Реферат: История развития строительства автомобильных дорог, начиная с 18 в.

В XIX в. делали ряд попыток повышения связности щебеночных покрытий с использованием вяжущих материалов. Уже в статье П. Э. Шретера, первом печатном произведений о дорогах на русском языке, упоминались большие неудобства в Петербурге, создававшиеся сильной пылимостью участка мостовой, в которой для большей плотности швы были заполнены известковым раствором.

Вскоре появились зачатки усовершенствованных дорожных покрытий. В России в 1833 г. механик Портнов предложил готовить кирпичи и плиты из твердого «смоляного цемента», который «составляется следующим образом: в один пуд растопленного пека или черной твердой смолы всыпается три пуда мелко просеянной кирпичной мелочи, которая мешается до совершенного соединения всей массы» (ЦГИАЛ, ф. 206, 1833 г., оп. 1, д. 1417).

В 1838 г. подполковник М. С. Волков описал применение асфальта при постройке тротуара на мосту через р. Рону в Лионе и попытку использования в Париже вместо естественного асфальта искусственного, приготовляемого на основе остатков от перегонки каменного угля. На основе этого опыта он предложил укреплять щебеночные покрытия путем пропитки мастикой, приготовляемой из смолы, которая, проникая в швы россыпи, должна ее связывать, давая тем возможность снизить толщину слоя щебня. По сути, это была рекомендация широко распространением перед второй мировой войной метода пропитки. В России, поскольку месторождения природных асфальтов были открыты и начали разрабатываться позднее, первые попытки устройства усовершенствованных покрытий были сделаны с каменноугольным дегтем. Капитан Буттац в 1838 г. покрыл почти 100 м тротуара около Тучкова моста и полосу на мостовой искусственным асфальтом, составленным по рецепту: 1 часть пека, ¹ /₁₀ часть смолы (каменноугольного дегтя), 4 части глины и 5 частей песка по объему, разогретую массу распределяли по утрамбованному основанию и посыпали сверху крупным песком. Для мостовой готовили прямоугольные и шестигранные шашки высотой 7,5 см и длиной 22—27 см, заливая расплавленную массу в формы, заполненные булыжным щебнем. В Одессе в 1855 г. Д. Спиридонов получил патент на устройство покрытий из булыжных камней, втопленных частично в мастику из смеси 15 частей сызранского природного асфальта, 19 частей стеариновой смолы, 5 частей извести и 45 частей гравия. Во второй половине XIX в. начали получать распространение дорожные покрытия из природных асфальтовых горных пород.

Дорожное строительство в западноевропейских странах.

В странах Западной Европы возобновление дорожного строительства первое время шло по пути подражания конструкциям римских дорог. Однако Изменившиеся хозяйственные условия — невозможность использования для дорожного строительства, как в Древнем Риме, дешевой рабочей силы и необходимость ее замены трудом только местного населения, привлекаемого к дорожным работам в порядке обязательной дорожной повинности или за плату вынуждали облегчать конструкции дорожных одежд на магистральных дорогах, оставляя местные дороги практически без какого-либо улучшения и содержания.

Первые попытки улучшения дорог были описаны в опубликованном в 1607 г. в Лондоне трактате Томаса Проктера «Полезные для всего королевства важные работы по ремонту всех дорог...». Автор отмечал: «Как показывает повседневный опыт, главная причина плохих и грязных дорог — это то, что дождевая или всякая иная вода, задерживающаяся на неправильно построенной дороге, при проездах колес проникает глубже в дорогу и все более и более размягчает и разрушает ее». Для предотвращения этого предлагалось отрывать сбоку от дороги канаву глубиной 3 фута (0,9 м) и шириной 4 фута (1,2 м), распределяя вынутую землю по ширине дороги слоем средней толщиной в один ярд (0,91 м), причем в середине на 2 фута выше, чем по краям. При этом ширина дороги должна быть достаточна для разъезда двух повозок. При слабых грунтах на дороге предлагалось устраивать одежду из гравия, камня, шлака, железной руды, обрубков дерева или вязанок хвороста, уложенных в деревянные рамы из бревен длиной 18 футов и окружностью 10—14 дюймов, скрепленных между собой деревянными нагелями. Сверху это основание следовало засыпать слоем гравия, крупного песка или щебня. На рис. 1 воспроизведен чертеж из книги Т. Проктера, показывающий конструкции рекомендуемой им дорожной одежды.

Рис.1 . Конструкция массивной дорожной одежды середины XVIII в.:

1 — уплотненный грунт; 2 — гравий крупностью 25 мм; 3 — пакеляж; 4 — песчано-гравийная смесь

Существовали также и другие конструкции дорожных одежд, созданных разными авторами. Технология строительства изменялась практически каждым последующим поколением как в связи с накоплением опыта так и изменением предъявляемых требований. Вначале считали, что искусственное уплотнение трамбованием менее эффективно, чем уплотнение в течение двух-трех месяцев, однако концу столетия это мнение изменилось, и, например, И. С. Гергардт указывал, что при отсыпке насыпи из земли, вынутой из боковых канав, «никогда не должно поднимать дороги вдруг выше 4 вершков; и по сравнении земли убивать ее нужно накрепко. Сию работу повторять должно при каждой новой насыпке земли».

Х. Эксшаке в 1787 г. рекомендовал строить гравийные покрытия толщиной не менее 10 дюймов в уплотненном состоянии, укладывая гравий в два слоя. Гравий должен быть крупностью «с орех и не менее боба, не загрязненный и не пылеватый».

К концу XVIII в. при проложении трассы на местности начали применять некоторые геодезические инструменты. Астролябия с буссолью появилась в половине XVI в., уровень с воздушным пузырьком был изобретен в 1661 г. На его основе в 1680 г. был предложен нивелир. При трассировании применяли уклономеры.

Прогресс в строительстве земляного полотна и дорожных одежд.

XVIII в. характеризовался попытками точного учета свойств грунтов в строительстве. Это отмечал М. В. Ломоносов в написанном в 1757—1759 гг. трактате «О слоях земных», указывая, что «строитель внимает твердости земли во рвах для основания» [3, с. 30]. Он классифицировал грунты по составу и свойствам, деля их на чернозем, «глину разных родов», «сродной глинам ил или тину» [3, с. 25]. Учитывалась крупность грунтовых частиц — «из воды отделяющиеся земляные иловатые частицы», пески, «которые в рассуждения величины зерен разнятся бесконечное, хрящ и бечевник—« превосходящие крупностью с горох камешки» [3 с. 69].

В рассматриваемый период времени начали получать распространение мостовые, по конструкции почти не отличавшиеся от современных. Предъявлялись определенные требования к их качеству. Колотый булыжный камень должен был иметь размеры 7—8 дюймов и суживающуюся вниз клинообразную форму. Требовалось перевязка швов, «чтобы в продольном направлении не было совпадающих швов, которые колеса повозок могли бы раздвигать». В основание укладывали слои песка толщиной от 6 до 8 дюймов желательно речного и гравелистого, а не карьерного, который очень пылеват. В книге Х. Людера указывалось, что при мощении с обеих сторон дороги в грунт ставят большие камни, а дальше вкладываются все более мелкие. Для повышения прочности мостовой Х. Готье предлагал устраивать через два туаза (1,82 м) поперечные ряды («страверсы») из более крупных булыжных камней высотой 10—13 дюймов с тем, чтобы если мостовая начнет разрушаться, повреждение не распространялось за этот ряд. Мощение клетками получило повсеместное распространение.

В конце XVIII в., когда темпы дорожного строительства начали возрастать, наибольшее распространение получили дорожные одежды на основании из пакеляжа — камней, устанавливаемых широкой стороной на грунтовое или песчаное основание и расклиниваемых который в дальнейшем начали заменять щебнем «крупностью в орех из камня твердых пород», который распределяли слоем 8 см. Однако дорожные одежды на пакеляжных основаниях не удовлетворяли требованиям механизированного строительства, а опыт эксплуатации показал, что они не выдерживали движения тяжелых автомобилей, многократные проходы которых сосредоточивались на узкой полосе наката и вызывали продольные просадки покрытий.

П. Трезаге существенно уменьшил толщину дорожной одежды, снизив ее до 24—27 см по сравнению с толщиной одежд ранее строившихся дорог, которая по оси достигала 50 см. Дорожную одежду устраивали в вырытом в земляном полотне корыте, выпуклое дно которого имело средний поперечный уклон около 60%о· При связных грунтах это способствовало частичному стоку просочившейся через дорожную одежду воды, а также позволяло придать дорожной одежде постоянную толщину по всей ширине проезжей части. Не меньшее значение имела выпуклость дна корыта для более экономного расходования каменного материала. Нижний слой (основание) дорожной одежды толщиной 10 дюймов устраивали из установленных на ребро на дно корыта камней, так чтобы ни один камень не возвышался над другим. Камни трамбовали ручной трамбовкой. Поверх них укладывали слой толщиной 8—Ю см менее крупных камней, которые дробили на месте и уплотняли трамбованием. Частично проникая в промежутки между камнями, они расклинивали крупные камни. Сверху укладывали 10 см гравия.

Следующий этап развития техники дорожного строительства — переход к дорожным одеждам только из щебня, к так называемому «щебеночному шоссе», которое обычно связывают с именем шотландского дорожника Дж. Мак-Адама [5].

Метод Мак-Адама получил широкое распространение потому, что был прост, дешев и отвечал требованиям времени. Начав с 1806 г. брать подряды на дорожное строительство, Дж. Мак-Адам разработал собственную систему постройки и ремонта дорог и, приняв на себя в 1816 г. заведование трестом Бристольского округа, наибольшего в Англии, начал энергично внедрять эту систему в практику. Предложенные им методы содержания дорог оказались весьма эффективными и экономичными.

Сущность идей Мак-Адама, разбросанных по разным местам книги, сводится к следующему:

1. Прочность дороги обеспечивается грунтовым основанием. До тех пор не удастся строить дороги, не подверженные влиянию сезонных и погодных факторов, «пока не будут полностью осознаны, признаны и проведены в жизнь следующие принципы, а именно, что нагрузка от движения фактически воспринимается естественным грунтом... этот естественный грунт должен быть предварительно осушен».

2. Роль дорожной одежды сводится в основном к предохранению подстилающего грунта от размокания. «Опыт показывает, что, если вода проникает через дорогу и насыщает естественный грунт, одежда дороги... разрушается на куски». Мак-Адам полагал, что для любой нагрузки достаточна толщина одежды 10 дюймов в плотном теле.

3. Дорожная одежда должна возвышаться над поверхностью земли и не быть уложенной в отрытом в ней корыте. «Первым действием при постройке дороги должен быть отказ от отрывания корыта. Дорожная одежда не должна быть погружена ниже уровня окружающего грунта... . Это может быть достигнуто или путем устройства дрен для понижения уровня воды или, если это неосуществимо в связи с особенностями местности, грунт должен быть приподнят на несколько дюймов над уровнем воды».

4. Дорожная одежда должна быть ровной, связной и водонепроницаемой.

5. Для устройства одежды следует применять одномерный чистый щебень или гравий. «Размер камней, используемых для дороги должен быть пропорционален месту, занимаемому колесом обычных размеров на гладкой ровной поверхности. Каждая щебенка, уложенная в дорогу, которая в каком-либо измерений превысит эту величину, является вредной».

6. Прочность щебеночной коры, по мнению Дж. Мак-Адама, обеспечивается взаимной заклинкой щебенок. Поэтому дорожные одежды следует устраивать из чистого щебня. «Каждая дорога должна строиться из дробленого камня, без примеси земли, глины, мела или каких-либо других материалов, впитывающих воду и подверженных воздействию мороза. Не следует ничего добавлять к чистому щебню для придания связности. Щебень будет объединяться благодаря своей угловатости в гладкую плотную поверхность, на которую не влияют превратности погоды или смещающее воздействие колес, которые будут проходить по ней без подскакивания, не вызывая повреждений». Одежда должна быть однородной на всю толщину. «Единственное средство избежать движения камней в дороге — это использовать в ней до самого низа камни одинакового размера».

7. В период уплотнения движением каменного материала за дорогой необходим усиленный уход. «После укладки гравия на дорогу ежедневно нанимают рабочих для засыпки колей и одновременного удаления граблями с поверхности камней, слишком мягких или неправильной формы, вроде длинных кремней или слишком больших». При уплотнении щебеночной россыпи в основном проездом транспортных средств Дж. Мак-Адам отмечал, что «для первой осадки гравия с успехом можно применять тяжелый железный каток диаметром от 4 до 5 футов (1,2—1,5 м) не менее.

8. Поперечный уклон дороги должен быть не слишком крутым. «Я полагаю, что дорога, обеспечивая сток воды, должна быть возможно более плоской... Я обычно делаю дорогу в середине на З дюйма выше, чем по краям, при ширине 18 футов... Если дорога сделана плоской, едущие не будут придерживаться только ее середины, как делают при чрезмерной выпуклости». В результате многократных попыток улучшения проезда по дорогам россыпью новых материалов на них образовывались толстые слои каменной наброски. Эти слои разбирали и заменяли щебеночными покрытиями, для которых в стороне от дороги дробили удаленный с дороги крупный камень. Поэтому перестройка дорог по методу Мак-Адама, для которой не требовался новый камень, вытеснила трудоемкую и более дорогую перестройку дорог с устройством одежды по типу Т. Тельфорда. Объем выполнявшихся работ ограничивался необходимый минимумом и поэтому Дж. Мак-Адам подчеркивал, что «на каждой дороге я был вынужден изменять способ работ в зависимости от местных условий, а часто от финансирования».

История асфальтоукладчика.

Обычно в литературе искусственную укатку щебеночных одежд связывают с именем французского инженера Полонсо, применившего в 1829 г. вместо трамбования щебеночной россыпи 20-килограммовой трамбовкой, «которая уплотняла только поверхность», укатку 3-тонным катком, массу которого при последних проходах увеличивали до 4,5 т. Каток был сделан из дубовых брусьев, окованных железными обручами, диаметр вальца составлял 2,1 м, ширина— 1,6 м. Брусья имели в середине вогнутость, равную 3,2 см, предназначенную для того, чтобы при укатке формировалась цилиндрическая поверхность покрытия, а щебень не выжимался из-под катка в сторону. В боковых дисках катка были предусмотрены отверстия, через которые каток можно было заполнять песком или гравием, увеличивая его массу с 1,2 до 6 т.

Расширению применения укатки способствовало появление паровых катков. В 1859 г. был выпущен каток Лемуана, имевший три вальца, расположенные один за другим. Передний и задний вальцы были меньшего диаметра, чем средний ведущий. Каток Баллезона был двухвальцовым. Начиная с катков Эвелинга и Портера, перешли к обычной трехвальцовой схеме. Оптимальная масса катков была найдена не сразу.

В Швейцарии в 1721 г. близ г. Невшатель и в 1810 г. около г. Сейсель были открыты месторождения асфальтовых горных пород — известняков и песчаников, пропитанных битумом. Их начали разрабатывать для приготовления мастики для гидроизоляционных работ. Вскоре было замечено, что упавшие на дорогу во время перевозки куски асфальтовой породы при уплотнении проездом образуют твердый однородный слой. Это навело на мысль о постройке асфальтовых покрытий. В 1829 г. в г. Сейселе была построена пешеходная дорожка, а в 30х годах сделаны первые попытки постройки асфальтовых покрытий.