Самые примечательные деревянные мосты в мире
Мы уже привыкли наблюдать за развернувшейся по всему миру гонкой высотного деревянного строительства. Однако современные технологии позволяют деревообработчикам бить рекорды не только по высоте, но и по длине, например, по перекрытым пролетам мостов.
Древесина, несомненно, старейший и наиболее широко применявшийся в прежние века материал для строительства мостов. Тем не менее в XX веке сталь и железобетон ее почти вытеснили из этой сферы. И если в других странах старые мосты благодаря защите конструкций сохранились, то в России они чуть ли не все утрачены.
Сейчас древесина возвращается в мостостроение в виде современных конструкций. Россия в этом процессе пока, к сожалению, почти не участвует, зато у наших специалистов есть возможность изучать чужой опыт и брать из него лучшее.
В предлагаемом обзоре на примере нескольких наиболее примечательных, по мнению автора, объектов в разных странах прослежена история развития деревянного мостостроения от старейшего (из сохранившихся) моста на деревянных фермах до современных автодорожных мостов из клееных деревянных конструкций. В обзоре представлены только существующие или планируемые к строительству мосты.
Мост Капельбрюкке (Kapellbrücke), Швейцария, 1365 год
Рис. 1. Мост Капельбрюкке (XIV в.) в швейцарском г. Люцерн
Рис. 2. Современный пешеходный деревянный мост в Швейцарии. Несущие конструкции защищены нержавеющей сталью и досками
Рис. 3. Мосты Кистоун-Уай в Южной Дакоте, США
Рис. 4. Мост на лесной дороге с самонесущей плитой из досок (stress-laminated deck)
Этот мост, название которого переводится с немецкого как «Часовенный мост», старейший в Европе, а также старейший в мире среди мостов на деревянных фермах. В 1993 году он пережил пожар. Его общая длина 275 м, максимальная длина пролета - 15 метров.
Переход от балок к деревянным фермам позволил мостостроителям увеличить свободные пролеты мостов - теперь они не были ограничены размерами исходных бревен и брусьев. В Швейцарии в базе данных деревянных мостов действующими числятся 1055, многие из них построены в XV-XIX веках. Проезд автотранспорта по этим мостам, как правило, запрещен, но ими до сих пор пользуются пешеходы и велосипедисты. Такая долговечность старинных швейцарских мостов обусловлена тем, что они были построены крытыми.
В настоящее время для предотвращения гниения деревянных конструкций применяют глубокую пропитку древесины биозащитными составами, защиту конструкций стальными листами (сверху) и обшивочными досками (сбоку), комбинирование деревянных конструкций с бетонной плитой, свесы которой защищают древесные элементы от осадков.
Автомобильная развязка Кистоун-Уай (Keystone Wye), США, 1968 год
Клееную древесину для строительства мостов в Северной Америке начали использовать со второй половины 1940-х годов, когда в промышленных масштабах было налажено производство влагостойких клеев. Однако настоящий прорыв произошел в 1966-1967 годах, когда клееные деревянные конструкции были использованы для строительства трехуровневой развязки федеральных шоссе (хайвеев) 16 и 16А в Южной Дакоте. Объект представляет собой два моста, расположенных один над другим. У верхнего моста, опирающегося на три клееные арки, длина пролета 47 м, даже сегодня эта величина впечатляет, если помнить, что мост автодорожный! Каждая арка изготовлена из двух полуарок, соединенных шарниром в вершине.
Мосты Кистоун-Уай на многие годы стали символом деревянного мостостроения в Соединенных Штатах. С тех пор в США было построено довольно большое число мостов из клееных деревянных конструкций. В 1989 году Сенатом США была одобрена инициатива по развитию деревянного мостостроения Timber Bridge Initiative, согласно которой предписывалось стимулировать использование в лесных регионах древесины как местного строительного материала для объектов транспортной инфраструктуры. Это решение положило начало масштабной национальной программе, в рамках которой финансировались разработки экономичных конструкций и методов строительства мостов из древесины, возведение экспериментальных и демонстрационных мостов.
Так, были разработаны конструктивные решения для мостов на лесных дорогах. Небольшие пролеты, короткий срок эксплуатации, низкая интенсивность движения - все это позволяет упростить конструкцию и сделать ее недорогой. Пролетное строение в этом случае может состоять только из самонесущего полотна, выполненного стягиванием поставленных на кромку досок (stress-laminated deck). Металлические шпильки также выполняют армирующую функцию. Плиту собирают в заводских условиях. Для повышения срока службы строения используют пиломатериалы, пропитанные под давлением. Поскольку эти конструкции хорошо показали себя в эксплуатации, сфера их применения была расширена и мосты с самонесущими полотнами эксплуатируют сегодня и на дорогах общего пользования. Для повышения несущей способности плиты стали изготавливать не из досок, а из клееных балок (stress-laminated glulam deck). Причем, как оказалось, целесообразно стягивать элементы в плиту не массивного сечения, а коробчатого или Т-образного. Плитами последнего из названных видов перекрывают пролеты длиной 25-30 м. В настоящее время это решение широко применяется и в других странах.
Рис. 6. Мост с самонесущей плитой дорожного полотна из клееных балок шведской компании Martinssons Trä
Рис. 5. Наращивание длины плиты, составленной из обычных пиломатериалов
Рис. 7. Самонесущие плиты коробчатого (а) и Т-образного (б) сечения из клееных балок (stress-laminated glulam deck)
Следует заметить, что сейчас в США насчитывается около 48 тысяч деревянных мостов и почти столько же мостов с деревянными плитами, уложенными на стальные балки.
Мост Вихантасалми (Vihantasalmi), Финляндия, 1999 год
Рис. 8. Мост Вихантасалми
К строительству именно деревянного моста через пролив Вихантасалми местные власти подтолкнуло желание подчеркнуть живописность места и тесную связь района с деревообрабатывающей промышленностью. У пролетов моста длина 21 + 42 + 42 + 42 + 21 м. Длина средних пролетов вдвое превысила максимальную длину пролетов всех мостов, возводившихся в Финляндии до этого. Ширина проезжей части - 11 м, ширина тротуара и велосипедной дорожки - 3 м. В результате у этого моста самая большая площадь дорожного полотна среди автодорожных деревянных мостов. Расстояние от водной поверхности до высшей точки моста (вершины деревянной фермы) составляет 31 м - это почти высота 11-этажного дома!
Клееные деревянные конструкции объемом 1050 м3 изготовлены компанией Vierumäen Teollisuus (в настоящее время - Versowood Group).
Этот проект стал настоящим прорывом в деревянном мостостроении, поскольку в ходе его реализации были разработаны и проверены решения, благодаря которым сегодня можно строить автодорожные мосты с большими пролетами. Прежде всего это сочетание в одной конструкции клееной древесины, стали и бетона; подобные технологии сейчас принято называть гибридными. Три средних пролета перекрыты треугольными клееными деревянными фермами, два крайних - клееными деревянными балками. Эти конструкции усилены поперечными металлическими фермами, что придает им дополнительную жесткость. Кроме того, деревянные элементы связаны через вклеенные в них наклонные крючковатые штыри с монолитной железобетонной плитой покрытия. Таким образом, элементы из трех материалов конструкции работают как одно целое. Все деревянные элементы подвергнуты глубокой пропитке антисептиками.
Норвежские мосты из клееной древесины, 2001-2012 годы
Рис. 9. Наклонные загнутые штыри, обеспечивающие сцепление железобетонной плиты с деревянной конструкцией (для дополнительного сцепления на поверхности клееного элемента сделаны зубчатые уступы)
Если составить рейтинг деревянных автодорожных мостов по величине пролета и общей длине, то первые три места будут принадлежать мостам из Норвегии. Еще несколько мостов из этой страны войдут в топ-15. В Норвегии считают, что архитектура, во-первых, должна отражать национальную культуру и идентичность, а во-вторых, быть основана на принципе гармонии с природной средой.
В 2001 году над р. Гломмой в г. Тюнсет был построен мост, который побил мировой рекорд по длине пролета автодорожных мостов из древесины. Длина главного пролета, протянувшегося над рекой, составляет 70 м, двух других - по 26,5 м, общая длина - 125 м. У моста две полосы для движения автотранспорта и одна - для пешеходов и велосипедистов. Дорожное полотно представляет собой плиту из досок, стянутых металлическими шпильками, подвешенную на тросах через стальные балки под несущими конструкциями из клееной древесины. В качестве этих несущих конструкций для малых пролетов устроены арки; для основного пролета использованы арочные фермы. Сечение элементов верхнего и нижнего поясов фермы - 700 х 600 и 700 х 560 мм, они получены склеиванием гнутоклееных заготовок, все диагональные элементы состоят из двух балок сечением 240 х 400 мм каждая. Элементы фермы собраны с помощью шлицевых (скрытых) соединений на металлических пластинах. Для жесткости при ветровых нагрузках верхние пояса ферм соединены горизонтальными подкосами. По данным норвежского лесотехнического института NTI, для защиты древесины основных конструкций было применено двойное импрегнирование: сначала пиломатериалы были пропитаны водорастворимыми антисептиками, а затем готовые элементы - креозотом, которым также пропитана древесина плиты. Кроме того, верхние пояса ферм и клееные арки других пролетов обшиты сверху медными листами. Для сооружения моста было использовано около 400 м3 клееных элементов, 200 м3 пиломатериалов для плиты дорожного полотна и 95 т стали.
Рис. 10. Главный пролет моста в г. Тюнсет
Рис. 11. Мост в г. Флиса
Рис. 12. Мост через оз. Мьеса (трехмерная модель)
Рис. 13. Пешеходный мост Леонардо да Винчи
В 2003 году над той же рекой в г. Флиса был открыт другой мост, параметры которого превзошли рекордные моста в г. Тюнсет. Длина максимального пролета этого моста - 70,3 м, а общая длина - 197 м. Мост во Флисе сегодня считается самым большепролетным деревянным автодорожным мостом в мире. Основные конструктивные решения, использованные для сооружения этого моста, аналогичны применявшимся при сооружении Тюнсетского моста: дорожное полотно из стянутых шпильками пиломатериалов (48 х 223 мм) подвешено под клееными фермами, применена глубокая пропитка древесины для клееных элементов водорастворимым антисептиком (хромистым арсенатом меди) и поверхностная пропитка готовых элементов креозотом. Всего для моста понадобилось 900 м3 клееной древесины и пиломатериалов и 200 т стали.
В 2012 году был открыт автодорожный мост Треттен с максимальным пролетом 70,2 м. Сегодня это второй в мире по длине пролета деревянный автодорожный мост; Тюнсетский мост на третьем месте. Мост Треттен был спроектирован в соответствии с требованиями Еврокода - общеевропейского свода норм и правил.
Но, возможно, в скором времени эти три моста оставит далеко позади по техническим характеристикам другой норвежский мост - через озеро Мьеса. Пока этот проект проходит согласования. Предварительный концепт предполагает, что общая длина моста с четырьмя средними пролетами длиной по 120 м будет 1650 м. Эти четыре пролета будут вантовыми, то есть пролетное строение, которое представляет собой гибридную конструкцию из клееных деревянных ферм и монолитной железобетонной плиты дорожного полотна, соединят тросами с пятью пилонами. Высота ферм будет достигать 6,8 м, а сечение деревянных элементов - 1100 х 1100 мм. Таким образом, в конструкции будут воплощены все передовые технологии деревянного мостостроения: склеивание клееных балок в крупные элементы с последующим соединением в ферму; гибридизация древесины с монолитным железобетоном; вантовые конструкции. Деревянная часть конструкции будет полностью спрятана под бетонной, что, вероятно, позволит обойтись без обработки деревянных конструкций креозотом и ограничиться глубокой пропиткой водорастворимым антисептиком, ведь в Норвегии, как и в других странах, пытаются отказаться от применения креозота для импрегнирования древесины.
Говоря о норвежских деревянных мостах, нельзя не упомянуть знаменитый Мост Леонардо да Винчи, построенный в 2001 году через шоссе в норвежской губернии Аскерхус, в 20 км от Осло. Этот пешеходный мост отличает невероятная пластичность форм. Художник Вебьорн Санд вдохновился эскизом моста, созданным Леонардо да Винчи в 1502 году. Современный вариант моста выполнен из клееных деревянных конструкций, а не из камня, его длина 109 м, а не 240 м, как в проекте знаменитого флорентийца. Основная конструкция моста состоит из трех арок с пролетами длиной от 45 до 55 м, причем крайние пролеты установлены с наклоном. Сечение арок не прямоугольное. Для достижения нужного эстетического эффекта элементы увеличенного сечения, полученные склеиванием гнутоклееных заготовок, обработаны на фрезерном станке с ЧПУ. Арки получены путем стыкования этих элементов на стройплощадке. Плита дорожного полотна изготовлена из гнутоклееных балок, стянутых стальными стержнями. Деревянные конструкции защищены от внешних воздействий покраской, а также облицовкой горизонтальных поверхностей металлическими листами.
Все деревянные элементы были изготовлены на предприятии норвежского деревообрабатывающего концерна Moelven. Общая стоимость проекта составила 12 млн норвежских крон (около $1,33 млн по курсу на момент строительства).
Любопытно, что по общему числу деревянных мостов - около 200 -Норвегия заметно уступает соседям - Финляндии и Швеции, в составе дорожной инфраструктуры которых более 800 деревянных мостов.
Мосты в г. Ломар, ФРГ, 2013-2014 годы
Рис. 15. Автодорожный мост в г. Ломар
Рис. 16. Пешеходный мост в г. Ломар
Построенный в 2014 году автодорожный мост через р. Аггер в земле Северный Рейн-Вестфалия может быть визитной карточкой инженерного бюро Miebach и завода деревянных конструкций Schaffitzel Holzindustrie. В мостах, спроектированных и построенных этим тандемом компаний, почти всегда применяются элементы увеличенного сечения, полученные путем склеивания обычных клееных элементов, так называемая блочноклееная древесина (blocklaminated wood). Производство и обработка подобных элементов - крайне трудоемкий процесс, предъявляющий к тому же особые требования к оборудованию, клеевым материалам и квалификации персонала. В индустрии ДКК в этом направлении работают лишь несколько предприятий в Германии и Норвегии. Однако для строительства деревянных мостов такие элементы наиболее перспективны.
При строительстве автодорожных мостов Miebach и Schaffitzel применяют гибридизацию деревянных элементов с дорожным полотном из монолитного железобетона, что также является общемировым трендом в деревянном мостостроении.
Общая длина моста в г. Ломар - 40 м, ширина - 4,75 м (включая автомобильную полосу 3 м). Длина главного пролета - 28 м. Пролетное строение представляет собой гибридную конструкцию из двух симметричных блочноклееных балок переменного непрямоугольного сечения и монолитной плиты из белого железобетона. Между балками предусмотрено свободное пространство для коммуникаций. Ограждения изготовлены из нержавеющей стали, поручни - из ацетилированной древесины, так называемой аккойя.
Расход основных материалов на сооружение моста составил: клееной еловой древесины класса GL32c - 112 м3, древесины аккойя - 1,8 м3, бетона - 66 м3.
В Ломаре же в 2013 году компании Miebach и Schaffitzel построили живописнейший вантовый пешеходный мост с S-образным в плане дорожным полотном. Общая протяженность моста - 62 м, ширина - 2 м. Конструкция моста представляет собой блочно-гнутоклееный элемент, подвешенный вантами на двух пилонах. Для его изготовления гнутоклееные балки склеили в крупные элементы, смонтировали на них ограждения, кронштейны для вантов и защитную обшивку из лиственницы. На площадке готовые секции соединили в S-образную конструкцию.
В качестве настила использовали плиты из белого гранита. Перила изготовлены из аккойя.
Мост в г. Анаклия, Грузия, 2012 год
Рис. 17. Пешеходный мост в г. Анаклия
Это самый длинный в Европе деревянный мост, его общая длина 540 м, длина максимального пролета - 84 м. Пролетное строение представляет собой пространственную ферму из клееных деревянных элементов, подвешенную в двух пролетах вантами на треугольной раме. Расход клееной древесины составил 650 м3. Изготовитель - германская компания Hess Timber. Ввиду транспортировки на большое расстояние элементы изготавливались длиной не более 13,5 м. На площадке их соединяли с применением патентованного метода компании Hess Timber: склеивания на зубчатые шипы с добавлением потайной накладки из бездефектной древесины на месте стыка.
Мост в г. Райнфельден, Германия/Швейцария, 2018 год
Каким вообще может быть свободный пролет пешеходного деревянного моста? В настоящий момент в Европе и Северной Америке длина пролетов не превышает 85 м, мировым же рекордсменом с результатом 141 м является подвесной велосипедный мост Мараматаха в Новой Зеландии (впрочем, сравнивать этот легкий узкий мостик с городскими пешеходными мостами некорректно). Но уже в следующем году рекордом станет 180 м - именно такой пролёт будет иметь подвесной пешеходный мост через р. Рейн, который возводится по проекту германского инженерного бюро Miebach.. Этот мост должен соединить два города с одинаковым названием Райнфельден - один в Германии, в земле Баден-Вюртемберг, другой в Швейцарии, в кантоне Аргау. Финансирование проекта осуществляется из бюджетов обоих регионов. Общая длина моста 213,5 м, ширина 4,5 м. Пролетное строение представляет собой пару соединенных блочноклееных балок, подвешенных на тросах между изогнутыми стальными «рогатками» 30-метровой высоты. Деревянная конструкция будет защищена обшивкой. Поручни изготовят из аккойи. Мощение предполагается плитами из белого гранита. Согласно расчетам, в деревянной конструкции моста будет законсервировано около 550 т CO2.
Рис. 18. Мост через р. Рейн (трехмерная модель)
Итак, деревянное мостостроение за рубежом активно развивается. Причем, как правило, деревянные конструкции оказываются дороже, чем стальные и железобетонные, для мостов с одинаковой длиной пролетов. Основным мотивом выбора древесины для местных властей и сообществ является желание создать эстетически привлекательную среду. Из этих же соображений в ландшафт стремятся добавить обзорные башни, фонари и даже опоры ЛЭП из клееной древесины. Но в то же время современные деревянные конструкции рассматриваются в мостостроении как... долговечная альтернатива стали и бетону. Так, обследования автодорожных мостов со стальными и бетонными конструкциями в Норвегии во многих случаях выявили их преждевременный износ, что заставило пересмотреть представления о наиболее долговечном материале для строительства мостов. Сталь ржавеет, железобетон крошится в растянутой зоне из-за ударных нагрузок. Строящиеся автодорожные мосты рассчитаны на 80, а то и 100 лет службы, и способность традиционных конструкций выдержать этот срок при возросших нагрузках все чаще ставится под сомнение. Древесина же при обеспечении биостойкости отлично справляется с ударными нагрузками. Большие возможности открываются при комбинировании материалов. Так, в деревянно-бетонных конструкциях бетонная плита работает в сжатой зоне, что положительно сказывается на ее долговечности. Стальные элементы в рассмотренных выше мостах имеют второстепенное значение и могут быть заменены в случае износа. А основная конструкция из клееной древесины защищена и работает в оптимальных условиях. Так что у деревянных конструкций в строительстве мостов большое будущее.
Артем ЛУКИЧЕВ
