じている場合を除いて、コンクリート中の鋼材の腐食はほとんど進行しないことが知られており³⁾、フーチング部に生じた0.35mm程度のひび割れであれば補修は不要である、との説明も可能であったと思われる。

補修方法としてはひび割れ注入工法を採用し、すでにひび割れ幅の進展もないことから、超微粒子セメント注入材を用いて補修した。