СТЕНОВОЙ БЛОК

Область техники, к которой относится изобретение. Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при производстве железобетонных стеновых блоков, а также при проектировании и возведении стен в грунте для различных сооружений, в частности, котлованов, подземных переходов, тоннелей, фундаментов с применением стеновых блоков.
Уровень техники. Из уровня техники известна свая, включающая ствол, выполненный составным из объединенных муфтами секций, и муфты выполнены расширяющимися кверху с наружной конической или пирамидальной поверхностью (смотри Патент РФ №2024681, класс Е 02 D 5/30, дата публикации 15.12.1994). В данной свае все уширения равномерно распределены по длине ствола. К недостаткам сваи относится малая поверхность сцепления сваи с окружающим ее грунтом или бетонным заполнением (если свая будет использоваться для возведения стены в грунте) в силу отсутствия у сваи продольных пазов.
Известен другой аналог - стеновой блок для стены в грунте, содержащий армированное бетонное тело с продольными криволинейными пазами на боковых поверхностях, выполненных в виде граней. В качестве армирования в блоке используют арматурный каркас, включающий продольные стержни, поперечную арматуру, выпуски поперечной стержневой арматуры, выходящие за бетонное тело блока, и лист внешней накладной арматуры с выпусками - консольными свесами, который закреплен на лицевой поверхности блока посредством анкерных стержней (смотри Патент РФ 2056475, класс E 02 D 5/20, дата публикации 20.03.1996).
Признаки аналога, а именно стеновой блок, содержащий армированное бетонное тело с продольными пазами на боковых поверхностях, совпадают с существенными признаками заявленного изобретения.
К недостатку данного аналога относится малая осевая нагрузка, передаваемая от стенового блока на бетонное заполнение в стене. Данный недостаток частично устраняется наличием у блока выпусков поперечной стержневой арматуры, через которую часть нагрузок передается от блока на бетонное заполнение.
Также известен стеновой блок для сборно-монолитной стены в грунте, содержащий бетонное тело - ствол с продольными криволинейными пазами на боковых поверхностях - гранях и арматурный каркас, включающий продольные стержни, поперечную арматуру
и закрепленный на лицевой продольной грани посредством анкерных стержней лист внешней накладной арматуры с выпусками - консольными свесами с замковыми элементами (смотри Патент РФ 2233943, класс E 02 D 5/20, дата публикации 10.08.2004).
Признаки аналога, а именно стеновой блок, содержащий бетонное тело с продольными пазами на боковых поверхностях совпадают с существенными признаками заявленного изобретения.
К недостатку данного аналога также относится малая осевая нагрузка, передаваемая от стенового блока на бетонное заполнение в стене. В аналоге данный недостаток частично устраняется наличием у блока листа внешней накладной арматуры с выпусками - консольными свесами, через который часть нагрузок передается от блока на бетонное заполнение.
Наиболее близкой по совокупности признаков является стеновой блок, выполненный в виде армированного бетонного тела, содержащий лицевые и боковые поверхности, и на каждой из боковых поверхностей расположен продольный паз и два выступа. Стеновой блок содержит пазы на боковых поверхностях в виде части круговой цилиндрической поверхности, при этом ось пазов смещена относительно продольной плоскости, проходящей через середину бетонного тела в сторону одной из лицевых поверхностей и арматурный каркас, включающий выпуски поперечной стержневой арматуры за бетонное тело блока и закрепленный на лицевой поверхности лист внешней накладной арматуры с выпусками - консольными свесами (смотри страницу 11 источника: Рекомендации по проектированию и возведению сборно-монолитных "стен в грунте" с листовой арматурой. Московский государственный автомобильно-дородный институт (технический университет). Инженерно-исследовательский центр «ЗЭСТ», Москва, 1998).
Признаки прототипа, а именно стеновой блок, выполненный в виде армированного бетонного тела, содержащий лицевые и боковые поверхности, и на каждой из боковых поверхностей расположен продольный паз и два выступа, совпадают с существенными признаками заявленного изобретения.
Недостатком прототипа является малая осевая нагрузка, которую возможно передать на стеновой блок через его поверхность от бетонного заполнения в стене. Величина осевой нагрузки на блок определяется силой сцепления между блоком и бетонным заполнением в стене, которая зависит от поверхности сцепления (соприкосновения) бетонного тела блока с бетонным заполнением и величиной удельного сопротивления сдвигу прилегающего к поверхности блока бетонного заполнения.
Технология возведения стены в грунте предусматривает разработку траншеи под глинистым раствором. В траншею с глинистым раствором устанавливают стеновые блоки, а затем осуществляют омоноличивание зазоров между стеновыми блоками бетонным заполнением. При омоноличивании бетонную смесь через бетонолитную трубу подают в траншею, заполненную глинистым раствором. Бетонная смесь вытесняет глинистый раствор, однако тонкий слой раствора остается на поверхности блока и после затвердевания бетонного заполнения является прослойкой между поверхностью блока и бетонным заполнением. Глинистая прослойка существенно уменьшает сцепление (в частности, величину удельного сопротивления сдвигу) между блоком и бетонным заполнением. Уменьшение сцепления, в зависимости от толщины образовавшейся глинистой прослойки, может быть в разы и десятки раз. В таких условиях на блок от бетонного заполнения возможно передать практически только поперечную нагрузку. А это является крайне не эффективным использованием блока в стене.
Раскрытие изобретения. Задачей изобретения является увеличение несущей способности стенового блока при использовании его в стене.
Стеновой блок является основным несущим элементом стены в грунте и предназначен для восприятия вертикальных и горизонтальных (осевых и поперечных относительно блока) нагрузок, действующих непосредственно на блок, а также передаваемых на блок через бетонное заполнение (монолитное заполнение) в стене.
Поставленная задача решается за счет того, что стеновой блок, выполненный в виде армированного бетонного тела, содержит лицевые и боковые поверхности, и на каждой из боковых поверхностей расположен продольный паз и два выступа, и от прототипа отличается тем, что, по меньшей мере, один из выступов стенового блока выполнен с переменной по длине стенового блока толщиной боковой поверхности выступа.
Выполнение выступа с переменной по длине блока толщиной боковой поверхности приводит к появлению у блока по его длине дополнительных поверхностей опирания блока на бетонной заполнение. За счет этого на блок может быть распределена большая осевая нагрузка. Часть нагрузки, как и у прототипа будет передаваться через блок (его нижнюю торцевую поверхность) на несжимаемый грунт, а часть нагрузки будет передаваться через дополнительные поверхности опирания на бетонное заполнение, через которое эта часть нагрузки будет также передаваться на грунт. Заявленный блок содержит две торцевые поверхности: нижнюю торцевую поверхность и верхнюю торцевую поверхность.
При использовании заявленного стенового блока в стене будут получены технические результаты:
- увеличение осевой нагрузки, передаваемой от армированного бетонного стенового блока на бетонное заполнение в стене;
- увеличение осевой нагрузки, передаваемой в стене через бетонное заполнение на армированный бетонный стеновой блок.
Полученные технические результаты позволят существенно расширить возможности по организации опирания на стену в грунте.
Формирование дополнительных поверхностей опирания на блоке может осуществляться как с увеличением общей поверхности блока, так и без ее увеличения. При увеличении общей поверхности блока увеличится сцепление блока с бетонным заполнением, а это приведет к увеличению поперечных нагрузок от бетонного заполнения на блок. Что позволит уменьшить количество выпусков поперечной стержневой арматуры (которая обеспечивает надежное сцепление тела блока с бетонным заполнением) и упростит конструкцию стенового блока.
Стеновой блок содержит две боковые поверхности и две лицевые поверхности.
Кроме того, заявленный стеновой блок могут выполнять так, чтобы оба выступа на одной из боковых поверхностей стенового блока были выполнены с переменными по длине стенового блока толщинами боковых поверхностей выступов.
Также заявленный стеновой блок могут выполнять так, чтобы все выступы на двух боковых поверхностях стенового блока были выполнены с переменными по длине стенового блока толщинами боковых поверхностей выступов.
Конструктивно стеновой блок могут выполнять так, чтобы один выступ на одной из боковых поверхностей стенового блока и один выступ на другой из боковых поверхностей стенового блока были выполнены с переменными по длине стенового блока толщинами боковых поверхностей выступов.
Вышеприведенные варианты выполнения стенового блока существенно расширяют возможности по увеличению поверхности сцепления блока и бетонного заполнения.
Длина стенового блока может составлять величину от 3 до 25 метров.
Для увеличения поверхности сцепления и осевых сил, передаваемых на блок от бетонного заполнения, и от блока на бетонное заполнение, заявленный стеновой блок конструктивно может выполняться так, что по своей длине содержит, по меньшей мере, два участка, и на каждом из участков толщина боковой поверхности выступа по длине участка уменьшается до величины минимальной толщины боковой поверхности выступа на этом участке, а затем увеличивается до величины максимальной толщины боковой
поверхности выступа на этом участке. При этом на одном или на каждом из вышеупомянутых участков стенового блока отношение максимальной толщины боковой поверхности выступа к минимальной толщине боковой поверхности выступа составляет величину из диапазона значений от 1.01 до 100. Кроме того, на одном или на каждом из вышеупомянутых участков стенового блока расстояние между поперечным сечением с максимальной толщиной боковой поверхности выступа и поперечным сечением с минимальной толщиной боковой поверхности выступа составляет величину из диапазона значений от 0.1 до 100 максимальных значений толщины боковой поверхности выступа на участке.
Такая конструкция блока имеет переменный момент инерции по длине блока. Момент инерции то возрастает, то убывает. Блок эффективно работает в составе стены при наличии многоярусного перекрытия. В месте соединения яруса перекрытия и стены момент инерции блока относительно мал. Между перекрытиями момент инерции относительно большой. Это позволяет эффективно и с сокращением массы блока воспринимать поперечные нагрузки на стену и блок.
Для увеличения поверхности сцепления и осевых сил, передаваемых на блок от бетонного заполнения, и от блока на бетонное заполнение, заявленный стеновой блок конструктивно может выполняться так, что продольный паз на одной из боковых поверхностей стенового блока выполнен с переменной по длине стенового блока шириной паза, или продольные пазы на двух боковых поверхностях стенового блока выполнены с переменной по длине стенового блока шириной каждого паза. При этом стеновой блок по своей длине содержит, по меньшей мере, два участка, и на каждом из участков ширина паза по длине участка уменьшается до величины минимальной ширины паза на этом участке, а затем увеличивается до величины максимальной ширины паза на этом участке. Кроме того, на одном или на каждом из вышеупомянутых участков стенового блока отношение максимальной ширины паза к минимальной ширине паза составляет величину из диапазона значений от 1.01 до 5. И на одном или на каждом из вышеупомянутых участков стенового блока расстояние между поперечным сечением с максимальной шириной паза и поперечным сечением с минимальной шириной паза составляет величину из диапазона значений от 0.1 до 20 максимальных значений ширины паза на участке. В случае выполнения одного участка, где изменяется ширина паза на блоке, расстояние между поперечным сечением с максимальной шириной паза и поперечным сечением с минимальной шириной паза составляет величину из диапазона значений от 0.1 максимального значения ширины паза до величины, равной длине блока.
Для увеличения поверхности сцепления и осевых сил, передаваемых на блок от бетонного заполнения, и от блока на бетонное заполнение, заявленный стеновой блок конструктивно может выполняться так, что продольный паз на одной из боковых поверхностей стенового блока выполнен с переменной по длине стенового блока глубиной, или продольные пазы на двух боковых поверхностях стенового блока выполнены с переменной по длине стенового блока глубиной. При этом стеновой блок по своей длине содержит, по меньшей мере, два участка, и на каждом из участков глубина паза по длине участка уменьшается до величины минимальной глубины паза на этом участке, а затем увеличивается до величины максимальной глубины паза на этом участке. Кроме того, на одном или на каждом из вышеупомянутых участков стенового блока отношение максимальной глубины паза к минимальной глубине паза составляет величину из диапазона значений от 1.01 до 2. И на одном или на каждом из вышеупомянутых участков стенового блока расстояние между поперечным сечением с максимальной глубиной паза и поперечным сечением с минимальной глубиной паза составляет величину из диапазона значений от 0.1 до 20 максимальных значений глубины паза на участке.
Пазы на боковых поверхностях блока в поперечном сечении могут выполняться в виде части окружности. Ось окружностей может быть как смещена, так и не смещена относительно продольной плоскости стенового блока, проходящей через продольную ось блока.
Конструктивно возможно выполнение пазов на боковых поверхностях блока в поперечном сечении в виде части эллипса. Сориентировать эллиптический паз в поперечном сечении можно таким образом, чтобы обеспечить увеличение поперечного момента инерции сечения стенового блока и, как следствие, увеличение допустимого значения изгибающего момента в требуемой плоскости.
Для увеличения поверхности сцепления и осевых сил, передаваемых на блок от бетонного заполнения, и от блока на бетонное заполнение, заявленный стеновой блок конструктивно выполнен с переменной по длине стенового блока шириной перемычки между пазами блока. При этом стеновой блок по своей длине содержит, по меньшей мере, два участка, и на каждом из участков ширина перемычки по длине участка уменьшается до величины минимальной ширины перемычки на этом участке, а затем увеличивается до величины максимальной ширины перемычки на этом участке. Кроме того, на одном или на каждом из вышеупомянутых участков стенового блока отношение максимальной ширины перемычки к минимальной ширине перемычки составляет величину из диапазона значений от 1.01 до 2. И на одном или на каждом из
вышеупомянутых участков стенового блока расстояние между поперечным сечением с максимальной шириной перемычки и поперечным сечением с минимальной шириной перемычки составляет величину из диапазона значений от 0.1 до 20 максимальных значений ширины перемычки на участке.
Для увеличения поверхности сцепления и осевых сил, передаваемых на блок от бетонного заполнения, и от блока на бетонное заполнение, заявленный стеновой блок конструктивно выполнен с переменной по длине стенового блока шириной блока. При этом стеновой блок по своей длине содержит, по меньшей мере, два участка, и на каждом из участков ширина блока по длине участка уменьшается до величины минимальной ширины блока на этом участке, а затем увеличивается до величины максимальной ширины блока на этом участке. Кроме того, на одном или на каждом из вышеупомянутых участков стенового блока отношение максимальной ширины блока к минимальной ширине блока составляет величину из диапазона значений от 1.01 до 2. И на одном или на каждом из вышеупомянутых участков стенового блока расстояние между поперечным сечением с максимальной шириной блока и поперечным сечением с минимальной шириной блока составляет величину из диапазона значений от 0.1 до 20 максимальных значений ширины блока на участке.
Максимальная ширина блока может принимать значения от 0.2 до 1.0 метра. Для увеличения поверхности сцепления и осевых сил, передаваемых на блок от бетонного заполнения, и от блока на бетонное заполнение, заявленный стеновой блок конструктивно выполнен с переменной по длине стенового блока толщиной блока. При этом стеновой блок по своей длине содержит, по меньшей мере, два участка, и на каждом из участков толщина блока по длине участка уменьшается до величины минимальной толщины блока на этом участке, а затем увеличивается до величины максимальной толщины блока на этом участке. Кроме того, на одном или на каждом из вышеупомянутых участков стенового блока отношение максимальной толщины блока к минимальной толщине блока составляет величину из диапазона значений от 1.01 до 2. И на одном или на каждом из вышеупомянутых участков стенового блока расстояние между поперечным сечением с максимальной толщиной блока и поперечным сечением с минимальной толщиной блока составляет величину из диапазона значений от 0.1 до 20 максимальных значений толщины блока на участке.
Максимальная толщина блока может принимать значения от 0.2 до 1.0 метра. Бетонное тело стенового блока армировано по средством металлического арматурного каркаса. Арматурный каркас включает соединенные между собой пространственный арматурный каркас и закрепленный на лицевой поверхности
посредством анкерных стержней лист внешней накладной арматуры с выпусками - консольными свесами с замковыми элементами в виде направляющего стержня, расположенного на конце одного выпуска консольного свеса, и охватывающего профиля, расположенного на конце другого выпуска - консольного свеса.
Пространственный арматурный каркас содержит продольные и поперечные арматурные стержни, причем, по меньшей мере часть продольных и поперечных стержней соединены между собой посредством сварки.
Стеновой блок может выполняться с выпусками поперечной стержневой арматуры и выпусками продольной стержневой арматуры.
Выпуски поперечной стержневой арматуры расположены за пределами бетонного тела блока и являются частью поперечных арматурных стержней.
Выполнение стенового блока с поперечной и продольной арматурой существенно увеличивает прочностные характеристики блока, а выполнение блока с выпусками поперечной и продольной стержневой арматуры увеличивает сцепление блока и бетонного заполнения, хотя это и усложняет конструкцию стены в целом.
Как было сказано выше, стеновой блок может выполняться с выпусками поперечной стержневой арматуры, и при этом выпуски арматуры располагаются в областях на боковых поверхностях выступов. Кроме того, области с выпусками поперечной стержневой арматуры на боковых поверхностях выступов расположены периодически, причем протяженность областей составляет от 1 до 2 величин ширины блока, расстояние между областями составляет от 1 до 2 величин ширины блока, а количество выпусков поперечной стержневой арматуры в каждой области составляет величину от 3 до 10.
Краткое описание чертежей.
На фиг.1 представлен стеновой блок с двумя поперечными сечениями. Один выступ блока выполнен с переменной по длине блока толщиной боковой поверхности выступа.
На фиг.2 представлен стеновой блок с переменными по длине блока толщинами боковых поверхностей выступов, глубиной и шириной пазов. В поперечном сечении блока арматурный каркас с выпусками поперечной стержневой арматуры.
На фиг.3 представлены стена в грунте и стеновой блок с переменными по длине блока толщинами боковых поверхностей выступов и шириной пазов.
На фиг.4 представлен стеновой блок с переменной по длине блока шириной перемычки и глубиной пазов.
На фиг.5 представлен стеновой блок с переменной по длине блока толщинами боковых поверхностей выступов и постоянной шириной пазов.
На фиг.6 представлен стеновой блок с переменной по длине блока толщинами боковых поверхностей выступов и толщиной блока.
На фиг.7 представлен стеновой блок с переменной по длине блока толщинами боковых поверхностей выступов и глубиной пазов.
На фиг.8 представлен стеновой блок с переменной по длине блока глубиной пазов.
На фиг.9 представлен стеновой блок с переменной по длине блока шириной блока.
На фиг.10 представлен стеновой блок с переменной по длине блока толщиной блока.
На фиг.11 представлена схема нагружения блока с эпюрами осевой нагрузки на блок.
На фиг.12 представлена схема нагружения блока, у которого дополнительные поверхности расположены под острым углом к направлению действия осевой нагрузки.
На фиг.13 и фиг.14 представлены в изометрии фрагменты блоков с дополнительными выступами.
На фиг.15, фиг.16 и фиг.17 представлены таблицы со сравнительным анализом характеристик различных стеновых блоков.
Осуществление изобретения. В разделе приведены примеры реализации изобретения со ссылками на чертежи.
На фиг.1 изображен стеновой блок 1, выполненный в виде армированного бетонного тела, содержащий две боковые поверхности 2 и 3.
Стеновой блок опирается на несжимаемый грунт 100. С внешней стороны блока расположено бетонное заполнение 101.
На боковой поверхности 2 расположены выступы 4 и 5 и паз 8. На боковой поверхности 3 расположены выступы 6 и 7 и паз 9.
Выступы 4, 5 и 7 выполнены с постоянной по длине блока толщиной боковой поверхности выступа. Выступ 6, расположенный на боковой поверхности 3, выполнен с переменной по длине стенового блока толщиной боковой поверхности выступа.
Блок представляет собой элемент условно двутаврового поперечного сечения. Выступ 6 имеет наименьшую толщину 10 и наибольшую толщину 11. Расстояние от поперечной плоскости с наименьшей толщиной боковой поверхности выступа до поперечной плоскости с наибольшей толщиной боковой поверхности выступа обозначено на чертеже позицией 12. Весь блок по длине может быть разбит на участки.
На чертеже показано два участка, первый из которых между поперечными плоскостями 13 и 14, второй - между поперечными плоскостями 15 и 16. И на каждом из участков толщина боковой поверхности выступа по длине участка уменьшается до величины минимальной толщины боковой поверхности выступа на этом участке, а затем увеличивается до величины максимальной толщины боковой поверхности выступа на этом участке.
Поверхности, в частности грани 13 и 39, являются торцевыми. Поверхности 40 и 41 являются лицевыми.
На каждом из участков стенового блока отношение максимальной толщины боковой поверхности выступа к минимальной толщине боковой поверхности выступа составляет величину два.
Для изготовления бетонного тела блока могут использоваться бетоны различных классов: бетоны на неорганических вяжущих (цементные бетоны, гипсобетоны, силикатные бетоны и др.) и бетоны на органических вяжущих (асфальтобетоны и пластбетоны).
3
3
Наибольшее предпочтительными являются цементные бетоны, которые в зависимости от объемной массы подразделяются на особо тяжелые (более 2500 кг/м), тяжелые (от 1800 до 2500 кг/м).
2
2
Особо тяжелые бетоны имеют марки от 100 до 300 (с временным сопротивлением на сжатие ~ 10-30 Мн/м) тяжелые бетоны - от 100 до 600 (с временным сопротивлением на сжатие ~ 10-60 Мн/м).
2
Для изготовления высокопрочных бетонных блоков могут использовать марки высокопрочных бетонов - от 800 до 1000 (с временным сопротивлением на сжатие ~ 80-100 Мн/м).
На фиг.5 показан блок, у которого все выступы стенового блока выполнены с переменной по длине стенового блока толщиной боковых поверхностей выступов.
При этом у блока отношение максимальной толщины боковой поверхности одного выступа в сечении И-И (точнее, в сечении на разрезе И-И) к минимальной толщине боковой поверхности выступа в сечении К-К составляет величину четыре. При этом ширина и глубина паза по длине блока не изменяются.
На фиг.6 показан блок, у которого отношение максимальной толщины боковой поверхности выступа в сечении Л-Л к минимальной толщине боковой поверхности выступа в сечении М-М составляет величину сто. При этом у этого блока по его длине изменяется глубина паза, а ширина паза по длине блока постоянна. Данный блок содержит выпуски продольной стержневой арматуры 53.
Величина отношения максимальной толщины боковой поверхности выступа к минимальной толщине боковой поверхности выступа задается исходя из того, какое осевое усилие необходимо передать от бетонного заполнения на тело блока (или наоборот). Заявленная в изобретении конструкция стенового блока позволяет его использовать в стене, у которой осевой или вертикальное опирание идет не только на блок, но и частично на бетонное заполнение между блоками. При этом бетонное заполнение передает усилие 19 (смотри фиг.1) на стеновой блок не только по поверхности их сцепления, но и через «уступы» или «дополнительные выступы» 18 (смотри фиг.1) и 17 (смотри фиг.13) на боковых выступах стенового блока. Величина передаваемого усилия зависит от площади «уступа» и угла ориентации его поверхности относительно действующей осевой силы.
Расстояние от поперечной плоскости с наименьшей толщиной боковой поверхности выступа до поперечной плоскости с наибольшей толщиной боковой поверхности выступа задается, также исходя из того, какое осевое усилие необходимо передать от бетонного заполнения на тело блока, а также от того, в каком месте относительно блока будут передаваться максимальные нагрузки на блок. На фиг.1 это расстояние составляет две максимальные толщины боковой поверхности выступа от верхней торцевой поверхности блока.
Стеновой блок содержит арматурный каркас, включающий продольные стержни 28 (смотри фиг.1) и 29 (смотри фиг.2), поперечную арматуру 30 и 31, а также стержни-анкеры 32 и 33 для крепления листовой арматуры 34.
Арматура увеличивает нагрузки как осевые, так и поперечные, которые может выдержать стеновой блок. Причем для увеличения сцепления блока с бетонным заполнением на блоке могут быть выполнены выпуски поперечной стержневой арматуры 35, 36, 37 и 38, выступающие за поверхность блока, в частности за боковую поверхность выступов.
Листовая арматура 34 выполняет роль гидроизоляции стены в грунте.
На фиг.2 показано, что выступы могут выполняться с переменной толщиной боковой поверхности для размещения на утолщениях выпусков поперечной стержневой арматуры. На каждом утолщении выступа расположено по три выпуска арматуры.
Стеновой блок (смотри фиг.1) конструктивно может выполняться так, что продольный паз на одной из боковых поверхностей стенового блока выполнен с переменной по длине стенового блока шириной паза. Также стеновой блок (смотри фиг.3) конструктивно может выполняться так, что продольные пазы на двух боковых поверхностях стенового блока выполнены с переменной по длине стенового блока
шириной пазов. В сечении Д-Д - максимальная ширина паза, в сечении Е-Е - минимальная ширина паза. При этом изменяются по длине блока и толщины боковых поверхностей выступов.
На участке блока (смотри фиг.3) между поперечными сечениями Д-Д и Е-Е отношение максимальной ширины паза к минимальной ширине паза составляет величину 1.3. На участке блока (смотри фиг.7) между торцевыми поверхностями отношение максимальной ширины паза к минимальной ширине паза составляет величину 3. Расстояние между плоскостью с максимальной шириной паза и плоскостью с минимальной шириной паза равно длине стенового блока.
Блок (смотри фиг.2) выполнен с пазами, имеющими переменные по длине блока глубины. В поперечных сечениях В-В и Г-Г отношение максимальной глубины паза к минимальной глубине паза составляет величину 1.3. Пазы у данного  блока в поперечном сечении имеют форму части окружности. На практике могут реализовываться блоки, у которых в поперечном сечении пазы выполнены в форме части овала (в частности эллипса).
Блок (смотри фиг.4) также выполнен с пазами, имеющими переменные по длине блока глубины. Блоки, представленные на фиг.7 и 8, выполнены с пазами, имеющими переменные по длине блока глубины. У этих блоков глубина паза непрерывно уменьшается на протяжении всей длины блока. На этих блоках реализуется равномерная передача осевых усилий от бетонного заполнения на тело блока по всей его длине.
Для увеличения поверхности сцепления и осевых сил, передаваемых на блок от бетонного заполнения, и от блока на бетонное заполнение, заявленный стеновой блок конструктивно выполнен с переменной по длине стенового блока шириной перемычки между пазами блока (смотри фиг.2, фиг.4, фиг.6, фиг.7 и фиг.3).
При этом стеновой блок (смотри фиг.4, сечение Т-Т) по своей длине содержит два участка, и на каждом из участков ширина перемычки по длине участка уменьшается до величины минимальной ширины перемычки на этом участке (участки между поперечными сечениями 42 и 43, а также между поперечными сечениями 44 и 45), а затем увеличивается до величины максимальной ширины перемычки на этом участке (участки между поперечными сечениями 43 и 44, а также между поперечными сечениями 45 и 46).
Сечения Ж-Ж и 3-3 фигуры 4 также показывают увеличение и уменьшение ширины перемычки.
Стеновой блок конструктивно может быть выполнен с переменной по длине стенового блока шириной блока (смотри фиг.9). При этом стеновой блок по своей длине
содержит два участка между поперечными плоскостями 47 и 48, а также между сечениями 48 и 49, где ширина блока по длине участка уменьшается до величины минимальной ширины блока на этом участке, а затем увеличивается до величины максимальной ширины блока на этом участке.
Отношение максимальной ширины блока к минимальной ширине блока составляет величину 1.2 И на каждом из вышеупомянутых участков стенового блока расстояние между поперечным сечением с максимальной шириной блока и поперечным сечением с минимальной шириной блока составляет величину 1-го максимального значения ширины блока на участке.
Стеновой блок конструктивно может быть выполнен с переменной по длине стенового блока толщиной блока (смотри фиг.10). При этом стеновой блок по своей длине содержит два участка между поперечными плоскостями 50 и 51, а также между сечениями 51 и 52, где толщина блока по длине участка уменьшается до величины минимальной толщины блока на этом участке, а затем увеличивается до величины максимальной толщины блока на этом участке.
Отношение максимальной толщины блока к минимальной толщине блока составляет величину 1.2. И на каждом из вышеупомянутых участков стенового блока расстояние между поперечным сечением с максимальной толщиной блока и поперечным сечением с минимальной толщиной блока составляет величину 1-го максимального значения толщины блока на участке.
Причем описанные блоки (кроме блока, изображенного на фиг.5) выполнены с переменной по длине стенового блока площадью поперечного сечения.
Стеновые блоки изготавливаются в профилированной инвентарной опалубке. Изготовление блока включает следующие  операции:
- сборка опалубки на поддоне;
- заготовка и монтаж пространственного арматурного каркаса и закладных деталей, в частности, строповочных петель. Арматурный каркас крепится к листовой арматуре, расположенной на поддоне;
- обработка опалубки веществом (маслянистой жидкостью, в частности моторным маслом), предотвращающим скрепление бетона с опалубкой;
- укладка в опалубку бетонной смеси;
- уход за бетоном, включая меры по уплотнению и ускорению его твердения;
- контроль затвердевания;
- распалубирование со снятием стенового блока с поддона.
Формой опалубки в поперечной и продольной плоскостях задается конфигурация выступов, пазов и перемычки по длине стенового блока. Кроме того, с помощью опалубки задаются изменяющиеся по длине блока ширина и толщина блока. Опалубки стеновых блоков, изображенных на фиг.1, фиг.3, фиг.5, фиг.8, изготавливаются из фанерных листов с замковыми устройствами. Опалубки стеновых блоков, изображенных на фиг.2, фиг.7, фиг.9, фиг.10, изготавливаются из металлических труб различного диаметра и конусности (формирующих поверхности пазов), а также фанерных листов (формирующих поверхности выступов и лицевых сторон). Практика показывает, что в зависимости от формы и размеров поперечного сечения блока его погонная масса может составлять от 0.3 до 1 т/м.
Возводят форшахту и раскрывают траншею, дно которой представляет собой, например, водоупорный практически не сжимаемый грунт. Стеновые блоки (конструкция которых изображена на фиг.1) устанавливают в траншею с помощью козловых, башенных или стреловых кранов с грузоподъемностью достаточной для подъема и установки блока. Нижний торец блока опирают на водоупорный практически не сжимаемый грунт, причем блок ориентируют в пространстве вертикально, т.е. его лицевая поверхность и боковая поверхность выступов ориентирована под углом 0° относительно отвеса или поверхности перпендикулярны рабочей поверхности уровня. Верхнюю часть блока закрепляют на форшахте.
Такая ориентация блока позволяет максимально увеличить осевую (вертикальную) нагрузку на блок.
В зависимости от задач, возлагаемых на блок, нижний торец блока могут опирать на водоупорный практически не сжимаемый грунт, ориентируя блок пи этом в пространстве под углом к вертикали, т.е. лицевая поверхность блока или боковая поверхность выступов ориентирована под углом большим 0° к вертикали, т.е. относительно отвеса или вертикальной линии отвеса (при выполнении блока с постоянной шириной по длине).
Такая ориентация блока позволяет увеличить нормальную нагрузку на блок в случае его ориентации в направлении действия нормальной нагрузки.
В траншее устанавливают 3-5 блоков, после чего пространство между блоками заполняют бетоном. После затвердевания бетона получают стену в грунте со стеновыми блоками и бетонным заполнением между блоками.
На фиг.15 представлена таблица 1 со сравнительным анализом характеристик различных по конструкции стеновых блоков.
Стеновой блок традиционной конструкции с не изменяющимися толщинами боковых поверхностей выступов характеризуется площадью S. Стеновые блоки с 1-го по 6-й тип являются блоками заявленной конструкции с изменяющимися толщинами боковых поверхностей выступов. Увеличение толщины выступов достигается за счет расположения на блоке дополнительных выступов 17 (смотри фиг.13). За счет дополнительных выступов достигается увеличение общей поверхности блока, а также поверхности, воспринимающей осевые нагрузки на блок.
Параметр Sдб/S характеризует увеличение общей поверхности блока относительно первоначальной поверхности S блока традиционной конструкции. У стенового блока 1-го типа это увеличение составило 25%. Т.е. на 25% увеличилась площадь сцепления блока с бетонным заполнением. У стенового блока 2-го типа это увеличение составило 50%. Т.е. на 50% увеличилась площадь сцепления блока с бетонным заполнением.
Геометрическими характеристиками дополнительных выступов и их количеством достигается требуемое увеличение общей поверхности блока относительно первоначальной поверхности блока традиционной конструкции (смотри данные по блокам всех типов).
Параметр Sдб/2Sт характеризует увеличение поверхности блока относительно первоначальной поверхности St блока традиционной конструкции. У стенового блока 1-го типа это увеличение составило 50 раз. Т.е. в 50 раз увеличилась площадь, через которую от бетонного заполнения на блок может передаваться осевая нагрузка и наоборот.
Работает устройство следующим образом.
Через поверхность соприкосновения блока и бетонного заполнения передаются вертикальные и горизонтальные (нормальные и осевые) нагрузки (силы) на блок от бетонного заполнения и окружающего грунта.
В частности, величина осевой нагрузки на блок определяется силой сцепления между блоком и бетонным заполнением в стене, которая зависит от поверхности сцепления (соприкосновения) бетонного тела блока с бетонным заполнением и величиной удельного сопротивления сдвигу относительно поверхности блока прилегающего к поверхности блока бетонного заполнения.
Кроме того, горизонтальные и вертикальные усилия от бетонного заполнения на блок и от блока на бетонное заполнение передается посредством арматурных выпусков (выпусков стержневой арматуры) или листовой арматуры, закрепленной на лицевой поверхности блока. Арматурные выпуски также увеличивают сцепление блока с бетонным заполнением.
На фиг.16 и фиг.17 представлены таблицы 2 и 3 со сравнительным анализом характеристик различных по конструкции стеновых блоков.
Стеновой блок традиционной конструкции с не изменяющимися глубинами пазов характеризуется площадью S. Стеновые блоки с 1-го по 6-й тип, представленные в таблице 2, и блоки с 1-го по 6-й тип, представленные в таблице 3, являются блоками заявленной конструкции с изменяющимися глубинами пазов. Уменьшение глубины пазов достигается за счет расположения на пазах дополнительных выступов 53 (смотри фиг.14). За счет дополнительных выступов достигается увеличение поверхности, воспринимающей осевые нагрузки на блок без увеличения общей поверхности блока (смотри таблицу 2). Кроме того, дополнительные выступы могут подбираться так, чтобы увеличивалась и общая поверхность блока (смотри таблицу 3).
2
2
Возможно выполнение выступов меньших размеров чем указаны в таблицах. Так, при выполнении толщины дополнительного выступа равной 0.01 м, протяженности дополнительного выступа равной 0.01 м, количества дополнительных выступов равного, 4000 дополнительная площадь за счет всех выступов составит величину 16 м. А в случае выполнения толщины дополнительного выступа равной 0.001 м, протяженности дополнительного выступа равной 0.001 м, количества дополнительных выступов равного 40000, дополнительная площадь за счет всех выступов составит величину 160 м. А это более чем в два раза превышает площадь поверхности блока без выступов.
На фиг.15-17 приняты следующие обозначения:
20 - высота дополнительного выступа;
21 - толщина дополнительного выступа;
22 - толщина боковой поверхности выступа;
23 - ширина паза;
24 - толщина блока;
25 - глубина паза;
26 - ширина блока;
27 - протяженность дополнительного выступа.
На фиг.11 поясняется механизм увеличения осевой нагрузки, воспринимаемой блоком от бетонного заполнения и нагрузки, передаваемой от блока на бетонное заполнение. Осевые нагрузки 54-61 определяются сцеплением между блоком (его боковой поверхностью) и бетонным заполнением в стене.
Осевые нагрузки 62-64 зависят от площади верхней торцевой поверхности блока и площадей поверхностей выступов, ориентированных под углом большим угла О относительно направления действия осевой силы.
Примечание. Нагрузка числено равна отношению силы к площади приложения силы (размерность нагрузки Н/м).
Прочностные характеристики дополнительных выступов определяются в зависимости от действующих на них нагрузок и геометрических характеристик дополнительных выступов. Касательные напряжения 65 в сечении 66 при сдвиге определяются нагрузками 63, 58 и площадью в сечении 66.
За счет дополнительных выступов обеспечивается дополнительная нагрузка 72 и 73 от блока на бетонное заполнение в стене. За счет этого увеличивается несущая способность блока в стене, т.е. блок дополнительно опирается на бетонное заполнение, которое, в свою очередь, воспринимает от блока часть нагрузки. Места опирания блока на бетонное заполнение распределены по высоте блока.
На фиг.11 приведены эпюры осевой нагрузки на блок в случае опирания блока только на нижнюю торцевую поверхность (эпюра А) и при опирании блока через дополнительные выступы на бетонное заполнение (эпюра Б). Сравнительный анализ эпюр показывает, что при неизменной осевой нагрузке 62 на блок осевые силы в сечениях по длине блока могут быть существенно уменьшены за счет дополнительного опирания блока на бетонное заполнение (за счет сил 87 и 88 от бетонного заполнения).
На нижней торцевой поверхности уравнение осевых сил, действующих на блок записывается следующим образом.
Для эпюры А:
62
89
Р+М-P=0,
где М - вес блока;
62
Р - осевая нагрузка;
89
P - реакция несжимаемого грунта (на фиг.11 обозначена позицией 89).
Для эпюры Б:
62
89
87
88
Р+М-Р-Р-Р=0,
62
где P - сила, действующая от бетонного заполнения на блок через дополнительные выступы;
88
P - сила, действующая от бетонного заполнения на блок через дополнительные выступы.
ДОП
Анализ уравнений показывает, что для заявленного блока возможно увеличение осевой силы 62 на величину Р.
ДОП
87
88
Р=Р+Р
На фиг.3 представлена стена в разрезе, у которой блоки 94, 96 и 97 опираются на несжимаемый грунт 98. Между блоками расположен сжимаемый грунт 99, у которого несущая способность существенно ниже (например, на порядок) чем у грунта 98. Верхние торцы блоков располагаются на одинаковом расстоянии между собой. На них осуществляют опирание стены сооружения, расположенного над стеной в грунте. Блок 94 установлен под углом 93 к направлению действия горизонтальной нагрузки 90 на блок (продольной нагрузке относительно стены в грунте). Горизонтальная нагрузка 90 раскладывается на составляющие поперечную 91 для блока и продольную 92 для блока. Чем больше угол 93, тем меньше поперечная сила 91, а следовательно меньше и изгибающий момент, действующий на блок, например, в сечении 95.
Таким образом, ориентирование блока в стене под углом большим 0° относительно вертикали позволяет повысить прочностные характеристики стены. Исследования показывают, что блоки целесообразно наклонять верхней частью в стене в сторону удерживаемого грунта (в противоположную сторону от котлована, тоннеля) или наклонять в сторону примыкающей другой стены. Наклоненные блоки выполняют дополнительную роль анкеров. Как правило блоки в стене располагают так, что расстояния между торцевыми поверхностями различные. Это происходит из-за конструктивных особенностей надстроек над стеной или неоднородности окружающего грунта.
Поверхность выступа может быть ориентирована под углом 67 (смотри фиг.12) к оси действия нагрузки 68. В этом случае нагрузка 68 может быть разложена на составляющие: касательную 69 к поверхности 71 дополнительного выступа и нормальную 70 к поверхности 71. За счет дополнительного выступа обеспечивается дополнительная нагрузка 74 от блока на бетонное заполнение в стене.
Таким образом, выполняя блок с переменной по длине стенового блока толщиной боковой поверхности выступа, а также с переменной по длине блока глубиной и шириной паза достигают увеличения осевой нагрузки на стеновой блок, передаваемой в стене через бетонное заполнение. При этом достигается и увеличение осевой нагрузки, передаваемой от армированного бетонного стенового блока на бетонное заполнение в стене.
Выполнением блока с переменной по длине толщиной и шириной также достигают увеличения осевой нагрузки на стеновой блок (смотри дополнительные нагрузки 75-78 на фиг.9 и дополнительные нагрузки 79-82 на фиг.10), передаваемой в стене через
бетонное заполнение на блок, и от блока на бетонное заполнение (смотри, например, дополнительные нагрузки 83-84 на фиг.9 и дополнительные нагрузки 85-86 на фиг.10).
Таким образом, достигаются все технические результаты изобретения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Рекомендации по проектированию и возведению сборно-монолитных "стен в грунте" с листовой арматурой, Московский государственный автомобильно-дородный институт (технический университет). Инженерно-исследовательский центр «ЗЭСТ», Москва, 1998.
2. Патент РФ №2024681, класс Е 02 D 5/30, дата публикации 15.12.1994.
3. Патент РФ 2056475, класс E 02 D 5/20, дата публикации 20.03.1996.
4. Патент РФ 2233943, класс E 02 D 5/20, дата публикации 10.08.2004.