Через моря и через реки: история строительства мостов

Мост через Евфрат

Ранние конструкции мостов были простыми и утилитарными. Для строительства использовались легкодоступные природные материалы – деревянные бревна, камни и грязь, реже – виноградная лоза и шкуры животных. Из-за своего «состава» ранние мосты могли перекрывать только очень короткие расстояния. И хватало их, разумеется, ненадолго – до первого дождя, растворявшего грунтовое заполнение. Однако уже древние цивилизации Египта и Месопотамии сооружали более устойчивые переправы.

Первые реальные свидетельства строительства мостов относятся к вавилонскому обществу (Геродот датирует постройку 783 годом до н. э.). Через реку Евфрат в городе вавилоняне перекинули мост – длиной 220 м и шириной 10 м. Мост стоял на каменных опорах, соединенных подвижными деревянными платформами – их убирали, чтобы пропускать парусные суда, или на ночь, чтобы ограничить передвижение жителей. Сооружение моста традиция приписывает царице Нитокрис.

Строительство моста через Ефрат. Иллюстрация: Gilbert de Sève, wellcomecollection.org

Геродот описывал строительство моста через Евфрат так: «Так как город состоял из двух частей, между которыми находилась река, то при прежних царях всякий желавший перейти из одной части в другую должен был переправляться через реку на лодке, а это, как я полагаю, было затруднительно. Нитокрис позаботилась и об этом. Выкопав бассейн для озера, она вместе с тем оставила по себе следующий памятник. Она велела вытесать камни большой длины и, когда камни были готовы, а бассейн вырыт, направила всю воду реки в вырытый бассейн. Когда тот наполнился водой и прежнее русло реки совершенно высохло, она прежде всего велела выложить обожженным кирпичом края речных берегов в городе и спуски, ведшие от ворот к реке, таким же способом, каким была построена стена. Потом приблизительно посреди города она велела построить мост из кусков тесаного камня, скрепив их железом и свинцом. На этом мосту по ее распоряжению в начале дня клали настил из деревянных брусьев, по которому и переходили вавилоняне. На ночь настил снимался, чтобы они не переходили через реку и не обворовывали друг друга. Когда вырытый бассейн наполнился водою реки и постройка моста через реку была закончена, Нитокрис снова отвела воды реки Евфрата в прежнее русло».

Правда, представляя себе величественный мост через Евфрат, стоит помнить, что «отец истории» Геродот часто грешил переписыванием выдумок. Из-за изменения русла Евфрата раскопки некоторых частей Вавилона недоступны. Впрочем, мост обычно указывается на всех картах и макетах города.

Строители мостов Рима

Первая революция в строительстве мостов произошла в Древнем Риме. Римское мостостроение шагало по миру рука об руку с римскими военными кампаниями. Инженеры и рабочие образовывали гильдии, чтобы распространять по империи строительные идеи и принципы. Одним из главных открытий стал римский бетон (opus caementicium), производимый преимущественно из пуццолана – так называемого природного цемента из измельченных вулканических пород. Его римляне использовали для опор в реках. Пуццолан позволял им строить более прочные и большие сооружения, чем могла любая цивилизация прежде.

Фрагмент римского бетона (opus caementicium). finds.org.uk

Другим определяющим преимуществом римской мостовой архитектуры стали арки. Нагрузка моста благодаря аркам распределялась вдоль изгиба, постепенно уменьшаясь к опорам. Римские арочные мосты выдерживали нагрузку в два раза большую, чем вес самого сооружения.

Там, где для более длинных мостов требовалось несколько арок, строительство прочных опор было критически важным фактором. На широкой реке с мягким дном арочные опоры размещать не получалось. Чтобы решить эту проблему, римляне разработали коффердам – временное ограждение из деревянных свай, вбитых в русло реки.

Римский коффердам. Иллюстрация: Stephen Ressler, stephenjressler.com

Таким образом они частично изолировали пространство, запечатывая его глиной. Затем бетон заливался в воду внутри кольца свай. Мост Святого Ангела в Риме стоит на фундаменте коффердама, построенном в реке Тибр более 1800 лет назад.

Мост Святого Ангела в Риме. Фото: Mike_68, pixabay.com

Мост Фабрициуса. Фото: Mark Finney, flickr.com

Самый старый сохранившийся римский мост – это мост Фабрициуса, построенный в 62 году до н. э. Находится в Риме.

Средневековые мосты

Средневековые мосты служили многим целям. На них часто строили часовни и магазины, укрепляли башнями и валами. Некоторые из мостов имели подъемную часть, средневековое новшество. Самым известным мостом того времени был Старый Лондонский мост, строительство которого началось в конце XII века под руководством священника Питера из Колчерча и завершилось в 1209 году. Лондонский мост состоял из 19 стрельчатых арок с опорами шириной 6 метров. Однако при строительстве коффердамов возникли препятствия (Темза знаменита частыми приливами и отливами, ее воды меняют направление течения по несколько раз в сутки), так что пролеты арок в конечном итоге варьировались от 4,5 до 10,2 метра. Неравномерное качество строительства привело к частой необходимости ремонта. Тем не менее, мост вмещал большое количество домов и магазинов и простоял более 600 лет, прежде чем его заменили.

Средневековый каменный арочный мост, Германия. loc.gov

Время инноваций

Ренессанс был временем просвещения, образования и инноваций – эпохой новшеств. В XVIII веке во Франции, например, основали первый Департамент мостов и дорог и даже Национальную школу мостов и дорог. В Англии построили Вестминстерский мост, что ознаменовало начало использования кессонов (благодаря сжатому воздуху под водой или в грунте образуется камера без воды) вместо коффердамов.

Строительство Вестминстерского моста с использованием кессонов. c82.net/iconography

В эпоху Ренессанса итальянский проектировщик Бартоломео Амманнати модернизировал средневековую арку, начав изгибы арок от опор. Эллиптическая форма арки, в которой отношение подъема к пролету составляло всего 1:7, стала известна как корзинчатая или трехцентровая – и с тех пор получила широкое распространение. Элегантный мост Амманнати Санта-Тринита (1569) во Флоренции с двумя эллиптическими арками пропускал пешеходов, а затем и автомобили, пока не был разрушен во время Второй мировой войны. Впоследствии его восстановили с использованием оригинальных материалов, извлеченных из русла реки.

Мост Санта-Тринита. Фото: Jay Stewart, flickr.com

Еще один итальянец, Антонио да Понте, спроектировал мост Риальто (1591) – один из четырех нынешних мостов через Гранд-канал в Венеции – богато украшенную арку на двух опорах с пролетом 27 метров. Антонио решил проблему мягкой, влажной почвы, забив 6000 деревянных свай под каждую из двух опор, на которые затем уложили кладку таким образом, чтобы швы камней были перпендикулярны линии распора арки. Перпендикулярная кладка используется в строительстве мостов и в настоящее время: при определенной комбинации размеров и формы устоя она гарантирует, что основание будет подвержено равномерному давлению. Это особенно актуально для влажного грунта – как раз, например, венецианского.

Мост Риальто, спроектированный Антонио Да Понте. cdnmedia.mapei.com

К середине XVIII века строительство мостов из каменной кладки достигло своего апогея. Жан-Родольф Перроне, строитель некоторых из лучших мостов своего времени, разработал плоские арки, поддерживаемые тонкими опорами. Среди его работ – мост Нейи (1774) через Сену, мост через Уазу (1785) и мост Конкорд (1791) также через Сену.

В Великобритании Уильям Эдвардс построил мост, который считали самым красивым арочным мостом на Британских островах, – Понтипридд (1750) через Тафф в Уэльсе с пролетом в 42 метра. В Лондоне Джон Ренни начал в 1811 году строительство моста Ватерлоо – с девятью равными арками и идеально ровной проезжей частью. Его называли «самым благородным мостом в мире».

1. Мост Конкорд. Фото: Szilas, commons.wikimedia.org
2. Мост Ватерлоо. Иллюстрация: Gray and son, wellcomecollection.org
3. Понтипридд. За ним – мост Виктория. Фото: Varitek, commons.wikimedia.org

Железная замена

Во времена промышленной революции традицию строительства из дерева и камня вытеснило использование чугуна, который оказался дешевле и прочнее. Первый мост, построенный исключительно из железа, перекинулся через реку Северн в графстве Шропшир в Англии. Спроектированный Томасом Притчардом и построенный в 1779 году Абрахамом Дарби, Железный мост, построенный из чугунных деталей, представлял собой ребристую арку с полукруглым 30-метровым пролетом.

Железный мост. Фото: Colin, commons.wikimedia.org

В 1795 году регион Северн опустошили наводнения. Но Железный мост позволил паводковым водам пройти через него. Это был единственный мост в регионе, который уцелел, – факт, вдохновивший шотландского инженера Томаса Телфорда начать работать с железными мостами. Мост Крейгеллачи 1814 года через реку Спей в Шотландии остается старейшим сохранившимся металлическим мостом Телфорда. Его 45-метровая арка имеет плоский, почти параболический профиль, состоящий из двух изогнутых арок, соединенных крестообразно.

Мост Крейгеллачи. Фото: Stuart Gordon, flickr.com

Появление локомотива как вида транспорта в XIX веке подстегнуло проектирование новых мостов – достаточно прочных, чтобы выдерживать как увеличенный вес, так и динамические нагрузки поездов. Самым значительным из ранних железнодорожных мостов был мост «Британия» Роберта Стефенсона через пролив Менай. Завершенный в 1850 году, проект Стефенсона стал уникальным. Инженер придумал инновационную конструкцию: мост строили из двух склепанных из листового кованого железа параллельных балок в виде труб прямоугольного сечения (такая конструкция называется рамной). На соединение элементов моста ушло больше 1,7 млн заклепок.

Мост «Британия». Иллюстрация: G. Hawkins, collection.sciencemuseumgroup.org.uk

Иллюстрация: W. H. Lizars, National Library of Wales, commons.wikimedia.org

Среди самых важных железнодорожных мостов конца XIX века были также мосты Гюстава Эйфеля. Между 1867 и 1869 годами Эйфель построил четыре виадука ферменно-балочной конструкции вдоль железнодорожной линии между Ганнатом и Коммантри. Эйфель также спроектировал два крупных арочных моста, которые были самыми длинными пролетными сооружениями своего типа в то время. Первый, мост Мария Пиа 1877 года через реку Дору около Порту (Португалия), представляет собой 157-метровый пролет в форме полумесяца, который возвышается на 42 метра (!).

Слева: мост Мария Пиа. erih.net
Справа: строительство моста Мария Пиа. Фото: Biblioteca de Arte / Art Library Fundação Calouste Gulbenkian, flickr.com

В 1884 году Эйфель закончил 162-метровый виадук Гараби через реку Трюйер. Арка Гараби визуально отделена от тонкой горизонтальной балки. Оба моста спроектированы с шарнирами на опорах. Шарнирная конструкция служила для облегчения строительства и для создания мощного визуального образа, задуманного Эйфелем.

Виадук Гараби. Фото: Régis KROL, flickr.com

От горшков – к мостам

В XIX веке дешевое производство железа и стали, в сочетании с изобретением портландцемента в 1824 году, привело к разработке железобетона. В 1867 году французский садовник Жозеф Монье запатентовал метод укрепления тонких бетонных цветочных горшков путем встраивания в бетон железной проволочной сетки. Монье называют отцом железобетона. К концу века железобетон стал экономичной заменой камня, поскольку производить бетон было, как правило, дешевле, чем добывать камни. В дополнение к своей цене и преимуществам в несущей способности, железобетон можно было формировать в различные формы, что позволяло инженерам добиваться эстетического выражения без значительного увеличения материалов, а соответственно и стоимости.

Жозеф Монье. Иллюстрация: Deutsches Museum München, allgemeinebauzeitung.de

В 1904 году мост через реку Изар в Грюневальде (Германия), спроектированный Эмилем Моршем для фирмы Wayss, стал самым длинным железобетонным мостом в мире – длиной 69 метров.

Идея предварительного напряжения бетона была впервые применена Эженом Фрейсине в его попытке спасти мост le Veurdre около Виши (Франция). Через год после завершения моста в 1910 году Фрейсине заметил, что его трехарочное детище движется вниз с пугающей скоростью. Плоская бетонная арка под собственной нагрузкой создавала огромные сжимающие силы, которые заставляли конструкцию со временем укорачиваться и, следовательно, двигаться вниз. Это явление – ползучесть бетона – могло в конечном итоге привести к разрушению арки. Решение Фрейсине заключалось в том, чтобы раздвинуть половинки арки в верхней части, поднять арку и дополнительно сжать бетон у опор, а затем залить новый бетон в пространства верхней части. К 1928 году опыт с мостом le Veurdre привел Фрейсине к предложению метода предварительно напряженного железобетона – строительного материала, способного сопротивляться растяжению-сжатию.

Мост le Veurdre. geodazner.blogspot.com

В годы после Второй мировой войны немецкий инженер и строитель Ульрих Финстервальдер разработал консольный метод строительства с предварительно напряженным бетоном. Мост Бендорф через Рейн в Кобленце (Германия) был завершен в 1962 году с тонкими опорами и центральным пролетом 202 метра. Метод двойной консольной конструкции сэкономил деньги за счет отсутствия лесов в воде, а также за счет уменьшения глубины балки и, как следствие, уменьшения материала там, где концы настила сходятся в центре.

Мост Бендорф. Фото: Cengiz Dicleli, structurae.net

Один из мостов Ульриха Финстервальдера из предварительно напряженного бетона. Фото: LandesBetrieb Mobilität Rheinland Pfalz, allgemeinebauzeitung.de

Еще один прекрасный мост Финстервальдера – мост Мангфалль (1959) к югу от Мюнхена, высокий мост с центральным пролетом 106 метров и двумя боковыми пролетами по 89 метров. Мост Мангфалль строили с параллельными балками и фермами из предварительно напряженного бетона, а также двухъярусной палубой. Она позволяла (и позволяет до сих пор) пешеходам проходить под проезжей частью и любоваться захватывающим видом на долину.

1. Мост Мангфалль, вид снизу. Фото: pixelcloud, fotocommunity.de
2. Фото: AHert, commons.wikimedia.org
3. Под проезжей частью. gemeinde-weyarn.de

Вантовые мосты

Начиная с 1950-х годов, с ростом популярности вантовых мостов, появился тип конструкции, который уже не выйдет легко классифицировать по материалу. Вантовые мосты предлагали проектировщикам множество возможностей не только в отношении материалов для настила и тросов, но и геометрического расположения тросов. Ранние примеры, такие как Стрёмсундский мост в Швеции (1956), использовали всего два троса, закрепленных почти в одной точке наверху башни и расходящихся веером для поддержки настила в далеко разнесенных точках.

Напротив, Оберкассельский мост, построенный через реку Рейн в Дюссельдорфе (Германия) в 1973 году, использовал одну башню в середине своих двух пролетов длиной 254 метра; четыре троса разместили параллельно.

Оберкассельский мост. Фото: Graphy Archy, flickr.com

Мост Фридриха Эберта в Бонне (Германия) 1966 года стал первым крупным вантовым мостом, в котором использовалось большое количество тонких тросов вместо относительно небольшого количества более тяжелых – техническое преимущество заключалось в том, что при большем количестве тросов можно было использовать более тонкую палубу. Такие многоканатные конструкции впоследствии стали довольно распространенными.

Современные рекордсмены

Современные мосты обычно строятся из бетона, железа и тросов. Они могут быть очень маленькими и невероятной длины – пересекать горы, реки, озера и даже моря. Самые грандиозные мосты строят в Китае, о них подробнее читайте здесь.

В Европе же самым длинным мостом пока остается Крымский мост через Керченский пролив, открытый Россией в 2018 году. Его длина – больше 18 км. В Америке самый длинный мост – мост-дамба через озеро Пончартрейн с длиной свыше 38 км.