Технические условия проектирования шоссейных и мощеных дорог

Опыт, накопленный при строительстве дорог, позволил приступить к составлению специальных руководств. В 1870 г. в Киеве вышла в свет книга Е. Головачева "Об устройстве земских дорог и отношении их к железным путям для развития производительности в России". В работе излагались правила проектирования шоссейных и грунтовых дорог, а также методы улучшения их путем уплотнения под действием собственного веса. Показывалось применение различных покрытий, в частности из оптимальных грунтовых смесей.

Строители дорог узнали, что вода "силою волостности" в разных грунтах поднимается на неодинаковую высоту, что в зависимости от гранулометрического состава грунты по-разному оседают и реагируют на изменение влажности и температуры.

Е. Головачев описал процесс взаимодействия грунта с водой и дал приближенный метод определения величины набухания грунтов. Он указал, что влажность грунта можно определить нагреванием. Им были отвергнуты ошибочные положения о том, что прочность дорожного полотна зависит исключительно от крупности щебеночной насыпи, и о том, что пески не сжимаются. "С течением времени, - писал автор, - когда убедились в полной необходимости: изучать не только крупность 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; поливать водой щебень для лучшего уплотнения щебеночного слоя, - тогда выяснились причины, почему устраиваемые шоссе оказывались непрочными и никогда не имели гладкой поверхности".

Рекомендации Головачева по использованию песка для предохранения земляного полотна от размокания и, следовательно, от разжижения и пучения не утратили практической ценности до наших дней.

Представляет интерес сопоставление темпов строительства в нашей стране шоссейных и железных дорог с 1861 по 1900 г. Всего за этот период построено около 15 тыс. км шоссе и 55 тыс. км рельсовых путей (табл. 4).

Таблица 4. Протяженность шоссейных и железных дорог, построенных в Европейской России в 1861 - 1900 гг., км

Строительство дорог вели также земские учреждения, построившие к концу XIX в. около 11,7 тыс. км дорог с каменным покрытием. В 1873 г. был утвержден план строительства стратегических шоссе, а в период русско-турецкой войны 1877-1888 гг. были сооружены новые дороги и мосты. В 1884 г. было принято решение в течение 10 лет создать сеть стратегических шоссе протяжением 2,9 тыс. км, однако план этот полностью выполнен не был (лишь к 1908 г. было сооружено 2,6 тыс. км стратегических дорог).

Кроме шоссейных дорог (которых к началу XX в. было 15,6 тыс. км) в европейской части России имелось свыше 11 тыс. км дорог с каменной одеждой министерства внутренних дел (из них около 3 тыс. км грунтовых трактов с частичным замощением).

Особенно усилилось дорожное строительство в конце XIX в. на Кавказе, на юге и юго-востоке страны (главным образом стратегических дорог). В это же время было положено начало строительству переселенческих грунтовых дорог в Сибири и Средней Азии.

До 1895 г. велось интенсивное шоссейное строительство земствами Московской, Тульской, Петербургской, Херсонской и Харьковской губерний. Они построили до 1901 г. 2,2 тыс. км дорог с каменным покрытием.

Помимо дорог с каменным покрытием 61 губерния Европейской России располагала земскими грунтовыми дорогами протяженностью 214 тыс. км, а также проселочными дорогами, протяженность которых не учитывалась.

Организация натуральной дорожной повинности позволяла поддерживать грунтовые дороги в проезжем состоянии [97]. Принимались меры и к улучшению технического состояния грунтовых дорог путем постройки мостов, устройства боковых водоотводных канав, сооружения земляных дамб, жердевых настилов, рассыпки смеси растительной земли с гравием, а также с добавкой песка, гравия и гальки.

В отдельных губерниях в целях улучшения дорог к покрытию добавлялись глина и мел или мел с песком, шлаки и торф. Примечательно применение сосновых лапок, вереска и хвороста.

Положительные результаты дало устройство шоссе из гравия. В конце XIX в. к гравию в качестве связующего вещества добавлялся суглинок с примесью ила.

В 1874 г. была утверждена инструкция по сооружению шоссейных дорог, предусматривающая два поперечных профиля для песчаных и глинистых грунтов. Предусматривалась ширина дорожной полосы 20,0-20,5 м, из которых на земляное полотно приходилось 7,7-8,0 м, в том числе на проезжую часть 4,3 м, на канавы по 2,4 м с каждой стороны и на скосы по 3,8 м с каждой стороны. Толщина щебеночного покрытия по оси дороги предусматривалась 14 см и по краям дороги 10 см. Для глинистых дорог, кроме того, требовался песчаный слой толщиной по оси дороги 12,7 см и по краям 10 см. Продольные уклоны устанавливались максимальной крутизны 50‰, допускаемые на протяжении не более 1 км дороги.

По новым профилям строились дороги преимущественно местного и подъездного значения. Новые магистральные шоссейные дороги продолжали строить по профилям 1847 г. Так, с 1861 по 1865 г. было сооружено около 800 км новых дорог, в 1866-1876 гг. - около 500 км [98]. В 1864 г. было закончено Киево-Брест-Литовское шоссе протяжением 590 км.

В соответствии с новыми правилами "О производстве изысканий и составлении проектов подъездных шоссейных дорог" (1881) были приняты два нормальных поперечных профиля: один для глинистых и другой для песчаных грунтов. Это было обусловлено все возрастающим грузовым движением на дорогах и снижением их строительной стоимости.

По правилам 1881 г. предельные уклоны предусматривались для равнинной местности 40‰ при протяженности не более 1,5 км, для холмистой местности - 50‰ при протяженности не более 1,0 км и для гористой местности - не более 60‰ при протяженности до 0,5 км. Наименьший радиус закруглений допускался 34 м.

По этим техническим правилам строились почти все новые казенные шоссе, за исключением дорог Крыма и Кавказа. Для них нормальные поперечные профили и технические условия постройки установлены не были, и их проектировали в каждом отдельном случае по особо утвержденным заданиям.

К числу горных дорог, сооруженных в пореформенный период, относятся Военно-Грузинская на Кавказе, законченная в 1885 г., и Ялта-Бахчисарайское шоссе в Крыму, сданное в эксплуатацию в 1891 г. Эти дороги строились в исключительно трудных топографических условиях и имели большое стратегическое значение.

В 80-х годах XIX в. царская Россия приступила к строительству стратегических шоссе для осуществления своей политики на Балканах. Возникла необходимость уточнения технических правил 1881 г. В 1889г. были разработаны технические правила, определившие максимальный уклон 0,05, длину участка с таким уклоном 640 м, устройство щебеночной одежды из наиболее твердого и однородного материала или из двух слоев (нижний - из мягких пород, верхний - из твердых). Толщина щебеночной одежды увеличивалась до 25 см вместо 17,7 см по оси проезжей части и до 21,3 см по краям вместо 15 см.

Дорожное строительство не ограничивалось постройкой шоссе. В городах и на внегородских участках шоссейных дорог строились каменные мостовые (рис. 29). Ширина мостовых в городах принималась 12,8 м, а проезжая часть 11,5 м; толщина песчаного слоя 17-20 см. На внегородских участках шоссейных дорог ширина проезжей части и земляного полотна принималась равной их ширине на дорогах, но при подходе к городам мостовая назначалась шире, с учетом интенсивности пригородного движения.

29. Поперечные профили каменных мостовых, построенных во второй половине XIX в. а - в городах; б - вне города.

Техника сооружения земских шоссейных и грунтовых дорог была еще менее совершенной, чем применявшаяся при строительстве казенных шоссе. В конце XIX в. еще не существовало какого-либо выработанного типа земских дорог с каменной одеждой, и в разных губерниях и даже в разных уездах одной губернии строились земские шоссе с самыми разнообразными по величине и качеству элементами. Обычно ширина земляного полотна земских шоссе колебалась от 6,4 до 12,8 м (в некоторых губерниях снижалась до 5,3 м), а ширина каменной одежды - от 2,8 до 5,3 м и в редких случаях от 6,4 до 10,6 м. Те же размеры имели грунтовые дороги с земляным полотном и проезжей частью, улучшаемой добавками (песка, гравия и т. п.).

30. Поперечный профиль грунтовых дорог во второй половине XIX в.

В строительстве земских грунтовых дорог применялись два типа поперечных профилей (рис. 30): обычный, наиболее распространенный, и лотковый, менее распространенный. В сравнении с шоссе поперечные уклоны грунтовых дорог назначались более значительными, в зависимости от качества грунта их рекомендовалось применять в пределах 0,03-0,06. Хотя правила предписывали принимать для земских дорог продольные уклоны и радиусы закруглений такие же, как и для казенных шоссе, но фактически для земских дорог допускались продольные уклоны в пределах 0,08-0,10 и даже больше, а радиусы закруглений 21-22,4 м. Подобное "облегчение" технических правил имело место и в отношении других элементов грунтовых и шоссейных дорог (уменьшение ширины проезжей части, толщины щебеночного слоя и др.). Более того, это облегчение коснулось и основных принципов проектирования трассы. Примерно с 70-80-х годов стали отказываться от принципа проектирования трассы дороги по кратчайшему направлению и начали переходить к проектированию гужевых дорог в плане извилистой линии и в профиле по обертывающей кривой. Переход к этому методу мотивировался обычно необходимостью сокращения издержек на строительство и ремонт дорог.

В условиях домонополистического капитализма характерной особенностью дорожного строительства являлось крайне медленное внедрение новой дорожной техники, уже получившей применение в передовых странах Западной Европы.

31. Конный металлический каток с балластными ящиками, применявшийся во второй половине XIX в.

Основными типами дорог в конце XIX в. оставались щебеночное шоссе, булыжная мостовая и гравийная дорога, причем из 28-29 тыс. км дорог с таким покрытием 90% приходилось на щебеночное шоссе. Усовершенствованные покрытия (брусчатые, мозаиковые, клинкерные, асфальтовые и др.) крайне медленно внедрялись в практику дорожного строительства.

32. Паровой.каток Коломенского завода

Замена ручного труда механизированным шла медленно из-за дешевизны рабочих рук. Основным механизмом на постройке шоссейных дорог по-прежнему были конные катки, несколько усовершенствованные во второй половине XIX в., конные металлические катки с балластными ящиками системы Полозовского (рис. 31) и катки системы Варшавского округа путей сообщения. В 1875 г. в России был применен первый импортный паровой каток. Позже началось производство паровых катков на ряде русских заводов (Коломенском, Брянском, заводе Рудского в Варшаве). К числу лучших относились паровые катки Коломенского завода мощностью 15-25 л. с. и весом 10,0-10,5 т (рис. 32). Заводы стали выпускать и другие дорожные машины (снегоочистители, механические кирковщики, камнедробилки) (рис. 33).

33. Русская щековая дробилка начала XX в. (схема)

Во второй половине XIX в. в связи с ростом движения на дорогах большое значение приобрели вопросы их ремонта и содержания, особенно шоссе, находившихся в ведении министерства путей сообщения. К концу XIX в. была установлена целесообразность двух систем ремонта шоссе - ямочный и сплошными россыпями, техника которых сохранила свое значение и по настоящее время. Одновременно были определены объемы рассыпаемого щебня в год применительно к разрядам казенных шоссе, на которые они были разделены в зависимости от их загрузки и действительной потребности в ремонте. В соответствии с этими разрядами устанавливалась численность временных поденных рабочих дополнительно к тем, которые были определены по штатным расписаниям.

Ляхницкий Михаил Анатольевич (1852-1923) Профессор Петербургского института инженеров путей сообщения (с 1894 г.). Видный специалист по проектированию шоссейных дорог и автор первого учебника по этому предмету. Известен исследованиями новых физика-механических свойств строительных материалов.

Что касается земских дорог, то на них не создавалось какой-либо однообразной системы ремонта и содержания. Как правило, все грунтовые дороги в земских и значительная часть в других (неземских) губерниях содержались за счет натуральной дорожной повинности. Техника ремонта и содержания дорог за счет этой повинности сводилась к выравниванию дорожного полотна, прорытию и очистке канав, установке вех, устройству ограждений, постройке и ремонту небольших мостов; при этом применялись топор, лопата, а иногда плуг и борона. К достижениям дорожного строительства в России следует отнести создание научных основ постройки и ремонта дорог, и, прежде всего, шоссе. Первые начала этих основ применялись еще в дореформенной России. Следует отметить создание самостоятельного курса для студентов Института инженеров путей сообщения и выпуск учебного пособия "Курс обыкновенных дорог" М. А. Ляхницкого "[99]. Важным достижением было создание пособий по постройке, ремонту и содержанию грунтовых дорог, из которых особо следует отметить работы Е. Головачева и В. Казнакова, и значительное расширение работ по испытанию дорожно-строительных материалов, изучению техники укатки шоссейных дорог, дорожных пучин, специфических вопросов ремонта и содержания шоссейных дорог и их эксплуатации.