УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ГИБКИЙ ЗАЩИТНЫЙ БЕТОННЫЙ МАТ С БЛОКАМИ УМЕНЬШЕННОГО РАЗМЕРА

Полезная модель относится к области строительства, а именно к гидротехническим сооружениям и предназначена как для защиты покрытых антикоррозионной изоляцией объектов, в частности, трубопроводов, так и объектов со сложным рельефом поверхности, например, береговой линии. Данная полезная модель также может найти и другие применения в ситуациях, когда требуется защита объектов, имеющих относительно непрочные покрытия иного назначения.
В качестве одного из средств для защиты находящихся под водой открытых участков трубопроводов или защиты береговой линии применяют универсальные гибкие защитные бетонные маты (УГЗБМ), содержащие совокупность расположенных рядами бетонных блоков, объединенных замоноличенными в них арматурными канатами или тросами в полотно (патентные документы RU 2325474 С1, 27.05.2008; RU 106629 U1, 20.07.2011; RU 105312 U1, 10.06.2011).
Известные УГЗБМ применяют, в частности, для защиты металлических труб, покрытых антикоррозионной изоляцией. УГЗБМ защищает изоляцию на трубах от повреждения переносимыми течением реки предметами, включая песок, который действует при этом как абразивный материал. Однако при использовании известных УГЗБМ существует угроза повреждения слоя изоляции непосредственно бетонными блоками УГЗБМ, имеющими существенную массу.
Вероятность повреждения изоляции велика из-за того, что основания бетонных блоков обычного УГЗБМ представляют собой плоскую поверхность, соприкасающуюся со слоем изоляции на поверхности трубы цилиндрической формы. При этом контакт бетонного блока УГЗБМ с трубой осуществляется фактически по одной линии, а ширина зоны контакта зависит от степени продавливания изоляции блоками УГЗБМ под действием силы тяжести. Наличие неустранимой микровибрации вызываемой, в частности, потоком воды, приводит к линейному разрыву изоляции трубопровода размещенными на нем бетонными блоками, что существенно сокращает срок полезной эксплуатации трубопровода.
Существуют следующие варианты решения данной проблемы.
1. Снабдить УГЗБМ мягкими амортизационными упорами (прокладками), например, из резины (патентный документ RU 2129635 С1, 27.04.1999). Однако данная известная конструкция сложна в изготовлении.
2. Выполнить УГЗБМ с блоками, имеющими вогнутую поверхность нижних оснований, что обеспечит максимальную площадь зоны соприкосновения блока с трубой, по части цилиндрической поверхности (патентный документ RU 2352714 С2, 10.12.2008). Однако с учетом большой номенклатуры диаметров труб и существенно разной толщины изоляции потребуется неоправданно широкая номенклатура УГЗБМ. Кроме того, малейшее отклонение от перпендикулярности при укладке таких УГЗБМ приведет к гарантированному повреждению изоляции, т.к. площадь области контакта блока с трубой будет существенно уменьшена.
3. Сделать УГЗБМ с блоками меньшего, чем обычно размера, чтобы снизить массу блоков, а следовательно уменьшить давление блоков УГЗБМ на изоляцию защищаемой трубы.
Последний вариант представляется наиболее предпочтительным, учитывая отсутствие у него недостатков других перечисленных вариантов.
Необходимо отметить, что при уменьшении только толщины блоков снизится прочность защиты, т.к. блоки будут обладать меньшей механической прочностью. Следовательно целесообразно уменьшить внешние размеры (габариты) отдельного бетонного блока в составе полотна УГЗБМ, т.к. при этом произойдет увеличение площади контакта УГЗБМ с изоляцией трубопровода благодаря увеличению числа контактирующих с трубой блоков (см. фиг.1) и уменьшится давление в каждой области контакта.
Однако в случае уменьшения линейных размеров блока УГЗБМ уменьшится и надежность закрепления арматурного каната (троса) в теле бетонного блока. Так как канат закрепляют путем замоноличивания при изготовлении блока, то надежность закрепления находится в прямой зависимости от площади соприкосновения каната с бетоном. Если сокращаются линейные размеры бетонного блока, то сокращается и площадь соприкосновения арматурного каната с бетоном, а следовательно падает надежность закрепления блока на канате.
Известен гибкий защитный бетонный мат (патентный документ US 5,108,222 А, 28.04.1992), в котором каждый блок скреплен с соседним блоком по крайней мере двумя полосами армирующей сетки. При этом площадь контакта двух указанных полос с телом блока больше площади контакта при использовании только одного каната соответствующей механической прочности, а следовательно блоки более надежно закреплены на армирующей сетке. Однако при использовании сетки (двух или более полос или канатов, размещенных на значительном расстоянии друг от друга) исчезает свойство универсальности гибкого защитного бетонного мата, т.к. в полотне такого мата практически отсутствует диагональная гибкость, принцип которой показан на фиг.2. Из-за данной особенности конструкции известный гибкий защитный бетонный мат подходит для защиты трубопроводов, но мало подходит для защиты береговой линии, имеющей как правило сложный рельеф. Для придания диагональной гибкости в известной конструкции мата требуется существенно увеличить расстояние между бетонными блоками, в результате чего из образовавшихся щелей будет происходить вымывание грунта, что крайне нежелательно.
Необходимо отметить, что свойство универсальности гибкого защитного бетонного мата имеет большое практическое значение, т.к. в противном случае область применения данного устройства будет существенно ограничена. Исходя из необходимости данного условия в качестве наиболее близкого аналога выбран гибкий мат (патентный документ RU 102222 U1, 20.02.2011), содержащий совокупность расположенных рядами бетонных блоков, объединенных между собой в полотно по меньшей мере одним замоноличенным в них арматурным канатом. Причем известный гибкий мат выполнен с возможностью беспрепятственного поворачивания блоков относительно друг друга, что позволяет охарактеризовать его как УГЗБМ. Диагональная гибкость известного УГЗБМ обеспечивается прохождением канатов через центральные части блоков в плане. При этом угловые части блоков наиболее удалены от арматурных канатов и характеризуются наибольшей подвижностью относительно канатов, что делает возможным использовать данный УГЗБМ в самых различных ситуациях. Недостатком известного УГЗБМ является недостаточная надежность закрепления блоков на канатах при уменьшении размеров данных блоков.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является предохранение покрытий трубопроводов от механических повреждений, вызываемых размещением сверху труб УГЗБМ. Поставленная задача решается уменьшением внешних размеров блоков УГЗБМ.
Обеспечиваемый полезной моделью технический результат заключается в повышении надежности закрепления бетонных блоков на арматурных канатах (тросах) при сохранении универсальности УГЗБМ, что равнозначно сохранению надежности закрепления бетонных блоков на канатах при уменьшении внешних размеров блоков УГЗБМ и сохранении универсальности УГЗБМ.
Указанный технический результат достигается благодаря тому, что УГЗБМ содержит совокупность расположенных рядами бетонных блоков, объединенных между собой в гибкое полотно замоноличенным в них по меньшей мере одним канатом. Причем по меньшей мере два блока соединены между собой 2÷10 канатами одинарной свивки, проходящими в теле блоков непосредственно вблизи друг от друга преимущественно параллельно, или одним канатом двойной или тройной свивки с 2÷10 прядями.
Под размещением канатов непосредственно вблизи друг от друга понимается такое их расположение, при котором канаты могут как касаться друг друга хотя бы на одном участке, так и, в зависимости от относительных размеров блоков и толщины канатов, находиться друг от друга на расстоянии до 10 мм или даже на большем расстоянии.
Полезная модель поясняется следующими графическими материалами.
Фиг.1 - иллюстрация увеличения площади зоны контакта УГЗБМ с поверхностью трубопровода. Верхний УГЗБМ известен из уровня техники, а нижний относится к настоящей полезной модели.
Фиг.2 - УГЗБМ, вид сверху, на котором показано свойство диагональной гибкости в части трех блоков.
Фиг.3А - поперечное сечение однопрядного каната (одинарная свивка).
Фиг.3Б - поперечное сечение трех канатов (одинарная свивка).
Фиг.3В - поперечное сечение семипрядного каната (двойная свивка).
Фиг.3Г - поперечное сечение семипрядного каната (тройная свивка).
Фиг.4 - соединение блоков УГЗБМ в паре двумя канатами.
Соединение пары блоков в УГЗБМ канатами одинарной свивки (фиг.3А) числом от 2 до 10 (например, тремя, как показано на фиг.3Б) или соединение их одним канатом двойной или тройной свивки с числом прядей от 2 до 10 (например, с семью прядями, как показано на фиг.3В и 3Г) позволяет увеличить площадь соприкосновения арматурного каната (канатов) с телом блока, по сравнению с традиционно применяемым для соединения блоков в УГЗБМ единственным однопрядным канатом одинарной свивки (фиг.3А), который может быть охарактеризован как более гладкий по сравнению с канатами двойной (фиг.3В) или тройной (фиг.3Г) свивки. При этом число и конкретные технические характеристики указанных канатов выбирают из условия достижения необходимой механической прочности соединения блоков. Примеры реализации и применения УГЗБМ показаны на фиг.1 и 2. УГЗБМ 1 содержит совокупность расположенных рядами бетонных блоков 2. Блоки 2 объединены замоноличенными в них канатами 3 (в частном случае, представляющими собой участки одного длинного каната) в гибкое полотно.
Соединение пары блоков более детально показано на фиг.4.
Канаты 3' и 3” являются обычными однопрядными канатами одинарной свивки и проходят в теле блоков 2' и 2” непосредственно вблизи друг от друга в общем параллельно, хотя допустимо и их взаимное переплетение (при этом фактически будет образован канат двойной свивки с двумя прядями, представляющими собой канаты 3' и 3”). Взаимное переплетение канатов бывает нежелательным в ряде случаев, т.к. при этом уменьшается толщина слоя бетона над и под образованным арматурным канатом (в данные области при заполнении формообразующей оснастки бетонной смесью щебень практически не попадает), что ведет к снижению прочности бетонного блока на излом вдоль соединительного арматурного каната.
В альтернативном варианте соединения блоков УГЗБМ пара блоков 2' и 2” соединена одним канатом, имеющим несколько прядей. При этом может быть использован канат общего назначения двойной или тройной свивки, например, стальной. Поперечное сечение такого каната, с семью прядями, показано на фиг.3В и 3Г, причем видно, что канат двойной или тройной свивки обладает более развитой внешней поверхностью, чем аналогичный по прочности канат одинарной свивки, что делает канаты двойной или тройной свивки более привлекательными для соединения блоков небольшого размера, чем канаты одинарной свивки, если канаты одинарной свивки не использовать совместно по несколько штук.
Подобным образом могут быть соединены все блоки УГЗБМ или только их часть, в зависимости от планируемого применения УГЗБМ.
УГЗБМ предложенной конструкции создают следующим образом. Перед бетонированием несколько обычных относительно тонких однопрядных канатов (или один многопрядный канат) укладывают в формообразующую оснастку рядом, в непосредственной близости друг с другом, и заливают бетонным раствором со щебнем фракции, преимущественно, 5÷20 мм.
Если число однопрядных канатов или прядей в одном канате будет больше 10, то скажется нежелательное действие эффекта непроникновения бетонной смеси в область между канатами или прядями, т.к. бетонная смесь характеризуется присутствием в ней дискретных частиц, имеющих относительно большие размеры. Из-за данного эффекта следует ограничить до 10 число однопрядных канатов или прядей в многопрядном канате.