Значение автомобильных дорог в развитие национального хозяйства страны

Одним из важнейших вопросов эксплуатации улиц является оценка качества дорожной одежды проезжей части, поддержание ее в состоянии, обеспечивающем бесперебойное и безопасное движение с максимально возможными скоростями. Дорожная одежда постоянно подвергается воздействиям нагрузок транспорта и климатических факторов. При движении автомобиля возникают вертикальные и горизонтальные (касательные) силы, вызывающие напряжения и деформации в дорожной одежде — упругие и остаточные. Накопление остаточных деформаций на поверхности проезжей части делает ее неровной. При наезде колес транспорта на неровности проезжей части возникают удары, отрицательно действующие как на состояние дорожной одежды, так и на подвижной состав.

При напряжениях и деформациях, превышающих  величины, допустимые для данного типа дорожной, одежды, может произойти ее разрушение. В результате дорога становится непригодной для движения транспорта с расчетными скоростями. В процессе эксплуатации дорог покрытие под влиянием касательных воздействий колес транспорта подвергается также постепенному износу путем истирания верхнего слоя (слоя износа), раздавливания минеральных частиц и сноса их под влиянием движения транспорта и уборки улиц.

Таким образом, основными факторами, снижающими эксплуатационные качества городских дорог, являются: а) неравномерный износ покрытий, характеризующийся появлением на покрытии выбоин, волн и других  неровностей,   затрудняющих движение транспорта с расчетными скоростями; б) равномерный износ, представляющий собой процесс истирания покрытий, когда толщина их под воздействием движения транспорта равномерно уменьшается, снижая тем самым их прочностные характеристики.

Усиленное истирание покрытия проходит на участках торможения— на остановках общественного транспорта (автобусов, троллейбусов), перед перекрестками и на участках с особо интенсивным движением. На нежестких дорожных одеждах наряду с истиранием могут образоваться выбоины, трещины, волны, просадки, колеи, проломы и другие дефекты. На жестких дорожных одеждах деформации чаще всего возникают в виде трещин в плите, шелушения и выкрашивания поверхностного слоя или разрушений, происходящих главным образом в углах плиты и в швах. Износ и накопление деформаций на покрытии проезжей части улиц зависит от интенсивности и скорости движения, а также от климатических условий и качества содержания и ремонта в процессе эксплуатации дорог.

Величина  износа асфальтобетонных покрытий в  нормальных условиях эксплуатации без  нарушения ровности поверхности  покрытий невелика и составляет не более 0,5 мм на 1 млн. брутто-т движения. В среднем срок службы асфальтобетона слоем 4 см до капитального ремонта (восстановление верхнего слоя) равен 8-10 лет. Более длительными по сроку службы являются дорожные одежды с цементно-бетонными покрытиями, так как величина износа таких покрытий незначительна. Для поддержания дорожных одежд в надлежащем состоянии в процессе их эксплуатации важно установить величину износа и, следовательно, объем ремонтных работ. Величина износа различных типов покрытий определяется разными методами. Для контроля за износом асфальтобетонных и цементно-бетонных покрытий закладывают при их устройстве металлические марки на всю толщину покрытия. Их изготовляют из сплава, равнопрочного с материалом дорожного покрытия. Иногда вместо марок закладывают стержневые металлические реперы, головки которых располагают на достаточной глубине под поверхностью покрытия в углублении, заливаемом асфальтобетонной смесью. Периодически определяют величину износа покрытия путем промера расстояния от поверхности покрытия до головки стержня.

Наиболее  простым способом определения величины износа покрытий (особенно асфальтобетонных) является взятие кернов из покрытий и измерение их толщины. Более совершенным способом определения величины износа является электромагнитный способ с применением специальных приборов.

Для определения  степени ровности покрытий применяют  различные неподвижные и подвижные устройства. На практике широко используют довольно простой и доступный, хотя и несколько трудоемкий метод, с применением неподвижных реек различной конструкции. Такие рейки с помощью записывающего устройства позволяют достаточно точно оценить степень ровности покрытия в пределах их длины. Основным их недостатком является большая трудоемкость при выполнении измерений, а также ограниченность длины проверяемых участков, обусловленная длиной рейки. Наряду с этим использование реек при измерениях степени ровности покрытий создает помехи движению и связано с опасностью для работающих.

В зависимости  от степени износа, ровности и шероховатости  покрытий назначают виды и объемы ремонтных работ. При возникновении необходимости проведения ремонтных работ, связанных с усилением покрытия проезжей части, заменой конструктивных слоев дорожной одежды из слабых материалов на более прочные, необходимо определить прочность существующей дорожной одежды. Оценка прочности дорожной одежды сводится к определению ее фактического модуля упругости и сравнению его с требуемым.

                              Дорожное строительство в западноевропейских странах.

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

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

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

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

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

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

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

                          Прогресс в строительстве земляного полотна и дорожных одежд.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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