Мостът до бента Хувър

75 години след построяването му, бентът Хувър – едно от най-мащабните инженерни съоръжения на територията на САЩ, вече има до себе си не по-малко величествен по размери мост. Мостът е първия комбиниран стомано-стоманобетонен дъгов мост, построен в страната, и се издига 270m над река Колорадо, което го прави седмия по височина мост в света по времето на строителството му, но днес вече заема 14-та позиция. Общата му дължина е 579m, а подпорното разстояние – 323m. Пълното му име е Мемориален мост Майк О'Калахън – Пат Тилман. Проектът е изпълнен в рамките на 5 години, като в него са се включили над 1200 работници и 300 инженера. Стойността му приблизително е 114 млн. щатски долара.

Мост, като този покрай язовирната стена Хувър, е уникално по вида си съоръжение, изискващо иновативен подход спрямо проектирането и изпълнението му. Сред факторите, които оказват влияние върху цялостния проект, са преди всичко цената, естетиката, етапите и начинът на изграждане, както и бъдещото функциониране на обекта. Проектантите и строителите са изправени пред огромно предизвикателство, тъй като няма нито един друг проект с подобни изисквания, на който да се позоват.

Идеята и развитието на проекта
Такъв мащабен проект има дългогодишна история на внимателно планиране и изследване. Първите идеи за околовръстен път, който да отклонява автомобилния трафик от бента Хувър, се разискват през средата на 60-те години на ХХ век. Още тогава се наблюдава значително увеличение на трафика между двата щата Аризона и Невада. Двулентовият магистрален път минава по дъгата на язовирната стена и е част от щатската магистрала 93. Участъкът е тесен, натоварен и с остри завои. Това създава условия за множество пътни произшествия. Днес стотици хиляди туристи посещават комплекса всяка година, а броят на автомобилите и камионите, минаващи по този маршрут, се е увеличил още повече през годините, което само потвърждава нуждата от нов заобиколен път, който едновременно ще облекчи трафика, ще съкрати времето за пътуване и ще позволи на туристите спокойно да направят своята обиколка по язовирната стена и прилежащите съоръжения.

В продължение на двадесет години до 1988г. са проведени серия от проучвания относно проекта и неговото реализиране. Направен е и подробен доклад за оценка на влиянието върху околната среда. Следва изготвянето на крайния инвестиционен проект, който включва в себе си подходен път откъм Аризона с дължина от 1,6km и 3,5km подобен участък от страната на Невада, както и най-важната част от проекта – мост над река Колорадо с приблизителна дължина 610m, разположен на 450m от бента Хувър надолу по течението на реката. Сформиран е консорциум от фирми, които ще се заемат с проектирането и изпълнението. Проектантите трябва да се справят с нелеката задача да анализират и изберат най-подходящото от архитектурна и конструктивна гледна точка решение за бъдещия мост.

Идейният проект е одобрен от правителството и работата по него стартира през 2001г. С разположението си близо до бента Хувър новият мост ще представлява неразделна част от историческия комплекс и ще се обедини по един своеобразен начин с едно от най-известните инженерни постижения в САЩ. Според предписанията в доклада е поставено изискване да се намали максимално височината на новото съоръжение, така че мостът и язовирната стена да се виждат ясно както от височината на бента, така и от нивото на реката. Стремежът е двата обекта да се допълват, а мостът да не се съревновава с архитектурата на комплекса Хувър. Стандартният подход при проект от такова значение е да се направи подробен анализ на възможните варианти за изчислителна схема на моста, като се има предвид архитектурните особености и количествено-стойностните сметки на всеки един вариант. Благодарение на 25-те години на проучвания работата на проектантите до известна степен е облекчена. Разгледани са различни варианти на гредови, рамкови, висящи, вантови и дъгови мостове. По точкова система са отчетени предимствата и недостатъците на всяко от тези решения. Вариантът, събрал най-много точки, е мостът над река Колорадо да бъде изпълнен като дъгов. Като алтернатива е вариантът за висящ мост – впоследствие обаче е отхвърлена поради някои конструктивни несъвършенства, голяма първоначална стойност и експлоатационни разходи.

След като вече е избрана статическата схема, са предложени 2 подварианта – с по-малко светло разстояние на дъгата от 323m и с по-голямо – 405m. От своя страна, те също имат подварианти, касаещи конструкцията на самата дъга – дали ще бъде изпълнена монолитно или сглобяемо, дали ще бъде от стоманобетон или от стомана. Вариантите са разработени подробно до степен на изчисление на необходимите количества и избор на технология на изпълнение, които определят и крайната цена. Тук също има определени архитектурни и технически критерии. Те са подобни на тези при първоначалния избор на изчислителна схема – елементарна конструкция, устойчивост и дълготрайност, лесна поддръжка и разумен бюджет. Едновременно с този процес се правят и геоложки проучвания. Специфичната топография на каньона от страната на Невада включва масивна оголена скала, между която и склона на каньона минава разломна линия. Именно на това място трябва да бъдат изпълнени фундаментите на моста. Без подробен геоложки доклад и картография не може да се потвърди дали основата ще бъде достатъчно стабилна – затова и по време на проучването за най-подходяща конструкция са разработени двата варианта на подпорно разстояние.

Повече за конструкцията и бетона
Крайното решение за изпълнението на новия мост е той да бъде комбиниран стомано-стоманобетонен дъгов мост със светло разстояние на дъгата 323m. По този начин се постига както бързина на строителство, така и намаляване на собственото тегло на конструкцията. Стълбовете ще бъдат изпълнени от готови стоманобетонни сегменти, а връхната конструкция е комбинация от стоманени кутиеобразни главни греди и изпълнена на място стоманобетонна пътна плоча. Изборът на кутиеобразно сечение не е случаен – заради усуквателната си коравина този тип сечения работят много по-добре при несиметрично натоварване и освен това изискват по-малка експлоатационна поддръжка. „Дъгата” на моста представлява двойка стоманобетонни дъги, укрепени помежду си с диагонални пространствени връзки от стомана. Това решение осигурява необходимата дуктилност на конструкцията. Тя състои се от 106 сегмента – по 53 за всяка дъга, като те се изпълняват на място. Първоначално проектантите предполагат, че при оразмеряването на конструктивните елементи ще бъде меродавно натоварването от сеизмичните въздействия, но след поредица от проучвания се оказва, че натоварването от вятър има по-голяма тежест. По-късно силните ветрове в каньона ще се окажат пречка и при строителството на моста – след определена височина конструкцията става нестабилна и имат нужда от укрепване, а работата по изпълнението й е рискована.

По отношение на вложените материали, количеството на бетона е приблизително 23000 кубични метра, а на стоманата – 6000 тона. Бетонът, който ще се използва за изграждането на моста, е специален – т.нар. бетон с високи експлоатационни свойства (High Performance Concrete). Проектирането на точния му състав започва цели две години преди да бъде излят първия сегмент. Изискванията към него са много: заложената в проекта якост на натиск на бетона на 56-тия ден трябва да бъде 70MPa, внимателно подбраните добавки трябва да осигурят дълготрайността на конструкцията, а също така трябва да осигури и контрол върху температурата на свързване на бетонната смес, за да се избегне бързото й съсъхване и образуването на пукнатини. Тези предписания са допълнени с още няколко от изпълнителите на съоръжението с цел да се улеснят процесите на доставка и полагане на бетона, като например по-малък вискозитет на бетонната смес, което води до по-голяма скорост на изпомпване, по-дълго време на свързване на сместа и по-бързо набиране на якост на елементите, което позволява по-бързо изкачване на кофражните системи и съкращаване на срокове. Всички тези критерии са изпълнени и в крайна сметка рецептата на бетона за един кубичен метър е следната:
- цимент CEM V – 475kg
- тецова пепел – 119kg
- пясък – 743kg
- едър добавъчен материал – 899kg
- вода – 184kg
- суперпластифициращи добавки – макс.1,93l
- пластифициращи и забавящи добавки – макс. 775ml
- водо-циментово отношение – 0,31

Така проектираният бетон набира якост от 28MPa само за един ден, а времето за свързване на сместа е увеличено до 2 часа и половина. Но, от друга страна, високото съдържание на цимент има един голям недостатък – температурата на свързване е 88°C. Това е с 20 градуса повече от предписаните ограничения за 68°C. Конвенционалните методи за охлаждане на бетонната смес като използване на охладена водата или полагане на бетона през нощта не намаляват значително тази разлика в температурите. Два по-ефективни подхода към решението на този проблем са циркулацията на студена вода в тръби, които да минават през конструкцията, и охлаждането на сместа с течен азот. При строителството на бента Хувър е използвано охлаждане именно със система от тръби, за да се регулира температурата на свързване, но в този случай това не може да се приложи. Така остава само вариантът за охлаждане с течен азот.

Изграждането
Работата по участъците на околовръстния път покрай бента Хувър започва през 2003г., а тази върху моста над река Колорадо – година по-късно. Строителството на новия мост е максимално затруднено поради тежките условия на строителната площадка – температурата на въздуха в каньона достига 54°С, а наличието на бурни ветрове и спецификата на работа на височина от 270m също оказват неблагоприятно влияние върху строителния процес и сроковете на поетапното изпълнение. Заради силни ветрове през есента на 2006г. един от кранове на обекта се преобръща и този инцидент връща назад с две години изпълнението на проекта. Но нека се върнем към технологията на изграждане и етапите, през които минава строителството на това мащабно съоръжение. Първата задача пред строителите е подготвянето на основите на моста. Изкопните работи в отвесните скали на каньона е предизвикателство за изпълнителите – трябва да се справят с височината, кратките срокове, заложени в проекта, и с ограниченията за количеството скална маса, което пада в реката. Междувременно, в близост до строителната площадка е изградена фабрика, която да произвежда готовите стоманобетонни елементи за стълбовете. На ден се изготвят по два такива елемента.

Технологията на изграждане на моста комбинира монолитното със сглобяемото строителство. Това позволява максимално съкращаване на крайните срокове. Строителството започва едновременно от двете страни на каньона. Фундаментите се изпълняват на място, а стълбовете на моста, някои от които са сред най-високите в света – от сглобяеми стоманобетонни сегменти. Разстоянието между стълбовете е 37m. Така са изградени седем двойки стълбове – пет от страната на Невада и две откъм Аризона, и е монтирана връхната конструкция. Разработената система от кранове пренася хора и до 45 тона строителни материали на 270 метра над река Колорадо. От всяка страна са разположени по два крана и е прекарана система от въжени линии. Като подготовка за изпълнението на дъгата на новия мост са изградени временни пилони – продължение на двете двойки крайни стълбове. През техните върхове ще бъдат прекарани стоманени въжета, които ще се закрепят за вече изпълнените участъци от дъгата, и по този начин ще се образува една висяща конструкция. Тя има да цел да укрепи и поддържа дъгата до съединяването на двата й симетрични участъка.

Основите и конструкцията на дъгата са може би най-отговорната част от този проект. Само кофражните и армировъчните работи по фундаментите на дъгата отнемат половин година. Дъгата е разделена на сегменти с дължина 7m и се изпълнява монолитно с катереща се кофражна система. На определените възлови места за останалите стълбове от моста, които са осем на брой и стъпват на дъгата, последователно се монтират стоманените пространствени връзки, които на по-късен етап се покриват със стоманобетонни панелни плочи. Работата по дъговата конструкция започва през 2008г. и върви успоредно от двата края. Когато година по-късно двата края на дъгата се събират, разстоянието между тях е само 9,5mm. Фугата е запълнена със специално оразмерен за случая стоманобетонен блок. Следват изграждането на стълбовете по метода на сглобяемото строителство, монтажът на стоманените главни греди и другите елементи на връхната конструкция, както и изпълнението на пътното платно. Предвиден е и пешеходен тротоар от страната на язовирната стена, от която се открива гледка към съоръжението и езерото Мийд.

Мостът и заобиколният магистрален път край бента Хувър са официално открити и пуснати в експлоатация в края на октомври 2010г. Новият четирилентов мост съкращава времето за пътуване с 30 минути и ще облекчи значително трафика. Стойността на целия проект е 240 милиона долара.

Бентът Хувър– едно от инженерните чудеса на света