Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Развитие дорожного строитеьства

Начало строительства автомобильных магистралей


Начало строительства автомобильных магистралей

Возрастание числа автомобилей усложнило условия движения по дорогам, особенно на маршрутах с высокой интенсивностью движения. Смешанный состав транспортных потоков из конных повозок и автомобилей, резко различавшихся по транспортным качествам, руднял движение, и вскоре пришли к выводу о необходимости строительства дорог для движения только автомобилей с высокими скоростями.

Прототипом современных автомобильных магистралей явилась дорога для автомобильных гонок — «Авус» (Automobile Verkehrs and Ubungsstrasse), которую начали строить на окраине Берлина в 1913 г. Во время первой мировой войны работы были прерваны. Строительство возобновилось только в 1921 г. Это был прямой участок длиной 9,8 км с четырьмя полосами движения без разделительной полосы между ними. Дорога не имела пересечений. До начала 30-х годов Авус использовали для испытания автомобилей, после чего он вошел в состав сети магистралей как подъезд к обходной Берлинской кольцевой дороге.

Первыми автомобильными магистралями обычно считают построенные в начале 20-х годов в Италии дороги общей протяженностью 83,9 км, предназначенные исключительно для проезда автомобилей между Миланом и соседними городами Комо и Варезе и курортным районом у оз. Маджиоре. Движение по первому участку Милан — Варезе было открыто в 1926 г. В то время в стране насчитывалось всего 60 тыс. автомобилей и мотоциклов.

По техническим параметрам первые итальянские автомобильные магистрали были весьма далеки от современных. При ширине земляного полотна 10—14 м большинство их имело бетонное покрытие шириной 8 м, рассчитанное на две полосы движения, которые были выделены на проезжей части сплошной осевой линией разметки, нанесенной краской. Дорога была протрассирована длинными прямыми, сопрягавшимися кривыми с радиусами не менее 1500 м, при наибольшем продольном уклоне 30%о. Радиусы выпуклых и вогнутых вертикальных кривых — 3000 м. По современным нормам это соответствует расчетной скорости 60 км/ч. Правила движения ограничивали скорость грузовых автомобилей на пневматических шинах 40 км/ч, на сплошных шинах — 20 км/ч. От прилегающей местности дороги были отделены высокой оградой из сетки. Пересечения с другими дорогами, железнодорожными путями и каналами осуществлялись в разных уровнях. За проезд по дороге взималась плата.

Создание сети дорог, предназначенных исключительно для автомобильного движения, произвело большое впечатление. Итальянское слово «автострада», обозначающее всего-навсего «дорога для автомобилей», во многих странах до сих пор используют для обозначения самых совершенных по техническому уровню автомобильных дорог. В эти же годы в Италии сенатор П. Пуричелли выступил с предложением создания международной сети автомобильных магистралей и разработал ее проект.

Ряд дорог менее известных, но более удовлетворяющих современным представлениям об автомобильных магистралях, был построен в тот же период в США — дорога с раздельными проезжими частями в штате Делавэр (1924 г.), «сверхмагистраль» из Детройта в Понтиак, на разделительной полосе которой, имевшей ширину 21 м, были проложены пути трамвая (1925 г.). В 1928 г. в штате Нью-Джерси была построена первая транспортная развязка в разных уровнях по типу клеверного листа.

С начала 30-х годов в ряде стран приступили к проектированию и строительству первых автомобильных магистралей — Амстер. дам — Роттердам в Нидерландах (1929 г.), Остенде — Брюссель в Бельгии (1937 г.), Милан — Неаполь в Италии (1936 г.), первой платной автомобильной магистрали в штате Пенсильвания в США (1937 г.).

Эффективность разделения встречных потоков на дорогах с интенсивным движением была оценена не сразу. Большинство дорог для интенсивного движения в начале 30-х годов строили с четырехполосными проезжими частями шириной 12—14 м без разделительных полос. Такими были короткий участок курортной дороги Сочи — Мацеста, дорога Кёльн — Бонн в Германии, движение по которой было открыто в 1932 г., Брюссель — Остенде в Бельгии. По этому же типу была запроектирована первая советская автомобильная магистраль Москва — Минск, к постройке которой приступили в 1935 г.

Характерным примером динамики изменения требований к автомобильным магистралям могут служить поперечные профили магистральных дорог США:
1925 г.— проезжая часть с двумя полосами движения шириной 5,5 м;
1930 г.— проезжая часть с тремя или четырьмя полосами движения (ширина 9,1 и 12,2 м) без разделительной полосы;
1935 г.— самостоятельные проезжие части для движения в разных направлениях шириной по 6,7 м с выпуклой разделительной полосой шириной 4,9 м;
1940 г.— самостоятельные проезжие части по 7,3 м с разделительной полосой 9,1 м вогнутого профиля;
1945 г.— самостоятельные проезжие части по 7,3 м с широкой разделительной полосой вогнутого поперечного профиля переменной ширины в зависимости от рельефа местности и раздельным трассированием на косогорных участках;
1950 г.— тот же профиль, но с введением дополнительных полос движения для грузовых автомобилей на подъемах (в ФРГ с устройством сплошных укрепленных стояночных полос на обочинах и устройством вдоль краев проезжей части и разделительной полосы краевых полос, отличающихся по цвету от основного покрытия).

Введение в конструкцию дороги разделительных полос, оставляемых без покрытия, существенно осложняет осушение земляного полотна, поскольку через них просачивается в грунт вода от дождей и таяния снега, способствуя возникновению пучин и ослаблению прочности грунтовых оснований дорожных одежд. Для перехвата и отвода воды приходится устраивать систему дренажей и водостоков, причем полностью удовлетворительной системы этих мероприятий до сих пор еще не разработано.

Рис. 1. Выполнение вручную земляных работ на строительстве первых автомобильных магистралей в Германии

Техника проектирования и постройки автомобильных магистралей получила значительное развитие с началом строительства в 1933 г. сети автомобильных магистралей в Германии. Подготовка к войне на два фронта и возможность занять безработных привела к принятию обширного плана строительства дорог, связывающих между собой административные и промышленные центры Германии и ведущих к ее границам. На первых этапах строительства большие объемы работ выполнялись вручную — возведение земляного полотна землекопами, устройство пакеляжных оснований дорожных одежд.

Постройка германских магистралей велась быстрыми темпами и к концу 1941 г., когда после нападения на Советский Союз работы были прекращены, в эксплуатацию было сдано 3720 км и примерно 2350 км находились на разных стадиях строительства.

Строительство автомобильных магистралей дало мощный толчок развитию научных исследований и совершенствованию технологии дорожного строительства. Оно впервые привлекло внимание к архитектуре дорог — согласованию трассы с ландшафтом, применению «обтекаемых» поперечных профилей, гармонично сливающихся с прилегающими формами рельефа. Большое внимание стали уделять плавности трассы, проектируя ее как пространственную кривую, повороты которой в плане и продольном профиле сопрягались с прямыми вставками переходными кривыми большой длины. Получили широкое распространение клотоидные трассы, у которых переходные кривые, ранее рассматривавшиеся как детали кривых малых радиусов, превратились в основной элемент трассирования, вытесняющий прямые участки. Прямые участки считаются обоснованными в особых случаях — у пересечений дорог, при проложении трассы вдоль железных дорог или каналов, по дну широких долин, для устройства обгонных участков при извилистой трассе дороги, особенно на выпуклых вертикальных кривых.

Изменилось отношение к расположению мостов в плане и продольном профиле, которые на современных автомобильных магистралях часто строят на кривых, перекрывая долины от края до края, без спуска дороги на их дно к небольшому мосту. Примерами современного после второй мировой войны проектирования мостов на автомобильных магистралях являются мост «Европа» в Австрийских Альпах на дороге Вена — Зальцбург, мосты на магистрали «Хемус» в Болгарии и на «Дороге Солнца» в Италии.

Существенно были развиты методы возведения земляного полотна. В начале 30-х годов считали целесообразным оставлять отсыпанные насыпи земляного полотна на некоторое время для естественной осадки под влиянием собственного веса и увлажнения атмосферными осадками, что не гарантировало однородности уплотнения. Еще в 1932 г. в учебниках писали, что «отсыпать насыпи надо всегда с некоторым запасом и с таким расчетом, чтобы после окончания осадки насыпь получила проектные размеры». В зависимости от способа работ (тачечная или конная возка), от высоты насыпи и типа грунта на осадку предусматривалось от 1,5 до 15% высоты насыпи.

Темпы строительства автомобильных магистралей не допускали перерывов между возведением земляного полотна и укладкой дорожной одежды и в циклы дорожно-строительных работ вошел новый элемент — искусственное уплотнение, которое лишь в редких случаях и в небольших объемах практиковалось в XIX столетии. При строительстве магистралей использовали опыт гидротехнического строительства, где при постройке земляных плотин осуществляли уплотнение грунта до плотности грунта в основании плотины. Большие исследования о необходимой степени уплотнения грунта провел на строительстве канала имени Москвы проф. А. Ф. Лебедев. В зарубежном дорожном строительстве опирались на аналогичные работы, выполненные в США Р. Проктором, который ввел понятие об оптимальной влажности, при которой наибольший эффект уплотнения достигается при наименьшей работе уплотняющей машины, и о «стандартном уплотнении», в долях которого определяется требуемая степень уплотнения. В СССР критерии уплотнения были установлены исходя из аналогичных принципов проф. Н. Н. Ивановым и М. Я. Телегиным. Значительный вклад в теорию уплотнения грунтов внес проф. Н. Я. Хархута.

Рис. 2. Примеры «обтекаемых> поперечных профилей

Дорожные катки, использовавшиеся при укладке одежд, были непригодны для уплотнения грунта из-за чрезмерного веса и низкой скорости. Применявшиеся вначале дизельные трамбовки массой 500 кг («лягушки» фирмы Дельмаг) и сбрасывавшиеся кранами трамбующие плиты были малоэкономичны. На дорожном строительстве нашли применение прицепные катки с кулачками, катки с решетчатыми вальцами для комковатых грунтов и, наконец, получившие наиболее широкое распространение катки на пневматических шинах, которые из-за особенностей контактных деформаций грунта и шины обеспечивают наиболее однородное уплотнение.

Принципы трассирования магистралей не давали возможностей обхода болот. Первое время земляное полотно возводилось на плотном дне болот после удаления торфа взрыванием на выброс или вычерпыванием экскаваторами. В дальнейшем появились методы взрывания под отсыпанной насыпью, при которых основная масса торфа выбрасывалась направленным взрывом в стороны, а остаток выжимался весом падающего грунта подброшенной взрывом насыпи. В конце 30-х годов были проведены первые опыты применения вертикальных дрен для ускорения осадки насыпей на торфяных и илистых основаниях.

Рост интенсивности движения по дорогам в первой половине 30-х годов и увеличение нагрузок на ось неоднократно вызывали массовые разрушения дорожных одежд в периоды весеннего оттаивания дорог. Весной 1934 г. потеряли работоспособность дороги Московского узла, имевшие щебеночные покрытия.

Эти характерные разрушения дорог — «пучины» — вызывались значительным снижением прочности грунтового основания дорожных одежд, в котором зимой накапливались ледяные прослойки в результате процесса зимнего перемещения влаги из более глубоких талых слоев грунта.

Исследованию процесса пучинообразования в последующие годы было посвящено много работ в СССР и за рубежом, из которых отличались своей обширностью и глубиной работы Дорнии. Развертывание их было связано с исключительно неблагоприятными условиями зимы и весны 1934 г., вызвавшими массовые разрушения ^орог Московского узла. На дорогах были организованы пучинные станции. Наблюдения, проводившиеся на этих станциях под руководством проф. Н. В. Орнатского (1895—1967 гг.) группой исследователей (А. Я. Тулаевым, Н. А. Пу-заковым и др.), позволили раскрыть четкие закономерности круглогодичного цикла изменений водно-теплового режима земляного полотна и зимнего подтягивания влаги в мерзлую зону. Была разработана система противопу-чинных мероприятий, внедренная в практику проектирования и содержания дорог в СССР. В дальнейшем в развитие этих идей уже в послевоенный период В. М. Сиденко была разработана теория водно-теплового баланса земляного полотна, давшая основы направленного регулирования его водного режима в различных климатических условиях.

Одной из ведущих проблем научного обоснования строительства автомобильных магистралей была разработка методов конструирования и расчета толщины дорожных одежд, стоимость которых составляет существенную часть от общей стоимости строительства. В СССР она иногда достигает 60%, в странах более богатых каменными материалами, например в Англии,— в среднем 29%.

Исследования работы дорожных одежд под движущимися автомобильными нагрузками, проводившиеся во многих странах, привели к возникновению нового раздела теории проектирования дорог — механики дорожных одежд как многослойных плит на грунтовом основании, которые состоят из упруговязкопластичных материалов. В зависимости от размера нагрузок и частоты их приложения дорожные одежды могут работать как в стадии восстанавливающихся упругих деформаций, так и с постепенным накоплением остаточных деформаций, которые приводят к разрушению, когда суммарный прогиб одежды достигнет 0,035—0,065 от диаметра круга, равновеликого площади контакта с покрытием колеса автомобиля.

Первой в мире попыткой создания обоснованной многочисленными экспериментами теоретической методики расчета дорожных одежд явился разработанный в СССР в 1936—1940 гг. под руководством проф. Н. Н. Иванова так называемый метод Дорнии или «метод проф. Н. Н. Иванова», которым в 1942 г. приказом Главного дорожного управления было официально предложено пользоваться для «назначения толщин в случаях, не предусмотренных таблицами», конструкций дорожных одежд, рекомендованных на период военного времени.

Прочность дорожной одежды оценивалась в этом методе обобщенным показателем — «эквивалентным модулем деформации» — модулем деформации условного однородного полупространства, имевшего при действии расчетной нагрузки такую же деформацию, как и дорожная одежда. Требуемый модуль деформации определяли с учетом перспективной интенсивности движения, а для установления толщины отдельных конструктивных слоев использовался оригинальный метод эквивалентного слоя проф. Г. И. Покровского, позволявший заменять слой одного материала слоем другого материала таким образом, что напряженно-деформированное состояние подстилающегося грунта не менялось.

Возрастание интенсивности движения и числа тяжелых нагрузок на дорогах потребовало повышения надежности работы дорожных одежд. Поэтому метод Дорнии при сохранении его идеи был уточнен путем перехода на расчет по допускаемым упругим деформациям дорожных одежд с дополнительными проверками на устойчивость малосвязных слоев из щебня, песка или гравия против возникновения в них сдвигов и на растягивающие напряжения в слоях асфальтового бетона.

Близкие по идее методы, исходящие из решений о напряженно-деформированном состоянии многослойных плит на упругом основании, были предложены в других странах.





Похожие статьи:
Земляное полотно и дорожные одежды

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Развитие дорожного строитеьства

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум