هندسة الجسور: مبادئ وضع الأساسات وطرق البناء

هندسة الجسور

هندسة الجسور: مبادئ وطرق وضع الأساسات والبناء

في هذا المقال، نقدم نظرة شاملة على هندسة الجسور، مع التركيز على مبادئ وضع الأساسات، وتجهيز القاعدة، وطرق البناء. يُعتبر هذا المحتوى دليلًا متخصصًا لعشاق الهندسة المدنية والهندسة المعمارية. تم تصميمه وفقًا لمبادئ تحسين محركات البحث (SEO) ويتضمن روابط داخلية مُحسّنة لتقديم رؤى قيمة.

وضع الأساسات أو تجهيز القاعدة للجسور

يُعد وضع الأساسات أو تجهيز القاعدة لدعامات الجسور أحد أهم الجوانب في بناء الجسور والسدود، خاصة عند التعامل مع الأنهار العميقة أو العريضة أو ذات التيارات القوية. لهذا السبب، تختلف ظروف وضع أساسات الجسور بشكل كبير، وقد استخدم المهندسون تاريخيًا تقنيات متنوعة:

أ) استخدام المخاضات في وضع الأساسات

في بعض الأنهار، توجد مناطق يكون فيها مجرى النهر واسعًا وتيار المياه هادئًا عادةً. تُعرف هذه الأماكن باسم “المخاضات”، وتسمح بالعبور على ظهور الخيل أو الجمال أو البغال خلال مواسم غير الفيضانات. عند بناء الطرق الرئيسية التي تتقاطع مع الأنهار، كان المهندسون يسعون غالبًا للاستفادة من هذه المخاضات لبناء الجسور كلما أمكن ذلك.

• في الصيف: إذا جف مجرى النهر خلال الصيف، كانت تُحل معظم المشكلات، ويتم حفر الأساسات بالطريقة التقليدية.
• خلال ارتفاع منسوب المياه: إذا ظل النهر يحمل تيارًا حتى في مواسم الانخفاض، كان المهندسون يحولون مجراه بحفر قناة مؤقتة خلال فترات انخفاض التدفق. ثم يبنون دعامة الجسر على مسار مجرى النهر الطبيعي، وبعد الانتهاء، يعيدون توجيه المياه إلى مسارها الأصلي. كان هذا الأسلوب مفضلاً في إيران لسهولته.
• على النقيض في الغرب: تم اتباع نهج مختلف، حيث كان المهندسون يشيدون قناة تحويل، ويبنون الجسر فوقها، ثم يحولون النهر من مساره الطبيعي إلى القناة الجديدة.
• أقدم جسر بُني بهذه الطريقة هو جسر مدينة بابل فوق نهر الفرات، الذي بنته نيتوقريس، الملكة الثانية لآشور. أمرت بحفر بحيرة اصطناعية، ووجهت نهر الفرات إليها، وبعد جفاف المجرى الأصلي، شيدت دعامات الجسر الضخمة. بعد ملء البحيرة وإكمال الجسر، أعيد النهر إلى مساره الطبيعي.
• في إيران، استُخدمت هذه التقنية أيضًا في أساسات جسر-سد شادروان في شوشتر. يقدم دهخدا رواية مثيرة في قاموسه:

استدعى قيصر مهندسين ومعماريين من روما والغرب بموارد هائلة. في البداية، أحدثوا شقًا تحت جبل – حيث يقع مقام السيد محمد غياخوار، وكان النهر يتدفق غربًا نحو المدينة – لتحويل المياه جنوبًا. من هذا الجبل إلى سد قيصر، على مسافة اثنتي عشرة فرسخًا، شيدوا قناة ووجهوا المياه إليها. خلطوا الجير والجبس مع حليب الأغنام، واستخدموا الرافعات لوضع الحجارة الكبيرة، وربطوا كل زوج من الحجارة بحلقات حديدية، ومهدوا المنطقة من مدخل مفاريان إلى أسفل الجسر بحجر مستوٍ. سدوا فواصل الحجارة بالرصاص المصهور وبنوا سدًا بعرض النهر. ثم شيدوا جسرًا متينًا لتسهيل العبور، وسدوا الشقوق تحت المقام بنفس خليط الجير والرصاص حتى اكتمل شادروان وسد ميزان. أخيرًا، وجهوا المياه إلى مسارها المطلوب.

وفقًا لكتاب “فارسنامه” لابن البلخي حول بناء جسر-سد أمير: قبل بناء السد، حولوا المياه من جانبي النهر. ثم مهدوا مجرى النهر في موقع السد بكتل حجرية كبيرة وملاط السروج، وشيدوا السد على أساس هذا الطوف الحجري.

ب) ابتكارات عبقرية في وضع الأساسات

إلى جانب الطرق المذكورة أعلاه، تضمنت وضع الأساسات أحيانًا ابتكارات مذهلة. على سبيل المثال، في بناء جسر دربند في القوقاز (المعروف سابقًا بباب الأبواب، والآن ماخاجكالا)، حيث كان تيار النهر السريع لا يمكن السيطرة عليه، تم بناء الدعامات بطريقة إبداعية:

تم نفخ جلود الحيوانات الكبيرة مثل الأبقار والجمال والحمير بالهواء وربطها بإطار خشبي مصنوع من العوارض والألواح. تم تثبيت هذه الجلود المنفوخة تحت الإطار، ثم أُطلق الإطار في الماء. تم تثبيت الإطار في موقع الدعامة لمقاومة التيار. بُنيت دعامات الجسر فوق هذه المنصة العائمة. مع زيادة وزن الهيكل، كان الإطار يغوص تدريجيًا، ويتم تخفيف حبال التثبيت من الجوانب حتى تستقر الجلود على قاع النهر. تم رفع الدعامات إلى الارتفاع المطلوب، وبعدها قام الغواصون بثقب الجلود لإطلاق الهواء، مثبتين الإطار على قاع النهر. تُعتبر هذه التقنية القديمة شكلاً من أشكال وضع الأساسات باستخدام الهواء المضغوط.

ج) وضع الأساسات باستخدام الآبار والكايسونات

تضمنت طريقة أخرى لتجهيز القاعدة حفر سلسلة من الآبار بشكل متقطع عبر مجرى النهر وتركيب الكايسونات. كانت هذه الآبار تُملأ بملاط الجير والسروج. تضمنت العملية وضع كايسون (أنبوب خشبي أو معدني) في مجرى النهر وإزالة الرمل والطين والطمي من داخله. كان الكايسون يغوص تحت وزنه الخاص، وتُضاف كايسونات إضافية فوقه حتى يصل إلى العمق المطلوب. ثم كانت هذه الآبار بمثابة أساس الجسر. يُقال إن أساسات جسري سي وسه بول ومرنان في أصفهان بُنيت بهذه الطريقة.

في بعض الأحيان، كانت تُستخدم الكايسونات الخشبية: كانت الأوتاد الخشبية المدببة، المعروفة باسم “الأوتاد”، تُدق في مجرى النهر، وتُربط بألواح وتُغلق بالطين أو القار. كانت المياه بداخلها تُستنزف، وتُبنى الدعامات من أحجار الردم مع واجهات من الحجر المشذب.

تجهيز قاع النهر للجسور

المرحلة الثانية الحاسمة بعد وضع الأساسات هي تعزيز قاع النهر حول الدعامات والأساسات. كان المهندسون والمعماريون ذوو الرؤية الأوسع لمتانة الجسر يولون اهتمامًا خاصًا لهذه الخطوة. وفقًا لذلك، كان قاع النهر تحت بعض الجسور يُمهد بميل لطيف يتماشى مع تدفق المياه. كان هذا مهمًا لسببين:

1. كانت المياه تتدفق بسلاسة، والميل اللطيف يسمح للطين والرمل والطمي بالمرور تحت الجسر بسرعة مثالية، مما يمنع تراكم الرواسب حول الدعامات.
2. كان يمنع تآكل قاع النهر تحت أقواس الجسر، مما يقلل من مخاطر تلف الدعامات.

أبرز مثال على تجهيز القاع يمكن رؤيته في جسر شادروان:

قاموا بتمهيد المنطقة من مدخل مفاريان إلى أسفل الجسر على مستوى واحد وسدوا فواصل الحجارة بالرصاص المصهور.

تظهر أمثلة مماثلة لتجهيز القاع في جسري تشام-ناماشت ودزفول وغيرهما من الجسور في عصر الساسانيين والفترة الإسلامية.

الأدوات الحديثة في بناء الجسور

اليوم، أدى استخدام الأدوات الحديثة إلى تحسين الدقة والسرعة في مشاريع بناء الجسور بشكل كبير. على سبيل المثال، تلعب قوالب الخرسانة والدعامات جاك الثقيلة الصلب أجوستابل دورًا رئيسيًا، خاصة في تشييد الدعامات والأقواس، لتحل محل الطرق التقليدية.

الخاتمة

تمثل هندسة الجسور مزيجًا من الفن والهندسة، مما يتيح عبور الأنهار بأمان من خلال تقنيات متنوعة لوضع الأساسات وتجهيز القاع. من استخدام المخاضات وقنوات التحويل إلى الابتكارات الإبداعية والأدوات الحديثة مثل قوالب الخرسانة والدعامات القابلة للتعديل، يعكس كل أسلوب براعة وخبرة المهندسين عبر التاريخ.