Текст книги "100 великих чудес инженерной мысли"

Мост Акаси-Кайкио

5 апреля 1998 г. по мосту Акаси-Кайкио, соединившему главный японский остров Хонсю с островом Сикоку, проследовал первый автомобиль. В строй вступил мост-гигант – самый длинный подвесной мост и одновременно самый высокий мост в мире.

Идея строительства моста родилась в 1986 г., во время разработки плана, предусматривавшего соединение транспортных систем островов Хонсю и Сикоку. Главным препятствием для проектировщиков служил пролив Акаси, отделяющий остров Хонсю от небольшого островка Авадзи. Ширина пролива составляет 4 км при максимальной глубине 110 м (на участке строительства моста – 45 м), скорость течения превышает 4 метра в секунду. При этом оба берега пролива отличаются друг от друга по геологии: дно у побережья острова Авадзи устлано крупным – до 10–20 см в диаметре – гравием, а у побережья Хонсю его сменяет смесь песка и отвердевшего ила. Движение через пролив чрезвычайно интенсивно: ежедневно здесь проходит до полутора тысяч судов. И вот через этот оживленнейший морской «проспект» японским инженерам предстояло перебросить мост длиной в 4 километра!

Уже на этапе обследования морского дна водолазы столкнулись с серьезными трудностями: сильные глубоководные течения препятствовали работам. К тому же необходимо было гарантировать безопасность морского движения через пролив на протяжении всего срока строительства. Вдобавок в январе 1995 г. произошло 7,2-балльное землетрясение, эпицентр которого находился прямо в проливе Акаси! Природа как будто испытала постройку на прочность и невзначай внесла коррективы в план строительства: из-за землетрясения расстояние между пилонами моста «раздвинулось» на 1 метр. Так что теперь протяженность центрального пролета моста составляет 1991 м вместо запланированных 1990.

Как бы то ни было, японские инженеры блестяще справились со всеми трудностями. Правда, им пришлось отказаться от первоначальной идеи автомобильно-железнодорожного моста. В своем окончательном виде мост Акаси-Кайкио – целиком автомобильный.

Торжественная церемония закладки моста-рекордсмена состоялась в апреле 1988 г. Строительство заняло долгих 10 лет – с 1988 по 1998 год. К 1995 г. над проливом уже гордо возвышались две могучих башни-пилона высотой 297 метров каждая. Они оборудованы специальными демпфирующими устройствами, призванными противодействовать вибрации, вызываемой ветром. На сооружение башен ушло 12 400 тонн стали. Еще 57 700 тонн весят мощные стальные кабели, составляющие основу конструкции подвесного моста. Их общая длина составляет 300 000 километров.

До постройки Акаси-Кайкио самые длинные висячие мосты в Японии не превышали 1 км. Новый мост оказался почти в два раза длиннее. Однако, если центральный пролет увеличился, то и вся структура стала более восприимчивой к аэродинамическим нагрузкам. Чтобы оценить грозящую мосту опасность, японские инженеры построили его модель в масштабе 1: 100 и испытали ее в различных режимах. В итоге они заложили в мост запас прочности, позволяющий постройке противостоять ветрам, несущимся со скоростью 80 метров в секунду!

Главные башни моста передают вес 120 000-тонного сооружения к мощным бетонным опорам, имеющим диаметр 85 метров и уходящим на 60 метров вглубь морского дна. Специально для них был разработан новый тип бетона – «подводный неразрушающийся бетон». Для сооружения каждой опоры потребовалось 140 000 кубометров этого чудо-бетона. Они способны с успехом противостоять морским течениям и выдержать удар землетрясения силой до 8,5 баллов по шкале Рихтера.

Основные работы были завершены в 1997 г. Самый длинный подвесной мост в мире имеет шесть полос движения – по три в обе стороны. Его общая протяженность составляет 3910 метра. Мост соединяет острова Хонсю, Авадзи и Сикоку и, включившись в общенациональную дорожную сеть, способствует развитию западных областей Японии.

Мост Татара

Система мостов, связывающих острова Хонсю и Сикоку, стала частью большого проекта, призванного сформировать единую сеть автомагистралей и скоростных железных дорог в Японии. На западе с 1999 г. эту роль выполняет мост Татара – самый большой вантовый мост в мире.

Вантовый мост – мост с основной несущей конструкцией в виде висячей фермы, выполненной из стальных тросов-вантов. Жесткое дорожное полотно поддерживается тросами, закрепленными непосредственно на опорах. Использование высокопрочных стальных тросов позволяет экономить материалы, снизить затраты, а также делает конструкцию более легкой. Вантовые мосты в наши дни считаются самой прогрессивной системой мостовых конструкций, наиболее выгодной с экономической точки зрения. В широких масштабах их стали возводить начиная с 1950-х гг.

Необходимость постройки моста была связана со строительством автомагистрали «Нисисэто», соединившей густонаселенный район Хиросимы с западной частью острова Сикоку. Строителям магистрали предстояло пересечь Внутреннее Японское море – Сэто. Первоначально предполагалось, что мост будет висячим, но затем было решено строить мост вантовым.

Одной из главных задач являлось обеспечение аэродинамической стабильности моста. Тихоокеанские тайфуны – серьезное испытание для любой конструкции. Сперва инженеры и ученые моделировали различные ситуации на компьютере, потом перешли к практическим испытаниям образцов, сделанных в масштабе 1:50 и 1:200, в аэродинамической трубе. Учитывалось все: топография местности, господствующие ветра, сейсмические нагрузки, скорость морского течения… Модель моста подвергли даже «испытанию дождем», подставив под струи воды, сила которых была сопоставима с силой ливня, приносимого океанскими бурями. Наконец, проекту был дан зеленый свет.

Строительство началось в апреле 1995 г. В проливе, разделяющем оба острова, появились плавучие краны, проходческое оборудование, строительная техника. Почти год ушел на то, чтобы соорудить мощные бетонные основания и установить нижние блоки главных башен моста. А с марта 1996 г. на протяжении трех месяцев велся монтаж двух 226-метровых стальных башен. Они имеют вид перевернутой латинской буквы «Y». Проектировщики пришли к выводу, что такая форма повышает сопротивляемость башен к ветровой нагрузке. Кроме того, она хорошо вписывается в окружающий ландшафт.

Последние блоки башен были установлены в конце июня 1996 г. А в феврале 1997-го началась сложная работа по монтажу главной балки центрального пролета: согласно проекту его протяженность должна была составлять 890 м! Высота балки в средней части пролета составляет 2,7 м, а общий вес конструкции – 16 401 т. Когда работа по ее монтажу уже была близка к завершению, внезапно налетевший тайфун подверг постройку первому реальному испытанию на прочность. Скорость ветра достигала 26 м/сек. Но все конструкции устояли, и это вселило в строителей окончательную уверенность в надежности моста. Впрочем, когда монтаж всех частей был окончательно завершен, мост еще раз проверили на вертикальную и горизонтальную вибрации. Все характеристики оказались в норме и вполне соответствовали проектным.

Мост Татара был открыт для движения 1 мая 1999 г. Его общая протяженность составляет 1480 м – это мировой рекорд для вантовых мостов. Мост состоит из трех пролетов. Протяженность центрального составляет 890 м, двух других – 270 и 320 м. Общий вес стальных конструкций моста – 37 530 тонн.

Сегодня по мосту Татара в четыре ряда движется поток автомашин. Максимальная разрешенная скорость для них – 80 км/час. Помимо этого мост имеет дополнительные дорожки для велосипедов, мопедов и пешеходов.

Мост Васко да Гама

Мост Васко да Гама в Лиссабоне, построенный к открытию всемирной выставки «Экспо-98» стал одним из последних грандиозных сооружений ХХ в. Это самый длинный мост в Европе.

До 1998 г. север и юг португальской столицы соединял лишь один мост – мост 25 Апреля. К концу ХХ столетия нагрузки на это красивое, очень изящное сооружение, стрелой перелетающее через реку Тежу (Тахо), настолько возросли, что потребность в строительстве нового моста стала совершенно неотложной. В 1991 г. португальское правительство приняло решение о строительстве нового моста через Тежу.

Проектирование моста заняло годы, а строительство – всего 8 месяцев. Это мировой рекорд для конструкций подобного масштаба. А масштабы моста действительно впечатляют. Его общая протяженность составляет 17,185 км, в том числе над водой – 10 км. Ширина моста – 31 метр. Высота над поверхностью воды составляет 14 метров, а на центральном участке она возрастает до 47 метров – это необходимо для пропуска судов. Центральный участок сделан подвесным и имеет длину 420 метров. 192 стальных троса, составляющие опору этого участка моста, удерживают могучие Н-образные пилоны 155-метровой высоты. Остальные участки моста имеют консольную конструкцию, в их основе лежат бетонные балки коробчатого сечения.

Мост, получивший имя великого португальского мореплавателя Васко да Гамы, был построен в 1995–1998 гг. и открыт в дни работы Всемирной выставки «Экспо-98». На торжественной церемонии открытия присутствовали президент Португалии Жоржи Сампайо, представители Европейского союза, дипломатический корпус, многочисленные гости – всего 1400 человек.

Новый мост значительно разгрузил движение по старому мосту 25 Апреля и завершил автомобильное кольцо вокруг Лиссабона. Сегодня он обеспечивает надежную связь между севером и югом Португалии.

Мост Мандевилл и Метайри

Огромный мост-дамба, переброшенный через озеро Понтчартрейн (штат Луизиана, США), на сегодняшний день удерживает абсолютный рекорд по протяженности среди мостов всех типов – 38 422 м. Это и один из самых старых мостов в США, сооруженных из предварительно напряженного бетона.

Озеро Понтчартрейн раскинулось на площади 610 квадратных миль к северу от Нового Орлеана. Озеро мелководно (средняя глубина – около 5 м), заполнено морской водой и соединено с Mиссисипи узким проливом.

Мост через Понтчартрейн был построен в 1956 г. Он пролег между городками Метайри на южном берегу и Мандевилл на северном берегу и стал частью автомагистрали, соединяющий Новый Орлеан с северными штатами страны. Первоначально мост состоял из одного путепровода, по которому было организовано двухполосное движение. В 1965–1969 гг. параллельно ему на расстоянии 25 м был проложен второй путепровод, и с тех пор движение по мосту осуществляется в два ряда в обе стороны. Семь поперечных проездов соединяют обе части моста – чтобы на случай аварийной ситуации автомобили могли объехать опасную зону или создавшийся затор.

Оба моста-близнеца поддерживаются более чем 9500 полыми цилиндрическими столбами из предварительно напряженного бетона, каждый 1,4 м в диаметре. При этом расстояние между опорами незначительно – у «старшего» моста, построенного в 1956 г., оно составляет 17,1 м, у «младшего» – 25,5 м. Длина самого большого пролета – 55 м. Ширина обоих путепроводов составляет 8,6 м.

До 1999 г. проезд через мост был платным с обеих сторон. Однако из-за этого на южной стороне моста, со стороны Нового Орлеана, постоянно скапливались огромные пробки. Тогда пункт сбора пошлины на южном берегу упразднили, и движение с юга на север стало бесплатным. Правда, пошлину на северном берегу увеличили при этом в два раза…

Сбором пошлины ведает специальная комиссия. Она же следит за безопасностью движения по мосту. Особую опасность для автомобилистов представляют туманы, ветры и грозовые дожди. Радиостанция моста постоянно информирует водителей о текущих погодных условиях и условиях видимости, об опасностях и затруднениях, поджидающих на долгом – почти 40-километровом! – пути. Через каждые 3 мили на мосту установлены телефоны-автоматы, чтобы в случае аварии, поломки, несчастного случая или другой критической ситуации водитель мог немедленно связаться со службой безопасности дорожного движения.

В обоих концах моста устроены специальные смотровые площадки для туристов, желающих посмотреть на жизнь пернатых обитателей озера Понтчартрейн в естественных условиях, и 2000 м ограждения, призванного устранить столкновения между автомобилями и птицами.

На сегодняшний день этот самый длинный мост в мире уже является функционально устаревшим, однако постройка нового путепровода, по оценкам специалистов, встанет в весьма изрядную сумму. Поэтому сегодня дорожники предпочитают ремонтировать старый мост, который еще отнюдь не исчерпал всех своих возможностей. В ходе ремонтных работ, проводившихся в 1996–1997 гг., потребовалось устранять нарушенную герметичность почти 500 опор. Большая часть выявленных дефектов находилась ниже уровня воды, поэтому работать здесь пришлось в основном водолазам. Программа восстановления моста была закончена в конце лета 1997 г.

Мост Эразма

В тех случаях, когда мосты строятся через судоходные реки, высота их должна быть такой, чтобы не мешать движению судов. Однако постройка очень высоких мостов обходится весьма дорого и, как правило, сопряжена с проблемами безопасности. Поэтому чтобы создать возможность свободного прохода судов, строители прибегают к иной мере: строят мосты подъемные, рычажные и разводные.

Во всем мире построено немало мостов подобного рода. А мостом-рекордсменом в этой категории на сегодняшний день является мост Эразма в Роттердаме, втором по величине городе Голландии, гавань которого является самым крупным по грузообороту портом в мире.

Автором проекта моста Эразма стал молодой голландский архитектор и инженер Бен ван Беркель. Чтобы ускорить процесс и установить тесные рабочие отношения между всеми вовлеченными в него сторонами, разработка проекта велась параллельно с изготовлением необходимых элементов конструкции.

Работу над проектом ван Беркель начал в 1989 г. А с 1994 г. над рекой Маас начали вырастать конструкции будущего моста: пять по-разному оформленных бетонных пилонов, парапеты, лестничные площадки, детали и узлы креплений, вспомогательное оборудование… Центральный 139-метровый пилон стал настоящим маяком в панораме Роттердама. Из-за белоснежного цвета и асимметричной изогнутой формы, напоминающей силуэт птицы на воде, жители Роттердама прозвали его «Лебедем».

Свое название мост получил по имени Эразма Роттердамского, великого уроженца города. Мост сооружен из стали и бетона. В нем соединились сразу две конструкции: одноопорный подвесной мост и 82-метровый разводной мост. Настил поддерживается сетью стальных кабелей; протяженность центрального пролета составляет 279 м, а общая длина моста – 792,5 м. Широкие бетонные лестницы ведут от автомобильной стоянки у северной стороны моста, продлевая кривую его изгиба до уровня тротуара и придавая входу на мост вид амфитеатра. Ночью мост освещается сотнями огней, и в ночном небе вырисовывается его легкий, почти нематериальный силуэт.

В сентябре 1996 г. королева Нидерландов Беатрис при большом стечении публики торжественно открыла движение по новому мосту. Однако, когда мост вступил в строй, обнаружилось, что под ударами ветра сеть кабелей сильно вибрирует. Чтобы устранить проблему, пришлось усиливать систему демпфирования.

Очень быстро мост стал таким же символом Роттердама, как Эйфелева башня для Парижа или статуя Свободы для Нью-Йорка. И сегодня уже невозможно представить себе панораму города без легкого, взлетающего силуэта моста Эразма.

Мост Конфедерации

Мост Конфедерации – самый длинный в мире из числа мостов, проложенных над морем. Он связывает остров Принца Эдуарда, лежащий в проливе Святого Лаврентия, с материковой частью Канады – побережьем провинции Нью-Брансуик. Это один из наиболее современных и самых известных мостов в мире.

Много лет жители острова Принца Эдуарда мечтали о постоянной связи с материком. Этот остров присоединился к Канадской Конфедерации в 1873 г. В качестве одного из условий объединения федеральное правительство обещало установить постоянное сообщение острова с материком через пролив Нортумберленд. В 1917 г. в строй была введена постоянная паромная линия через пролив Нортумберленд, которая оставалась в действии в течение более 80 лет. На один рейс парому требовалось около 3 часов, а зимой это путешествие порой превращалось в опасное приключение.

Мысль о постройке моста через пролив долгое время считалась фантастической: ширина пролива в самом узком участке составляет почти 12 км! Многие полагали, что эта идея еще долго будет оставаться неосуществимой. Даже предложение построить туннель под морским дном казалась более привлекательным. Однако мысль о мосте продолжала витать в воздухе, пока наконец, технологии 1990-х гг. не позволили этой мечте осуществиться.

Сооружение моста Конфедерации было начато осенью 1993 г. Численность строительного персонала в пиковый период работ составляла 2079 рабочих и 415 инженеров и техников.

Мост Конфедерации протяженностью 12,9 км стал самым длинным мостом в мире, проложенным над морем. Он состоит из трех частей: западного подъездного моста протяженностью 1,3 км, восточного подъездного моста – 0,6 км и главного моста – 11 км. Высшая точка моста – 60 м выше поверхности воды – находится в так называемом навигационном промежутке, предназначенном для прохода под мостом крупных морских судов.

Проектный срок жизни моста был определен в 100 лет. Все основные его части изготовлены из сборного железобетона. Фермы моста представляют собой сборные железобетонные конструкции коробчатого сечения размерами от 4,5 до 14 м в ширину и до 190 м в длину. Средняя длина промежутка между опорами составляет 250 м. Монтаж конструкций велся с использованием мощного плавучего крана «Сванен». С его помощью было за 18 месяцев установлено 175 основных элементов моста. Монтаж последнего узла завершился 19 ноября 1996 г.

Ширина моста составляет 11 метров. Он имеет две полосы шириной 3,75 метра для движения в каждом направлении со скоростью не более 80 километров в час, и два тротуара шириной 1,75 метров на каждой стороне. Проектировщики предусмотрели и сервисный коридор, где проложены телефонные, электрические и прочие коммуникации, соединяющие остров с материком.

Через каждые 750 метров на мосту установлены аварийные посты, оборудованные телефонами, огнетушителями и сигнальной кнопкой, с помощью которой можно немедленно вызвать аварийные службы. В целях безопасности мост оснащен камерами круглосуточного видеонаблюдения и имеет бетонный барьер между проезжими частями встречных направлений высотой 1,1 метров, чтобы защитить автомобили от встречного столкновения. Полотно дороги освещают 310 уличных фонарей.

Мост построен с небольшим двойным изгибом, в виде S-образной кривой. Это сделано для того, чтобы водители не теряли бдительности во время движения. Эксперты считают, что аварии чаще случаются на прямых участках дороги. Дорожная поверхность покрыта особой долговечной битуминозной смесью, которая минимизирует разбрызгивание воды из-под колес транспортных средств во время дождя и обладает высокими дренажными свойствами. Общий вес дорожного покрытия составляет 27 000 тонн.

Первое транспортное средство пересекло мост Конфедерации 31 мая 1997 г. в 5 часов 15 мин. Только лишь в первый день после открытия тысячи людей совершили прогулку по мосту, а многие даже пересекли его из конца в конец – и это при том, что длина сооружения составляет 12,9 километра!

Мост Рафтсундет

Заполярная Норвегия – суровый край гор, водопадов и ледников. Десятки островов, крупных и мелких, рассыпались вдоль всего побережья Нордланда – «Северной страны», лежащей за полярным кругом. Когда-то добраться сюда можно было только по морю, но сегодня северные острова связала с материком сеть современных автомагистралей. Правда, для этого пришлось решить немало технических проблем. Одним из таких решений стала постройка моста через морской пролив Рафтсундет. Этот мост вошел в международную книгу рекордов Гиннесса как самый длинный в мире железобетонный мост с балочным пролетом.

Рафтсундет – узкий, на редкость живописный 25-километровый пролив, разделяющий два главных острова Лофотенского архипелага, Аустваагёй и Хиннёй. Это один из постоянных маршрутов пассажирских судов, совершающих рейсы между северными норвежскими островами и материком. Постройка моста через пролив стала частью большой программы строительных работ, призванных связать Лофотенские острова с континентальным побережьем Норвегии.

В 1991 г. дирекция общественных путей сообщения Нордланда объявила конкурс на лучший проект моста через пролив Рафтсундет. Рассмотрев представленные на конкурс проекты, жюри решило, что наиболее подходящим решением станет бетонный балочный мост с непрерывной горизонтальной кривой, предложенный инженерами фирмы «Аас-Якобсен» из Осло. Его лаконичный силуэт лучше всего вписывался в суровый северный ландшафт пролива Рафтсундет.

Подходящее место для постройки моста было найдено в 2 км к югу от северного входа в пролив. Лежащий здесь небольшой островок Гуннарбаатен мог послужить дополнительным подспорьем для строителей: это позволяло реализовать проект моста с длинными пролетами и немногочисленными опорами, целиком стоящими на сухой земле. Последний фактор немало способствует долговечности сооружения – бетонные конструкции не соприкасаются с соленой морской водой, которая, как известно, служит сильнейшим стимулом для коррозии.

Высокие горы, окружающие пролив, создают настоящую «аэродинамическую трубу», и прежде чем разрабатывать окончательный проект моста, требовалось досконально изучить своенравный характер здешней природы. Для этого норвежские инженеры установили на острове Гуннарбаатен 30-метровую мачту с тремя независимыми датчиками, регистрирующими скорость ветра. Электрические сигналы от датчиков поступали на компьютер, который вычислял среднюю скорость ветра за каждые 10 минут, скорость порывов ветра, его интенсивность и направление ветра в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Каждая 30-минутная серия измерений стартовала автоматически.

На основании всех измерений и расчетов было установлено, что на уровне ферм будущего моста максимальная скорость ветра может составлять 52,9 м/с в перпендикулярном направлении и 56,4 м/с в продольном направлении. На всякий случай проектировщики заложили в свое детище такой запас прочности, что мост способен противостоять урагану, несущемуся со скоростью 60 м/сек. Эти расчеты подтвердились уже в ходе строительных работ, в сентябре 1996 г., когда через пролив Рафтсундет пронесся мощный ураган «Фроде».

Сооружение моста началось весной 1996 г. Мост построен методом свободной консоли и состоит из четырех пролетов протяженностью 86, 202, 298 и 125 м соответственно. Общая длина моста – 711 м. По двум показателям – длине центрального пролета (298 м) и общей протяженности – мост Рафтсундет не имеет пока себе равных в мире в категории железобетонных мостов.

Центральный пролет сооружен из высокопрочного и одновременно легкого бетона марки LC60, а боковые пролеты и опоры – из бетона нормальной плотности C65. Фермы моста имеют коробчатое сечение с переменной высотой и постоянной шириной. Максимальная высота короба составляет 14,5 м, а минимальная – 3,5 м. Все опоры моста стоят на твердом скальном основании, выше морского уровня, частью – на острове Гуннарбаатен. Каждая пара опор-близнецов имеет монолитные связи в вершине и основании. Высота центрального пролета – 45 м – позволяет свободно проходить под мостом крупным морским судам.

Все работы по строительству моста Рафтсундет были завершены осенью 1998 г. 6 ноября 1998 г. по нему открылось регулярное движение. Через мост проложены две полосы для автомобилей и два пешеходных тротуара, общая ширина настила составляет 10,3 м.