Инженерные сооружения
Древний Рим славился не только храмами и дворцами, но и портами, гаванями, мостами, тоннелями и т. д.
В период становления и во времена Республики (III—I в. до н. э.) Древний Рим проводил завоевательную политику, главным образом с помощью сухопутных войск. Военно-морской флот был слабым и развивался медленно. Это и обусловливало длительные сроки строительства портов, причалов, волнорезов, маяков и других подобных сооружений. Однако впоследствии все меняется. Захват большого количества заморских владений и развивающаяся торговля требовали расширения сети гидротехнических сооружений. В конце республиканского периода в первые два века Империи (I—II в. н. э.) закладывается строительство новых портов и гаваней, разворачиваются работы по всей прибрежной полосе итальянского «сапога».
Гавани были призваны защищать корабли от неприятеля и от разрушительного действия морских штормов. Они во многом походили друг на друга. Обычно гавани представляли собой водный бассейн, защищенный со стороны моря естественными или чаще искусственными ограждениями — молами и волноломами. Молы представляли собой как бы две вытянутые руки, охватывавшие всю акваторию порта. На уровне входа в гавань, чуть дальше в море устраивался третий мол.
Подводная часть молов и волноломов обычно устраивалась в виде каменной насыпки, надводная — из тесаного камня, а средняя сооружалась из бетона. Иногда в приливных портах (Остия, Антиум, Поццуоли и др.) в целях свободного входа и выхода воды оградительные сооружения возводились в виде арочных мостов-молов.
Много полезных советов по поводу строительства портов и гаваней дает Витрувии. Так, по экономическим соображениям, он требует начинать возводить такие сооружения с выбора места, чтобы по возможности избегать строительства искусственных молов. При этом он обращает особое внимание на устройство входа в гавань, который должен быть с мощными крепостными строениями и обязательно с цепью, перегораживающей вход кораблям противника.
В период Республики ведущим портом Италии становится город Путеол. Позднее, на рубеже двух эр, значение его падает и переходит к новому городу — воротам Рима — Остии, расположенной в одной миле от устья Тибра. Акватория порта представляла собой громадный по тем временам бассейн размером 760 X 970 м, окруженный молами шириной по 48 м каждый. Римский историк Светоний пишет, что «гавань в Остии соорудил (Клавдий), проведя справа и слева рукава, а у входа в самом глубоком месте выстроил мол. Чтобы придать ему более солидное основание, он предварительно затопил корабль, на котором был привезен в Рим большой обелиск из Египта, потом, набив сваи, он построил на них высочайшую башню по образцу Фарозского маяка в Александрии, дабы по его огням корабли направляли свой бег ночью».
Впоследствии в зоне порта произошло постепенное обмеление из-за наносного ила Тибра, поэтому император Траян в период с 100 по 106 г. строит практически новую, еще большую по размерам гавань, названную его именем. Она включает в себя шестиугольный док-бассейн площадью 322 тыс. м2 и примыкающий к ней канал.
На территории порта и гавани произведены громадные по объему строительные работы. По оценкам специалистов там было переработано 2,4 млн. м3 грунта и возведено 550 тыс. м3 строительных конструкций из римского бетона, включая 1970 подпорных стенок для набережной.
Витрувий в своем трактате (кн. V, гл. 12) описывает способы производства работ при сооружении бетонных молов подобных им конструкций. Это способ подводного бетонировани, способ сооружения крупногабаритных бетонных элементов, способ ряжевой перемычки.
По первому способу «...в спокойно воде,— пишет Витрувий, где хотели вывести мол, место окружалось шпунтовой стенкой из вбитых в дно моря дубовых свай с заложенными в их пазы крепкими досками». После устройства такого ограждения «...на небольших судах подвозили заранее перемешанный раствор, составленный в пропорции 1 : 2 (известь : песок из района Кум) и битые камни. В раствор добавляли камни, и всю массу высыпали на место укладки с помощью ящика без дна...»
В местах, где море было неспокойно и где этот способ был неприменим, римляне пользовались другим способом — изготовлением крупногабаритных бетонных элементов на берегу моря. На берегу устраивалась деревянная платформа, одна из частей которой делалась строго горизонтальной, а другая — наклонной. Эта наклонная часть платформы обшивалась до уровня горизонтальной платформы досками и в образовавшееся пространство засыпался песок, с тем чтобы получилась большая общая горизонтальная поверхность. На этой поверхности с помощью деревянной или чаще каменной опалубки формовали из римского бетона любой требуемый элемент — большой прямоугольный блок или тетрапод и оставляли их для последующего твердения и набора прочности на два месяца. Затем по истечении указанного срока доски, удерживавшие песчаную засыпку, разбирали, песок высыпался, а готовый бетонный элемент плавно «сходил» в море, где его с помощью «силы волн» устанавливали на нужное место.
Есть сведения, что в период правления императора Калигулы (37—41 гг. н. э.) в Неаполе был сооружен большой причал из бетонных блоков, изготовленных на берегу. Если это было действительно так, то можно считать, что в порту Калигулы 1950 лет назад впервые в мировой строительное практике были изготовлены и использованы крупногабаритные массивные сборные бетонные блоки.
В местах, где не было пуццоланы, римляне при изготовлении молов и волноломов применяли третий способ — с помощью «ряжевой перемычки». Для этого они, как пишет Витрувий, огораживали место строительства двойной стеной («ряжевой перемычкой») из свай и шпунтовых досок. Образовавшийся промежуток между досками заполняли глиной, которую забрасывали в воду в травяных мешках и затем плотно утрамбовывали. «Окружив таким образом часть моря водонепроницаемой перемычкой из двух стенок с глиняным заполнением, они удаляли воду с помощью гидравлических машин, осушали это место, вырывали для фундамента ров до материка и возводили бетонный массив (мола) или стену из камня на обыкновенном известковом растворе».
Был и еще один очень простой, но более дорогой способ сооружения больших молов и маяков, о котором уже упоминалось раньше — это затапливание старых кораблей. Для этого отслужившие свой век суда доставлялись к месту будущего строительства, заполнялись камнями или бетоном и затапливались. В наше время археологами были не раз обнаружены останки таких затопленных кораблей, например в Остии и других местах.
Наиболее сохранившийся античный мол из монолитного римского бетона существует в испанском городе Ампуриасе. Сохранились остатки волнолома с руинами маяка и полуразрушенными складами в Лептис Магна (Ливия). Ряд подобных гидротехнических сооружений «уцелел» в городе Сиде (южная Турция).
Крайне любопытны в смысле долговечности бетона сооружения старой итальянской гавани Чивита-Веккия. Она расположена на открытом побережье и все ее портовые сооружения находятся под защитой бетонного мола. Этот бетонный мол, как обычно, с каменной облицовкой, построенный в период 75—78 гг. н. э., имеет длину 85 м, ширину 6 м и высоту 7 м. Несмотря на то, что он изо дня в день подвергается действию соленых морских волн, против которых современный портландцемент без специальной защиты бессилен, он не только простоял более 1900 лет, но и в большинстве своем сохранился. Недаром исследователи разных стран пытаются на его примере изучать долговечность современного гидротехнического бетона. Мосты и тоннели относятся к наиболее сложным и ответственным инженерным сооружениям. Однако при их строительстве римляне также использовали бетон. Уже один этот факт показывает, какое большое доверие приобрел этот материал в то время.
Мосты, как любые строительные системы, прошли очень длинный путь развития, начиная от перекинутого над пропастью ствола дерева, и до громадных железобетонных исполинов, переброшенных сегодня через многокилометровые препятствия. В римской истории мост из-за сложности возведения считался чем-то символическим, поэтому даже высшие священнослужители, а впоследствии и римские папы носили дополнительный титул «pontifex maximus», т. е. высший, заслуженный мостостроитель, опекун мостов.
Особую сложность при строительстве мостов представляло возведение сухих фундаментов и опор. Примерно с I в. н. э. их начинают строить в основном из бетона с каменной облицовкой, хотя есть примеры и более раннего использования бетона в мостостроении. Предполагают, что бетон был использован в опорах известного акведука Понт-дю-Гар, построенного в конце I в. до н. э. При низком уровне воды в реках были обнаружены остатки бетонных фундаментов римских мостов в Италии, ФРГ и на территории Австрии.
В 101—103 гг. по приказу императора Траяна известным древнеримским инженером-строителем Аполлодором Дамасским был возведен мост через Дунай. Общая длина моста составляла 1071 м, он имел 20 бетонно-каменных опор и деревянные пролетные строения. По своим размерам мост являлся одним из крупнейших инженерных сооружений того времени.
К сожалению, описание моста, сделанного Аполлодором, было утрачено и напоминанием о нем служат оставшиеся бетонные опоры, которые показываются из Дуная при падении уровня его вод. Свидетельством существования моста служит медаль, выбитая Траяном в честь окончания его строительства, барельеф колонны Траяна в Риме, а также небольшие заметки очевидцев.
По всем этим документам можно сделать вывод о том, что мост был арочный. У Прокопия и Диона Каасия (примерно 220 г. н- э.) можно найти незначительные сведения о применявшихся при его строительстве материалах. Так, по описанию Диона Каасия, мост Траяна через Истр, как тогда называли Дунай, состоял из «...20 быков, сделанных из тесаных камней, высота их 150 футов (45 м), не считая фундаментов, толщиной 60 футов (18 м). Эти были расположены друг от друга на расстоянии 170 футов (51 м), соединены арками...»
Теофил (прибл. IV в. н. э.) указывал, что для возведения Фундаментов и опор моста применялись большие короба, которые «заливались смесью крупных камней и цемента...» Таким образом, можно предположить, что опоры моста выполнены из бетона, заливавшегося в большие деревянные короба по методу «опускного колодца» или в опалубку, образованную каменной кладкой, т. е. по первому способу, описанному Витрувием.
Исследования опор моста, выполненные уже в наше время, показали, что использованный в бетоне цемент с современных позиций можно отнести к романцементу, полученному путем обжига местных мергелистых пород. Это уже второй случай, подтверждающий применение в качестве вяжущего вещества в римских бетонах романцемента. В зерновом составе бетона обнаружено, что 1/3 его занимал песок и 2/3 крупный заполнитель. При этом общее весовое соотношение материалов в бетоне было следующим: 1 : 2,1 : 2,6 (цемент : песок : битый кирпич). Количество цемента на 1 м3 бетона составляло примерно 300 кг. Прочность бетона на сжатие в возрасте более 1830 лет (испытания проведены в 1935 г.) составила 30,5 МПа. Разрушение проезжей части моста, видимо, произошло не вследствие низкого качества бетона, а скорее из-за конструктивных особенностей моста — низкорасположенного от воды основания, деревянных пролетных строений и т. п., хотя есть предположение, что император Адриан отдал приказ уничтожить его, опасаясь наступления варваров. Можно отметить также мост св. Ангела, построенный в Риме из камня и бетона в 134 г. Мост переброшен через Тибр и ведет к мавзолею императора Адриана. Он имеет восемь арок, три средние из них имеют пролет по 18 м. В настоящее время итальянскими инженерами исследуется бетон этого моста. Семь из девяти сохранившихся опор моста в Трире, построенного в 140 г., сделаны из римского бетона, облицованного базальтовыми квадрами. По свидетельству современных исследователей, на сегодня по всей территории бывшего древнеримского государства известно более 1000 мостов, значительная часть которых выполнена с бетонными опорами.
Во II—I вв. до н. э. потребность римлян в дорогах настолько возросла, что удовлетворять ее пришлось не только за счет строительства мостов, но и тоннелей. До наших дней сохранились развалины нескольких древнеримских тоннелей, часть из которых выполнена с применением бетона.
В конце I в. до н. э. римский архитектор Коккеус получил от императора Агрипны срочный заказ на строительство сразу нескольких тоннелей. Один из них, названный впоследствии «грот Коккеус», был длиной в километр. Как и дороги, он был строго прямолинеен, имел две полосы движения и шесть вентиляционных шахт, через которые осуществлялась подача свежего воздуха, а заодно н освещения тоннеля. Глубина заложения этого тоннеля составляла 30 м. В дальнейшем Коккеус построил еще несколько тоннелей, хотя и меньшей длины. Предполагают, что в последних из ннх бетон использовался при возведении внутренней отделки со специальной трехслойной штукатуркой в качестве гидроизоляции. Позднее, во времена Клавдия (1в. н. э.), была осуществлена проходка очень большого гидротехнического тоннеля, предназначенного для спуска вод Фуцинского озера в реку. Общая длина тоннеля составляла более 5600 м, а перепад высот 8,4 м. Часть строительных элементов этого тоннеля была также выполнена с применением римского бетона.
Это был самый длинный искусственный подземный тоннель до 1876 г.. до тех пор пока не был сооружен тоннель Мон-Сени (Mont Ceiiis). Причем тоннель Клавдия функционировал до 1875 г., после чего на его месте был построен новый.
С падением Римской империи (в начале V в. н. э.) дороги перестали строиться и постепенно приходили в негодность. Вместе с ними на длительное время прекратилось и строительство инженерных сооружений.
