Из истории строительства автомобильных дорог

В Белоруссии уже в период существования Великого княжества Литовского (ВКЛ) имелось несколько транспортных коммуникаций, связывающих его города в различных направлениях. К ним относятся дороги Полоцк -Витебск - Смоленск, Полоцк - Браслав - Вильно, Варшава - Гродно - Вильно, Гродно - Несвиж - Слуцк, Брест - Орша, Брест - Луцк и др.
Значение транспортной системы страны было отражено в основных государственных документах того времени - Статутах ВКЛ 1523, 1566 и 1588 г.г.
В Статуте ВКЛ 1588 г. была закреплена законодательная база, которая регламентировала габариты дорог и правила проезда по ним, дорожные повинности, связанные с содержанием и ремонтом дорог, и многое другое. В дорожные повинности входили работы по содержанию и ремонту дорог, к которым относились подсыпка грунта в низких местах и прокладывание водоотводящих канав, озеленение прилегающих территорий. В ряде городов (Гродно и др.) строили многопролетные мостовые сооружения из деревянных конструкций, отдельные участки дорог и улиц мостили камнем (бруком). Следует отметить, что техника каменного мощения (брукование) дожила до XX века.
В Западной Европе первые попытки повышения качества проезжих дорог были описаны в трактате Т. Проктера «Полезные для всего королевства важные работы по ремонту всех дорог...», опубликованном в 1607 г. в Лондоне.
В те времена почти каждое последующее поколение дорожников меняло технологию строительства дорог в связи с накоплением опыта, а также из-за повышения требований к дорогам. Если в начале XVII века считали наиболее эффективным естественное уплотнение дорог в течение нескольких месяцев, то к концу столетия стали повсеместно использовать искусственное уплотнение трамбованием.
К концу XVIII века при прокладке трассы на местности начали применять некоторые геодезические инструменты, такие как нивелиры и уклономеры, а при строительстве дорог пытались учитывать свойства грунтов.
В этот период времени начали строить мостовые из булыжного камня, которые по конструкции почти не отличались от современных дорог. Для обеспечения их долговечности устанавливали требования к дорожной одежде и земляному полотну, например, к форме и размерам колотого булыжного камня, к распределению крупных и мелких камней по ширине дороги, а также к конфигурации корыта в земляном полотне.
Следующим этапом развития технологии дорожного строительства являлся переход к дорожным одеждам из щебня, к так называемому «щебеночному шоссе», которое обычно связывают с именем шотландского дорожника Дж. Мак-Адама. В начале XIX века (1806 г.) он разработал собственную систему постройки щебеночных дорог и их ремонта. В ней были сформулированы и обоснованы основные требования к дорожной одежде. Во-первых, грунт рассматривался как основание дороги, воспринимающее нагрузку от движения и обеспечивающее прочность, с учетом этого предварительное осушение грунта и отказ от отрывания корыта в земляном полотне способствовали сохранению прочности дорожной одежды. Во-вторых, дорожная одежда должна быть прочной и водонепроницаемой, для чего применяли 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 измерении превысит эту величину, является вредной». II еще цитата из Дж. Мак-Адама: «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».
На территории Российской империи началом дорожного строительства принято считать 1722 г., когда был издан сенатский указ о постройке грунтовой дороги, связывающей Петербург с Москвой. Долгое время дорожное строительство ограничивалось работами по осушению дорожной полосы и ее укреплению древесными материалами. Поэтому дороги были только грунтовыми и низкого качества, несмотря на их значительную протяженность и большие потребности в перевозках.
К концу XVIII столетия в Российской империи, как и в Европе, стали использовать щебеночные покрытия. С 1786 г. щебеночные покрытия проезжей части должны были иметь двухслойную конструкцию. Нижний слой покрытия состоял из мелкого, а верхний - из крупного (2-4 дюйма) щебня, который следовало уплотнять вручную и выравнивать железными или каменными катками.
В связи с недостаточным финансированием строительства дорог в нижний слой дорожной одежды укладывали крупный щебень слабых, но дешевых местных пород. Кроме того, начали применять гравий, а также искусственный кирпичный щебень, дробленую чугунную и болотную железную руду.
По этой же причине получили распространение булыжные мостовые, поскольку отпадала необходимость дробления камня на щебень, и их можно было надолго оставлять без ремонта.
Уплотнение щебеночных покрытий катками позволяло снизить пористость за счет применения в верхнем слое более мелкого материала (клинца и высевок), частицы которого катки вдавливали в незаполненные места между щебенками, создавая расклинивание.
Таким образом, существенным отличием конструкций дорожных одежд в Российской империи был отказ от обязательного условия Дж. Мак-Адама о создании дорожной одежды из однородного по составу, крупности и прочности щебня.
Дороги Белоруссии в XVII-XVIII веках развивались по общеевропейским нормам. В XIX столетии Беларусь уже имела достаточно разветвленную сеть дорог, которая включала внутригубернские дороги, а также участки транзитных маршрутов трасс Варшава - Москва и Петербург - Киев. Структура дорожной одежды этих дорог (белое щебеночное покрытие, основание, поперечный профиль и др.) была выполнена по системе Мак-Адама. Все дороги были рассчитаны на передвижение гужевого транспорта. И только в XX столетии с развитием автомобильного транспорта дороги приобрели статус: автомобильных дорог.
В XIX веке были предприняты попытки повысить связность щебеночных покрытий за счет вяжущих материалов. Технологию асфальтовых покрытий начали использовать только в 1829 г., хотя месторождения асфальтовых горных пород (известняков и песчаников, пропитанных битумом) были открыты в Швейцарии еще в 1721 г. Покрытия из трамбованного и укатанного асфальта начали применять на улицах больших городов. В Париже первые покрытия появились в 1854 г., в Лондоне - в 1869 г., в Берлине - в 1877 г., в США - в 1871 г. В Российской империи месторождения природных асфальтов были открыты и начали разрабатываться позднее, поэтому первые попытки устройства усовершенствованных покрытий были связаны с каменноугольным дегтем, которым пропитывали щебеночные покрытия.
Развитие дорог с твердым покрытием поставило очередную задачу перед дорожниками - их содержание и ремонт. Одно из направлений было связано с поверхностной обработкой покрытий органическими вяжущими материаламп. Впервые она была осуществлена в 1902 г., в Швейцарии энтузиастом дорожного дела врачом Э. Гуглилминетти, который для обеспыливания щебеночного покрытия обрабатывал его разогретым каменноугольным дегтем. Первоначально розлив битума и дегтя осуществляли вручную из леек с последующим распределением по покрытию щетками. Затем появились котлы на ручных тележках, на конной тяге и, наконец, распределители жидкого вяжущего на автомобилях (автогудронаторы). В бывш. СССР их начали выпускать с 1934 г.
Следующим этапом стало создание технологии, которая связывала щебень на всю толщину покрытия. Сначала задачу решали путем обработки каменного материала жидким вяжущим непосредственно на дороге, в частности, для пропитки и поверхностной обработки щебеночных покрытий использовали горячий вязкий битум. Затем появилась технология обработки щебня в заводских условиях с последующим хранением и транспортировкой приготовленных материалов.
Рост интенсивности движения и появление на дорогах тяжелых автомобилей потребовали дальнейшего повышения прочности дорожных покрытий по сравнению со щебеночными покрытиями, обработанными вяжущими материалами. В дорожном строительстве начали применять асфальто- и цементобетоны.
Асфальтобетонные покрытия стали развитием щебеночных покрытий из материалов, обработанных вяжущими. Основным отличием асфальтобетона от щебня, обработанного вяжущим, явилось обязательное наличие в его составе тонкого минерального порошка крупностью менее 0,1 мм, который заполнял поры между песчаными частицами.
В дальнейшем в технологии дорожных покрытий начали применять разжиженные битумы, а также битумные и дегтевые эмульсии, которые в бывш. СССР были впервые испытаны в 30-х годах. Битумные и дегтевые эмульсии, содержащие около 50 % воды, включали 2 % эмульгатора и диспергированный битум (или деготь). Такие составы позволяли выполнять дорожные работы при более низких температурах и с влажным щебнем, а также с гравийными материалами с большим содержанием пылеватых и песчаных частиц. В бывш. СССР их стали интенсивно применять для устройства дорог низших категорий с гравийными покрытиями методом смешения компонентов на дороге.
Перед Второй мировой войной начали строить дорожные одежды из цементобетона. Однако первые попытки оказались неудачными, поскольку бетонные плиты толщиной 18-24 см, соединенные металлическими штырями и уложенные на песчаное или гравийное основание, не могли компенсировать неоднородность земляного полотна и довольно быстро разрушались.
До войны (в 1940 г.) Беларусь располагала 11200 км дорог с твердым покрытием, из них только 220 км имели асфальтобетонные покрытия. После войны только к 1951 году удалось выйти на довоенный уровень состояния дорог, после чего дорожная сеть стала интенсивно развиваться. Например, за период с 1976 по 1985 годы прирост дорог с твердым покрытием составил протяженность дорог довоенного уровня.
В послевоенный период характерной стала устойчивая тенденция к снижению стоимости дорожного строительства. Одним из путей решения данной проблемы было применение в дорожных одеждах промышленных отходов - шлаков, горелых сланцев, отвалов каменноугольных шахт, дробленого камня и кирпича из разбираемых зданий, золы уноса и др.
Для укрепления щебеночных материалов и грунтов в нижних несущих слоях дорожных одежд начали использовать как неорганические вяжущие материалы (цемент и известь), так и обладающие вяжущими свойствами промышленные отходы (шлаки).
Большой толчок к качественным преобразованиям дорожной отрасли дали Олимпийские игры 1980 года, проходившие в Москве. В частности, к Олимпиаде была построена автомагистраль Брест - Минск - Москва с использованием технологии скоростного строительства покрытий из цементобетона со скользящей опалубкой.
В дальнейшем интенсивное развитие получили технологии дорожного строительства с повторным употреблением материалов ремонтируемых покрытий, в частности, асфальтобетона. Имеются различные варианты повторного использования асфальтобетона - от полного удаления старых покрытий с их переработкой на заводах и последующей укладкой в покрытие до срезания верхнего слоя покрытия на неполную толщину, добавления к нему новых компонентов и укладки полученной смеси на ремонтируемый участок дорожного полотна.
Первые сведения о механизации дорожных работ связывают с появлением грейдера. Первый патент на конный четырехколесный автогрейдер был выдан в 1795 г. в США изобретателю Р. Фултону. В 70-х годах XIX столетия американцы создали несколько моделей конных грейдеров с деревянной рамой и рычажным управлением, а уже в 80-х годах появились модели с реверсивным ножом и штурвальным управлением, с наклонной установкой колес и рессорной подвеской. К началу XX столетия грейдеры были переведены на тракторную тягу, а в 1924 г. в США был создан первый самоходный автогрейдер.
В царской России в начале XX столетия преобладали грейдеры на конной тяге. В бывш. СССР в годы первой пятилетки было выпущено более 3500 легких и средних прицепных грейдеров, а в 1948 г. был выпущен первый советский трехосный самоходный автогрейдер.
Не менее богатую историю имеет уплотняющая техника. Ее рождение датируется 1829 г., когда во Франции впервые для укатки щебеночных покрытий применили трехтонный каток, изготовленный из дубовых брусьев, окованных железными обручами. Там же в 1859 г. появились паровые катки, которые ознаменовали новый этап в развитии и обеспечении качества дорожной одежды.