JP2016532798A - ジオセルおよびジオグリッドを伴う舗装システム - Google Patents

Abstract

本開示は、４以下の路床土支持力比（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｒａｔｉｏ）を伴う概して脆弱路床を含む場所のために好適な舗装のための舗装システムおよび方法に関する。本舗装システムは、路床上に直接配置される第１のジオグリッド層と、第１のジオグリッド層上の第１の粒状層であって、ジオグリッド層の開口距離の０．５倍〜２０倍の厚さを有する、第１の粒状層と、ジオセルおよび中詰め材料を備えている、第１の粒状層上の第１のジオセル層と、ジオセル層を覆うキャッピング層とを含む。第２のジオセル／ジオグリッド層が、所望に応じて、キャッピング層の真下に配置されることができる。随意の表面層が、所望に応じて、キャッピング層上に適用され得る。結果として生じる舗装システムは、舗装システムを覆って適用される舗装に対して長期的支持を提供する。

Description

（関連出願の引用）
本願は、米国仮特許出願第６１／８８４，２３１号（２０１３年９月３０日出願）に対する優先権を主張し、上記出願の全体が参照により本明細書に引用される。

本開示は、脆弱路床、または天然土壌、または膨張性粘土、または寒候期の間に凍上を被る土壌上での使用に好適である舗装システムに関する。これらの舗装システムは、路床を覆って位置し、道路、公園道路、歩道、および鉄道等の種々の用途において使用される。これらの舗装システムは、特に、脆弱路床に好適である。

輸送工学では、いくつかの層が、舗装の建設において認識されている。これらの層は、路床層、下層路盤層、路盤層、および表面層を含む。路床層は、天然材料であり、舗装の基盤として作用する。随意の下層路盤層は、路床を覆って敷設される。下層路盤および路盤層は、表面層のために、負荷を支え、それを容認可能レベルまで消散させるために使用される。舗装の所望の使用に応じて、別の層が、路盤層を覆って配置されることができ、本層は、舗装用路盤層として知られ得る。表面層が、次いで、この上に配置され、舗装の表面上の露出された層であり得る。表面層は、例えば、アスファルト（例えば、道路または駐車場）、またはコンクリート（例えば、歩道）、またはバラスト（例えば、その上に、鉄道線路が、次いで、敷設される）、または締め固められた粒状材料（非舗装道路）であることができる。

脆弱路床は、水で飽和されてから測定されると、４以下の、より典型的には、３以下の、路床土支持力比（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｒａｔｉｏ：ＣＢＲ）を有する、路床である。脆弱路床は、低剛性および負荷に対する低抵抗を有する。具体的脆弱路床は、路床が、寒候期の間に凍上を被る膨張性粘土または土壌であるものを含む。凍上は、表面下の氷の形成によって生じる土壌の上向き膨らみである。水の存在は、舗装に非常に損傷を及ぼし得る、いくつかのプロセスを生じさせる。第１に、水分子が、土壌粒子を膨らませ、それらの間の凝集力を低下させ得る。第２に、水による膨らみは、土壌の膨張を生じさせ、舗装への圧力を上向きに増加させ得る。第３に、水は、凍結中、膨張し、氷の形成に起因する固化と組み合わせて、舗装に損傷を及ぼし得る。膨張（例えば、粘土または土壌の膨らみ）の間に生成されるこれらの上向きの応力は、軟弱路床上の交通によって生成されるものを有意に上回り得る。そのような脆弱路床上に設置される舗装は、時期尚早に破損し得る。

路床が脆弱であり、路床が浅い多くの状況では、路床は、除去され、より強固かつより寸法的に安定した粒状材料で置換される。しかしながら、他の状況では、これは、（ａ）路床の軟弱土壌があまりに深い、または（ｂ）より強度かつより寸法的に安定した粒状材料が、局所的に利用可能ではないか、またはそのような材料の出荷コストが高すぎることに起因して、不可能である。これらの状況の例は、ロシア北部の泥炭池、テキサス州の膨張性粘土床、ならびにカナダおよびシベリアの湿地床に見出され得る。

舗装の例は、図１に示される。舗装は、ここでは、脆弱路床２と、砕石路盤４と、表面層６とを含む。再び、脆弱路床は、軟弱土壌、膨張性粘土、または凍土を被りやすい土壌に起因し得る。典型的破損は、わだち掘れ（舗装内の溝またはわだちの形成）、舗装のアスファルトまたはコンクリート表面層の亀裂、バラスト上に敷設された鉄道線路の歪みまたは位置ずれ、および表面層真下の路盤層からの揚水を含む。これらの破損モードは、（１）引張強度、（２）剛性（弾性率）、（３）層と路床との間の界面強度、および／または（４）曲げモーメント（曲げに対する抵抗）の不足に起因する、路盤および／または下層路盤への不可逆的な変形によって生じる。

これらの破損モードを防止するために一般に採用される方法の１つは、路床の化学的修正を含む。路床は、無機結合剤（例えば、石灰、セメント、またはフライアッシュ）または有機結合剤（例えば、ポリマーエマルジョン）と混合される。しかしながら、本方法は、低速硬化、湿潤および低温気候下で適用されるときの不良性能、湿潤気候下での無機結合剤の浸出、ポリマー結合剤の高コスト、脆性、現場での混合における難点に起因した不良品質、凍結−解凍サイクルに対する不良抵抗、および大面積にわたって均質な路床（例えば、質感または組成物において）を得ることの難点等のいくつかの望ましくない特性を被る。

脆弱路床、または天然土壌、または膨張性粘土、または凍土を被る土壌を覆って設置されるとき、改良された性能を有する、舗装システムを提供することが望ましいであろう。そのような舗装システムは、経済的かつ設置が容易な方法において建設されることが望ましいであろう。

種々の実施形態に開示されるのは、膨張性粘土または凍土を被る土壌等、４以下のＣＢＲを有する脆弱路床を覆ってそのような舗装システムを設置するための舗装システムおよび方法である。舗装システムは、概して、路床上のジオグリッド層と、第１の粒状層と、ジオセル層とを含む。第１の粒状層は、規定された厚さまたは高さを有する。表面層は、ジオセル層を覆って直接適用されることができるか、または、追加のジオセルもしくはジオグリッド補強層が、表面層が適用される前にジオセル層上に配置され得る。

いくつかの実施形態に開示されるのは、路床上に配置され、少なくとも１つのジオグリッドから作成される第１のジオグリッド層であって、各ジオグリッドは、ジオグリッド開口を形成するように交差するリブ部材から作製される、ジオグリッドと、第１のジオグリッド層上に配置され、第１の粒状材料を備えている第１の粒状層であって、ジオグリッド層の開口距離の０．５倍〜２０倍の平均厚さを有する、第１の粒状層と、第１の粒状層上に配置され、少なくとも１つのジオセルを備え、中詰め材料で充填される第１のジオセル層と、第１のジオセル層上に配置され、締め固められた第２の粒状材料から作製される、随意のキャッピング層とを備えている、特に、膨張性粘土を覆って、または凍土を被る土壌を覆って、４以下の路床土支持力比（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｒａｔｉｏ：ＣＢＲ）を有する脆弱路床を覆って設置される舗装システムである。

舗装システムはさらに、随意のキャッピング層上に、または第１のジオセル層を覆って配置される、表面層を備えてもよく、表面層は、アスファルト、またはコンクリート、またはバラストである、粒状材料を備えている。いくつかの実施形態では、鉄道線路および枕木が、舗装システムを覆って設置される。

第１の粒状材料は、砂、砂利、または砕石であり得る。概して、第１の粒状材料はまた、第１のジオグリッド層のジオグリッド開口に進入する。

中詰め材料は、砂、砕石、砂利、またはそれらの混合物であり得る。

随意のキャッピング層の第２の粒状材料は、砂、砂利、または砕石であり得る。

ジオグリッド開口距離は、約２５ミリメートル〜約１００ミリメートルを含む、約１０ミリメートル〜約５００ミリメートルであり得る。

第１のジオセル層は、約５０ミリメートル〜約３００ミリメートルのセル高さを有し得る。第１のジオセル層は、約２００ミリメートル〜約６００ミリメートルのセルサイズを有し得る。

少なくとも１つのジオグリッドは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリアミド、アラミド、カーボンファイバ、テキスタイル、金属ワイヤまたはメッシュ、ガラス繊維、繊維強化プラスチック、多層プラスチックラミネート、またはポリカーボネートから作製され得る。

いくつかの実施形態では、第１の粒状材料は、第１のジオセル層内側の中詰め材料より高い平均粒子サイズを有する。

いくつかのさらなる実施形態では、舗装システムはさらに、第１のジオセル層上に配置される随意の二次粒状層と、二次粒状層上または第１のジオセル層を覆って配置されている第２のジオセル層もしくは第２のジオグリッド層とを備え、キャッピング層は、第２のジオセル層または第２のジオグリッド層を覆って配置される。二次粒状層は、約１ｍｍ〜約３００ｍｍの厚さを有し得る。

他のさらなる実施形態では、舗装システムはさらに、第１のジオセル層上に直接配置される第２のジオセル層または第２のジオグリッド層を備え、キャッピング層は、第２のジオセル層または第２のジオグリッド層を覆って配置される。

他の検討される実施形態では、ジオテキスタイル層が、路床とキャッピング層との間の任意の場所に配置され得る。そのような層は、特に、舗装が、高地下水位を有するか、または大雨もしくは洪水を受けるか、または微粒子が層間において上向きもしくは下向きに動き得る場所において使用される場合、有用であり得る。

また、開示されるのは、少なくとも１つのジオグリッドを路床に適用し、ジオグリッド層を形成することであって、各ジオグリッドは、ジオグリッド開口を形成するように交差するリブ部材から作製される、ことと、十分な量の第１の粒状材料をジオグリッド層を覆って適用し、次いで、第１の粒状材料を締め固め、ジオグリッド層の開口距離の０．５倍〜２０倍の平均厚さを有する、第１の粒状層を形成することと、少なくとも１つのジオセルを第１の粒状層上に配置することと、少なくとも１つのジオセルを中詰め材料で充填し、第１のジオセル層を形成することと、随意に、第２の粒状材料を第１のジオセル層を覆って適用し、第２の粒状材料を締め固め、キャッピング層をジオセル層上に形成することであって、キャッピング層は、ゼロ〜約５００ｍｍの厚さを有する、こととを含む、膨張性粘土または凍土を被る土壌等、４以下の路床土支持力比（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｒａｔｉｏ：ＣＢＲ）を有する脆弱路床を覆って舗装システムを設置する方法である。随意に、第２のジオグリッドまたはジオセル層は、第１のジオセル層上に直接配置されるか、または粒状材料から作製される二次粒状層によって、第１のジオセル層から分離されることができる。

本方法はさらに、表面層をキャッピング層を覆って適用するステップを含み得、表面層は、アスファルト、またはコンクリート、またはバラストを備えている。本方法はさらに、土壌を除去し、脆弱路床を露出させることを含み得る。

特定の実施形態では、本方法はまた、二次粒状層をジオセル層上に形成することと、別のジオセルまたはジオグリッドを二次粒状層上／第１のジオセル層を覆って配置し、第２のジオセル層または第２のジオグリッド層をキャッピング層の下に形成することとを含む。第２のジオセル層または第２のジオグリッド層は、ゼロ〜約５００ｍｍの距離だけ、第１のジオセル層から間隔を置かれ得る。

また、開示されるのは、比較的に脆弱な路床を覆う長期性能のために好適な改良された舗装システムであって、該舗装システムは、底部から上部へ順に、４を下回るＣＢＲを有する路床と、路床上に直接配置されるか、または粒状材料の層と組み合わせられるジオグリッドと、ジオグリッドの上の粒状材料の層であって、ジオグリッド開口距離の０．５倍〜２０倍に変動する厚さの層と、砂、砕石、砂利、灰、リサイクルアスファルト舗装（ＲＡＰ）、採石ふるい残り、またはそれらの混合物で充填されるジオセルと、その上に第２のジオセルまたは第２のジオグリッドが配置される随意の粒状材料の別の層と、締め固められた砕石、砂利、または砂から作製されるキャッピング層と、随意のアスファルト、またはコンクリート、またはバラストベースの表面層とを備えている。

本開示のこれらおよび他の非限定的な側面は、以下により詳細に説明される。

以下は、図面の簡単な説明であるが、これは、本明細書に開示される例示的実施形態を図示するためのもので、開示を限定するためのものではない。
図１は、ジオセル層またはジオグリッド層を含まない、従来の舗装システムの断面図である。 図２は、その拡張状態におけるジオセルの斜視図である。 図３は、図２のジオセルのポリマーストリップの拡大斜視図である。 図４は、ジオグリッドの一部の平面図である。 図５は、ジオグリッド層およびジオセル層を有する、本開示の舗装システムを図示する。 図６は、ジオグリッド層、次いで、第１のジオセル層、次いで、第１のジオセル層の上方の第２のジオセル層を有する、別の舗装システムを図示する。 図７は、第１のジオグリッド層、次いで、ジオセル層、次いで、ジオセル層の上方の第２のジオグリッド層を有する、別の舗装システムを図示する。 図８は、路盤層の所望の弾性係数（Ｅ_Ｖ２−Ｔ）を得るために、路床のＣＢＲの関数として計算された従来の非補強設計の路盤層の厚さ（Ｈ_{ＳＵＢ−Ａ}）を示すグラフである。

本明細書に開示される構成要素、プロセス、および装置は、添付図を参照することでより完全に理解することができる。これらの図は、本開示の明示を簡便かつ容易にすることに重きを置いた模式的な略図にすぎず、したがって、装置またはその構成要素の相対的寸法や大きさを示すものではなく、および／または、例示的実施形態の範囲を定義もしくは限定するものでもない。

以下の記述には明確性のため特定の用語が用いられているが、これらの用語は、図中での説明のために選定された実施形態に特有の構成のみを示すことを意図しており、本開示の範囲を定義または限定することを意図しない。付随の図面および以下の記述において、各数字表示は同様の機能を有する構成要素を示すものと理解されるべきである。

「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」の単数形は、文脈によって明確に別様に示されない限り、複数参照も含む。

本願の明細書および請求範囲の数値は、同数の有効数字に四捨五入した際に同じ値となる数値、ならびに、示された数値との差異が、本願に示されたものと同種の従来の計測手法における実験誤差より小さな数値を含むものと理解されるべきである。

本書に開示される全ての範囲は、示された端点を含むものであり、独立して組み合わせ可能である（例えば、「２ｍｍ〜１０ｍｍ」の範囲は、端点２ｍｍおよび１０ｍｍと、さらにそれらの間の値の全てと含む）。

「約」、「実質的に」等の用語で修飾される数値は、規定される正確な値のみに限定されるとは限られない。修飾語の「ａｂｏｕｔ（約）」はまた、２つの端点の絶対値で画定される範囲を開示するものと考えられるべきである。例えば、「約２〜約４」と言う表現はまた、「２〜４」の範囲を開示する。

路床土支持力比（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｒａｔｉｏ：ＣＢＲ）が、本明細書で言及されるとき、提供される値は、層が水で飽和されているときに測定される。

本願は、地面に位置する舗装システムについて言及する。本願はまた、互の「上方」、または「上」、またはそれを「覆って」位置する異なる層について言及する。第２の層が、これらの用語を使用して、第１の層に対して位置するものとして説明されるとき、第１の層は、第２の層より地中深くに位置する、換言すると、第２の層は、第１の層より表面に近い。第１の層および第２の層が、互に直接接触する要件はない。別の層が、それらの間に位置することも可能である。加えて、各層は、長さ、幅、および高さ／深度／厚さを有する。長さおよび幅は、地中の層の寸法を指すであろう。用語「高さ」、「深度」、および「厚さ」は、層の垂直寸法を指すために、同じ意味で使用されるであろう。

ジオグリッドは、前述の破損モードを改善するために採用されている。ジオグリッドは、単軸または双軸引張補強を土壌に提供するために、リブおよび開口のネットワークに配列されるポリマー（例えば、ポリエステル糸または延伸ポリマー）から作製されることができる。ジオグリッドはさらに、化学的および機械的利点を提供するコーティングを含むことができる。代替として、シートが、Ｔｅｎｓａｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって行われるように、穿孔され、次いで、ジオグリッドを形成するように引っ張られることができる。ポリエステルまたはポリプロピレンロッドもしくはストラップもまた、ジオグリッドを形成するために、グリッド様パターンにおいて一緒にレーザ加熱または超音波接合されることができる。ジオグリッドは、概して、侵攻性土壌または水性環境に設置されることができるように、機械的および化学的に耐久性がある。ジオグリッドは、２次元構造であり、有効高さを欠いており、平坦平面構造を有する。

ジオセルも、破損モードを防止するために舗装システムの中に組み込まれている。ジオセル（セル状閉じ込めシステム（ＣＣＳ）としても知られる）は、中詰めで充填された「ハニカム」構造に類似する封じ込めセルのアレイである。ＣＣＳは、全壁に対して各セル内で作用する内部力ベクトルを伴う３次元構造である一方、ジオグリッドは、単に２次元である。しかしながら、ジオセルが、脆弱路床を覆う路盤または下層路盤を補強するために使用される場合、舗装は、ジオセルの底部から脆弱路床に向かって下向きへの中詰めの「流動」に起因して、かつ不十分な引張強度に起因して、依然として、破損する。これは、路盤／下層路盤と路床との間に弾性率および引張強度の望ましくない差異と、それらの界面に沿った不良引張性能とを生じさせる。

一般的舗装システム内において、ジオセルおよびジオグリッドを組み合わせる研究が行われている。例えば、あるシステムは、ジオグリッドを路床層内に配置し、次いで、ジオセルをジオグリッド補強路床層上に直接（すなわち、下層路盤内に）配置し、ジオセルを掘削材料で充填している。これらの層は、次いで、締め固められ、凸凹のない石の層（高さ０．７５インチ）で蓋をされる。しかしながら、ジオグリッド路床層とジオセル上層とを併用する、このシステムは、部分的にしか、舗装システムの破損モードに関連する識別された問題を解決しない。ジオセル層の高剛性に起因して、ジオグリッド補強層は、低歪みにさらされる。ジオグリッドは、有意な引張補強に寄与するために有意な変形を要求するので、ジオグリッドは、したがって、全体的システムに対して顕著な補強を提供することができない。

本願は、したがって、４以下の路床土支持力比（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｒａｔｉｏ：ＣＢＲ）を有する脆弱路床を覆う、または膨張性粘土を覆う、または凍土を被る土壌（すなわち、霜を被る土壌）を覆う、長期性能に好適な改良された舗装システムに関する。これらの土壌として、有機粘土、泥炭、湿地、モンモリロナイト土壌、およびベントナイト土壌が挙げられ得る。本開示の舗装システムは、粒状材料の層によって、ジオセル補強層から間隔を置かれたジオグリッド補強層を含む。別のジオグリッド層またはジオセル層も、元のジオセル補強層の上部に配置されることができる。これらのシステムは、応力が舗装の下から（すなわち、上向きに）及ぼされる使用のためにも非常に好適である。

ジオセル（セル状閉じ込めシステム（ＣＣＳ）としても知られる）は、土壌浸食防止、水路ライニング、補強土壌擁壁の建設、および舗装の支持等の多くの地質工学的用途において有用である３次元ジオシンセティック製品である。ＣＣＳは、非凝集性土壌、砂、砂利、バラスト、または任意の他のタイプの集合体であり得る中詰めで充填された「ハニカム」構造に類似する封じ込めセルのアレイである。ＣＣＳは、土嚢壁または重力擁壁の代替である土壌のため、ならびに道路、舗装、および鉄道基盤のための擁壁等、浸食を防止するため、または側方支持を提供するための土木工学用途においても使用される。ジオグリッドは、概して、平坦（すなわち、２次元）であり、平面補強として使用される一方、ＣＣＳは、全壁に対して各セル内で作用する内部力ベクトルを伴う３次元構造である。ＣＣＳはまた、砂、ローム、および採石廃棄物等の比較的に微細な中詰めのための効率的補強を提供する。

図２は、その拡張状態におけるジオセルの斜視図である。ジオセル１０は、複数のポリマーストリップ１４を備えている。隣接するストリップは、個別の物理継目１６に沿って、一緒に接合される。接合は、接合、縫合、または溶接によって行われ得るが、概して、溶接によって行われる。２つの継目１６間の各ストリップの部分は、個々のセル２０のセル壁１８を形成する。各セル２０は、２つの異なるポリマーストリップから作製されるセル壁を有する。ストリップ１４は、拡張されると、ハニカムパターンが複数のストリップから形成されるように、一緒に接合される。例えば、外側ストリップ２２および内側ストリップ２４は、ストリップ２２および２４の長さに沿って規則的に間隔を置かれる継目１６において、一緒に接合される。一対の内側ストリップ２４は、継目３２に沿って、一緒に接合される。各継目３２は、２つの継目１６間にある。その結果、複数のストリップ１４が、ストリップの面に垂直方向に引き伸ばされ、または拡張されると、ストリップは、正弦波様式で曲がり、ジオセル１０を形成する。２つのポリマーストリップ２２、２４の端部が出合うジオセルの縁では、端部溶接部２６（また、継合部と見なされる）が、端部２８から短い距離に作製され、短い尾部３０を形成し、それは、２つのポリマーストリップ２２、２４を安定させる。本ジオセルはまた、特に、単一セクションによって実践上覆われ得るものより大きい面積にわたって他のジオセルと組み合わせられる場合、セクションと称され得る。

図３は、長さ４０、高さ４２、および幅４４を示す、ポリマーストリップ１４の拡大斜視図であり、継目１６が、参照のために図示される。長さ４０、高さ４２、および幅４４は、示される方向に測定される。長さは、ジオセルがその折り畳まれた状態、または圧縮された状態にあるときに測定される。圧縮状態では、各セル２０は、体積を有していないと見なされ得る一方、拡張状態は、概して、ジオセルがその最大可能容量まで拡張されたときを指す。実施形態では、ジオセル高さ４３は、約５０ミリメートル（ｍｍ）〜約３００ｍｍである。ジオセルセルサイズ（展開された状態における継目間の距離として測定される）は、約２００ｍｍ〜約６００ｍｍであることができる。

ジオセルは、線形低密度ポリエチレン（ＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、および／または高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）から作製されることができる。用語「ＨＤＰＥ」は、以下、０．９４０ｇ／ｃｍ^３を上回る密度によって特徴付けられる、ポリエチレンを指す。用語「中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）」は、０．９２５ｇ／ｃｍ^３〜０．９４０ｇ／ｃｍ^３を上回る密度によって特徴付けられる、ポリエチレンを指す。用語「線形低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）」は、０．９１〜０．９２５ｇ／ｃｍ^３の密度によって特徴付けられる、ポリエチレンを指す。ジオセルはまた、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリスチレン、天然ファイバ、織布テキスタイル、ポリオレフィンと他のポリマーとの混成物、ポリカーボネート、繊維強化プラスチック、テキスタイル、または多層プラスチックラミネートから作製されることができる。ジオセルを作製するために使用されるストリップは、オフセット様式において、一緒に溶接され、溶接された継目間の距離は、約２００ｍｍ〜約６００ｍｍである。

ジオセルの通常ストリップ壁幅は、１．２７ミリメートル（ｍｍ）であり、０．９ｍｍ〜１．７ｍｍの範囲内において、ある程度の変動を伴う。セル壁は、穿孔および／またはエンボス加工されることができる。

図４は、ジオグリッド６０の一部の拡大平面図である。ジオグリッドは、互に交差し、ジオグリッド開口６４を画定する、リブ部材６２から作製される。ジオグリッドは、ポリプロピレン、ポリエチレンポリエステル、ポリアミド、アラミド（例えば、ＫＥＶＬＡＲ）、カーボンファイバ、テキスタイル、金属ワイヤまたはメッシュ、ガラス繊維、繊維強化プラスチック（例えば、混成物または合金）、多層プラスチックラミネート、またはポリカーボネートから作製されることができる。ここに示されるように、ジオグリッド開口は、長方形であるが、ジオグリッド開口は、概して、正方形、三角形、円形等を含む、任意の形状であることができる。任意の幾何学形状が、使用されることができる。リブ部材は、ジオグリッド面積の５０％未満であり、換言すると、ジオグリッドの開放面積は、５０％を上回る。

各ジオグリッド開口は、開口を包囲するリブの平均長さである、開口距離を有する。ここに図示されるように、例えば、長方形開口では、開口距離は、より短いリブ部材６６およびより長いリブ部材６８の平均長さである。実施形態では、ジオグリッドの開口距離は、約１０ｍｍ〜約５００ｍｍまたは約２５ｍｍ〜約１００ｍｍである。

ジオセルおよびジオグリッドは、それらのそれぞれのストリップおよびリブ部材の垂直厚さによって区別されることができる。ジオセルは、少なくとも２０ｍｍの垂直厚さを有する一方、ジオグリッドは、約０．５ｍｍ〜２ｍｍの垂直厚さを有する。

図５は、本開示の例示的舗装システムの断面図である。概して、ジオグリッド補強層は、粒状材料の層によって、ジオセル補強層から間隔を置かれる。

最初に、ジオグリッド層６０が、路床層５０上に形成される。ジオグリッド層は、少なくとも１つのジオグリッドから形成される。路床は、天然路床であり得、または化学的に修正され得（例えば、石灰、セメント、ポリマー、またはフライアッシュを用いて）、または物理的に修正され得る（例えば、より安定した粒状材料と置換される）ことに留意されたい。路床の修正された部分は、約５０ｍｍ〜約１０００ｍｍまで変動する厚さを有し得る。

次に、第１の粒状層７０が、ジオグリッド層６０上に配置される。第１の粒状層は、砂、砂利、または砕石であり得る第１の粒状材料を備えている。第１の粒状層は、ジオグリッド層の開口距離の０．５倍〜２０倍の厚さ７５を有する。第１の粒状材料は、ジオグリッド層６０のジオグリッド開口の中に落下／進入し得ることに留意されたい。所望に応じて、第１の粒状層は、締め固められる。

ジオグリッド層の開口距離は、ジオグリッドが全て同一であると仮定すると、通常、ジオグリッド層を構成するジオグリッドの開口距離と同一である。異なる開口距離を伴う異なるジオグリッドが、ジオグリッド層内で使用される場合、ジオグリッド層の開口距離は、各ジオグリッドによって覆われる表面積によって重み付けされた平均開口距離として計算されるべきである。

次に、ジオセル層８０が、第１の粒状層７０上に配置される。ジオセル層は、少なくとも１つのジオセル８２から形成され、中詰め材料８４で充填される。中詰め材料は、中詰めを固くするために締め固められる。例示的中詰め材料は、砂、砕石、砂利、およびそれらの混合物を含む。他のより微細な粒状材料もまた、所望に応じて、中詰め材料内に含まれることができる。この点において、いくつかの実施形態では、第１の粒状材料の第１の粒状層は、中詰め材料の平均粒子サイズと比較して、より高い平均粒子サイズを有する。

ジオグリッド層６０と第１の粒状層７０の組み合わせは、引張力および剪断力を発達させるため、およびジオセル層８０の適切な性能のために必要とされる。ジオグリッド層および第１の粒状層の組み合わせは、以下を提供する：（１）中詰め材料の締め固めの間、ジオセル層内での高剛性の発達を可能にする剛かつ不浸透性の「床」、（２）路床から上向きにジオセル層の中への微細物の詰め込みに対する障壁、（３）高剪断力のための界面、（４）路床とジオセル層との間の機械的分離（ジオセル層が、その歪みを弾性範囲に制限しながら、剛かつ弾性の梁として機能することを可能にする。

随意に、キャッピング層９０が、次いで、ジオセル層８０の上方に配置される。この層は、砕石、砂利、または砂等の締め固められた材料から形成される。この層は、第２の粒状材料から作製されていると見なされ得る。

随意に、表面層１００が、ジオセル補強層８０の上方に散布されるキャッピング層９０上に配置されることができる。表面層は、アスファルトまたはコンクリートまたはバラストを含むことができる。

本設計は、ジオグリッド層６０が変形することを可能にし、それによって、ジオグリッド層が固くなり、ジオセル層８０の下方に位置する第１の粒状層７０を補強することができる。本構成は、路床５０、および路床と下層路盤との間の界面に生じる応力および変形を有意に低下させる。ジオグリッド層６０および第１の粒状層７０は、路床５０の最上位域の引張強度および剪断強度性能を改善することによって、ジオセル層８０のための剛な基礎も提供する。ジオグリッド層６０は、舗装システムの耐用年数の間、路床の疲労抵抗を増加させ、ジオセル層からの中詰めの下向き「漏出」を減少させるために役立つ。明確であるように、第１の粒状層７０は、ジオグリッド層６０をジオセル層８０から分離し、ジオグリッドおよびジオセルは、組み立てられると、互に接触しない。

ジオセル層８０は、硬くかつ剛なマットレスとして機能し、それは、舗装システムの広域にわたって応力を分散させ、局所過大応力を回避するために役立つ。これらの局所過大応力は、脆弱路床を覆って設置される舗装システムにおける破損の大きな原因である。中詰め材料は、砂、砂利、または砕石、またはそれらの混合物であることができる。

第１の粒状層によって間隔を置かれると、相乗関係がジオグリッド層とジオセル層との間にもたらされる。ジオグリッド層６０は、ジオグリッド層に沿って十分な変形を可能にする距離でジオセル層８０の下方に位置付けられ、路床の膨張によって生成される応力に対する路床への引張補強を提供することができる。本開示の設計は、高疲労抵抗を伴って、弾性的に、大きな機械的応力を吸収可能である。特に、本開示の舗装システムは、複数の機械的サイクル負荷、路床の複数の膨張−収縮事象、および長期間にわたる凍結−解凍サイクルに対して改良された抵抗を示す。

理論によって拘束されるわけではないが、１つ以上のジオグリッド層のみを路床を覆って配置することは、（１）不十分な曲げモーメントと、（２）ジオグリッド層の不十分な剛性とに起因して、路床を十分に強化することに成功しないであろうと考えられる。同様に、路床を覆うジオセル層のみの使用は、（１）不十分な引張強度と、（２）交通または土壌の膨張−収縮によって加えられる圧力に起因して、中詰めが上向きに／下向きに動く傾向とに起因して、成功しないであろう。

本開示はまた、舗装システムを脆弱路床を覆って設置する方法を含む。概して、土壌は、除去され、脆弱路床を露出させる。次に、少なくとも１つのジオグリッドが、路床に適用され、ジオグリッド層を形成する。十分な量の第１の粒状材料が、次いで、ジオグリッド層を覆って適用され、ジオグリッド層の開口距離の０．５倍〜２０倍の平均厚さを有する第１の粒状層を形成する。少なくとも１つのジオセルが、第１の粒状層上に配置され、次いで、中詰め材料で充填され、ジオセル層を形成する。第２の粒状材料が、ジオセル層を覆って適用され、次いで、圧縮され、ジオセル層上にキャッピング層を形成する。所望に応じて、表面層が、次いで、キャッピング層を覆って適用される。

図６および図７は、追加の層を含む、舗装システムの２つの追加の実施形態の断面図である。

図６では、舗装システムは、前述のように、路床層５０上に形成されるジオグリッド層６０と、ジオグリッド層６０上に配置される第１の粒状層７０と、第１の粒状層７０上に配置されるジオセル層８０とを含む。第１の粒状層７０は、厚さ７５を有する。二次粒状層１１０が、次いで、ジオセル層８０上に配置される。この二次粒状層は、第１の粒状層７０またはジオセル層の中詰めと同一材料から作製され得る。二次粒状層は、第３の粒状材料から形成される（前述のように、キャッピング層は、第２の粒状材料から形成される）と見なされ得る。二次粒状層は、約１０ｍｍ〜約５００ｍｍであり得る厚さ１１５を有する。第２のジオセル層１２０が、次いで、二次粒状層１１０上に配置される。この第２のジオセル層もまた、ジオセル層８０に関して上で述べたように、少なくとも１つのジオセルから形成され、中詰め材料で充填される。キャッピング層９０が、次いで、第２のジオセル層１２０の上方に配置され、随意に、表面層１００が、キャッピング層９０上に配置されることができる。キャッピング層および表面層は、図５において上で述べたように作製され得る。第２のジオセル層１２０は、追加の引張強度をシステムに提供し、粘土の膨張または凍結−解凍サイクルの間に生じ得る路床からの曲げに抵抗する。

図７では、舗装システムは、前述のように、路床層５０上に形成されるジオグリッド層６０と、ジオグリッド層６０上に配置される第１の粒状層７０と、第１の粒状層７０上に配置されるジオセル層８０とを含む。第１の粒状層７０は、厚さ７５を有する。二次粒状層１１０が、次いで、ジオセル層８０上に配置され、これは、前述のような組成物を有する。二次粒状層は、厚さ１１５を有し、これは、約１ｍｍ〜約３００ｍｍであり得る。第２のジオグリッド層１３０が、次いで、二次粒状層１１０上に配置される。第２のジオグリッド層は、少なくとも１つのジオグリッドから形成される。キャッピング層９０が、次いで、第２のジオグリッド層１３０の上方に配置され、随意に、表面層１００が、キャッピング層９０上に配置されることができる。キャッピング層および表面層は、図５において上で述べたように作製され得る。キャッピング層を形成するために使用される材料は、第２のジオグリッド層１３０の開口の中に落下し得る。第２のジオグリッド層１３０もまた、追加の引張強度をシステムに提供し、粘土の膨張または凍結−解凍サイクルの間に生じ得る、路床からの曲げに抵抗する。

他の検討される実施形態では、第２のジオグリッド層または第２のジオセル層は、第１のジオセル層内の中詰めが締め固められた後、第１のジオセル層上に直接配置されることができる。二次粒状層は、必要とされない。第１のジオセル層と第２のジオグリッド層または第２のジオセル層との間の距離は、したがって、所望の総舗装弾性率および疲労抵抗を得るために、必要に応じて、ほぼゼロ〜約５００ミリメートルに調節されることができる。

加えて、所望に応じて、ジオテキスタイル層が、路床とシステムの上層との間の舗装システム内の任意の場所に配置されることができる（すなわち、ジオテキスタイル層は、システムの最上層には決してならない）。ジオテキスタイルは、織布または不織布であり得る、２次元浸透性の布であり、微粒子の損失または舗装の表面までの貫通を回避するために使用される。ジオグリッドの開口は、土壌がジオグリッドの片側から他側に動き出すことを可能にするために十分に大きい一方、ジオテキスタイルは、土壌が動き出すことを可能にしないため、ジオテキスタイルは、ジオグリッドと区別されることができる。ジオテキスタイル層は、望ましくは、洪水、大雨を被る地域、または高水位を有する、地域において使用される。ジオテキスタイル層は、５０グラム／平方メートル（ｇ／ｍ^２）〜３０００ｇ／ｍ^２の比重を有する布から作製されることができる。

本開示はさらに、以下の非限定的作業実施例に図示されるが、これらの実施例は、例証にすぎないことが意図され、本開示が、本明細書に列挙される材料、条件、プロセスパラメータ等に限定されることを意図するものではないことを理解されたい。

（実施例）
鉄道線路が、水で飽和されると、３のＣＢＲを有する膨張性粘土の路床を覆って延設されている。線路保守が、周期的に要求され、電車の速度は、この路床にわたって制限されている。従来の設計が、本開示に説明される代替設計と比較された。

図８は、路盤層の所望の弾性係数を得るために、路床のＣＢＲの関数として計算された路盤層の厚さ（Ｈ_{ＳＵＢ−Ａ}）を示すグラフである。例えば、３の路床ＣＢＲを用いて弾性係数１００ｋＰａを得るために、路盤層は、７５０ｍｍ厚である必要があるであろう。この係数は、イスラエルの従来の鉄道舗装設計のために十分である。

従来の設計は、最初の６００ｍｍの路床を安定させるために、砂または石灰を使用して調製された。次に、９２０ｍｍの砕石が、適用および締め固められ、次いで、３００ｍｍの砂利が、適用および締め固められた。バラストおよび枕木が、次いで、舗装システム上に配置された。

代替設計は、以下のように設計された。ジオグリッド補強層およびジオセル補強層の組み合わせ係数が、モデル舗装において別個に測定され、モデル舗装において、上記補強層が、既知のＣＢＲを伴う路床上に設置された。圧力セルが、ジオグリッド層の下方に位置付けられた。増加圧力が、塑性（不可逆）変形が生じるまで、プレートまたは車両車輪によって、ジオセル層の上部に加えられた。圧力降下曲線に基づいて、層係数が、逆計算された。一連の反復負荷後の塑性変形に基づいて、長期応力に対する「耐性」度が、評価された。

現場において、代替設計が、最初に、路床を平坦化することによって調製された。第１のジオグリッド層が、適用され、２００ｍｍ厚の砕石層によって覆われた。第１のジオセル層が、次いで、砕石層を覆って適用された。第１のジオセル層は、１５０ｍｍの高さであり、ジオセルは、継目間に３３０ｍｍの距離を有していた。中詰め材料は、砕石であった。５０ｍｍ厚の二次粒状層が、次いで、第１のジオセル層を覆って適用され、第１のジオセル層と同一構造の第２のジオセル層が、適用された。バラストおよび枕木が、次いで、第２のジオセル層上に配置された。

要求される材料の差異は、２つの設計間で非常に明白であった。従来の設計は、砂または石灰を伴う６００ｍｍの後に、１２２０ｍｍの粒状材料が続く処理を要求した。対照的に、代替設計は、７５０ｍｍの粒状材料のみ要求し、大幅なコストの節約を提供する。

２つの設計の性能の１年にわたる研究が、イスラエルで施行された。従来の設計は、経時的に継続的に増加する塑性歪みに悩まされた。その結果、電車速度を減速させ、保守が、短い間隔で要求された。ジオグリッドおよび２つのジオセル層を使用する代替設計は、不可逆的な歪みを伴わずに、純粋な弾性性能を示した。

前述の開示ならびに他の特徴および機能の変形例またはその代替例は、多くの他の異なるシステムまたは用途に組み合わせられ得ることを理解されるであろう。本明細書における種々の現在予想不能または予測不能な代替、修正、変形例、または改良が、後に、当業者に成され得、これもまた、以下の請求項によって包含されることが意図される。

Claims (21)

1. ４以下の路床土支持力比（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｒａｔｉｏ：ＣＢＲ）を有する脆弱路床を覆って設置される舗装システムであって、
   前記路床上に配置されている第１のジオグリッド層であって、前記第１のジオグリッド層は、少なくとも１つのジオグリッドから作成されており、各ジオグリッドは、ジオグリッド開口を形成するように交差するリブ部材から作製されている、第１のジオグリッドと、
   前記第１のジオグリッド層上に配置されている第１の粒状層であって、前記第１の粒状層は、第１の粒状材料を備え、前記第１の粒状層は、前記第１のジオグリッド層の開口距離の０．５倍〜２０倍の平均厚さを有する、第１の粒状層と、
   前記第１の粒状層上に配置されている第１のジオセル層であって、前記第１のジオセル層は、中詰め材料で充填されている少なくとも１つのジオセルを備えている、第１のジオセル層と、
   随意に、前記第１のジオセル層を覆って配置されているキャッピング層であって、前記キャッピング層は、締め固められた第２の粒状材料から作製されている、キャッピング層と
   を備えている、舗装システム。
2. 前記第１のジオセル層を覆って配置されている表面層をさらに備え、前記表面層は、アスファルト、またはコンクリート、またはバラスト、または粒状材料を備えている、請求項１に記載の舗装システム。
3. 前記第１の粒状材料は、砂、砂利、または砕石である、請求項１に記載の舗装システム。
4. 前記第１の粒状材料はまた、前記第１のジオグリッド層のジオグリッド開口に進入する、請求項１に記載の舗装システム。
5. 前記中詰め材料は、砂、砕石、砂利、またはそれらの混合物を備えている、請求項１に記載の舗装システム。
6. 前記キャッピング層の前記第２の粒状材料は、砂、砂利、または砕石を備えている、請求項１に記載の舗装システム。
7. 前記開口距離は、約１０ミリメートル〜約５００ミリメートルである、請求項１に記載の舗装システム。
8. 前記第１のジオセル層は、約５０ミリメートル〜約３００ミリメートルのセル高さを有する、請求項１に記載の舗装システム。
9. 前記第１のジオセル層は、約２００ミリメートル〜約６００ミリメートルのセルサイズを有する、請求項１に記載の舗装システム。
10. 前記少なくとも１つのジオグリッドは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリアミド、アラミド、カーボンファイバ、テキスタイル、金属ワイヤまたはメッシュ、ガラス繊維、繊維強化プラスチック、多層プラスチックラミネート、またはポリカーボネートから作製される、請求項１に記載の舗装システム。
11. 前記第１の粒状材料は、前記中詰め材料より大きい平均粒子サイズを有する、請求項１に記載の舗装システム。
12. 前記第１のジオセル層を覆って配置されている第２のジオセル層または第２のジオグリッド層をさらに備え、
    前記キャッピング層は、前記第２のジオセル層または前記第２のジオグリッド層を覆って配置されている、請求項１に記載の舗装システム。
13. 約１ｍｍ〜約３００ｍｍの厚さを有する二次粒状層をさらに備え、前記二次粒状層は、（ｉ）前記第１のジオセル層と、（ｉｉ）前記第２のジオセル層または前記第２のジオグリッド層のいずれかとの間に位置している、請求項１２に記載の舗装システム。
14. ４以下の路床土支持力比（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｒａｔｉｏ：ＣＢＲ）を有する脆弱路床を覆って舗装システムを設置する方法であって、
    少なくとも１つのジオグリッドを前記路床に適用し、第１のジオグリッド層を形成することであって、各ジオグリッドは、ジオグリッド開口を形成するように交差するリブ部材から作製されている、ことと、
    十分な量の第１の粒状材料を前記第１のジオグリッド層を覆って適用し、次いで、前記第１の粒状材料を締め固めることにより、前記ジオグリッド層の開口距離の０．５倍〜２０倍の平均厚さを有する第１の粒状層を形成することと、
    少なくとも１つのジオセルを前記第１の粒状層の上に配置することと、
    前記少なくとも１つのジオセルを中詰め材料で充填し、第１のジオセル層を形成することと、
    随意に、第２の粒状材料を前記第１のジオセル層を覆って適用し、前記第２の粒状材料を締め固めることにより、キャッピング層を前記第１のジオセル層上に形成することであって、前記キャッピング層は、ゼロ〜約５００ｍｍの厚さを有する、ことと
    を含む、方法。
15. 表面層を前記キャッピング層を覆って適用するステップをさらに含み、前記表面層は、アスファルト、またはコンクリート、またはバラスト、または粒状材料を備えている、請求項１４に記載の方法。
16. 土壌を除去し、前記脆弱路床を露出させることをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
17. 前記第１の粒状材料および前記第２の粒状材料は、独立して、砂、砂利、または砕石である、請求項１４に記載の方法。
18. 前記第１の粒状材料はまた、前記ジオグリッド層のジオグリッド開口に進入する、請求項１４に記載の方法。
19. 前記中詰め材料は、砂、砕石、砂利、またはそれらの混合物を備えている、請求項１４に記載の方法。
20. 別のジオセルまたはジオグリッドを前記第１のジオセル層を覆って配置し、第２のジオセル層または第２のジオグリッド層を前記キャッピング層の下に形成することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
21. 前記第２のジオセル層または第２のジオグリッド層は、ゼロ〜約５００ｍｍの距離だけ、前記第１のジオセル層から間隔を置かれている、請求項２０に記載の方法。

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