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,

184
иггруднял 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 mid Ubungsstrasse), которую начали строить на окраине Берлина и 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 [263, с. 129]. 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 вы­явлены на проезжей части сплошной осевой линией разметки, нане- сенной краской. Дорога была протрассирована длинными прямыми, сопрягавшимися кривыми с радиусами не менее 1500 м, при наиболь­шем продольном уклоне ЗО%о. Радиусы выпуклых и вогнутых вер- гикальных 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, li 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 по-■ i роен в тют 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 — Амстер­дам — 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 [206]:

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.

Техника проектирования и постройки автомобильных магистралей получила значительное развитие с началом строительства в 1933 г. сети автомобильных магистралей в Германии. Подготовка к войне па два фронта и возможность занять безработных привела к приня­тию обширного плана строительства дорог, связывающих между собой административные и промышленные центры Германии и веду-

щих к ее границам. На первых этапах строительства большие объемы работ выполнялись вручную — возведение земляного полотна земле­копами, устройство пакеляжных оснований дорожных одежд (рис. 7.4).

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 (рис. 7.5), гармонично сливающихся с прилегающими формами рельефа [205]. 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» [223, с. 160]. 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

/ 188

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.

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. Развер-

ботана 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% [266, с. 70].

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 руковод- • ством проф. Н. Н. Иванова так называемый метод Дорнии или «метод

проф. Н. Н. Иванова» [229], кото­рым в 1942 г. приказом Главного дорожного управления (Гушос-сдора) 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 использо-

вался 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.

Поиск по сайту: