Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Проект плотины Гувера появился в 1919 году. Река Колорадо, особенно в нижнем течении, всегда была бурной и неуправляемой, несмотря на строительство дорогостоящих дамб. Наводнения и засухи сменяли друг друга в непредсказуемой последовательности. В начале XX века воды реки стали использоваться для ирригации частными компаниями, в основном вблизи мексиканской границы. Но фермерам богатых калифорнийских земель к западу от реки нужен был менее темпераментный источник воды. Они стали выступать особенно громогласно после безумств реки в 1905–1907 годах. В 1904 году инженеры проложили узкий канал через западную дамбу в 4 милях к югу от границы, втайне ожидая, что по нему будет отведено достаточное количество речной воды, чтобы очистить от ила почти пересохший параллельный ирригационный канал долины Империал. Неожиданная и совершенно несвоевременная серия наводнений увеличила канал, превратив его в широкую расщелину, через которую богатая илом вода Колорадо хлынула в долину Империал, нижняя точка которой в районе соленого озера Солтон-Си находится почти на 250 футов ниже уровня моря. За очень короткое время озеро разлилось и заняло площадь 400 квадратных миль. В некоторых местах его глубина достигла 50 футов. Два года в высшей степени дорогостоящих, терпеливых и, как правило, неудачных попыток вернуть реку в ее природное русло оказались успешными только после того, как удалось построить через расселину пару железнодорожных эстакад с 90-футовыми свайными опорами. В воду под ними было высыпано 3000 вагонов камней и щебня – все за пятнадцать дней, чтобы сформировать дамбу. Только после этого и до завершения плотины Гувера в 1936 году контроль над рекой Колорадо стал уверенным.

Инженерные исследования бассейна нижнего течения реки Колорадо, выполненные в течение десятилетия после 1919 года, явились беспрецедентными по своему размаху, глубине и полноте, а также трудностям, с которыми пришлось столкнуться их участникам. Наконец место для дамбы было выбрано – в 100 милях вниз по течению от знаменитого Большого каньона и в 200 милях от мексиканской границы. Здесь, по мнению инженеров, можно было построить достаточно высокую плотину и образовать озеро, которое вместило бы обычный поток речной воды на два года. Плотина вмещалась между стенами каньона, но должна была иметь беспрецедентную высоту – более 700 футов. В то время высота самых крупных в мире плотин едва превысила 400 футов. Одна из них находилась во Франции, еще две или три – на западе Соединенных Штатов. В 1931 году наконец было решено, что в строительстве плотины Гувера примет участие несколько крупных фирм-подрядчиков, но основным поставщиком материалов для этого проекта на протяжении всего времени строительства выступало правительство Соединенных Штатов. От Американского бюро мелиорации главным инженером был назначен Раймонд Ф. Уолтер, главным конструктором стал Джон Л. Сэвидж. Место строительства находилось в 25 милях от железной дороги и ближайшего города, и большой проблемой подрядчиков после того, как была проложена железнодорожная ветка, стало обеспечение жильем и бытовыми условиями тысяч людей, которым предстояло вести строительство. Еще никогда в истории, даже в дни фараона Хуфу, не требовалось так много квалифицированных тружеников для одного проекта. Здесь их число дошло до 5250 человек. Для них пришлось выстроить целый город – Боулдер. Туда было проведено электричество из Сан-Бернардино, Калифорния, находящегося за 222 мили от места строительства. Как и многие более ранние и не такие крупные дамбы, плотина Гувера в плане является слегка изогнутой – она немного выгибается вверх по течению. Бетонная арка втиснута между стенами каньона. Прежде чем ее удалось построить, пришлось отвести реку в четыре обходных тоннеля, по два с каждой стороны каньона, что само по себе явилось немалым инженерным достижением. Каждый тоннель имел диаметр 50 футов и длину ¾ мили. Искусственное охлаждение, чтобы способствовать схватыванию гигантских масс цемента, – необычная и, можно сказать, тоже беспрецедентная операция. Система охлаждения, состоявшая из 1-дюймовых труб длиной более 570 миль, встроенных в бетонную массу, обеспечила отверждение 3 миллионов кубических ярдов бетона за два года. Эта гигантская масса с тщательно заделанными швами сжатия была названа монолитной.

Озеро Мид, образованное плотиной Гувера, является крупнейшим в мире (по состоянию на середину 1950-х годов) искусственным водоемом. Его длина – 115 миль. Ниже плотины Гувера было построено еще несколько дамб. Большинство из них обеспечивали воду для ирригации. Самая большая из них – плотина Паркера – расположена на 120 миль ниже по течению плотины Гувера. Здесь водохранилище, находящееся на 450 футов выше уровня моря, обеспечивает водой через Колорадский акведук часть Калифорнии. Колорадский акведук является не только самым длинным в мире. Во время его постройки он был единственным важным акведуком, проходящим через горный хребет. Вода, которую он доставляет из Колорадо, на протяжении почти всей его длины, составляющей 242 мили, течет под действием силы тяжести. Хотя в пяти местах на восточной стороне акведука работают электрические насосы.

Но не только упомянутые выше факторы делают Колорадский акведук уникальным. На протяжении первых 200 миль он пересекает засушливую, практически лишенную растительности пустыню, где пришлось построить 150 миль современных дорог, прежде чем строительство акведука было продолжено. Вдоль акведука было вырыто 10 колодцев, которые были соединены с трубопроводами, практически параллельными акведуку. Они снабжали водой, необходимой для строительства. Там построено 144 обратных сифона – все из монолитного бетона – общей длиной 29 миль (рис. 13.8). Три из них проходят по зонам повышенной сейсмической активности, где монолитные конструкции прерываются каждые 20 футов или около того специальными стыками, которые могут противостоять сдвигу, но не напряжению.

Рис. 13.8. Обратный сифон Колорадского акведука

Один из таких сифонов на пересечении долины имеет длину 5 миль. Если не считать 63 миль открытых, вымощенных бетоном каналов, поперечное сечение Колорадского акведука практически такое же, как любого нью-йоркского акведука, – ширина и высота составляют 15–16 футов. Он в конце концов доставляет в озеро Мэтьюс, искусственное водохранилище в 60 милях к востоку от Лос-Анджелеса, 1 биллион галлонов воды ежедневно, что удваивает существующее снабжение Южной Калифорнии. По двум главным акведукам города Нью-Йорк, общая длина которых почти равна длине Колорадского акведука, вода поступает самотеком. Они пересекают долину реки Гудзон. Общая отдача нью-йоркских источников – 1½ биллиона галлонов в день.