蜂窝状约束结构的制作方法

专利名称：蜂窝状约束结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及约束材料的强化蜂窝状结构。具体而言，本发明涉及一种蜂窝状蛛网材料，此种材料具有通过改进界面摩擦角而增加承载能力的孔眼。
背景技术：
蜂窝状约束结构(以下称“CCS”)用于增加置于此系统的蜂窝单元中的材料承载能力、稳定性、和抗侵蚀能力。一种市售系统是Geoweb塑料蛛网土壤约束结构，由Presto Products公司经销，该公司的地址是P.O.Box(信箱)2399，Appleton，WI 54913。Geoweb蛛网由高密度聚乙烯带条制作，方法是将带条面对面地并间隔交错地利用超声在面上焊接，结果当带条受到在垂直于带条面的方向的张拉时，得到的蛛网段呈蜂巢状，蜂窝形状为正弦曲线或波浪形。Geoweb段重量轻，运输时置于收缩状态以便于处理和安装。
蛛网材料大量用于路基、地基或铺砌系统。采用此种蛛网材料可使结构基础得到强化或加固。此外，可以将一层Geoweb蜂窝蛛网叠加于另一个之上而提供水土保持结构，如护坡用的阶梯支承设计。Geoweb蜂窝蛛网也可保护土坡、沟道、护墙和水力结构免遭表面侵蚀。草地和其他土坡的覆盖材料已经通过采用这种蛛网蜂窝得到保护和稳定。Geoweb蜂窝蛛网之中可以填充各种土料，如沙料、卵石、颗粒土和骨料、表土、营养材料等等。混凝土和掺土水泥或地沥青膏(沥青水泥)也可用于填充蜂窝。
像石子这样的材料是理想的建筑材料，因为其内摩擦角很高。采用此类建筑材料的缺点是缺少内聚因素，须要对材料进行约束。CCS，如Geoweb，通过约束该材料而提供内聚因素，但不能提供同样的摩擦角，因为此约束结构引入一滑移面，在此滑移面上石子的界面摩擦角较低。所以，在这种内摩擦角下石子不能工作。如果可以使内摩擦角加大，承载能力也就可以提高。
改进承载能力可以得到安全因素更高更坚固的设计结构和费用低廉的民用工程应用结构，例如在路基和挡土墙结构设计中。通过改进界面摩擦角，可以增加采用沙料填充的卷曲结构蜂窝材料的承载能力。美国专利No.4,965,097。然而，这种卷曲结构蜂窝材料结构在增加对于像石子这一类较大建筑材料的界面摩擦角方面效果不佳。
所以工业界需要一种通过在保持CCS强度的同时增加界面摩擦角而以显著改进像石子这一类建筑材料的承载能力的蜂窝约束结构。

发明内容
本发明所针对的需要是要有效地提供一种可以增加在像石子这种建筑材料中的界面摩擦角的经过改进的蜂窝蛛网结构。改进界面摩擦角的结果是可以增加CCS的承载能力。
采用这种经过改进的蜂窝蛛网结构所要达到的另一些重要目的如下减轻CCS的重量，这对较软地基特别有效．通过此系统进行横向排水，这可以改进结构整体性；以及混凝土填充锁定和用于加强筋强化的有孔部分。
本发明可提供一种由多根扁平塑料带条面对面在有限区域上间隔焊接而成的蜂窝材料约束结构，并且此结构在带条在宽度方向上受到张拉时可形成单元蜂窝蛛网。带条形成蜂窝壁，其上有多个直径为约3mm至约17mm的孔眼。
在一优选实施例中，每一个蜂窝壁具有很多孔眼。如果考虑美观，可以将一无孔蜂窝壁同有孔蜂窝壁粘合。蜂窝壁中的孔眼的直径 10mm，孔眼面积大约为蜂窝壁表面面积的19％至28％。多个孔眼使界面摩擦角与无孔眼的情况相比加大 5度。孔眼各行交错排列以保持蛛网结构的环向/柱向强度。
在另一实施例中，蜂窝壁具有在一优选实施例中所描述的在卷曲结构表面上的多个孔眼。此外，一种强化工具，比如加强筋，穿过孔眼。添加加强筋与卷曲表面是互相独立存在的。
本发明的另一个方面是制作在能改进内聚因素和界面摩擦角的CCS中用作蜂窝壁材料的方法。这种方法的步骤包括在塑料带条中形成多个孔眼和在塑料带条上提供预定的无孔区用来与其他塑料带条接合。上述方法也可予以改变，即在蜂窝蛛网中添加加强筋，加强筋穿过在多个孔眼中可以找到的大致重合的孔眼并在蜂窝蛛网的两端被锚固。加强筋是在蜂窝蛛网定位后添加。
虽然本发明可以有各种改变和另外的形式，其具体实施方式
通过附图中的例子示出并在此详细描述。但是，应该理解的是这并非是要限制此发明只能具有所公开的具体形式，正相反，其意图是要覆盖由下面的权利要求所确定的本发明的精神和范围的所有变形、等同和替代的实施方案。
附图简介

图1是具体实施本发明的展开了的单层强化蜂窝结构的部分透视图。
图2是展开了的蜂窝的放大平面图，示出在蜂窝壁上所形成的多个孔眼的大致位置。
图3是沿图1中的线3-3的放大剖视图，其中示出建筑材料，如石子，堆积在多个孔眼34上的情况。
图4是示出无孔CCS(无孔区系统)承载能力的剖视图。
图5是示出图1中的多孔CCS承载能力的剖视图。
图6是采用多孔CCS代替无孔约束结构时所得到的界面摩擦角的增加的图解示图。
优选实施例详细描述首先参看附图1，图中示出由柔性加强筋12强化的CCS 10。在本发明作为参考所援引的1955年9月12日发布的授予Gary Bach和Robert Crowe的美国专利No.5,449,543中描述并图示了由加强筋12强化、但没有孔眼34的蜂窝约束材料。CCS 10由多条粘合在一起的塑料带条14构成，相邻两根带条在等间隔设置的交错的粘合区16处粘合而形成各蜂窝20的蜂窝壁18。对带条间的粘合的描述最好是通过将带条14想象为成对组成的，从与里边最靠外边的带条24配对的22开始，然后是从里面两根带条24组成的一对，依此类推。每一对带条在邻接每根带条14的端部28的组成外焊缝26的粘合区处粘合。在带条14的端部和和外焊缝26之间有一个短尾30用来稳定带条14与焊缝26邻接的各段。每对带条都在另外的粘合区16焊接在一起，从而在外焊缝26之间形成长度相等的带条段。除了这些焊缝之外，两对邻接的成对带条24中的各一根带条14也在带条对的两个焊缝间的中间位置互相焊接在一起，下面称之为非对粘合区32。结果，当多根带条14在垂直于这些带条面的方向上受到张拉时，塑料带条弯曲成正弦曲线的形状并形成一个个互相重复的蜂窝形状的蜂窝蛛网20。蜂窝蛛网的每个蜂窝20的一个蜂窝壁由一根带条形成，而另一蜂窝壁由另外一根带条组成。
与粘合区16和32邻接的是带条14上的孔眼34。每根加强筋12穿过一组基本上重合的孔眼34延伸。此处所使用的表达“基本上重合”的意思是蜂窝壁邻接孔眼之间的重叠度大于50％，大于75％更佳，最好是大于约90％。加强筋12可强化蜂窝蛛网，并可通过用作连续整体锚固件而防止不希望出现的蛛网的位移而改进蛛网设施的的稳定性。
如图1所示，加强筋12的截面最好是矩形或椭圆形，以使其形状较薄。扁平形状的加强筋在穿过孔眼34时也容易弯折。为了使蜂窝蛛网得到适当的强化和锚固放置于蜂窝之内的填充材料，加强筋的抗拉强度应为大约100至约2,500lb/in2(磅/平方英寸)。
在一个蜂窝蛛网内的加强筋12的数目取决于加强筋12的应用和其抗拉强度。例如，沿岸线上设置时可能仅要求在蛛网一端的蜂窝中穿设一根加强筋和从外部用锚固件固定。当采用加强筋12来结合不同蛛网的各部分时，一个蛛网端部的蜂窝尾端安置于另一蛛网端部的蜂窝尾端之间。加强筋12穿过两个互联蛛网尾端的一组孔眼34以便使不同蛛网的各部分连接。混凝土填充的蛛网通常是每个蜂窝包含两根加强筋12以使蛛网能够移动、提起和安装。填充土料的蛛网经常是每个蜂窝包含两根加强筋12。对大多数的应用而言，蛛网的蜂窝一般是每个蜂窝包含达两根加强筋12。但是，如果加强筋的抗拉强度较小，比如使用聚丙烯带，可能须要另外增加加强筋以强化各个蜂窝。
除了强化蜂窝蛛网，加强筋12有助于抵抗所承受的作用力，如力图使蜂窝蛛网上升的水液上顶力和冰的作用力。蛛网可以通过在沿着加强筋12方向上的分隔区间将其锚固于地面而防止蛛网的上升。
如图2所示，由于存在多个孔眼34，CCS具有有孔面积。孔眼34的面积大约为蜂窝壁总面积的19％至28％。如果蜂窝蛛网的蜂窝深度较深，则孔眼与与蜂窝壁18的总面积的面积百分比将增加。并非所有蜂窝壁(壁板)18必须有孔(即包含多个孔眼)。如果考虑美观，可以就将无孔壁板同包含多个孔眼34的有孔壁板18焊接。在像筑路工程中壁板18也可全部是有孔的。
图1中的孔眼34的直径D1在大约3mm和17mm之间，最佳尺寸为 10mm。多个孔眼34的排列图形模式大致如图2所示。孔眼图形模式的大致最佳尺寸以英寸表示如下D2(0.8125)为蜂窝壁18的边缘和第一个孔眼34之间的水平距离；D3(1.6250)为在非对粘合区32的相对两边上的最接近的孔眼34之间的水平距离；D4(0.7500)为以中心距度量的孔眼34之间的水平距离；D5(0.7500)为以中心距度量的孔眼34之间的垂直水平距离；D6(0.6250)为位于蜂窝壁中部的孔眼34之间的垂直距离；D7(0.3125)为从蜂窝壁底边到第一个孔眼34之间的距离；D8(23.00)为蜂窝壁18的水平尺寸；D9(6.500)为从蜂窝壁的垂直边到非对粘合区32的垂直距离；D10(2.000)为蜂窝壁18的底边到从底边起的第三列孔眼34的中间的垂直距离；D11(4.000)为蜂窝壁18的底边到蜂窝壁18的中间的垂直距离；D12(6.000)为蜂窝壁18的底边到从硕边起的第三列孔眼34的中心的垂直距离；D13(8.000)为蜂窝壁18的垂直尺寸。
这种图形模式容许石子填充交联得到最佳有孔面积并同时保持足够的壁刚度以便可在建筑现场填充。将孔眼交锚排列可使约束结构的纵向强度的减小比孔眼排列不交错时的要小。图2所示的图形模式也包含有无孔区32，这一部分应保持无孔以便以合适方式将塑料带条粘合。图2中的孔眼图形模式根据各种蜂窝的深度而变。CCS最好不要包含半孔，从而可使边缘平滑，因而可以减小安置CCS时的危险。
如图3所示，建筑材料，如石子，可堆积在多个孔眼34上。一根顺着孔眼34的加强筋12与石子一起示于图3中。石子具有很高的内摩擦角，该角度可在30度和46度之间变化。此处所使用的表达“内摩擦角”的定义是在不使用任何CCS，如Geoweb，的情况下堆在石子上的石子的摩擦角。因为石子缺少内聚因素，对石子必须进行约束才能使其正常发挥作用。CCS可以提供这种内聚因素，但界面摩擦角会减小，因为约束结构会引入滑移面。此处所使用的表达“界面摩擦角”的定义是填充物，如石子，和蜂窝壁表面之间的的摩擦角。
当石子填充物堆积在孔眼34上时，界面摩擦角增加，结果可提高承载能力。在本发明作为参考所援引的授予Gary Bach的美国专利No.4,965,097中描述了对于沙子填充物的界面摩擦角的提高。使用类似的逻辑，使沙子在孔眼34上的堆积分布开来可有助于通过使石子难于相互移动而减小长期沉降。如果长期沉降减小，就可增加承载能力。
例如，石子具有的内摩擦角为39度并且在采用无上述的多个孔眼34的CCS进行约束时，界面摩擦角可以减小到大约32度。在采用具有如图2所示的图形模式的多个孔眼34的经过改进的CCS时，可以将界面摩擦角提高大约5度而达到37度。
在图4-6中示出提高了的承载能力和加大了的界面摩擦角。在图4中示出的是无孔眼的CCS 44的承载能力。CCS是置于图4中的轮子负载36的下面，并位于软路基38之上，其中轮子负载36施加的是合力40。建筑材料，如石子42，最好是填充整个约束系统。
图5示出的是采用如上所述的多孔34的CCS10时承载能力。CCS是置于图5中的轮子负载36的下面，并位于软路基38之上，其中轮子负载36施加的是合力46。最好以建筑材料，如填充多孔34的石子42，填充整个约束系统。
图6示出的是利用由具有孔眼34的CCS 10的力矢量100所得到的界面摩擦角，而力矢量200是由无孔CCS 44所产生的。图6中的合力矢量显示出在采用CCS 10时界面摩擦角加大大约5度。其中还示出采用由无孔约束结构44产生的力矢量300和具有多孔34的约束结构10产生的力矢量400之间(相比)的界面摩擦角的增加也大约是5度。
蜂窝蛛网的设置可以以手工方式进行，其方法是在垂直于蛛网的带条14的表面的方向上扩展蛛网并利用混凝土和土料填充蜂窝。当强化蜂窝蛛网由土料填充时，蛛网也可以通过采用在此处作为参考援引的授予Gary Bach的美国专利No.4,717,283中所描述的安装框架进行安装。此时蛛网固定在安装框架上以使蛛网保持扩展状态。转动此框架可使蛛网停留于安装表面。在取掉框架时，加强筋12可以在内部或外部锚固于该安装表面。之后将蜂窝20以建筑材料填充以使蜂窝蛛网保持扩展形状。建筑材料，例如可以为石子、砾石、混凝土、沥青、卵石等等。如果CCS采用加强筋12，则建筑材料施加作用力于跨越蜂窝之间用来锚固蛛网的加强筋12的顶面。
蜂窝材料最好是由厚度为50mil(密耳)挤压聚乙烯片制作。可在塑料中添加碳黑以便有助于防止在蛛网材料暴露在日光下时受到紫外线的作用而降解。蜂窝材料的塑料带条14的表面也可是卷曲表面，如前面作为参考所援引过的授予Gary Bach的美国专利No.4,965,097中所公布的那种。蜂窝蛛网也可包含凹口，凹口有助于多个使蜂窝蛛网层沿其边缘搭接而改进蛛网在形成土壤保持结构时的叠加性，这一点公布在此处作为参考所援引的授予Bach等人的美国专利No.4,778,309中。
塑料带条14可以利用技术界已知的多种方法进行粘合。优选的方法是超声焊接，可利用作为参考在此处所援引的授予Gary Bach的美国专利No.4,647,325中所公布的工艺和设备来完成。焊接时多组焊头同时接触带条14以形成一条基本上是横越带条14整个宽度的焊缝。
孔眼34可以利用技术界已知的多种方法在带条上形成，既可以在带条粘合在一起之前，也可以在其后。孔眼最好是采用流水线冲压操作形成。另外一种形成孔眼的方法是对处于收缩状态的蜂窝蛛网进行钻孔而形成一组实际上是穿过蛛网重合的孔眼。之后，如采用加强筋12，将其适宜长度穿入实际上是重合的任何孔眼34之中。在其后当蛛网充分扩展时，加强筋12位于蜂窝之内，而当蜂窝蛛网再度收缩时，加强筋12在邻接蜂窝蛛网之间垂直折叠。然后将强化蜂窝材料装上托盘并运去安装。另外，如果采用加强筋12，也可以在安装现场将加强筋12穿过孔眼34。
蛛网材料可以制成任意尺寸大小，但通常在张拉开来使用时是3-8英尺宽和8-12英尺长。在优选实施例中各塑料带条14是8英寸宽。各带条上的粘合区16之间的距离为大约13英寸，非对粘合区32也如此。各蜂窝蛛网18中邻接粘合区16之间和非对粘合区32之间的每一段的长度大约为13英寸。尾端30大约为1英寸长。
虽然本发明是参考一个或更多个具体实施例进行描述的，通晓本领域技术的人士会认识到在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对其作出多种改变。这些实施方案和其显而易见的变型方案预料会落入在下面提出的本发明的权利要求的精神和范围之内。
权利要求
1.一种约束材料的蜂窝结构，其构成包括多根面对面在互相隔开的有限区域上粘合的长条塑料带条，其中上述多根塑料带条可以在宽度方向上张拉而形成单元蜂窝蛛网；形成上述蜂窝壁的上述带条的至少一个上述蜂窝壁具有多个孔眼，各孔眼的直径在3mm至17mm之间。
2.如权利要求1中的蜂窝结构，其中，每个上述蜂窝壁的都有多个孔眼。
3.如权利要求1中的蜂窝结构，其中，上述各孔眼的直径大约为10mm。
4.如权利要求1中的蜂窝结构，其中，上述至少一个上述蜂窝蛛网中的上述孔眼的总面积大约为在至少一个上述蜂窝壁面积的19％至28％之间。
5.如权利要求1中的蜂窝结构，其中，上述孔眼按行对齐。
6.如权利要求1中的蜂窝结构，其中，上述各行交错排列。
7.如权利要求1中的蜂窝结构，其构成还包括强化装置，此强化装置包含加强筋，该加强筋的组成材料的额定断裂强度大约为100至大约2,500lb(磅)。
8.一种约束材料的蜂窝结构，其构成包括多根面对面在互相隔开的有限区域上粘合的长条塑料带条，其中上述多根塑料带条可以在宽度方向上张拉而形成单元蜂窝蛛网；形成上述蜂窝壁的上述带条的至少一个上述蜂窝壁具有多个孔眼，其中上述至少一个上述蜂窝壁上的上述孔眼的总面积大约为在至少一个上述蜂窝壁面积的19％至28％之间。
9.如权利要求8中的蜂窝结构，其中，上述蜂窝壁的每一个都有多个孔眼。
10.如权利要求8中的蜂窝结构，其中，上述各孔眼的直径在3mm至17mm之间。
11.如权利要求8中的蜂窝结构，其中，上述各孔眼的直径大约为10mm。
12.如权利要求10中的蜂窝结构，其中，上述孔眼按行对齐。
13.如权利要求12中的蜂窝结构，其中，上述各行交错排列。
14.如权利要求8中的蜂窝结构，其构成还包括强化装置，此强化装置包含加强筋，该加强筋的组成材料的额定断裂强度大约为100至大约2,500lb(磅)。
15.一种制作用作可改进内聚因素和界面摩擦角的蜂窝约束结构中的蜂窝壁材料的方法，此方法的构成包括在塑料带条材料上形成多个孔眼，其中上述各孔眼的直径在3mm至17mm之间；以及在上述塑料带条上提供预定的无孔区用于固定于其他上述塑料带条上。
16.如权利要求15中的方法，其构成还包括使加强筋通过上述蜂窝壁上多个孔眼中一组实际上重合的孔眼和将上述加强筋在上述蜂窝蛛网的端部结束并将上述加强筋锚固以防止上述蜂窝蛛网移动的步骤。
全文摘要
一种约束材料的蜂窝约束结构(10),包括多根面对面在互相隔开的有限区域(16)上粘合的长条塑料带条(14),其中上述多根塑料带条(14)可以在宽度方向上张拉而形成单元蜂窝蛛网(20)。形成上述蜂窝壁的上述带条的至少一个上述蜂窝壁具有多个孔眼(34),各孔眼的直径在3mm至17mm之间。最好是每个蜂窝壁具有多个孔眼(34),并且孔眼的总面积大约为在蜂窝壁面积的19%至28%之间。
文档编号E02D3/00GK1201499SQ96198040
公开日1998年12月9日 申请日期1996年10月30日 优先权日1995年11月1日
发明者加里·M·贝奇 申请人:雷诺兹民用产品公司