БЕТОННЫЙ МАТ С КРЕПЛЕНИЯМИ И ГИБКОЕ ЗАЩИТНОЕ ПОЛОТНО (ВАРИАНТЫ)

Техническое решение относится к гидротехническому строительству, а именно к средствам для укрепления поверхностей различных объектов естественного или искусственного происхождения, включая берега и русла водотоков, поверхности дамб и плотин, а также подводные переходы трубопроводов, опоры мостов. Кроме того, устройство может найти применение и в дорожном строительстве.
Защита поверхностей большой площади требует создания покрытий соответствующего размера. Одним из возможных вариантов такого покрытия является защитное полотно из бетонных матов.
Для образования защитного полотна бетонные маты необходимо надежно скрепить между собой. Из уровня техники известен ряд подобных устройств.
В патентном документе RU 123789 U1 (опубликован 10.01.2013) описан гибкий бетонный мат с замоноличенными в его блоках металлическими элементами для фиксации взаимного расположения бетонных блоков при помощи сварного соединения, причем данные металлические элементы могут быть использованы для скрепления двух или более матов между собой. Однако неподвижность соединения означает полное отсутствие гибкости между примыкающими рядами блоков скрепленных матов, что при неплотном прилегании полотна к подстилающей поверхности создает опасность появления механических напряжений по линии скрепления матов, ведущих к разрушению конструкции со временем.
Также известно (патентный документ RU 131388 U1, опубликованный 20.08.2013) взаимное скрепление матов при помощи П-образных скоб, пропускаемых через совмещенные монтажные петли соседних матов. Однако из-за относительно большого размера монтажных петель зазор между скрепляемыми матами может увеличиться сверх приемлемой величины, что способно привести, в частности, к вымыванию грунта из защищаемой поверхности. То есть защитные свойства покрытия оказываются сниженными.
Наиболее близким аналогом полезной модели является гибкое защитное бетонное покрытие и мат для его создания по патентному документу RU 121268 U1 (опубликован 20.10.2012). Известный бетонный мат содержит совокупность блоков из бетона, связанных канатами с возможностью изгиба мата, а также соединительные элементы, выполненные с возможностью их включения в подвижное соединение и расположенные со стороны боковых поверхностей крайних блоков. Указанные соединительные элементы представляют собой канаты, более эластичные по сравнению со связывающими блоки арматурными канатами. В процессе монтажа два соседних мата скрепляют между собой при помощи эластичных канатов, связывая руками их свободные концы в узел. Так как монтаж защитного полотна на практике осуществляют как правило в сложных условиях и с использованием защитной одежды, то при этом не представляется возможным придать зазору между матами приемлемо малую величину. Как показано на фиг. 1 в RU 121268 U1 зазор между матами превышает зазор между блоками в матах.
Ни одно из известных технических решений не характеризуется высокой однородностью механических свойств гибкого защитного полотна. При этом под однородностью механических свойств полотна понимаются одни из его основных эксплуатационных характеристик: гибкость и величина зазора между бетонными блоками. Из-за несовершенства конструкции матов гибкость полотна и величина зазора между его блоками отличаются в области скрепления матов от соответствующих величин на остальных участках, что ведет к ряду нежелательных последствий, связанных как со сложностями размещения полотна в строго заданном положении, так и с уменьшением его прочности и эффективности защиты поверхности.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является улучшение эксплуатационных характеристик защитного полотна.
Обеспечиваемый настоящей полезной моделью технический результат заключается в повышении однородности механических свойств гибкого защитного полотна из бетонных матов, во-первых - величины зазора между бетонными блоками, а во-вторых - гибкости.
Технический результат достигается благодаря тому, что бетонный мат по первому варианту своего выполнения содержит совокупность блоков из бетона, связанных канатами с возможностью изгиба мата, а также соединительные элементы, выполненные с возможностью их включения в подвижное соединение и расположенные со стороны боковых поверхностей крайних блоков. Причем по меньшей мере один соединительный элемент находится полностью в пределах габаритной длины мата или выступает за габаритную длину и/или ширину мата не более чем на 10% и/или не более чем на 150 мм.
В частном случае соединительный элемент выступает за габаритную длину и/или ширину мата не более чем на 8% и/или не более чем на 90 мм.
В другом частном случае соединительный элемент выступает за габаритную длину и/или ширину мата не более чем на 5% и/или не более чем на 50 мм.
Также в частном случае соединительный элемент представляет собой проушину или петлю или крюк или штырь с головкой.
В еще одном частном случае канат и соединительный элемент находятся полностью в пределах габаритной толщины блока и/или мата.
В другом частном случае соединительный элемент полностью или частично утоплен по отношению к габаритам блока и/или мата в выемке или скошенной части блока.
Технический результат достигается благодаря тому, что бетонный мат по второму варианту своего выполнения содержит совокупность блоков из бетона, связанных канатами с возможностью изгиба мата, а также соединительные элементы, выполненные с возможностью их включения в подвижное соединение и расположенные со стороны боковых поверхностей крайних блоков. При этом по меньшей мере один соединительный элемент находится полностью в пределах габаритной длины блока или выступает за габаритную длину блока не более чем на 20% и/или не более чем на 50÷75 мм.
В частном случае соединительный элемент представляет собой проушину или петлю или крюк или штырь с головкой.
В еще одном частном случае канат и соединительный элемент находятся полностью в пределах габаритной толщины блока.
В другом частном случае соединительный элемент полностью или частично утоплен по отношению к габаритам блока в выемке или скошенной части блока.
Также технический результат достигается благодаря тому, что гибкое защитное полотно по первому варианту своего выполнения содержит два бетонных мата, по меньшей мере один из которых характеризуется наличием в его составе соединительного элемента, при помощи которого образовано подвижное соединение данных матов. Причем первый мат содержит соединительный элемент, выступающий за габаритную длину блока данного мата не более чем на 75% от данного габарита и/или 150÷200 мм. При этом второй мат содержит соединительный элемент, не выступающий за габаритную длину блока данного мата или выполнен без ответного соединительного элемента.
В частном случае соединительный элемент представляет собой талреп или цепь.
В другом частном случае канат и соединительный элемент находятся полностью в пределах габаритной толщины блока.
Помимо указанного, технический результат достигается благодаря тому, что гибкое защитное полотно по второму варианту своего выполнения образовано из бетонных матов, причем зазор между скрепленными матами не превышает максимальный зазор между блоками в указанных матах или превышает данную величину не более чем на 10%, а максимальный угол изгиба между скрепленными матами не меньше минимального угла изгиба в любом из них или меньше данной величины не более чем на 10%.
Полезная модель поясняется следующими графическими изображениями.
Фиг. 1: гибкое защитное полотно, образованное из шести бетонных матов (зазор между матами увеличен для наглядности).
Фиг. 2: узел соединения матов (вид в плане).
Фиг. 3-5: примеры выполнения и расположения соединительных элементов.
Фиг. 6-8: примеры подвижного соединения крайних блоков прилегающих матов (вид сбоку).
Фиг. 9-12: фрагменты бетонных матов с выделенными габаритами блоков.
Фиг. 13: мат с выделенными габаритами мата.
Осуществление полезной модели показано на примерах предпочтительной конструкции устройства.
Гибкое защитное полотно образовано из соединенных между собой бетонных матов 1.
Мат 1 содержит совокупность бетонных блоков 2, канаты (тросы) 3 и соединительные элементы 4.
Бетонные блоки 2 являются основными рабочими элементами мата. Блоки 2 выполнены в виде бипирамидального или биконусного тела. Расстояние между соседними блоками 2, форма данных блоков и характеристики канатов 3 выбраны из условий: а) реализации матом защитных функций; б) обеспечения подвижности блоков 2 относительно друг друга, что необходимо для придания мату способности к изгибу на рельефе подстилающей поверхности.
Канаты 3 являются арматурными и служат для соединения блоков 2 порядно и в рядах. Канаты 3 жестко связаны с блоками 2 в процессе изготовления мата, а именно замоноличены в теле бетонных блоков и проходят через них насквозь. Свободные части канатов 3 образуют монтажные петли.
Соединительные элементы 4 предназначены для скрепления матов между собой и образования в результате защитного полотна. Маты целесообразно скреплять по их углам и дополнительно в центральной части боковых поверхностей для обеспечения надежности соединения, что определяет соответствующее размещение элементов 4. Соединительные элементы 4 выполнены с возможностью их включения в подвижное соединение, то есть в защитном полотне данные элементы образуют соединение матов и придают ему свойство подвижности. Элементы 4 целесообразно замоноличивать в блоки 2 так, чтобы за пределы поверхности блока 2 выступала рабочая часть элемента 4, или прикреплять элементы 4 к канатам 3 в промежутке между блоками 2 крайнего ряда мата. В любом из перечисленных вариантов соединительные элементы 4 расположены со стороны боковых поверхностей крайних блоков 2. Показанный на фиг. 3 соединительный элемент 4 также характеризуется расположением со стороны боковой поверхности блока, что определяется положением его рабочей части с отверстием. Соединительный элемент 4 представляет собой проушину или петлю или крюк или штырь с головкой или иную подобную деталь, способную войти во взаимное зацепление с какой-либо ответной частью. Соединительные элементы 41 и 42 прилегающих блоков 21 и 22 скрепляемых матов соединяют непосредственно друг с другом (фиг. 6) или посредством промежуточной детали 43, имеющей необходимый размер (фиг. 7). В качестве проушины или петли допустимо использовать звено замоноличенной цепи из металла или рым-болт. В случае необходимости прикрепления соединительного элемента 4 к канату 3 между блоками 2 элемент 4 целесообразно выполнять в виде пластин 41 и 42 с отверстиями для канатов 31 и 32 (фиг. 7), талрепа или металлической цепи.
Отдельные блоки и мат в целом характеризуются своими габаритами, то есть предельными внешними очертаниями: габаритной длиной l блока, габаритной толщиной (высотой) h блока, габаритной шириной w блока и соответственно - L, H, W для мата. При этом выемка-присоска 5 или скос 6 не влияют на габарит блока, определяемый по точкам A, B, C и D, как показано на фиг. 11 и 12 для двух плоскостей. Габаритная длина l и габаритная ширина w блока являются относительными и взаимозаменяемыми понятиями, в общем случае допустимо использовать характеристику габаритной длины l блока как для его длины, так и для ширины, понимая под ними протяженность блока в каком-либо направлении. Монтажные петли не определяют габариты мата. Габаритная толщина H мата равна толщине наиболее выступающего блока (блоков) в случае разнотолщинности мата (фиг. 3).
В первом альтернативном варианте конструкции мата соединительный элемент находится полностью в пределах габаритной длины блока и/или мата (фиг. 2 или 4). Во втором альтернативном варианте соединительный элемент выступает за габаритную длину l блока не более чем на 20% от данной длины и/или выступает за габаритную длину L мата не более чем на 5% от данной длины и/или выступает за любой из указанных габаритов не более чем на 50÷75 мм (расстояние d на фиг. 5). Оптимальность данных значений для достижения технического результата установлена опытным путем и учитывает размеры обычно применяемых на практике матов и их характеристик. Допустимый зазор между блоками всегда находится в диапазоне от 1÷2 до 100÷150 мм. При меньшей величине зазора не будет обеспечена минимально возможная гибкость покрытия, а при большей - существенно снизятся его защитные свойства. На практике всегда стремятся придать зазору минимально возможную величину, однако чем больший размер имеет блок или мат, тем большая величина допустима для зазора. При этом верхний предел в любом случае не должен быть превышен. Наиболее эффективно технический результат достигается в случаях, когда соединительный элемент 4 находится полностью в пределах габаритной длины блока и/или мата. При этом необходимая величина зазора обеспечивается с требуемой точностью промежуточным соединительным элементом с подходящими характеристиками, например цепью, проходящей через элементы 4 на фиг. 2.
На всех проиллюстрированных примерах конструктивного выполнения мата соединительный элемент 4 находится полностью в пределах габаритной толщины блока и/или мата, так как в противном случае велика опасность того, что гибкость защитного полотна в области скрепления матов будет сильно отличаться от гибкости образующих его матов, в которых арматурные канаты 3 проходят внутри блоков. По данной причине целесообразно размещать элементы 4 по возможности вблизи от осей канатов 3. Также проиллюстрировано (в частности, на фиг. 2) выполнение соединительного элемента 4 полностью или частично утопленным в тело блока по отношению к габаритам данного блока и мата благодаря размещению соединительного элемента 4 в скошенной части блока.
Таким образом, благодаря отсутствию сильновыступающих (то есть мешающих сближению матов или не способных обеспечить их требуемую фиксацию на заданном расстоянии) соединительных элементов, необходимых для образования подвижного соединения, обеспечена возможность скрепления матов с относительно малым зазором между ними и без сильных отклонений по величине гибкости защитного полотна в месте соединения матов, что означает высокую однородность механических свойств защитного полотна.
Вариант гибкого защитного полотна содержит как минимум два бетонных мата, первый из которых имеет в своем составе крайний блок 21, а второй мат - крайний блок 22, соответственно с арматурными канатами 31 и 32. Первый мат характеризуется наличием в его составе соединительного элемента 41 (предпочтительно талреп или цепь), при помощи которого образовано подвижное соединение данных матов. При этом соединительный элемент 41 выступает за габаритную длину блока 21 не более чем на 75% (что как правило составляет не более чем 15% от длины мата) и/или выступает за габарит не более чем на 150÷200 мм. Данные значения выбраны исходя из ранее указанных оснований и адаптированы к ситуациям, когда соединительные элементы выполнены с различной длиной или для соединения матов одинаковой конструкции применен единственный соединительный элемент: показанный на фиг. 8 второй мат выполнен без ответного соединительного элемента (его функцию выполняет арматурный канат 32). В альтернативном варианте второй мат содержит соединительный элемент, не выступающий за габаритную длину блока данного мата (и в большинстве случаев за габаритную длину мата). Таким образом указанные величины выбраны из предельного условия, согласно которому соединительный элемент 41 должен охватить арматурный канат 32. При этом также целесообразно размещать соединительные элементы полностью в пределах габаритной толщины блока.
В общем случае, как показывают теоретические расчеты и подтверждает практика, для достижения технического результата достаточно, чтобы величина зазора между скрепленными матами не превышала величину максимального зазора между блоками в указанных матах или превышала данную величину не более чем на 10%, а максимальный угол изгиба между скрепленными матами не был меньше минимального угла изгиба в любом из них или был меньше данной величины не более чем на 10%. Так как при укладке матов и их скреплении данное покрытие хорошо повторяет рельеф подстилающей поверхности, то его защитные свойства сохраняются в течение длительного времени благодаря отсутствию опасных механических напряжений по линиям скрепления матов.