JP3844139B2 - 土壌安定化のための補強部材及び補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、土壌の安定化又はフレーム化における改善又は補強部材に関する。
従来技術
土壌に可撓な補強部材を組み込むことによる土壌安定化の技術は、世界中で一般的に使用されている。現在において、その作動の基礎理論原理は、正しく正確に知られており、これらの原理は、ヘンリー・ビーデルの英国特許第１０６９３６１号において最初に確立された。この特許は、現在、権利消滅状態であり、本発明の完全な説明を提供するために、以下に簡単に要約される。
自然の安定化されていない土壌は、潜在的な滑り又は割れ表面を有している。このような表面は、プレーンとしてコーロンブによって最初に確立され、通常、土壌の外側表面の最下部を通り、土壌の内部摩擦角度に依存する角度を形成し、この種の構造のために通常使用される土壌にとっての水平に関して約６３°の値を有している。円形及び全体的に曲線で囲まれた範囲の滑り表面の他の形状は、実際に近い。全ての場合において、この表面上に位置する土壌は、”アクティブ・ウエッジ”と呼ばれている。
耐力部材前側表面によるこの”アクティブ・ウエッジ”の固定は、通常の壁の建設に関することである。下側耐力部材の前側表面から後側部分で土壌へ接続することによるその固定は、固定壁技術を確立することである。
土壌の地面に配設された補強部材の介在は、固定壁技術の特性を変化させ、それにより、”アクティブ・ウエッジ”の境界は、実質的に、基部に延在する傾斜面を有し、土壌の外側境界表面近くに位置する。この傾斜面は、外側境界表面から０．３Ｈ近く離れて、ある高さ進んでから垂直となる。Ｈは土壌の機械的な高さである。使用された異なる補強部材の方法のために、最近２０年においてなされた多数の実験及び実際の測定は、”アクティブ領域”の境界が実際に補強部材における最大張力の位置と一致することを確認する。これは、地面に配設した補強部材の介在が、ある異方性を地面に与えることによって地面の性質を変化及び改善することを意味する。
これらの原理は、多少軽い変形可能な表面から成る補強部材の多数の方法へ与えられ、この表面から補強部材は、”アクティブ領域”の境界を貫通して十分な長さに渡り延在するように、安定化される土壌の方向へ延在する。十分な長さとは、補強部材において発生する最大引っ張り力の値を越える土壌に関する補強部材の摩擦力のための”耐力領域”である（図１参照）。これらの摩擦力は、土壌上の傾斜面の負荷及び／又は形状に関しての特定の場合を除き、表面の０．８Ｈの距離を越えて低い値Ｈと等しく役立つように発生しないことが見い出された。
各補強部材の摩擦能力は、明らかに、”アクティブ領域”の背後の有効長さと、補強部材の表面に発生する土壌の圧力と、接触面積と、補強部材の表面材料の特性とに依存する。この特性は、表面材料と土壌との間の摩擦係数に言い換えられる。
補強部材は、一般的に、連続的な層状に土工事において組み込まれ、この層の上側に所定厚さの圧縮土が延在し、この圧縮土の上側に補強部材の次の層が位置する。この方式は、土壌の全高さに達するまで繰り返される。全体構造は、要求された安全係数を有して、裏側における地面の押圧力と、この構造に作用する負荷の押圧力とを十分に安定して支持しなければならない。
これらの方法によって、一般的に、補強部材の十分な相互摩擦作用を保証するために、土壌の人工層の面積の最小約２％、好ましくは約５％の上側を補強部材の材料で覆うように補強部材の各層が位置し、少なくとも四つの補強部材の層が設けられることが好ましい。
こうして、補強部材の引っ張り強さは、一方で地面及び補強部材に作用する負荷の押圧力によって引き起こされる水平力に耐えるのに十分でなければならず、補強部材の所定の柔軟性が補強土壌の移動への適合を可能とするために都合が良く、この特性は維持される。この要求は、補強部材の材料の引っ張り強さと、補強部材の断面積とに依存し、最大引っ張り力の線の近傍における決定因子である。
他方で、補強部材は、妥当な長さを越えて最大引っ張り力と釣り合い可能な摩擦力を結集するために、土壌にとって十分な接触面積を提供しなければならない。”耐力領域”におけるこの要求は、それにより、全接触面積であり、それにより、補強部材の断面の周囲長さ及び補強部材の長さであり、耐力領域の面積は決定因子ではない。
補強部材の改良化及び完成化を進歩させることは、この解決策を実現することである。なぜなら、その数を増加させないで補強部材の長さを減少することは、選択された必要な埋め込み容積を低減し、その結果、建造コストを低減するためである。
フレーム部材又は補強部材は、最初は、周囲長さと面積との比が大きな値となる帯状であり、これは、英国特許第１０６９３６１号に対応する前進である。ここで使用されているものは、全長に渡り均一な特徴を有する０．７Ｈより大きな長さの薄い金属帯から形成されている。
最初の行程における第１の改良は、明らかに、”耐力領域”において異なる幅を有する帯材の使用であり、これは実際上提供することが困難である。
現在の面積を維持する一方で耐力長さを減少する一つの方法は、土壌と帯材の材料との間の摩擦係数の値を、帯材の水平表面における僅かな高さの波付け、溝付け、又はリブ付けによって、増加することであり、この方法は、英国特許第１５６３３１７号の範囲内である。
国際特許出願ＷＯ−９５／１１３５１号において、耐力材料を集中させた芯部によって断面に関する要求に注目して、帯材の二つの機能の間の区別がなされ、この芯部には、改良された仕上げを有する帯材の要求表面を得るための他の軽い安価な材料又は同じ材料の平坦な横方向延在部を一体的に追加されている。
特許第２０１４５６２号において、同じ数の補強帯材が維持される一方で、補強帯材の最後から三番目において帯材を分岐させることによって、言わば、”耐力領域”の部分において土壌に対面する表面を二つにすることによって、０．６５Ｈより小さく土壌の高さを低くすることが達成されている。
要約すると、全ての処理は、前述の”アクティブ領域”を安定化するために、少なくとも”耐力領域”において、帯材によって土壌に対面する表面の拡大又は摩擦係数の改良によって、帯材の引き抜き抵抗を増加することからなっている。
いずれの場合においても、特許自身は、”補強部材の土壌との接触面積は、補強部材が引っ張ることによって抜けないことを保証するように算出される。”ことを示している。
本発明の差異及び利点は明確である。帯材上のリブの形成によって材料の摩擦係数の増加を有するスペイン国特許出願第４５２２６２号は、帯材と土壌との間の摩擦係数の改良だけで、いかなる摩擦表面の増大も達成していない。国際特許出願ＷＯ−９５／１１３５１号は、さらに、芯部へ追加される材料のコストをかなり増加するのに反して、サイドウイングへ追加されるいずれの摩擦表面をも形成していない。
発明の記述
本発明において、可撓な補強部材は、自然の土壌の安定化のために存在し、このために、外側表面を構成する要素へ通常の方法によって固定されるための前側端部を備えている。耐力及び摩擦力に関する前側端部の機能が以下のように区別される。
Ａ）その耐力部（図２における１）は、周囲長さの要求によって決定されず、それにより、小型で平坦でない形状が、小さな周囲長さと面積との比を有して使用可能である。この形状は中空形状を含み、この場合においては、前述の比は外周に関するものである。
Ｂ）摩擦力に関する要求は、保持部（図２における２）を有する小型の耐力部を提供することによって満足される。この保持部は、耐力部を取り囲み、土壌と摩擦接触する表面が、土壌自身の真っ直ぐな母線を有する円柱部材又は角柱部材（図２における３）によって形成されるように保持部は離間され、保持部は、周囲長さが保持部の外周（図３におけるＤ）であり、摩擦係数が土壌と土壌とに対応する値、すなわち、得られる最大であるように、保持部の間に限定される。
これらの補強部材の材料は、好ましくは金属、好ましくは鉄又は鋼を主成分とするものである。本発明における意図する変形は、補強部材の材料が、重合体を主成分として全体的に（芯部及び保持部）又は部分的に（芯部又は保持部）構成されることである。本発明のもう一つの実施形態は、芯部及び／又は保持部を、セメント材料、例えば、コンクリートから形成する。このために、補強部材の芯部の材料及び保持部の材料は、同じである必要はない。すなわち、本発明の保護範囲は、金属の芯部と重合材料の保持部との組み合わせ、又は、その逆の組み合わせを含んでいる。このような組み合わせを、コンクリートの場合に適用させても良い。
実験室において実施された試験結果は、もし、保持部の高さが３ｍｍより大きく、保持部の間隔がその高さの６０倍を越えないならば、引き抜き力は、補強部材と筒状の土とを具備する組立体の表面上の土壌破壊点の値と、土壌と土壌との摩擦係数に対応する残りの値とに対応することを示しており（図４）、こうして、土壌の補強又はフレーム化の一般的な技術において、”高付着”として補強部材の適格性を達成する。これらの試験により、本発明の対象を形成する補強部材は、線（２）より上側に全ての対の値を有する高付着性補強部材のための全ての要求に従う。
従来技術と比較して有利なことは疑いの余地はなく、なぜなら、少量の材料の追加により、引っ張り耐力部分に関するいかなる必須条件なしに、摩擦に関する補強部材の要求に従うことができるためである。少量の材料は耐力部分と同じ又は異なる材料として良い。こうして、土壌自身の剪断耐力特性を有利に得ることが可能となる。
こうして、本発明の実施形態の特定例、より具体的には円筒形状として、我々は何ら特性を限定することなく引用可能であり、詳細は以下のテーブルに示されている。

各場合において摩擦係数が改善された。
従来技術に開示した他の補強部材に比較して補強部材上の引っ張り応力には大きな差が存在しない。応力が材料の性質及び耐力面積だけに依存するためである。摩擦力における利益は、以下のテーブルに示された特性を限定しない例に示したように、同じ面積を有する高付着補強帯材と比較して明らかに有利である。

補強又はフレーム化された土壌の数値化のために存在する異なる基準が、犠牲腐食に相当する厚い厚さを必要とするという事実において、本発明の補強部材の利点は、周囲長さと面積との小さな比を有する小型の部分を提供することにおいて強調される。この比は、常に、平坦な補強部材又は帯材より有効面積と全面積との大きな比をもたらし、これは、次に、補強部材のために経済的に高価となる厚い厚さの使用を可能とする。
この種の補強部材により認識されるように、本補強部材は、同じ耐力部分を有し、同じ数が使用される通常の均一補強部材より短くすることができる。また、少ない数での使用が可能であり、また、同じ長さで耐力部分の短いものを使用することができる。加えて、前述した利点のために、軽量の補強部材の製造を妨げるものはなく、それにより、耐力に関する要求は、徐々に正確に満足される。いずれの場合においても、必要な埋め込み容積又は補強部材の材料の実際のコストのいずれかを、かなり節約することを結果としてもたらす。
一つの補強部材と同じ土壌にとってなされた比較計算は、１ｔ／ｍ²の全体負荷及び３０°の内部摩擦角度を有し、平坦な帯材、リブ付き帯材、及び本発明による補強部材を備えている。以下の結果がもたらされる。

本発明は、耐力に関する要求へ部分を適合可能であり、摩擦力に関する要求に保持部の寸法を適合可能であるために、あらゆる高さの土壌に適用可能である。
だれも、補強部材の各層がそれ上で覆われる土壌のベッドの面積と補強部材の材料との間の所定比の必要性に関して本方法を示してはおらず、本発明の方法を提供していない。
図面の説明
図１は、耐力図であり、１は補強部材の芯部を示し、２は保持部を示し、３は集中土を示している。Ｄ及びｄは、それぞれ、土の集中容積及び補強部材の芯部＋集中容積の幅（円形構造の場合には直径）を示している。Ａはいわゆる”耐力領域”を示し、Ｂはいわゆる”活動領域”を示し、Ｌは保持部（２）同士の間の距離である。
図２は、補強部材の斜視図であり、この補強部材は、平坦でない部分を有する芯部（１）と、保持部（２）とを有している。この図において、保持部の間に土の集中容積（３）を見ることができる。
図３は、保持部の部分であり、ｄは芯部の直径であり、Ｄは芯部＋集中容積の直径である。
図４は、ＫＮ／ｍ²の垂直圧力（Ｘ軸）に対してプロットされた摩擦係数（Ｙ軸）を示している。線１は平坦なタイロッドに対応し、線２は高付着力のタイロッドに対応する。位置３には、表された尺度外（＞３）のこれらの対の値が示されている。
図５は、保持部を有する中実の正方形断面の補強部材であり、この保持部は、芯部を取り囲み、面取り縁部を備えて前述の断面に一致する正方形の輪郭を有している。
図６は、保持部を有する中実の三角形断面の補強部材であり、この保持部は、芯部を取り囲み、前述の断面に一致する三角形の輪郭を有している。
図７は、保持部を有する中実のいびつ湾曲断面の補強部材であり、この保持部は、芯部を取り囲み、前述の断面に一致するいびつ湾曲の輪郭を有している。
図８は、保持部を有する中実の六角形断面の補強部材であり、この保持部は、芯部を取り囲み、前述の断面に一致する六角形の輪郭を有している。
図９は、保持部を有する中空の矩形断面の補強部材であり、この保持部は、芯部を取り囲み、前述の断面に一致する矩形の輪郭を有している。
図１０は、偏倚半保持部を有する中実の正方形断面の補強部材であり、この保持部は、芯部を取り囲み、半分の溝を形成するＵ形状の輪郭を有している。
図１１は、歯形状の保持部を有する中実の正方形断面の補強部材である。
図１２は、保持部を有する中実の正方形断面の補強部材であり、この保持部は、螺旋溝の形状に芯部を取り囲んでいる。
図１３は、保持部を有する中実の正方形断面の補強部材であり、この保持部は、離間したスパイク状溝の形状に芯部を取り囲んでいる。
図１４は、半リング形状の保持部を有する中実の円形断面の補強部材である。
図１５は、歯形状の保持部を有する中空の円形断面の補強部材である。
図１６は、保持部を有する中実の円形断面の補強部材であり、この保持部は、芯部を取り囲み、螺旋リングを形成している。
図１７は、保持部を有する中実の円形断面の補強部材であり、この保持部は、芯部を取り囲み、円形のスパイク状の輪郭を有している。
これらの図面は、本発明の実施形態を示すが、本発明を限定するものではない。補強部材の芯部の断面と保持部の輪郭との両方は、一般的な形状（平行四辺形、三角形、円形、楕円形、六角形等）又はいびつな形状とすることができる。保持部は、補強部材の芯部を取り囲むように配置されても配置されなくても良く、離間されても良く、螺旋状であっても良く、二つの相補的な要素に細分化されて偏倚されても良く、芯部の軸線に対する垂直に関して傾けられても良く、厚くされたスパイク状等としても良い。保持部は、さらに、面取り縁部又は円弧縁部が設けられた輪郭を有していても良く、これらの輪郭は、補強部材の芯部の断面形状と同じであっても同じでなくても良く、いわば、保持部の周囲は、芯部と平行又は類似である必要はない（例えば、円形芯部と矩形又はいびつ保持部、又はその逆）。
補強部材の芯部への保持部の固定方法は、公知の方法のいずれか、例えば、接着、充填金属溶接、圧接、さらなる鋳造、押出しによる製造、又は同時鋳造等とすることができる。

Claims (12)

1. 土壌を補強するための補強部材であって、細長い芯部と、互いに離間されて前記芯部の離れた部位を取り囲む複数の保持部とを具備し、前記保持部が、同じ形状を有し、同じ高さだけ前記芯部から突出する補強部材において、前記保持部は、少なくとも３ｍｍの高さで前記芯部から突出し、前記保持部の間の間隔は、前記保持部の高さの６０倍を越えないようにし、前記補強部材を土壌内に挿入した時に、前記補強部材が０から１２０ＫＮ／ｍ ² の垂直圧力に対して１．５と土壌の内部摩擦角度のタンジェント値との間の摩擦係数を実現するように、前記保持部の高さ及び前記保持部の間の間隔が選択されていることを特徴とする補強部材。
2. 前記保持部の高さは、３から５ｍｍの間であることを特徴とする請求項１に記載の補強部材。
3. 前記芯部は中空断面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の補強部材。
4. 前記芯部は中実断面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の補強部材。
5. 前記保持部は、前記芯部と同じ材料から形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の補強部材。
6. 前記保持部は、前記芯部と異なる材料から形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の補強部材。
7. 前記芯部及び前記保持部の一方又は両方は金属、好ましくは鉄又は鋼から形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の補強部材。
8. 前記芯部及び前記保持部の一方又は両方は重合材料から形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の補強部材。
9. 前記芯部及び前記保持部の一方又は両方はセメント材料、好ましくはコンクリートから形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の補強部材。
10. 前記芯部は金属から形成されると共に前記保持部は重合材料から形成され、又は、前記芯部は重合材料から形成されると共に前記保持部は金属から形成されることを特徴とする請求項６に記載の補強部材。
11. 前記芯部は金属から形成されると共に前記保持部はセメント材料、好ましくはコンクリートから形成され、又は、前記芯部はセメント材料、好ましくは、コンクリートから形成されると共に前記保持部は金属から形成されることを特徴とする請求項６に記載の補強部材。
12. 異なる形状、材料、及び厚さのモジュール要素の基部を使用し、前記モジュール要素へ細長い補強部材が一般的な手段によって接続される種類の土壌を補強又はフレーム化するために利用可能な補強方法であって、請求項１から１１のいずれか一項に記載の補強部材を使用することを特徴とする補強方法。

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