Гибкий мат
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 и в других отраслях хозяйства. Гибкий мат содержит блоки, соединенные между собой, по меньшей мере, одним канатом, причем каждый из блоков мата, выполнен в виде многоугольного объемного тела, образованного двумя усеченными пирамидами - верхней пирамидой и нижней пирамидой, каждая из которых имеет одно меньшее основание и общее со смежной пирамидой, условное большее основание, при этом высота верхней пирамиды не превосходит высоты нижней пирамиды, а меньшее основание нижней пирамиды имеет большую степень шероховатости, по сравнению с меньшим верхним основанием. Технический результат, достигаемый посредством использования технического решения заключается в заключается в обеспечении общей гибкости мата за счет выполнения его блоков в виде объемных тел, составленных из усеченных пирамид, толщина которых убывает от большего условного основания к меньшим и соединения их, по меньшей мере, одним гибким канатом, что позволяет, совместно с гибкими канатами беспрепятственно поворачиваться блокам относительно друг друга, также допуская небольшие смещения блоков мата по высоте, при одновременном обеспечении повышенной сцепляемости (механической адгезии) нижних частей блоков с дном за счет увеличения площади поверхности и выполнения нижней грани шероховатой, что в том числе обеспечивает устойчивость мата в целом и отсутствие его смещений и колебаний под действием переменных и постоянных движений водных масс - подводных течений приливов, отливов, уклона местности и т.д. 1 н.п. ф-лы, 24 з.п. ф-лы, 8 ил.
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, строительстве дорог, защите опор мостов, укреплении берегов, защите 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 (RU2365702 C1, E02B 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 (RU2129635 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, отличающееся тем, что бетонные блоки выполнены асимметричными относительно плоскости общего прямоугольного основания пирамид (RU2364678C2, Е02В 3/12, 27.08.2008).
Недостатками указанных покрытий является их не полностью удовлетворительная сцепляемость с основанием, возможность смещения покрытий под действием собственного веса или подводных потоков, особенно на каменистых основаниях, глинистых основания, уклонах.
Задачей, на решение которой направлено техническое решение, является создание эффективного средства для укрепления подводных поверхностей, в том числе со сложным рельефом, обеспечение взаимодействия мата не только с рельефом, но и с микрорельефом укрепляемого основания, исключение произвольных смещений мата под действием возникающих нагрузок, повышение коэффициента трения мата в целом.
Поставленная задача решается за счет того, что гибкий мат содержит блоки, соединенные между собой, по меньшей мере, одним канатом, причем, по крайней мере, один из блоков мата, выполнен в виде многоугольного объемного тела, образованного двумя усеченными пирамидами - верхней пирамидой и нижней пирамидой, каждая из которых имеет одно меньшее основание и общее со смежной пирамидой, условное большее основание, при этом высота верхней пирамиды не превосходит высоты нижней пирамиды, а меньшее основание нижней пирамиды имеет большую степень шероховатости, по сравнению с меньшим верхним основанием.
Каждый из блоков мата может быть выполнен в виде многоугольного монолитного объемного тела, образованного двумя усеченными пирамидами, каждая из которых имеет меньшее основание и общее со смежной пирамидой, условное большее основание, при этом в, по меньшей мере, одном блоке высота нижней пирамиды больше высоты верхней смежной пирамиды, а меньшее основание нижней пирамиды этого блока, выполнено более шероховатым, чем меньшее основание нижней пирамиды.
Числовое значение периметра меньшего основания нижней пирамиды равно или менее числового значения периметра меньшего основания верхней пирамиды.
Числовое значение площади и/или объема V2 нижней пирамиды, предпочтительно, больше соответствующего числового значения площади и/или объема V1 верхней пирамиды.
Меньшее основание нижней пирамиды может иметь микрорельеф, предпочтительно, апериодического профиля.
Шероховатость меньшего основания нижней пирамиды может быть обусловлена ее произвольным апериодическим профилем.
Степень шероховатости может характеризоваться, по крайней мере, одним из параметров, в том числе Ra, Rz, Rmax, Sm, S, tp, где
Ra - среднее арифметическое отклонение профиля;
Rz - высота неровностей профиля по десяти точкам;
Rmax - наибольшая высота профиля;
Sm - средний шаг неровностей;
S - средний шаг местных выступов профиля;
tp - относительная опорная длина профиля, где р - значения уровня сечения профиля, причем, предпочтительно, что по крайней мере, один из параметров шероховатости профиля меньшего основания, например, среднеарифметическое отклонение профиля Rан по своему абсолютному численному значению превосходит соответствующий параметр, например, Rав профиля верхнего основания.
Усеченные пирамиды объемного тела соединены между собой, преимущественно, монолитно или неразъемно.
Блоки выполнены, предпочтительно, из бетона или полимербетона.
Предпочтительно, что, по меньшей мере, один канат, по крайней мере, частично замоноличен внутри объемных тел блоков.
Блоки, преимущественно, выполнены из отвержденного неорганического вяжущего вещества, например, цемента, затворенного водой.
Вяжущее вещество может включать, по крайней мере, два компонента.
Вяжущее, предпочтительно, включает наполнитель мелкий и/или средний и/или крупный наполнитель различных фракций, такой как песок и/или гравий и/или щебень.
Объемное тело блока может армировано посредством арматуры и/или дисперсного армирования.
Усеченные пирамиды блоков могут быть выполнены трехгранными, четырехгранными или многогранными.
По меньшей мере, один канат может быть выполнен из металлического материала и/или органического материала и/или композитного материала.
По меньшей мере, один канат выполнен из искусственного материала, например, из, по меньшей мере, одного полимера, например, полиамида и/или полипропилена и/или полиэфира.
Разрывная нагрузка, по меньшей мере, одного каната, предпочтительно, составляет не менее 1000 кгс.
Предпочтительно, что полимером является полипропилен или полиэтилен или полимерная смесь двух или более веществ.
Полимер может содержать добавку для защиты от действия ультрафиолетового излучения, например, углеродную добавку.
Угол 
наклона граней верхней пирамиды может составлять не менее 10 градусов, а, предпочтительно, не менее 25 градусов к условному большему основанию, при этом угол 
наклона граней нижней пирамиды может составлять не менее 15 градусов, а, предпочтительно, не менее 25 градусов к условному большему основанию.
По меньшей мере, одно ребро, по крайней мере, одной из пирамид, объемного тела скруглена или заполуовалена или заовалена.
Предпочтительно, что, по меньшей мере, один канат имеет выпуски, образующие монтажные петли, выходящие за пределы крайних блоков мата.
Мат может включать, по меньшей мере, один блок, высота которого меньше высоты остальных блоков.
Мат может включать, по меньшей мере, два вида блоков в которых объемные многоугольные тела образованы пирамидами с разным количеством граней, например, один вид блоков образован четырехгранными пирамидами, а другой пятигранными пирамидами.
Технический результат заключается в обеспечении общей гибкости мата за счет выполнения его блоков в виде объемных тел, составленных из усеченных пирамид, толщина которых убывает от большего условного основания к меньшим, и соединения их, по меньшей мере, одним гибким канатом, что позволяет блокам, совместно с гибкими канатами, беспрепятственно поворачиваться относительно друг друга, также допуская небольшие смещения блоков мата по высоте, при одновременном обеспечении повышенной сцепляемое (механической адгезии) и коэффициента трения нижних частей блоков с дном за счет увеличения площади поверхности нижних пирамид и выполнения нижней грани шероховатой, что в том числе обеспечивает устойчивость мата в целом и отсутствие его смещений и колебаний под действием переменных и постоянных движений водных масс - подводных течений приливов, отливов, уклона местности, случайных зацеплений рабочих органов строительной техники и т.д., для высота H1 верхней пирамиды не превосходит высоты H2 нижней пирамиды, а грани пирамиды, предпочтительно, выполняют скругленными, а также повышение трансформируемое и адаптивности мата к рельефу местности или донной поверхности..
Техническое решение поясняется чертежами, иллюстрирующими частный случай выполнения устройства и никак не ограничивающими другие возможные формы его выполнения, в пределах представленной формулы.
На фиг.1 изображен отдельный блок (изометрический вид).
На фиг.2 показан увеличенный фрагмент шероховатого апериодического профиля меньшего основания нижней пирамиды.
На фиг.3 показан увеличенный фрагмент шероховатого апериодического профиля меньшего основания нижней пирамиды
На фиг.3 показан увеличенный фрагмент меньшего основания верхней пирамиды.
На фиг.4 показан гибкий мат в плане(вид сверху).
На фиг.5 показан фрагмент гибкого мата уложенного на донную поверхность(вид сбоку).
На фиг.6 показан фрагмент гибкого мата уложенного на донную поверхность и трубопровод(вид сбоку).
На фиг.7 показан фрагмент гибкого мата уложенного на донную поверхность и трубопровод с блоками различной высоты(вид сбоку).
На фиг.8 показан изометрический вид мата.
Гибкий мат 1 содержит блоки 2, соединенные между собой, по меньшей мере, одним канатом 3, причем каждый из блоков 2 мата 1, выполнен в виде многоугольного объемного тела 4, образованного двумя усеченными пирамидами - верхней пирамидой и нижней пирамидой 5 и 6 соответственно. Верхняя и нижняя пирамиды 5 и 6 имеют меньшие основания 7 и 8 соответственно, а также одно общее со смежной пирамидой, условное основание 9. Меньшие основания 7 и 8 являются верхней и нижней гранями объемного многоугольного объемного тела блока соответственно. При этом высота Н2 нижней пирамиды больше либо равна высоте H1 нижней пирамиды 6(Н2
H1), а меньшее основание 8(нижняя грань блока) нижней пирамиды имеет большую степень шероховатости, по сравнению с меньшим верхним основанием 7(верхней гранью блока).
Высота Н2 нижней пирамиды 6, преимущественно, больше высоты H1 верхней смежной пирамиды 5, при, предпочтительно, равных периметрах меньших оснований пирамид, что обеспечивает больший, по сравнению с верхними пирамидами 5, свободный объем V3 между соседними пирамидами 6. Наличие большего свободного объема V3 позволяет при укладке мата разместить в нем крупные неровности 10 донной поверхности 11 или рельефа местности, а также такие объекты 12 как бревна или камни и т.д., что повышает адаптивность мата и степень его механической адгезии к рельефу местности или донной поверхности водоема, чему также способствует большая площадь внешней поверхности нижней пирамиды.
При этом выполнение верхней пирамиды меньшего объема и с меньшей площадью внешней поверхности позволяет повысить их обтекаемость и снизить воздействие придонных течений 14 и движений 15 водных масс, а также вероятность случайного зацепления частей рабочих органов (условно не показаны) строительной техники, чему также способствует округление ребер пирамид 5.
Шероховатость меньших оснований нижних пирамид также способствует механической адгезии мата к донной поверхности, что особенно важно на «скользких» основаниях, например, каменистых и/или глинистых (фиг.5), либо на поверхностях имеющих уклон(условно не показаны).
Шероховатость меньшего основания нижней пирамиды обусловлена имеющимся на ней микрорельефом или произвольным апериодическим профилем этого основания, что достигается технологией изготовления гибкого мата. Степень шероховатости характеризуется, по крайней мере, одним из параметров, в том числе Ra, Rz, Rmax, Sm, S, tp, где Ra - среднее арифметическое отклонение профиля;
Rz - высота неровностей профиля по десяти точкам;
Rmax - наибольшая высота профиля;
Sm - средний шаг неровностей;
S - средний шаг местных выступов профиля;
tp - относительная опорная длина профиля, где р - значения уровня сечения профиля.
По крайней мере, один из параметров шероховатости профиля меньшего основания. предпочтительно, среднеарифметическое отклонение профиля Ra по своему абсолютному численному значению превосходит соответствующий параметр профиля верхнего основания (фиг.3).
Блоки выполнены из бетона или полимербетона, при этом усеченные пирамиды объемных тел 4 блоков соединены между собой монолитно или неразъемно, а канат 3, замоноличен внутри объемных тел 4 блоков за исключением, соединяющих блоки частей каната.
Монолитный бетон, из которого изготовлены блоки 2, 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.
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.
Усеченные пирамиды блоков в наиболее предпочтительном варианте выполнены правильными и четырехгранными. Однако возможно выполнение пирамид с иным количеством граней.
Канат 3, соединяющий блоки 2 выполнен, предпочтительно, из полимера, такого как полиамид, полипропилен или полиэфир. Для повышения устойчивости каната 3 к воздействию УФ-излучения, циклам замораживания и оттаивания, щелочному воздействию твердеющего монолитного бетона, он может быть изготовлен из многокомпонентной полимерной смеси, например, смеси полиэтилена и полипропилена и/или содержать защитные добавки. Так, например, для защиты от УФ-излучения полимерный материал, из которого изготовлены канаты, может содержать углеродную добавку такую как сажа или технический углерод.
Для надежного соединения блоков друг с другом и восприятия внешних нагрузок максимальная разрывная нагрузка каната должна составляет не менее 1000 кгс, а, предпочтительно, около 5000 кгс.
Угол наклона граней верхней пирамиды составляет не менее 10 градусов, а, предпочтительно, не менее 25 градусов к условному большему основанию, при этом угол наклона граней нижней пирамиды составляет не менее 15 градусов, а, предпочтительно, не менее 25 градусов к условному большему основанию. Выполнение граней с указанным наклоном к условному общему основанию пирамид позволяет обеспечить трансформируемость и адаптивность к рельефу защищаемой поверхности обеспечить защиту подводных объектов и коммуникаций, например, трубопроводов 16 путем аппроксимации их поверхности (фиг.5).
Для обеспечения транспортировки и перемещения мата канат имеет выпуски, образующие монтажные петли 17, выходящие за пределы крайних блоков 18 мата 1.
Гибкий мат может включать блоки, высота которых меньше высоты остальных блоков для увеличения свободного объема под блоками (фиг.7). Для увеличения гибкости мата или степени аппроксимации поверхности мат может включать объемные многоугольные тела образованные пирамидами с разным количеством граней. Например, один вид матов может быть образован четырехгранными пирамидами, а другой пятигранными пирамидами (условно не показано), либо в пределах одного мата может быть несколько видов блоков.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Гибкий мат укладывают на защищаемый объект, защищаемую или укрепляемую поверхность ориентируя его меньшими, более шероховатыми основаниями нижней пирамиды блоков вниз по направлению к объекту или основанию. За счет гибкости, мата, обеспечиваемой наклонными гранями усеченных пирамид блоков и соединяющих их канатов, мат аппроксимирует поверхность основания или объекта, при этом часть неровностей рельефа размещается в свободном пространстве и мат входит в зацепление с основанием. Дополнительную механическую адгезию к основанию и/или объекту обеспечивает шероховатость оснований. Маты защищают поверхности от эрозий и разрушения, способны нести значительную вертикальную нагрузку.
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.
1. Гибкий мат, характеризующийся тем, что он содержит блоки, соединенные между собой, по меньшей мере, одним канатом, причем, по крайней мере, один из блоков мата выполнен в виде многоугольного объемного тела, образованного двумя усеченными пирамидами - верхней пирамидой и нижней пирамидой с боковыми и верхними гранями, причем каждая из которых имеет меньшее основание и общее со смежной пирамидой, условное большее основание, при этом высота верхней пирамиды не превосходит высоты нижней пирамиды, а одна из граней, предпочтительно меньшее основание нижней пирамиды, имеет большую степень шероховатости по сравнению с меньшим верхним основанием.
2. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что каждый из блоков мата выполнен в виде многоугольного монолитного объемного тела, образованного двумя усеченными пирамидами, каждая из которых имеет меньшее основание и общее со смежной пирамидой, условное большее основание, при этом в, по меньшей мере, одном блоке высота нижней пирамиды больше высоты верхней смежной пирамиды, а меньшее основание нижней пирамиды этого блока выполнено более шероховатым, чем меньшее основание нижней пирамиды.
3. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что числовое значение периметра меньшего основания нижней пирамиды равно или менее числового значения периметра меньшего основания верхней пирамиды.
4. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что числовое значение площади и/или объема V2 нижней пирамиды больше соответствующего числового значения площади и/или объема V1 верхней пирамиды.
5. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что меньшее основание нижней пирамиды имеет рельеф и/или микрорельеф, предпочтительно, апериодического профиля.
6. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что шероховатость меньшего основания нижней пирамиды обусловлена ее произвольным апериодическим профилем.
7. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что степень шероховатости характеризуется, по крайней мере, одним из параметров, в том числе Ra, Rz, Rmax, Sm, S, tp, где
Ra - среднее арифметическое отклонение профиля;
Rz - высота неровностей профиля по десяти точкам;
Rmax - наибольшая высота профиля;
Sm - средний шаг неровностей;
S - средний шаг местных выступов профиля;
tp - относительная опорная длина профиля, где р - значения уровня сечения профиля, причем, по крайней мере, один из параметров шероховатости профиля меньшего основания, например, среднеарифметическое отклонение профиля Rан по своему абсолютному численному значению превосходит соответствующий параметр, например, Raв профиля верхнего основания.
8. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что усеченные пирамиды объемного тела соединены между собой монолитно или неразъемно.
9. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что блоки выполнены из бетона или полимербетона.
10. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один канат, по крайней мере, частично замоноличен внутри объемных тел блоков.
11. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что блоки выполнены из отвержденного неорганического вяжущего вещества, например цемента, затворенного водой.
12. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что вяжущее вещество, включает, по крайней мере, два компонента.
13. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что вяжущее включает наполнитель мелкий, и/или средний, и/или крупный наполнитель различных фракций, такой как песок, и/или гравий, и/или щебень.
14. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что объемное тело блока армировано посредством арматуры и/или дисперсного армирования.
15. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что усеченные пирамиды блоков выполнены трехгранными, и/или четырехгранными, и/или многогранными.
16. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один канат выполнен из металлического материала, и/или органического материала, и/или композитного материала.
17. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один канат выполнен из искусственного материала, например, из, по меньшей мере, одного полимера, например полиамида, и/или полипропилена, и/или полиэфира.
18. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что разрывная нагрузка, по меньшей мере, одного каната составляет не менее 1000 кгс.
19. Гибкий мат по п.17, отличающийся тем, что полимером является полипропилен, или полиэтилен, или полимерная смесь двух или более веществ.
20. Гибкий мат по п.17, отличающийся тем, что полимер содержит добавку для защиты от действия ультрафиолетового излучения, например, углеродную добавку.
21. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что угол наклона граней верхней пирамиды составляет не менее 10°, а предпочтительно не менее 25° к условному большему основанию, при этом угол наклона граней нижней пирамиды составляет не менее 15°, а предпочтительно не менее 25° к условному большему основанию.
22. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно ребро, по крайней мере, одной из пирамид, объемного тела скруглена, или заполуовалена, или заовалена.
23. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один канат имеет выпуски, образующие монтажные петли, выходящие за пределы крайних блоков мата.
24. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что мат включает, по меньшей мере, один блок, высота которого меньше высоты остальных блоков.
25. Гибкий мат по п.1, отличающийся тем, что он включает, по меньшей мере, два вида блоков, в которых объемные многоугольные тела образованы пирамидами с разным количеством граней, например, один вид блоков образован четырехгранными пирамидами, а другой пятигранными пирамидами.
