JP3979667B2 - セル密閉構造 - Google Patents

Description

発明の属する分野
本発明は、物質を密閉するための補強セル構造に関する。特に、本発明は、界面摩擦角を改善することにより荷重容量（load bearing capacity）を増加させる開口部を有するセルウェブ材に関する。
発明の背景
セル密閉構造（以下”ＣＣＳ”という）は、システムのセル内の置かれた物質の荷重容量、安定性、および物質の対腐食性を増加させる。市販のシステムには、プレストプロダクツ、インコーポレーティッド（ウィスコンシン州 54913、アペルトン 私書箱２３９９）が販売しているプラスチック製土壌密閉システムであるGeoweb（登録商標）がある。Geoweb（登録商標）のセルは、それらの面が交互に間隔を開けて平行になるよう超音波接合によって接合された高密度のポリエチレン長片によって構成されているので、当該長片がその面に対して垂直方向に伸ばされた場合、形成されたウエッブによる区画は外見上蜂の巣に近い形状であり、正弦波または波形状を有する。Geoweb（登録商標）による区画は、軽量であり、取扱および取り付けの容易化のため、折り畳んだ形態で出荷される。
当該ウエッブ材は、道路の基礎、路床または舗装システムを設けるため広く用いられている。基礎構造は、当該ウエッブ材により補強され、または硬化されている。更に、Geoweb（登録商標）による区画は、一のウェッブ層を他の層に堆積することによって、丘陵保持（hill slope retension）のための引っ込み設計（stepped back design）のような液体および地面保持構造（earth and liquid retentionor structure）を提供するため用いられている。また、Geoweb（登録商標）のセルは、斜面、川床、護岸を保護し、表面の浸食から流体構造（hydraulic structure）を保護している。草等の斜面保護材は、当該ウエッブ区分の使用によって保護され、安定化が図られてきた。Geoweb（登録商標）には、砂、丸い岩、粒状土および団粒、表土、植物性材等の地球上の様々な素材（various earth materials）を充填することができる。セルには、コンクリートおよびソイルセメントまたはアスファルト質セメントも充填することができる。
石等の素材は、内部摩擦角が高いので工事には理想的である。これらの工事用素材の欠点としては、物質を密閉するのに必要とされる凝集要素の欠如である。Geoweb（登録商標）のようなＣＣＳは、物質を密閉することにより凝集要素を提供するが、密閉構造によりすべり面が生じ、内部の石の摩擦角が低いので同様の内部摩擦角を提供することがない。したがって、石が自身の内部摩擦角を発揮できない。もし、界面摩擦角を増加させることができれば、荷重容量も増加する。
荷重容量を改善することにより、道路の基礎、擁壁等の設計のような土木工学に適用することのできる高い安全性および高コスト効率を有するとともに、より強い設計構造を得るこができる。米国特許番号4、965、097に示すように、充填砂を用いた組織化セル材構造により界面摩擦角を改善することで、荷重容量を増加させていた。しかしながら、組織化セル壁によっては、石のような大きな工事用素材と同様に界面摩擦角を増加させることができない。
業界には、ＣＣＳの強度を維持しつつも界面摩擦角を増加させることにより石等の工事用素材の荷重容量を飛躍的に改善させるセル密閉構造に対する要請がある。
発明の要約
本発明は、石等の工事用素材における界面摩擦角を増加させるセルウエッブ構造を効率的に供給するという要請に対するものである。界面摩擦角を改善した結果、ＣＣＳの荷重容量が増加する。
改良したセルウェブ構造によって得られる他の重要な目標は以下の通りである：脆弱な路床に特に有用なＣＣＳを軽量化すること；構造の安全性を高めるシステムを通過する横方向への排水を行なうこと；コンクリート充填を確実にし、緊張材（tendons）の補強に用いられる領域を開けることである。
本発明は、特定領域においてセルの単位ウエッブを形成するため幅方向に伸張可能であり、間隔を開けて共に接着された並行な関係にある多数の伸張プラスチック長片を有する物質密閉用セル構造を提供する。前記長片は、約３ｍｍから約１７ｍｍの範囲の直径を有する複数の開口を有する前記セルの壁を形成する。
好ましい実施形態において、各セル壁は、多数の開口を有してする。もし、美観を考慮すれば、開口を有しないセル壁を開放セル壁に接着してもよい。セル壁における開口の直径は、ほぼ１０ｍｍに等しく、開口の面積はセル壁表面の総面積の１９パーセントから２８パーセントとほぼ等しい。複数の開口によって、複数の開口がないＣＣＳと比べ、界面摩擦角がほぼ５度と同じだけ増加する。開口は、ウエッブの周／列方向の強度（hoop/column strength）を維持するため、行（row）方向に互い違い（staggered）に配列されている。
他の実施形態においては、セル壁は、組織表面（texturized surface）上に好ましい実施形態で述べた複数の開口を有する。加えて、緊張材のような補強手段が開口を貫通して用いられている。補強緊張材の追加は、組織表面の存在とは無関係である。
本実施形態の他の側面は、凝集要素および界面摩擦角を改善するＣＣＳにおいてセル壁として用いられる素材を準備する方法である。この方法の工程は、プラスチック長片の素材に複数の開口を形成し、他のプラスチック長片との固定のため、プラスチック長片に所定の非開放領域を設けることである。上記の方法は、複数の開口のうち実質的に一致する開口を見つけ、当該開口に緊張材を導き、前記緊張材を前記セルウエッブの終端において終端接続し、緊張材を固定することにより変更可能である。緊張材は、セルウエッブを位置させた後に取り付けられる。
本発明は、様々な変更を施し、他の形態で実施することが可能であり、その特定の実施形態は、図面に示され、以下で詳細が説明される。しかし、本発明は、添付の請求の範囲で定義されるその精神及び意図に沿う限り、開示された特定の形態に限定されるものではないことを理解すべきであり、発明は、全ての変更、均等物および他の形態をも包含する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明を実施する一層式の補強拡張セル構造の部分斜視図である。
図２は、セル壁に形成された複数の開口の概要位置を示す拡張セルの拡大平面図である。
図３は、複数の開口部内に石のような工事用素材が収容された場合における図１の線３−３に沿った拡大断面図である。
図４は、開口を伴わない（無開領域システム）ＣＣＳの荷重容量を示す断面図である。
図５は、複数の開口を伴った図１におけるＣＣＳの荷重容量を示す断面図である。
図６は、開口を伴わない密閉構造の代りに複数の開口を伴ったＣＣＳを使用した場合に、結果として増加した界面摩擦角を示す線図である。
好ましい実施形態の詳細な説明
図面、特に図１を参照すると、可撓性緊張材（flexible tendons）１２によって補強されたＣＣＳ１０が示されている。本出願に取り込まれるゲリー・バック（Gary Bach）およびロバート・クローエ（Robert Crowe）に対し1995年9月12日に発行された米国特許番号5,449,543には、緊張材１２によって補強されているが、複数の開口３４を伴っていないセル密閉が、説明され、図示されている。ＣＣＳ１０は、独立セル２０のセル壁１８を形成するため、一の長片が次のものと交互かつ、等間隔の接着領域１６で共に接着される複数のプラスチック長片１４を有している。長片間の接着は、最も外に位置する内側長片２４と対になっている外側の長片２２から始め、次の二の内側長片２４等と長片１４が一対であると考えれば説明が最も容易である。このような各対は、各長片１４の終端２８近傍の外面溶着部２６を構成する接着領域において接着されている。外面溶着部２６と隣接する長片１４の区画を安定させるため、長片１４の終端２８と外面溶着部２６間に、短尾部３０が設けられている。長片の各対は、追加の接着領域において溶接されており、外面溶着部２６の間に等しい長さの長片による区画を創りだしている。これらの溶接に加え、隣接する各対の長片２４からの一長片１４は、以下で非対接着領域３２と呼ばれる長片の対における各溶接の中間において、共に溶接されている。これにより、複数の長片１４がその面に対して垂直方向に伸ばされた場合、プラスチック長片は正弦型に折り曲げられ、セルパターンの繰り返しにおけるセル２０のウエッブを形成する。セルウエッブの各セル２０は、一の長片から作られたセル壁および他の長片から作られたセル壁を有する。接着領域１６および３２の近傍には、長片１４における開口３４がある。各緊張材１２は、実質的に同じ一組の開口３４を貫いて伸びている。以下で用いるように、文言”実質的に同じ”は、隣接するセル壁の開口との間の重複の度合いが５０パーセントを超え、好ましくは７５パーセントを超え、さらに好ましくは約９０パーセントを超えることを意味する。緊張材１２は、セルウエッブを補強し、ウエッブの不要な変形を防止するため、連続した一体式の固定部材として働くことによってウエッブ設置の安定性を改善する。
図１に示すように、緊張材１２は、外見上小さくするため、断面が矩形または楕円形であることが好ましい。また、外形が薄い緊張材は、開口３４を緊張材が貫通するように容易に折り曲げられる。セルウエッブを正しく補強するため、セル内に固定充填部材が置かれ、緊張材は、平方インチあたり約１００から約２、５００ボンドの引張り強さを有する。
セルウエッブ内に存在する緊張材１２の数は、用途および緊張材１２の引張り強さに左右される。例えば、汀線（shoreline）の設置では、固定部材により外部からウエッブを維持するため、ウエッブの終端上のセルに取り付けられる一の緊張材しか必要としないであろう。緊張材１２がウエッブ群の区画を結合するために用いられる場合、一のウエッブの終端におけるセルの尾部は、他のウエッブの終端におけるセルの尾部間に位置する。緊張材１２は、ウエッブ群の区画を結合するため、結合ウエッブにおいて共に一組の開口３４を貫通して導かれる。通常、コンクリートが充填されたウエッブは、ウエッブが移動され、持ち上げられ設置可能となるようセルあたり二本の緊張材１２を含んでする。地球上の素材が充填されたウエッブは、多くの場合、セルあたり一本の緊張材を含んでする。殆どの用途で、セルあたり二本までの緊張材を含む。しかしながら、もし、ポリプロピレンの紐のような引張り強さの小さい緊張材を用いた場合、各セルを補強するため追加の緊張材が要求されるであろう。
セルウエッブの補強に加えて、緊張材１２は、水圧による隆起（hydraulic up lift）およびセルウエッブを持ち上げる氷作用（ice action）のような加えられた力に対する抵抗を促進する。ウエッブの上昇を防止するため、ウエッブは緊張材１２に沿い、間隔を開けて地面に固定されるであろう。
図２に示すように、ＣＣＳは、複数の開口３４を備えているので、開放部を有する。開口３４の領域は、セル壁の全体領域の約１９パーセントと約２８パーセントの間である。もし、セルウエッブの深さが深ければ、セル壁１８の全体領域に対する開口の領域割合は、増加する。全てのセル壁（パネル）１８が開放されている（複数の開口を含んでする）必要はない。もし、美観を考慮すれは、複数の開口３４を含む開放パネルに対し非開放パネルを単に溶接するだけの、非開放パネルを用いてもよい。また、パネル１８は、道路建設のような作業に用いられるその全てが開放されているものでもよい。
図２に示す開口３４の直径Ｄ１は、約３ｍｍと約１７ｍｍの間であり、最適な寸法としては、ほぼ１０ｍｍに等しい。複数の開口３４は、図２に示されたパターンにおけるものとほぼ等しい。開口のインチによる最適な寸法は、以下の通りである：Ｄ２（0.8125）は、セル壁１８の端部と最初の開口３４間の水平距離であり；Ｄ３（1.6250）は、最も近接しており、反対側の非対接着領域３２上にある開口３４間の水平距離であり；Ｄ４（0.7500）は、それらの中心間で測定した独立の開口３４間の水平距離であり；Ｄ５（0.7500）は、それらの中心間で測定した独立の開口３４間の垂直距離であり；Ｄ６（0.6250）は、セル壁の中央に位置する開口３４間の垂直距離であり；Ｄ７（0.315）は、セル壁の底面から最初の開口３４までの垂直距離であり；Ｄ８（13.000）は、セル壁１８の水平寸法であり；Ｄ９（6.500）は、セル壁の垂直端から非対接着領域３２までの垂直距離であり；Ｄ１０（2.000）は、セルの底面から第三行目の開口３４の中心までの垂直距離であり；Ｄ１１（4.000）は、セル壁１８の底面とセル壁の中央間の垂直方向であり；Ｄ１２（6.000）は、セル壁１８の底面と上面から第三行目の開口３４の中心まで垂直距離であり；Ｄ１３（8.000）はセル壁１８の垂直寸法である。
このようなパターンにより、工事現場における充填作業のために十分な壁強度を維持しつつも、噛み合わされる石を充填するのに最適な開放部を確保することができる。複数の開口が互い違いに配列されているので、開口が互い違いに配列されていない場合に比べて、密閉構造の縦の強度は低い程度にまで減少する。図２に示すパターンは、プラスチック長片を正しく接着するために、非開放部を有する非開放領域３２をも含んでする。図２に示す開口パターンは、各セルの深さに従って変化する。ＣＣＳは、半孔（half holes）を含まないことが好ましく、これにより、エッジ部分が滑らかとなり、ＣＣＳの取り付けの際の危険を低減することができる。
図３に示すように、石のような工事用素材は、複数の開口３４内に収容される。図３には、開口３４に沿っている緊張材１２も石とともに示されている。石は、約３６度と約４６度の間で変化することのできる非常に高い内部摩擦角を有している。以下で用いられるように、”内部摩擦角”は、Geoweb（登録商標）のようないかなるＣＣＳをも用いずに他の石の上に積み重ねられた石の摩擦角として定義される。石は、凝集要素が欠如しているので、正しく機能するためには密閉されなければならない。ＣＣＳは、この凝集要素を提供するが、密閉構造によりすべり面が生じるので、界面摩擦角は低下する。以下で用いられるように、”界面摩擦角”は、セル壁表面と石等の充填材間の摩擦角として定義される。
開口３４内に石の充填材が収納されると、荷重容量を改善する界面摩擦角が増加する。本出願に取り込まれるゲーリー・バックに対する米国特許番号4、965、097には、充填砂による界面摩擦角の改善について説明がなされている。同様の論理を用い、石同士の相互移動を困難にすることにより長期にわたる沈下を減少させることについて、複数の開口３４内に収納される石の配置が役に立つ。もし、長期にわたる沈下が減少すると、荷重容量はこれにより増加する。
例えば、もし、３９度の内部摩擦角を有する石が、上述の複数の開口３４を有していないＣＣＳ内に密閉されると、界面摩擦角は約３２度まで減少する。図２に示す複数の開口３４を伴う改善されたＣＣＳを、追加することにより界面摩擦角は、ほぼ５度に等しい分改善され、約３７度となる。
図４から６に、界面摩擦角の増加に伴って増加した荷重容量を示す。図４は、複数の開口がない場合のＣＣＳ４４の荷重容量を示す。図４において、ＣＣＳは、車輪荷重（wheel load）３６の下ではあるが、軟らかい路床３８上に位置しており、車輪荷重３６による合力（resultant force）４０が及んでいる。石４２のような工事用素材は、密閉システムの全体に充填されていることが好ましい。
図５も、荷重容量を示すが、上述の複数の開口３４を用いたＣＣＳ１０を伴った場合を示している。図５において、ＣＣＳは、車輪荷重３６の下ではあるが、軟らかい路床３８上に位置しており、車輪荷重３６による合力４６が及んでいる。石４２のような工事用素材は、複数の開口３４内に充填された石４２によって密閉システムの全体の充填されていることが好ましい。
図６は、力ベクトル２００が複数の開口を伴わないＣＣＳ４４からであった場合の、複数の開口３４を伴うＣＣＳ１０からの力ベクトル１００を用いた界面摩擦角を示す。図６の合力ベクトルは、ＣＣＳ１０を使用することにより界面摩擦角が約５度増加したことを示している。開口を伴わない密閉構造４４からの力ベクトル３００および複数の開口３４を伴う密閉構造１０からの力ベクトル４００を用いることにより界面摩擦角のほぼ５度に等しい増加を示す。
セルウエッブは、ウエッブをウエッブの長片１４の面に対して垂直方向に手で伸ばし、コンクリート又は地球上の素材をセル内に充填することにより取り付けることができる。補強されたセルウエッブが地球上の素材によって充填されている場合、本出願に取り込まれるゲーリー・バックに対する米国特許番号4、965、097に記載したように、ウエッブは取り付けフレームを介して取り付けることも可能である。セルウエッブは、ウエッブが伸びた状態を維持するため、取り付けフレームに固定される。フレームは、ウエッブが取り付け面上で停止するように回転する。緊張材１２は、フレームが取り除かれる前に内部的又は外部的に表面に固定される。その後、セル２０は、セルウエッブの拡張構造を維持するため工事用素材によって充填される。このような工事用素材の例としては、石、砂利、コンクリート、アスファルト、丸い岩等がある。もし、緊張材１２がＣＣＳに用いられると、工事用素材の重さ（forces）が、ウエッブを固定するためセル間に渡されている緊張材１２表面上に及ぶ。
セル材は、押し出し成形された厚さ５０ミリのポリエチレンのシートで作られていることが好ましい。プラスチック中には、太陽光線に露出された場合の紫外線による劣化防止のため、カーボンブラックが含まれるであろう。セル材のプラスチック長片１４の面も、本出願に取り込まれたゲーリー・バックに対する米国特許番号4、965、097で開示したように、組織表面（textured surface）を有するであろう。セルウエッブの層は、また、本出願に取り込まれるバック等に対する米国特許番号4、778、309に記載した山留め構造（earth retaining structure）を形成することによりウエッブの重複性を改善するためセルウエッブの隣接する層を端部に沿って重ねることができるノッチを含む。
プラスチック長片１４は、本技術分野で周知の幾つかの方法によって共に接着されるであろう。好ましい方法である超音波溶接法は、本出願に取り込まれるゲーリー・バックに対する米国特許番号4、647、325に記載した工程および装置を用いて行なわれる。実質的に長片１４の幅全体を横切る接合を形成するため、接合は、長片１４を同時に接続する一団の溶接火口（welding tips）から構成される。
開口３４は、長片接着前又は後の何れかに、本技術分野において周知の幾つかの方法により長片１４内に形成される。開口は、オンラインせん孔作業により形成されることが好ましい。開口を形成する他の方法としては、ウエッブを通じて実質的に一致する一組の開口を形成するよう折り畳まれたセルウエッブを貫通して穴を開ける方法である。適切な長さの緊張材１２が用いられた場合、実質的に一致する開口３４のいずれかに導かれ、貫通させる。こうしてセルウエッブが完全に拡張すると、緊張材１２はセル内に位置し、再折り畳みがなされるよう隣接するセル壁の間で垂直に折り畳まれる。補強されたセル材は、その後、パレット化され、取り付けのため出荷される。緊張材１２が用いられる場合、組立場所で開口３４に導かれ貫通させる。
ウエッブ材は、どの寸法のウエッブでも製造できるようにされるが、伸ばして使用された場合、通常は幅３から８フィートであり、長さが８から２０フィートである。好ましい実施形態において、各プラスチック長片１４は、８インチ幅である。接着領域１６は、非対接着領域３２として各長片上で約１３インチ離れて位置している。各セル壁１８は、隣接する接着領域１６間および非対接着領域３２間に長さが約１３インチのプラスチック長片の区画を備えている。尾部３０は、長さが約１インチである。
本発明は、一以上の特定の実施形態を参照して説明されたが、本発明の精神及び意図に沿う限り、多くの変更を加えることは本術分野の当業者によって認識されるものと考える。これらの各実施形態およびその明らかな変更は、以下に詳述された請求項に係る発明の精神及び意図に沿う限り予想されるものである。

Claims (5)

1. セル構造であって、
   （a）セルの単位ウエッブを形成するため幅方向に伸長可能であり、特定領域において間隔を開け、共に接着された並列関係にある複数の伸長プラスチック長片、および
   （b）前記セルの壁を構成する前記長片であって、前記壁のそれぞれは開口のパターンを有し、前記パターンは、第一グループの開口、第二グループの開口、第三グループの開口、および第四グループの開口を含み、
   （i）前記各開口は、３mmから１７mmの直径を有し、
   （ii）前記第一グループのそれぞれは、複数の開口を含み、前記第一グループにおける近接する開口は、第一の距離だけ相互に離れており、
   （iii）前記第二グループのそれぞれは、複数の開口を含み、前記第二グループにおける近接する開口は、第二の距離だけ相互に離れており、
   （iv）前記第一グループの各開口は、前記第一の距離および前記第二の距離よりも大きい第三の距離だけ第二のグループの各開口に対して水平方向に離れており、これにより、前記複数の伸長プラスチック長片の一の領域を前記複数の伸長プラスチック長片の他の領域に接着するための間隔を開けた前記特定領域の一を構成する無開口部が設けられ、
   （v）前記第三グループのそれぞれは、複数の開口を含み、前記第三グループにおける近接する開口は、第四の距離だけ相互に離れており、
   （vi）前記第四グループのそれぞれは、複数の開口を含み、前記四グループにおける近接する開口は、第五の距離だけ相互に離れており、
   （vii）前記第三グループの各開口は、前記第四及び前記五の距離よりも大きい前記第三の距離だけ第四グループの各開口に対して水平方向に離れており、
   （viii）前記第三グループの各開口は、第六の距離だけ第一グループの各開口に対して縦方向に離れており、
   （ix）前記第四グループの各開口は、前記第六の距離だけ第二グループの各開口に対して縦方向に離れているもの、を備えたこと、
   を特徴とするもの。
2. セル構造であって、
   （a）セルの単位ウエッブを形成するため幅方向に伸長可能であり、特定領域において間隔を開け、共に接着された並列関係にある複数の伸長プラスチック長片、および
   （b）前記セルの壁を構成する前記長片であって、前記壁のそれぞれは開口のパターンを有し、前記パターンは、第一グループの開口、第二グループの開口、第三グループの開口、および第四グループの開口を含み、
   （i）前記各開口は、３mmから１７mmの直径を有し、
   （ii）前記第一グループのそれぞれは、複数の開口を含み、前記第一グループにおける近接する開口は、第一の距離だけ相互に離れており、
   （iii）前記第二グループのそれぞれは、複数の開口を含み、前記第二グループにおける近接する開口は、第二の距離だけ相互に離れており、
   （iv）前記第一グループの各開口は、前記第一の距離および前記第二の距離よりも大きい第三の距離だけ第二グループの各開口に対して水平方向に離れており、これにより、前記複数の伸長プラスチック長片の一の領域を前記複数の伸長プラスチック長片の他の領域に接着するための間隔を開けた前記特定領域の一を構成する無開口部が設けられ、
   （v）前記第三グループのそれぞれは、複数の開口を含み、前記第三グループにおける近接する開口は、第四の距離だけ相互に離れており、
   （vi）前記第四グループのそれぞれは、複数の開口を含み、前記四二グループにおける近接する開口は、第五の距離だけ相互に離れており、
   （c）前記セル壁中の合致する開口のセット（set of coincident）を通じて伸長する少なくとも一の緊張材（tendon）であって、前記緊張材は、７から１７６kg/cm²の公称破損強度を有するもの、および
   （d）前記セル壁の一つにおける前記パターンによる前記開口であって、その総面積は、前記セル壁の一つの総面積の１９％から２８％を有するもの、を備えたこと、
   を特徴とするもの。
3. 請求項１または請求項２のいずれかにかかるセル構造において、
   （a）隣接する開口の周囲間で測定した前記第三の距離は、４１．３mmであること、
   を特徴とするもの。
4. 請求項１または請求項２のいずれかにかかるセル構造において、
   （a）隣接する開口の中央間で測定した前記第一の距離、前記第二の距離、前記第四の距離、および前記第五の距離は、それぞれ、１９mmであること、
   を特徴とするもの。
5. 請求項１のセル構造において、
   （a）前記セル壁の一つにおける前記パターンによる前記開口の総面積は、前記セル壁の一つの総面積の１９％から２８％であり、
   （b）前記セル壁中の合致する開口のセット（set of coincident）を通じて伸長する少なくとも一の緊張材（tendon）は、７から１７６kg/cm²の公称破損強度を有すること、
   を特徴とするもの。

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