スクリューパイル

らせん状アンカー

スクリュー杭（スクリューパイル、スクリューピア、スクリューアンカー、スクリュー基礎、グラウンドスクリュー、ヘリカルパイル、 ヘリカルピア、ヘリカルアンカーとも呼ばれる）は、深い基礎の建設に使用される鋼製のスクリューイン杭および地盤アンカーシステムです。スクリュー杭は通常、高強度鋼^{[ 1 ]}から製造され、様々なサイズの管状中空セクションと螺旋状のフライトが用いられます。

杭軸は構造物の荷重を杭に伝達します。杭軸には、現場の地盤条件に合わせて螺旋状の鋼板が溶接されます。螺旋は、規定のピッチでプレス成形することも、杭軸に規定のピッチで溶接された平板で構成される場合もあります。螺旋の数、直径、杭軸上の位置、そして鋼板の厚さは、以下の要素の組み合わせによって決定されます。

1. 複合構造設計荷重要件
2. 地質工学パラメータ
3. 環境腐食パラメータ
4. 支持または拘束される構造物の最小設計寿命。

スクリューパイルの鋼製シャフトセクションは、製造地域の設計パラメータと建築基準に準拠します。

鋼鉄シャフト上に溶接されたらせん構造は、「らせんフライト」または単に「フライト」とも呼ばれ、土壌の状態に応じてサイズが異なります。

ヘリカルアンカー、ヘリカル杭、ヘリカル橋脚にはいくつかの違いがありますが、これらの用語はしばしば同じ意味で使用されます。ヘリカルアンカーは、伸縮可能な鋼製シャフトとヘリカルベアリングプレートで構成されています。杭または橋脚は、垂直方向または水平方向の荷重に耐え、または伝達する強固な基礎要素を指します。アンカーは、拘束壁のタイバックや転倒力に抵抗する垂直地盤アンカーなど、引張用途にのみ使用される杭です。

インストール

杭は通常、標準的な履帯式または車輪式掘削機を用いて設置されます。これらの掘削機には油圧トルクモーターアタッチメントが取り付けられており、設置時に得られるトルクをモニタリングすることで設計を検証します。使用される機械は、スキッドステアローダーから5トンから80トンの掘削機まで多岐にわたります。5,000 N⋅mから500,000 N⋅mまでのトルク容量を持つ回転式油圧パワーヘッドは、様々なブーム構成に合わせてカスタムメイドされます。特殊な駆動アタッチメントによって、スクリュー杭が機械に接続されます。設計荷重と沈下量を満たすには、正しい設置技術が重要です。不適切な技術は、杭全体の性能低下につながる可能性があります。

発達

スクリューパイル

スクリュー杭^{[ 2 ]}は、アイルランドの土木技師アレクサンダー・ミッチェルが1848年に『Civil Engineer and Architect's Journal』誌に掲載した論文で初めて記述されましたが、この時点では螺旋杭がすでに10年近く使用されていました。^{[ 3 ]}スクリュー基礎は1800年代に灯台の杭基礎として初めて登場し、^{[ 4 ]}港湾の桟橋に広く使用されました。1850年代から1890年代にかけて、米国東海岸にはスクリュー杭を用いた100基以上のスクリュー杭式灯台が建設されました。当初は鋳鉄または錬鉄で作られていたため、支持力と引張強度が限られていました。

近年、小型スクリュー杭への使用を目的とした複合技術が開発され、特許を取得しました。複合材料は、小型スクリュー杭の製造と施工性能において、鋼材に比べて大きな利点を提供します。

現代の使用法と利点

スクリュー杭は広く使用されており、その用途は灯台から鉄道、通信、道路、および迅速な設置が求められる、あるいは既存の構造物の近くで建築工事が行われる他の多くの産業にまで広がっています。

スクリューパイルの設置は住宅用途にも広がり、多くの住宅所有者が他の選択肢よりもスクリューパイルを選択しています。螺旋杭基礎の一般的な用途としては、住宅のデッキ、小屋、セメント系基礎、プレフォーム階段、地盤梁などがあります。^{[ 5 ]}

現代のスクリューパイルの設計は、標準的な構造および土質工学の原理に基づいています。スクリューパイルの設計者は通常、さまざまな土壌プロファイルでさまざまな圧縮パイルと張力アンカー構成の現場試験を通じて開発された独自の設計ソフトウェアを使用します。腐食は、地中鋼の腐食に関する世界中のデータベースと組み合わせた、長期の現場試験に基づいて対処されています。小径パイプを使用した一般的ならせん杭は、最大 300  kN の非線形軸方向荷重、地盤条件に応じて最大 200  kN の揚重荷重、最大 25  kN の横方向荷重を抑制できます。^{[ 6 ]}設置に大型の装置を必要とする大径シャフトパイプを使用した最新のスクリューパイルは、2,500  kN を超える荷重に耐えることができます。^{[ 7 ]}大荷重容量のスクリューパイルには、さまざまなコンクリートまたは鋼構造物に接続するための、平らな半らせん、バイサロイの切断チップとらせん、キャッププレート、鉄筋インターフェイスなどのさまざまなコンポーネントがあります。

多くの業界では、コスト効率と、環境への影響の低減という観点から、スクリュー杭打ち工法を採用しています。基礎を地面に「スクリュー」で固定することで、土壌の移動が少なくなり、余剰土を現場から運び出す必要がなくなるため、輸送コストを節約し、プロジェクトの 二酸化炭素排出量を削減できます。

[1]

スクリュー杭の主な利点としては、プロジェクト時間の短縮、設置の容易さ、天候への依存性の少なさ、アクセスの容易さ、二酸化炭素排出量の削減、基礎が不要になったときの撤去の容易さ、再利用性、作業員へのリスクの軽減、コストの削減などが挙げられます。

引張荷重と圧縮荷重の両方に適しているため、マスト、標識、擁壁などにも使用されます。

参考文献

1. Mohajerani, Abbas; Bosnjak, Dusan; Bromwich, Damon (2016). 「スクリュー杭の解析と設計法：レビュー」 . Soils and Foundations . 56 (1). Elsevier BV: 115– 128. doi : 10.1016/j.sandf.2016.01.009 . ISSN  0038-0806 .
2. 「スクリュー杭」。杭打ちの専門家。
3. ハワード・A・パーコ著『らせん杭：設計と施工の実用ガイド』ジョン・ワイリー・アンド・サンズ、2009年ISBN 0-470-40479-53～11ページ。
4. ウィリアム・ジョン・マクォーン・ランキン『土木工学マニュアル』、C.グリフィン、1876年、605、766ページ。
5. 「スクリュー杭はどのように機能するのか？」ねじりスクリュー杭。
6. 「らせん状/スクリュー杭」ケラー。
7. 「らせん杭／スクリュー杭基礎」 TerraCana。