НОВЕЙШИЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА И УКЛАДКИ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ: ПРОБЛЕМЫ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
ДОРОГИ, КОТОРЫЕ МЫ ВЫБИРАЕМ
Дорожные одежды: история и современность
Литой асфальт применялся в качестве дорожного покрытия уже 3200 году до н.э. вавилонянами, ассирийцами и египтянами.
В странах средневековой Европы возобновление дорожного строительства первое время шло по пути подражания конструкциям римских дорог. Однако изменившиеся хозяйственные условия - невозможность использования для дорожного строительства, как в Древнем Риме, дешевой рабочей силы и необходимость ее замены трудом только местного населения, привлекаемого к дорожным работам в порядке обязательной дорожной повинности или за плату, вынуждали облегчать конструкции дорожных одежд на магистральных дорогах, оставляя местные дороги практически без какого-либо улучшения.
Первые попытки совершенствования дорог были описаны в опубликованном в 1607 году в Лондоне трактате Томаса Проктера «Полезные для всего королевства важные работы по ремонту всех дорог...». Автор отмечал: «Как показывает повседневный опыт, главная причина плохих и грязных дорог - это то, что дождевая или всякая иная вода, задерживающаяся на неправильно построенной дороге, при проездах колес проникает глубже в дорогу и все более и более размягчает и разрушает ее». Для предотвращения этого предлагалось отрывать сбоку от дороги канаву глубиной 3 фута (0,9 м) и шириной 4 фута (1,2 м), распределяя вынутую землю по ширине дороги слоем средней толщиной в один ярд (0,91 м), причем в середине на 2 фута выше, чем по краям. При этом ширина дороги должна быть достаточна для разъезда двух повозок. При слабых грунтах на дороге предлагалось устраивать одежду из гравия, камня, шлака, железной руды, обрубков дерева или вязанок хвороста, уложенных в деревянные рамы из бревен длиной 18 футов и окружностью 10-14 дюймов, скрепленных между собой деревянными нагелями. Сверху это основание следовало засыпать слоем гравия, крупного песка или щебня.
К концу XVIII века при прокладывании трассы на местности начали применять некоторые геодезические инструменты. Астролябия с буссолью появилась в половине XVI веке, уровень с воздушным пузырьком был изобретен в 1661 году. На его основе в 1680 году был предложен нивелир. При трассировании применяли уклономеры.
Развитие дорожного строительства в России
В России строительство дорог первоначально развивалось несколькими отличными от Запада путями в связи с недостатком легкодоступных для разработки каменных материалов. Развитие техники в XVIII веке сводилось к поискам путей обеспечения проезда по дорогам в условиях возраставших объемов перевозок и роста нагрузок на дороги с одновременным стремлением снизить затраты труда и материалов. Основными источниками получения камня были трудоемкий сбор на полях валунов и разработка гравия в ледниковых отложениях. Несмотря на значительную протяженность дорог (во второй половине XVIII века только сеть почтовых путей из Москвы достигала 16-17 тыс. км) и большие потребности в совершенствовании условий перевозок, техника дорожного строительства в России длительное время ограничивалась осушением дорожной полосы и укреплением труднопроезжаемых мест древесными материалами.
Началом дорожного строительства в России можно считать 1 июня 1722 года, когда был издан Сенатский указ о постройке дороги, связывающей Петербург с Москвой. Дорогу строили как грунтовую. В указе от 20 мая 1723 года говорилось: «...А в болотных местах класть фашины и между ими насыпать землею слоями до тех мест, как вышиною будет с натуральною землею ровно и потом мостить, не подкладывая под испод бревен и сверх того мосту насыпать по небольшому земли».
Примитивная технология строительства не приводила в суровых грунтово-гидрологических условиях северо-запада европейской части России к получению удовлетворительных для проезда дорог. Низкое качество грунтовых и укрепленных деревом дорог привело к тому, что дорожные строители начали по своей инициативе мостить отдельные участки дороги камнем. В декабре 1723 года Сенат принял решение, что «в нужных местах и где камня довольно есть, из помянутых дорог одну половину, в рассуждении прочности и сбережения лесов, мостить камнем по такому грунту, чтоб камень скоро не опадал и не делалось лощин и не повреждалась бы дорога...». С этого времени в России была принята твердая установка на постройку на магистральных дорогах каменных дорожных одежд. Развитие в России торговли и промышленности требовало содержания дорог в исправном состоянии.
На важнейших государственных дорогах преимущественным типом дорожного покрытия было щебеночное. Несмотря на небольшие объемы его применения, именно в России было достигнуто существенное улучшение техники постройки. Первоначальная технология не предусматривала какого-либо специального уплотнения дорожного покрытия, 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.
В 1786 году в России была утверждена конструкция дорожного покрытия для дорог с проезжей частью. 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». 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». Последняя строительная операция рекомендовалась значительно ранее, чем французский инженер Полонсо ввел ее в 1830 году в строительную практику для щебеночных покрытий, что в свою очередь дало начало способу устройства шоссе.
После 1860 года объем дорожного строительства в России начал сокращаться. Если до 1861 года строилось в среднем по 230 км дорог с твердыми покрытиями в год, что само по себе было крайне мало по сравнению с потребностью, то в следующее двадцатилетие объем строительства снизился до 25- 30 км в год. И лишь после 1890 года, в связи с развертыванием строительства стратегических автодорог в западных губерниях, снова возрос до 300-350 км. Железных дорог в этот период ежегодно вводилось в эксплуатацию от 730 до 1320 км в год.
Ограниченные финансовые возможности земств привели к тому, что на подъездных путях начали получать распространение булыжные мостовые, постройка которых не требовала механизации (первые заграничные паровые катки массой 10 тонн появились только в 1875 году, а их производство в ограниченном объеме на Коломенском, Варшавском и Брянском машиностроительных заводах было развернуто в конце XIX века). Булыжные мостовые были менее трудоемки при строительстве, поскольку отпадала необходимость дробления камня на щебень, и их можно было надолго оставлять без ремонта.
Перед второй мировой войной получило распространение строительство дорожных покрытий из бетона. 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. Трудности получения каменных материалов, суровость климата и значительное разнообразие климатических условий предопределили творческое развитие в России конструкций щебеночных дорожных покрытий.
Сегодня с целью повышения прочности и долговечности дорожного покрытия предлагаются новые материалы для армирования дорожных полотен. Например, авторы изобретения Нетканый материал для армирования дорожных покрытий и способ его изготовления (заявка на получение патента № 2003135761/12 от 10.12.2003) предлагают материал, имеющий двухосевую композитную гибкую структуру, которая содержит две группы дискретно расположенных волокон, удерживаемых с помощью связующего. Данные группы волокон образуют трехслойную структуру таким образом, что группа поперечных волокон расположена между разделенными на верхнюю и нижнюю подгруппы продольными волокнами. В качестве волокон предлагается использовать стеклоровинг с линейной плотностью не менее 400 текс.
На совершенствование технологий производства материалов для дорожного покрытия направлены также следующие изобретения: Способ повышения ресурса работы дорожной одежды (заявка на получение патента № 96121611 от 16.12.1996), Армодренажный композитный геотекстильный материал (заявка на получение патента № 95111353 от 13.11.1995), Боросиликатный волокнистый армодренажный материал и способ его получения (заявка на получение патента № 98107615 от 7.10.1998) и др. Каждое из этих изобретений способствует улучшению эксплутационных характеристик дорожного полотна, а именно - повышению прочности, увеличению фильтрующей способности и срока службы.
