Нижнее строение

Земляное полотно в его современном назначении как элемент, придающий трассе линии требуемое очертание в профиле и плане, появилось на железных дорогах довольно поздно, практически вместе с паровозами. При укладке колейных путей с деревянными элементами предпринимались небольшая предварительная подготовка грунтового основания и его выравнивание. Путь предпочитали укладывать непосредственно по поверхности земли и лишь там, где не было возможности этого сделать, выполняли земляные работы или возводили искусственные сооружения. Это объясняется характером конной тяги, допускавшей на короткие периоды времени большие перегрузки, а также простотой увеличения тягового усилия припряжкой на крутых подъемах дополнительных лошадей.

Задача придания трассе определенного уклона, отличного от уклона местности, была впервые решена в России на Змеиногорской конно-рельсовой дороге П. К. Фроловым. Дорога была проложена по двум выемкам, одна из которых имела глубину до 5 м и протяженность 215,5 м, а другая - глубину до 2,4 м и протяженность 725 м, а вместо насыпи была построена свайная эстакада. Это, вероятно, объясняется тем, что путь на этой дороге имел особое нижнее строение: поперечины укладывались на сваи. Через реку был построен большой мост. В результате удалось получить столь пологий продольный уклон, что одна лошадь заменяла 25, и перевозки резко удешевились [20].

На английских заводских дорогах местами применяли очень крутые уклоны и первые паровозы не могли их преодолеть. Это породило курьезное заблуждение - железнодорожные специалисты сомневались в том, что гладкоколесный паровоз сможет везти за собой вагоны по гладким рельсам. Пытались даже строить особые паровозы. Например, в 1811-1812 гг. на углевозной дороге Мидлтон-Лидс эксплуатировался паровоз с зубчатым зацеплением ведущего колеса и рейки, уложенной вдоль рельсов. На железнодорожном предприятии в Ньюботле некоторое время работал паровоз, который двигался, отталкиваясь от земли рычажными "ногами".

В 1813 т. провели специальные опыты, установившие количественное соотношение между сцепным весом и силой тяги локомотива. По площадке паровоз на гладких колесах оказался способным перемещать груз, который в 40-60 раз превышал его сцепной вес. Предубеждение против применения гладкоколесных локомотивов было сломлено, однако еще в течение длительного времени инженеры-практики не были убеждены в целесообразности затрат на выравнивание земной поверхности. И только в 1825 г. на линии Стоктон-Дарлингтон, построенной под руководством Д. Стефенсона, выравнивание естественной поверхности для уменьшения уклонов по трассе железной дороги с помощью земляного полотна было применено как сложившийся инженерный принцип.

Ко времени строительства Царскосельской дороги земляное полотно считалось обычным элементом нижнего строения пути и назначение его рассматривалось несколько шире. В частности, на Царскосельской дороге земляное полотно выполнили в виде непрерывной насыпи высотой до 3 м с целью защиты пути от снежных отложений. Интересно отметить, что уже тогда сформировалось отчетливое представление о вреде воздействия мороза на грунты и о необходимости предотвращения пучин, хотя, естественно, понимание происходящих при этом процессов было весьма примитивным. "Перемены в поверхности земли во время таяния снегов весною, или пучение, происходят большей частью от того, что содержащаяся в земле сырость не отводится надлежащим образом до наступления морозов; когда же земля оттает, то поверхность оной расширяется; следственно шины^* железной дороги каждую весну на неделю или на две были бы более или менее выводимы из своего положения, и каждый год нужно было бы поправлять их. Самое простое и дешевое средство для отвращения этого неудобства состоит в накладке фашинника под поверхность земли поперек насыпи. Между каждыми двумя перекладинами нужно класть по крайней мере по одной связке, в фут в поперечнике и в 2¹/₂ сажени длины, а где земля глинистая - по две и даже по три одна на другую" [32].

^* (Имеются в виду рельсы. (Прим. автора.))

Начала инженерного подхода к пониманию специфики земляного полотна в русском железнодорожном деле заложены П. П. Мельниковым в книге "О железных дорогах" [103], где он высказывает среди сведений, обобщающих зарубежный опыт, свои собственные правильные и глубокие идеи: "Неизменность формы дороги зависит, конечно, от степени нагруженное грунта..." или "широта насыпи для колесной дороги определяется расстоянием между крайних полос^* увеличенным тем запасом, какой нужен по свойству грунта для прочности верхних ребер насыпи...". Обсуждая переход от сложного криволинейного очертания откосов (талюсов), принятого на Ливерпульской дороге в Англии, к прямому, Мельников замечает: "Вообще скат талюсов делается различным, и зависит единственно от свойства грунта".

^* (Мельников называл полосами грибовидные, двухголовые и подобные им рельсы в отличие от уголковых, которые он именовал "калеями".)

Как видим, будущий основной проектировщик и строитель Николаевской дороги имел верные представления о факторах, влияющих на конструкцию земляного полотна, которые, несомненно, сказались на решениях, принятых для этой магистрали.