Щебень — тип дорожного строительства, впервые разработанный шотландским инженером Джоном Лаудоном МакАдамом около 1820 года, при котором щебень укладывается неглубокими, выпуклыми слоями и тщательно уплотняется. Может образовываться связующий слой из каменной пыли (щебень из исходного материала); его также можно после прокатки покрыть цементным или битумным связующим, чтобы удерживать пыль и камни вместе. Этот метод упростил то, что на тот момент считалось передовым.
Пьера-Мари-Жерома Трезаге иногда считают первым человеком, который привнес постримскую науку в дорожное строительство. Француз из семьи инженеров, он работал на мощении дорог в Париже с 1757 по 1764 год. Будучи главным инженером дорожного строительства Лиможа , он имел возможность разработать лучший и более дешевый метод строительства дорог. В 1775 году Трезаге стал генеральным инженером и представил свой ответ на улучшение дорог во Франции, что вскоре стало там стандартной практикой. [1]
Трезаге рекомендовал проезжую часть, состоящую из трех слоев камней, уложенных на увенчанное основание с боковыми канавами для дренажа. Первые два слоя состояли из угловатого вручную измельченного заполнителя , максимальный размер которого составлял 3 дюйма (7,6 см), на глубину около 8 дюймов (20 см). Третий слой был толщиной около 2 дюймов (5 см) с максимальным размером заполнителя 1 дюйм (2,5 см). [2] Эта верхняя ровная поверхность позволяла придать более гладкую форму и защищала более крупные камни в дорожной конструкции от железных колес и копыт лошадей. Чтобы поддерживать поверхность движения на одном уровне с сельской местностью, эта дорога была уложена в траншею, что создавало проблемы с дренажем. Эти проблемы были решены путем изменений, которые включали рытье глубоких боковых канав, придание поверхности максимальной прочности и строительство дороги с разницей в высоте (высоте) между двумя краями, эта разница попеременно называлась изгибом дороги или поперечным уклоном . [2]
Томас Телфорд , родившийся в Дамфрисшире , Шотландия , [3] был геодезистом и инженером, который применял теории дорожного строительства Тресаге. В 1801 году Телфорд работал в Комиссии по дорогам и мостам Хайленда . Он стал директором Комиссии по дорогам Холихеда между 1815 и 1830 годами. Телфорд расширил теории Тресаге, но подчеркнул высококачественный камень. Он признал, что некоторые дорожные проблемы французов можно было бы избежать, используя кубические каменные блоки. [4]
Телфорд использовал примерно 12 дюймов × 10 дюймов × 6 дюймов (30 см × 25 см × 15 см) частично сформированных камней для мощения (кувшинов) с небольшой плоской гранью на нижней поверхности. Он повернул другие грани более вертикально, чем метод Тресаге. Самый длинный край был расположен поперек направления движения, а стыки были разбиты методом обычной кирпичной кладки , но с наименьшими гранями кувшина, образующими верхнюю и нижнюю поверхности. [4]
Щебень был вклинен в промежутки между коническими перпендикулярными гранями, чтобы обеспечить слою хороший боковой контроль. Телфорд сохранил естественный уровень образования и использовал каменщиков, чтобы сделать выпуклость верхней поверхности блоков. Он поместил 6-дюймовый (15 см) слой камня не больше 2,4 дюйма (6 см) поверх каменного основания. Чтобы закончить дорожное покрытие, он покрыл камни смесью гравия и щебня. Эта структура стала известна как «Телфордская качка». Дорога Телфорда зависела от устойчивой структуры, чтобы вода не собиралась и не разъедала прочность покрытия. Телфорд приподнимал структуру покрытия над уровнем земли, когда это было возможно. [ необходима цитата ]
Там, где конструкцию нельзя было поднять, Телфорд осушил территорию вокруг дороги. Предыдущие строители дорог в Британии игнорировали проблемы дренажа, и повторное открытие Телфордом принципов дренажа стало важным вкладом в дорожное строительство. [5] Примечательно, что примерно в то же время Джон Меткалф решительно отстаивал идею о том, что дренаж на самом деле является важным фактором в дорожном строительстве, и поразил коллег, построив сухие дороги даже через болотистую местность. Он добился этого, включив слой хвороста и вереска. [ необходима цитата ]
Джон Лаудон Макадам родился в Эйре , Шотландия, в 1756 году. В 1787 году он стал попечителем Ayrshire Turnpike в Шотландской низменности , и в течение следующих семи лет его хобби стало навязчивой идеей. Он переехал в Бристоль , Англия, в 1802 году и стал комиссаром по мощению в 1806 году. [6] 15 января 1816 года он был избран генеральным инспектором дорог для Bristol Turnpike Trust и отвечал за 149 миль дорог. [6] Затем он воплотил свои идеи о дорожном строительстве на практике, первым «щебеночным» участком дороги стала Marsh Road в Ashton Gate, Бристоль. [6] Он также начал активно пропагандировать свои идеи в двух брошюрах под названием «Замечания (или наблюдения) о современной системе дорожного строительства » (которая выдержала девять изданий между 1816 и 1827 годами) и «Практическое эссе о научном ремонте и сохранении общественных дорог», опубликованном в 1819 году. [7]
Метод МакАдама был проще, но эффективнее для защиты дорог: он обнаружил, что массивные фундаменты из камня на камне не нужны, и утверждал, что только местная почва будет поддерживать дорогу и движение по ней, пока она покрыта дорожной коркой, которая будет защищать почву под ней от воды и износа. [8] Нижний слой из небольших угловатых битых камней будет действовать как сплошная масса. Поддержание поверхностных камней размером меньше ширины колеса обеспечивает хорошую поверхность для движения. Маленькие поверхностные камни также обеспечивают низкую нагрузку на дорогу, пока она может оставаться достаточно сухой. [9]
В отличие от Телфорда и других дорожных строителей того времени, МакАдам прокладывал свои дороги почти по уровню. Его дорога шириной 30 футов (9,1 м) требовала подъема всего на 3 дюйма (7,6 см) от краев к центру. Изгиб и возвышение дороги над уровнем грунтовых вод позволяли дождевой воде стекать в канавы по обе стороны. [10]
Размер камней был центральным в теории строительства дорог МакАдама. Нижняя толщина дороги в 8 дюймов (20 см) ограничивалась камнями не больше 3 дюймов (7,5 см). Верхний слой камней толщиной в 2 дюйма (5 см) ограничивался камнями диаметром 2 сантиметра ( 3 ⁄ 4 дюйма); их проверяли инспекторы, которые носили весы. Рабочий мог сам проверить размер камня, посмотрев, поместится ли он у него во рту. Важность размера камня в 2 см заключалась в том, что камни должны были быть намного меньше ширины колес железной повозки , которая ехала по дороге, составляющей четыре дюйма (10 см). [5]
МакАдам считал, что «правильный метод» дробления камней для удобства и быстроты достигается, когда люди садятся и используют небольшие молотки, разбивая камни так, чтобы ни один из них не был тяжелее шести унций (170 г). Он также писал, что качество дороги будет зависеть от того, насколько тщательно камни будут распределены по поверхности на значительном пространстве, по одной лопате за раз. [11]
МакАдам распорядился, чтобы в дорогу не было включено ни одного вещества, которое впитывало бы воду и влияло на дорогу из-за мороза. Также ничего не должно было быть уложено на чистый камень, чтобы скрепить дорогу. Действие дорожного движения заставит разбитый камень объединиться со своими собственными углами, сливаясь в ровную, твердую поверхность, которая выдержит погоду или движение. [12]
Первая дорога из щебня, построенная в Соединенных Штатах, была построена между Хейгерстауном и Бунсборо, штат Мэриленд , и в то время называлась Boonsborough Turnpike Road. Это был последний участок неулучшенной дороги между Балтимором на Чесапикском заливе и Уилингом на реке Огайо . До того, как она была покрыта щебнем, дилижансы, ехавшие по дороге Хейгерстаун-Бунсборо зимой, тратили от 5 до 7 часов, чтобы преодолеть 10-мильный (16-километровый) участок. [13] [14]
Эта дорога была завершена в 1823 году с использованием дорожных технологий МакАдама, за исключением того, что готовая дорога была уплотнена чугунным катком вместо того, чтобы полагаться на дорожное движение для уплотнения. [15] Второй американской дорогой, построенной с использованием принципов МакАдама, была дорога Камберленд , длина которой составляла 73 мили (117 км), и которая была завершена в 1830 году после пяти лет работы. [13] [14]
Известность МакАдама обусловлена его эффективным и экономичным строительством, которое было большим улучшением по сравнению с методами, используемыми его поколением. Он подчеркивал, что дороги могут быть построены для любого вида транспорта, и он помог смягчить недовольство путешественников по поводу увеличения трафика на дорогах. Его наследие заключается в его пропаганде эффективного обслуживания и управления дорогами. Он выступал за центральное дорожное управление с обученными профессиональными чиновниками, которым можно было бы платить зарплату, которая уберегла бы их от коррупции. Эти специалисты могли бы посвящать все свое время этим обязанностям и нести ответственность за свои действия. [16]
Технология строительства дорог МакАдама была применена к дорогам другими инженерами. Одним из этих инженеров был Ричард Эджворт , который заполнил промежутки между поверхностными камнями смесью каменной пыли и воды, обеспечив более гладкую поверхность для возросшего трафика, использующего дороги. [17] Этот базовый метод строительства иногда называют щебнем на водной основе. Хотя этот метод требовал большого количества ручного труда, он привел к получению прочного и свободно дренируемого покрытия. Дороги, построенные таким образом, были описаны как «щебеночные». [17]
С появлением автомобилей пыль стала серьезной проблемой на дорогах с щебеночным покрытием. Область низкого давления воздуха, создаваемая под быстро движущимися транспортными средствами, всасывала пыль с поверхности дороги, создавая облака пыли и постепенное распутывание дорожного материала. [18] Эта проблема была решена путем распыления смолы на поверхность для создания щебня, связанного смолой. В 1902 году швейцарский врач Эрнест Гульельминетти пришел к идее использовать смолу с газовых заводов Монако для связывания пыли. [19] Позже была представлена смесь каменноугольной смолы и шлака металлургического завода , запатентованная Эдгаром Пернеллом Хули как гудрон .
Более прочное дорожное покрытие (современное смешанное асфальтовое покрытие), иногда называемое в США асфальтобетонным покрытием, было введено в 1920-х годах. Вместо того, чтобы укладывать на дорогу каменные и песчаные заполнители, а затем распылять на верхнюю поверхность связующий материал, в методе асфальтобетонного покрытия заполнители тщательно перемешиваются со связующим материалом, и смесь укладывается вместе. [20] В то время как в большинстве развитых стран дороги из щебня были перекрыты , некоторые из них сохранились вдоль участков дорог, таких как Национальная дорога США. [21]
Из-за исторического использования щебня в качестве дорожного покрытия, дороги в некоторых частях Соединенных Штатов (например, в некоторых частях Пенсильвании ) называются щебнем, даже если они сделаны из асфальта или бетона . Аналогично, термин «tarmac» иногда в разговорной речи применяется к асфальтовым дорогам или взлетно-посадочным полосам самолетов . [22]
