Лев Гумилевский - Русские инженеры

Николаю Аполлоновичу пришлось в 1901 году на Международном конгрессе в Будапеште прочесть специальную лекцию о русском мостостроении и рассказать правду о применении литого железа.

Только после этой лекции, прочитанной Белелюбским со свойственной ему горячностью и убедительностью, историкам мостостроения пришлось раз навсегда признать, что Белелюбский ввел в России применение литого железа в мостостроении раньше, чем оно начало применяться в других странах.

Его главный труд «Курс строительной механики» и все работы по мостостроению до сего времени не утратили ни научного значения, ни практического интереса.

Это был живой, необычайно энергичный человек. Студенты звали его «непоседой». Он находил время страстно бороться и за международное объединение техников-строителей и за распространение женского образования. Может быть, при своем огромном даровании он сделал в области теории меньше, чем мог, но как организатор он был не менее нужен науке и строительному делу.

Руководя работой студентов по проектированию мостов, поставив на большую высоту лабораторию по испытанию материалов и написав ряд учебников, этот замечательный специалист оказал большое содействие развитию русского инженерного искусства и внедрению научных методов в железнодорожное строительство.

Из механической лаборатории института вышло немало интереснейших работ, освещавших самые тонкие вопросы механики, в том числе и «механики грунтов», имеющей такое огромное значение для железнодорожного строительства.

Землей как строительным материалом человечество начало пользоваться с незапамятных времен. Однако долгое время производители земляных работ исходили лишь из опыта и основанного на нем самого приблизительного расчета, не думая ни о каких теориях и научных исследованиях. Но в разряд земляных работ входят и те, которые обеспечивают устойчивость сооружения, то-есть устойчивость земляных масс и грунта как основания. При этих работах приходится считаться с давлением земли на грунт и давлением земли на стену, возводимую для противодействия обрушению земляной массы.

Вопрос о напоре земли на поддерживающую ее стену был, правда, теоретически разработан французским ученым Кулоном в записке, представленной им во Французскую Академию наук в 1773 году. Но «Теория давления земли» Кулона была построена на предположении, которое не совпадает с действительностью, и инженеры, для того чтобы пользоваться формулами Кулона, чрезвычайно упрощали все дело: они принимали состав грунта везде одинаковым, а поверхность обрушения принимали за плоскость, чего в действительности, конечно, никогда не бывает.

Точные формулы давления земли были найдены лишь русскими учеными на основании непосредственных опытов и связанных с ними теоретических изысканий. Профессор Р. Е. Паукер сделал свои замечательные выводы относительно глубины заложения оснований в песчаном грунте. Затем Валерьян Иванович Курдюмов, профессор Института путей сообщения, дал новую теорию сопротивления естественных оснований; причем в подтверждение своих выводов он произвел ряд интереснейших опытов в механической лаборатории института, впервые применив фотографию для установления действительных форм выпучивания грунта под давлением призматических тел. Такими телами являются и устои мостов и железнодорожные насыпи. Доставившая Курдюмову известность работа его «О сопротивлении естественных оснований» была опубликована в 1889 году.

Своеобразные условия, часто весьма отличные от европейских, в которых развивалось русское железнодорожное строительство, нередко выдвигали трудности, для преодоления которых не было ни своего, ни чужого опыта.

Все знают, что где-то на севере существуют области вечной мерзлоты. Вряд ли, однако, многим известно, что вечная мерзлота занимает площадь в семь с половиной миллионов квадратных километров только в Советском Союзе; это составляет около трети территории нашей Родины. «Пятна» вечной мерзлоты обнаружены даже на Северном Кавказе возле Железноводска, в Закавказье у озера Севан, на Урале, в горах Алтая, на Памире.

Всякое строительство, а в особенности железнодорожное, одновременно захватывающее разные области, рискует столкнуться с этим явлением. Между тем ничто не оказывает более упорного сопротивления строительству, как эта обладающая коварными свойствами вечная мерзлота. Она калечит железнодорожное полотно, выдергивает столбы, разрывает каменные устои мостов, проглатывает печи в зданиях, ломает дома.

Наибольшие заботы и неприятности приносит даже не самая вечная мерзлота, а талый, деятельный слой над нею, так называемая дневная поверхность. Поведение дневной поверхности при зимнем замерзании и весеннем оттаивании очень своеобразно. Оно характеризуется так называемым пучением, или выпячиванием, грунта зимой и обратным оседанием его летом.

Пучение грунта происходит не только в областях вечной мерзлоты, но и за их пределами. Можно предположить, что там, где границы вечной мерзлоты отодвинулись к северу, особые свойства дневной поверхности сохраняются еще на неопределенно долгое время.

В первые же годы после открытия движения по Петербургско-Московской дороге обнаружилось загадочное и странное явление. Зимой полотно дороги со всем верхним строением стало подниматься, образуя ряд неправильных горбов, искажавших продольный, а иногда и поперечный профиль полотна. Такое пучение грунта начиналось с наступлением морозов, достигало в январе, феврале и даже марте наибольшей силы, а затем ослабевало и к лету совершенно прекращалось. Высота горбов была неодинаковой в разных местах и в разное время, но иногда они поднимались выше нормального уровня полотна более чем на двадцать сантиметров. Пучины резко сказывались на плавности движения поездов, а иногда приводили к поломке рессор и вызывали сход с рельсов. Поэтому управление дороги в первые же годы ее эксплуатации начало искать средства для устранения бедствия.

В это время и на других железных дорогах северной и средней полосы России вынуждены были начать борьбу с таинственным пучением грунтов, но и там не добились толку. Единственным успешным средством борьбы с пучением оказывалось очень дорогое предприятие: замена грунта на полную глубину промерзания балластом — щебнем или камнем.

Управление дороги обратилось к представителям науки, справедливо полагая, что, прежде чем производить дорогие капитальные работы, надо разгадать тайну пучения. И вот профессор Горного института С. Г. Войслав в 1890 году взялся за изучение физической стороны загадочного явления. Он определил состав почвы, расположение водоносных пластов, направление течения вод и глубину промерзания, а затем подверг в лаборатории взятые им грунты искусственному замораживанию и оттаиванию. Он произвел такой опыт: брал замороженные образчики грунта и клал их на блюдечко с водой; через короткое время грунт впитывал в себя воду. При повторном замораживании и подливании воды образчик продолжал поглощать ее и в конце опыта увеличивался почти вдвое.

И до опытов Войслава было ясно, что пучины слишком велики для того, чтобы объяснить их появление только расширением воды при замерзании. Теперь, после опытов Войслава, казалось доказанным, что замерзший грунт непрерывно впитывает в себя протекающую подпочвенную воду и растет за счет этой воды, превращающейся в лед внутри грунта.

После этого стала ясна необходимость замены грунта балластом — камнем или щебнем.

Вопросы строительства в полосе вечной мерзлоты, поднятые железнодорожниками перед наукой, привели к внимательному изучению этого загадочного явления и созданию новой науки — мерзлотоведения, естественно, получившей у нас наибольшее развитие и значение.

Семидесятые и восьмидесятые годы прошлого столетия ознаменовались быстрым ростом железнодорожной сети в России. Создание сети железных дорог имело жизненное значение для развития страны. Железные дороги разрушали экономическую разобщенность отдельных районов, укрепляли единый национальный рынок и в сильнейшей степени содействовали бурному подъему русской промышленности. Создание железных дорог потребовало миллионов пудов рельсов, тысяч паровозов и вагонов, вызвало к жизни многообразные новые отрасли промышленного производства.

Дорожное строительство на Кавказе проходило при невообразимых трудностях, в постоянной борьбе с природой и привлекало к себе в свое время пристальное внимание европейской инженерно-технической общественности. Но еще большее внимание обратило на себя русское инженерное искусство сооружением Закаспийской железной дороги и Великого Сибирского пути.

Сооружение дороги на Кавказе.

Сооружение Закаспийской железной дороги, начатое в 1880 году, является первым опытом железнодорожного строительства в условиях песчаной пустыни. Оно имело поэтому мировое значение. Постройка Закаспийской линии предпринималась с военными целями — для обеспечения воинских перевозок от Каспийского моря в глубь Средней Азии. Но позднее из экономических соображений линия была проложена до Мерва, Чарджуя и Самарканда.