Історія розвитку будівництва автомобільних доріг.

Після тривалого тривав століття застою на найважливіших торговельних і військових шляхів відновилося дорожнє будівництво. Розвиток його техніки у XVIII ст. зводилося до пошуків шляхів забезпечення проїзду по дорогах в умовах всезростаючих обсягів перевезень і зростання навантажень на дороги з одночасним прагненням знизити витрати праці і матеріалів.

У Росії будівництво доріг спочатку розвивалося кількома відмінними від Заходу шляхами у зв'язку з недоліком легкодоступних для розробки кам'яних матеріалів. Основними джерелами отримання каменю були трудомісткий збір на полях валунів та розробка гравію в льодовикових відкладеннях. Незважаючи на значну протяжність доріг (у другій половині XVIII ст. тільки мережу поштових шляхів з Москви досягала 16-17 тис.км [1, с. 108] і великі потреби у вдосконаленні умов перевезень, техніка дорожнього будівництва в Росії тривалий час обмежувалася осушенням дорожньої смуги і зміцненням трудно проезжаемих місць деревними матеріалами.

Початком дорожнього будівництва в Росії можна вважати 1722, коли 1 червня був виданий сенатський указ про будівництво дороги, що зв'язує Петербурга з Москвою. Дорогу будували як грунтову. В указі від 20 травня 1723говорилося: «... А в болотних місцях класти фашини і між ними насипати землею шарами до тих місць, як вишина буде з натуральною землею рівно і потім мостити, не підкладаючи під і спод колод і поверх того мосту насипати по невеликому землі ».

На найважливіших державних дорогах переважним типом дорожнього покриття було щебеневої. Незважаючи на невеликі обсяги його будівництва,саме в Росії було досягнуто суттєве поліпшення техніки споруди. Первісна технологія не передбачала будь-якого спеціального ущільнення дорожнього покриття ідея відмови від ущільнення щебеневих покриттів рухом і переходу до ущільнення катком не відразу здобула визнання і лише в 40х роках XIX століття стала розглядатися як обов'язкова.

У Росії в 1786 р. була затверджена як обов'язкова конструкція дорожнього одягу капітана Баранова для доріг з проїзною частиною. Покриття було двошаровим. Нижній шар складався з щебеню розміром «малого курячого яйця », а верхній товщиною 2-4 дюйма - з міцного кам'яного матеріалу,що при будівництві треба було «вколоти щільніше ручними бабами і вирівняти катками, залізними і кам'яними ».

У період до другої світової війни набуло поширення будівництво дорожнього одягу з бетону для всіх країн був типовий поперечний профіль бетонного покриття з з'єднаних металевими штирями плит постійної товщини 18-24 см, що укладаються на піщане або гравелістоепідставу або більш товстий «морозозахисний шар», що оберігає від обдимання. Передбачалося, що товста бетонна плита, що розподіляє тиск від коліс автомобілів на велику площу підстави, може в певною мірою компенсувати неоднорідність ґрунту земляного полотна. Проте досвід експлуатації показав, що різниця у прогин центральній частині і країв плит при проїзді автомобілів призводить до накопичення залишкових деформацій ґрунту під поперечними швами і освіти там порожнини,заповнюються в дощові періоди водою, розріджує грунт земляного полотна. Виникає характерне явище «виплеск» - вибризкування зі швів при проїзді автомобілів брудної води, що призводить до збільшення порожнин під кінцями плит, їх роботі під навантаженням як консолі, врешті-решт, до їх обламування. Аналогічне явище накопичення осад підстильного грунту під впливом прогину плит виникає і в · центральній частині плит. У бетоні плити, не відчуває повної підтримки грунтової основи, починають розвиватися втомних явища, що приводять до утворення тріщин.

Спочатку, так само як і Мак-Адам, щебеневим одяг надавали товщину 25 см (10 дюймів), але потім, переконавшись, що гарне ущільнення щебеневого шару проїздом поширюється тільки на глибину приблизно 10 см, а глибше щебінь залишається в слабо ущільненому стані, поступово перейшли в цілях зменшення витрат до товщини 15 см в ущільненому стані. Це виявилося можливим у зв'язку з меншими навантаженнями на кінні вози в Росії за порівняно з застосовувалися в Англії. За несприятливих грунтових умовах, де можна було очікувати пучини, щебеневий одяг потовщує до 9-12дюймів, але, так як це сильно здорожувало будівництві, нижню частину кам'яного шару почали замінювати піском. Так було побудовано шосе Петербург - Москва.

Особливістю щебеневих покриттів було те, що вони потребували повсякденному нагляд і ремонті, так як від вибитою щебінки починався швидке зростання подальших руйнувань.

У 1870 р. було опубліковано перший пропозицію про методику розрахунку товщини дорожнього одягу. Виходячи з уявлення про передачу в щебеневому покриттів тиску від частинки до частинки, Е. Головачов прийшов до висновку, що «Тиск колеса, що додається до покриття через малу прямокутну майданчик ... поширюючись в шарі щебеню під кутом природного укосу ...».

Прогрес у будівництві щебеневих покриттів в порівнянні з технікою,рекомендованої Мак-Адамом, краще за все сформулював у 1870 р. Є. Головачов, який писав, що «... починаючи з сорокових років, коли переконалися в повної необхідності вивчати не тільки фортеця щебеню, але і його властивості пилу, що забезпечує найбільшу зв'язок між щебенем, додавати до щебеню дрібний матеріал для заповнення проміжків, укочувати шосе штучно до повного ущільнення, щоб зберегти ту кількість кам'яного матеріалу, яка повинно було, при колишній системі укаткі шосе проїздом, звертатися до пил і осколки, щоб заповнити проміжки між щебенем, без чого вони не могли отримати належної нерухомості й стійкості, що власне і забезпечує міцність щебеневої насипу, коли для полегшення укатків ведена була поливання щебеню водою і для кращого ущільнення щебеневого шару стали в інших місцях разом зі щебенем твердих порід, що складають основу щебеневої насипу, застосовувати ще домішка щебеню м'яких вапняних порід.

Розширення кола матеріалів, що використовуються в щебеневих покриттях.

Труднощі отримання кам'яних матеріалів для дорожніх покриттів змусили російських інженерів з перших днів розгортання дорожнього будівництва звернути увагу на розширення кола використовуваних в дорожніх одязі матеріалів. У нижніх шарах щебеневих одягу відразу почали застосовувати гравій, рух по якому відкривали, «коли між камінням знаходяться проміжки піском або іншим матеріалом грязенепроізводящім заповнені будуть »(ЦДІАЛ, фонд 206, 1824 р., оп. 1, справа 748, арк. 57).

У 1832 р. інж. Ріхтер запропонував використовувати в дорожній одязі штучні матеріали - «цеглина-залізняк, спалений до скоєного склування ». Цю пропозицію було реалізовано у 1847 р. інж. А. И. Дельвіг, побудували в Нижньому Новгороді дослідні ділянки шосе з штучного цегляного щебеню, чавунного руди і болотної залізної руди,тому що «у багатьох місцях немає каменю, в інших він доходить вже до ціни неймовірною ». Побудовані дороги без значних пошкоджень пропускали обози на Нижегородську ярмарку з важкими возами з вантажем 150-200 пудів.

В Одесі в 1855 р. Д. Спиридонов отримав патент на пристрій покриттів з булижників каменів, втоплення частково в мастику з суміші 15 частин Сизранського природного асфальту, 19 частин стеаринової смоли, 5 частин вапна і 45 частин гравію. У другій половині XIX ст. почали отримувати поширення дорожні покриття з природних асфальтових гірських порід.

Дорожнє будівництво в західноєвропейських країнах.

У країнах Західної Європи відновлення дорожнього будівництва першого час йшов шляхом наслідування конструкціям римських доріг. Однак Змінені господарською умови - неможливість використання для дорожнього будівництва, як у Давньому Римі, дешевої робочої сили і необхідність її заміни працею тільки місцевого населення, яка притягається до дорожніх робіт у порядку обов'язкової дорожньої повинності або за плату змушували полегшувати конструкції дорожніх одягів на магістральних дорогах,залишаючи місцеві дороги практично без якого-небудь поліпшення і змісту.

Перші спроби поліпшення доріг були описані в опублікованому в 1607у Лондоні трактаті Томаса Проктер «Корисні для всього королівства важливі роботи з ремонту всіх доріг ...». При слабких грунтах на дорозі пропонувалося влаштовувати одяг з гравію, каменю, шлаку,залізної руди, обрубків дерева або в'язанок хмизу, покладених у дерев'яні рами з колод довжиною 18 футів і колом 10-14 дюймів, скріплених між собою дерев'яними нагелями. Зверху це підстава слід було засипати шаром гравію, крупного піску або щебеню.

Х. Ексшаке в 1787 р. рекомендував будувати гравійні покриття товщиною не менше 10 дюймів в ущільненому стані, укладаючи гравій у два шари. Гравій повинен бути розміром «з горіх і не менш бобу, не забруднений і непилуватих ».

До кінця XVIII ст. при проложені траси на місцевості почали застосовувати деякі геодезичні інструменти. Астролябія з бусоль з'явилася в половині XVI ст., рівень з повітряним бульбашкою був винайдений в 1661 р. На його основі в 1680 р. був запропонований нівелір. При трасування застосовували Нахиломіри.

Прогрес у будівництві земляного полотна і дорожнього одягу.

XVIII ст. характеризувався спробами точного обліку властивостей грунтів у будівництві. Це відзначав М. В. Ломоносов в написаному в 1757-1759 рр..трактаті «Про шарах земних», вказуючи, що «будівельник слухає твердості землі по ямах для підстави » Він класифікував грунти по складу і властивостям, поділяючи їх на чорнозем, «глину різних родів», «спорідненої глини або тину ».

У розглянутий період часу почали отримувати поширення мостові, по конструкції майже не відрізнялися від сучасних. Пред'являються певні вимоги до їх якості. Колотий бруковий камінь повинен був мати розмірі 7-8 дюймів і звужується вниз клиноподібну форму. Потрібно було перев'язка швів, «щоб в поздовжньому напрямі не було співпадаючих швів, які колеса возів могли брозсовувати ». У підставу укладали шари піску товщиною від 6 до 8 дюймів бажано річкового та гравелістого, а не кар'єрного, який дуже пилуватих. У книзі Х. Людера вказувалося, що при мощенні з обох боків дороги в грунт ставлять великі камені, а далі вкладаються все більш дрібні. Для підвищення міцності мостовий Х. Готьє пропонував влаштовувати через два туаза (1,82 м) поперечні ряди ( «страверси») з більш великих каменів булижників висотою 10-13 дюймів з тим, щоб якщо бруківка почне руйнуватися,пошкодження не поширювалася за цей ряд. Мощення клітинами отримало повсюдне поширення.

Наприкінці XVIII ст., коли темпи дорожнього будівництва почали зростати, найбільшого поширення набули дорожні одягу на підставі з пакеляжа - каменів, що встановлюються широкої стороною на грунтове або піщану підставу і розклинюється який надалі почали замінювати щебенем «розміром в горіх з каменю твердих порід», який розподіляли шаром 8 см. Однак дорожні одягу на пакеляжних підставах не задовольняли вимогам механізованого будівництва, а досвід експлуатації показав, що вони не витримували руху важких автомобілів,багаторазові проходи яких зосереджувалися на вузькій смузі накату і викликали поздовжні осідання покриттів.

П. Трезаге суттєво зменшив товщину дорожнього одягу, знизивши її до 24-27 см в порівнянні з товщиною одягів раніше будувалися доріг, яка за осі сягала 50 см. Дорожню одяг влаштовували у виритому у земляному полотні кориті, опукле дно якого мало середній поперечний ухил близько 60% о • При зв'язаних грунтах це сприяло частковому стоку просочилася через дорожній одяг води, а також дозволяло надати дорожньої одязі постійну товщину по всій ширині проїжджої частини. Не менше значення мала опуклість дна корита для більш економного витрачання кам'яного матеріалу. Нижній шар (основа) дорожнього одягу товщиною 10 дюймів влаштовували зі встановлених на ребро на дно корита каменів, так щоб ні один камінь не піднімався над іншим. Камені трамбували ручної трамбівкою. Поверх них вкладали шар товщиною 8-Ю см менш великих каменів, які дробили на місці і ущільнювали трамбуванням. Частково проникаючи в проміжки між камінням, вони розклинюється велике каміння. Зверху клали 10 см гравію.

Наступний етап розвитку техніки дорожнього будівництва - перехід до дорожній одяг тільки з щебеню, до так званого «щебеневому шосе»,яке зазвичай пов'язують з ім'ям шотландського дорожника Дж. Мак-Адама [5].

Метод Мак-Адама набув широкого поширення тому, що був простий, дешевий і відповідав вимогам часу. Почавши з 1806 р. брати підрядина дорожнє будівництво, Дж. Мак-Адам розробив власну систему будівництва та ремонту доріг і, прийнявши на себе в 1816 р. завідування трестом Брістольського округи, найбільшого в Англії, почав енергійно впроваджувати цю систему у практику. Запропоновані ним методи утримання доріг виявилися досить ефективними й економічними.

Сутність ідей Мак-Адама, розкиданих по різних місцях книги, зводиться до наступного:

1. Міцність дороги забезпечується грунтовим підставою. До тих пір не вдасться будувати дороги, які не піддаються впливу сезонних і погодних факторів, «поки не будуть повністю усвідомлені, визнані і проведені в життя наступні принципи, а саме, що навантаження від руху фактично сприймається природним грунтом ... цей природний грунт повинен бути попередньо осушений ».

2. Роль дорожнього одягу зводиться в основному до запобіжних підстильного грунту від розмокання. «Досвід показує, що, якщо вода проникає через дорогу і насичує природний грунт, одяг дороги ...руйнується на шматки ». Мак-Адам вважав, що для будь-якого навантаження достатня товщина одягу 10 дюймів в щільному тілі.

3. Дорожній одяг повинна підніматися над поверхнею землі і не бути покладеної у відритому в ній кориті. «Першим дією при будівництві дорогип овинен бути відмова від відривання корита. Дорожній одяг не повинна бути занурена нижче рівня навколишнього грунту ... . Це може бути досягнуто або шляхом влаштування дрен для пониження рівня води або, якщо це нездійсненно у зв'язку з особливостями місцевості, грунт повинен бути піднятий на декілька дюймів над рівнем води ».

4. Дорожній одяг має бути рівною, зв'язковий і водонепроникної.

5. Для пристрою одягу слід застосовувати одновимірний чистий щебінь або гравій. «Розмір каменів, що використовуються для дороги повинен бути пропорційний місця, займаного колесом звичайних розмірів на гладкою рівній поверхні. Кожна щебінка, укладена в дорогу, яка в будь - або вимірювань перевищить цю величину, є шкідливою ».

6. Міцність щебеневої кори, на думку Дж. Мак-Адама, забезпечується взаємної заслінкою щебеню. Тому дорожні одягу слід влаштовувати з чистого щебеню. «Кожна залізниця повинна будуватися з подрібненого каменю, без домішки землі, глини, крейди або будь-яких інших матеріалів, що усмоктують воду і схильних до дії морозу. Не слід нічого додавати до чистому щебеню для додання зв'язності. Щебінь буде об'єднуватися завдяки своєї незграбності в щільну гладку поверхню, на яку не впливають мінливості погоди або зміщуються вплив коліс, які будуть проходити по ній без підскакування, не викликаючи ушкоджень ». Одяг повинен бути однорідною на всю товщину. «Єдиний засіб уникнути руху каменів в дорозі - це використовувати в ній до самого низу каміння однакового розміру ».

7. У період ущільнення рухом кам'яного матеріалу за дорогою необхідний посилений догляд. «Після укладання гравію на дорогу щоденно наймають працівників для засипання колій та одночасного видалення з граблями поверхні каменів, занадто м'яких або неправильної форми, на зразок довгих кременів або занадто великих ». При ущільненні щебеневої розсипи в основному проїздом транспортних засобів Дж. Мак-Адам зазначав, що «для першого опади гравію з успіхом можна застосовувати важкий залізний каток діаметром від 4 до 5футів (1,2-1,5 м) не менше.

8. Поперечний ухил дороги повинен бути не надто крутим. «Я вважаю,що дорога, забезпечуючи стік води, повинна бути якомога більш плоскою ... Я зазвичай роблю дорогу в середині на З дюйми вище, ніж по краях, при ширині 18футів ... Якщо дорога зроблена плоскою, які їдуть не будуть дотримуватися тільки її середини, як роблять при надмірній опуклості ». У результаті багаторазових спроб поліпшення проїзду по дорогах розсипом нових матеріалів на них утворювалися товсті шари кам'яної начерки. Ці шари розбирали і замінювали щебеневим покриттям, для яких в стороні від дороги дробили видалений з дороги великий камінь. Тому перебудова доріг за методом Мак- Адама, для якої не був потрібен новий камінь, витіснила трудомістку і більше дорогу перебудову доріг з пристроєм одягу по типу Т. Тельфорда. Обсяг виконувалися робіт обмежувався необхідну мінімумом і тому Дж. Мак- Адам підкреслював, що «на кожній дорозі я був змушений змінювати спосіб робіт залежно від місцевих умов, а часто від фінансування ».

Історія асфальтоукладника.

У Швейцарії в 1721 р. поблизу м. Невшатель і в 1810 р. біля м. Сейсель були відкриті родовища асфальтових гірських порід - вапняків та пісковиків, просочених бітумом. Їх почали розробляти для приготування мастики для гідроізоляційних робіт. Незабаром було відмічено, що впали на дорогу під час перевезення шматки асфальтової породи при ущільненні проїздом утворюють твердий однорідний шар. Це наштовхнуло на думку про будівництво асфальтових покриттів. У 1829 р. у м. Сейселе була побудована пішохід надоріжка, а в 30х роках зроблені перші спроби будівництва асфальтових покриттів.

Соссені (Зоззепу) почав влаштовувати асфальтові покриття, нагріваючи асфальтовий вапняк в котлах до температури 150-170 ° С і додаючи до нього до 60% просушеного річкового піску. Виходить пластична суміш розрівнювали по міцному кам'яному основи і ущільнювали трамбуванням. Міжнародну популярність здобули першу покриття, укладені в Парижі на площі Згоди і на терасі Зимового палацу в Петербурзі.

У США перше асфальтове покриття було укладено в 1871 р. з привезеного з Європи матеріалу. У подальшому почали використовувати місцеві асфальтові породи, що містять більший відсоток бітуму, додаючи до них,крім піску, кам'яну борошно. Для ущільнення гарячої суміші використовували катки. Покриття з трамбувати і укочений асфальту почали отримувати поширення на вулицях великих міст. У Парижі в 1854 р. їх було 800м, в 1856 р. - 8 км, а в 1860 р. - вже 230 км. У Лондоні перший покриття з'явилося в 1869 р., у Берліні - в 1877 р.

Початком систематичного будівництва удосконалених покриттів слід вважати швидко розповсюджувалася укладання на столичних вулицях міст покриттів з «трамбувати асфальту» - щебеню з природних асфальтових порід, який розігрівали в котлах та ущільнювали трамбуванням після розрівнювання на міцному кам'яній основі. У 1913 р. в Європі вперше була застосована запозичена в США укатка «асфальтової маси». Покриття отримали назву «укатати асфальту».