ЗАГРАДИТЕЛЬНЫЙ БЛОК
STOP BLOCK

Изобретение относится к искусственному волнолому.
Волноломы в общем представляют собой построенные параллельно береговой линии сооружения, которые снижают уровень энергии волн, достигающих защищаемой зоны. Они подобны природным отмелям, рифам или расположенным вблизи берега островам, и предназначены для рассеивания энергии волн. Для волноломов, защищающих бухты, волнолом действует как барьер для волновой энергии и часто для прямого направления наносов вдоль берега за пределами бухты. Для защиты береговой линии вынесенные в море волноломы обеспечивают снижение волновой энергии под защитой конструкции, замедляющей размыв побережья, создающей наносные отложения и выступ береговой линии, или нечто вроде «выдающегося угла» в укрытой области позади волнолома. Некоторое отложение наносов вдоль береговой линии может продолжаться вдоль побережья позади волнолома, расположенного близко к берегу.
Существуют разнообразные типы волноломов. Таковые включают:
Мысообразные волноломы, серия волноломов, сооруженных в «примыкающем» стиле относительно береговой линии и установленных под углом в направлении преобладающего наката волн так, что береговая линия позади сооружений преобразуется в естественную «зазубренную» или имеющую форму логарифмической спирали бухту.
Отдельные волноломы, которые сооружены поодаль от береговой линии, обычно слегка выдвинуты вперед от побережья. Они отделены от береговой линии и предназначены для способствования формированию береговых отложений на их подветренной стороне.
Одиночные волноломы, которые могут примыкать к берегу или быть отдельными, в зависимости от того, для защиты чего они предназначены. Одиночный отдельный волнолом может защищать небольшую секцию береговой линии. Одиночный примыкающий волнолом может представлять собой длинное сооружение, предназначенное для прикрытия гаваней или бухт от воздействия волн.
Систему волноломов, которая имеет отношение к двум или более отдельным, отдаленным от побережья волноломам, сооруженным вдоль протяженной длины береговой линии.
Волноломами часто называют насыпные молы, построенные из рваного камня. Они ориентированы перпендикулярно береговой линии и обычно сооружены в виде пары при естественной бухте, формируя продолжение судоходного канала на некоторое расстояние от естественной береговой линии. Эти конструкции перенаправляют наносные отложения в сторону от судоходного фарватера и сдерживают приливное течение в канале, чтобы образовать эффективный фарватер, который нуждается в меньшем обслуживании для судоходства по сравнению с естественным узким морским заливом.
Волноломы типично сооружают в местах, отличающихся высокой энергией волн, с использованием крупноразмерного бутового камня или предварительно отлитых бетонных элементов или блоков. В областях с меньшей энергией волн употребляли заполненные цементным раствором мешки из ткани, заполненные камнем ящики из оцинкованной металлической сетки (габионы) и прочие специально изготовленные элементы. Типичная конструкция волнолома подобна таковой для земляного вала, с сердцевиной или фильтрующим слоем из более мелкого камня, перекрытой заградительным слоем из бутового камня или предварительно отлитых бетонных блоков.
Заградительные блоки, традиционно изготовленные из бетона, типично используют для защиты насыпных конструкций, сооруженных из рваного камня, в областях с относительно высокой энергией волн или там, где каменная отсыпка оказывается труднодоступной. Насыпные сооружения из рваного камня включают волноломы, откосные подпорные стенки, молы, кессоны, буны и тому подобные. Прибрежные насыпные конструкции из бутового камня представляют собой массивные сооружения. Традиционные заградительные блоки являются тяжелыми, чтобы предотвращать перемещение или раскачивание под действием волн или течений.
Заградительные блоки обычно перемещаются в результате одного или обоих из двух преобладающих вариантов нарушения структуры. Первый представляет собой перемещение заградительного блока, которое ведет к обнажению и размыву фильтрующего слоя и впоследствии сердцевины. Второй представляет собой разрушение заградительного блока. Эффективность волнолома или откосной подпорной стенки будет существенно снижена, если имеет место один из этих двух вариантов разрушения, и становится более вероятным прогрессирующее разрушение сооружения. Подстилающий слой (фильтрующий слой) делают такой величины, чтобы он не перемещался под неповрежденными заградительными блоками, и для предотвращения вымывания внутренней каменной засыпки (например, из мелкого карьерного рваного камня).
Волну описывают ее высотой, длиной и характером опрокидывания. Высота волны представляет собой преобладающий напорный параметр, учитываемый при проектировании заградительных блоков. Прочие параметры включают длину волны, глубину волны, структурную форму и высоту, степень пустот в заградительном слое, степень взаимоблокировки заградительных блоков, межблоковое трение и плотность заградительных блоков относительно воды.
Известно, что волны воздействуют на заградительные блоки с нагрузкой по всем направлениям. Тонкие заградительные блоки обычно нуждаются в стальной арматуре, тогда как заградительным блокам с более массивной структурой таковая не нужна. Надлежащая стальная арматура (арматурный пруток) повышает стоимость материала примерно на 100% сравнительно с неармированным бетоном. Для крупноразмерных заградительных блоков использовали как стальную, так и полипропиленовую волоконную арматуру, чтобы обеспечить примерно 10-20%-ное увеличение предела прочности на разрыв при изгибовой деформации. Повышение стоимости для бетона с волоконным армированием прямо пропорционально эквивалентному увеличению прочности в процентах.

TM

Существующие бетонные заградительные блоки описаны в руководствах по проектированию для Инженерных войск армии США “Coastal Engineering Manual” («Инструкция по береговой геоморфологии») и “Shore Protection Manual” («Руководство по защите побережья»). Например, смотри веб-сайт http://chl.erde.usace.army.myl/chl.aspx?p=s&a=ARTICLES;104. Общепринятые заградительные блоки включают долос, трибар, блоки CORE-LOC, ACCROPODE, тетрапод, SAMOA STONE, Антиферский куб, бетонный куб, шед и глыба. Заградительный блок CORE-LOC защищен Патентами Соединенных Штатов № 5,441,362 и 5,620,280, каждый на имя Melby et al., и каждый приведен здесь для сведения.
Общеупотребительные бетонные заградительные блоки имеют признаки, которые являются преимущественными для определенных вариантов употребления, но непригодны для других способов применения. Преимущества включают:

Высокую степень пустот для эффективного гашения волн (CORE-LOC, ACCROPODE, тетрапод, долос, беспорядочный куб, шед, глыба, трибар);

TM
Хорошую взаимоблокировку по всем направлениям (долос, CORE-LOC, тетрапод, Samoa Stone);

TM
Хорошую плотность укладки (блоки CORE-LOC и ACCROPODE от малых до среднегабаритных, тетрапод, куб, Samoa Stone);
Заградительный слой может деформироваться без катастрофического разрушения (беспорядочный куб);
Простая конструкция литейной формы (куб);
TM
Простота операции отливки заградительного блока (куб, Samoa Stone);
TM
Простота размещения заградительного блока на месте (куб, Samoa Stone).
Недостатки включают следующее:
Плохая взаимоблокировка (куб, тетрапод, прочие заградительные блоки, если уложены неправильно);

Минимальная плотность укладки (очень крупногабаритные блоки CORE-LOC и ACCROPODE, крупноразмерный трибар, долос, шед, глыба);
Структура хрупкая и внезапно разрушается (большинство бетонных заградительных слоев);

Относительно сложная конструкция литейной формы (CORE-LOC, трибар, долос, шед, глыба, ACCROPODE);

Относительно сложная процедура отливки заградительного блока (CORE-LOC, трибар, долос, шед, глыба, ACCROPODE);

Затруднительное размещение заградительного блока на месте при низкой видимости или умеренном фоновом волнении (CORE-LOC, трибар, долос, шед, глыба, ACCROPODE);

Относительно большой подстилающий слой требуется вследствие крупных объемов пустот (CORE-LOC, трибар, долос, ACCROPODE).

Для большинства заградительных блоков затруднительно достичь надлежащей взаимоблокировки, когда укладку производят под водой. Это в особенности справедливо, когда низка видимость и во время строительства имеет место фоновое волнение. Для укладки заградительных блоков в упорядоченный массив практически невозможно разместить их правильно при отсутствии видимости или при наличии фонового волнения. Это обстоятельство справедливо повсеместно. Многие заградительные блоки нуждаются в относительно гладком подстилающем слое (CORE-LOC, ACCROPODE, трибар, шед, глыба, кубы, если укладываются в упорядоченный массив). Обеспечить взаимоблокировку и гладкий подстилающий слой при низкой видимости и фоновом волнении исключительно трудно, и неопределенность в этом плане приводила к чрезмерным расходам и даже к разрушению волноломов.

Относительно тонкие заградительные блоки, такие как долос, CORE-LOC, ACCROPODE, трибар и пустотелые блоки типа шеда и глыбы, требуют дорогостоящих литейных форм и сложны в отливке. Стоимость металлических литейных форм зависит от числа пластин опалубки и сложности изгибов. Некоторые литейные формы для заградительных блоков требуют употребления 75-100 пластин опалубки. Кубы нуждаются в минимальном количестве пластин, но все характерны концентрацией бетона в одной массе. Это обусловливает выделение большой теплоты гидратации и возможность термического растрескивания. Длинномерные литейные формы, используемые для крупногабаритного долоса, блоков CORE-LOC, ACCROPODE и пустотелых блоков, также имеют склонность к значительным вариациям прочности в пределах заградительного блока вследствие осаждения заполнителя, увеличенной усадки у дна литейной формы и выпотевания воды при вибрационной обработке бетона во время отливки. Высокие уровни отношения воды к цементу и чрезмерная вибрационная обработка, которые могут иметь место при ненадлежащем контроле строительства, приводят к ухудшению качества заградительных блоков. Например, заполнитель может концентрироваться в нижней части блока, тогда как верхняя часть имеет ненормально высокое отношение воды к цементу, что имеет результатом ослабление бетона. В дополнение, сложные формы имеют горизонтальные или полого наклонные поверхности, где в литейной форме может собираться вода, еще более снижая прочность. В результате длинномерные сложные формы в значительной мере зависят от качества выполнения строительных работ и могут привести к прочности ниже оптимальной.
Надлежащий заградительный блок определяется вариантом употребления. Для мелководья с прозрачной водой, в условиях незначительного фонового волнения, и при волнах с высотой менее восьми метров может быть без труда изготовлено и размещено большинство из обсужденных выше заградительных блоков. В этих случаях инженер выбирает наименее дорогостоящий блок, который обеспечивает предписанную надежность. Однако для условий низкой видимости, сильного фонового волнения или для волн высотой в восемь метров или более, недостатки недорогих существующих заградительных блоков означают, что сооружение качественной структуры становится затруднительным и дорогостоящим и даже вообще может стать сомнительным. Далее, длинные уклоны в заградительных сооружениях создают больше возможностей для осадки на уклоне и потенциального разрушения или перемещения заграждения вследствие утраты взаимоблокировки. Хотя кубические заградительные блоки являются относительно простыми в изготовлении, они не обеспечивают взаимоблокировки, так что расходы на обслуживание оказываются гораздо более высокими, нежели таковые для прочих конструкций, и кубические заградительные блоки требуют потребления гораздо большего количества бетона, чем многие другие конструкционные структуры.
Взаимоблокирующие бетонные заградительные блоки или модули для предотвращения абразии хорошо известны в запатентованных прототипах, как представлено в Патенте США № 3,614,866 на имя Kaneko et al. и Патенте США № 4,347,017 на имя Chevallier.
Kaneko et al.
Патент авторов  раскрывает многоопорный блок, включающий по меньшей мере три изготовленных в виде единой детали элемента в виде колоннообразных опор, собранных в единую конструкцию взаимно пересекающимся манером. Таким образом, блок имеет по меньшей мере шесть выступов, которые сцепляются с другими блоками так, что большое количество блоков может быть размещено с образованием плотно пригнанной комбинации. Колоннообразные элементы соединяются друг с другом при минимальной величине обобщенной площади поверхности, что ведет к образованию большой концентрации напряжений в стыках. Вследствие этого существует высокая вероятность разрушения отдельных блоков, потенциально ведущего к полному разрушению всего сооружения. Далее, выступы не остаются в постоянном контакте между собой, поскольку колоннообразные элементы, имеющие квадратное поперечное сечение, обеспечивают ограниченную площадь фрикционного зацепления с соседствующими блоками. Вследствие регулярного размещения отдельных блоков, при разрушении относительно малого числа заградительных блоков может произойти катастрофическое разрушение всего построенного сооружения. Наконец, регулярно установленные блоки в сооружении формируют заградительный слой с очень малым объемом пустот, что имеет результатом слабое рассеяние волновой энергии и тем самым малое участие в снижении энергии волн для защищаемой области с подветренной стороны сооружения.
Chevallier
Chevallier
Chevallier
Chevallier

Патент автора  раскрывает заградительный блок, общеизвестный как ACCROPODE, для защиты прибрежных сооружений и береговой линии. Блок включает центральную сердцевину кубической формы, имеющую верхнюю и нижнюю поверхности, включающие опоры в виде наковальни, и противостоящие передние и задние опоры в виде четырехгранных усеченных пирамид. Характеристики гидравлической устойчивости блока автора хороши, если блоки надлежащим образом сцепляются между собой, но сведены к минимуму при отсутствии взаимоблокировки, поскольку опоры в форме наковальни обеспечивают минимальную степень взаимного заклинивания блоков. Блоки удерживаются на месте в основном за счет сил тяжести уложенных сверху блоков для обеспечения индивидуальной устойчивости нижележащих блоков. Поэтому для обеспечения устойчивости этих блоков их следует укладывать на крутых уклонах. Однако сооружения, возведенные на крутых уклонах, имеют тенденцию к катастрофическому разрушению и обладают высокой степенью риска и большой вероятностью разрушения, будучи использованными в водах с низкой видимостью, в глубокой воде, или когда сооружение создано в условиях относительно сильного волнения. Уложенные на уклоне блоки автора  характеризуются низким уровнем пустот вследствие того факта, что они размещены в один слой. Это обеспечивает незначительное уменьшение энергии волн по сравнению со слоем заградительных блоков, составленным из многочисленных рядов более тонких заградительных блоков. Далее, блоки автора  сопряжены с гораздо более жесткими ограничениями и условиями для укладки в волноломе, чтобы обеспечить повышенную гидравлическую устойчивость.
Yang
В практическом плане затруднения проявляются в изготовлении, хранении и перевозке заградительных блоков. Например, некоторые заградительные блоки имеют формы, которые нельзя отлить или сформовать без затруднений. Например, блоки автора Yang, Патент Соединенных Штатов № 6,666,620 В2, содержат сложные опорные структуры («цилиндрический корпус, суженные сплошные опоры, выступающие из цилиндрического корпуса, и опорные ответвления, цилиндрически выступающие через кольцевое основание, расположенное на цилиндрическом корпусе»). Некоторые заградительные блоки, такие как блоки автора , не позволяют гнездового размещения на станционных территориях или на транспортных баржах, и, следовательно, создают трудности для рационального хранения и перевозки. Кроме того, некоторые сооружения не подлежат ремонту простым добавлением замещающих заградительных блоков, и для этого их приходится частично разбирать. Например, блоки автора Detiveaux, Патент Соединенных Штатов № 6,361,247 В1, требуют ведения длинной заостренной секции в грунт и стабилизации секции с помощью направляющих проволок. Степень рассеяния волн минимально обеспечивается через небольшие просветы в верхней части сооружения.
Melby et al.
Конструкции авторов  устраняют многие изначально присущие недостатки вышеописанных конструкций, но обеспечивают небольшое усовершенствование сравнительно с существующими формами в плане изготовления, нуждаясь в квалифицированном контроле операций отливки конечного продукта, а также в отношении размещения отдельных блоков в условиях плохой видимости и волнового воздействия от умеренного до серьезного.
Detiveaux
Бетонным заградительным блокам приданы формы для обеспечения эффективности, улучшенной по сравнению с таковой для камня как заградительного материала. Форма блоков может включать выступы для способствования взаимоблокировке между соседствующими блоками. Были разработаны сотни форм, однако лишь немногие нашли применение, как отмечено выше в кратком списке. Многие формы либо слишком тонкие, тем самым будучи склонными к разрушению, либо создают сопротивление ударам волн только в одной плоскости, например, согласно автору .
Таким образом, существует потребность в долговечном взаимоблокирующем заградительном блоке, способном к созданию стабильной конфигурации при беспорядочном размещении, который слагается из прочных отдельных блоков, в то же время будучи относительно простым в изготовлении. Каждый блок должен иметь тонкие выступы для обеспечения улучшенной стабильности и рассеяния волновой энергии, тем не менее будучи прочными в достаточной мере, чтобы предотвращать разрушение любого отдельного блока. Блок должен быть пригодным для ремонта существующих уклонов. Он должен быть относительно простым в изготовлении и приспособленным для легкого штабелирования при хранении и перевозке, тем самым сокращая общие расходы, а также для установки на место в условиях, не подходящих для размещения существующих блоков.
Избранные варианты выполнения настоящего изобретения воплощаются в бетонном заградительном блоке для укрепления протяженных вдоль берега сооружений на берегах рек, озер и водохранилищ; прибрежных береговых линий и прибрежных откосных подпорных стенок; и насыпных волноломов из рваного камня, молов, кессонов и бун, для предотвращения абразии от воздействия повреждающих гидродинамических сил волн и потоков воды. Заградительный блок также может найти применение в водосбросных плотинах и системах отведения речного течения, необходимых для замедления потоков воды. Избранные варианты осуществления настоящего изобретения представляют заградительный блок (модуль для предотвращения абразии), который однозначно скомпонован для достижения высокой степени взаимоблокировки, в то же время обеспечивая стабильность на крутых, а также относительно пологих уклонах, на которых он может быть установлен. Обратимся к Фиг. 2А, представляющей вид в перспективе, включающий верхнюю поверхность 201, и Фиг.2В, представляющей перспективный вид, включающий нижнюю поверхность 202 избранного варианта исполнения настоящего изобретения. Модуль имеет выступы 102, 103, 106, которые обеспечивают гидравлическую устойчивость и рассеяние волновой энергии. Уровни внутренних напряжений сведены к минимуму галтелями 105 между пересечениями двух выступов 103 на каждой из трех длинных сторон, и созданием выступов («опор») 106 на четвертой (донной) стороне.
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:
Фигура 1 представляет вид сверху избранного варианта исполнения настоящего изобретения.
Фигура 2А представляет вид в перспективе сверху избранного варианта исполнения настоящего изобретения.
Фигура 2В представляет вид в перспективе снизу избранного варианта осуществления настоящего изобретения.
Фигура 3 представляет проекцию при виде снизу на избранный вариант осуществления настоящего изобретения.
Фигура 4 представляет проекцию при виде с самой длинной стороны на избранный вариант осуществления настоящего изобретения.
Фигура 5 представляет вид с торца избранного варианта осуществления настоящего изобретения при рассмотрении вдоль самой длинной оси.
Фигура 6 представляет вид сверху одиночного слоя взаимоблокированной компоновки вариантов исполнения согласно Фиг. 1, каковая может быть смонтирована на волноломе.
Фигура 7 представляет вид сверху многослойной взаимоблокированной компоновки вариантов исполнения согласно Фиг. 1, каковая может быть смонтирована на волноломе.
Фигура 8 представляет вид сверху беспорядочной многослойной взаимоблокированной компоновки вариантов исполнения согласно Фиг. 1, каковая может быть смонтирована на волноломе.
Фигура 9А представляет вид с торца избранного варианта исполнения настоящего изобретения, который подобен варианту осуществления, как показанному в Фиг. 5, отличаясь только тем, что концевой выступ в виде усеченной пирамиды завершается встроенным долотообразным профилем.
Фигура 9В представляет вид в перспективе долотообразного профиля на торцах концевых выступов в Фиг. 9А.
Фигура 10 представляет вид сверху компоновки из вариантов исполнения согласно Фиг. 1, в которой все, кроме донного ряда, размещены так, что донная часть варианта осуществления согласно Фиг. 1 выполняет роль одной из боковых сторон.
d
Обратимся к Фиг. 1. Избранные варианты осуществления настоящего изобретения могут включать: центральную прямоугольную секцию 101 с центральной удлиненной осью и тремя «художественными» элементами 103 в виде половины буквы Н («Н» разделена сверху донизу через пересекающую горизонтальную перекладину, образуя половину «Н»), выступающими из каждой из трех удлиненных сторон, принадлежащих к четырем таковым в центральной прямоугольной секции 101, так, что каждый «полу-Н»-образный элемент 103 вдоль сторон имеет верхнюю поверхность, сформированную четырьмя гранями каждой из вертикальных частей половины «Н», наклоненными относительно центральной оси прямоугольной секции 101, и параллельную донной поверхности половины «Н» в той же плоскости, как и соответственная боковая поверхность центральной прямоугольной секции 101. Вертикальные части каждого «полу-Н»-образного элемента сужаются равномерно и симметрично относительно центральной оси так, что каждый «полу-Н»-образный элемент составлен двумя идентичными наружными усеченными пирамидами 103, соединенными в центре галтелью (клином) 105. Каждая усеченная пирамида 103, 105 имеет прямоугольное поперечное сечение у ее основания и меньшее прямоугольное поперечное сечение на ее отдаленном конце 104 вследствие сужения четырех граней усеченной пирамиды 103 по мере удаления от ее основания. Концевые усеченные пирамиды 102 размещены на каждом из концов прямоугольной секции 101, с продольными осями, совпадающими с продольной центральной осью прямоугольной секции 101. Концевые усеченные пирамиды 102 могут иметь поперечное сечение, сходное с таковым для усеченных пирамид 103, составляющих «полу-Н»-образные элементы, так, что каждая концевая усеченная пирамида имеет прямоугольную плоскую донную поверхность, совпадающую с донной поверхностью конца прямоугольной секции 101. Для завершения заградительного блока два или более выступов 106 (Фиг. 2В) могут выдаваться вертикально вниз из прямоугольной центральной секции и могут иметь такую же форму, как любая из концевых усеченных пирамид 102, как усеченные пирамиды 103 «полу-Н»-образных элементов, или обе таковые. Усеченные пирамиды 103 «полу-Н»-образных элементов разделены галтелью (клином) 105, составляющей промежуток, равный или слегка больший, чем размер усеченной пирамиды 103 «полу-Н»-образного элемента, на наружной поверхности галтели 105. Эта геометрическая форма облегчает взаимоблокировку между соседними заградительными блоками так, что заградительный блок является симметричным относительно вертикальной плоскости, проходящей через центр тяжести параллельно продольной центральной удлиненной оси прямоугольной секции 101, и так, что заградительный блок симметричен относительно вертикальной плоскости, проходящей через центр тяжести и перпендикулярной центральной удлиненной оси. В избранных вариантах осуществления настоящего изобретения «полу-Н»-образные элементы равны по высоте,  (Фиг. 1).
d
Следует отметить, что, если толщину прямоугольной секции 101 сделать равной ширине (толщина и ширина, определяющие размеры конца прямоугольной секции 101), то получают квадратные основания концевых усеченных пирамид 102, и если длина прямоугольной секции 101 равна удвоенной ширине, то все усеченные пирамиды 102, 103 могут иметь одинаковую форму у основания. Если угол наклона α (Фиг. 1), выдерживают постоянным для всех четырех граней каждой усеченной пирамиды 102, 103, то все усеченные пирамиды имеют одинаковую форму. Наконец, если высота  каждой из усеченных пирамид 102, 103 также одинакова, то все усеченные пирамиды 102, 103 идентичны, имея квадратные основания и наружные концевые грани, которые являются квадратными.
2L
L
L
d
Избранные варианты осуществления настоящего изобретения представляют заградительные блоки как основной компонент для защиты океанского побережья, берегов рек, озер и водохранилищ, и слоев базовых сооружений от повреждающего воздействия гидродинамических сил волн и потоков воды. Обратимся к Фиг. 1. В избранных вариантах исполнения настоящего изобретения заградительный блок включает центральную прямоугольную секцию 101, имеющую длину , более длинную, чем ширина, , и глубину, равную (смотри  в Фиг. 4) его ширине или более короткую, чем таковая. Каждая из трех длинных сторон прямоугольной секции (бокса) 101 включает два наружных элемента, которые представляют собой усеченные пирамиды 103, четырехсторонние основания которых определяются половиной периметра длинной стороны центральной прямоугольной секции 101 и линией, пересекающей продольную ось центральной прямоугольной секции 101. В избранных вариантах осуществления настоящего изобретения галтель 105 в центре каждой из трех длинных сторон эффективно укорачивает «внутреннюю» грань 107 каждой из усеченных пирамид 103 на этих трех длинных сторонах. На каждом из двух концов (коротких сторонах) центральной прямоугольной секции 101 находится одиночная усеченная пирамида 102, четырехстороннее основание которой определяется шириной и глубиной центральной прямоугольной секции 101. Ширина и глубина показаны равными, если Фигуры 3 и 4 принимать относящимися к одному и тому же заградительному блоку, но это не является обязательным. Оставшаяся длинная сторона (донная) 202 в Фиг. 2В имеет две усеченных пирамиды 106, введенных в качестве «опор», и тем самым эта четвертая длинная сторона формирует донную поверхность 202 заградительного блока, заданную для упрощения изготовления заградительного блока, а также для его употребления. Эти опоры 106 могут представлять собой усеченные пирамиды такой же общей формы, как таковая для прочих трех сторон, концов или обоих таковых, и могут быть размещены на таких же местах на четвертой длинной (донной) стороне 202, оси которых совпадают с таковыми для усеченных пирамид на противоположной (верхней) стороне 201. В избранных вариантах осуществления настоящего изобретения четырехстороннее основание этих двух опор (усеченных пирамид) 106 имеет меньший периметр, и высота  этих двух усеченных пирамид 106 является более короткой, чем таковая для усеченных пирамид 103 на других трех длинных сторонах. Эта конструкция способствует высокой степени заклинивания, в то же время обеспечивая многочисленные маршруты рассеяния волн среди поверхностей выступов 102, 103, 106 заградительного блока.
TM
Избранные варианты осуществления настоящего изобретения могут включать внутренние армирующие стержни или «арматурный пруток». Пригодная арматура может быть такой, каковая описана в Патентной Заявке Соединенных Штатов с серийным номером 11/234,184 от имени Day et al., приведенной здесь для сведения. Избранные варианты осуществления настоящего изобретения были разработаны для создания оптимизированных заградительных блоков, предназначенных для ситуаций, когда условия оказываются не идеальными для отливки или размещения бетонных заградительных блоков, или для обоих таковых. Избранные варианты осуществления настоящего изобретения рассчитаны быть прочными, простыми для операции отливки и легкими для укладки в неблагоприятных условиях на волнолом, откосную подпорную стенку или мол. Обратимся к Фигурам 2А и 2В. Для избранных вариантов осуществления настоящего изобретения форма напоминает толстого крокодила с коротким носом 102 и хвостом 102, четырьмя короткими лапами 103 по сторонам и двумя спинными гребнями 103, тем самым обусловливая наименование C-ROC. В избранных вариантах осуществления настоящего изобретения донная сторона («брюхо») 202 является плоской, за исключением двух или более коротких выступов 106.
Для избранных вариантов осуществления настоящего изобретения литейные формы являются менее дорогостоящими в изготовлении, чем для традиционных заградительных блоков, благодаря меньшему количеству пластин опалубки. Для избранных вариантов осуществления настоящего изобретения литейная форма имеет только 33 плоских пластины опалубки в ее первичной компоновке, то есть без выступов 106 на «брюхе». Это представляет собой одно из минимальных количеств пластин опалубки среди известных взаимоблокирующих блоков со сложной формой. Далее, поскольку все пластины опалубки являются плоскими, литейную форму можно собрать относительно легко и недорого.
Для избранных вариантов осуществления настоящего изобретения операция отливки является простой, поскольку вертикальная высота выступов 102, 103, 106 в любом направлении является более короткой, чем для традиционных заградительных блоков. В избранных вариантах осуществления настоящего изобретения литейная форма открыта с донной части, обеспечивая возможность отливки заградительного блока на плите с отверстиями (отдельно не показанной) для нижних выступов 106. Таким образом, избранные варианты осуществления настоящего изобретения имеют низко расположенный центр тяжести (cg) во время операции отливки. Такой низко расположенный центр тяжести (cg) ограничивает накопление воды и перемещение заполнителя, в то же время нуждаясь лишь в минимальной виброобработке для обеспечения целостности отливки. Далее, при широком центре массы блока, непосредственно опирающегося на литейную плиту, во время операции отливки развиваются незначительные растягивающие напряжения или вообще отсутствуют таковые.

Форма избранных вариантов осуществления настоящего изобретения не является столь тонкой в выбранных направлениях, как для любого из блоков долос, CORE-LOC, ACCROPODE, или пустотелых блоков типа шеда и глыбы. Типичные варианты осуществления настоящего изобретения требуют на 38% меньше материала, чем эквивалентный заградительный слой из блоков CORE-LOC, на 27% меньше материала, чем заградительный слой из блоков ACCROPODE, и на 20% меньше материала, чем заградительный слой, изготовленный из заградительных блоков типа долос.
Избранные варианты осуществления настоящего изобретения скомпонованы так, что каждый заградительный блок размещается со своей продольной осью приблизительно перпендикулярно наклону волнолома или откосной подпорной стенке, то есть приблизительно горизонтально на уклоне. Это имеет результатом образование промежутков между изделиями согласно избранным вариантам исполнения настоящего изобретения, которые являются меньшими, чем для большинства крупногабаритных традиционных заградительных блоков. Такая конфигурация сокращает или предотвращает перемещение нижележащего слоя. Кроме того, размещение на волноломе или откосной подпорной стенке является простым и может быть выполнено в условиях плохой видимости или при условиях умеренного фонового волнения. Предполагается, что водолазы со специальной квалификационной подготовкой не потребуются, поскольку для укладки употребляются простые способы.
Испытания гидравлической устойчивости избранных вариантов исполнения настоящего изобретения демонстрируют, что эти варианты исполнения очень стабильны, будучи размещенными на поперечном сечении типичного волнолома при уклоне 1V:2H. Уравнение устойчивости Хадсона употребляют для проектирования заградительных блоков для данной высоты набегающей волны, данного коэффициента устойчивости и уклона волнолома. Уравнение задается выражением:
где
W
= средний вес заградительного блока,
r
γ = единица удельного веса материала, составляющего заградительный блок,
Н
= проектная высота набегающей волны вблизи сооружения (волнолома или откосной подпорной стенки),
K
D
= эмпирический коэффициент устойчивости, описывающий эффект параметров (например, прибоя), которые не определены по отдельности,
S
r
= удельный вес материала заградительного блока относительно воды, которая находится в сооружении, и
cot α = уклон структуры в сторону моря.
K
K
K
K
K
K
K
D
D
D
D
D
D
D

Значение  отчасти описывает степень взаимоблокировки блоков. Чем выше значение , тем выше устойчивость. Например, камень, подвергаемый воздействию прибоя, имеет значение =2, дающее условие 5%-ного объема абразии для камня. Проведенные ранее испытания блоков долос, CORE-LOC и ACCROPODE показали величину , большую чем 50 при малом или отсутствующем измеримом повреждении. Значения, рекомендуемые для проектирования, составляют =8-16 для блоков типа долос, =12-16 для блоков CORE-LOC и =10-13 для блоков ACCROPODE.
r
Единица удельного веса γ материала, выбранного для заградительного блока, представляет собой важный фактор для достижения как оптимального веса, так и прочности заградительного блока. Один такой материал представляет собой усовершенствованный высокопрочный бетон, как описанный в Патентной Заявке Соединенных Штатов с серийным номером 11/390,084 от имени O'Neil et al., приведенной здесь для сведения.

K
D
Заградительный блок CORE-LOC считается наиболее устойчивым из общеупотребительных заградительных блоков. Испытания избранных вариантов осуществления настоящего изобретения дали величину  на уровне 61 при отсутствии неустойчивости на уклоне в сторону моря, показывая эти варианты осуществления имеющими характеристики устойчивости, сравнимые с наилучшими имеющимися формами. Поскольку избранные варианты осуществления настоящего изобретения не являются хрупкими, как многие тонкие заградительные блоки, надежность избранных вариантов исполнения настоящего изобретения является более высокой.
В избранных вариантах осуществления настоящего изобретения заградительный блок включает по большей части бетон на основе портландцемента.
Для избранных вариантов осуществления настоящего изобретения равномерное сужение «полу-Н»-образных элементов облегчает заклинивание соседних заградительных блоков, которые размещены слоем на отсыпке из рваного камня. Равномерное сужение также способствует удалению литейной формы во время изготовления. Для избранных вариантов осуществления настоящего изобретения плоская донная поверхность упрощает операцию отливки, и добавочные выступы обеспечивают неровность донной поверхности и взаимоблокировку при укладке заградительных блоков.
ПРИМЕР
Обратимся к Фиг. 1, изображающей вид сверху избранного варианта осуществления 100 настоящего изобретения. Этот вид также показывает положение двух «выступов» (опор) 106 (пунктирные линии) на донной стороне заградительного блока относительно двух вертикальных частей (усеченных пирамид) 103 «полу-Н»-образного элемента на верхней стороне заградительного блока.
2L
L
L
L
v
t
w
d
В этом примере длина центральной прямоугольной секции составляет , ширина составляет , и глубина равна . Таким образом, каждая из усеченных пирамид 102, 103 имеет квадратные основания с одинаковыми размерами, обеспечивая общую симметрию заградительного блока. Следует отметить, что две усеченных пирамиды 103 на каждой из трех продольных сторон имеют квадратное основание с размерами L×L, в точности так же, как для концевых усеченных пирамид 102 (см. Фиг. 4 для вида сбоку, подтверждающего толщину ). Если бы галтели 105 не употреблялись, то можно было бы без труда увидеть, что две боковых усеченных пирамиды 103 соприкасаются в центре длинной стороны центральной прямоугольной секции 101. Что касается галтели 105, то ширина  определяется выбором глубины  галтели 105. Подобным образом размер  квадратной верхней поверхности каждой усеченной пирамиды 102, 103 определяется выбором высоты  при сужении, которое заранее задано углом α.
В избранных вариантах осуществления настоящего изобретения для оптимизации симметрии заградительного блока угол сужения α выдерживают одинаковым по меньшей мере для усеченных пирамид 103 на трех сторонах с «полу-Н»-образными элементами и для усеченных пирамид 102 на двух концах. Этот же угол может быть также выдержан для двух или более выступов 106, как показано в Фиг. 4.
х
s
u
у
Обратимся к Фигурам 3 и 4, изображающим вид снизу и сбоку, соответственно, заградительного блока согласно Фиг. 1. Как можно видеть в этом варианте осуществления, каждый выступ 106 «отцентрован» по вертикальной линии, которая проходит сквозь заградительный блок и через середину соответствующих усеченных пирамид 103 на верхней стороне. Наклон коротких усеченных пирамид, включающих выступ 106, может быть установлен равным таковому для других усеченных пирамид 102, 103, то есть выставлен под углом α. Данными значениями угла α и размера  стороны основания выступа 106 определяется промежуток  между выступами 106. Далее, данным размером  стороны верхней площадки выступа 106 (поверхность, на которую заградительный блок должен быть посажен, как показано в Фиг. 4, определяется высота  выступа.
Обратимся к Фиг. 5, виду с торца варианта выполнения согласно Фиг. 1. В этом виде очевидна симметрия, когда толщину центральной прямоугольной секции 101 выбирают равной ширине центральной прямоугольной секции 101. При данном отношении 2:1 длины к ширине и выборе общего сужения, заранее заданного углом α, как показано в Фиг. 1, каждая из трех иллюстрированных «боковых» усеченных пирамид 103 идентична по площади основания концевым усеченным пирамидам 102. Если высота d является общей для обеих концевых 102 и боковых 103 усеченных пирамид, то 6 боковых усеченных пирамид 103 и две концевых усеченных пирамиды 102 выступают на одинаковое расстояние от центральной прямоугольной секции 101 и имеют одинаковое поперечное сечение 104 на их соответствующих наружных концах.
Обратимся к Фигурам 2А и 2В. Толщина центральной прямоугольной секции 101 не обязательно должна быть такой же, как ширина. При толщине, меньшей, чем ширина, вариант исполнения, как представленный в Фигурах 2А и 2В, должен иметь прямоугольный торец 104 на наружном конце каждой из усеченных пирамид 102, 103, и, возможно, таковом для выступов 106, если желательна симметрия с расположенными на верхней стороне усеченными пирамидами 103.
Обратимся к Фиг. 6, взаимоблокированному одиночному слою с конфигурацией 600 из отдельных заградительных блоков 100, как показанных в Фиг. 1. Отдельные блоки 100 уложены так, что их продольные оси горизонтальны относительно наклона волнолома. Это дает серию зигзагообразных горизонтальных рядов из заградительных блоков, каждый из которых взаимоблокирован с заградительным блоком в рядах выше и ниже такового, и каждый имеет концевые усеченные пирамиды, упирающиеся вдоль своего наклона в концевые усеченные пирамиды соседних блоков в горизонтальном ряду.
Обратимся к Фиг. 7, взаимоблокированной многослойной компоновке 700 из отдельных заградительных блоков 100, как показанных в Фиг. 1. Отдельные блоки 100 размещены в два слоя с продольными осями, ориентированными горизонтально вдоль уклона волнолома. Многослойная конфигурация покрывает просветы, присутствующие в однослойной укладке согласно Фиг. 6, хотя и при большей стоимости для равноразмерных заградительных блоков 100.
Хотя на Фиг. 7 показано выравнивание заградительных блоков 100 по горизонтали в порядке точной взаимоблокировки по всему уклону волнолома, заградительные блоки 100 могут быть размещены беспорядочно в один или несколько слоев с ориентацией продольных осей блоков относительно уклона волнолома с отклонением вплоть до угла в 45° от горизонтали. Смотри Фиг. 8, в которой каждый блок в нижележащем слое размещен полностью беспорядочно относительно своих соседей и перекрывается верхним слоем, уложенным таким же образом. Очевидно, что по-прежнему есть значительная степень взаимоблокировки и полное покрытие нижележащего слоя волнолома, даже при псевдопроизвольной или произвольной ориентации заградительных блоков 100, когда они уложены в несколько слоев.
Обратимся к Фиг. 9А, виду с торца варианта выполнения 900, подобного варианту осуществления 100, как показанному в виде с торца в Фиг. 5, за исключением элемента 902 в форме тупого зубила 901 на отдаленном конце каждой концевой усеченной пирамиды 102. Эти долотообразные навершия 901 могут быть предусмотрены для еще большего упрощения операции извлечения изделия согласно варианту осуществления из литейной формы или для улучшения целостности наружных концов изделий согласно варианту осуществления, или же для обеих целей. Фиг. 9В представляет перспективный вид взятого отдельно оконечного элемента 902 в форме тупого зубила 901. В одном варианте осуществления настоящего изобретения эта конфигурация увеличивает длину каждой из концевых усеченных пирамид 102, представленных в Фиг. 1 как вариант исполнения 100, если бы для концевых усеченных пирамид 102 использовались усеченные пирамиды с такой же величиной, как для боковых усеченных пирамид 103, до введения встроенного оконечного элемента 902 в форме тупого зубила 901. Если угол β выдерживают малым, например, меньшим, чем около 10°, и предпочтительно около 5°, то сводится к минимуму дополнительная масса, добавляемая к концевым усеченным пирамидам 102, тогда как легкость удаления литейной формы оптимизируется.
Обратимся к Фиг. 10. Первый ряд заградительных блоков может быть размещен на уклоне волнолома у подножия уклона в основном таким же образом, как показано в Фиг. 6, то есть в одной плоскости с «дном» (стороной с выступами 106), расположенным по соседству с подстилающей структурой. Второй и последующие ряды могут быть размещены так, что продольная ось является приблизительно перпендикулярной уклону, и «бок» (сторона с усеченными пирамидами 103) расположен соседствующим с соседним блоком так, что имеет место беспорядочное вращение вокруг продольной оси, как показано во втором, третьем и четвертом рядах в Фиг. 10. Некоторые блоки могут быть уложены с донной частью, повернутой на 90° (то есть образующей одну боковую сторону уложенного заградительного блока), как показано во втором, третьем и четвертом рядах в Фиг. 10, так что донная часть заградительного блока не обязательно должна быть всегда обращена вниз. Далее, отдельные блоки не должны располагаться в одной и той же плоскости, то есть они могут перекрываться с другими блоками в том же или соседних рядах, делая ряд длиннее там, где имеет место перекрывание, и короче, где блок перевернут на противоположную сторону в результате перекрывания. Эта конфигурация заградительных блоков пригодна для более крутых уклонов и там, где глубокая или мутная вода ограничивает видимость, нужную для обеспечения «структурированной» взаимоблокировки заградительных блоков, как показано в Фигурах 6 и 7. Следует также отметить, что, хотя в Фиг. 10 не использованы блоки с концевыми долотообразными навершиями 901 согласно Фиг. 9, вариант осуществления согласно Фиг. 9 может быть использован в волноломе в Фиг. 10 или любом другом волноломе, в том числе таковых, включающих полностью беспорядочное размещение в один или несколько слоев из заградительных блоков.
Реферат описания представлен для соблюдения правил, требующих приведения реферата, который обеспечит возможность проводящему поиск специалисту быстро выяснить предмет технического описания любого патента, выданного по этому описанию. Раздел 37 CFR (Свод федеральных нормативных документов США), § 1.72(b). Любые описанные преимущества и выгоды могут быть неприменимыми ко всем вариантам осуществления изобретения.
В то время как изобретение было описано в плане некоторых из его вариантов осуществления, квалифицированным специалистам в этой области технологии будет очевидно, что изобретение может быть реализовано с модификациями в пределах смысла и области прилагаемых пунктов формулы изобретения. Например, хотя система описана на конкретных примерах для представления пригодного заградительного блока, имеющего симметрию по меньшей мере на трех сторонах, возможны прочие альтернативные решения, для включения выбора различных углов наклона α, для одной или более сторон, различных высот, d, для одной или более сторон, различного числа и типа выступов 106, и тому подобных. Так, хотя гвоздь и шуруп могут не быть структурными эквивалентами в том, что для гвоздя используют цилиндрическую поверхность для скрепления друг с другом деревянных деталей, тогда как в шурупе употребляется спиральная поверхность, в области скрепления деревянных деталей гвоздь и шуруп могут быть эквивалентными конструкциями. Таким образом, предполагается, что весь предмет, содержащийся в вышеприведенном описании или показанный в сопроводительных чертежах, должен быть интерпретирован скорее как иллюстративный, нежели ограничивающий, и изобретение должно быть определено только в соответствии с нижеследующими пунктами формулы изобретения и их эквивалентами.