Жол инженериясы

Саз, шаң және құм

Қозғалмалы автомобиль революцияларын алғашқылардың бірі болып топырақ жолдар қарсы алды. Олардың пайда болу тарихы бірнеше ғасырлардың қойнауына жасырынған. Автомобиль қозғалысының қарқындылығы мен жоғары механикалық жүктемелер қара жолдан жаңа талаптарды қажет етті. XIX ғасырдың соңы — XX ғасырдың басында жол жасауға пайдаланылған басты құрал жердің беткі қабатын кесетін пышақпен жабдықталған, арнайы ауыр машина – грейдерлер болды.

Егер мұндай жолдың көлденең қиығынан қарар болсақ, оның шеті су ағып кетуі үшін жыралармен дөңестелгенін көреміз. Әр аудан біраз жұмысты талап етеді: грейдер оны қатарынан 10-12 рет жүріп өткеннен кейін қалыпқа келтіреді. Машинаны 8–10 шақты өгіз немесе бу тракторы сүйреген. Жолдың тығыздалуы кейін автомобильдердің қозғалысы есебінен және жаңбырдан соң грейдермен тұрақты түрде таптап тұрғанның арқасында жүзеге асқан.

Бастапқыда қара жолдар өз міндеттерін адал атқара білді – ол уақытта автомобильдердің салмағы аса ауыр емес, өздері тым жылдам қозғалмайтын, сондықтан топырақ та көп бұзылмады. 1920-шы жылдары КСРО-да, тіпті, ауқымды зерттеу жүргізіліп, нәтижесінде төсеме үшін 7–15% саз, 20–35% қоқым және 55–75% құм тиімді «формула» екені анықтады. Мұндай жол маңызды сипатқа – жаңбырлы күні көп езілмейтін қасиетке ие болды. Әйтсе де, әлем бойынша қара жолдың маусымға қатыстылығы мен ұзақ тұрмайтындығы өзекті мәселеге айналды. Осылайша оны беткі қабатты тұрақтандыру арқылы шешуге тырысты.

Бұл үшін топырақтың ішкі үйкелісін: ірі құм, қиыршық және ұсақ тас секілді арнайы байланыстырушы материалдардың көмегімен арттыру көзделді. Жол тығыздала түсті, судың біраз бөлігі енді оған сіңбей, жыраларға ағып кетіп жатты. Келесі қадам топырақты битуммен, таскөмір қарамайымен, сөнген әкпен және тіпті портландцементпен араластыру болды. Бұл тәжірибелер жол төсеміне суға төзімділік және салыстырмалы түрде беріктік сыйлады. КСРО мен Австралияда, тіпті, беткі топырақ қабатын шамамен 1350 0С температурада жымдастырып көрмек болған. Жолды газ жалынымен қыздыратын жылжымалы қондырғылар жасалып, сынамадан өткен. Алайда, тым қымбаттығы мен тиімділігінің төмендігіне байланысты жобалар жабылып қалған. Ал қара жолдар ақырында автомобильдердің жоғары қарқынына төтеп бере алмай, жөндеу жұмысына үлкен қаржыны талап еткен. Бүгінгі таңда доңғалақ астындағы топырақты тек тәулігіне 300-ден аспайтын көлік жүретін жолдардан ғана кездестіреміз.

Жол vs. доңғалақ

Өңдеу өнеркәсібінің қалдықтары – битум мен қарамай негізінде жасалған органикалық байланыстырғыш материалдар маңызды технологиялық жаңалыққа айналды. Мұндай төсемдердің жоғары тұрақтылығы жайлы алғашқы автомобиль шықпай тұрып-ақ білген: 1870-ші жылдары Вашингтон көшелеріне құм мен қарамайдың қоспасын құйған. Алайда, бұл топырақ жолдарды жаппай тұрғызу ережесінен алынып тастады.

Заманауи түсініктегі алғашқы қатты төсем еуропа астаналарындағы тас көпірлерге битумды қазанда қыздырылған қиыршық тастарды төсеу болды. Қол қаруымен тегістегеннен кейін жолды болат катокпен таптап, нығыздаған. ХХ ғасырдың алғашқы он жылдығында құырылыс тәжірибесіне енген «тапталған асфальт» осылай алынды. Битумның орнына мұнайдың жабысқақ және тез балқитын фракциясы түріндегі табиғи асфальт жынысы қолданыла бастады. Асфальтты жол өте төзімді, шаңсыз әрі тегіс болып шықты, бұл өткізгіштік қабілет пен көліктің қозғалыс жылдамдығын арттырды.

Асфальтты жол төсемі ретінде енгізу ісінде ерекше құлшыныс танытқандардың бірі швейцарлық дәрігер Эрнест Гуглилминетти болды. Ол 1902 жылдан бастап, 12 жыл бойы Ницца — Монте-Карло жол телімдеріне ыстық таскөмір қарамайын құюмен айналысты. Телімнің ұзындығы 20 километр, қарқындылығы – тәулігіне 1000 автомобиль және ат арбалар. Өзінің талмай еңбек еткені үшін Гуглилминетти «доктор Гудрон» деген лақап атты иеленіп, ал оның атқарған жұмысы асфальтты ары қарай әлемдік жолдарға таратуға негіз болды.

Көп ұзамай тек қана асфальт жолдар тұрғызатын және пайдаланатын тұтас сала жарыққа шықты. Асфальт жасайтын зауыттар тұрғызылды. Уақыт өте келе битум мен қиыршық тасты араластыру процедурасы жетілдірілді. 1913 жылы арнайы әдебиет келесі тәсілмен әрекет етуді ұсынды: «Қиыршық тас шайырға жақсылап тұрып шылануы үшін оны алдымен мұқият кептіріп алу керек. Мұндай кептіру кірпіш қабырғалардың бетіне қойылып, астынан көмірмен немесе кокспен қыздырылатын темір тақталарында қарапайым тәсілмен жүзеге асады. <...> Құрғақ әрі жылы қиыршық тасты ары қарай, цемент қоспасынан бетон дайындаған кездегідей, үш рет күрекпен лақтыра отырып, шайырмен араластырады. <…> Бұдан кейін қиыршық тастарды қат-қабат күйі бір ай ұстап, арасында жан-жағынан шайырмен қаптап отырады». 1920-шы жылға қарай жол құрылысына деген сұраныстың артқаны сондай, сала механизм мен автомотизацияны қажет етті. Қиыршық тасты шайырмен араластыру үшін қуатты араластырғыш машиналар пайда болып, ал 1928-ші жылы Германияда алғашқы машина – жол төсемін орнатқыштар шықты. Жаңа жол технологиялары автомобильдердің құртушы тегеурінін біраз уақыт бойы ұстап тұра алды. Алайда, 30-шы жылдардың өзінде-ақ ауыр автотехника мен тасымалдау тоннажының артуы таразы басын доңғалақтар жағына шешіп берді.

Бетон жолдар

Соңғы соғыс алды он жылдықтың жаңалығы асфальтбетон болды. Қиыршық тас, құм және битумнан басқа оның құрамына бөлшектер көлемі 0,1 мм-ден кіші жұқа минералды ұнтақ кірді. Бұл ұнтақ – цемент және металургия өндіретін өнеркәсіптердің қалдықты қоспасы, сондай-ақ шайырлы күл – ірі құмды бөлшектер арасындағы құрылымды тығыздап, доңғалақтың әсеріне беріктікті арттырды. Асфальтбетон автомобиль жолдарының, жаяу жолдың, сондай-ақ әуежайлардағы ұшу-қону жолақтарының басты төсеміне айналды.

Шаршы немесе тік бұрышты тақталардан тұратын бетонды жолдар кеңінен қолданыла бастады. Мұндай төсемнің артықшылығы – асфальтты қоспаны тегістеудің және таптаудың қажеті жоқ. Егер барынша жеңілдетсе, құрылысшыларға топырақ негізін сеуіп, оны тегістеп, темірбетон тақталарды қабаттастырып орналастыру жеткілікті. Осыған байланысты Германияда 1933 жылдан бастап, автобан (Autobahn) деген атауға ие болған барлық стратегиялық жолдар бетоннан тұрғызылған. Фашистік басшылық сол уақыттың өзінде-ақ батыс және шығыс майданға дайындалып жатқан еді, ал әскерді жылдам жөнелтуді тек төсемі мықты жолдар арқылы жүзеге асыруға болатын.

1942 жылы Германияда 3 мың км-ден астам керемет төрт жолақты жол тұрғызылған – олар әлі күнге дейін қолданыста. Ал атақты автобондардың түп бейнесі Берлин маңында 1913-ші жылдардан бастап тұрғызылып, Бірінші дүниежүзілік соғыстың салдарынан тек 1920-шы жылы аяқталып біткен және ұзақ уақыт бойы автомобиль технологияларын сынау мақсатында қолданылып келген «Авус» (Automobil-Verkehrs und Übungs-Straße, AVUS) жарыс трассасы. Бұл бөлгіш сызықтары жоқ, төрт қозғалыс жолағы бар, ұзындығы 9,8 км тік жол болатын. Ең қызығы, оның қиылысы болмаған. Автомобильдер оның бойында екінші кезекті жолдардан көлік шығып қалуы мүмкін деген қорқынышсыз, жоғары жылдамдықта өте алған. Тек қана автомобиль қозғалысына арналған автомагистральдар дәл осылай пайда болды.

Тек авто үшін

Негізі, алғашқы магистраль ретінде 1920-шы жылдары Маджоре өзенінің маңындағы аудандарды Милан, Комо және Варезе қалаларымен байланыстыратын италияндық жол саналады. Жолдың ұзындығы 84 км-ді құраған, пневматикалық шиналы машиналар үшін жылдамдық сағатына 40 км, ал бірыңғай шиналы автомобильдерге сағатына 20 км-ден асыруға тыйым салынды. Бірыңғай резеңкеден ғана тұратын тығызырақ келетін шиналар үлкен жылдамдық кезінде бетон қабатты аямайтын. Трасса «автострада» деген атауға ие болды, бұл италья тілінен аударғанда «автомобиль жолы» деген мағынаны береді. Оның қиылыстары болмаған – бұл автомагистральдардың өздеріне тән басты ерекшеліктері.

Италияндықтардың тәжірибесі барлығының көңілінен шығып, әлемде бірінен соң бірі автострад жолдарын төсей бастады. Мысалы, 1925 жылы АҚШ-та Детройттан Понтиакқа дейін ені 21 метр бөлу жолағы бар «сверхмагистраль» тұрғызылды. Ал небәрі екі жылдан кейін, Нью-Джерси штатында жоғарыдан қарағанда жоңышқаның жапырағын еске салатын, әлемдегі тұңғыш көп деңгейлі көлік тізбегі салынды.

Бөлу жолағы бар енді бірнеше жолақты магистральдар автомобильдерге сағатына 120–130 км-ге дейін жылдамдық арттыруға мүмкіндік береді. Сондықтан, мұндай жолдармен адамдардың немесе автомобильден басқа көліктердің жүруіне тыйым салынады.

ХХ ғасырдың екінші жартысы автомагистральдардың қарқынды өсу кезеңі болды – бүгінде барлық дамыған елдер жылдам жолдар желісіне оранып алған десе де болады, әрі жыл өткен сайын олардың саны арта түсуде. Болашақта мұндай трассалар пилотсыз көлік жаһандық жүйесінің бір бөлігіне айналатын болады және алғашқы қадамдар қазірдің өзінде жасалды. Германияда Мюнхен мен Берлиннің арасындағы А9 автобанының біраз бөлігі автономды режимдегі автомобильдер үшін қайта жабдықталып жатыр. Жолдарда сенсорлар мен автомобильдің жасанды зейінімен байланыс жүйелері пайда болады.

Жол адамзат үшін екі теңдессіз дүние жасады – уақыт пен қашықтық азайды. Ол бірнеше ғасырлар бойы эволюциялана отырып, өркениеттің жарқын символдарының біріне айналды.

==Инсерты==

Жол «бәліші»

Жаңа асфальтты жол төсеу ісі алдымен жердің бірінші қабатын шешіп, оны тегістеуден және ары қарай таптаудан басталады. Бұдан кейін «жол бәлішін» жасау қолға алынады. Оның бірінші қабаты ретінде әдетте жұмыр тасты құм қолданылады, ары қарай әлдеқайда ірі көлемдегі бөлшектер қабаты ақырындап ұсақ фракциямен алмастырылады. Грейдермен жақсылап тұрып тегістеп және таптап алғаннан кейін шынжыр табанды асфальттөсегіш дайын «жастыққа» ыстық асфальт қоспасын немесе жол киімін төсейді. Жоспарлы жүктемеге байланысты «киімді» бірнеше қабаттап «кигізуге» болады. Соңғы саты: ауқымды жол катоктары әлі жылы асфальт «бәлішін» тығыздайды.

Жолдағы хай-тек

Жол төсемінің мерзімі мен экологиялылығын арттыру мақсатында инженерлер көптеген қулыққа барды. Солардың бірі олар араласып кетпеуі үшін құм мен қиыршық тастың арасына салынған композициялық материалдардан құрылған геошілтер болды. Нәтижесінде жол төсемі жүктеменің әсерінен көп басыла бермейді. Суға төзімділікті арттыру үшін құрылысшылар суды итеретін арнайы шайырды қолданған, бұл төсемнің негізін жай ғана шайып өтуге мүмкіндік береді. Асфальтты бетон қоспаға пайдаланылған доңғалақ тысының резеңке ұнтақтарын қосу қатарынан бірнеше түйткілді шешеді: төсемнің қызмет ету мерзімін артырады, көлік қозғалысынан туындайтын шуылды азайтып, доңғалақтардың тіреуіш бетпен ілінісуін жақсартады. Қытайда негіз ретінде құрылыс қоқысы пайдаланылған жолдар сынамадан өтуде – бұл өте тиімді болып шыққан, себебі оны жоюға қатысты қаншама миллондаған мәселелерді шешеді. Ал голландтық Plastic Road («Пластик жол») жобасы жолды Әлемдік мұхиттан жиналған пластик қоқысынан салуды жоспарлап отыр! Пластикті зауыттарда тақта қылып тегістеп, құмды негіз үстіне төсейді.

Жол төсемдерінің жаулары

Кез келген жолдың басты жаулары ауыр көліктер мен температураның алмасуы. Ауыр жүгі бар жүк таситын автомобильдер және шынжыр табанды техника жолдың киімін бұзып, өздерінен кейін бедерлі іздер қалдырады, уақыт өте келе олар ойдымға айналады. Суық түсе бастағанда жол төсемін су құртады: күндіз ол асфальттағы ұсақ саңылауларды толтырып, түнде мұз болып қатады да, кеңейіп, төсемді талқандайды. Күндіз мұз ериді, осылайша процесс қайта қайталанады. Көктемге қарай жол аяздан болған күрделі жарықтарға толып жатады – мұндайда жөндеу жүргізбей болмайды.