回填铺垫于地下的结构的方法与装置 1.本发明的领域
本发明涉及一种稳定沟槽回填的方法与装置，在该沟槽中放置由砂子或其它铺垫材料包围的管线，电缆或其它结构以防止石块或大颗粒砂石侵入包围管道的铺垫材料。
2.对现有技术的描述
钢制管线用以长距离输送流体，诸如煤气或石油，同时一般将管线埋入地下。典型的是挖去顶层土壤同时在回填沟槽之后准备再应用，沟槽挖掘的深度要使管线上覆盖3英尺而管线下有6英寸的空间，从沟槽中挖出的下层土要堆在沟槽的附近以便作为回填材料使用。
管子安置在托住管子的支承上通常要在沟底上面6英寸，这些支承可以是间隔12英尺的砂袋堆或泡沫块，或者是没有泥土的石块基底，然后以无灰尘石块覆盖管子称之为铺垫，因此铺垫材料在管子的上下左右包围管子最小为6英寸，典型地铺垫材料是颗粒的直径尺寸不大于1 1/2英寸的砂子或下层土，某些规范要求最大直径为1英寸或1/2英寸，此建筑步骤的工业术语是“管线铺垫”。
在含石块很少的区域管线的铺垫可以由反铲挖土机操作者有效地选择无石块土壤并且逐步拉入沟槽来完成，在石块较多的区域必须选购砂子或筛过的土壤并运输到公用道路或由管线铺垫机械就地生产，铺垫机械特别设计成移动式过筛机械，该机械处理挖掘出的废石料或公用道路的下层土壤以生产和放置铺垫材料在新安放的管子上，在铺垫实施之后剩余的石块和下层土壤碎石再引入到沟槽内。
图1表示根据一种过去的方法回填沟槽1的横截面，管线2被铺垫材料4包围，典型的是该铺垫材料是从沟槽中挖出经筛过的土壤，剩余的土壤6堆放在铺垫材料上面以完全回填沟槽。
第二种现有技术的回填方法如图2的沟槽横截面所示，在此方法中从沟槽中挖出的土壤经过多个筛子，最后的筛子产生出铺垫材料4，该铺垫材料典型地包括具有名义直径为5/8英寸的颗粒的下层土，中间的筛子提供中间层5，7和9，层5包括5/8至1 1/2英寸的石块，层7包含1 1/2至5英寸的石块，层9包含由多个筛子装置生产出的5英寸以上的石块和剩余的石块及回填入沟槽的下层土壤碎石，层5和7在铺垫材料4和较大石块及下层土壤混合物9之间形成一种不可压实的隔栅，在许多区域图5和6中所示的表土层11放在回填层之上以完全填满沟槽。
土壤的过筛与回填入沟槽通常由管铺垫机械来完成，此回填装置通常包括一储料斗或类似容器以接纳回填材料，一连续输送器和一个分选回填材料的振动筛系统，在回填装置内的构件由一主框架支承并置于要回填的沟槽上面，一支承臂刚性地将回填装置与拖拉机或其它移动装置锁紧，回填装置配置成在单一通道内以不同尺寸的不同层回填沟槽，一种这样的回填装置在美国专利4,955,756中公开。
地下管线的拥有者和使用者所面临的主要问题是腐蚀，腐蚀是一种电化学过程，需要在电解液中电连接的阳极和阴极，腐蚀是一种自损害过程，同时为了它持续一个长的时间间隔，必须存在一种机械的或化学的去极或去钝态方法，干扰这些要求的任何一种都会降低腐蚀速度。
保护管子的一种广泛使用的方法是采用涂覆材料，包括绝缘带、塑料、环氧和氨基甲酸乙酯漆，只要涂覆层无损坏，它就分隔阳极和阴极或者使金属与电解液绝缘。
除去涂覆层以外实际已知的是采取阴极保护的方法对埋在地下的金属防护，现有管线的设计常常包括根据现有技术的阴极保护，该技术是通过将钢管的表面连接到埋入的牺牲阳极或一个外加电流源上而起作用，但是阴极保护不可能防护由保护涂覆层下面的水移动引起的腐蚀，此处保护涂覆层起了绝缘体的作用，如果涂覆层与管子隔离，水可能在涂覆层下面作移动并利用涂覆层作为一种屏蔽抵御阴极保护而形成腐蚀电池(单元)，此外，阴极保护昂贵同时典型的是在整个管线使用寿命中起作用。
管线拥有者曾经开发了观察地下管线使用的技术，某些方法使管线拥有者能够看到由于局部腐蚀管线壁厚的变化，如管子已充分腐蚀因此管子壁变得太薄，就必须更换管线，因为地下管线的更换是昂贵的，因此管线拥有者继续探索防止腐蚀的更好方法，这种努力的大多数曾致力于开发改进了的合金，涂覆层和阴极保护系统，少部分注意力是放在管线安装时避免涂覆层的损坏，在本发明之前的技术忽略了安装之后出现的管线涂覆层的碎裂与抓伤。
很显然在管线吊装时可能出现管线的抓伤与碎裂，第二种不太明显的抓伤和碎裂的方式与铺垫层中石块的移动有关。
当使用形成图1的回填沟槽的方法进行回填时，石块可能并一定会在铺垫层中破碎并损坏管子的涂覆层，在建筑之后铺垫层仅提供最小的点负荷支承使石块向下移动进入铺垫层并到达管子，当滞留水积存在沟的底部时，在此期间可能出现此运动，水和铺垫材料可能混合到这样的程度使铺垫层完全丧失其支承顶上石块的能力。在这种状态下铺垫材料和顶上石块改变位置而管子变成由石块包围。石块进一步的运动撞击管子从而破碎或断裂保护涂覆层导致腐蚀。因此，对回填方法就必须造成在回填的沟槽中要防止石块进入铺垫层。最好这种方法能够采用现有的管线铺垫机械并在铺垫能够通过选择的回填来完成的少石区域实施。
使用形成图2的回填沟槽的方法进行回填时石块不会破碎进入铺垫层4，形成不可压实筛分石块的隔栅的层5和7防止作用在铺垫层4顶表面的点负荷。但是在建筑之后，在回填的沟槽内的过量的水将使铺垫材料4和不可压实层5和7逐渐混合直至某些尖石块可能进入铺垫层4。
有一类被称为土工织物的材料主要用于公路建设中的腐蚀控制。这些材料使地下水流过而防止附近的土壤移过土工织物。置于大石块排水层之上或包围它的轻的和中等重量的无纺土工织物使地下水流入排水中心部分而防止附近的土壤堵塞排水系统。土工织物放在铁路路基上以防止铁轨下面的道碴堵塞。土工织物层也置于土壤的周围以产生支持墙并使斜坡安全地倾斜，土工织物以及其它型式的薄片材料诸如聚乙烯片和膨润土粘土衬也用于填埋，但这种技术并不认为土工织物可用于管线沟槽以防止石块移入铺垫层。
在美国专利5176025中Nicholas Butts公开一种防止、检查和控制输碳氢液体和气体泄漏的地下管线系统。该系统设计成既可防止腐蚀又可控制任何液体或气体从管线泄漏。在Butts的系统中钢管由浸渍石灰的水化物的土工织物材料包裹，该包裹层完全由一种保护的、高密度聚乙烯(HDPE)片的不透水层覆盖，每一片HDPE与相邻片胶接在一起形成一连续的不透水袖套包住管子。万一袖套破损同时水渗入袖套，浸渍过石灰的水化物的土工织物层分解产生高碱性溶液为阴极保护提供电势。由于水导致Butts使用的水工织物分解，因土工织物不能由沟槽中水造成的石块的移动提供保护作用。
也建议土工织物作为一种选择用于下沉重量而混合克服作用在横跨水淹没的土地或构造的管线上的浮力的下沉重量。在管线下降到沟槽内之后，编织的土工纤维制品沿沟槽以设计的间隔铺设纤维制品。该纤维制品向下挂在沟槽的一侧壁上，横跨沟槽的底部，覆盖到管子的上面，然后向上挂在沟槽另一侧壁上。用包括本地沟槽的土，本地和输入材料的混合物，或完全是输入的材料的回填以正常的方式覆盖管子。在此系统中土工织物不在沟槽全长上铺设也不稳定回填的外形以防止石块的移动。
地下管线也使用聚乙烯薄片包裹以保护管子不受石块或其它碎石的损坏。这种称之为石块屏蔽的材料通常包括挤压塑料，虽然有时也使用土工织物纤维。石块屏蔽作为包裹管子的第二层涂覆使用。在此系统中土工织物不稳定回填而防止石块进入或混合铺垫材料。
埋入的光纤，电话和电力缆线和地下贮罐以及其它埋入结构常常用砂子铺垫并以与地下管线同样的方式用下层土覆盖。埋入的电气设施线通常包在聚乙烯包装材料中。制造电视和其它通讯电缆时带有聚乙烯外层。撞击这些电缆外表面石块的运动可能损坏绝缘，弯折甚至损坏这些电缆。实际上某些电气设备已经报告过石块损坏埋入电缆的外层。埋入的贮罐和其它金属结构可能以与地下管线同样的方式被地下石块的运动而损坏。因此任何填埋方法与保护地下管线的装置也可以适用于埋入的电缆和其它结构。
本发明的摘要
我提供一种回填包容管子、电缆或其它结构的沟槽的方法和回填机械，在该方法中土工编织材料铺设在铺垫材料之上或周围。土工编织物防止石块与铺垫材料混合。
在用筛分提供的越来越大的尺寸石块的回填应用中土工织物可铺设在铺垫层之上。
我进一步提供一种改进的铺垫机械，该机械携带一卷土工织物材料并自动将所述材料铺设在铺垫材料之上。最好设置一摊铺臂保持纤维织物在沟槽中摊平以便后续层覆盖其上。
我还提供一种在铺垫层之上铺设土工编织材料的装置，该装置可用于有选择的回填实施或者当铺垫材料是输入的。
我进一步提供一种铺垫机械，该机械自动地在铺垫材料之上铺设土工织物材料，该机械包括一材料摊铺器/装置以防止在回填过程中损坏土工织物。
我的回填方法与改进的铺垫机械的其它目的与优点在对附图所示的某些现有的优选实施例的描述中将变得显而易见。
附图简述
图1是根据一种现有技术的方法回填一包容管线的沟槽的横截面视图。
图2是根据第二种现有技术的方法回填一包容管线的沟槽的横截面视图。
图3是根据我的回填方法的第一优选实施例已经回填了的管线在沟槽中的横截面视图。
图4是根据我的回填方法第二优选实施例回填的包容管线的沟槽的横截面视图。
图5是根据第二优选回填方法回填的包容管线的沟槽的透视图。
图6是与图5类似的表示根据第三种优选回填方法回填的管子的透视图。
图7是我的改进的铺垫机械的优选实施例的侧视图。
图8是表示我的改进的铺垫机械第二优选实施例的一种铺垫机械的部分轴侧视图。
图9是在铺垫材料上铺设土工织物材料的装置的端视图，该土工织物材料可由拖拉机或其它可移动装载工具携带。
图10是图9所示装置的侧视图。
图11是与图3类似的光纤电缆的横截面视图，该光纤电缆已经根据我的回填方法的第一优选实施例回填。
图12是已经根据我的回填方法的第二优选实施例回填的地下贮罐的侧视图。
图13是在铺垫材料上铺设土工织物材料的我的装置的第二优选实施例的部分的透视图。
图14是图13所示正在铺设铺垫材料的装置的侧视图。
图15是在铺垫材料上铺设土工织物材料的我的装置的第三优选实施例的部分侧视图，该侧视图与图14类似。
优选实施例的描述
我的方法的第一优选实施例基于图1的现有技术的实践参照图3，管线2放置在明沟或沟槽1内以铺垫材料4覆盖。土工织物材料8放在铺垫材料上并且一般从沟槽的一侧延伸到另一侧。最好使用编织的而不用非编织的土工织物材料。包含石块和下层土6任意混合的，通常称为碎土石，回填料然后放置在土工织物材料的上面。如果要求，表层土(未表示)可以放在回填材料的上面以完全充填沟槽。
虽然土工织物材料因为它能被撕破或断裂不提供良好的负荷支承性能也不具有良好的载荷分布性能，但如果回填碎土石6包含低到中等百分比的大石块同时提供的回填碎土石6小心地放置在土工织物材料8的上面它就能稳定铺垫材料4。
如果土工织物材料8不被撕破或断裂，土工织物材料8起稳定片的作用使水流过而防止石块从铺垫材料4或回填碎土石6通过。也可能有其它非降解纤维通常不认为它是土工织物但它可用作稳定片。因此，铺垫材料4将保持其完整性且不被石块侵入同时在回填过程完成之后管子不划伤。
我的方法的第二个优选实施例如图4和5所示。如在图2的现有技术的过程中，管子2放置在沟槽1中并以铺垫材料覆盖。通过对从沟槽中挖出的碎土石经一系列筛子处理生产出铺垫材料。经过最细筛子的材料是铺垫材料。最好铺垫材料包含具有直径达5/8英寸的颗粒。其次，放置一层土工织物纤维8在铺垫层的上面，然后，在土工织物材料的上面放置一层直径在5/8至1 1/2英寸范围之间的石块层以形成层5。在层5的上面放置包含具有直径从1 1/2至5英寸的石块层7。最后，放置包含直径大于5英寸的石块与小石块和土壤混合的层9。最好，使用自动铺垫机械对从沟槽中挖出的土壤分成不同的层4，5，7和9。在大多数的装置中表土层11放置在粗回填层9的上面，当管子最初放在沟槽中时是由砂袋3或其它支承支持着。砂袋保持管子2在沟槽底以上某个距离，以使铺垫材料放在管子之下。在图4和5所示的装置中，层5和7在铺垫材料和石块与土壤回填层9之间形成一不可压实的隔栅。此隔栅散布铺垫材料表面上的负荷。土工织物纤维8防止下面的铺垫材料4与上面的筛过的石块5混合。因此，不可压实的隔栅和铺垫层4的完整性得以保持同时防止石块损坏管子。
我的回填方法的第三最佳实施例如图6所示，在此实施例中土工织物8从沟槽的一侧挂下，横跨沟槽底并从沟槽的对侧上挂。然后，将管子2放置在沟槽中的砂袋3上。铺垫材料4堆积在管子的周围，然后在沟槽上伸出的土工织物纤维8的那一部分折盖在铺垫层4的顶面上如图所示。然后，回填层5，7，9和表土层11放置在土工织物纤维的上面。如前述图4和5的实施例那样这些层以同样方式放置。我的回填方法的此实施例打算用于沟槽在非常不稳定的下层土挖出的地方，该处石块可能从未挖掘沟槽壁51断开或者从未挖掘沟槽底52向上工作。
图4至6所示的方法可以采用图7和8所示的铺垫机械来实施。参照图7，铺垫机械18具有框架20。具有格栅24的料斗22置于框架的顶部。当回填材料放在格栅的顶面时大石块滚落形成层9。其它材料将通过料斗22落到运输带28上。如果铺垫机械是我的美国专利4,955,756中所描述的型式，运输带将材料传送到壳体32以内的双重筛。具有直径在1 1/2至5英寸之间的材料将经过斜槽34下落。具有直径在5/8英寸和1 1/2英寸之间的石块将从壳体32的底边35下落。在另一种在壳体32中具有单一筛子的机械中在料斗32的底部有一大筛子26，具有直径在11/2和5英寸之间的材料将从筛子26的背面落到斜槽30上。所述材料下落形成层7。通过筛26的材料将落到运输带28上。该运输带将材料传送到筛子32上。具有直径在5/8英寸和1 1/2英寸之间的石块将不通过筛子32。更确切些，它们将落到斜槽34上然后下滑形成层5。在两种型式的机械中，具有直径为5/8英寸或小于5/8英寸的细材料通过筛子32下落到斜槽33上并落入沟槽内以形成铺垫材料4。
在改进的机械中设置一安放土工织物材料8的卷38的支承36。土工织物材料绕由支架39支持的滚轮40卷过，然后摊铺在铺垫层4的表面。当放置土工织物纤维时滚轮40也平整铺垫层，虽然最好将土工织物纤维放在铺垫层上，图中还表示了一附加支承36a。使用此支承将土工织物纤维放置在层5与7之间如虚线所示。
在图8中表示铺垫机械的另一可选形态，其中土工织物纤维8的卷38直接安置在铺垫机械的框架上。一对整平臂42在其间具有一辊子44，该对整平臂从斜槽33延伸，当铺设其余层5，7和9时本装置保持土工织物纤维在铺垫层上。
当进行选择回填或当铺垫材料是输入时，可以使用图9和10所示的装置60将土工织物材料放置在沟槽中。一长方形支承框架61具有支柱62。钢索63和吊环64用以将框架61固定在拖拉机或其它可移动装载机上如虚线70所示。一卷土工织物材料66放在固定在框架顶上的支架65上。最好设置一电动机75以便放松土工织物材料卷。最好设置铺垫平整器69，该平整器由伸缩钢管68连接在框架的底部。设置一液压缸67用以调节平整器69的高度。最好在平整器69的后面设置支架71以支持滚轮72。摊铺器73最好具有一对臂带、有一个连接在两臂之间的滚子如图8的实施例中所使用的，该摊铺器从框架61的底部伸出。土工织物材料从卷66在滚轮72和摊铺器73的下面送进到铺垫材料4上。平整器69确保至少铺垫材料的一部分当摊铺器能均匀铺设土工织物材料时处于同一水平。
如图11所示埋入的光纤电缆80具有传输芯子81，反射层82和保护外壳84，以砂子或其它铺垫材料4铺垫。土工织物材料8放置在铺垫材料的上面或周围。然后包含土壤6的回填材料覆盖土工织物材料。如果要求，表层土(未表示)可以放置在回填材料上面以完全充填沟槽1。土工织物材料防止石块从回填土移入铺垫层，因此，移动的石块不可能撞击电缆80并损坏保护外壳82和反射层81。
图12所示地下贮罐90带有入口管92由铺垫材料4包围。土工织物材料8放在铺垫层上面或周围。然后碎土石有选择地返回到沟槽以形成包含名义直径逐渐增大的石块的层5，7和9。表层土或混凝土(未表示)可放置在表层之上。如图4和5的实施例中土工织物材料防止铺垫材料与土工织物材料上面的石块混合。此外，层5，7和9形成不可压实隔栅。因此避免了石块损坏贮罐。
图13和14表示铺垫机械94另一可选形态，其中安装一卷土工织物材料95以便挂在铺垫机械框架96的下面，土工织物卷由织物卷支承98支持，该支承设置在轴100的每一端。支承98是可调节的以便接纳不同宽度的土工织物卷95。同样，轴可以设置轴承(未表示)以消除松卷。可以设置张紧器102以控制土工织物材料卷的松卷从而防止当铺垫机械94由拖拉机或其它可移动装载机沿沟槽拉动时卷95的松卷。这是另一选择可设置一电动机使土工织物材料(图9和10)松卷。张紧器可以是放在卷上的杆，滚子或平片或者是作用在卷侧边或芯子上的制动器。可以设置土工织物摊铺器/装置104以保持当土工织物8置于铺垫材料上面时的摊铺并防止当织物松卷时的断裂。当层5摊铺在土工织物上面时此摊铺器也有助于直接将土工织物放置在铺垫材料上。摊铺器/装置104最好由坚固的柔性材料制成，诸如用作运输器皮带同时在土工织物纤维在摊铺器下面接触和通过的地方在其底部105固定聚氯丁橡胶。它免除了对图7所示滚轮40的需要该滚轮可能被石块损坏或受到石块的限制。当土工织物纤维从其卷95上松开时它从摊铺器/装置105底部的下面滑过，而摊铺器/装置的顶面106避免形成层5的全部或部分材料落到未支持的土工织物纤维上，防止损坏织物。此摊铺器最好其顶部的宽度要大于底部的宽度，因为沟槽的壁通常是斜的。可以采用40英寸(101.60厘米)的顶部宽度和30英寸(76.20厘米)的底部宽度。在另一可选的实施例中，摊铺器/装置104的一端可固定在轴100上从而在土工织物纤维卷95上提供一阻力因而它起到张紧器102的作用。
和图10所示装置类似，在框架96上可连接一铺垫整平器108，例如用伸缩钢管110连接。也可设置一液压缸112以调节整平器108的高度。在图15所示的实施例中，还设置一滚子105以便在铺垫层4上面很好地放置土工织物纤维。运输器可以是一空转的惰轮。土工织物纤维从卷95上松卷并在运输器114下面通过然后在摊铺器/装置104的底表面105的下面滑过。
如图14和15所示，铺垫机械也可包括从铺垫机械或其它铺垫材料源延伸经过框架96的斜槽116，118。在土工织物纤维8放在铺垫材料4的上面之后斜槽将不同的土石块层送到土工织物纤维8的上面。铺垫材料放在管子2，或其它埋入的结构诸如光纤电缆80或贮罐90上面，同时铺垫机械94在沟中移动而整平器108整平铺垫材料。当土工织物纤维从卷上松卷时，它就在土工织物摊铺器的下面滑过。或者在滑过摊铺器/装置的下面之前也可以在图15所示的惰轮114的下面通过。具有直径在5/8英寸和1 1/2英寸之间的材料将从第一斜槽116落到土工织物纤维8上以形成层5。具有直径在1 1/2英寸和5英寸之间的材料将从第二斜槽118落到先前石块层的上面以形成层7。然后回填的大石块可以放置在较大尺寸石块层7的上面以形成层9。然后表层土可以放在层9上。
虽然我已经表示了我的方法和铺垫机械的某些优选实施例，但显然应理解本发明并不局限于此，在下面权利要求的范围以内可以有不同的实施例。