Конструкции и виды мостов. Русские деревянные мосты Деревянные мосты

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

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.

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

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 м 3 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

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 м 3 клееных элементов, 200 м 3 пиломатериалов для плиты дорожного полотна и 95 т стали.

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 м 3 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

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 м 3 , древесины аккойя - 1,8 м 3 , бетона - 66 м 3 .

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

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 м 3 . 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 CO 2 .

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

Деревянные мосты возводят на автомобильных дорогах при пересечении небольших рек и оврагов.

Деревянные мосты (рис. 9.10) простейшей балочной малопро­летной конструкции имеют наиболее широкую область примене­ния. На автомобильных дорогах применяют в некоторых случаях мосты более сложной конструкции пролетом до 60 м.

Малопролетные деревянные мосты применяются изредка в железнодорожном строительстве. Они дешевы, возводятся в ко­роткие сроки, и их сооружение, особенно в районах, где древе­сина является местным материалом, вполне оправдано.

Главным недостатком деревянных мостов является опасность.

Рис. 9.10. Деревянные мосты:

а - балочный; б - подносный; в - клеедеревянный балочный; г - клеедеревянный арочный; д - из ферм; е - совмещенный балочно-арочный; ж - совмещенный вантово-балочный; з-настилы; 1 - накат; 2 - доски; 3- деревоплита; 4 - асфальтобетон

Основные части моста - это пролетное строение и опоры. Пролетное строение состоит из проезжей части, основных несу­щих конструкций и связей. Проезжая часть располагается выше основных несущих конструкций в мостах с ездой поверху, ниже их - в мостах с ездой понизу и занимает промежуточное положение в мостах с ездой посередине. Наиболее эффективны деревянные мосты с ездой поверху, поскольку количество основ­ных несущих конструкций и их расстановка принимаются неза­висимо от габаритов проезжей части. Кроме того, проезжая часть здесь служит дополнительно защитным покрытием от ат­мосферного увлажнения древесины.

Проезжая часть моста состоит из настила и балок. В качестве настилов применяются в большинстве случаев сплошные ряды бревен (накат) или пластин, покрытые дощатой обивкой. При­меняется также ребристая деревоплита, состоящая из сплошного ряда досок разной ширины на ребро, ребристая поверхность которых покрывается асфальтобетоном. Опорами настила служат продольные прогоны или поперечные балки цельного или состав­ного сечения. По краям проезжей части настил несколько подни­мается, образуя тротуары.

Основные несущие конструкции пролетных строений могут быть цельнобалочными, составными балочными, подкосными, сквозными, арочными и комбинированными.

Цельнобалочные конструкции применяются в мостах проле­том до 6 м. Они состоят из бревенчатых или брусчатых прогонов, уложенных на опоры обычно вразбежку с шагом, равным двой­ной ширине их сечения. Эта конструкция построечного изготовле­ния проста, малотрудоемка и экономична.

Составные балочные конструкции применяются в мостах про­летом до 20 м. Наиболее перспективны клееные балочные конст­рукции заводского изготовления. Они состоят из дощатоклееных балок прямоугольного сечения высотой, равной 1/10...1/15 про­лета, которые ставятся на опоры в количестве 4 или 6 шт. Во временных мостах иногда применяют дощато-гвоздевые балки с перекрестной стенкой, однако необходимо учитывать, что они трудоемки при изготовлении и защите от загнивания.

Подносные конструкции иногда применяют во временных мос­тах пролетом до 12 м. Их изготовляют из бревен или брусьев, и состоят они из ригелей, стоек и подкосов, соединенных лобовыми упорами и врубками. Схемы таких конструкций бывают треугольно-подкосными, трапециевидно-подкосными и ригельно-подкосными. Наличие подкосов в 2...3 раза уменьшает пролет ригеля. Эти конструкции трудоемки и трудно защищаемы от загнивания ввиду большого числа врубок.

Арочные конструкции наиболее часто применяются в мостах пролетом до 30 м. Клееные арки заводского изготовления, как правило, имеют трехшарнирную схему и состоят из двух доща-токлееных полуарок прямоугольного сечения, описанных по дуге окружности.

Сквозные конструкции в виде ферм применяются в мостах пролетом до 60 м. В таких мостах используют фермы Гау-Журавского. Они имеют параллельные пояса, перекрестные рас­косы и стойки. Пояса и раскосы выполняют из брусьев и бревен, а стойки - из арматурной стали. Раскосы соединяют в узлах наклонными лобовыми упорами, и при расчете растянутые раско­сы не учитывают. Стыки поясов делают болтовыми с деревянны­ми или стальными накладками. Применение металлического ниж­него пояса в таких фермах значительно повышает их надежность.

Комбинированные конструкции деревянных мостов могут быть арочными и висячими. Арочные конструкции применяют при про­летах до 60 м. Они состоят из арок, соединенных с балкой или фермой жесткости, и имеют существенные преимущества перед фермами и арками, работающими самостоятельно. Арки этой конструкции не передают распора на опоры, поскольку он вос­принимается балками или фермами жесткости, как затяжками. Это значительно упрощает конструкцию опор. Фермы или балки подвешены в ряде точек к аркам, поэтому усилия в них являются относительно небольшими. В таких конструкциях применяют так­же клееные балки и арки.

Опоры деревянных мостов выполняют тоже деревянными свайной, рамной и ряжевой конструкций или бетонными и камен­ными. Свайные опоры являются наиболее простыми. Они состоят из рядов деревянных свай, забитых в дно реки или оврага. Их широко применяют особенно в малопролетных мостах при грунтах, допускающих забивку свай.

Рамные опоры - это сквозные деревянные рамы из бревен или брусьев, устанавливаемые на бетонные фундаменты. Они более сложны и применяют их в мостах, возводимых на грунтах, не допускающих забивки свай.

Ряжевые опоры - это бревенчатые срубы с днищем и пере­городками, которые заполняют камнем и опускают на дно реки. Их используют в мостах, сооружаемых над глубокими реками с быстрым течением, где применение свайных и рамных опор невозможно.

Бетонные и каменные опоры применяют в мостах большого пролета над широкими реками, оврагами и ущельями.

Деревянные эстакады сооружают, главным образом, с приме­нением составных клееных балок, ферм и параллельными пояса­ми и подкосных конструкций с опиранием их на рамные опоры.

Еще с древности человек для перехода через ручьи, речки, овраги пользовался мостами примитивных типов. Ствол дерева, перекинутый с берега на берег, являлся простейшим видом балочного моста. Сплетенный из ветвей деревьев висячий переход через более широкое препятствие – это примитивный тип висячего моста.

С развитием цивилизации конструкции мостов становились все более совершенными, все более различаясь по своему функциональному назначению. Однако древесина, как и прежде, остается самым распространенным материалом для изготовления мостов несложной конструкции. Для самостоятельного же изготовления небольших мостиков древесина тем более незаменимый материал, т. к. она довольно легко поддается ручной и механической обработке, и соединение между собой частей деревянных конструкций не представляет особого труда.

Материал для строительства моста

При строительстве деревянных мостов преимущественное применение находит древесина хвойных пород, в первую очередь сосна, т. к. она обладает наиболее прямым и ровным по толщине стволом, менее сучковата, обладает хорошими физико-механическими свойствами и высокой устойчивостью к загниванию.

Для строительства деревянных мостов требуется как круглый, так и пиленый лес различных сечений. Применяемый для этого сортамент древесины имеет следующие названия:

• Бревно – круглый лес, очищенный от сучьев и коры, имеющий естественную толщину ствола дерева в тонкой части не менее 12 см, длиной от 4,0 до 9,0 м;
• Подтоварник – круглый лес диаметром от 8,0 до 12,0 см в верхнем конце;
• Жерди – толщина от 4,0 до 7,0 см;
• Пластины (распил) – это бревна, распиленные по оси на две половины;
• Четвертины – бревно, распиленное двумя продольными пропилами на 4 части;
• Лежень – бревно, отесанное на два канта;
• Брус – бревно, отесанное на 4 канта;
• Доски – пиломатериал, ширина которого превышает толщину более чем в 2 раза;
• Брусок – пиломатериал, ширина которого не более двойной его толщины;
• Горбыль (обапол) – неполная пластина, получаемая как отход при распиловке бревна на доски и брусья.

Балочный мост

Простейшим типом деревянных мостов являются балочные мосты . Они устраиваются для перекрытия незначительных пролетов, не превышающих 8–10 метров. Основными элементами балочного моста являются опоры и пролетные строения в виде балок (прогонов), перекрывающие расстояние между опорами. Поверх прогонов укладывают проезжую часть моста, которая служит для принятия подвижной нагрузки.

Таким образом, главным несущим элементом таких мостов являются прогоны, поддерживающие проезжую часть моста и работающие под действием постоянной или временной нагрузки на изгиб, как балки. Поэтому такие мосты и называются «балочными». Конструкция балочных мостов может быть различной и зависит от размера перекрываемых пролетов, нагрузки, интенсивности движения по мосту.

Рассмотрим устройство простейших балочных мостов. Мосты, изображенные на рисунках 1, 2, предназначены для пешеходного движения и проезда легкового транспорта через небольшие препятствия.

Строительство мостика через овраг шириной 5 м, показанного на рис. 1, начинается с разбивки и определения продольной оси моста и расположения лежней (см. рис. 5). Разбивка производится примитивным способом с помощью специального шаблона. Шаблон делается из остроганных и связанных в виде прямоугольного треугольника досок и необходим для разбивки прямых углов. Размер треугольника 1,5х2,0х2,5 м.

Намечается продольная ось моста путем вешения (установка вешек) и забивки колышков. Отмечается ширина моста, равная 3,0 метрам (по 1,5 м от продольной оси). По этим линиям будут проложены прогоны моста. Лежни располагаются на расстоянии 2,7 м от поперечной оси моста.

Перед укладкой лежней по обеим сторонам перекрываемого пролета выбирается грунт, который укрепляется утрамбованным щебнем. Затем для предохранения от проседания и загнивания лежня производится подсыпка щебнем или гравием толщиной 40–50 см. Поверхность грунта срезается с уклоном не менее 1:20 для стока просачивающейся сквозь щебень воды (см. рис. 6).

На подсыпку укладываются лежни, выполненные из бревен диаметром 30–32 мм, отесанных на два канта, длиной 4 м. Для предотвращения сдвига лежень укрепляют кольями, которые забивают по обе его стороны.

Прогоны моста из отесанных на два канта бревен диаметром 30 см, длиной 6 м укладываются на лежни по ранее размеченным линиям. Концы прогонов защищаются от загнивания просмоленной доской. Поверх прогонов укладывается сплошной настил из пластин, изготовленных из бревен диаметром 28–30 см. Пластины неподвижно укрепляются на прогонах прижимными бревнами диаметром 24 см, пришитыми заершенными гвоздями. Прижимные бревна служат для предохранения от падения с моста автомобилей и называются колесоотбойными брусьями.

Мост на опорах из свай

В случае необходимости пропуска по мосту более тяжелых грузов или проезда через небольшую реку или ручей приходится выполнять мосты на опорах из свай.

Строительство моста шириной 5,5 м с расчетным пролетом 4,25 м, показанного на рис. 3 и 4, также начинается с разбивки (см. рис. 5). При помощи шаблона намечается продольная ось моста, на ней отмечают середину и размечают колышками положение опор, состоящих из свай, соединенных насадкой.

Первым этапом постройки моста является возведение свайных опор . Забивка свай для простейшего типа мостика, каким является сооружаемый нами мост, может выполняться ручной бабой с простых подмостей на козлах, бочках, ящиках, если свая забивается на сухом месте. Если же сваи нужно забить в воду, работа производится с лодок или плотов.

Сваи выполняются из бревен диаметром 30–32 см. Центральные забиваются по намеченной продольной оси моста (пролетное расстояние 4,25 м). По обе стороны от них забивается еще по свае на расстоянии 1,8 м. Глубина забивки сваи в грунт не должна быть меньше 3–3,5 м. Нижнюю часть свай следует обработать любым антисептическим составом для предохранения от загнивания. По окончании забивки свай производится обрезка и обделка их концов.

Концы свай должны быть обрезаны на одном уровне с запасом на осадку в 2–3 см. Сверху свай необходимо вырубить шипы, которые потом войдут в гнезда, выбранные в насадке, соединяющей сваи. Размеры сторон шипа равняются 1/3 диаметра свай, высота шипа равна его стороне, заплечики свай скашиваются, для того чтобы в них не застаивалась вода. Насадка выполняется из бревен диаметром 30–32 см, длиной 5,5 м. В насадках вырубаются гнезда, глубина которых должна быть на 0,5–1 см больше высоты шипов свай, чтобы давление от насадки передавалось не через шип, а через всю площадь соприкосновения насадки со сваей (подробнее см. ).

Гнезда в насадках должны быть пригнаны к шипам соответствующих свай. Для этого разметку каждой насадки следует делать отдельно, применительно к шипам того ряда свай, на которые насадка будет надета. Иногда насадку скрепляют со сваями еще и хомутами из полосового железа. Хомуты обхватывают насадку и крепятся к свае болтами.

На насадки накладываются прогоны диаметром 30 см, длиной 5,5 м, расположенные над осями свай. Прогоны выполняются диаметром 26 см. В местах опирания в насадках и прогонах делаются вырубки. Вырубки в прогонах следует выполнить еще на берегу, стараясь произвести их разметку максимально точно.

Насыпь, примыкающая к мосту, поддерживается заборными стенками из наката диаметром 24 см, который пришивается к предварительно забитым коротким сваям (глубина забивки 1,5 м). Поверх прогонов укладывается настил из пластин размером 26 см. При желании можно поверх пластин, в пределах ширины проезда, пришить гвоздями верхний настил из досок любого размера, расположенных вдоль моста. Это делается для того, чтобы доски распределяли давление от перемещающейся по мосту нагрузки на несколько пластин.

По краям проезжей части на расстоянии 3,5 м укладываются отбойные брусья из пластин, обращенных плоской стороной к проезжей части, которые пришиваются заершенными гвоздями.

Данная конструкция моста предусматривает создание пешеходной зоны (тротуаров), огражденной по краю моста перилами. Тротуаром в данном случае будет являться расстояние между обращенной к проезжей части стороной отбойного бруса и перилами. Его размеры не должны быть меньше 0,5 м. Перила моста, высотой 1 м, состоят из поручня, укрепленного на перильных стойках с помощью шипов. Размеры шипов и пазов равны 5х5 см, глубиной также 5 см.

Стойки и перила выполняются из бруска размером 14х14 см. Нижними концами они опираются на выпущенные концы поперечин с помощью врубки в полдерева (подробнее см. ) и фиксируются болтами. Расстояние между перильными стойками 2–2,5 м. К перильным стойкам (по высоте) заподлицо пришивается одна или две рейки (размером 5х8 см), образующие перильное заполнение, необходимое для безопасности пешеходов. На концах моста перила примыкают к наклонно вкопанным в землю столбам-надолбам диаметром 26 см, служащим для предохранения перил от ударов въезжающих на мост автомобилей.

Мосты - неотъемлемый атрибут почти каждой реки, они помогают преодолевать препятствия, благодаря им расстояния становятся меньше, и добираться из пункта "А" в пункт "Б" оказывается комфортнее и быстрее. С появлением новых материалов и технологий сложные конструкции переправ становятся реальностью.

Что такое мост

Мосты - это продолжение дороги через препятствие. Чаще всего они прокладываются через водную преграду, но также могут соединять края оврага или канала. В связи с развитием транспортной инфраструктуры, в мегаполисах строятся мосты для передвижения над дорогами, образуя крупные развязки. Основными деталями их конструкции являются пролеты и опоры.

Классификация конструкций мостов

Виды мостов можно квалифицировать по нескольким критериям:

• по основному назначению использования;
• конструктивному решению;
• строительным материалам;
• в зависимости от длины;
• по сроку эксплуатации;
• в зависимости от принципа работы.

С тех пор как человек перекинул дерево с одного берега реки, чтобы добраться на другой, прошло немало времени и приложено много усилий в строительстве инженерных сооружений. В результате появились разные виды конструкций мостов. Рассмотрим их подробнее.

Балочные

Материалами для их строительства являются сталь, ее сплавы, железобетон, а первым материалом было дерево. Основными элементами несущих конструкций у этого типа являются балки, фермы, которые передают нагрузку на опоры основания моста.

Балки и фермы составляют часть отдельной конструкции, носящей название "пролет". Пролеты бывают разрезными, консольными и неразрезными, в зависимости от схемы соединения с опорами. Первые из них имеют по две опоры с каждого края, неразрезные могут иметь большее количество опор, в зависимости от необходимости, а у консольного моста пролеты выходят за опорные точки, где соединяются с последующими пролетами.

Арочные

Для их изготовления используются сталь, чугун, железобетонное литье или блоки. Первыми же материалами для строительства этого типа мостов были камни, булыжники или составленные из них монолитные блоки.

Основой конструкции является арка (свод). Соединение нескольких арок автомобильным или железнодорожным полотном является арочным мостом. Полотно дороги может иметь два расположения: над конструкцией или под ней.

Одной из разновидностей является гибрид - арочно-консольный мост, где две полуарки соединяются в верхней части и напоминают букву «Т». Арочная конструкция может состоять из одного пролета, и тогда основная нагрузка приходится на крайние опоры. Если мост состоит из нескольких соединенных конструкций, тогда нагрузка распределяется на все промежуточные и крайние опоры.

Подвесные мосты

Основные материалы для строительства в этом случае - сталь, железобетон. Конструкции возводят в местах, где невозможно установить промежуточные опоры. Несущим элементом являются пилоны, соединенные тросами. Чтобы удержать мост в стабильном состоянии, пилоны монтируют на противоположных берегах, между ними протягивают тросовое соединение до земли, где оно надежно закрепляется. К протянутым горизонтальным тросам крепят вертикальные, также присоединяя цепи которые будут поддерживать полотно моста. Жесткость полотну придают балки и фермы.

Вантовые мосты

Строительные материалы - сталь, железобетон. Как и у подвесных аналогов, их конструкция предполагает пилоны и тросы. Различие состоит в том, что вантовое соединение является единственным, которое связывает конструкцию всего моста, т.е тросы крепятся не к горизонтально натянутым носителям, а непосредственно к конечным опорам, отчего конструкция приобретает большую жесткость.

Понтонные

«Плавучие» переправы не имеют жесткого каркаса и связи с берегом. Их конструкция собирается из отдельных секций с подвижным соединением. Разновидностью этого вида мостов являются наплывные переправы. Чаще всего они являются временными сооружениями, которые используют до момента установления льда на водных преградах. Они опасны в период сильного волнения на воде, затрудняют судоходство, а передвижение по ним имеет ограничения для многотонных грузовых машин.

Металлические мосты

Большая часть современных мостов предполагает использование металла в несущих частях конструкций. Довольно долгое время металлический мост считался самым прочным видом сооружения. На сегодняшний день этот материал является важной, но не единственной составляющей мостовых соединений.

Виды металлических мостов:

• Арочные конструкции.
• Виадуки с пролетами.
• Висячие, вантовые.
• Эстакады с опорами из железобетона, где пролеты смонтированы из металлических соединений.

Конструкции из металла обладают преимуществами, состоящими в простоте сбора, поэтому почти все виды железнодорожный мостов возводятся из этого материала. Металлические части изготавливаются промышленным способом на заводе, при этом размер может регулироваться. В зависимости от грузоподъемности механизмов, с помощью которых будет производиться монтаж, формируются заводские заготовки будущего цельного соединения.

Сварить конструкцию из частей можно непосредственно на месте окончательного монтажа. И если раньше приходилось проводить соединение множества частей одного пролета, то сейчас кран с грузоподъемностью 3600 т, вполне может перенести и водрузить на опоры цельнометаллический пролет.

Преимущества металлоконструкций

В качестве материала для строительства мостов редко используется железо из-за его плохой устойчивости к коррозии. Востребованным материалом стала высокопрочная сталь и ее соединения. Ее прекрасные эксплуатационные качества можно оценить на таких проектах, как вантовые виды мостов, с огромными пролетами. Примером может служить Московский мост через Днепр в Киеве или Обуховский мост в Санкт-Петербурге.

Питерские легенды

В Петербурге в обилии представлены различные виды мостов, есть и старинные, ставшие символами ушедшей эпохи, но их назначение не изменилось, хотя и обросло флером историй и романтики. Так, Поцелуев мост через притягивает туристов своим названием, но произошло оно от фамилии купца Поцелуева, чей питейный дом «Поцелуй» располагался рядом с переправой, и к романтическим порывам, название не имеет отношения.

Интересными легендами оброс Литейный мост, причем драматургический сюжет возник сразу при его закладке. Считается, что одним из закладных камней опор стал жертвенный камень Атакан. Теперь он нагоняет тоску на прохожих и провоцирует самоубийства. Чтобы задобрить "кровавый" валун, некоторые горожане бросают с моста в Неву монетки и льют красное вино. Также многие утверждают, что на Литейном можно встретить призрак Ленина.

Пять самых длинных мостов России

Пока не построен мост через Керченский пролив, пятерка масштабных переправ выглядит так:

• во Владивостоке. Длина сооружения составляет 3100 м, открытие состоялось в 2012 г. Впервые о его необходимости задумались в 1939 г., но осуществили на современном этапе.
• Мост в Хабаровске. Его длина составляет 3891 м. Он имеет два яруса. По нижнему открыто железнодорожное движение, а по верхнему - автомобильное. Его изображение украшает пятитысячную купюру.
• Мост на реке Юрибей. Он расположен за Полярным кругом в Ямало-Ненецком автономном округе. Длина конструкции - 2893 м.
• Мост через Амурский залив имеет протяженность 5331 м. Был открыт в 2012 г. Он интересен системой освещения, помогающей экономить до 50% электроэнергии.
• через Волгу в Ульяновске. Его длина - 5825 м. Строительство велось на протяжении 23 лет.

Дерево применяют как строительный материал для мостов благодаря его широкому распространению, малому объемному весу и простоте обработки. Из лесных пород чаще всего используют сосну, отличающуюся прямыми и ровными стволами, небольшой сучковатостью, смолистой и упругой древесиной. Реже находят применение ель, лиственница, кедр, пихта, а для отдельных элементов дуб.

Наряду с достоинствами древесина имеет и существенный недостаток - подверженность гниению, в результате чего деревянные мосты быстро выходят из строя. Срок службы деревянного моста из обычного леса с соединениями на врубках определяется в 8-10 лет, если не принимают специальных мер против загнивания. Части моста, расположенные в условиях переменной влажности, подгнивают через 5-7 лет.

Недостатком древесины как строительного материала является также зависимость сопротивления дерева усилиям от их направления относительно волокон. Это затрудняет устройство сопряжений элементов и часто лишает конструктора возможности использовать материал по наибольшей прочности. Так, по прочности на сжатие сечение стойки или подкоса может быть принято сравнительно небольшим, однако при опирании на лежень или подушку, которые сжимаются поперек волокон, рабочее сечение этих элементов приходится увеличивать.

Характерной особенностью древесины является неоднородность. Прочностные характеристики древесины существенно зависят от того, из какой части поперечного сечения и на какой высоте ствола взят образец. На качество древесины влияют также пороки дерева: сучковатость, косослойность и т. д.

К недостаткам древесины относится сокращение размеров при усушке, которое достигает 5% по направлению поперек волокон. Усушка и слабое сопротивление дерева смятию поперек волокон приводят к обмятию врубок и расстройству соединений. Несовершенство соединений в мостах на врубках требуют тщательного наблюдения при эксплуатации и соответствующих расходов на содержание и ремонт. Деревянные мосты опасны в пожарном отношении.

Гниение древесины является не естественным процессом старения материала, а болезнью, вызываемой дереворазрушающими грибками. В условиях, исключающих жизнедеятельность грибков, древесина может сохраняться более тысячи лет. Дерево, находящееся в воде без доступа воздуха, сохраняет все свои качества длительное время. Известны примеры успешной эксплуатации деревянных мостов в течение нескольких десятилетий и в то же время имеются случаи выхода сооружений из строя через 2-3 года после постройки.

Жизнедеятельность грибков и интенсивность гниения древесины связаны с условиями влажности и температуры. Грибки развиваются только при влажности древесины от 25 до 60%, а при влажности ниже 20% (воздушно-сухая древесина) и более 60% гниение не происходит. Древесина гниет лишь при температуре от +3° до +44° С, причем наиболее интенсивно от +18° до +30° С. При длительном воздействии температуры выше 53° грибки погибают. На морозе жизнедеятельность их затихает и возобновляется с наступлением теплого времени.

Гниению больше всего подвержены сооружения, возводимые из сырого леса. При высыхании в нем образуются трещины, в которые проникает вода, увлажняющая внутренние слои древесины. Гниение развивается в плохо проветриваемых щелях, неплотных сопряжениях и других местах, в которые попадает влага.

Поиски путей увеличения срока службы деревянных мостов ведут с использованием конструктивных мер и химических средств защиты древесины. Конструктивный путь - переход к безврубочным конструкциям и механическая защита ответственных элементов моста от атмосферных воздействий навесами, козырьками, щитками и т. п. Химический способ заключается в антисептировании древесины веществами, убивающими грибки.

Антисептирование позволяет увеличить срок службы деревянных мостов в 2-3 раза, однако применение его встречает известные трудности. Наиболее устойчивы маслянистые антисептики, но они дороги и плохо проникают в древесину. Глубокая пропитка древесины в автоклавах под давлением, применяемая на заводах, неудобна для длинных элементов мостов.

При строительстве мостов лучше использовать способ пропитки в горячих и холодных ваннах. Деревянные элементы погружают на 3-5 ч. в ванну с горячим антисептиком (80-95°С), затем на 1-2 ч. в ванну с холодным антисептиком (40-50° С). В горячей ванне из древесины удаляется воздух, а в холодной - поры ее заполняет антисептик. Для облегчения пропитки полезно предварительное накалывание элементов. Пропитывать следует готовые элементы, так как при последующей обработке их (подтеске, устройстве отверстий и т. п.) может быть снят антисептированный слой, имеющий обычно толщину 2-3 см.

Наиболее простым и удобным является антисептирование готового сооружения с применением диффузионного способа - нанесение обмазки, содержащей сильный водорастворимый антисептик. При увлажнении антисептик, находящийся на поверхности элементов, растворяется и постепенно проникает в древесину путем диффузии. Серьезные трудности связаны с сохранением обмазок на поверхности элементов и защитой их от атмосферных воздействий. Диффузионный способ несколько увеличивает срок службы деревянных мостов, однако по показателям стойкости уступает пропитке маслянистыми антисептиками.

Применением антисептированного леса и безврубочных конструкций можно увеличить срок службы деревянных мостов до 15-20 лет и более. Еще долговечнее сооружения из так называемой облагороженной древесины в виде специальной высокопрочной фанеры - деревопластиков.

Деревопластики выпускают листами шириной до 150 см. и длиной до 560 см. при толщине 2-60 мм. Листы изготовляют из березового шпона-стружки толщиной 0,5 мм, получаемой из бревен на станках. Шпон пропитывают синтетической фенолформальдегидной смолой различных марок и прессуют под давлением 150-500 кгс/см 2 при температуре 150° С.

Деревопластики обладают высокой прочностью и биостойкостью, но очень дороги. Одной из разновидностей их является бакелизированная фанера, которая наиболее проста в изготовлении и значительно дешевле. Такую фанеру изготовляют из березового шпона без пропитки с поверхностным смазыванием и склеиванием под давлением 40 кгс/см 2 .

Объемный вес бакелизированной фанеры 1000 кгс/м 3 , предел прочности на растяжение и изгиб 900-1500 кгс/см 2 , на сжатие 700-1000 кгс/см 2 , на скалывание по клеевому шву до 130 кгс/см 2 .

Из бакелизированной фанеры можно изготовлять клееные балки двутаврового или коробчатого сечения. Подобные конструкции очень легки, допускают перевозку крупными блоками и отличаются простотой монтажа.

В современной отечественной практике деревянные мосты строят сравнительно редко. Их применяют как временные сооружения, срок службы которых не превосходит срока службы обычной древесины на автомобильных дорогах низких категорий, где использование дерева значительно упрощает строительство и снижает стоимость, и в незначительном количестве на железных дорогах местного назначения в лесных районах.

Основной причиной ограниченного строительства деревянных мостов является малая долговечность и необходимость частого ремонта. Однако срок службы деревянного моста с антисептированными безврубочными конструкциями заводского изготовления может быть доведен до 30 лет, а при применении клееных и клеефанерных конструкций до 40 лет и более.

Для изготовления таких конструкций необходимы специальные заводы, что связано с определенными затратами и увеличивает стоимость деревянных мостов. Однако строительство деревянных мостов из долговечных индустриальных конструкций, особенно на автомобильных дорогах при небольших пролетах мостов является целесообразным, так как позволяет сэкономить значительное количество металла и цемента и сократить сроки строительства.