БЕТОННЫЙ БЛОК И ГИБКИЙ МАТ ИЗ БЕТОННЫХ БЛОКОВ

Техническое решение относится к области строительства, а именно к средствам для защиты различных поверхностей и оснований натурального или искусственного происхождения, в том числе подводных и может быть использовано при возведении, подводных переходов трубопроводов, при строительстве дорог, защиты опор мостов, укреплении берегов, защиты дна акваторий портов, сооружения временных противопаводковых сооружений, защиты гребней плотин и дамб от размыва при переливе, сооружении каналов, канав и стоков, защиты дна отстойников, а также в других отраслях хозяйства.
Из уровня техники известно гибкое защитное бетонное покрытие, содержащее бетонные блоки, выполненные в виде двухсторонних сильно усеченных пирамид с общим большим прямоугольным основанием и связанные между собой порядно и в рядах в единое полотно бетонных блоков. В покрытие введены присоединенные к его сторонам бетонные блоки, выполненные в верхней части в виде сильно усеченных пирамид, а в нижней части в виде слабо усеченных пирамид с общим большим прямоугольным основанием, причем бетонные блоки обоих видов связаны между собой порядно и в рядах искусственными канатами, которые замоноличены в бетонных блоках (RU 2365702 С1, Е02В 3/12, 27.08.2009).
Также из уровня техники известно универсальное гибкое защитное бетонное покрытие, которое содержит бетонные блоки, выполненные в виде двухсторонних усеченных пирамид с меньшими усеченными основаниями, являющимися торцами бетонных блоков, на которых выполнены выемки, и тросами, связанными между собой по рядно и в рядах по другим основаниям пирамид. Основания двухсторонних усеченных пирамид бетонных блоков выполнены прямоугольными, а расстояние между соседними бетонными блоками определено математической зависимостью. Площадь отверстия выемки больше половины площади соответствующего торца бетонного блока. На торцах бетонных блоков установлены амортизационные прокладки. В качестве тросов использованы замоноличенные в бетонных блоках капроновые канаты (RU 2129635 C1, E02B 3/12, 27.04.1999).
Кроме того из уровня техники известно универсальное гибкое защитное бетонное покрытие, содержащее соединенные между собой замоноличенным канатом бетонные блоки, выполненные в виде двухсторонних усеченных пирамид с общим большим прямоугольным основанием и с меньшими вершинами, причем бетонные блоки выполнены асимметричными относительно плоскости общего прямоугольного основания пирамид (RU 2364678 C2, Е02В 3/12, 27.08.2008).
Недостатками указанных бетонных блоков и гибкого мата из них является возможность их смещения из под действием собственного веса или подводных потоков, особенно на каменистых основаниях или уклонах, а также вымывание грунтов основания потоком воды, проходящим через щели между соседними блоками.
Задачей, на решение которой направлено техническое решение является создание эффективного средства для укрепления подводных поверхностей, в том числе со сложным рельефом, снижении размыва защищаемой поверхности, обеспечение взаимодействия блока с рельефом укрепляемого основания, исключение произвольных смещений полотна из блоков под действием возникающих нагрузок.
Поставленная задача в части первого объекта решается за счет того, что бетонный блок выполнен в виде объемного тела состоящего из верхней части, нижней части и окантовки, причем верхняя часть выполнена сужающейся к верху блока, нижняя часть выполнена сужающейся к низу блока, а окантовка, по крайне мере, частично охватывает блок с внешней стороны, предпочтительно, в области соответствующей периметру наибольшего поперечного сечения блока по его высоте, при этом верхняя и нижняя части блока, а также окантовка неразъемно соединены между собой.
Бетонный блок может быть выполнен в виде многогранного объемного тела, состоящего из двух частей - верхней части и нижней части, монолитно и неразъемно соединенных между собой, сходящихся своими условными основаниями в одной условной плоскости и сужающимися по мере отдаления от этой плоскости, при этом блок имеет окантовку в виде пояса, а указанная условная плоскость пересекает данную окантовку, расположенную по периметру бетонного блока.
Нижняя и верхняя части объемного тела могут представлять собой соответственно нижнюю и верхнюю пирамиды, соединенные в области их больших условных оснований, через которые проходит условная плоскость, пересекающая окантовку, расположенную в области нижних ребер обеих пирамид.
По крайней мере, одна из пирамид может быть выполнена усеченной, а, предпочтительно, обе пирамиды выполнены усеченными.
Значение угла наклона боковых граней нижней пирамиды к условной плоскости предпочтительно меньше значения угла наклона к условной плоскости боковых граней верхней пирамиды.
Пирамиды могут быть выполнены симметричными или асимметричными относительно условной плоскости.
Объемное тело может быть выполнено в виде бипирамиды, предпочтительно, в виде тетрагональной усеченной бипирамиды.
Объемное тело может быть выполнено в виде симметричной тетрагональной усеченной бипирамиды, при этом окантовка расположена в средней части бипирамиды, в области ребер совмещенных оснований двух усеченных пирамид, образующих бипирамиду, или объемное тело выполнено в виде выпуклого многогранника, например, в виде октаэдра с двумя усеченными вершинами.
Окантовка может быть выполнена в виде пояса, или ободка, или канта, или обрамления, или каймы, по крайней мере, частично, а предпочтительно, полностью опоясывающих объемное тело блока.
Окантовка предпочтительно выполнена неразрывной, опоясывающей многогранное объемное тело в области периметра его наибольшего поперечного сечения, которое расположено в средней части блока по его высоте или окантовка выполнена прерывистой, например, в виде отдельных выступов, расположенных вдоль наибольшего периметра объемного тела в поперечнике.
Окантовка может быть выполнена шириной от 1,0 до 1,5 мм и толщиной 1,0-1,5 мм и имеет ассиметричный и/или апериодичный профиль или окантовка с, по крайней мере, одной из сторон имеет произвольный профиль внешней поверхности.
Объемное тело предпочтительно выполнено из бетона, а окантовка монолитно соединена с объемным телом и выполнена из цемента или из отвержденного цементно-песчаного раствора.
Для соединения с соседними блоками бетонный блок может быть снабжен замоноличенным внутри его тела канатом
Замоноличенный канат, по крайней мере, частично может быть замоноличен внутри части окантовки.
Канат может быть выполнен из волокнистого полимерного материала.
Поставленная задача в части второго объекта - гибкого мата решается за счет того, что он выполнен из бетонных блоков, соединенных между собой замоноличенным в нем полимерным канатом, причем, каждый из блоков выполнен в виде усеченной бипирамиды, и снабжен монолитно соединенной с ним окантовкой в виде пояса из отвержденной цементно-песчаной смеси, причем окантовка размещена в области средней части блока, при этом между окантовками соседних блоков имеется зазор, а канат расположен и замоноличен таким образом, что часть крайних блоков оснащена гибкими монтажными петлями, образованными выпусками полимерного каната.
Окантовка может быть выполнена шириной от 1,0 до 1,5 мм и толщиной 1,0-1,5 мм.
Величина зазора между окантовками соседних блоков предпочтительно не превышает 2 мм.
По крайней мере, часть блоков может быть выполнена в виде тетрагональной усеченной бипирамиды.
Бипирамида может быть выполнена симметричной или асимметричной.
Окантовка может быть размещена в области совмещения ребер оснований двух усеченных пирамид, образующих бипирамиду.
Окантовка может быть выполнена волнистой и прерывистой.
Окантовка может иметь ассиметричный и/или апериодичный профиль или иметь с, по крайней мере, одной из сторон произвольный профиль внешней поверхности.
Окантовки блоков могут быть выполнены из отвержденного цементно-песчаного раствора.
Окантовка может быть выполнена прерывистой, например, в виде отдельных выступов, расположенных вдоль наибольшего периметра объемного тела в поперечнике.
Технический результат для обоих объектов заключается в существенном снижении или исключении размыва и вымывания защищаемой грунтовой поверхности за счет выполнения блоков с окантовками, которые перекрывают зазоры между соседними блоками в составе гибкого мата без ограничения гибкости мата за счет возможности полного выкрашивания окантовок под действием веса блоков, смещающихся в процессе аппроксимации донной поверхности гибким матом, который состоит из множества бетонных блоков соединенных замоноличенным в нем канатом, возможность различных поворотов каждого блока в составе мата относительно соседних блоков за счет сужающихся верхней и нижней части, в повышении степени взаимодействия блока с рельефом укрепляемого основания, исключение произвольных смещений полотна гибкого мата из блоков под действием возникающих нагрузок, предотвращение разрушения окантовок во время транспортировки за счет наличия зазоров между окантовками.
Техническое решение поясняется чертежами, иллюстрирующими частные случаи выполнения устройства и никак не ограничивающими другие возможные формы его выполнения, в пределах представленной формулы.
На фиг.1 изображен отдельный бетонный блок (изометрический вид)
На фиг.2 показано наибольшее по высоте поперечное сечение блока
На фиг.3 бетонный блок (вид сбоку)
На фиг.4 бетонный блок (вид сверху)
На фиг.5 гибкий бетонный мат (изометрический вид)
На фиг.6 соседние блоки гибкого бетонного мата на ровной поверхности
На фиг.7 соседние блоки гибкого бетонного мата, аппроксимирующие неровную донную поверхность.
На фиг.8 узел А на фиг.6 (показан процесс разрушения окантовки)
Бетонный блок 1 выполнен в виде объемного тела состоящего из верхней части 2, нижней части 3 и окантовки 4, причем верхняя часть выполнена сужающейся к верху блока, нижняя часть выполнена сужающейся к низу блока, а окантовка опоясывает блок с внешней стороны, предпочтительно, в области соответствующей периметру наибольшего поперечного сечения 6 блока 1, при этом верхняя и нижняя части блока 2 и 3 соответственно, а также окантовка 4 неразъемно соединены между собой.
Предпочтительно, бетонный блок 1, выполнен, в виде многогранного объемного тела, состоящего из двух частей - верхней части 2 и нижней 3 части, монолитно и неразъемно соединенных между собой, сходящихся своими условными основаниями (условно не показаны) в одной условной плоскости 5, совпадающей с наибольшим (по высоте) поперечным сечением 6 блока. При этом части 2 и 3 выполнены переменного сечения и сужаются по мере отдаления от упомянутой условной плоскости 5, в которой лежит наибольшее поперечное сечение 6 блока, которое имеет наибольшую площадь из всех поперечных сечений по высоте блока. Указанная условная плоскость пересекает окантовку 4, расположенную по периметру указанного наибольшего поперечного сечения 6 бетонного блока 1.
Возможно выполнение многогранного объемного тела блока в виде бипирамиды, предпочтительно, в виде тетрагональной усеченной бипирамиды, в виде выпуклого многогранника, в виде октаэдра с двумя усеченными вершинами. По крайней мере, одно из упомянутых геометрических объемных тел выполнено усеченным, а, предпочтительно, оба тела выполнены усеченными.
Пирамиды могут быть выполнены как симметричными, так и асимметричными. Выполнение высоты нижней пирамиды больше высоты верхней смежной пирамиды обеспечивает больший, по сравнению с верхними пирамидами, свободный объем между соседними пирамидами. Наличие большего свободного объема позволяет при укладке мата из блоков разместить в нем крупные неровности донной поверхности или рельефа местности, а также такие рельфообразующие элементы как бревна или камни и т.д., что повышает адаптивность мата из бетонных блоков и степень его механической адгезии к рельефу местности или донной поверхности водоема. Угол α наклона боковых граней нижней пирамиды к условной плоскости меньше значения угла β наклона к условной плоскости боковых граней верхней пирамиды. Выполнение граней с наклоном к условному общему основанию пирамид (условной плоскости, совпадающей с наибольшим поперечным сечением 6 позволяет обеспечить трансформируемость и адаптивность к рельефу защищаемой поверхности обеспечить защиту подводных объектов и коммуникаций, например, трубопроводов путем аппроксимации их поверхности плоскими нижними гранями блоков.
Наиболее предпочтительно выполнение объемного тела блока в виде симметричной тетрагональной усеченной бипирамиды с окантовкой расположенной в средней части бипирамиды, в области ребер совмещенных оснований двух усеченных пирамид, образующих бипирамиду.
При этом окантовка выполнена в виде пояса, ободка, канта, обрамления, или каймы, предпочтительно, полностью опоясывающих объемное тело блока.
Предпочтительно выполнение окантовки 4 волнистой и прерывистой (с промежутками), опоясывающей объемное тело блока в области его наибольшего поперечного сечения 6, которое по высоте блока, имеет наибольшую площадь - Smax. Выполнение окантовки волнистой и прерывистой обусловлено технологией изготовления блоков, а именно формой опалубки, имеющей волнистые края для исключения использования промежуточных деталей для образования зазора между нижней и верхней опалубками. Однако также возможно выполнение опалубки, при применении которой окантовка будет неразрывной и сплошной. Кроме того, окантовка может быть выполнена в виде выступов, иметь ассиметричный профиль, или, по крайней мере, с одной из сторон иметь произвольный профиль внешней поверхности. Либо окантовка может иметь постоянное поперечное сечение, например, прямоугольное, как показано на фиг.1.
При этом окантовка выполнена шириной от 1,0 до 1,5 мм и толщиной 1,0-1,5 мм.
Множество блоков 1 соединены в гибкий мат 7, посредством замоноличенного в блоках полимерного каната. Каждый из блоков выполнен в виде усеченной бипирамиды, и снабжен монолитно соединенной с ним окантовкой 4 в виде пояса из отвержденной цементно-песчаной смеси, при этом окантовка размещена в области средней части блока. Между окантовками соседних блоков имеется зазор 9, а канат расположен таким образом, что часть крайних блоков 10 оснащена гибкими монтажными петлями, образованными выпусками 11 полимерного каната. Предпочтительно выполнение всех блоков мата в виде тетрагональных усеченных бипирамид, окантовка которых размещена в области средней части блока или в области совмещения оснований двух усеченных пирамид, образующих бипирамиду.
Между окантовками соседних блоков имеется зазор 9 не превышающий 2 мм. Таким образом, поток воды, проходящий над поверхностью мата 7 из блоков не способен создать значительное течение в зазорах между смежными блоками из-за их малых геометрических размеров, вследствие чего размыва донного грунта не происходит. Кроме того, частицы, влекомые водным потоком, быстро заиливают зазоры 9 между блоками, создавая наносы и повышая общую защищающую способность гибкого мата в целом.
Блоки гибкого мата выполнены из бетона, а окантовка из цемента или из отвержденного раствора, т.е. из смеси цемента и мелкого наполнителя, что достигается благодаря расстоянию между опалубкой, меньшему, чем размер фракций крупного наполнителя при этом окантовка монолитно соединена с объемным телом. Монолитный бетон, из которого изготовлены блоки 1, приготовлен по традиционным технологиям из неорганического вяжущего вещества, например, портландцемента, затворенного водой, а также мелкого среднего или крупного наполнителя - песка, щебня, гравия и т.д. При этом каждого блока, предпочтительно, выполнение окантовки из отвержденной цементно-песчаной смеси волнистой или прерывистой, в том числе с апериодичным профилем.
Для повышения своих физико-механических свойств монолитный бетон может быть армирован посредством арматуры и/или дисперсного армирования, изготовлен из многокомпонентного вяжущего, снабжен добавками или присадками и т.д.
Конструкция работает следующим образом. Конструкцию, в виде гибкого мата 7 состоящую из описанных бетонных блоков 1, каждый из которых снабжен окантовкой 4 и соединен с соседними блоками полимерным канатом 8 укладывают на укрепляемую донную поверхность водоема. Гибкий мат 7 изготавливают таким образом, что окантовки 4 соседних блоков не соприкасаются для того чтобы не нарушать гибкость мата. Зазор между бетонными блоками при использовании блоков без окантовки составляет от 1 до 4 мм. Ширина окантовки составляет от 1,0 до 1,5 мм, при толщине 1,0-1,5 мм, при этом зазор 9 между соседними окантовками не превышает 2 мм. Окантовка 4 каждого блока 1 изготовлена из отвержденной цементно-песчаной смеси и монолитно соединена с блоками, который изготовлен из бетона, что технологически обусловлено размерами опалубки в части окантовки, меньшими, чем крупный наполнитель бетонных блоков. Вследствие малых размеров (толщины) и отсутствия крупного наполнителя несущая способность окантовки близка к нулю. Когда гибкий мат из блоков укладывают на поверхность, полотно мата изгибается, в местах неровностей рельефа донной поверхности, аппроксимируя эту поверхность. В местах изгиба окантовки, взаимодействуя между собой и непосредственно с частями блоков, выкрашиваются (полностью разрушаются) под действием веса блоков, таким образом, никоим образом не нарушая общей гибкости мата. Выполнение окантовок из бетона привело бы к ограничению гибкости мата и необходимости прикладывать дополнительные усилия для ее разрушения, кроме того при разрушении бетонных окантовок выкрашивание было бы невозможно или существенно ограничено. Бетонные окантовки ломались бы в местах наибольших возникновения наибольших напряжений, что повлекло бы за собой возникновение крупных выщербин, сколов и трещин в краях блока, которые способствовали бы вымыванию грунта из-под блоков, разрушению блоков, а также к ограничению гибкости мата и худшей аппроксимации донной поверхности за счет наличия не полностью удаленных обломков бетонных окантовок.
В совокупности перечисленные признаки заявленного технического решения позволяют получить надежное и простое в эксплуатации и изготовлении средство для защиты и обустройства различных типов надводных и подводных поверхностей.