وقتی سنگ غرق می‌شود، چطور پل هزار تُنی وسط اقیانوس دوام می‌آورد؟

تا به‌حال فکر کرده‌اید که پل‌های عظیم هزار تنی روی اقیانوس و آب‌های عمیق چگونه ساخته می‌شوند؟

کد خبر: ۹۱۴۲۵۹

تاریخ: ۲۷ اسفند ۱۴۰۴ - ۱۴:۵۹

زومیت: تا به‌حال فکر کرده‌اید که پل‌های عظیم هزار تنی روی اقیانوس و آب‌های عمیق چگونه ساخته می‌شوند؟

تصور کنید روی یک پل معلق در میانه‌ی اقیانوس ایستاده‌اید. زیر پای شما، هزاران تن بتن و فولاد معلق است و تنها چیزی که بین شما و اعماق تاریک آب فاصله انداخته، چند کابل و یک شاهکار مهندسی است. اما سوالی که خواب را از چشم هر انسان کنجکاوی می‌گیرد این است که وقتی حتی یک سنگ کوچک در دریا غرق می‌شود، انسان‌ها چگونه توانسته‌اند ستون‌هایی به ارتفاع یک آسمان‌خراش را در بستری که مدام زیر فشار آب و لجن تغییر شکل می‌دهد، بنا کنند؟

ساختن پل روی زمین سفت، چالش‌های خودش را دارد؛ اما ساختن آن در دلِ اقیانوس خروشان، جایی که آب بی‌رحمانه به همه‌چیز ضربه می‌زند، جنگی تمام‌عیار با قوانین فیزیک است. اگر ذهن شما هم حداقل یک‌بار درگیر چگونگی ساخت این پل‌های اقیانوسی شده، جای درستی آمده‌اید؛ چون قرار است در سفری به اعماق آب، دریابیم که چطور با ترکیب ارتعاش، هوای فشرده و ربات‌های بالارونده، غیرممکن، ممکن می‌شود.

ایجاد خشکی در دل آب

تقریباً همه می‌دانیم که برای ساختن فونداسیون، به محیطی خشک نیاز است؛ بنابراین، شاید بزرگ‌ترین کنجکاوی ذهن ما این باشد که چطور می‌شود وسط جایی که تا چشم کار می‌کند آب است، فضایی خشک ایجاد کرد؟

راهکار نبوغ‌آمیز مهندسان در این شرایط، استفاده از یک جعبه‌ی عظیم و آب‌بند به نام «کیسون» (Caisson) است. این سازه درواقع شبیه به یک اتاقک زیردریایی بزرگ عمل می‌کند که قرار است جزیره‌ای خشک و امن را برای کارگران در میان امواج ایجاد کند؛ ولی قبل از اینکه کیسون را در آب قرار دهند، باید پایه‌هایی برای ایستادن آن بسازند.

ماجرا با فروکردن ستون‌های فولادی (شمع‌ها) در بستر دریا شروع می‌شود؛ همان‌هایی که قرار است وزن کل پل را به دوش بکشند. اما فرو کردن یک لوله‌ی فولادی عظیم در بستر سفت و فشرده‌ی دریا، کار هر کسی نیست و زور هیچ جرثقیلی هم به آن نمی‌رسد. اینجا جایی است که مهندس باید زور بازو را کنار بگذارد و از مغزش استفاده کند.

در این مرحله مهندسان دستگاهی به نام «چکش ویبره» (Vibro Hammer) را به‌کار می‌گیرند. این دستگاه با ایجاد لرزش‌هایی سریع اما با دامنه‌ی کم، کاری می‌کند خاکِ سفت موقتاً نرم و اصطکاک بین خاک و شمع کاهش پیدا کند. درنتیجه شمع به راحتی در دل زمین فرو می‌رود، درست مثل کارد داغی که کره‌ی نرم را برش می‌دهد.

وقتی شمع به لایه‌های سنگی زیر بستر می‌رسد، چکش ویبره دیگر کافی نیست و مهندسان می‌خواهند برای استحکام فونداسیون، شمع بتنی تا داخل سنگ نیز نفوذ کند. در این مرحله، ابتدا خاک داخل غلاف را با مته‌ی مارپیچ تخلیه می‌کنند و سپس «چکش خوشه‌ای» (Cluster Hammer) وارد میدان می‌شود؛ هیولایی با مته‌ی قدرتمند که هم می‌چرخد و هم ضربه می‌زند تا سنگ بستر را خرد کند. برای خارج کردن خرده‌سنگ‌ها از آن عمق، از هوای فشرده استفاده می‌شود؛ هوا به نوک مته پمپاژ شده و ذرات سنگ را با فشار به بیرون پرتاب می‌کند.

حالا همه‌چیز آماده است تا این قفسه‌های توخالی به ستون‌هایی سنگی تبدیل شوند؛ اما بتن‌ریزی در این عمق، شوخی‌بردار نیست. اگر بتن را همین‌طور از بالا رها کنند، حباب‌های هوا لابه‌لای آن گیر می‌افتند و سازه توخالی می‌شود. مهندسان برای فرار از این خطر، از تکنیکی هوشمندانه به نام «ترمی» (Tremie) استفاده می‌کنند. در این روش، لوله‌ی پمپاژ تا انتهایِ شمع پایین می‌رود و بتن از کفِ شمع شروع به پر شدن می‌کند و مثل یک پیستون، تمام آب و حباب‌ها را به سمت بالا هل می‌دهد.

جالب است بدانید بتن‌ریزی هیچ‌وقت تا لبه‌ی لوله انجام نمی‌شود. مهندسان فضای خالیِ بالا را نگه می‌دارند تا بعداً بتوانند بخش اضافیِ غلاف فولادی را برش دهند و سرِ شمع‌ها را برای میزبانی از «کیسون» تراز کنند.

فریب دادن آب و قد کشیدن پایلون‌ها

به محض اینکه کیسون روی شمع‌ها قرار می‌گیرد، آب با فشار از درزهای محل اتصال (که زیر آب هستند) وارد شده و محفظه را پر می‌کند. جنگیدن با آب بی‌فایده است، پس مهندسان تصمیم می‌گیرند آب را فریب دهند. آن‌ها لوله‌هایی را از محل‌های اتصال به بیرون از کیسون و بالاتر از سطح دریا امتداد می‌دهند. طبق قوانین فیزیک، آبِ نشت‌کرده وارد این لوله‌ها می‌شود و بالا می‌آید، اما فضای اصلی داخل کیسون کاملاً خشک باقی می‌ماند. حالا کارگران می‌توانند با خیال راحت در عمق چند متریِ دریا، درست مثل روی خشکی قدم بزنند و عملیات را آغاز کنند.

حالا که پایه‌ها در بستر دریا سفت شده‌اند، نوبت به قد کشیدن برج‌ها (پایلون) می‌رسد. ساختن ستون‌های عظیم در وسط اقیانوس با داربست‌های معمولی غیرممکن است؛ پس مهندسان از تکنولوژی «قالب لغزنده جهشی» (Jump Form) استفاده می‌کنند که شبیه به یک ربات کوهنورد عمل می‌کند.

این قالب‌ها پس از خشک شدن هر لایه بتن، با نیروی هیدرولیک جدا شده، خودشان را یک پله بالا می‌کشند و دوباره می‌چسبند. این چرخه بارها تکرار می‌شود تا برج به ارتفاع نهایی برسد. درنهایت، در نوکِ برج، قطعه‌ای حیاتی به نام «زین» (Saddle) نصب می‌شود که نقشی کلیدی در نصب و استقرار کابل‌های پل دارد.

تمام این محاسبات دقیق برای عمق شمع‌ها، مدیون دستگاهی به نام CPT است که قبل از شروع پروژه، بستر دریا را اسکن می‌کند تا محل دقیق لایه‌های سنگی را به مهندسان نشان دهد.

ساخت جاده در ارتفاع

یکی از جذاب‌ترین مراحل، ساخت جاده در ارتفاع، بدون هیچ ستونی در زیر آن است. مهندسان برای اینکه پل کج نشود، از روش «کنسول متعادل» استفاده می‌کنند؛ درست مثل یک ترازوی دقیق، جاده را تکه‌تکه و همزمان از دو طرفِ برج می‌سازند تا تعادل مثل یک ترازوی دقیق حفظ شود.

بازیگر اصلی این صحنه، ماشین زرد رنگی به نام «بالابر سگمنت» است که قطعات پیش‌ساخته را بالا می‌کشد. کارگران قطعات را با چسب اپوکسی به هم می‌چسبانند و سپس با عبور دادن کابل‌های پس‌تنیدگی از داخل قطعات و کشیدن آن‌ها با جک‌های هیدرولیکی، آن‌ها را به یک سنگ یکپارچه تبدیل می‌کنند.

همزمان که جاده پیش می‌رود، کابل‌های اصلی مثل تارهای یک ساز غول‌پیکر از بالای برج سرازیر می‌شوند. این کابل‌ها که داخل لوله‌های محافظ HDPE قرار دارند، از روی زین رد شده و به بدنه‌ی جاده متصل می‌شوند. وقتی دو بازوی پل در وسطِ اقیانوس به هم می‌رسند، آخرین قطعه به صورت «درجا» بتن‌ریزی می‌شود و درنهایت اتصال دو سوی آب برقرار خواهد شد.

پل‌هایی که امروز می‌بینیم، یک‌شبه اختراع نشده‌اند. جالب است بدانید در قرن نوزدهم، چند پل کابلی اولیه فرو ریختند (مثل فاجعه‌ی پل رودخانه زالی در آلمان در سال ۱۸۲۴ که زیر پای سربازان خرد شد). این اتفاقات باعث شد مهندسان حدود ۱۳۰ سال قیدِ این پل‌ها را بزنند و فقط پل معلق یا خرپایی بسازند.

مزیت اصلی این پل‌ها نسبت‌به پل‌های معلق مثل گلدن گیت، سرعت ساخت بالاتر و نگهداری آسان‌تر است. در این پل‌ها اگر یک کابل پاره شود، می‌توان بدون بستن پل آن را تعویض کرد. امروزه از پل‌های با پایلون الماسی و A-شکل گرفته تا گذرگاه دریایی ۵۵ کیلومتری در چین، همه مدیون همین تکنولوژی هستند.