DE3878780T2

DE3878780T2 - Saum-draen.

Info

Publication number: DE3878780T2
Application number: DE8888112222T
Authority: DE
Inventors: James B Goddard; Larry L Martin; Leon H Zimmerman
Original assignee: Reemay Inc
Current assignee: Reemay Inc
Priority date: 1987-08-18
Filing date: 1988-07-28
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2008-07-29
Also published as: ATE86325T1; EP0303867B1; EP0303867A3; DE3878780D1; US4904113A; EP0303867A2

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Drainagestruktur mit einem flexiblen, gewellten Rohr mit abwechselnden Erhebungen und Vertiefungen sowie mehreren öffnungen, die in den Vertiefungen des Rohrs und quer zur Längsachse des Rohrs angeordnet sind, die als Randdrainage von Hauptstraßen verwendet werden kann. Eine derartige Struktur ist aus der US-A-3 830 373 bekannt.
Die Erfindung ist auf das Bereitstellen einer geeigneten hydraulischen Drainagestruktur gerichtet, die so ausgebildet ist, daß sie als Randdrainage von Hauptstraßen verwendet werden kann. Die Anwesenheit von Wasser in dem Unterbau der Fahrbahn beschleunigt den Verfall der Hauptstraße. Im Falle flexibler Fahrbahnbelagsysteme, wie Asphalt, bilden Schlaglöcher, Verlust von Zuschlagstoffen, Zerbröckeln der Straßenoberfläche, Verwitterung, Rißbildung und Erhebungen (durch Frost oder durch Ausdehnung des Erdreichs) mögliche, auf Wasser bezogene Gefährdungen. Bei festen Fahrbahnbelagsystemen, wie Beton, bilden Bruch, Fugenschaden, verschiedene Arten von Verwitterung, Zersprengung oder Verziehen, Schrumpfen, Oberflächenausbruch, Stahlkorrosion und Hebung (durch Frost oder Ausdehnung des Erdreichs) mögliche Gefährdungen.
Feuchtigkeit, einschließlich Oberflächennässe und steigendem Grundwasserspiegel, kann in das Fahrbahnbelagsystem auf verschiedenen Wegen eindringen und es durchtränken. Nachdem die Hauptstraße durchtränkt wurde, bewirkt die Vorüberfahrt von Fahrzeugen eine Pumpwirkung, die wiederum ein Versetzen von Tragpartikeln unter der Hauptstaße und eine Schwächung der Struktur hervorruft.
Weitere Drainagen und Drainagensysteme sind in den US-Patentschriften 3 563 038, 3 654 765, 3 699 684, 4 572 700, der französischen Patentschrift 2 384 901 und der britischen Patentschrift 2 056 236 dargestellt. Viele Drainagestrukturen sind schwierig oder teuer einzubauen oder schwierig zu transportieren. Weitere Probleme bei diesen bekannten Vorschlägen sind ungenügende strukturelle Steifigkeit, Versetzung und allmähliche Größenverformung.
Um diese Probleme zu überwinden, schafft die Erfindung eine hydraulische Drainagestruktur mit den in den Patentansprüchen 1 und 7 angegebenen Merkmalen zur vorzugsweisen Verwendung als Randdrainage, die insbesondere für Hauptstraßen geeignet ist. Die Struktur dieser Erfindung wird aus einem länglichen Kunststoffkern oder Mantel gebildet, der in einer Dicke hergestellt werden kann, die geeignet ist, die notwendige strukturelle Festigkeit zu erlangen. Der Kunststoffkern ist als ein verhältnismäßig ebenes Rohr ausgebildet und in eine poröse Stoffumhüllung eingefügt. Diese Stoffumhüllung ist vorzugsweise ein nicht verwebtes Stoffmaterial. Der Kunststoffkern ist gewellt und mit mehreren öffnungen in Vertiefungen oder Nuten, die der Wellung zugeordnet sind, versehen. Die eingelassenen Nuten dienen als Kanäle, um schnell Wasser aufzunehmen, das durch den angrenzenden Unterbau ausgeschieden wird, während die ebene Oberfläche der Rippen einer planaren Außenoberfläche nahekommt, die die Stoffumhüllung von den Öffnungen in den Nuten weghält.
Außerdem erstrecken sich mehrere Stützen so zwischen den ebenen Wänden des Rohrs, daß ein Zusammenbrechen des Rohrs verhindert wird und die Verformungsprobleme minimiert werden. Diese Stützen können die Form von gegenüberliegenden spitzen Einformungen in den Wandungen einnehmen. Andererseits können große Längen der Drainage zum leichten Transport und Einbau aufgerollt werden.
Die folgenden bevorzugten Aus führungs formen der Erfindung werden mittels der dargestellten Figuren (Fig. 1 bis 11) beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Teilvorderansicht der hydraulischen Struktur, wobei ein Teil der gezeigten Umhüllung entfernt ist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Wasserquellen in den Straßenunterbauten;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Pumpenwirkungseffekts auf einen Straßenunterbau;
Fig. 4 eine Teilansicht eines Straßenunterbaus, der den Einbau der Drainage zeigt;
Fig. 5 eine Teilseitenansicht der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 eine Vertikalschnittansicht im vergrößerten Maßstab entlang der Linie 6-6 von Fig. 5;
Fig. 7 eine Vertikalschnittansicht im vergrößerten Maßstab entlang der Linie 7-7 von Fig. 5;
Fig. 8 eine Teilseitenansicht einer abgewandelten Struktur der Erfindung;
Fig. 9 eine Teilseitenansicht in stark vergrößertem Maßstab, der den von der Linie 9-9 von Fig. 8 umgebenen Ausschnitt zeigt;
Fig. 10 eine Vertikalschnittansicht im stark vergrößerten Maßstab entlang der Linie 10-10 von Fig. 8, und
Fig. 11 eine Teilhorizontalschnittansicht entlang der Linie 11-11 von Fig. 9.
Fig 2 zeigt eine Hauptstraße 25, die von drei Seiten mit Untergrunderdreich 27 umgeben ist, und einen Grundwasserspiegel 28 in einer Tiefe unter der Hauptstraße. Aufgrund von drei Wasserquellen, die als W-1, W-2 und W-3 bezeichnet sind, treten unter der Hauptstraße Wasserprobleme auf. Etwas Wasser wird vom Grundwasserspiegel 28 mittels Kapillareffekt ansteigen, wie durch W-1 gezeigt wird. Regenwasser wird in das Untergrunderdreich unter der Hauptstraße 25 durch Seitenversikkerung eintreten, wie durch W-2 gezeigt wird. Schließlich wird etwas Wasser durch die Risse und Fugen in der Hauptstraße 25 einsickern und in das Untergrunderdreich eindringen, wie durch W-3 gezeigt wird.
Fig. 3 zeigt die Einwirkung eines schweren Fahrzeugs auf die Hauptstraße 25, den Hauptstraßenfahrbahnbelag 30 und den Unterbau 31. Das Fahrzeuggewicht V, das in Richtung T bewegt wird, wird, wo es auch immer einen Bruch 33 oder einen Hohlraum 34 gibt, Teile des Fahrbahnbelags niederdrücken. Das Niederdrücken des Fahrbahnbelags entlang der Bruchlinie 33 verursacht einen Verfall der Fahrbahnbelagoberfläche. Die Hauptbeschädigung der Straßen wird jedoch durch die eigentliche Wassereinwirkung hervorgerufen, wie durch die Wasserbewegung W-5, W-6 und W-7 gezeigt ist. Das Wasser wird nach unten durch den Unterbau auf das Untergrunderdreich gedrückt. Außerdem wird Wasser seitlich in Richtung von W-6 parallel zu der Fahrbahnoberfläche gedrückt. Weiteres Wasser wird in Richtung W-7 so gedrückt, daß sich der Hohlraum 34 füllt und sich kleine Partikel von der unteren Oberfläche des Fahrbahnbelags 30 abtragen.
Wenn ein Fahrzeug V in Richtung T über die Bruchlinie 33 fährt, kehrt ein Teil des Fahrbahnbelags, der vorher heruntergedrückt wurde, in seine ursprüngliche Position zurück, während der Teil des Fahrbahnbelags unmittelbar jenseits der Bruchlinie heruntergedrückt wird, wie in dem unteren Teil der Fig. 3 gezeigt ist. Wasser, das vorher durch die Kraft W-5 nach unten geführt wurde, ist einem extremen Druck nach unten ausgesetzt, der mit der Zeit das Erzeugen einer Vertiefung 35 zur Folge hat. Die Vertiefung ermöglicht Teilen des Unterbaus 31 von der unteren Oberfläche des Fahrbahnbelags 30 weggezogen zu werden, wodurch ein größeres Volumen so hergestellt wird, daß es mit dem Hohlraum 34 verbunden ist. Zusätzliche Wasserkraft wird in den Teil des Hohlraums geführt, der vorher durch den heruntergedrückten Fahrbahnbelag gefüllt war. Diese Wasserkraft W-8 verursacht, daß zusätzliche feine Partikel an der unteren Oberfläche des Fahrbahnbelags ausgewaschen werden. Die schnelle Kontraktion des Hohlraums 34 durch die Überfahrt des Fahrzeugs V über den Bruch 33 wirkt auf das Wasser derart ein, daß es nach oben durch den Bruch herausspritzt, wie dies durch W-9 gezeigt ist. Dieses schnelle Ausschießen von Wasser wird von Partikeln begleitet, die von dem Fahrbahnbelag ebenso wie von dem Unterbausediment stammen.
In Übereinstimmung mit dieser Erfindung wird eine Randdrainage so ausgeführt, daß sie unmittelbar neben dem Rand des Fahrbahnbelags 30 und des Unterbaus 31 angeordnet ist, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Normalerweise ist der Fahrbahnbelag selbst ungefähr 0,23 in (9 Inches) dick und mit dem Unterbau ungefähr 0,25 m (10 Inches). Der Unterbau kann aus einem einzigen Werkstoff bestehen oder einen oberen Teil, der aus einem Zuschlagstoff auf bituminöser Basis besteht, mit einem unteren Teil haben, der aus einer Kalkunterschicht besteht. Die Randdrainage 20 ist so in einem Graben 42 angeordnet, daß ihr unterster Teil mindestens zwischen 0,41 und 0,56 m (16 und 22 Inches) unter der Oberfläche ist. Die Randdrainage erstreckt sich vorzugsweise entsprechend zwischen 2,54 - 1,27 und 5,08 cm (1-1/2 und 2 Inches) über der Trennlinie zwischen dem Fahrbahnbelag 30 und dem Unterbau 31. Der Graben 42 hat dann eine Füllung 43, die auf der gegenüberliegenden Seite der Randdrainage 20 abgelagert ist, um zu gewährleisten, daß die Randdrainage in engem Kontakt mit dem Rand des Fahrbahnbelags und des Unterbaus ist. Ein Beton-, Asphalt- oder ein aus einem anderen Stoff bestehender Aufsatz 45 kann entlang der Erstreckung der Oberfläche des Grabens angeordnet werden.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, hat die Drainage einen Außenkern 50 in der Form eines der Länge nach flexiblen, gewellten Rohrs, das von einer porösen faserstoffartigen Umhüllung oder einem Band 52 umhüllt wird. Das Rohr wird vorzugsweise aus einem gespritzten thermoplastischen Polymer gebildet, wie Polyethylen, das in einer Dicke hergestellt wird, die zum Erhalten notwendiger struktureller Festigkeit geeignet ist. Eine geeignete Wandungsdicke liegt zwischen 0,76 und 1,02 mm (0,03 und 0,04 Inches). Die faserstoffartige Umhüllung 52 ist vorzugsweise aus einer nicht verwebten Stoffhülle aus einer Schichtgewebestruktur mit einer Dichte von mindestens 0,102 kg m-2 (3 Ounces pro Quadrat Yard) entsprechend den Erzeugnissen, die als TYPAR oder REEMAY bekannt sind.
Die gewellte Struktur des Rohrs kann am besten den Fig. 5, 8 und 9 entnommen werden, die unterschiedliche Rippen 54 und Nuten 55 zeigen, die die Wellung bilden. Diese Rippen und Nuten erscheinen als abwechselnde ringförmige Erhebungen und Vertiefungen mit sie miteinander verbindenden Wandungen. In ausgewählten Vertiefungen 55 des Rohrs sind mehrere Öffnungen 58 quer zur Längsachse des Rohrs angeordnet. Außerdem sind die Öffnungen in mehreren Reihen in bezug auf die Längsachse des Rohrs angeordnet.
Mehrere Stützen oder spitze Einformungen 60 ragen von der einander gegenüberliegenden ersten und zweiten flachen Seitenplatte 66 bzw. 67 nach innen. Diese spitzen Einformungen dienen als ein Mittel, das sich zwischen den Seitenplatten so erstreckt, daß eine innere Stütze zwischen den Wandungen geschaffen wird. Die platten, die entlang ihrer Erstreckung abgerundete Ränder 68 und 69 aufweisen, verschaffen dem Rohr ein längliches Querschnittsaussehen, wie der Fig. 1 zu entnehmen ist. In der bevorzugten Ausführungsform, die in den Fig. 5 bis 7 dargestellt ist, gibt es die spitzen Einformungen in zwei Ausbildungen. Die Spitzeneinformungen 80 gemäß der ersten Ausbildung sind entlang der Längsachse der Struktur angeordnet und weisen eine Polyederform mit mehreren dreieckigen Flächen 81 auf. Die Grundfläche des Polyeders ist vorzugsweise ein Quadrat mit Seitenlängen von 2,54 bis 0,32 cm (1 bis 1/8 Inch). Die einander gegenüberliegenden spitzen Einformungen sind so fest miteinander an der Formlinie 82 verbunden, daß die Platten 66 und 67 in einem festen räumlichen Verhältnis zueinander angebracht sind. Die spitzen Einformungen 80 ragen ungefähr 0,95 cm (3/8 Inch) von der inneren Fläche jeder Platte 66 und 67 nach innen.
Spitze Einformungen 85 gemäß einer zweiten Ausbildung, die das Aussehen einer abgeschnittenen Polyederform haben, können verwendet werden, wobei der abgeschnittene Teil die einander gegenüberliegenden spitzen Einformungen der zweiten Ausbildung daran hindert, daß sie aneinander befestigt werden können. Das Verhältnis der Anzahl dieser zweiten Ausbildung spitzer Einformungen zu der ersten Ausbildung ist mindestens 2:1. Mindestens eine Reihe der spitzen Einformungen gemäß der zweiten Ausbildung erscheint zwischen den Rändern 68 und 69 und der Mittelreihe der spitzen Einformungen 80. Die spitzen Einformungen 85 gemäß der zweiten Ausbildung können auch entlang der Längsachse der Struktur angeordnet werden, wobei diese mit spitzen Einformungen 80 gemäß der ersten Ausbildung durchsetzt sind. Das Rohr ist somit um eine Achse parallel zu den Wellen aufrollbar. Außerdem ist die Struktur strukturell fortlaufend und in den Richtungen rechtwinklig zur Längsachse steif ausgebildet.
In einer alternativen Ausführungsform, die in den Fig. 8 bis 11 gezeigt ist, gibt es weniger Reihen spitzer Einformungen, wobei alle spitzen Einformungen einander ähnlich sind. Die Fig. 8 bis 11 zeigen alle spitze Einformungen gemäß der ersten Ausbildung. All diese spitzen Einformungen sind dargestellt, wie sie gegenüberliegend angeordnet sind.
In beiden Ausführungsformen sind Stützmittel 60 in Intervallen über die Länge des Rohrs vorgesehen. Die spitzen Einformungen 60 sind so ausgerichtet, daß die zwei Platten eine gleiche Anzahl spitzer Einformungen haben, die paarweise auftreten und, vorzugsweise zueinander gegenüberliegend angeordnet sind.
Wie in Fig. 8 zu sehen ist, wechseln sich die Rippen oder die ringförmigen Erhebungen und die Nuten oder die Vertiefungen über Wandungen miteinander ab, die die Erhebungen und Vertiefungen miteinander verbinden. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die ringförmigen Erhebungen eine Höhe von ungefähr 0,95 cm (3/8 Inch) und sind in der Form eines Trapezoides ausgebildet. Die oberen Oberflächen der Erhebungen sind so eben, daß die Platten 66 und 67 als eine verhältnismäßig ebene Ausbildung erscheinen. Die Abmessungen, die der Breite der Vertiefungen zugeordnet sind, sind ungefähr dieselben wie die Abmessungen, die der Breite der Erhebungen zugeordnet sind. Diese abwechselnden Erhebungen und Vertiefungen bilden mehrere Kanäle zum Aufnehmen und Transportieren von Fluiden zu Öffnungen, an den Stellen die Strömung in das Innere der Röhre eintritt und entlang einem mit Kunststoff ausgelegtem Strömungskanal fließt, der zum Teil durch die innere Oberflächenwandung des Rohrs gebildet wird. Die Erhebungen dienen auch dazu, die faserstoffartige Umhüllung in einem beabstandeten Verhältnis zum Boden der Kanäle und ihrer Öffnungen zu halten.
Wie den Fig. 1 und 7 zu entnehmen ist, sind die ersten und zweiten Platten entlang dem oberen und unteren Ende der Platten über ihre ganze Länge aneinander befestigt, wobei die faserstoffartige Umhüllung an sich selbst durch ein geeignetes Befestigungsverfahren, wie Ultraschall- oder Hitzdrahtschweißen befestigt wird. Die faserstoffartige Umhüllung, die das Rohr 50 umgibt, ist somit nicht mit der Außenfläche des Rohrs selbst befestigt. Dies hat praktische Vorteile, indem ein leichterer Einbau des gewellten Rohrs in Gräben ermöglicht wird, da die faserstoffartige Umhüllung aufgrund der Art und Weise, in der die Rohre zum Zwecke der Lagerung zusammengerollt werden, nicht gedehnt oder verformt werden.
Die flexible gewellte Rohrstruktur ist verhältnismäßig einfach herzustellen und erfordert zum Einbau in angrenzende Gräben an Hauptstraßen 12 zur Verwendung als eine Randdrainage einen minimalen Zeitaufwand. Die Randdrainage ergibt ein äußerst wirkungsvolles Produkt zum Transportieren von Wasser, das durch langsames Einsickern aufgenommen wird, ebenso wie zum Transportieren von Wasser, das mit hoher Geschwindigkeit aufgenommen wird, das zu einer entfernten Anschlußstelle gepumpt wird. Die spezielle Ausbildung eines äußeren strukturell steifen Mantels mit länglichem Querschnitt dient dazu, das Eintreten von Waser in die hydraulische Struktur von zwei Seiten zu ermöglichen, ebenso wie eine hydraulische Struktur zu schaffen, die das Tragen des Rands des Unterbaus und des Fahrbahnbelags unterstützt. Diese Unterstützung verlangsamt wirksam den Verfall des Fahrbahnbelags und des Unterbaus. Die Struktur der Drainage erlaubt einen stärkeren freien Fluidstrom als er in vorher bekannten Systemen möglich war. Die Erfindung umfaßt auch die Anwendungen in anderen Drainagearten, einschließlich landwirtschaftlicher und grundbaulicher ebenso wie entlang anderer gepflasterter oder bedeckter Oberflächen.

Claims

1. Hydraulische Drainagestruktur mit einem flexiblen, gewellten Rohr mit abwechselnden ringförmigen Erhebungen (54) und Vertiefungen (55), wobei das Rohr mehrere, in den Vertiefungen (55) des Rohrs liegende Öffnungen (58) aufweist, die quer zur Längsachse des Rohrs angeordnet sind, und mit einer das Rohr umgebenden faserstoffartigen Umhüllung (52), dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr einen länglichen Querschnitt hat, der erste und zweite, relativ ebene gegenüberliegende Platten (66, 67) aufweist, die durch abgerundete Ränder verbunden sind, und daß sich zwischen den Platten (66, 67) Mittel (60) innerhalb des Rohrs erstrecken, die die Platten (66, 67) im Abstand voneinander stützen.

2. Hydraulische Drainagestruktur nach Anspruch 1, bei welcher die Mittel (60) nach innen vorstehende Vorsprünge (85) an der ersten Tafel (66) gegenüber Vorsprüngen an der zweiten Tafel (67) sind.

3. Hydraulische Drainagestruktur nach Anspruch 2, bei welcher wenigstens einige Vorsprünge (85) der ersten und zweiten Platten (66, 67) aneinander befestigt sind.

4. Hydraulische Drainagestruktur nach Anspruch 1, bei welcher die erste und die zweite Platte (66, 67) die gleichen Abmessungen haben, wobei die den Platten (66, 67) zugeordnete Höhe größer als der Abstand zwischen den Platten (66, 67) ist.

5. Hydraulische Drainagestruktur nach Anspruch 1, bei welcher die faserstoffartige Umhüllung aus einem nicht verwebten Stoffmaterial hergestellt ist.

6. Hydraulische Drainagestruktur nach Anspruch 1, bei welcher die Umhüllung (52) kontinuierlich um das Rohr verläuft und durch geeignete Befestigungsmittel an sich selbst befestigt ist.

7. Hydraulische Drainagestruktur mit einem gewellten Rohr mit abwechselnden ringförmigen Erhebungen (54) und Vertiefungen (55), wobei das Rohr mehrere in den Vertiefungen (55) des Rohrs liegende Öffnungen (58) aufweist, und mit einer kontinuierlichen porösen Bahn, die um das Rohr angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr einen länglichen Querschnitt hat, wobei das Rohr relativ ebene, im Abstand gegenüberliegende Platten (66, 67) aufweist, die durch abgerundete Ränder verbunden sind, und wobei zwischen den Platten (66, 67) zum Halten der Platten (66, 67) im Abstand voneinander Stützmittel (60) angebracht sind.

8. Hydraulische Drainagestruktur nach Anspruch 7, bei welcher das Rohr länglich ist und um eine parallel zu den Wellungen verlaufende Achse aufwickelbar ist, wobei das Rohr in Richtungen senkrecht zu der Achse beträchtlich steif ist.

9. Hydraulische Drainagestruktur nach Anspruch 7, bei welcher die Mittel (60) zum Stützen der Platten (66, 67) im Abstand voneinander liegende Glieder umfassen, die zwischen den Platten (66, 67) befestigt sind.