Характеристика покрытий из каменных материалов

Характеристика покрытий из каменных материалов. 1 Конец XVIII - начало XIX в. характеризовались большим числом экспериментальных и теоретических исследований в области сопротивления движению колесных повозок, направленных на установление связи между силой тяги, размерами колес и нагрузками. Именно в связи с этими целями проводили опыты Б. Румфорд, А. Морен и ряд других исследователей. Из числа теоретических работ выделялась работа русского

математика, члена Петербургской Академии наук Н. И. Фусса, который выступил с исследованием из начал механики определить содержание движущей силы к перевозимым тягостям на четырехколесных и двухколесных повозках так, чтобы приняты были в рассуждение препятствия в движении, как, например, трение и тому подобные сопротивления, обычно при перевозках бываемые и движущей силой преодолеваемые . Рост перевозок сопровождался появлением во второй половине

XVIII в. первых попыток регламентирования правил пользования дорогами. В опубликованном в 1768 г. в Германии в герцогстве Пфальц постановлении было сказано, что каждый, кто преднамеренно повредит мосты, придорожные аллеи, мильные столбы или сооружения водоотвода, будет осужден на три месяца, а при повторении на год . В Саксонии в 1781 г. было утверждено руководство -

Мандат на производство дорожных работ , в котором давались рекомендации по уходу за дорогами, выбору для их ремонта прочных каменных материалов, не подверженных выветриванию, говорилось о недопустимости использования гравия, содержащего примеси земли. Особенно подчеркивались требования к мощению - расположение камней большей стороной поперек дороги, недопустимость использования камней разных размеров приводились также и другие правила, соблюдаемые в настоящее время.

Несмотря на наличие детальных руководств, дорожное строительство фактически велось в XVIII в. упрощенными способами. В Германии, в период после окончания Семилетней войны, в Ангальте, Саксонии и Пруссии, как отмечает д-р Хуммель, строили преимущественно многослойные гравийные покрытия путем последовательных ежегодных весенних россыпей слоев гравия, которые за лето уплотнялись проездами повозок.

Считали непригодным для дорожного строительства чисто отмытый речной гравий и сильно загрязненный карьерный гравий, летом сильно пыливший, а в сырое время года покрывавшийся слоем грязи. Тяжелые повозки с узкими колесами образовывали на этих дорогах глубокие колеи. В редких случаях в нижний слой одежды укладывали камни, уплотнявшиеся трамбованием. Покрытие устраивали только в средней части дороги.

При легком движении на дорогах к поместьям толщина слоя гравия составляла 16 см у краев покрытия и 23 см в середине. При тяжелом движении, например на дороге Лейпциг - Вайсенфельз, по которой перевозили соль повозками с грузом до 60 центнеров упряжками в 6-8 лошадей, слой гравия достигал в середине проезжей части 65 см, а у краев 30 см. Дороги с пакеляжными основаниями строившиеся в редких случаях,

2 были весьма несовершенны. На дороге Лейпциг - Линденау в нижний слой одежды были поставлены на ребро без расклинки крупные камни, перекрытые сверху плоско уложенными камнями. Толщина каменного слоя по оси дорог составляла 45 см. Сверху было насыпано 7,5-15 см гравия. Тяжелым движением во время наполеоновских войск 1806-1813 г. все эти дороги были разрушены. 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 щебнем. В отличие от мостовых при проезде по дорогам воздействие колес способствовало уплотнению и упрочнению основания. Пакеляжные основания имели стратегические дороги к границам Франции, построенные во время правления Наполеона Бонапарта.

Они были распространены до 30-х годов XX столетия и еще применялись на первых автомобильных магистралях Германии. 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. Широкое внедрение дорожных одежд на пакеляжных основаниях в литературе связывают с именами француза

П. Трезаге и англичанина Т. Тельфорда, хотя близкие к ним конструкции дорожных одежд в тот же период предлагались в России и в ряде других стран. П. Трезаге1 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 6О 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 8-10 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, который в дальнейшем начали заменять щебнем крупностью в орех из камня твердых пород , который распределяли слоем 8 см. П. Трезаге подчеркивал, что качество дороги зависит от верхнего слоя.

3 При действии нагрузок от колес дорожная одежда работала как свод, распределяя давление на большую площадь основания, обеспечивая тем самым возможность пропуска наиболее тяжелых конных повозок. На слабых грунтах под пакеляж укладывали слой плоских камней толщиной 7-8 см. В горной местности на участках дорог с большими продольными уклонами для предотвращения размыва боковые канавы не устраивали, а проезжей части придавали вогнутый поперечный профиль.

Результатом привлечения к дорожным работам местного населения дорожной повинности явилось выполнение работ неквалифицированными людьми, а также отсутствие в течение большей части года ремонта дорог, поскольку дорожные работы выполнялись только в периоды, свободные от полевых работ. Возникавшие небольшие повреждения дорожной одежды успевали до следующего периода дорожных работ превратиться в серьезные разрушения. Сделался необходимым переход на систему непрерывных ремонтов и текущего содержания

дорог. В 1785 г. П. Трезаге организовал во Франции государственную ремонтно-эксплуатационную службу. Ремонтеры сап1ошег5 , за которыми были закреплены постоянные участки дороги, должны были в течение всего года ежедневно обходить эти участки, своевременно исправляя мелкие повреждения дорожной одежды, устраняя образующиеся на них неровности и предотвращая застои воды на поверхности дороги и в боковых канавах. Мысль о необходимости такой системы высказывал в

России И. С. Гергардт Как бы ни была дорога хорошо сделана, но содержать оную необходимо нужно Должно определить в некотором расстоянии надзирателей 4 или 5 верст легко могут быть под присмотром одного человека, который удобно исправить может нужную починку . Особенностью конструкции дорожных одежд П. Трезаге было использование для верхнего слоя искусственного щебня. В аналогичных конструкциях, строившихся в других странах, широко использовали местные каменные

материалы, не требовавшие дробления. Например, в Англии Джон Скотт указывал, что для покрытий кремню, гальке, крупнозернистому песку и искусственному щебню следует предпочитать отгрохоченный гравий. Это легко можно объяснить тем, что при гранулометрическом составе, близком к оптимальному, гравий во влажную погоду, характерную для Англии, хорошо закатывается колесами и образует плотную поверхность.

В Англии распространение покрытий на пакеляже связано с именем Т. Тельфорда. Т. Тельфорд не предложил новых изменений в технике дорожного строительства и строил дороги по тому же типу, как П. Трезаге. Он следующим образом описывал конструкцию своих дорог Нижний слой состоял из твердых камней семи дюймов высотой, тщательно установленных вручную широким концом вниз, плотно с перевязкой швов, и ни один камень не был более трех дюймов шириной поверху.

Пространство между ними затем вручную заполнялось меньшими камнями так, чтобы образовалась плотная и ровная поверхность. Расположенный над ней слой толщиной 5-7 4 дюймов состоял из тщательно раздробленных твердых камней. Ни один из них не превышал весом шесть унций и не имел в поперечнике более 2,5 дюйма. Верхний слой толщиной в 1 дюйм был из связного гравия. Под нижним слоем на расстояниях через 100 ярдов 91,5 м закладывались перепускные трубы, выводимые в

канавы. Результатом была легкая, плотная и сухая дорога, которой можно было пользоваться в любую погоду. Даже в дожди выпуклость поверхности позволяла воде стекать вниз . Описанные методы постройки новых дорог П. Трезаге и Т. Тельфорда осуществлялись далеко не на всех маршрутах. На большинстве дорог тресты, выделявшие на работы по строительству и ремонту дорог ограниченные средства,

благоустраивали дороги более примитивно. В журнале Monthly Magasin писалось, что обычный метод постройки или починки дорог в богатых камнем местностях очень неприятен для едущих. Он заключается в добыче в ближайших карьерах камней размером, не меньшим обычного кирпича, и в разбрасывании их по дороге. Можно себе представить, с какими усилиями и трудностью тянет бедная лошадь по такой дороге Для распространения новых конструкций дорожных одежд имело значение

также своевременное опубликование предложенных методов. Работы П. Трезаге и особенно Дж. Мак-Адама были широко известны при их жизни. Оригинальные поперечные профили русских дорожных одежд на пакеляже того же периода, извлеченные из архивов, опубликовал впервые только в 1951 г. проф. А. С. Кудрявцев. 5 В России в 1786 г. была утверждена как обязательная конструкция дорожной одежды

капитана Баранова для дорог с проезжей частью шириной 4 сажени. Она представляла собой как бы сдвоенные двухполосные дороги рис. 5.11,а , состоящие из боковых и осевой крепко расклиненных пакеляжных лент из двух камней каждая, клеток и диагоналей из крупного 6 булыжника и заполнения булыжными камнями более мелкого размера. Пакеляж из крупных камней укладывали в продольные ровики, заполненные песком.

Каменные основания, имевшие выпуклость, представляли собой как бы два свода. Сверху их засыпали гравием, природным щебнем дресвой или крупным песком. Основания устраивали не только из округлого булыжного камня, но и из колотой шашки рис. 5.11,6 . Аналогичные конструкции использовали и при более узкой проезжей части. Вскоре эти конструкции были заменены более легкими в осуществлении рис.

5.11, в . В них средний ряд пакеляжа ставили просто на дно плоского корыта, а крайние погружали в песчаное основание на большую глубину, чем заполнение мостовой. Одновременно отказались от устройства клеток из более крупных булыжных камней. В связи с неизбежной разницей в размере осадок крупных и мелких камней наличие клеток должно было способствовать более быстрому возникновению неровностей на покрытии.

Дорожные одежды описанного типа требовали высокой квалификации рабочих и тщательности выполнения. Они осуществлялись на участках небольшого протяжения и вскоре сменились более простыми. Описанная И. С. Гергардтом в одной из первых статей о дорогах на русском языке конструкция имела ряд отличий от строившихся П. Трезаге рис. 5.12 . Они сводились к следующему горизонтальное дно корыта, односкатный поперечный профиль, пешеходная дорожка на возвышающейся обочине, край которой поддерживался

трехслойным валиком из крупных камней. С другой стороны проезжей части были установлены наклоненные во внешнюю сторону каменные надолбы, препятствовавшие заезду повозок на обочину. Пакеляж расклинивали камнем, который разбивали на месте укладки тяжелыми, весившими 10-12 фунтов молотками на длинных ручках. Покрытие было двухслойным. Нижний слой состоял из щебня размером малого куриного яйца , а верхний толщиной 2-4 дюйма - из прочного каменного материала, который при постройке надо было

уколотить поплотнее ручными бабами и выровнять катками, железными и каменными . Последняя строительная операция рекомендовалась значительно ранее, чем ее ввел в 1830 г. в строительную практику для щебеночных покрытий во Франции Полонсо. 7 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. Метод Мак-Адама получил широкое распространение потому, что был прост, дешев и отвечал требованиям времени. Став в 1827 г. генеральным надзирателем над дорогами Англии, Дж. Мак-Адам настойчиво внедрял свой метод в практику. Оценивая его деятельность, Сидней и Беатриса Вебб отмечали, что нельзя считать, что метод постройки дорожных одежд из дробленого камня изобрел Мак-Адам, поскольку его раньше использовали в

Швеции, в Швейцарии и других странах и об этом давно знали наблюдательные путешествующие . Главной заслугой Мак-Адама было скорее искусство дорожного администрирования, чем дорожной технологии . Наиболее творческий подход к системе Мак-Адама был проявлен ,в России. Дорожные одежды из каменных материалов Ч5ыли давно известны в России, но строились они по методу, близкому к методу

П. Трезаге в ограниченном числе случаев. По этой схеме были построены в 1817 г. первые участки шоссе Петербург - Москва рис. 6.3 , Гродненское и Калишское шоссе и некоторые дороги в западных губерниях Царства польского , где проекты дорог утверждались наместниками, управляющими этими губерниями. В дальнейшем строительстве дорог в России почти преимущественное распространение имели дорожные одежды по типу Мак-Адама рис. 6.3 . В 1838 г. Комиссия проектов и смет

Министерства путей сообщения изъяснила, что так называемая французская система шоссе, состоящая в употреблении различных слоев разной величины камней и щебенок, уже в России оставлена. Все способы устроения шоссе в просвещенных государствах Европы употребляемые, Главным управлением путей сообщения и публичных зданий исследованы ЦГИАЛ, фонд 218, 1835- 1836 гг оп. 1, дело 1041, л.

48 . С этого времени широко распространенные ранее пакеляжные основания практически перестали строить. 8 Изменились и условия строительства и содержания дорог, которые в значительной степени были возложены на созданные в 1864 г. земские учреждения, финансировавшие дорожные работы за счет сборов с местного населения. Ограниченные финансовые возможности земств привели к тому, что на подъездных путях начали получать распространение булыжные мостовые, постройка которых не требовала механизации.

Они были менее трудоемки при строительстве, поскольку отпадала необходимость дробления камня на щебень, и их можно было надолго оставлять без ремонта. На важнейших государственных дорогах преимущественным типом дорожного покрытия оставалось щебеночное. Несмотря на небольшие объемы его строительства, именно в России было достигнуто существенное улучшение техники постройки. Трудности получения каменных материалов, суровость климата и значительное разнообразие климатических

условий предопределили творческое развитие в России конструкций щебеночных дорожных покрытий. Видный русский дорожник Егор Головачев писал в 1870 г. Нам, при значительном несогласии местных условий, при устройстве шоссейных дорог, зависящих столь много от климата и места, бессознательно подражать той или иной системе непростительно. Во избежание этого нам необходимы рациональные исследования условий страны .

В этом можно усмотреть первое высказывание о необходимости разработки региональных 9 технических условий , идея которых неоднократно всплывает периодически в современной литературе и в скрытом виде осуществляется через дорожно-климатическое районирование в современных нормах проектирования земляного полотна и дорожных одежд. Существенным отличием конструкций дорожных одежд в России был отказ от обязательного требования Дж. Мак-

Адама о создании дорожной одежды из однородного по составу, крупности и прочности щебня. Средняя полоса европейской части России, где велось строительство щебеночных покрытий, бедна каменными материалами, так как коренные породы покрыты мощными слоями ледниковых отложений. Основным источником получения каменных материалов был сбор на полях валунов. Поэтому вскоре возникла мысль об укладке в нижний слой одежды крупного щебня слабых, но дешевых местных

пород. Таким способом построен ряд шоссе в западных губерниях. Вначале, так же как и Мак-Адам, щебеночным одеждам придавали толщину 25 см 10 дюймов , но потом, убедившись, что хорошее уплотнение щебеночного слоя проездом распространяется только на глубину примерно 10 см, а глубже щебень остается в слабо уплотненном состоянии, перешли постепенно в целях уменьшения расходов к толщине 15 см в уплотненном состоянии. Это оказалось возможным в связи с меньшими нагрузками на конные

повозки в России по сравнению с применявшимися в Англии. При неблагоприятных грунтовых условиях, где можно было ожидать пучин, щебеночную одежду утолщали до 9-12 дюймов, но, так как это сильно удорожало строительство, нижнюю часть каменного слоя начали заменять песком. Так было построено шоссе Петербург - Москва. Число случаев формального использования в России конструкций по типу, предложенному

Дж. Мак-Адамом, было ограниченным. Их строили в 1840-1860 гг т. е. несколько десятилетий после начала их распространения в Англии. Характерные для России поперечные профили дорог с щебеночными одеждами показаны на рис. 6.5. Первые годы щебеночные покрытия строили с обязательным бордюром из крупных камней, отсутствовавшим в конструкции Дж. Мак-Адама, но являвшимся обязательной принадлежностью одежд по типу П.Трезаге и Т.Тельфорда. Поскольку обочины не укреплялись, при отсутствии бордюров на них вскоре от

заезда колес повозок образовывались колеи, из которых вода просачивалась в основание дорожной одежды. В 1843 г. для экономии средств устройство бордюров было запрещено на относительно прочном твердом и неудоборастворимом в ненастное время грунте. Это запрещение было отменено в 1851 г но в целях экономии затрат дороги, как правило, продолжали строить без бордюров. 10 В период с 1820 по 1840 г. песчаные основания в замкнутом корыте и укладка щебня или гравия в корыте

непосредственно на грунт встречались практически одинаково часто. В это время слой песка рассматривали лишь как замену дефицитного каменного материала. Примерно к 1840 г. было понято, что песчаный слой играет в дорожной одежде более важную самостоятельную роль, отводя проникающую воду и снижая опасность пучинообразования. М. С. Волков указывал, что песчаное основание, имеющее целью не допускать воду до дна ящика, делается

иногда не довольно толстым слоем. Толщина его должна бы непременно изменяться сообразно свойству грунта, между тем как она берется постоянной для всего протяжения шоссе . Чем грунт слабее и более растворяем водою, тем толще должен быть основной слой песку. На грунтах чисто глинистых не лишним было увеличивать среднюю толщину песка до 10 и 12 дюймов тем более, что после осадки дороги часть песка проникает в щебень и в грунт, так что действительная толщина этого

слоя значительно уменьшается против предположенной . Для улучшения отвода воды корыто начали делать с выпуклым дном, по уклону которого вода могла стекать к обочинам, не просачиваясь в грунт. В 1847 г. был утвержден нормальный поперечный профиль для государственных шоссе , предусматривавший на глинистых грунтах песчаный слой толщиной по оси 10 дюймов и постепенно утончавшийся к откосам земляного полотна до 5 дюймов.

Застаивание воды у краев проезжей части в корыте и разрушение щебеночной коры у кромок из-за переувлажнения грунта основания вызвали распространение в 1840-1860 гг. сплошных песчаных слоев. Однако по экономическим соображениям примерно с 1860 г. начали устраивать песчаные дренажные воронки. 11 Введение в России в конструкцию дорожной одежды пористого песчаного слоя, который обеспечивал отвод воды и способствовал осушению грунтового основания, почти на 150 лет опередило зарубежную практику.

До второй мировой войны в США и европейских странах в дорожных одеждах отсутствовали пористые основания для осушения поверхностного слоя земляного полотна. Укладывавшиеся иногда толстые песчаные или гравийные слои преследовали цель защиты от пучения. Обширные исследования, проведенные в США в конце 60-х годов, выявили значительную роль в разрушениях дорожных одежд гидродинамических напоров, возникающих в переувлажненных грунтовых основаниях дорожных

одежд при проезде автомобилей, и необходимость в связи с этим отвода воды из пористых слоев. В предложение Мак-Адама о постройке покрытий из одномерного на всю толщину слоя щебня к середине XIX в. был введен ряд уточнений. Повсеместно было узаконено устройство многослойных покрытий. В Ганновере технические предписания 1860 г. оговаривали, что в отличие от прежнего способа производства работ проезжая часть должна устраиваться из двух или даже трех слоев, из коих нижний слой, с целью удешевления,

может быть устроен из менее тщательно и равномерно набитого щебня, чем для верхнего слоя . В утвержденных в 1889 г. правилах постройки стратегических шоссе в западных губерниях России было сказано, что щебеночная одежда должна устраиваться из самого твердого и однородного каменного материала, какой только имеется вблизи от проводимой дороги. В случае же недостатка его щебеночная одежда должна устраиваться из двух слоев нижний из более мягкой

и верхний из более твердой породы . Выработалось представление о структуре щебеночной коры. Как указывал в 1860 г. инж. Васильев, хорошее шоссе должно состоять из двух главных частей 1. .Твердой сетки или основы, образуемой кусками щебня, взаимно соприкасающимися и передающими давление один другому 2. Из вещества, заключенного в пустотах сетки, которое связывает сеть и поддерживает ее равновесие следовательно, прочность шоссе зависит а от степени сопротивления материалов, употребляемых

для твердой сетки, стиранию на поверхности и раздроблению или раскрошиванию внутри б от качества вещества, заполняющего пустоты твердой сети, от его упругости и прочности . Отмеченная инж. Васильевым роль веществ, заполняющих пустоты в щебеночной коре, долгое время являлась предметом споров. Для повышения связности щебеночной коры высказывались предложения о необходимости введения в нее материалов, образующих связь, основанную на силе химического средства .

При этом значительную пользу могло бы оказать употребление веществ известковых для заполнения пустот в измельченном виде с особую их поставкою . 12 В России идея повышения связности щебеночного покрытия .начала реализовываться лишь после введения искусственного уплотнения щебеночных россыпей катками, причем на основе других принципов, чем за рубежом. Щебеночная кора из одномерного прочного щебня, несмотря на обламывание кромок щебенок, имела высокую пористость.

Для заполнения пор в верхнем наиболее уплотнявшемся слое начали использовать более мелкий материал - клинец и высевки, вдавливаемые весом катка в незаполненные места между щебенками и создающие расклинивание. В России считалось обязательным использование для этой цели щебня тех же горных пород, что и для основной россыпи, поскольку применение мягких легко дробящихся пород, облегчая закатку, давало малоустойчивое, быстроразрушающееся покрытие. За границей для облегчения заключительной стадии укатки щебеночных покрытий

был распространен другой прием, при котором добавляемый мелкий материал стараются так подобрать, чтобы он в некотором случае дополнил свойства каменного материала, употребленного для щебня. Если щебень, разрушаясь, дает пыль рассыпчатую, сухую, то прибавляют материалов вяжущих, например, известняковых пород, дающих липкую грязь например, на севере Франции, где шоссейные дороги поддерживаются бельгийским гранитным щебнем, таким материалом служит известковый

овражный песок . Аналогичная рекомендация содержалась в широко распространенном в 1920-1930 гг. американском справочнике Харгера и Боннея Лучший заполнитель - известковые высевки, так как они обладают хорошими цементирующими качествами. Для трудно укатываемых пород трапп, гранит, песчаник в клинец можно примешивать не менее 50 известковой пыли . Однако тут же отмечалось, что значительное число разрушений покрытий непосредственно связано с размягчающимся заполнителем .

С самого начала использования щебня в строительстве дорожных одежд выдвигались предложения о необходимости их искусственного уплотнения. В 1725 г. Якоб Леопольд рекомендовал для уплотнения дорог железные катки. В 1787 г. в Париже Цессарт делал попытки укатки одежд, построенных по методу П. Трезаге, чугунными катками массой 3,5 т, которые тянули шесть лошадей. В 1802 г. И. С. Гергардт предлагал дорожную одежду уколачивать поплотнее ручными бабами и выравнивать

катками . Однако обычно в литературе искусственную укатку щебеночных одежд связывают с именем французского инженера Полонсо Ро1опсеаи , 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 13 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. В дальнейшем Полонсо рекомендовал систему послойной укатки россыпи чугунными катками. Идея отказа от уплотнения щебеночных покрытий движением и перехода к уплотнению катком не сразу получила

признание и лишь в 40-х годах XIX столетия стала рассматриваться как обязательная, по крайней мере, на первом этапе уплотнения. Так, например, инж. Васильев предлагал при устройстве двухслойных одежд сперва рассыпать половину щебня и укатывать его катком и открыть проезд, для облегчения которого в первое время можно употреблять некоторое количество песку . В России Комиссия проектов и смет Министерства путей сообщения постановила в 1842-1843 гг.

Комиссия полагает весьма полезным укатывание щебня большими катками для составления плотной коры прежде открытия дороги, ибо цель дороги есть спокойный проезд и удобный провоз, а потому несправедливо в отношении к частному интересу укатывать дорогу теми транспортами, которые случаются в то время на дороге ЦГИАЛ, фонд 23, 1842-1843 гг. дело 517, л. 13 . В этом решении сыграл роль ряд обстоятельств - стремление возчиков объезжать неуплотненные россыпи и необходимость усиленного наблюдения за проездом, чтобы не

происходило движения по одному следу, поскольку рыхлые щебеночные насыпи, однажды прорезанные колеями, никогда уже не могут образовать впоследствии плотной и однородной массы ЦГИАЛ, фонд 218, 1845-1850 гг. оп. 1, дело 1724, л. 24 . При укатке рекомендовалось употреблять катки сначала незначительного веса, но увеличивать по мере укатки вес оных . При этом польза от катка могла только тогда быть, коль скоро тяжесть его постепенно

доходила до 300 пудов нагрузкой в ящик камня ЦГИАЛ, фонд 218, он. 1, 1843-1846 гг. дело 571, л. 5 и 94 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. Каток Дрелинга массой от 26 до 40 т был трудноуправляем и дробил щебень. В России первые заграничные паровые катки рис. 6.6 массой 10 т появились только в 1875 г а их производство в ограниченном объеме на Коломенском, Варшавском и

Брянском машиностроительных заводах было развернуто в конце XIX в. Для укатки преимущественно использовали каменные катки диаметром 0,5-0,6 сажени и длиной 0,5 сажени, массой 150-300 пудов 2,4-4,8 т и чугунные катки с загрузочными ящиками, позволявшими увеличивать их массу до 400 пудов 6,4 т . Каток с двигателем 14 внутреннего сгорания впервые появился в США в 1909 г. К этому же периоду относится широкое внедрение механической бойки щебня.

Долгое время укатку вели без поливки водой, хотя положительное действие увлажнения щебня на закатывание было известно. В 1851 г. инж. Евреиновым рекомендовалось при укатке до россыпи высевок выбирать по возможности сырое и дождливое время, укатку же с высевками производить тогда, когда уже шоссейная поверхность несколько просохнет, а влажность будет находиться только в нижнем слое ЦГИАЛ, ф. 220, 1851 г оп. 1, дело 257, с. 30 . В конце концов, пришли к выводу, что одна укатка не обеспечивает

необходимого уплотнения щебеночной коры и для этого необходимы примесь щебеночной мелочи, сырость и усиленное укатывание катками и ездой без совокупности содействия этих условий щебеночный слой не уплотняется . Для большей эффективности доуплотнения движением и предотвращения проезда колес по одному следу проводилось регулирование движения укладкой на дороге камней, чтобы движение происходило змейкой . Камни периодически перекладывали. Эта рекомендация сохранялась до начала интенсивной автомобилизации.

Роль воды в создании вместе с каменной пылью цементирующего щебеночную россыпь материала и образовании щебеночной коры получила отражение в названии этого покрытия - водосвязное шоссе Waterbound 15 macadam surface , которому противопоставлялось уплотнение щебня в сухом состоянии Dry-bound macadam surface . Прогресс в строительстве щебеночных покрытий по сравнению с техникой, рекомендованной Мак-Адамом, лучше всего сформулировал в 1870 г. Е.

Головачев, писавший, что начиная с сороковых годов, когда убедились в полной необходимости изучать не только крепость щебня, но и свойства его пыли, обеспечивающей наибольшую связь между щебнем, прибавлять к щебню мелкий материал для заполнения промежутков, укатывать шоссе искусственно до полного уплотнения, чтоб сберечь то количество каменного материала, которое должно было, при прежней системе укатки шоссе проездом, обращаться в пыль и осколки, чтоб заполнить промежутки между щебенками, без чего они не могли

получить должной неподвижности и устойчивости, что собственно и обеспечивает прочность щебеночной насыпи, когда для облегчения укатки введена была поливка щебня водой и для лучшего уплотнения щебеночного слоя стали в иных местах вместе со щебнем твердых пород, составляющих основу щебеночной насыпи, применять еще примесь Щебня мягких известковых пород, тогда разъяснились причины почему устраиваемая по прежней системе щебеночная одежда из крепкого и дорогостоящего щебня не получала ожидаемой прочности и не имела

гладкой поверхности . Все отмеченные Е. Головачевым особенности рациональной системы строительства щебеночных покрытий, дополненные введением уплотнения катками постепенно увеличивающейся массы, нашли отражения в технических правилах постройки щебеночных покрытий, действовавших до начала второй мировой войны. К этому времени сложилось своеобразное искусство укатки , сводившееся в основном к тому, чтобы не допускать как перекатывания , так и недокатывания щебня и точно улавливать моменты начала рассыпания клинца и

высевок, не переувлажнять песчаное основание избыточной поливкой, укладывать тонкие защитные слои из листьев, соломы, травы и т. п. для предотвращения перемешивания щебня с мелкозернистым песком основания, начинать укатку щебеночной россыпи рано утром по росе , когда щебень еще влажный и т. п. Особенностью щебеночных покрытий было то, что они нуждались в повседневном надзоре и ремонте, так как от выбитой щебенки начинался быстрый рост дальнейших разрушений.

Это отмечал в своей статье А. Гофмейстер Ни одно сооружение не требует столь бдительной и беспрерывной поддержки, как шоссе, особенно многопроезжее, которое только тогда удовлетворяет своему назначению, когда ремонт проводится своевременно, систематически и, конечно, старательно . Уже на первых этапах строительства щебеночных одежд учитывалась связь их толщины с работоспособностью. Шоссе может иметь применение только в известных пределах длительности проезда по опыту

Лондона максимум для городских улиц 4000 лошадей в сутки писал М. С. Волков. Еще в 1842 г. Комиссия проектов и смет Министерства путей 16 сообщения отмечала, что каким бы образом ни составилась щебеночная кора, толщина ее должна быть достаточной для сопротивления проезду ЦГИАЛ, фонд 23, 1842-1843 гг дело 517, л. 16 . М. С.

Волков рекомендовал толщину щебеночного слоя увязывать с прочностью щебня и загрузкой дороги, оценивая ее по количеству повозок, одновременно находящихся на участке число встречающихся в одно время повозок . В зависимости от их числа 2-8 и вида каменного материала рекомендуемая толщина щебеночного слоя менялась от 4 до 8,5 дюйма. При двухслойных покрытиях, если нижний слой устраивался из известнякового щебня, общую толщину надлежало увеличивать еще на 2-3 дюйма.

Уже в 1870 г. было опубликовано первое предложение о методике расчета толщины дорожной одежды. Исходя из представления о передаче в щебеночном покрытии давления от частицы к частице, Е. Головачев пришел к выводу, что давление колеса, прилагаемое к покрытию через малую прямоугольную площадку kL L - длина следа колеса k - ширина обода , распространяясь в слое щебня под углом естественного откоса L, равным по Ренкину 48 , передается на песчаное основание через большую прямоугольную площадь.

Зная допускаемое давление на песчаное основание, можно определить необходимую толщину слоя щебня. Толщина песчаного слоя может быть определена аналогичным образом исходя из площади передачи давления покрытием на поверхность песчаного слоя и допускаемой нагрузки на грунт. Формула Е. Головачева почти аналогична опубликованной 75 лет спустя формуле Харгера, отличающейся лишь тем, что площадка передачи давления на покрытие и грунт учитывает форму контакта

шины с покрытием в виде прямоугольника с двумя полуокружностями по концам. Рекомендуя свой метод расчета, Е. Головачев придавал большое значение правильному назначению расчетных характеристик грунта. Он писал, что степень сопротивляемости в различных грунтах неодинакова, и она, кроме того, в каждом грунте зависит еще от степени насыщения его водой и уплотнения грунта трамбовкой, потому в каждом частном случае при устройстве шоссе необходимо определять наименьшую единичную сопротивляемость

грунта давлению . Для этого предлагался оригинальный практический прием При изыскании нужно заметить глубину колеи и диаметр колес повозок, нагруженных грузом, при следовании их по дороге, грунт которой испытывается и на основании этих данных определять временное сопротивление грунта как нагрузку, деленную на площадь контакта колеса с грунтом. Начало XIX в. характеризуется интенсивным дорожным строительством.

Дорожная техника того периода вполне соответствовала требованиям, предъявляемым к ней конным транспортом. Однако возможности конного транспорта не могли обеспечить возрастающие потребности в перевозках быстро развивающейся промышленности. Поэтому развернувшееся дорожное строительство вскоре сменилось застоем, 17 вызванным появлением нового, более производительного железнодорожного транспорта, надолго оттеснившего дороги на второстепенную роль путей подвоза массовых грузов к железнодорожным станциям.

Созданные в начале века безрельсовые паровые механические транспортные средства из-за несовершенства их конструкции и низкого качества, дорог не смогли выдержать конкуренции с железными дорогами. Несмотря на снизившиеся темпы дорожного строительства, XIX в. не был временем застоя дорожной техники. Он стал периодом накопления первоначальных теоретических представлений о работе земляного полотна и дорожных одежд при воздействии проезда и природных факторов.

Были сделаны первые попытки использования машин при строительстве дорог, расширился круг дорожно-строительных материалов. Зарождались новые более совершенные типы дорожных одежд, в том числе и с использованием органических вяжущих материалов. Многие высказывавшиеся идеи получили научное обоснование лишь позднее, при появлении автомобильного транспорта. В конце XIX в. произошло событие, внесшее революционное изменение в технику транспорта появление автомобиля - самоходной повозки с двигателем внутреннего сгорания.

В 1885-1886 гг. немецкий инженер К.Ф. Бенц установил бензиновый двигатель на трехколесной повозке, а в 1887 г. Г. Даймлер приступил к серийному изготовлению автомобилей. Уже в 1895 г. во Франции состоялись автомобильные гонки Париж - Руан, на которых была достигнута средняя скорость 24 км ч. В 1893 г. Г. Форд изготовил свой первый автомобиль на велосипедных колесах.

Вскоре было начато массовое производство автомобилей, число которых начало быстро возрастать. В 1900 г. во всем мире их насчитывалось 8000, в 1905 г 78 тыс в 1910 г 468,5 тыс а после окончания первой мировой войны в 1918 г 6 196 617 шт. Первоначально автомобили являлись предметом развлечения и спорта состоятельных слоев населения. Будущая роль автомобиля в транспортной системе недопонималась. В 1896 г. английский парламент высказал опасение вредных последствий его развития в отношении поддержания

конной тяги, имеющей военное значение , а английский крупный политический деятель, впоследствии ставший премьер-министром, Г. Асквит говорил в 1907 г. об автомобилях, как о роскоши, способной выродиться во вредность . Значение автомобилей в полной мере выявилось после окончания первой мировой войны. При большей стоимости перевозки груза на единицу расстояния автомобильный транспорт оказался более экономичным при малых дальностях перевозок, чем железнодорожный.

Уже с начала 20-х годов он начал конкурировать с железнодорожным, поскольку доставлял грузы от двери к двери без перегрузочных операций и простоев во время переформирования железнодорожных составов. Пассажирские перевозки автомобилями также были удобнее, так как не были связаны с расписаниями поездов. Уже в 1922-1925 гг. в США 8,3 тыс. км железных дорог, ставших 18 убыточными, были закрыты. С 1935 по 1943 г. из 26 тыс. км дополнительно закрытых железных дорог 15 тыс.

58 не выдержали конкуренции с автомобильными. Аналогичные процессы происходят до сих пор в Англии и Японии. Нередки случаи, когда полотно железных дорог использовали для постройки автомобильных дорог. Примером может служить сооружение в 1940 г. в США первой платной Пенсильванской магистрали Питтсбург - Гаррисберг длиной 250 км, для которой были использованы готовые участки земляного полотна и тоннели

прекращенной строительством железной дороги. Массовое производство автомобилей дало толчок дорожному строительству. Щебеночные покрытия начали сильно изнашиваться при движении автомобилей. Уплотненные россыпи, прочность которых обеспечивалась взаимной заклинкой щебенок и слабым цементирующим действием каменной пыли, образовавшейся при трении частиц друг о друга во время укатки, достаточно хорошо сопротивлялись вертикальным нагрузкам от колес конных повозок.

Быстро движущиеся автомобили оказывали на покрытия также и касательные усилия не только при движении юзом во время торможения, но и в результате возникновения зон проскальзывания на входном и выходном участках площади контакта шин ведущих колес с поверхностью покрытия. Уже в первых книгах периода начала автомобилизации давалось правильное объяснение причин быстрого разрушения щебеночных покрытий тем, что из всех слагающих сил, действующих на шоссе в точке прикосновения к ней

автомобильного колеса, выдающуюся роль играет касательная слагающая, стремящаяся сдвинуть верхний слой щебня в сторону, обратную направлению движения . При вращении колеса шина его, встречая неровности, сначала вытягивается, а затем, сокращаясь, притягивает вместе с тем продукты изнашивания каменной одежды и вновь отбрасывает назад под действием центробежной силы . Кроме того, при быстром движении автомобиля получается сзади колеса полоса разреженного воздуха в эту,

так сказать, воздушную впадину устремляется плотный воздух, со всех сторон увлекая за собой пыль и мелкие частицы, находящиеся на пути . Однако в дальнейшем еще долго в литературе господствовало примитивное объяснение разрушений щебеночных покрытий всасывающим действием рисунка протектора шины. Разрушающее действие автомобилей на щебеночные покрытия усугублялось тем, что до середины 20-х годов на грузовых автомобилях многих марок устанавливали сплошные литые резиновые шины или так называемые

эластичные шины - те же сплошные шины, в которых были устроены для повышения их сжимаемости отверстия и внутренние полости. Их динамический коэффициент при движении по неровной поверхности в 2-3 раза превышал коэффициент для пневматических шин. Чтобы снизить разрушения дорожных одежд, неоднократно вводились ограничения осевых нагрузок и скорости. Московским градоначальником в 1912 г. нагрузка на 19 ось была ограничена 500 пудами 8 тс и 25 пудами на дюйм 15,5кгс см ширины шины.

В решениях IV Международного дорожного конгресса Севилья, 1923 г. скорости движения на магистральных дорогах были рекомендованы в зависимости от типа шин и осевой нагрузки Осевая нагрузка, тс 2-3 3-5,5 5,5-8 8 Наибольшая скорость, км ч, при шинах сплошных 30 25 20 10 пневматических 45 40 30 15 Развитие автомобильного движения, причинявшее местами, резко выразившееся расстройство шоссейных дорог и возбудившее повсеместные жалобы на убийственную пыль , привело к тому,

что среди широких кругов населения и отдельных специалистов возникла мысль о банкротстве современных дорог , утверждали, что шоссе отныне не может больше существовать, что нужно выработать особый тип современной дороги , отвечающий своей конструкцией новым способам передвижения . Состоявшийся в 1914 г. Первый Всероссийский съезд деятелей по шоссейному делу принял решение, что на тех перегонах, где движение велико, а также в районе городов и населенных мест, рекомендовать замену

щебеночной коры мостовой, так как при этих условиях щебеночная кора перестает удовлетворять условиям и характеру движения . Конфликт между автомобильным транспортом и дорогами периода преимущественного конного движения был кратковременным и явился стимулом дальнейшего прогресса техники дорожного строительства - массового появления усовершенствованных покрытий на основе органических вяжущих материалов. Впервые вопрос об учете особенностей автомобильного движения при проектировании и строительстве дорог

явился основной темой созванного в 1909 г. в Париже I Международного дорожного конгресса, в котором приняло участие 27 стран. Основной секцией строительства и содержания дорог руководил представитель России проф. В. Е. Тимонов 1862-1936 гг С тех пор организованная на конгрессе Международная ассоциация дорожных конгрессов регулярно, за исключением перерывов, вызванных первой и

второй мировыми войнами, созывает раз в 4 года конгрессы, на которых обобщается мировой опыт дорожного строительства. СССР вступил в Ассоциацию в 1950 г. и принимает активное участие в ее деятельности. Многие из усовершенствованных беспыльных покрытий, как уже отмечалось выше, строились в порядке попыток и в прошлом. Песок, обработанный дегтем, предшественник литого асфальта, укладывали в 1870-1884 г. на улицах Вашингтона, поверхностную обработку дегтем делали во

Франции в провинции Жиронда в 1880 г в 1876 г. в США 20 применили литой асфальт, приготовленный с использованием нефтяных битумов. Но все это были единичные случаи, которые не получили широкого распространения и не вносили вклада в прогресс техники дорожного строительства. Началом систематического строительства усовершенствованных покрытий следует считать быстро распространявшуюся укладку на улицах столичных городов покрытий из трамбованного асфальта - щебня из природных асфальтовых

пород, который разогревали в котлах и уплотняли трамбованием после разравнивания на прочном каменном основании. В 1913 г. в Европе впервые была применена заимствованная в США укатка асфальтовой массы . Покрытия получили название укатанного асфальта . В России метод трамбованного асфальта оказался неприемлемым, так как сызранские асфальтовые известняки, несмотря на значительное содержание битума, в разогретом состоянии не поддавались трамбованию и укатке.

Их использовали в виде литого асфальта - материала, готовившегося из полуфабриката - плит асфальтовой мастики, приготовленных на заводе из порошка натуральной асфальтовой породы, обогащенной битумом примерно до 15-16 . Мастику нагревали и перемешивали в котлах с битумом, мелким гравием и песком. При распределении по твердому основанию литого асфальта ограничивались разравниванием вручную деревянными вальками. Быстрый прогресс в расширении использования в дорожном строительстве органических вяжущих

материалов связан с именем швейцарского врача Э. Гуглилминетти 1862- 1943 гг В течение 12 лет, начиная с 1902 года, для борьбы с пылью на 20-километровом участке дороги Ницца - Монте-Карло при ежедневном движении почти 1000 автомобилей и большом количестве конных повозок Э. Гуглилминетти успешно применял разогретый каменноугольный деготь газового завода. Деготь использовали для ежегодного восстановления поверхностной обработки щебеночного покрытия с последующей

засыпкой песком. Достигнутые хорошие результаты, а главное, активная пропагандистская деятельность Э.Гуглилминетти, получившего прозвище доктор Гудрон , и одобрение метода I Международным дорожным конгрессом вызвали быстрое распространение метода поверхностных обработок во многих странах. В России ограниченные по масштабу опыты устройства поверхностных обработок проводились в 1902 г. вблизи от Варшавы, в 1908 г в Закавказье, в 1903 г в

Одессе и в 1909 - 1914 гг в Крыму. В большинстве случаев результаты не были вполне удовлетворительными из-за неудачного выбора вяжущих материалов и розлива их по неочищенной от пыли и грязи поверхности щебеночного покрытия. Работы В. Зинюхина в Крыму 1925 г. оказались более удачными, и с 1927 г. поверхностная обработка с использованием вязких битумов начала получать распространение в СССР. 21 Опыт устройства поверхностных обработок показал, что они не только приводят к обеспыливанию

покрытий, но и существенно уменьшают их износ. В результате повторных поверхностных обработок на дорогах образуется своеобразный коврик - тонкослойное асфальтовое покрытие. Первоначально розлив битума и дегтя осуществляли вручную из леек с последующим распределением по покрытию щетками. Затем появились котлы вместимостью 250-350 л на тележках, из которых вяжущее вытекало через отверстия в горизонтальной трубке. Тележку перевозили двое рабочих.

Следующим этапом были распределители на конной тяге. Они имели емкости на 1200-1500 л, из которых битум подавался под давлением до 8 атм. 0,8 МПа при возможности регулирования количества подаваемого вяжущего. Распределители на автомобилях - автогудронаторы в СССР начали выпускать с 1931 г. Положительное влияние битумов и дегтей на прочность дорожных одежд вызвало

постепенное на протяжении ряда лет появление новых конструкций. Это было связано как с развитием научных исследований, так и главным образом с совершенствованием выпускаемых дорожных машин. Схематически этот процесс можно описать следующим образом. Поверхностная обработка захватывала только верхний слой покрытия. Расположенный ниже щебень удерживался лишь силами заклинки и поэтому при износе поверхностной обработки

возобновлялось быстро прогрессирующее разрушение покрытия. Задача связывания щебня на большую толщину была решена появлением метода пропитки. Наиболее вероятно, что его развитие связано со случаями, когда избыточно разлитый при поверхностной обработке битум потребовал засыпки толстым слоем щебня, в который при укатке вжимался битум. При устройстве пропитки по недоуплотненному слою щебеночной россыпи разливали горячий битум, который

просачивался в щели между камнями тем глубже, чем большее количество его было разлито. В среднем расход вяжущего составлял 1 л 1 м2 на 1 см толщины пропитываемого слоя. На обработанную таким образом поверхность дороги рассыпали мелкий щебень-клинец и укатывали. Таким, образом технология строительства по сути воспроизводила обычную постройку щебеночного покрытия с заменой поливки водой розливом битума. В дополнение к создаваемой при укатке заклинке при методе пропитки

введенное вяжущее, склеивавшее щебенки, придавало щебеночной коре связность, хотя часть его образовывала сгустки в порах между щебенками, где роль его сводилась лишь к уменьшению водопроницаемости покрытия. В зоны контакта между щебенками вяжущее практически не попадало. Метод пропитки начал получать распространение примерно с 1910 г. Желание создать более однородный материал поверхностного слоя вызвало идею устройства покрытий из каменного

материала, заранее подвергнутого обработке вяжущим. Метод зародился из простейшего просушивания щебня на железных листах и смешения с дегтем вручную. Вот 22 как описывали эту технологию в 1913 г. Для того чтобы щебень покрылся как следует смолой, необходимо его предварительно хорошо высушить. Простейшим способом такое высушивание производится на железных листах, уложенных поверх кирпичных стенок и подогреваемых снизу углем или коксом

Сухой и теплый щебень затем смешивают со смолой, перекидывая его три раза лопатами наподобие того, как приготовляют бетон из цементного раствора После этого щебень оставляют лежать на штабелях приблизительно в течение месяца, причем щебенки постепенно оплывают смолой со всех сторон . Вскоре для перемешивания смеси были созданы смесительные установки, и метод смешения начал получать широкое распространение, постепенно вытесняя менее совершенный метод пропитки.

В 1913 г. впервые был использован щебень из доменного шлака, а в 1928 г. в Германии появились укладчики дегтебетона. Постепенно выяснилось, что при соответствующем подборе минералогического состава каменного материала и битума или дегтя малой вязкости период хранения созревшей смеси может быть значительно продлен, причем она не слеживается. Это давало возможность заготовки обработанного щебня впрок, изготовления его на заводах, в том числе

и в зимнее время, и перевозки на строительство на большие расстояния, сводя процесс постройки покрытия только к распределению по подготовленному основанию и к укатке. Был запатентован ряд способов приготовления термакадама , из которых наибольшую известность получил в начале 30-х годов эссенский асфальт , или дамманасфальт , названный так по имени предложившего его специалиста инж. Даммана. Этот асфальт готовили из каменного материала в виде измельченного до крупности

песка доменного шлака и минимального количества жидкого битума. Для постройки щебеночных покрытий методом пропитки и устройства поверхностной обработки с использованием горячего вязкого битума требовалось обязательно, чтобы щебень находился в сухом состоянии и на щебенках не было пыли. Просачивающийся в покрытие битум быстро охлаждался и загустевал, не попадая в узкие промежутки между щебенками. Для этой цели были необходимы менее вязкие материалы.

Следующим этапом развития техники постройки усовершенствованных дорожных покрытий явилось применение битумных и дегтевых эмульсий и разжиженных битумов, которые в СССР были впервые испытаны в 1928 и 1930 гг. Битумные и дегтевые эмульсии, состоящие примерно на 50 из воды, включали 2 эмульгатора и диспергированный битум или деготь. Они давали возможность выполнять работы при более низких положительных температурах и влажном щебне.

Распадаясь при соприкосновении с поверхностью каменного материала, они оставляли прилипшую к нему битумную пленку. Вяжущие материалы, разжиженные летучими растворителями, также легче проникали в пространства между щебенками, связывая пыль с поверхностью каменных частиц. Особенно широкое применение жидкие битумы получили 23 при устройстве гравийных покрытий на дорогах низших категорий методом смешения на дороге, поскольку гравийные материалы, содержащие большой процент

пылеватых и песчаных частиц, можно было перемешать на полотне дороги малым числом проходов грейдера или дисковой бороны только с маловязким материалом. Широкое применение такие методы находили в США и в СССР перед второй мировой войной при создании низовой сети автомобильных дорог в условиях быстрого роста автомобилизации. На первых этапах применения органических вяжущих материалов наибольшее применение находил

каменноугольный деготь, получаемый в процессе сухой перегонки каменного угля при приготовлении кокса и светильного газа. Получение природных битумов было трудоемким, и они были более дорогими. Нефтяные битумы нашли распространение позднее, с развертыванием добычи нефти. Первая нефтяная скважина была пробурена в Баку в 1848 г в США - в 1859 г. В 1878 г. инж. В. И. Рогозин и другие предложили получать битум из нефти.

В 1901 г. в Баку начал работать завод по выпуску остаточного битума. Однако начало промышленного изготовления нефтяных битумов относится к более позднему периоду 1907- 1913 гг. В процессе развития дорожного строительства дегти постепенно вытеснялись битумами. Причин было несколько. Каменноугольный деготь был освоен химической промышленностью как сырье для изготовления ценных продуктов. Для дорог, как выяснилось, они были менее выгодны, поскольку в дорожных одеждах происходит

быстрое старение дегтя, он становится хрупким, и прочность одежды снижается. Позднее была установлена канцерогенность дегтей и введены ограничения на их использование в верхних слоях покрытий и в пределах населенных пунктов. Битумы, изготовляемые из гудрона - остаточного продукта перегонки нефти, который шел на топливо, были доступным сырьем, и их использование быстро росло. Современный дефицит битума в ряде стран связан с непропорционально большим использованием гудрона в

период после второй мировой войны как топлива в промышленности и относительным снижением использования для этой цели каменного угля. Рост интенсивности движения и появление на дорогах тяжелых автомобилей потребовали дальнейшего повышения прочности дорожных покрытий по сравнению со щебеночными покрытиями, обработанными вяжущими материалами. В дорожном строительстве начали получать распространение асфальтовый и цементный бетоны. Асфальтобетон возник как развитие щебеночных покрытий из материалов, обрабатываемых

вяжущими в установках. Коренным отличием асфальтобетона от щебня, обработанного вяжущим, явилось обязательное наличие в его составе тонкого минерального порошка крупностью менее 0,1 мм. На первом этапе проектирования составов асфальтобетона ему предписывалась роль заполнения пор между песчаными частицами, откуда и родилось его первоначальное наименование заполнитель , впоследствии замененное 24 термином минеральный порошок . В зависимости от соотношения минерального порошка и вяжущего покрытие

оказывалось слишком хрупким или слишком пластичным, особенно в жаркую погоду, когда на нем оставались следы от колес и возникали сдвиги при торможении. Одежды с малым содержанием вяжущего быстро разрушались. Изучение опыта службы асфальтобенных покрытий показало необходимость тщательного подбора гранулометрического состава минеральной части и количества битума с учетом климатических условий его работы. Появившись впервые в 1910-1912 гг асфальтобетон получил широкое распространение в практике дорожного

строительства в конце 20-х - начале 30-х годов. Первые отечественные - асфальтобетонные смесители производительностью 15-18 т ч начали выпускаться в 1936 г. В СССР развитие теории асфальтобетона связано с именами проф. П. В. Сахарова и его учеников профессоров В. В. Михайлова, И. А. Рыбьева, Н. В. Горелышева, И. В. Королева, Л. Б. Гезенцвея и др. При проектировании состава асфальтобетона с первых лет выявилась направленность

на обеспечение наибольшей плотности смеси путем подбора зернового состава по крупности в такой пропорции, чтобы поры между более крупными зернами были заполнены мелкими. Битуму отводилась роль самой тонкой фракции, заполнявшей поры в минеральном порошке принцип минимума пустот . Это механистически упрощенное представление об асфальтобетоне. Постепенно сменилось углублявшимся учетом структуры и физико-химического взаимодействия его составляющих.

Проф. П. В. Сахаров 1879-1945 гг. первый обратил внимание на особую роль асфальтового вяжущего вещества - однообразной дисперсной системы, образующейся в результате физико-химического взаимодействия объединяющихся минерального порошка и битума. Он отмечал, что в асфальтобетоне их нельзя рассматривать по отдельности и что в нем роль вяжущего выполняет однородная смесь битума с асфальтовым порошком . Битум не должен рассматриваться как самостоятельное вяжущее вещество

Вяжущее вещество по отношению к песку должно состоять, поэтому из тесной связи битума с более тонким минеральным порошком . Проф. П. В. Сахаров не отрицал значения заполнения всех пор, говоря, что в асфальтово-песчаной смеси должны быть сообразованы относительные количества песка, тонкого асфальтового порошка и битума так, чтобы все поры в песке могли быть заполнены асфальтовым вяжущим веществом с небольшим избытком для распределения по всей поверхности зерен песка .

Исследования в области применения органических вяжущих материалов в дорожных одеждах получили в СССР развитие в начале 30-х годов после неудачной попытки привлечения в 1929 г. американских и германских фирм к строительству дорог в Москве, Московской области и Харькове. Опыт показал, что ни формальное использование оправдавших себя в условиях США составов асфальтобетона метод рецептов , ни германский метод минимума пустот , применявшиеся без

предварительного 25 изучения физико-химического взаимодействия отечественных органических вяжущих с минеральными компонентами асфальтобетона, не дали положительных результатов - построенные участки покрытий быстро разрушились. Проводившиеся с тех пор исследовательские работы в области асфальтобетона были направлены на повышение его структурной прочности, сдвиго - и влагоустойчивости, на поиски путей усиления внутренних сил взаимодействия между его составляющими. В состав битума вводятся поверхностно-активные добавки,

адсорбирующиеся на поверхности каменных материалов и улучшающие сцепление с ними битумов. Для активизации поверхностной энергии песка с поверхности его зерен перед введением минерального порошка и битума интенсивным перемешиванием удаляются покрывающие пленки окислов. Строительные и эксплуатационные качества асфальтобетона - сравнительная легкость постройки и ремонта покрытий, возможность механизации, а также комфортабельность проезда по ним автомобилей, связанная с

упругоэластичным характером взаимодействия колеса и покрытия, явились причиной широкого распространения асфальтобетонных покрытий в период после второй мировой войны. Если не касаться недоказанного предположения об использовании бетона в дорожных одеждах римлянами, то первые случаи применения минеральных вяжущих относятся к концу XVIII - началу XIX столетия. В 1796 г. П. Э. Шретер описал проведенный в

Петербурге опыт постройки улицы, на которой по основанию из пакеляжа был уложен слой в 2-3 дюйма густого известкового раствора с засыпкой слоем песка. Для твердения раствора улица была закрыта на месяц, после чего по ней открыли движение. В течение нескольких лет покрытие работало успешно, но потом началось разрушение известково-песчаного слоя, сопровождавшееся сильным пылеобразованием. Уже через три года после оформления в 1824 г. в Англии

Апсдином патента на портландский цемент, изобретенный им практически одновременно с Челиевым в России, там были запатентованы способы постройки дорожной одежды из утрамбованного щебня, пролитого цементным раствором, и из бетона, приготовленного из остроугольного карьерного песка, гранитного щебня и портландцемента. Единичные случаи постройки цементобетонных покрытий были известны еще в прошлом столетии. В Шотландии первый участок был построен в г.

Инвернессе в 1865 г в Австралии г. Сидней - в 1882 г в Германии г. Герлиц - в 1888 г во Франции г. Гренобль - в 1892 г. Покрытие, построенное в США г. Белфонтин в 1894 г состояло из квадратных плит со сторонами 1,5 и 1,8 м. В России первое бетонное покрытие было уложено на улице Петербурга в 1913 г. В дальнейшем цементобетонные покрытия общей протяженностью 20 км были уложены на

внутризаводских проездах 26 автомобильного завода в Нижнем Новгороде в 1931 г. и на опытных участках на дороге Москва - Минск в 1937 г. Штыри в поперечных швах были поставлены впервые в 1918 г. в г. Ньюпорт-Ньюс в штате Виргиния. С 1920 г. для борьбы с трещинами начали устраивать ложные швы, ослабляя сечение плиты при укладке бетона втапливанием рейки.

Примерно в то же время начали устанавливать анкеры в продольные швы. Из боязни возникновения ритмических толчков при переезде колесами швов поперечные швы располагали под углом к продольной оси покрытия, а длину плит принимали переменной в определенной последовательности, например, 3,6-4,5-3,9-5,2 м. В дальнейшем, когда убедились в надежности соединения плит штырями, от этого отказались. Чтобы обеспечить равнопрочность при приложении нагрузки в любом месте, толщину плит

принимали переменной, устраивая у краев утолщения. В дальнейшем от всех этих усложняющих строительство предложений отказались и перешли к плитам постоянной толщины, учитывая влияние установленных штырей на распределение нагрузки между плитами. Для бетонных покрытий характерны отдельные периоды интенсивного строительства преимущественно при создании сетей автомобильных магистралей. Это объяснялось более высокой степенью механизации строительства бетонных

покрытий в то время по сравнению со строительством покрытий, в которых используются органические вяжущие материалы, в том числе и асфальтобетонных. При строительстве бетонных покрытий исключались, ручное разравнивание смеси и укатка - медленная и требующая тщательного контроля и квалификации рабочих операций. Недостаток бетонных покрытий - необходимость тщательного ухода за уложенной бетонной смесью во время твердения - был легко преодолим, поскольку требуемое для этого оборудование входило в состав комплекта

машин, передвигающихся вдоль дороги по рельс-формам. Переход от единичных случаев постройки бетонных дорожных покрытий к их массовому строительству произошел в США в годы первой мировой войны. После ее окончания при быстром росте численности парка автомобилей все магистральные дороги США строили из бетона комплектами бетоноукладчиков. В 1917 г. протяженность таких дорог составляла 8500 км, в 1919 г. было построено еще 4500 км, а в 1923

г. в США имелось уже около 50 тыс. км дорог с бетонными, покрытиями. В последующие годы ежегодно строилось по 10-15 тыс. км в год. Аналогично, когда в 1933 г. Германия приступила к созданию сети стратегических автомобильных магистралей, дорожные покрытия строились только из бетона и лишь на соединительных рампах, на пересечениях в разных уровнях, где на крутых подъемах и виражах было трудно укладывать бетон, устраивали мостовые из брусчатки

или мозаики. С 1934 до 1942 г 27 когда строительство автомобильных магистралей было прекращено, было построено 3000 км четырехполосных дорог с бетонными покрытиями. В СССР бетонные дорожные покрытия строились на целом ряде автомобильных магистралей начиная с 50-х годов Харьков - Ростов, Ростов - Орджоникидзе, Московская кольцевая дорога и др чему способствовало освоение промышленностью комплектов бетоноукладочных машин для дорожного и аэродромного строительства.

В период до второй мировой войны для всех стран был типичен поперечный профиль бетонного покрытия из соединенных металлическими штырями плит постоянной толщины 18-24 см, укладываемых на песчаное или гравелистое основание или более толстый морозозащитный слой , предохранявший от пучения. Предполагалось, что толстая бетонная плита, распределяющая давление от колес автомобилей на большую площадь основания, может в известной степени компенсировать неоднородность грунта земляного полотна.

Однако опыт эксплуатации показал, что различие в прогибах центральной части и краев плит при проезде автомобилей приводит к накоплению остаточных деформаций грунта под поперечными швами и образованию там полости, заполняющейся в дождливые периоды водой, разжижающей грунт земляного полотна. Возникает характерное явление выплесков - выбрызгивание из швов при проезде автомобилей грязной воды, приводящее к увеличению полостей под концами плит, их работе под нагрузкой как консоли, в конце концов,

к их обламыванию. Аналогичное явление накопления осадок подстилающего грунта под влиянием прогиба плит возникает и в центральной части плит. В бетоне плиты, не испытывающей полной поддержки грунтового основания, начинают развиваться усталостные явления, приводящие к образованию трещин. Однако в условиях движения того времени это явление не имело массового характера и с ним боролись армированием швов, устройством под ними прокладок и ремонтом с нагнетанием под приподнятую домкратами плиту тощего

цементного раствора. Тенденция изменения типа покрытий до начала второй мировой войны видна по данным об относительной протяженности участков с разными покрытиями на государственных дорогах Германии Годы 1913 1925 1939 Протяженность покрытий, щебеночных 87,8 85,7 4,4 поверхностной обработки 0,3 0,5 41 облегченных усовершенствованных и асфальтобетонных 0,1 0,1 34,8 бетонных 0,7 брусчатых 11,8 13,7 18,1 28 Период 30-х годов характеризовался в СССР быстрым развитием автомобильного движения по дорогам в связи

с вводом построенных в первой пятилетке автомобильных заводов в Москве, Горьком и Ярославле. К концу второй пятилетки в 1937 г. автомобильная промышленность выпускала более 200 тыс. автомобилей. Советский Союз занял четвертое место в мировом выпуске автомобилей. Рост интенсивности движения вызывал быстрый износ основных в то время щебеночных и гравийных покрытий, развитие пучинообразования и разрушений в периоды весеннего оттаивания дорог.

Для дорожных покрытий стало типичным прогрессирующее развитие поверхностных деформаций - выбоин и волн, образование которых связано с колебательными процессами автомобилей, возникающими при движении по неровному дорожному покрытию. Многолетние исследования связи динамики развития поверхностных деформаций с интенсивностью движения и автомобильными нагрузками, их влияние на междуремонтные сроки, сопротивление движению, расход топлива и комфортабельность перевозок, проводившиеся проф.

А. К. Бируля 1895-1967 гг заложили основы нового раздела теории эксплуатации дорог о транспортно-эксплуатационных характеристиках автомобильных дорог. Конец 30-х годов характеризовался в СССР возрастанием темпов строительства дорог. XVIII съезд ВКП б наметил в третью пятилетку построить и реконструировать 210 тыс. км дорог с решительным увеличением доли усовершенствованных дорог. Предусматривалось увеличение объема автомобильных перевозок в 4,6 раза.

Запланированные объемы работ не могли быть выполнены ранее применявшимися методами организации строительства и требовали сокращения его сроков. Была поставлена задача значительного повышения темпов - переход на скоростное строительство, идея которого сводилась к ускорению отдельных этапов строительства, исключению технологических процессов, требовавших длительного времени выдерживание насыпей для уплотнения под действием собственного веса или для осадки на болотах , применения конструкций дорожных одежд, не требующих ручного

труда, типизация и сборность искусственных сооружений, и сведение к минимуму их индивидуального проектирования. Переходу на скоростные методы строительства способствовал значительный прогресс в развитии дорожного машиностроения. За десятилетие с 1930 г. было освоено серийное производство грейдеров, скреперов, бульдозеров, самоходных дорожных катков, камнедробилок, автогудронаторов и асфальтовых смесителей, хотя номенклатура их еще и не была достаточной, а выпуск не вполне удовлетворял потребности дорожных 29 организаций.

В решениях XVIII съезда ВКП б ставилась задача преодолеть отставание в производстве строительных и дорожных машин и механизмов . Успешно начатое выполнение плана третьей пятилетки было прервано вероломным нападением фашистской Германии. Идеи скоростного строительства были воплощены в жизнь после окончания Великой Отечественной войны на более высоком организационном уровне поточного строительства, при котором специализированные отряды движутся по трассе с ритмичной ежесуточной готовностью участков дороги.

Неравномерно распределенные по трассе сосредоточенные работы высокие насыпи и глубокие выемки, мосты и трубы выполняются заблаговременно специальными отрядами до подхода к местам их расположения отрядов, занятых на линейных работах. 30 Л и т е р а т у р а 1. В.Ф.Бабков, Развитие техники дорожного строительства. Москва, 1988.