Дороги мира. История и современность

1.6. Секреты технологий

Как ни странно, но римляне, при высоком уровне инженерного искусства, практически везде оставляли технологию строительства неизменной, почти игнорируя местные климатические условия. В работах начала XX в. указывалось, что римские постройки, в отличие от дорог, хорошо сохранились только в Италии с ее теплым климатом, хуже – во Франции и практически не сохранились в Германии. Говоря о долговечности дорог, следует отметить, что для Рима мы имеем срок наблюдения за состоянием дорожной сети при различных уровнях содержания более 2000 лет, в то время как для современных дорожно-строительных материалов и технологий подобный срок насчитывает несколько десятков лет, а в лучшем случае – 1–2 века.

Основной движущей силой при передвижении на суше была сила мускулов людей и животных, и, учитывая, что дороги имели огромное стратегическое значение, строители стремились сделать продольный профиль дороги как можно ближе к горизонтальному и оставить его прямым. Это было необходимо для тактической оценки местности и сохранения походного строя легиона. Иногда трасса следовала по водоразделу или по долине реки короткими прямыми отрезками, круто меняющими направление при изменении уклона или общей конфигурации местности. Примечательно, что римские дороги почти всегда делали повороты в самой высокой точке, с которой легко вести наблюдение (рис. 8).

Рис. 8. Дороги по вершинам гор прокладывались не только в Римской империи, но и в других местах. Дорога в Коста-Рике.

Разбивку трассы и контроль продольного профиля осуществлял вольнонаемный инженер (сегодня – геодезист), которому помогал рабочий. Контроль осуществлялся при помощи двух приборов – «groma» и «chorobates» – аналогов комбинации отвеса, визира и уровня (рис. 9, 10).

Рис. 9. Groma использовалась как визир при строительстве дорог, мостов, акведуков.

Это прообраз современного теодолита. Отвесы на конце каждого плеча могут иметь одинаковую массу, и тогда стойка находится в вертикальном положении; при изменении массы отвесов можно добиться получения фиксированных углов по направлению верхних планок плеч подвесок.

Рис. 10. Chorobate для определения уровня уклона конструкции к горизонту. Прообраз современного нивелира: 1 – ровная доска, 2 – выемка, в которую заливалась вода, 3 – визир, 4 – отвес. Для выведения прибора в горизонтальное положение под ножки забивались деревянные клинья.

Для разметки и рыхления верхнего слоя грунта, подлежащего замене, использовался плуг. Рабочие рыли взрыхленную землю для устройства корыта и подстилающего слоя (fossa) на глубину до 3 м (рис. 11).

Рис. 11. Древнеримская дорога (в разрезе): 1 – корыто, 2 – промежуточный слой, 3 – основание, 4 – выравнивающий слой, 5 – покрытие, 6 – бордюрный камень.

Песчаный или грунтовый подстилающий слой трамбовался дубовыми трамбовками весом до 100 кг при постепенном увлажнении уплотняемого слоя водой (до выступления влаги на поверхности грунта после удара трамбовки), толщина уплотнения за один проход составляла 0,45 – 0,7 м.

Главным образом (хотя не всегда) покрытие дорог было уложено на хорошо уплотненные подстилающий слой и слой щебня переменной высоты. Римляне называли этот слой «крепостным валом» или «насыпью», данный термин используется и сегодня. Чаще всего насыпь была невысока, но на наиболее важных государственных дорогах она могла иметь 1,2–1,5 м в высоту и до 15 м в ширину. На менее важных дорогах насыпи не устраивались, дорожные слои укладывались на основание по уплотненному выровненному грунту с удаленной растительностью.

На подстилающий слой укладывался промежуточный слой из песка, укрепленного известью («pavimentum», ср. с «pavement» в англоязычных странах), толщиной до 0,3 м. После уплотнения этого слоя из валунов или обломочного материала фракции 100–130 мм, сцементированных известково-песчаным или глиняно-песчаным раствором, устраивалось основание (statement). Толщина этого слоя составляла 0,25-0,7 м. По мере приближения слоев к верхней отметке использовался все более мелкий каменный материал. При этом старались не применять сланцевых пород, ограничивая лещадность.

Следующий слой (rudus), в современном понимании – выравнивающий, состоял из известкового бетона с заполнителем из дробленого кирпича и щебня в равных пропорциях, что обеспечивало постепенное протекание пуццолановых реакций и, соответственно, водостойкость слоя. Этот слой мог состоять и из песка или песчано-гравийной смеси, связанных с вяжущим слоем. Учитывая отсутствие морозов, этого было достаточно для долговечности конструкции. По верху слой уплотнялся прокаткой «тяжелыми» (массой до 1 т) деревянными катками. Толщина слоя составляла от 0,3 м по кромке проезжей части до 0,45 м по осевой линии, что позволяло придать покрытию серповидный профиль и обеспечить водоотвод.

Верхний слой – покрытие (summum) толщиной не менее 0,15 м – состоял из тесаного камня или многоугольных плит, укладываемых на слой жесткого известково-песчаного раствора с добавкой кирпичной крошки и с расшивкой плит, опираясь по кромке «проезжей» части на опорные (бордюрные) камни. По мере износа покрытия отдельные камни заменялись. Разность отметок между осевой линией и кромкой дорожной одежды по верху покрытия в поперечном сечении доходила до 0,3 м при ширине покрытия 5,6–6 м. Самые широкие дороги, decumanus rnaximus, имели ширину до 12 м (4 полосы движения), второстепенные – 1 полосу шириной 9 римских футов – около 3 м. Общая ширина проезжей части сельских дорог составляла около 6 м, что позволяло разойтись двум телегам.

Римские дороги не обязательно имели мощеное покрытие, особенно в местностях с недостатком каменных материалов, но в этом случае обязательно устраивалось покрытие из щебеночно-песчаной или гравийно-песчаной смеси. Каменные плиты как материал для покрытия стали применяться не ранее II века до н. э.

Весь материал добывался на месте, при отсутствии требуемого количества камня закладывались притрассовые карьеры, располагавшиеся на расстоянии до 10 римских миль. Материал для насыпи частично выбирался из канав по обеим сторонам дороги, которые назвали «кюветами».

Мэргари делает следующее интересное замечание: «В районах, где производилась плавка железа, шлак обеспечивал почти идеальное покрытие, затвердевавшее со временем и превращавшееся в массу, подобную бетону».

Всеми исследователями отмечается значительный разброс в толщине покрытия. В некоторых случаях покрытие имело толщину до 1,5 м, но это, скорее всего, было результатом ремонта покрытия с укладкой новых слоев без удаления старых, как это случается и в наше время. Утолщение покрытия отмечается на подходах к некоторым мостам, но это можно отнести к неточности разбивки, когда толщиной покрытия регулируется высота отметок (как и сегодня). Иногда вдоль дороги устраивались мощеные тротуары для пешеходов шириной до 1 м, возвышавшиеся над кромкой проезжей части на 0,15-0,2 м.

Вдоль некоторых дорог римляне сеяли чернобыльник – каждый идущий мог сорвать на обочине его листья и вложить в сандалии, чтобы от долгой ходьбы не болели ноги.

Расстояние определялось одометром (рис. 12). Дорога размечалась столбами с указанием миль, указателями и рекламой.

Рис. 12. Одометр: А – колесо (механизм: одним зубом при вращении он (зуб) проворачивал большое колесо – Б диаметром 1,22 м и с полным оборотом – 3,8мс 399 короткими зубьями и одним более длинным зубом. В – длинный зуб на колесе Б проворачивал барабан Г, в котором между зубьями уложена галька. При вращении частицы гальки попадают в чашки Д.

Каждый камень в чашке показывал, что одометр прошел 400 оборотов, «mille passus», или 1000 пар шагов – римскую милю (около 1,5 км). «Миля» в европейских странах имеет одно и то же значение (1000 пар шагов), этот же латинский корень имеют слова «миллениум» (тысячелетие), «миллиметр» (одна тысячная метра) и ряд других обозначений чисел и расстояний. Длина римской мили в разное время менялась от 1400 до 1600 м, очевидно, это и было причиной некоторого различия в длине германской, британской, испанской и галльской миль как в римский период, так и сегодня.

Метод, с помощью которого римляне преодолевали заболоченные участки, весьма оригинален. Такие участки найдены на via Mansuerisca, где дорога пересекает болото. Шевалье описывает строительство следующим образом: «В грунт примерно через 2 м забивались дубовые сваи, которые закрепляли дубовые балки-шпалы с двух сторон дороги (рис. 13).

Рис. 13. Древнеримская дорога на заболоченной местности: 1 – дубовые сваи, 2 – балка, 3 – продольный опорные балки (лежни), 4 – слеги, 5 – плиты из известняка, 6 – дорожная одежда. На опоры-шпалы укладывались продольные опорные балки-лежни, находившиеся на высоте примерно 40 см от уровня земли. Между балками втрамбовывалась смесь глины и щебня в качестве гидроизоляции. На лежни укладывались слеги – бревна диаметром 30–50 см. На слеги укладывался слой плит известняка, затем – подушка из глины, на которую укладывались облегченные слои дорожной одежды из песка или песчано-гравийной смеси».

В качестве примера живучести римских стандартов, в том числе армейских, можно вспомнить, что стандартная колея железных дорог в США (расстояние между рельсами) – 4 фута 8,5 дюймов (1,416 м).

Первые американские дороги строились британскими специалистами, которые строили трамвайные линии на конной тяге («конки»). 1,416 м – стандартный размер расстояния между рельсами для конок, и связанный с еще древними фургонами. Зная британский характер, мы вряд ли ошибемся, указав на традицию, восходящую к раннему Средневековью. Ширина колеи телег – 1,416 м (2 пары шагов, или 4,5 римских фута) – была стандартом римских армейских повозок и позволяла перевозить военное снаряжение без риска потери устойчивости транспортного средства, такая ширина была необходима, чтобы запрячь римской упряжью 2 лошади рядом. Римская империя была примером для подражания, и в Европе повозки для передвижения на дальние расстояния изготавливались с колеей, аналогичной принятой в римской армии еще сотни лет назад. Отсюда и стандартный размер железнодорожной колеи США (1,416 м) – уставная колея телег обоза легиона.

1.7. Упадок древних дорог

В 410 г. готы взяли Рим. После падения Римской империи Европа распалась на сотни отдельных княжеств, герцогств, графств, власти которых мало заботило состояние дорожной сети.

Феодальная раздробленность привела к резкому сокращению торговли. Движение по дорогам уменьшилось, так как феодалы устраивали таможенные заставы и взимали пошлины. Считалось, что все, что находится на земле феодала, принадлежит ему. Из-за плохого состояния дорог товары перевозились главным образом на вьючных лошадях и мулах.

Прекратила свое существование почтовая связь. Можно с уверенностью сказать: феодализм оставил Европу в состоянии бездорожья.

1.8. Возрождение дорог

Возрождение дорог началось во Франции, где в XIII в. «Королевские дороги» имели ширину, позволяющую осуществить проезд двух повозок.

В XVI–XVII вв. во Франции было построено много национальных дорог, соединяющих Париж с главными и пограничными городами.

Была введена дорожная барщина. Крестьяне должны были отработать на строительстве дорог до 40 дней в год. Позднее барщина была заменена натуральной дорожной повинностью (денежным взносом). Возчики же на обратном пути должны были подвозить в определенные места каменный материал для ремонта дорог.

В 1747 г. в Париже открывается Национальная школа строительства мостов и дорог – первое в мире высшее учебное заведение, которое готовило инженеров-дорожников (в России – в1810 г.).

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 глубинной 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 фунта 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.

Итак конструкция массивной дорожной одежды середины XVIII в.:

1 – слой – 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 с 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 к концу столетия это мнение изменилось, и, например, И. С. Гергардт указывал, что при отсыпке насыпали 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».

X. 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».

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». Он классифицировал грунты по составу и по свойствам, делая их на чернозем, «глину разных родов», «сродной глинам ил или тину». Учитывалась крупность грунтовых частиц – «из воды отделяющиеся земляные иловатые частицы», пески, «которые в рассуждения величины зерен разнятся бесконечное», хрящ и бичевник – «превосходящие крупностью с горох камешки».

В рассматриваемый период времени начали получать распространение мостовые, по конструкции почти не отличавшиеся от современных.

Основное влияние на развитие дорожной сети Франции оказала разработка инженером Трезаге новой конструкции дорожной одежды, общая толщина которой не превышала 30–40 см. Вместо крупных камней или плит в нижнем слое применялся булыжник, устанавливаемый «тычком». Мостовая из булыжника расклинивалась слоем крупного щебня, а последний – более мелким. Верхний слой создавался россыпью высевок. Дороге придавался (серповидный) выпуклый профиль. Уплотнялась дорога самоукаткой, от прохода по ней экипажей, что не обеспечивало равномерного уплотнения.

В 1777 г. для укатки стал применяться чугунный каток весом 3,5 т. на конной тяге. В 1859 г. был применен паровой каток и изобретена камнедробилка.

Шотландский инженер Мак-Адам предложил строить дороги из двух слоев уплотненного щебня, общей толщиной 30–40 см, что позволяло механизировать работы. Этот тип дорог получил название «макадам» и быстро распространился по всем странам.

В XVII веке в Европе по шоссейным дорогам начинается регулярное почтовое и пассажирское движение, и не только внутри отдельной страны, но и международное.

Необходимо подчеркнуть, что развитие, вернее возрождение дорог относится к высшей стадии развития феодализма, когда на смену мелких раздробленных государств (княжеств) приходят крупные объединённые государства, объединённые общей «абсолютной» властью.

Вот еще один пример состояния дорог в начале 19 века уже в Европейской части России.

Почтовые тракты играли громадную роль для связи между разными населениями – по ним перевозилась почта, товары и ездили пассажиры в троечных тарантасах. Весной и осенью пассажиры передвигались тысячами: именно крестьяне из северных уездов губерний – на отхожие промыслы в Санкт-Петербург и в Москву.

Лента дороги была беспрерывно волнообразная – состояла сплошь из ухабов, выбоин и снежных бугров. Летом неизменная пыль, выбоины, комары. Трясло так, что пассажиры предпочитали стоять в тарантасе, чем сидеть. Бывало, что воз опрокидывался и уж здесь кому как повезет.

На всех трактах слышались одинаковые возгласы и проклятья в адрес земства. А сейчас разве не так – отличие в том, что в кабине нельзя стоять.

Глава 2. История дорог и развитие научных знаний в дорожном строительстве государства российского