Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Развитие дорожного строитеьства

Совершенствование щебеночных покрытии


Совершенствование щебеночных покрытии

В предложение Мак-Адама о постройке покрытий из одномерного на всю толщину слоя щебня к середине XIX в. был введен ряд уточнений. Повсеместно было узаконено устройство многослойных покрытий. В Ганновере технические предписания 1860 г. оговаривали, что «в отличие от прежнего способа производства работ… проезжая часть… должна устраиваться из двух или даже трех слоев, из коих нижний слой, с целью удешевления, может быть устроен из менее тщательно и равномерно набитого щебня, чем для верхнего слоя». В утвержденных в 1889 г. правилах постройки стратегических шоссе в западных губерниях России было сказано, что «щебеночная одежда должна устраиваться из самого твердого и однородного каменного материала, какой только имеется вблизи от проводимой дороги. В случае же недостатка его щебеночная одежда должна устраиваться из двух слоев: нижний из более мягкой и верхний из более твердой породы».

Выработалось представление о структуре щебеночной коры. Как указывал в 1860 г. инж. Васильев, «хорошее шоссе должно состоять из двух главных частей: 1. .Твердой сетки или основы, образуемой кусками щебня, взаимно соприкасающимися и передающими давление один другому; 2. Из вещества, заключенного в пустотах сетки, которое связывает сеть и поддерживает ее равновесие; следовательно, прочность шоссе зависит: а) от степени сопротивления материалов, употребляемых для твердой сетки, стиранию на поверхности и раздроблению или раскрошиванию внутри; б) от качества вещества, заполняющего пустоты твердой сети, от его упругости и прочности».

Отмеченная инж. Васильевым роль веществ, заполняющих пустоты в щебеночной коре, долгое время являлась предметом споров. Для повышения связности щебеночной коры высказывались предложения о необходимости введения в нее материалов, «образующих связь, основанную на силе химического средства». При этом значительную пользу могло бы оказать «употребление веществ известковых для заполнения пустот в измельченном виде с особую их поставкою».

В России идея повышения связности щебеночного покрытия начала реализовываться лишь после введения искусственного уплотнения щебеночных россыпей катками, причем на основе других принципов, чем за рубежом. Щебеночная кора из одномерного прочного щебня, несмотря на обламывание кромок щебенок, имела высокую пористость. Для заполнения пор в верхнем наиболее уплотнявшемся слое начали использовать более мелкий материал — клинец и высевки, вдавливаемые весом катка в незаполненные места между щебенками и создающие расклинивание. В России считалось обязательным использование для этой цели щебня тех же горных пород, что и для основной россыпи, поскольку применение мягких легко дробящихся пород, облегчая закатку, давало малоустойчивое, быстроразрушающееся покрытие.

За границей для облегчения заключительной стадии укатки щебеночных покрытий был «распространен другой прием, при котором… добавляемый мелкий материал стараются так подобрать, чтобы он в некотором случае дополнил свойства каменного материала, употребленного для щебня. Если щебень, разрушаясь, дает пыль рассыпчатую, сухую, то прибавляют материалов вяжущих, например, известняковых пород, дающих липкую грязь; например, на севере Франции, где шоссейные дороги поддерживаются бельгийским гранитным щебнем, таким материалом служит известковый овражный песок». Аналогичная рекомендация содержалась в широко распространенном в 1920—1930 гг. американском справочнике Харгера и Боннея: «Лучший заполнитель — известковые высевки, так как они обладают хорошими цементирующими качествами. Для трудно укатываемых пород (трапп, гранит, песчаник) в клинец можно примешивать не менее 50% известковой пыли». Однако тут же отмечалось, что значительное число разрушений покрытий «непосредственно связано с размягчающимся заполнителем».

С самого начала использования щебня в строительстве дорожных одежд выдвигались предложения о необходимости их искусственного уплотнения. В 1725 г. Якоб Леопольд рекомендовал для уплотнения дорог железные катки. В 1787 г. в Париже Цессарт делал попытки укатки одежд, построенных по методу П. Трезаге, чугунными катками массой 3,5 т, которые тянули шесть лошадей. В 1802 г. И. С. Гергардт предлагал дорожную одежду «…уколачивать поплотнее ручными бабами и выравнивать катками». Однако обычно в литературе искусственную укатку щебеночных одежд связывают с именем французского инженера Полонсо (Polonceau), применившего в 1829 г. вместо трамбования щебеночной россыпи 20-килограммовой трамбовкой, «которая уплотняла только поверхность», укатку 3-тонным катком, массу которого при последних проходах увеличивали до 4,5 т. Каток был сделан из дубовых брусьев, окованных железными обручами, диаметр вальца составлял 2,1 м, ширина— 1,6 м. Брусья имели в середине вогнутость, равную 3,2 см, предназначенную для того, чтобы при укатке формировалась цилиндрическая поверхность покрытия, а щебень не выжимался из-под катка в сторону. В боковых дисках катка были предусмотрены отверстия, через которые каток можно было заполнять песком или гравием, увеличивая его массу с 1,2 до 6 т. В дальнейшем Полонсо рекомендовал систему послойной укатки россыпи чугунными катками.

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, по крайней мере, на первом этапе уплотнения. Так, например, инж. Васильев предлагал при устройстве двухслойных одежд сперва рассыпать половину щебня и укатывать его катком и открыть проезд, для облегчения которого в первое время можно употреблять некоторое количество песку».

В России Комиссия проектов и смет Министерства путей сообщения постановила в 1842—1843 гг.: «Комиссия полагает весьма полезным укатывание щебня большими катками для составления плотной коры прежде открытия дороги, ибо цель дороги есть спокойный проезд и удобный провоз, а потому несправедливо в отношении к частному интересу укатывать дорогу… теми транспортами, которые случаются в то время на дороге» (ЦГИАЛ, фонд 23, 1842—1843 гг. дело 517, л. 13). В этом решении сыграл роль ряд обстоятельств — стремление возчиков объезжать неуплотненные россыпи и необходимость усиленного наблюдения за проездом, чтобы не происходило движения по одному следу, поскольку «рыхлые щебеночные насыпи, однажды прорезанные колеями, никогда уже не могут образовать впоследствии плотной и однородной массы».

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».

Расширению применения укатки способствовало появление паровых катков. В 1859 г. был выпущен каток Лемуана, имевший три вальца, расположенные один за другим. Передний и задний вальцы были меньшего диаметра, чем средний ведущий. Каток Баллезона был двухвальцовым. Начиная с катков Эвелинга и Портера, перешли к обычной трехвальцовой схеме. Оптимальная масса катков была найдена не сразу. Каток Дрелинга массой от 26 до 40 т был трудноуправляем и дробил щебень.

В России первые заграничные паровые катки массой 10 т появились только в 1875 г., а их производство в ограниченном объеме на Коломенском, Варшавском и Брянском машиностроительных заводах было развернуто в конце XIX в. Для укатки преимущественно использовали каменные катки диаметром 0,5—0,6 сажени и длиной 0,5 сажени, массой 150—300 пудов (2,4—4,8 т) и чугунные катки с загрузочными ящиками, позволявшими увеличивать их массу до 400 пудов (6,4 т). Каток с двигателем внутреннего сгорания впервые появился в США в 1909 г. К этому же периоду относится широкое внедрение механической бойки щебня.

Рис. 1. Паровой каток

Долгое время укатку вели без поливки водой, хотя положительное действие увлажнения щебня на закатывание было известно. В 1851 г. инж. Евреиновым рекомендовалось «при укатке до россыпи высевок выбирать по возможности сырое и дождливое время, укатку же с высевками производить тогда, когда уже шоссейная поверхность несколько просохнет, а влажность будет находиться только в нижнем слое». В конце концов пришли к выводу, что одна укатка не обеспечивает необходимого уплотнения щебеночной коры и для этого необходимы «…примесь щебеночной мелочи, сырость и усиленное укатывание катками и ездой; без совокупности содействия этих условий щебеночный слой не уплотняется». Для большей эффективности доуплотнения движением и предотвращения проезда колес по одному следу проводилось регулирование движения укладкой на дороге камней, «чтобы движение происходило змейкой». Камни периодически перекладывали. Эта рекомендация сохранялась до начала интенсивной автомобилизации.

Роль воды в создании вместе с каменной пылью цементирующего щебеночную россыпь материала и образовании щебеночной коры получила отражение в названии этого покрытия — «водосвязное шоссе» (Waterbound macadam surface, empierrement avec Hants a l’eau; Wassergebundene Schotterdecke), которому противопоставлялось уплотнение щебня в сухом состоянии «Dry-bound macadam surface».

Прогресс в строительстве щебеночных покрытий по сравнению с техникой, рекомендованной Мак-Адамом, лучше всего сформулировал в 1870 г. Е. Головачев, писавший, что «…начиная с сороковых годов, когда убедились в полной необходимости изучать не только крепость щебня, но и свойства его пыли, обеспечивающей наибольшую связь между щебн“ем, прибавлять к щебню мелкий материал для заполнения промежутков, укатывать шоссе искусственно до полного уплотнения, чтоб сберечь то количество каменного материала, которое должно было, при прежней системе укатки шоссе проездом, обращаться в пыль и осколки, чтоб заполнить промежутки между щебенками, без чего они не могли получить должной неподвижности и устойчивости, что собственно и обеспечивает прочность щебеночной насыпи, когда для облегчения укатки введена была поливка щебня водой и для лучшего уплотнения щебеночного слоя стали в иных местах вместе со щебнем твердых пород, составляющих основу щебеночной насыпи, [применять] еще примесь щебня мягких известковых пород, тогда разъяснились причины: почему устраиваемая по прежней системе щебеночная одежда из крепкого и дорогостоящего щебня не получала ожидаемой прочности и не имела гладкой поверхности».

Все отмеченные Е. Головачевым особенности рациональной системы строительства щебеночных покрытий, дополненные введением уплотнения катками постепенно увеличивающейся массы, нашли отражения в технических правилах постройки щебеночных покрытий, действовавших до начала второй мировой войны. К этому времени сложилось своеобразное «искусство укатки», сводившееся в основном к тому, чтобы не допускать как «перекатывания», так и «недокатывания» щебня и точно улавливать моменты начала рассыпания клинца и высевок, не переувлажнять песчаное основание избыточной поливкой, укладывать тонкие защитные слои из листьев, соломы, травы и т. п. для предотвращения перемешивания щебня с мелкозернистым песком основания, начинать укатку щебеночной россыпи рано утром «по росе», когда щебень еще влажный и т. п.

Особенностью щебеночных покрытий было то, что они нуждались в повседневном надзоре и ремонте, так как от выбитой щебенки начинался быстрый рост дальнейших разрушений. Это отмечал в своей статье А. Гофмейстер: «Ни одно сооружение не требует столь бдительной и беспрерывной поддержки, как шоссе, особенно многопроезжее, которое только тогда удовлетворяет своему назначению, когда ремонт проводится своевременно, систематически и, конечно, старательно».

Уже на первых этапах строительства щебеночных одежд учитывалась связь их толщины с работоспособностью. «Шоссе может иметь применение только в известных пределах длительности проезда (по опыту Лондона максимум для городских улиц 4000 лошадей в сутки)», — писал М. С. Волков. Еще в 1842 г. Комиссия проектов и смет Министерства путей сообщения отмечала, что «каким бы образом ни составилась щебеночная кора, толщина ее должна быть достаточной для сопротивления проезду».

М. С. Волков рекомендовал толщину щебеночного слоя увязывать с прочностью щебня и загрузкой дороги, оценивая ее по количеству повозок, одновременно находящихся на участке («число встречающихся в одно время повозок»), В зависимости от их числа (2—8) и вида каменного материала рекомендуемая толщина щебеночного слоя менялась от 4 до 8,5 дюйма. При двухслойных покрытиях, если нижний слой устраивался из известнякового щебня, общую толщину надлежало увеличивать еще на 2—3 дюйма.

Уже в 1870 г. было опубликовано первое предложение о методике расчета толщины дорожной одежды. Исходя из представления о передаче в щебеночном покрытии давления от частицы к частице, Е. Головачев пришел к выводу, что давление колеса, прилагаемое к покрытию через малую прямоугольную площадку kL (L—длина следа колеса; к—ширина обода), распространяясь в слое щебня под углом естественного откоса L, равным по

Ренкину 48°, передается на песчаное основание через большую прямоугольную площадь. Зная допускаемое давление на песчаное основание, можно определить необходимую толщину слоя щебня.

Толщина песчаного слоя может быть определена аналогичным образом исходя из площади передачи давления покрытием на поверхность песчаного слоя и допускаемой нагрузки на грунт, формула Е. Головачева почти аналогична опубликованной 75 лет спустя формуле Харгера, отличающейся лишь тем, что площадка передачи давления на покрытие и грунт учитывает форму контакта шины с покрытием в виде прямоугольника с двумя полуокружностями по концам.

Рекомендуя свой метод расчета, Е. Головачев придавал большое значение правильному назначению расчетных характеристик грунта. Он писал, что «степень сопротивляемости в различных грунтах неодинакова, и она, кроме того, в каждом грунте зависит еще от степени насыщения его водой и уплотнения грунта трамбовкой, потому в каждом частном случае при устройстве шоссе необходимо определять наименьшую единичную сопротивляемость грунта давлению». Для этого предлагался оригинальный практический прием: «При изыскании нужно заметить глубину колеи и диаметр колес повозок, нагруженных грузом, при следовании их по дороге, грунт которой испытывается» и на основании этих данных определять временное сопротивление грунта как нагрузку, деленную на площадь контакта колеса с грунтом.





Похожие статьи:
Земляное полотно и дорожные одежды

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Развитие дорожного строитеьства

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум