Краткий очерк становления мостостроения как науки

Один из древнейших видов строительного дела – возведение мостов, требующее от инженера наличия вдохновенного творчества и пытливости ума. Только строители, создавая новые объекты, преобразуют облик нашей планеты. Их деятельность наглядно свидетельствует о целенаправленной разумной деятельности человека. Руками строителей возводятся многочисленные промышленные и гражданские постройки, мосты, аэродромы и космодромы, автомобильные и железнодорожные магистрали, линии электропередач, создаются другие уникальные объекты. Творцы мостов – наиболее искусный отряд громадной армии строителей. Как никакие другие сооружения, мосты всегда наглядно характеризовали уровень развития строительного искусства той или иной эпохи, той или иной страны.

Первым мостостроителем был доисторический человек. Для перехода ручья он укладывал через него упавшие деревья или выкладывал «кладку» из отдельных камней. Древний мостовик был и проектировщиком, и строителем, и пользователем своего моста. С древних времён мостостроением пройден путь от доступных для исполнения любым человеком примитивных конструкций и операций до создания сложнейших гигантских сооружений. В результате параллельного развития технической мысли и практического опыта, взаимно обогащающих и органично дополняющих друг друга, создалось большое многообразие современных мостовых переходов и технологий их возведения.

Что и из каких материалов сооружали первые древние строители? Конечно, жилища из подручных материалов. Для строительства стен таких жилищ постепенно придумали деревянные срубы и самую примитивную каменную кладку. А для перекрытий – бревенчатые настилы в местностях с достаточным количеством дерева и каменные своды там, где его не хватало.

Для решения новых практических задач люди прежде всего руководствуются своим накопленным опытом. Поэтому при возведении мостовых переходов через реки вначале использовались деревянные срубы и каменная кладка. Новые условия использования известных конструкций привели к созданию новых.
Сооружение моста через реку, по крайней мере, двуединая задача: для создания перехода реку нужно перегородить, а для нестеснения течения это делать нежелательно.

Естественно, что для решения противоречия выбирается компромисс – река перегораживается, но с обязательным оставлением просветов для пропуска речных потоков. Типичный облик древнего деревянного моста – опоры в виде деревянных срубов, перекрытые пролётными строениями в виде бревенчатых настилов. В каменных мостах – опоры из каменной кладки, пролётные строения – своды из камня или балочные перекрытия из брёвен.

Применение новинок всегда влечёт возникновение массы новых задач. Что получилось с каменными мостами? Для обеспечения свободного протекания реки нужно перекрытие с большими пролётами. Но чем длиннее пролёт свода, тем больше должна быть стрела его подъёма над водой, тем свод будет тяжелей и тем больше будут горизонтальные силы распора, действующие на опоры от пят свода. Для придания опорам необходимой устойчивости их приходится делать массивными и широкими, что полезно и для обеспечения устойчивости против напора воды. Так возникла классическая конструкция древнеримских каменных мостов с полуциркульными сводами и опорами, достигающими шириной половины пролёта свода.

Однако в данном случае логика инженерной мысли вступает в противоречие с природой, мешая прохождению воды по руслу реки. Стеснение речного русла широкими опорами приводит к сильному увеличению скорости течения под мостом, подмыву фундаментов опор и размыву берегов. Коварство течения рек на протяжении веков составляет для мостовиков сложнейшую проблему. Не парадокс ли, что большинство мостов Древнего Рима, возведённых из такого практически вечного материала как камень, разрушено реками. Так же случилось с большинством мостов, построенных по римским правилам в Средневековье. Для решения проблемы возникла техническая дисциплина – гидравлика мостов. Разрушительное действие воды и до сего дня остаётся одной из главных угроз для сохранности мостов.

А сколько сложностей включает сам процесс возведения мостовых опор в русле реки? Ещё в Древнем Риме кладку опор вели в шпунтовом ограждении из деревянных свай, забитых в дно так плотно друг к другу, что вода полностью вычерпывалась из такой ограды. Часто дно реки устлано непрочными грунтами – песком, супесью или илом, которые не выдерживают нагрузок от массивных опор. Как быть в таких случаях? Разрабатывать котлован в шпунтовом ограждении до прочных грунтов или забивать сваи сплошным частоколом и укладывать на них ростверк из камней или брёвен с дальнейшим ведением кладки опоры. Римляне применяли для этих целей тёсаный камень, причём настолько хорошо обработанный, что часто кладка велась без раствора, насухо.

Но возводить из тёсаного камня сплошной массив чрезвычайно трудоёмко и дорого. Для упрощения и удешевления из тёсаного камня стали возводить только наружные стены опор, а внутреннюю полость заполнять цементно-известковым бетоном. Но даже подобные усовершенствования не могли значительно снизить трудоёмкость постройки каменных мостов. Поэтому их возводили, в основном, только в городах, на постоянно используемых дорогах. Во время военных походов сооружали лёгкие наплавные мосты из дерева. Такие мосты, называемые «живыми», широко применялись на Руси, где дерево длительное время было практически единственным строительным материалом.

Русские мастера, при помощи только одного топора, возводили постройки, вызывавшие восхищение иностранцев совершенством исполнения. Помимо наплавных, на Руси использовались и постоянные мосты с опорами из заполненных камнем деревянных ряжей.

В 105 г.н.э. мост через Дунай был построен Аполлодором – знаменитым строителем из Дамаска. Каменные опоры с квадратным сечением 1818 м и высотой 40 м были перекрыты 21 пролётом длиной по 50 м. Для постройки трудоёмкого сооружения потребовалось множество рабочих и хорошая организация труда. Поэтому уже в то время для проектирования и строительства мостовых переходов нужны были специальные знания и навыки.

Современный процесс возведения мостов несравненно сложнее. Проектирование ведут специализированные проектные институты, а строительство – специализированные мостостроительные тресты. Например, в возведении Крымского моста задействовано почти 220 российских предприятий, а непосредственно на мосту задействовано более 30 мостостроительных отрядов, а это свыше 10 тыс. рабочих и 1,5 тыс. ИТР. На строительстве и проектировании мостов заняты специально обученные инженеры, которых издавна с почетом называют мостовиками. Не зря в среде мостовиков популярна шутка о наличии в их теле голубой крови, но, как известно, в каждой шутке немалая доля истины.

Специализация мостовиков на Руси образовалась ещё во времена Ярослава Мудрого. Их называли «мостниками». В период раннего средневековья в Европе, раздираемой феодальными междоусобицами, мосты чаще разрушали, чем строили. Только в эпоху Возрождения, с оживлением торговли, возобновляется строительство дорог и мостов. В то время мосты часто заполнялись торговыми постройками, превращаясь в своеобразные мосты-рынки.

Следует учитывать, что до позднего средневековья возведение мостов происходило по интуиции, «на глазок». Теории сооружений и прочности материалов не существовало. Автор проекта, его опыт и интуиция, были единственной гарантией надёжности сооружения. Именно этим объясняется существовавший долгое время обычай стояния автора под новым мостом при проезде по нему первого экипажа.

Неумение оценить несущую способность сооружения приводило к таким казусам, когда перед одним из каменных французских мостов кладь тяжёлых экипажей перегружали на ручные тележки и перевозили через мост по частям за солидную плату. Для этого на этом мосту содержали специальных работников. Происходило такое потому, что за постройку мостов в те времена часто брались архитекторы и строители, не имеющие достаточного опыта и знаний, а иногда и простые каменщики. Строительство мостов продолжалось десятилетиями.

В позднем средневековье бурный рост торговли между странами потребовал развития путей сообщения, резкого сокращения сроков постройки мостов и их удешевления. Во Франции 1 февраля 1716 г. был издан декрет, постанавливающий, что для улучшения путей сообщения организуется «корпус мостов и дорог», находящийся под руководством «первого инженера». В 1747 г. во Франции открылась Школа гражданских инженеров и Политехническая школа. С этого периода развитие искусства строительства мостов значительно ускорилось и оформилось как самостоятельная отрасль науки.

Прогресс в мостостроении осуществлялся различными путями. Прежде всего были пересмотрены жёсткие римские каноны конструирования каменных мостов. Один из «первых инженеров» Франции – Жан Родольф Перроне – усовершенствовал облик каменных мостов, применив более тонкие и пологие своды, что позволило довести величину пролётов этих мостов до 90 м. Им был разработан проект каменного моста с пролётом в 162 м. но возможности камня были исчерпаны.

Поэтому интенсивно начало развиваться конструирование мостов из дерева. В деревянные конструкции была перенесена идея свода в виде арок из перекрёстных или параллельных рядов. На проходивший в Лондоне конкурс проектов Кулибиным, русским изобретателем-самоучкой, был представлен проект деревянного моста через Неву с арочным пролётом в 300 м. Кулибину удалось рассчитать нагрузки на каждый элемент и построить модель моста в одну десятую натуральной величины, которая успешно прошла испытания в присутствии авторитетной комиссии. Но проект не был осуществлён. В XVIII и XIX вв. дерево составляло достойную конкуренцию как материал для сооружения мостов камню и металлам, но всё же уступило металлу, подарив ему свои конструктивные схемы.

Идея использования чугуна для мостов возникла во Франции. Но первый реальный мост из чугуна был построен в Англии через реку Северн у Брозлея в 1779 году с пролётом 30,6 м. В начале XIX в. в Европе развилось прокатное производство. В распоряжении строителей появились такие материалы как полосовое железо и проволока, которые были незамедлительно использованы в мостостроении. Проволока оказалась чрезвычайно удобным материалом для изготовления кабелей и подвесок висячих мостов. Висячие мосты с проволочными кабелями получают всё большее распространение в США, но для лёгких нагрузок.

В Европе, особенно в Англии, где началось интенсивное строительство железных дорог, велись поиски новых форм металлических мостов под тяжелые нагрузки. К середине XIX в. были разработаны надёжные соединения металлических деталей – болтовые и заклёпочные. В середине и во второй половине этого века происходило интенсивное развитие сквозных металлических ферм. Пролёты их быстро росли и к концу века достигли рекордной величины в полкилометра. В XX в. висячие кабельные мосты превзошли все другие виды мостов по величине перекрываемых пролётов.

Все статьи