كيفية بناء الكباري والجسور فوق البحار والأنهار؟
الجسور والكباري المائية واحدة من أقدم المنشآت التي صنعتها البشر، بحيرة زيوريخ في سويسرا على سبيل المثال كان مبني فوقها جسر يتصل بين ضفتين البحيرة، ويرجع تاريخ هذا الجسر لعام 1525 قبل الميلاد.
البشر لديهم تاريخ طويل مع الجسور والكباري وذلك لأنهم بحاجة إليهم، المسطحات المائية تفصل بين الأراضي اليابسة وبعضها والبشر دائماً في حاجة إلى مسارات مُمهدة تتصل بين هذه الأماكن وبعضها.
ولذلك فكرة الجسور ظلت قائمة وأخذت تتطور جيل بعد جيل، بداية من الجسور الخشبية إلى ما رأينا في عصرنا الحالي الكباري الخرسانية التي يتم بناءها وسط المياه .
المتعارف عليه أن المياه سبب رئيسي في تدمير المنشآت الخرسانية، وذلك عندما تكون المياه ناتجة عن الأمطار وغيرها، فما بالك عندما يكون المُنشأ بأكمله في المياه .
كيف يتم بناء الكباري والجسور فوق الأنهار والمسطحات المائية؟
طريقة بناء الكباري والجسور أو أي منشأ في المياه ينقسم إلى مدرستين، وذلك يعتمد على ظروف المسطح المائي وعمقه والتكنولوجيا المتاحة وأيضاً الميزانية المادية التي يتم تحديدها في البداية .
- المدرسة الأولى : هي مدرسة البناء في البيئة الجافة وهذه أشهر وأقدم طريقة يتم استخدامها .
- المدرسة الثانية : هي هي مدرسة الصب أسفل الماء وهذه طريقة حديثة ظهرت مؤخراً .
لكن قبل التعمق في أي طريقة منهم هناك بعض المفاهيم التي نحتاج أن نتفق عليها قبل البدء .
- أولاً : أن الخرسانة المسلحة تتكون من أربعة أشياء الأسمنت/الحديد/المياه/الركام (الرمل والزلط)
- ثانياً : أي أسمنت يتم استخدامه في منشأ مائي، يكون عادة أسمنت مقاوم للمياه يتم وضع عليه بعض الإضافات
وذلك لأنه عندما يجف يستطيع عزل المياه ومقاومتها ولا يتأثر بها، ويُعد الأسمنت المقاوم للمياه هو كلمة السر في بناء أي منشأ مائي.
بالرجوع إلى المدرسة الأولى نجد أن أسهل طريقة لبناء الجسور المائية هي تجفيف المكان ولذلك أول الخطوات التي يقوم بها المهندسين أنهم يأتون عند منطقة معينة في المسطح المائي ويقوموا باحاطته بحواجز عالية أشبه بالسد.
تكون محكمة الغلق من جميع الاتجاهات وسقفها مفتوح من الأعلى، وفي العادة تكون مكونة من شرائح معدنية متلاصقة يتم غرسها في قاع المسطح، وبعد ذلك يقوموا بسحب المياه الموجودة من هذه المنطقة من خلال مضخات لتقوم بتجفيفها تمامًا.
وبالتالي يتمكن العمال والمهندسين من العمل فيها بسهولة جداً كأنهم يعملون على الأرض دون أي مشاكل، وهذا ما يحعل عملية الإنشاء سهلة نسبياً.
بعد ذلك يتم البدء في إنشاء الركائز بالطرق التقليدية، وصب القواعد والأساس والأعمدة الخرسانية المسلحة التي ستحمل الكوبري أو الجسر فيما بعد.
الغُرف المغلقة هذه أو الحواجز المعدنية بالرغم من كفاءتها إلا أنها ذات تكلفة عالية جداً، بالإضافة إلى أن عادةً بيتم إستخدام الشرائح المعدنية الخاصة بها مرة واحدة أو مرتين وبعد ذلك تكون غير صالحة للاستخدام.
لذلك ظهرت وسيلة آخري من وسائل البناء الجاف التي يتم استخدامها، وخصوصاً إذا كان عمق المسطح المائي الذي سيتم بناء الكوبري به قليل وليس عميق.
وهذه الوسيلة هي إستخدام القوالب الخرسانية مسبقة الصب، وتكون عبارة عن هياكل خرسانية جاهزة بيتم صبها في مصنع أو ورش بعيدة عن المسطح المائي، ويتم تركها حتي تتصلب وتجف.
وبعد ذلك يتم حملها إلى موقع البناء ويتم تثبيتها فى قاع المسطح وتركيب أجزائها في بعضها تكون أشبه بلعبة الـ puzzle، وهذه القوالب من الممكن استخدامها في المنشآت المائية دون أن يتم عمل غرفة لعزل الماء.
يتم إنزال الهيكل الخرساني مسبق الصب في المياه وبعد ذلك تثبيته في القاع، وبما أن الخلطة الخرسانية المصنوع منها خرسانة مقاومة للماء يستطيع هذا الجزء الخرساني حمل الأحمال الذي تقع عليه، ويقوم بدوره الإنشائي دون أي مشاكل.
بالرغم أن هذه الطريقة فعالة جداً إلا أنه بيتم استخدامها فقط في المسطحات المائية محدودة العمق، بجانب استخدامها في المسطحات المائية ذات الأمواج الهادئة، لكن في المسطحات المائية ذات العمق الكبير والأمواج العالية لا يتم استخدام هذه الطريقة، وهنا يأتي دور الطريقة التي تليها وهي الصب أسفل الماء.
بناء الكباري والجسورفوق المسطحات المائية عبر طريقة صب الخرسانة أسفل الماء
عندما يكون النهر أو البحر الذي سيتم بناء الكوبري أو الجسر فيه عميقًا نوعًا ما يلجأ المهندسين إلى طريقة مُبتكرة وهي صب الخرسانة أسفل المياه هذه الجملة تُعد غريبة جداً في حد ذاتها.
حيث أن في الطبيعي عند صب خرسانة بداخل المياه، ستبدأ الخرسانة تنجرف وتنفصل عن بعضها بسبب المياه الزائدة مما يعني أن الخلطة الخرسانية سوف تفسد بمجرد صبها.
على الرغم من ذلك ظهرت عدة وسائل من خلالها يمكننا تقليل هذه العملية والمحافظة على قوام الخرسانة أسفل المياه، قبل عملية الصب يتم خلط الأسمنت بمواد وإضافات معينة تعرف بإسم "anti wash out".
هذه الإضافات تكون طبقة أشبه بالجل حول حبيبات الأسمنت وهذا يحول بينها وبين المياه الخارجية الذي يمنعها من الاختلاط ويحمي جزئيات الخرسانة من الانفصال والتحسين من مقومتها أيضاً.
من الوسائل المتبعة هو تقليل المحتوي المائي في الخرسانة التي سيتم صبها أسفل المياه، مما يعني أن كمية المياه الموجودة داخل الخلطة تكون ذات نسبة قليلة جداً، وبذلك تكون الخرسانة شبه جافة وعند تعرضها للمياه بالأسفل لا تفقد قوامها، بل على العكس تزداد في التماسك والثبات.
كيفية صب الخرسانة أسفل المياه لبناء الكباري والجسور فوق الأنهار والبحار
وبخصوص طريقة الصب نفسها هناك عدة طرق أشهرها طريقة معروفة بإسم "القادوس" فهذه الطريقة يتم صب الخرسانة من خلال قُمع متصل بماسورة طويلة يكون قُطرها من 10 لـ 15 سنتيمتر يتم إنزالها إلى القاع أو إلى منسوب الصب المطلوب .
أثناء الصب يتم مراعاة أن هذه الماسورة أثناء الحركة لا يتم السماح لها إطلاقاً أن تخرج أو ترتفع عن قلب الخلطة الخرسانية الموجودة بالأسفل، لابد أن تكون فتحة الماسورة طول الوقت تكون غاطسة في قلب الخرسانة، وذلك حتي لا تتسرب المياه إلى داخل الماسورة وبالتالي تؤثر على تماسك الخليط الخرساني .
وهناك طرق آخري أيضاً مثل :
- أكياس الخرسانة
- الركام المحقون
وغيرهم من الوسائل والأساليب الذي يتم استخدامها في لصب الخرسانة أسفل المياه.
من الجدير بالذكر أن هناك طريقة شائعة لبناء ركائز الكباري والتي من الممكن اعتبارها خليط من الطرق السابقة مع بعضها، وهذه الطريقة هي "القيسونات العائمة" بالإضافة إلى النظام الأبسط منها وهو "دق الخوازيق" .
بطريقة دق الخوازيق بيتم إحضار إسطوانات معدنية مجوفة يتم إنزالها في المياه ويتم الطرق عليها بمطارق ميكانيكية كبيرة، بحيث يتم تثبيت الماسورة بالكامل في قاع البحر عدا ظهور جزء صغير منها فوق مستوي المياه .
في النهاية وبعد تركيب سطح الكوبري على الركائز يتم تدعيم الكوبري بعدة وسائل مختلفة، منها الكابلات التي تكون عبارة عن حزمة من الأسلاك الصلبة عالية القوة محاطة بطبقة من "البولي ايثيلين" يتم تثبيتها في ركائز الكوبري بنظام معين، بحيث أن تربط بين جسم الكوبري وبين الركائز أو الأبراج الخاصة به.
بحانب الشكل الجمالي للكباري المعلقة تكون الكابلات ضرورية وتقوم بدور حيوي في حماية وتثبيت المنشأ
ومن أشهر وأطول الكباري المعلقة هو:
- جسر روسكي في روسيا
- كوبري سوتونج في الصين
من الوسائل الأخرى التي تدعم بناء الكباري والجسور أيضاً نظام الكباري المقوسة، والتي من خلال شكلها الهندسي بيتم نقل وزن الكوبري وأحماله جزئياً في الاتجاه الأفقي حيث يساهم في ثبات وإستقرار الكوبري على مر السنين.