专利名称：线钉扎的土工合成泥土垫及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种土工合成泥土垫，该垫用来在垃圾填筑场地及人工水体上形成低渗透性底层。本发明特别涉及一种土工合成泥土垫，该垫包括二个织物层板，它们称为第一支承层板和覆盖层板，上述二个层板之间设有膨润土层。采用线钉扎的方法将上述第一支承层板和覆盖层板连接起来，之后将线上的环圈或环溶化，相互连接，打结，用环扎紧连扣或以其它方式固定从而防止线从织物层板中拉出。
本发明要解决以下三个问题(1)土工合成泥土垫在坡或堤上缺乏稳定性;(2)在制造土工合成泥土垫时使用粘结剂或胶而带来的问题;(3)穿针方法要求具备下述条件，在土工合成泥土垫的结构中要至少使用一种无纺纤维。
采用膨润土以形成用于土地填筑和人工水体的低渗透性垫层的方法已为公众所知。膨润土是一种自然形成的泥土材料，该材料在遇水时会发生膨胀。当干的膨润土潮湿并膨胀时，如果将其适当保存则它基本会防止液体穿过它的渗漏。
人们还知道，可通过将膨润土用胶或粘结剂粘到称为第一支承层板的织物层板上而形成一种层板状卷曲状膨润土。与第一支承板交换使用的另一术语称为第一织物。可形成织物顶层从而使膨润土位于二个织物层之间。顶层称为覆盖层板。与覆盖层板交换使用的另一术语称为第二织物、第二支承层板和垫层。呈卷状的膨润土经常被该领域普通技术人员称为土工合成泥土垫。
呈收卷状的土工泥土垫(GCLS)很容易铺放到较大面积的区域上，如土地填筑、人工池溏或湖中，上述铺放仅仅通过与铺放地毯类似的方式将垫铺展开即可完成。当膨润土遇水时它便在两个织物层板之间膨胀从而形成具有很低的渗透性的阻挡层。
利用将膨润土夹在两个织物层板之间而制成的土工合成泥土垫形成阻挡层的上述已有技术至少具有下述三个问题。第一个问题是边坡的稳定性。第一支承层板和覆盖层板由相对平滑的编织纤维制成。膨润土本身在脱水时很容易产生滑移。因为织物纤维层之间没有形成相互连接，故该土工合成泥土层会缺乏边坡稳定性。
第二个问题涉及采用胶或粘结剂将土工合成泥土垫中的各个部分固定在一起的成本问题。因为要耗费时间和能量，故上述固定方法成本很高。首先要将胶涂到第一支承层板，之后将膨润土放到上述第一支承层板上。一旦膨润土放到湿的胶液上，该胶液就必须经过干燥，上述方式需要价格昂贵的设备并耗费很大的能量。当采用胶将膨润土颗粒固定就位时，作为将垫各部分固定在一起的唯一手段的胶在使用时需要反复涂胶，并且在干燥过程需要耗费大量能量。
上述已有技术采用钉扎和绗缝的方式将膨润土初步固定到第一支承层板上。穿针方法要求覆盖层板或第一支承层板采用至少一种无纺纤维。该无纺纤维由针拉动从而与相邻的纤维层板连接。无纺纤维的抗拉强度低于编织纤维的抗拉强度，其侧向透射率高于编织纤维的侧向透射率，因此最好不采用该无纺纤维作为土工合成泥土垫中的编织纤维。
因此需要提供一种改进的土工合成泥土垫，该垫包括有膨润土，该膨润土设置在第一支承层板和覆盖层板之间，该垫可铺在土地填筑场地或池溏的陡坡或堤上并保持不动。另外还需要提供一种改进的土工合成泥土垫，该垫在生产时无需将膨润土用胶粘到第一支承层板上或者可减少依靠上述胶粘方式的程度，并且无需使用无纺织物。
本发明主要涉及土工合成泥土垫的技术领域。该垫依靠线钉扎连接固定，该连接可使垫产生抗剪应力，当垫铺于坡面上时在垫中会产生上述剪应力。垫可以包括或不包括胶或粘结剂。另外该垫可形成粗糙的底表面，该表面可以牢固地保持在土地填筑或池溏的陡坡或堤上。本发明的土工合成泥土垫可以用高效的方法来生产，因为胶或粘结剂的使用量大大减小，在许多情况下就根本无需使用上述胶或粘结剂。
本发明的土工合成泥土垫包括第一支承层板，该层板支承膨润土层并形成土工合成泥土垫的底面。第一支承层板最好以收卷状态来提供。当将第一支承层铺展开时，可在第一支承层板的顶面铺设膨润土层。之后在膨润土层上铺放覆盖层板，该层板最好也以收卷状态来提供，这样膨润土便设置在第一支承层板和覆盖层板之间。
第一支承层板和覆盖层板的其它外缘最好采用普通的方式如缝或其它方式固定在一起。位于上述外缘之间的第一支承层板和覆盖层板的中间部分采用多根线钉扎来连接。每根钉扎线包括多个环圈或环，该环圈或环穿过覆盖层板的顶面、膨润土层以及第一支承层板。环圈设置好后其一部分位于第一支承层板的底表面下面。为了防止钉扎线的环圈穿过第一支承层板和覆盖层板而被拉回，要将环圈变形、相互连接、打结、用环系紧、设扣、用胶粘或其它方式固定于第一支承层板的底表面上。使环圈变形的优选方式是局部溶化。对环圈加热使线形成结块或成球体，该结块或球体不会轻易穿过纤维而被拉回。通过对环圈的局部溶化，将它们相互连接或采用上面所述的一种或多种方式进行处理，环圈就不会穿过第一支承层板和覆盖层板而被拉回。这样钉扎线便起到第二和第一支承层板之间的连接件的作用。
上述多根钉扎线可布置成各种花样如直线型、交叉型或Z字型。钉扎线中从顶部的覆盖层板伸到底部的第一支承层板的部分还有助于膨润土颗粒的定位。在优选的实施例中，要使用数量定够多的钉扎线以便基本将颗粒状膨润土固定住，这样就可避免在运输、操作和铺设过程中膨润土产生较大的移动。
本发明还涉及一种制造上述土工合成泥土垫的改进方法，在制造该垫的过程中可减少使用胶或粘结剂的用量。
第一支承层板呈收卷状提供并与传送装置连接。该传送装置将第一支承层板从加料斗下方向前推送，该加料斗将膨润土铺放在第一支承层板的顶面。然后使上面设有膨润土层的第一支承层板向前移动，在膨润土层顶面铺放覆盖层板，该层板也呈收卷状态提供。接着使第一支承层板、覆盖层板与膨润土层一起向前移动，上述第一支承层板和覆盖层板的外缘通过缝制和其它常规连接方式相互连接起来。最后，将上述复合体，在这里称为垫，穿过线钉扎设备，在通过设备时多根钉扎线穿过顶部的覆盖层板、膨润土层和第一支承层板，并在第一支承层板下面形成环或环圈。
上述环圈可以相互连接，用环系紧，打结或经过其它方式处理，上述垫可以从加热部件上方通过，在此处位于第一支承层板下面的环圈局部溶化，从而可避免环圈从第一支承层板和覆盖层板中滑出或以其它方式穿过上述层板而被拉回。另外，上述环圈也可装设扣，涂胶或以其它方式与第一支承层板的底面相固定。最后，将垫收卷在其滚轴上，以便运输。
对于上述溶化方式，应该对用于钉扎线的材料进行选择，从而使钉扎线的溶点类似于或低于第一支承层板的溶点，这样当钉扎线的环圈局部溶化时，可避免第一支承层板受到损坏。对于上述用环扎紧相互连接的方式，钉扎线的溶点是不重要的。
在生产本发明的垫的另一优选方式中，环圈不必溶化，但每个环圈与至少一个相邻的另一个环圈相互锁合。该方法要求更为复杂的钉扎过程，但可避免对所有环圈进行溶化的过程。最后，在生产本发明的垫的非最优方法中，环圈不经溶化而是用胶或以其它方式粘到第一支承层板的底表面，该层板上带有的粘结剂或胶最好是不溶于水的。
本发明提供了一种带有膨润土层的土工合成泥土垫，该膨润土层位于第一支承层板和覆盖层板之间，上述本发明的垫是在无需用胶将膨润土粘到第一支承层板或覆盖层板的内表面上的情况下形成的，本发明还提供了一种土工合成泥土垫，该垫具有非常粗糙的底表面。钉扎线上的经溶化的环圈表面粗糙，这样在第一支承层板的底表面上所形成的多个经溶化的环圈便可形成具有较高摩擦系数的底表面。根据本发明的优选方法而制成的土工合成泥土垫可形成这样的土工合成泥土垫，该垫中的纤维层之间相互连接在一起，当将垫铺设在坡面上时，上述连接可抵抗出现在垫中的剪应力。本发明的垫具有粗糙的底表面，它可使垫保持或粘到坡或堤上，而不会出现整个垫沿土地填筑或池溏的侧坡面滑动的危险。
本发明的目的在于提供一种改进的土工合成泥土垫，该垫在制造时无需用胶将膨润土粘到第一支承层板或覆盖层板的内表面。
本发明的另一目的在于提供一种改进的合成泥土垫，该垫的至少一个外表面具有较高的摩擦系数，从而可使土工合成泥土垫保持在陡坡和堤上，而不会产生在重力作用下的向下滑动的情况。
本发明的再一个目的是提供一种制造土工合成泥土垫的方法，该方法采用线钉扎工艺，该方法可在第一支承层板和覆盖层板之间形成连接，而无需将第一支承层板和覆盖层板缝到一起。
图1为单根钉扎线的示意图，该线穿过第一和第二支承层板并在第一支承层板下面反复形成多个环圈;
图2为钉扎线的另一示意图，该线穿过第一和第二支承层板，并在第一支承层板下面形成环圈，该图特别表示对覆盖层，当第一支承层板不足时，与置于其中的膨润土层相接触时的情形;
图3为钉扎线的又一个示意图，该线穿过第一和第二支承层板，并在第一支承层板下面形成相互连接在一起的环圈;
图4为制造本发明的土工合成泥土衬的方法示意图;
图5为图4所示示意图的俯视平面图。
在下面的附图描述中相同的标号表示各图中相同或相似的部分。
图1和图2表示钉扎线是如何在第一支承层板和覆盖层板之间形成连接的。
首先在第一支承层板11上覆盖一层膨润土12之后，在膨润土上面铺放覆盖层板13，从而形成土工合成泥土垫，该垫中的底层或第一支承层板底部11与顶部或覆盖层板13之间形成有膨润土层12。第一支承层板11和覆盖层板13是通过大滚轴来提供的，其外缘25、26(如图5所示)最好通过缝制而连接起来，这一点将在下面结合图4进行描述。第一支承层板11和覆盖层板13也必须连接起来，以便形成一个对膨润土12进行接纳和支承的装置，该膨润土12一般呈粒状。
用线钉扎的方法在第一支承层板11和覆盖层板13的中间部分之间形成了上述的连接，上述方法还有助于膨润土12的分布与定位。线14是通过线钉扎设备15(如图4所示)来提供的，该线14反复穿过覆盖层板13、膨润土层12和第一支承层板11，从而在第一支承层板下面形成多个环圈。如图2所示，线14在覆盖层板13和第一支承层板11之间形成连接件。这样在覆盖层板13和第一支承层板11之间不形成纤维与纤维的接触。上述连接是由线14形成的。为了防止线14上的环圈16穿过第一支承层板11而被拉回，必须要使环圈变形或相互连接，这样环圈就不会轻易地穿过第一支承层板11，否则环圈16必须要连接到第一支承层板11的底表面上。
防止环圈16穿过第一支承板11而被拉回的一个最佳方法是将环圈16局部溶化。已有的可用于溶化方法的线14的线束包括溶点为480°F的聚脂丝，溶点为414～500°F的尼龙丝，溶点为266°F的聚乙烯丝，溶点为325°F的聚丙烯丝。在局部溶化后环圈16就会呈变形状态而硬化，从而避免环圈16穿过第一支承层板11而被拉回。
生产上述土工合成垫的优选材料为编织聚丙烯纤维，该纤维的溶点约325°F，最好选择与第一支承层板11的溶点相类似或低于其溶点的线14，当然上述选择并不是绝对必须的，线14一般来说较细并且易于溶化，这样该线的溶点不必很低，但该溶点必须与构成第一支承层板11的材料的溶点相类似。
图3表示一种作为上述环圈16溶化方式的替换方式，在该方式中，环圈16相互锁合，从而可避免环圈穿过第一支承层板11而被拉回，图3所示的相互锁合的固定方式并不是最佳的方式，因为相互锁合的方式需要更加复杂的制造工艺，并且未溶化的相互锁合的环圈16所形成的表面并不象局部溶化的环圈16所形成的那样粗糙，相互锁合固定方式的优点在于它可减少固定部分的热变形，然而对于将环圈16溶化的方式来说，其优点在于局部溶化的环圈16是很坚硬的，并具有一定的不平整度。在第一支承层板11下边所形成的多个热变形环圈16，可形成具有高摩擦系数的粗糙表面，该表面可在一定程度上使土工合成泥土垫10在陡坡或堤岸上保持原位不动，而不会出现向下滑动的现象。
作为图中没有给出的其它替换方式包括在环圈16上打结，将扣状结构物连到环圈16上，将环圈16用胶粘到第一支承板11的底表面上，以及其它变换方式，该方式可阻止环圈16穿过第一支承板11而被拉回。
图4表示了改进的制造本发明土工合成泥土垫10的方法。在生产装配线20中，第一支承层板材料11的滚轴与传送装置21相连。膨润土12装在加料斗22中，该加料斗22将膨润土12铺设在第一支承板11的顶面上。刮平器23(也称为刮片23)将膨润土12刮成位于第一支承板11顶面的平整层。覆盖层板材料13的滚轴也设在生产装配线20中，该覆盖层板材料13铺在膨润土层上的顶面。压辊24将覆盖层板13、膨润土12和第一支承层板11挤压在一起从而形成带有平整的膨润土层12的土工合成泥土垫10。第一支承层板11和覆盖层板13的外缘25、26(如图5所示)在外缘钉缝工位27固定在一起，之后垫10经过线钉扎设备15处理。作为替换方式或辅助步骤，在将外缘在工位27钉缝起来后可对垫10进行振动以便进一步使膨润土层12整齐。在垫10走过线钉扎设备15后，利用线溶化器28将环圈16(如图1～3所示)溶化，之后将该垫10卷起准备运走。
在图4和5所示的优选的制造方法中，无需使用涂胶或粘结剂。第一支承层板11和覆盖层板13的外缘25、26最好钉缝在一起。溶化器28仅仅局部地将钉扎线的环圈16溶化从而对过度溶化或过度加热钉扎线而产生的有害烟气量进行限制。第一支承板11所包含的聚丙烯纤维应基本不为线溶化器28溶化。因为无需胶粘步骤，故本发明的方法无需使用已有技术的方法中所必需的干燥器或其它干燥装置。图4和5所示的制造方法是一种生产土工合成泥土垫的快速高效的方法。
用本发明的方法所制成的土工合成垫带有膨润土层，该膨润土层设在引一支承层板和覆盖层板之间，从而无需将膨润土用胶粘到底部或第一支承层板上。层板通过钉扎线而不是通过缝制连接起来。由于钉扎线的环圈局部溶化，垫底表面的摩擦系数大于第一支承板底表面的摩擦系数。在制造本发明的土工合成垫时无需使用胶或粘结剂，另外该土工合成垫可适合设置在陡坡或岸堤上。
虽然本说明书中仅仅对本发明中的一个优选实施例及方法给出了图示并进行了描述，但是对该领域普通技术人员来说显然可以在本发明的精神和范围内作出变换。因此，本发明的范围只能由本说明书后面所附的权利要求书所请求保护的范围来限定，而不受任何特定措辞和上面的描述的限制。
权利要求
1.一种用于形成连续泥土层的土工合成泥土垫，它包括用来支撑膨润土层的第一支承层板，该层板包括至少两个外缘，上述膨润土层位于第一支承层板的顶面，用来覆盖膨润土层的覆盖层板，该膨润土层位于第一支承层板和覆盖层板之间，该覆盖层板包括至少两个外缘，该覆盖层板位于膨润土层顶面，覆盖层板的外缘与第一支承层板的外缘基本相对应，多根钉扎线，该线用来连接第一支承层板和覆盖层板，每根线包括多个环圈，该环圈穿过覆盖层板和第一支承层板，并位于第一支承层板的底面下面，上述钉扎线的环圈包括防止环圈从第一支承层板穿过而被拉回的部件。
2.根据权利要求1所述的垫，其特征在于防止环圈从第一支承层板穿过而被拉回的部件为环圈的变形体从而可防止环圈从第一支承层板穿过而被拉回。
3.根据权利要求2所述的垫，其特征在于所述的环圈至少局部受到溶化。
4.根据权利要求1所述的垫，其特征在于防止环圈从第一支承层板穿过而被拉回的部件为粘结剂层，这样至少可将环圈的一部分粘接到第一支承层板的底面上。
5.根据权利要求1所述的垫，其特征在于防止环圈从第一支承层板穿过而被拉回的部件为穿过相邻环圈的环圈。
6.根据权利要求1所述的垫，其特征在于防止环圈从第一支承层板穿过而被拉回的部件将环圈固定到第一支承层板底板上。
7.根据权利要求1所述的垫，其特征在于防止环圈从第一支承层板穿过而被拉回的部件是扣子，该扣子固定于第一支承层板底面下面的环圈上。
8.根据权利要求1所述的垫，其特征在于第一支承层板和覆盖层板的外缘固定在一起。
9.根据权利要求8所述的垫，其特征在于第一支承层板和覆盖层板的外缘缝在一起。
10.根据权利要求8所述的垫，其特征在于第一支承层板和覆盖层板的外缘相互用胶粘在一起。
11.一种用于形成连接泥土层的土工合成泥土垫的制造方法，其步骤包括将第一支承层板从颗粒状膨润土布料器下面穿过，该第一支承层板具有至少二个外缘;将膨润土铺设在第一支承层板的顶面从而在第一支承层板的顶面形成膨润土层;将第一支承层板和膨润土层从覆盖层板下面穿过，该覆盖层板具有至少二个外缘;将覆盖层板铺设在膨润土层的顶面;将第一支承层板、膨润土层和覆盖层板从线钉扎设备中穿过，该设备在其上设置多根钉扎线，该线穿过第二和第一支承层板从而在第一支承层板和覆盖层板之间形成连接，每根钉扎线包括多个环圈，该环圈穿过覆盖层板和第一支承层板并位于第一支承层板的底表面下面;将第一支承层板，膨润土层和覆盖层板从可使环圈发生变形部件上面穿过，使环圈发生变形从而可基本防止环圈从第一支承层板穿过而被拉回。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于上述的可使环圈发生变形的部件为加热部件，该部件至少局部将环圈溶化从而可基本防止环圈从第一支承层板穿过而被拉回。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于上述的可使环圈发生变形的部件是粘结剂层，该粘结剂层可将部分环圈粘接到第一支承层板的底面上。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于上述的可使环圈发生变形的部件为穿过相邻环圈的环圈。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于上述的可使环圈发生变形的部件将环圈固定到第一支承层板的底面上。
16.一种用于形成连续泥土层的土工合成泥土垫的制造方法，其步骤包括将第一支承层板从颗粒状膨润土布料器下方穿过，该第一支承层板具有至少二个外缘;在第一支承层板顶面铺设膨润土从而在第一支承层板的顶面形成膨润土层;将第一支承层板和膨润土层从覆盖层板下方穿过，该覆盖层板具有至少二个外缘;将覆盖层板铺设在膨润土层的顶面;将覆盖层板的外缘与第一支承层板的外缘固定在一起;将第一支承层板，膨润土层和覆盖层板从线钉扎设备中穿过，该设备在其上设置多根钉扎线，该线穿过第二和第一支承层板从而在第一支承层板和覆盖层板之间形成连接，每根钉扎线包括多个环圈，该环圈穿过覆盖层板和第一支承层板并位于第一支承层板的底表面下面;将第一支承层板、膨润土层和覆盖层板从加热部件上面穿过，该加热部件至少使环圈局部溶化从而可基本防止环圈从第一支承层板穿过而被拉回。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于钉扎线和第一支承层板各自具有溶点，其中钉扎线的溶点低于第一支承层板的溶点，这样可在低于第一支承层板的溶化温度的温度条件下，将钉扎线环圈溶化从而可防止环圈从第一支承层板穿过而被拉回，并基本不使第一支承层板受到损坏。
18.一种用于形成连续泥土层的土工合成泥土垫的制造方法，其步骤包括将第一支承层板从颗粒状膨润土布料器下方穿过，该第一支承层板具有至少二个外缘;在第一支承层板的顶面铺设膨润土，从而在第一支承层板的顶面形成膨润土层;将第一支承层板和膨润土层覆盖层板的下方穿过，该覆盖层板具有至少二个外缘;在膨润土层顶面铺设覆盖层板;将覆盖层板的外缘与第一支承层板的外缘固定在一起;将第一支承层板、膨润土层和覆盖层板从线钉扎设备中穿过，该设备在其上设置多根钉扎线，该线穿过第二和第一支承层板从而在第一支承层板和覆盖层板之间形成连接，每根钉扎线包括多个环圈，该环圈穿过覆盖层板和第一支承层板并位于第一支承层板的底面下面;将第一支承层板，膨润土层和覆盖层板从可防止环圈从第一支承层板穿过而被拉回的部件上方穿过。
全文摘要
一种土工合成泥土垫，它用来在土地填筑中形成阻挡层，该阻挡层可基本防止液体渗漏。上述垫带有膨润土层，该土层位于第一支承层板和覆盖层板之间。上述两个层板通过多根钉扎线连接，钉扎线上的环圈或环穿过底部或第一支承层板的底表面，其局部经过溶化，从而可防止环圈从第一支承层板中滑脱出来，经局部溶化的环圈形成具有较高摩擦系数的底表面，从而可使土工合成泥土垫保持在土地填筑或池溏的陡坡堤上。
文档编号E02D17/20GK1100769SQ9410265
公开日1995年3月29日 申请日期1994年1月18日 优先权日1993年1月19日
发明者R·卡里克, M·克拉里 申请人:詹姆斯克莱姆公司