Мосты

Что лучше для мостов — бетон или сталь?

Новый метод возведения мостов: полудуги моста через р. Арген в местности Альгей на юге Германии сначала нарастили бетонированием в вертикальном положении, затем их на прочных тросах опустили и состыковали

Как бы велико ни было восхищение гигантскими стальными фермами арочных мостов и их создателями, сегодня эти конструкции уже устарели и выглядят памятниками прошлого. При строительстве современных мостов и эстакад предпочтение отдается такому строительному материалу, как бетон, хотя эпоха стали в мостостроении отнюдь не миновала.

Современные мосты создаются из комбинации материалов, соединяющей лучшие качества камня и стали, — из железобетона. Ведь сколь идеальной ни кажется современная вязкая сталь, у нее все же есть два существенных недостатка: она по-прежнему дорога и требует каждые несколько лет нового антикоррозийного покрытия, что тоже обходится недешево.

«Искусственный камень» придумал в 1824 г. английский предприниматель и строитель Джозеф Эспдин. Новое вяжущее средство он назвал «портландским цементом». Цемент смешивали с водой и щебенкой и заливали в деревянную опалубку, где он затвердевал. Этот бетон очень прочен при сжатии. Он послужил, к примеру, материалом для 50-метрового арочного моста через Дунай возле Мундеркингена и железнодорожного моста через Иллер возле Кемптена в земле Баден-Вюртемберг.

Но лишь изобретательному садовнику, французу Жозефу Монье, в 1867 г. пришла идея сделать бетонные конструкции прочнее, закладывая в них железные стержни.

Камень и металл как бы поделили между собой работу: силы сжатия взял на себя бетон, а растягивающие усилия — железо или сталь.

Монье делал вначале лишь вазоны для цветов, которые благодаря его методу получались легче и прочнее. С тех пор закладываемая в раствор цемента и песка железная арматура получила название «железо Монье» (хотя сегодня арматуру изготовляют из стали). Но с 1873 г. он стал добиваться более широкого внедрения своего изобретения, и после нескольких лет скептического отношения к новшеству мостостроители признали этот материал и стали строить арочные и небольшие балочные мосты из железобетона.

Недостатки у железобетонных мостов все-таки оставались: при растягивающей нагрузке бетон не поспевал за сталью, и потому в балках появлялись трещины, пропускавшие влагу, и арматуре угрожала ржавчина.

Кроме того, строительство большого моста требовало очень крупных дополнительных затрат. Как и при возведении моста из естественного камня, плотникам приходилось сколачивать прочные дорогостоящие деревянные кружала. На них опирали деревянную опалубку, по форме похожую на ванну, затем внутрь ее укладывали «железо Монье». Наконец, формы заполняли бетоном, ждали, пока он затвердеет, и лишь тогда разбирали опалубку и кружала.

Что такое преднапряженный бетон?

Дорогостоящие кружала, которые использовались только во время строительных работ, с одной стороны, давали возможность возвести нужные конструкции, с другой стороны — добавляли трудности в работу мостостроителей. Только в конце XIX в. Жозеф Мелан сконструировал стальные кружала, которые при бетонировании служили арматурой. Однако мечта мостостроителей о том, чтобы совершенно избавиться от кружал, осуществилась лишь после того, как француз Эжен Фрейсине изобрел предварительно напряженный железобетон.

На нижней стороне бетонной балки при нагрузке образуются трещины. Стальная арматура принимает это растягивающее усилие на себя, особенно в том случае, если она предварительно напряжена

Идея в своей основе проста. Если бетонную мостовую балку нагрузить, то сначала она лишь немного прогнется, но вскоре на ее нижней стороне возникнут такие большие растягивающие напряжения, что балка даст трещины и сломается. Если же балка сделана из железобетона, то на этой стадии вмонтированная в нее стальная арматура принимает растягивающие усилия на себя. Однако образование трещин можно предотвратить и другим способом: бетонную балку в продольном направлении стягивают так сильно, что силы сжатия превышают растягивающие усилия, возникающие при нагрузке. В этом случае в опалубку нижней части балки, где растяжение особенно велико, закладывается несколько труб, а в них — тросы из высокопрочной стальной проволоки, которые до затвердения балки еще свободны. Только после затвердевания бетона эти тросы с помощью гидравлических прессов натягивают и концы их закрепляют (см. рис. вверху). Так в бетоне возникает так называемое внутреннее напряжение сжатия. После этой операции трубы, куда введены тросы, тоже заполняют цементным раствором, который прочно соединяет тросы с бетоном и одновременно защищает их от коррозии. Теперь балку можно нагружать, и она не даст трещин.

Сегодня с помощью этой техники строятся очень легкие и элегантные мосты, так как при одинаковой несущей способности балки из предварительно напряженного бетона тоньше и легче, чем железобетонные.

Мосты Санкт-Петербурга

Когда большой город расположен на множестве островов, то мосты, конечно, играют в нем очень важную роль. Именно так обстоит дело в Санкт-Петербурге: он лежит в дельте реки Невы, состоящей из нескольких рукавов и изрезанной сетью естественных и искусственных каналов, так что без огромного количества мостов (сейчас их около 800!) городская жизнь здесь была бы просто невозможной. И однако начиналась она без всяких мостов.

Царь Петр I в начале XVIII в. перенес столицу России из Москвы на берега Невы для выхода в Балтийское море и решил сделать из русских нацию мореходов. Чтобы приучить их жить на воде, жителям новой столицы было запрещено передвигаться внутри города по суше, а велено только по рекам и каналам. Образцами для Санкт-Петербурга царь избрал Амстердам и Венецию. Оба эти города были прорезаны таким множеством каналов, что жители их передвигались в основном по воде. Но и мостов там было очень много. Самый первый мост был и самым простым: на деревянных сваях и с бревенчатыми пролетами. Его берегут и по сей день как историческую ценность и все время подновляют — ведь дерево быстро гниет в пресной воде. Позже царь велел делать мосты по голландскому образцу — подъемными, чтобы пропускать суда. Мосты эти были очень похожи на те, что показаны на с. 40. Поскольку они были деревянными, то к концу XVIII в. совсем обветшали. В 1780-х гг. при императрице Екатерине II многие мосты построили заново, уже из камня, хотя средний пролет делали опять деревянным и подъемным. В конце XIX в. его всюду заменили неподвижным — каменным или металлическим, но на память о старине оставили цепи, которыми раньше поднимался деревянный пролет. Два таких удивительно красивых моста, Чернышев и Старо-Калинкин, с башенками (в них когда-то работал подъемный механизм) и цепями, стоят на Фонтанке.

Аничков мост в Санкт-Петербурге

Один из таких мостов, Аничков, имел необычную судьбу. Сперва он тоже был с башенками и цепями. Но скоро он стал тесен — ведь по нему Фонтанку пересекала главная улица Петербурга, Невский проспект. Около 1840 г. его построили заново, во всю ширину улицы, но уже без башенок. Вместо них по углам моста поставили четыре крупные скульптурные группы, изображающие борьбу человека с конем. Их отлил из бронзы скульптор барон Петр Клодт. Эти замечательные скульптуры делают Аничков мост одним из красивейших в мире.

Вообще форме и убранству петербургских мостов придавали в XIX в. такое большое значение, что до сих пор они — лучшее украшение города. Каждый старинный мост — настоящее произведение искусства. Были среди них и арочные, и подвесные на цепях, с устоями в виде львов (Львиный мостик) или грифонов (Банковский). На многих стояли красивые фонари и ограждающие решетки. Благодаря этим небольшим, изящно выгнутым мостикам, переброшенным через многочисленные каналы, Петербург еще 200 лет назад прозвали Северной Венецией. Среди петербургских мостов был один — в XVIII в. его называли Зеленым, в XIX в. Полицейским, а сейчас Народным, — который собрали в 1808 г. из стандартных чугунных ячеек — кессонов, точнее — его пологую сегментную арку, составлявшую маленький отрезок очень большой окружности. Кессоны изобрел шотландский инженер Уильям Гесте. Кессон похож на ящик или открытую коробку от торта, только с разными стенками — из них две противоположные чуть-чуть наклонены к центру. Если кессоны перевернуть вверх дном и наклонные стенки стянуть болтами, то кессоны составят арку. Ее прямые боковые стенки можно стянуть болтами со следующей точно такой же аркой, и так образуется мост нужной ширины. Кессоны для этого моста отлили на заводе, а соединили уже на месте. Строить было удобно, быстро, мост получился прочный, но годился только для небольших пролетов. Поэтому мостов такой конструкции много на узких петербургских речках.

Банковский мост

Эрмитажный мост

Однако для Невы, ширина которой доходила до 1200 м, а в самом узком месте была около 400 м, требовалось что-то совсем другое. Сперва через Неву переправлялись только на лодках, но после смерти Петра I губернатор Петербурга князь Александр Меншиков построил в 1727 г. возле своего дворца наплавной (на баржах) Исаакиевский мост через Неву. В начале XIX в. навели еще несколько длинных мостов того же типа. Но на зиму их приходилось разбирать, иначе невский лед разнес бы их в щепки. Только в середине XIX в. по проекту известного российского инженера Станислава Кербедза был построен вблизи от Исаакиевского первый постоянный мост через Неву, Благовещенский (Николаевский), длиной 365 м, на чугунных арках и каменных опорах. Одно из его пролетных строений было разводным. В конце XIX — начале XX в. построены все крупные мосты через Неву в центральной части города. Самый оригинальный из них — мост Петра Великого (1908–1911 гг.). Его проезжая часть подвешена к металлическим аркам, имеющим пролеты около 150 м, а центральный короткий пролет разводной: он разрезан посередине, и его половины, как крылья, поднимаются кверху вместе с трамвайными рельсами и фонарями. Таким же образом разводятся и другие большие мосты. Происходит это по ночам, чтобы пропустить грузовые суда. Когда все невские мосты раскрыты, они представляют собой поразительное зрелище, и кто однажды видел это, уже не сможет забыть.