3. Подрельсовое основание

Типы и размеры шпал

В России почти исключительно путь укладывали на деревянные поперечины, и лишь отдельные эпизодические поиски представляют отклонение от этой практики, Так, на Екатерининской дороге одно время экспериментировали конструкции верхнего строения на продольных металлических лежнях и на монолитной бетонной плите - (см. ниже).

Практически не вышло из стадии экспериментов и применение металлических шпал. Вопрос о них был поднят еще в 1880 г. [42]. С 1882 г. такие шпалы эксплуатировали на небольших участках сначала Донецкая и Екатерининская, а затем Курско-Киевская и Московско-Курская дороги. Но эти разрозненные и бессистемные опыты не дали оснований для определенных выводов.

Условия эксплуатации русских дорог требовали разработки особых конструкций металлических шпал, и в этом направлении предпринимались отдельные попытки [30], [78], но они не были реализованы. При высоких ценах на русское железо возникали очень серьезные препятствия широкому применению металлических шпал.

Еще скромнее были масштабы применения на русской сети железобетонных шпал. В начале XX в. было известно немало различных конструкций таких шпал, предложенных в том числе и русскими инженерами, но эксплуатационные испытания не производились. В 1904 г. появились сообщения о мероприятиях Министерства путей сообщения по замене деревянных шпал железобетонными. Но "Железнодорожное дело" по этому поводу дало следующее весьма характерное разъяснение [62]: "В действительности ничего значительного в области шпального хозяйства не предпринимается. Намечены лишь частичные опыты с двумя-тремя типами железобетонных шпал, но думается, что много еще пройдет времени, пока что-нибудь определенное выяснят как эти опыты, так и, главным образом, производящиеся в гораздо больших размерах испытания разных конструкций шпал за границей".

В период 1910-1916 гг. были уложены на некоторых дорогах очень небольшие партии железобетонных шпал, не превышавшие, как правило, нескольких десятков штук. Эти шпалы довольно быстро вышли из строя из-за их растрескивания и ржавления металлических частей скреплений и арматуры. Лишь на станционных путях железобетонные шпалы дореволюционного изготовления прослужили в отдельных случаях длительное время. К их числу относятся шпалы конструкции Н. Е. Долгова, уложенные в 1911 г. и в 50-е годы еще находившиеся в пути.

Можно упомянуть еще об опыте применения в 1886 г. асфальтовых или Кировых опор на Закаспийской дороге (рис. 18). Они представляли собой квадратные в плане отливки из асфальтобетона, располагавшиеся под рельсом по диагонали. Костыли забивали в деревянные пробки, которые вставлялись в опору. Для связи рельсов друг с другом через каждые три Кировых опоры укладывали обычные шпалы. Этот опыт имел локальное значение, состоявшее в удачном применении местного материала взамен дефицитных деревянных шпал.

Рис. 18. Кировые опоры, применявшиеся на Закаспийской дороге: а - схема опоры; б - расположение опор

Таким образом, для русских дорог типично практически полное преобладание деревянных шпал, причем не только потому, что древесина была наиболее дешевым и распространенным материалом, но и из-за ее многих достоинств, позволявших относительно просто выполнять сборку рельсо-шпальной решетки и ремонтные работы. Размеры сечения и длину шпал определяли опытным путем, и уже на первых русских дорогах они были довольно близки к современным.

Прочностные расчеты не занимали видного места в определении основных размеров шпал и имели поверочный характер, исключая разве отдельные исследования по уточнению этих размеров в порядке общего усиления пути и в связи с изменением эксплуатационных нагрузок.

В концессионный период железнодорожного строительства и некоторое время после него размеры шпал определялись техническими условиями, которые вырабатывали отдельно для каждой новой дороги. Длина шпал при этом колебалась от 2,34 до 3,20 м. Применялась ручная распиловка шпальных заготовок, поэтому число резов сильно влияло на стоимость шпал. Наиболее простыми в изготовлении и дешевыми были пластинные шпалы, получаемые продольной распиловкой круглой заготовки пополам. Они и нашли, наибольшее распространение на сети. Реже применялись брусковые шпалы, опиленные по двум или четырем кантам, которые, конечно, были удобнее пластин.

В 1886 г. издали первый циркуляр, определявший характеристики деревянных шпал. В нем предусматривалось шесть типоразмеров шпал, в основном брусковой формы. Пластинные шпалы разрешалось готовить только из дуба и в порядке исключения из древесины других пород. В качестве стыковых и предстыковых шпал рекомендовалось применять только обрезанные с четырех сторон шпалы с размером поперечного сечения не менее 13,5×22 см. Шпалы большего сечения могли быть обрезаны и по двум кантам, но при определенном минимальном размере верхней постели. Однако выполнение рекомендаций министерства натолкнулось на серьезные трудности (вследствие слабости лесопильного производства. Спустя три года был издан новый циркуляр, который к шести установленным ранее типоразмерам добавил еще шесть, касавшихся поперечин, отесанных или опиленных лишь на два канта, в том числе стыковых и предстыковых.

Из этого видно, что шпальное хозяйство дорог могло быть чрезвычайно разнотипным, даже если бы они строго выполняли циркуляры министерства. Но практически частные дороги применяли главным образом пластины. В 1900 г. министерство попыталось еще раз навести порядок в шпальном хозяйстве дорог, узаконив сложившееся положение с применением пластин [150], тем более, что к этому времени появились и теоретические работы, доказавшие важное значение для устойчивости пути возможно большей площади опорной постели. Регламентировалось использование пяти типов шпал пластинной и брусковой форм, причем предусматривалась обрезка брусков по двум кантам с минимальным размером верхней постели. Обрезка шпал с четырех сторон считалась нецелесообразной, так как при этом уменьшалась площадь нижней постели. Количество лесных пород, годных для заготовки шпал, явно в угоду крупным лесопромышленникам, резко сокращалось. По условиям пропитки шпалы рекомендовалось изготавливать только из сосны и дуба. Использование остальных пород, включая лиственницу, требовало специального разрешения министерства в каждом случае. Минимальная длина шпал устанавливалась равной 2,45 м.

Состояние пути от применения нового циркуляра отнюдь не улучшалось. Пластинные шпалы гораздо быстрее, чем брусковые, выходили из строя из-за повреждений под рельсами и, несмотря на сравнительно большую ширину нижней постели, легко кантовались, что способствовало дополнительной порче древесины из-за смятия и износа.

Рис. 19. Типы деревянных шпал, разрешавшихся к применению на русских дорогах в начале XX в. (размеры в вершках)

Позднее размеры шпал и требования к их материалу неоднократно корректировались. Пластинные шпалы, кроме дубовых, были исключены из официальных нормативов. В начале нашего столетия предусматривалось применение на дорогах шпал двенадцати типоразмеров (рис. 19), в основном брусков, опиленных по двум кантам. Бруски, опиленные по четырем кантам, готовились главным образом для укладки на мостах и частично на стрелочных переводах.