17.4　铁路和汽车的出现（1830—1900）

17.4　铁路和汽车的出现（1830—1900）

许多与麦克亚当同时代的人害怕废除手工铺砌的路基，并强烈反对那些新奇的方法。但是，麦克亚当的防止水到达路基的理论是正确的，而且他的方法也证明了其价值。那么，在湿路基的情况下是否必须保持手工铺砌路基呢？休斯（Thomas Hughes）在他的《公路建筑和维修技艺》（Art of the Construction and Repair of Highways）中给出了合适的解决办法（1838年）。道路的碎石铺面不但应该覆盖在道路的中央狭长地带，而且应扩及整个路面宽度，把道路碎石料撒成均匀的厚度。正确的排水方法应通过沿着道路挖掘5英尺深、2英尺宽的沟渠来实现，以便把水排放到路基的最深处，从而尽可能让路基处于本来的状态。如果必要的话，可以应用陶制管道或压实的粗石沟槽形式的排水装置横过路床，来排掉任何在结冰情况下可能使道路上抬的水。他的方法用于碎石路时，都取得了良好的效果。

在麦克亚当和特尔福德的道路结构的基础上，一些法国和英格兰的派生结构传遍了欧洲。比较老的道路大多数是铺碎石的，有时也使用小方石或鹅卵石。拿破仑非常清楚道路的重要战略意义，他的征服是欧洲许多国家道路机构设立的开端。他理想中的道路似乎是一种由三部分组成的道路，用鹅卵石铺砌的中央部分用于炮兵，铺有水结碎石路面的一侧用于步兵，另一侧所谓夏季路的土路则用于骑兵。虽然这种类型的道路几乎没有修筑过，但拿破仑在1804—1814年间无疑推动过科学筑路。他的国家道路构成了许多公路系统的核心，而且他还使阿尔卑斯山道可以再次通行轮式车辆。

后来，碎石路逐渐发展到欧洲以外的地方。澳大利亚到1820年大约有275英里的碎石铺面路，但是修建一个正规的公路系统则很迟才开始。美国［10］最早的道路是印第安人的崎岖小道。弗吉尼亚州于1632年，接着是马萨诸塞州于1639年，分别制订出它们的第一部道路法。1704年，马里兰州法律规定了20英尺宽的道路及路牌的相关条文。直到1890年，美国的道路发展还包括仿效英国制定的法定劳动力制度实施义务劳动，用以对道路进行维修。这种情况一直持续到汽车的出现带来更为复杂的道路结构，从而必须要使用熟练劳动力。

美国第一批收税路是在弗吉尼亚州、康涅狄格州和马里兰州修筑的。弗吉尼亚州于1785年通过了《收税路法令》（Turnpike Act），一年后一条收税路投入使用。由于对维修的不适当的规定，这条从利特尔里弗至亚历山德里亚的道路被移交给成立于1795年的费尔法克斯劳登收税路公司来经营。这家公司于1802年重组并于1805年重新修筑这条旧路，将它作为收税路经营了90多年。同时，其他一些道路也迅速仿效。1808年，美国财政部长加勒廷（Albert Gallatin）可能报告过有关道路的信息，在康涅狄格州已完成了770英里碎石铺面路，在纽约州还有3000多英里正在建设，而在其他州则有数百英里。

这些道路通常宽36英尺，但只有15英尺的宽度用碎石或敲碎的石头覆盖。有时会铺设两层碎石，它们的尺寸较大而且未经滚压。美国工程师们在旧大陆学习道路修筑，而像吉莱斯皮（Gillespie）和吉尔摩（Gillmore）那样非常能干的人则采用了更好的方法［11］。1832年，格拉蒂奥（Gratiot）将军维修俄亥俄河东面的坎伯兰道路的路面时，就采用了麦克亚当的方法。

事实上，收税路公司是美国第一批公用事业公司。它们开始只修筑一些经简单平整的道路，后来，水结碎石的石头路面成为普遍的形式。到1850年，由于受到运河（1810—1840）和铁路（1840年以后）迅速发展的威胁，这些公司大多数都放弃了它们的执照。新泽西州的立法机关于1891年通过了第一部由州政府资助道路建设的法规，规定了政府对部分初始建设费用的责任。现代道路建设的时代已经开始了。

在旧大陆，铁路也已成为优质道路建设的严重威胁。早在1839年就有人指出：“如果铁路能够产生预期中的商业利益，我们就没有理由惋惜它们会取代公共马车。”到1800年，与中世纪的1000吨相比，公路每年平均可以运载几千吨货物，但是交通量的真正增长是蒸汽机开始在货物的实际制造方面起着重要作用时才开始的。到1875年前后，道路交通大部分已被铁路取代，后者的运载量随着制造出来的商品产量的增加而增加。

此后，一次改变随着汽车的出现发生了，它使交通方式又回归到公路。但在这一改变可能发生之前，工程师们必须发明加固路面的方法，并与车胎扬起的一阵阵灰尘作斗争。一个解决办法是在筑路期间确保更好地压实路面，而不是把这项工作留给交通车辆。早期的筑路设备包括锤、筛、铲、手推车、夯具和丁字镐等工具。诸如压路机这样的适用于压实路面的机器，古人就曾使用过，而肖特博尔特（John Shotbolte）于1619年建议使用“地面耙斗（land stearnes）、磙子及其他强大笨重的机器……来建筑和维修公路”。第一台优秀的压路机在利奥波特（Leupold）1725年所著的《机械论坛》（Theatrum machinarum）中有图示说明，图中绘有一台重量超过1吨的马拉铁制压路机（图300）。狄德罗（Diderot）的《百科全书》（Encyclopedie，补充卷，1777年）中阐述了一台两轮压路机，它带有一只可在需要时另外装上石块来增加重量的箱子。1787年，塞萨特（Louis Alexandre de Cessart，1719—1806）提出了一种带有宽8英尺、直径36英寸、重约3.5吨的铸铁滚筒的马拉压路机。这类压路机于1815年以后在英格兰、汉诺威和法国等地使用，不过人们担心平滑的路面在充分压实之前会被拉压路机的马或人破坏掉。尽管如此，马拉压路机在19世纪30年代还是逐渐被采用。在压实的初始阶段使用轻型压路机，而在道路已被充分压实时则接着使用较重的压路机。在压实期间，又把砂冲填入碎石路的顶层。

第一台蒸汽驱动的压路机由勒莫因（Lemoine，1859年）发明，但其试运行并不成功（1861年）。然后出现了巴莱森（Ballaison，1862年）发明的、由5马力蒸汽机驱动的17.5吨的压路机，这是与8.5吨和15吨的型号一起从1864年开始分别由巴黎的盖勒拉特和切（Gellerat et Cie）制造的。尽管有明显的优点，蒸汽压路机也只是逐渐地获得了用武之地。英国最早的蒸汽压路机由伯明翰的巴索（W.E.Batho）和加尔各答城的总工程师克拉克（W.Clark）于1863年取得专利。蒸汽压路机的第一项美国专利于1873年授予了纽约的林德勒夫（Andrew Lindelof）。肯特郡罗切斯特的埃夫林和波特（Aveling & Porter）于1866年生产了第一批实用的蒸汽压路机，而格林父子公司不久就对其作了改进（1879年）。初看起来，这些蒸汽压路机似乎是三轮的，但其滚筒实际上是由并排设置的一对滚筒组成，这样可使压路机的操作更加容易。

在同一时期，人们还发明了一些不错的碎石机。在麦克亚当时代，石头由手工敲碎，甚至迟至1900年，这种方法仍然是经济的，它的成本不超过每立方码1先令3便士至2先令6便士。但是在1858年，轧棉机发明者的亲属、康涅狄格州纽黑文的机器制造商布莱克（Eli Whitney Blake）制造了第一台碎石机，被用于为当时正在修建的纽约市中央公园里的一些道路轧碎石头。不过，这种机器并没有获得人们的青睐，因为1890年一篇获奖的论文仍使我们确信，“用手敲碎的石头比用机器破碎的石头更好，用机器破碎的石头一般形状不规则而且难得是立方体，以至于不易结合在一起”。尽管如此，碎石机已扎下了根。

除了新的筑路设备之外，19世纪还发展出了两种新的道路结构，虽然它们只在1900年以后才普遍获得使用。第一种是混凝土道路。这种道路始于古代，但直到霍布森（William Hobson）获得一项用石灰—砂浆来为碎石路灌浆的英格兰专利（1827年），它才被人们记起。他的方法几乎没有得到人们的赏识，虽然这正是罗马人在某些城市采用的方法。麦克尼尔（MacNeill）在一段底土水平面相当高的海格特—阿奇威（伦敦）路上使用了混凝土。一条6英寸厚的混凝土路基是作为灌浆石片的防水基础修筑的，其表面被凿毛糙以便承载碎石路的路面（1829年）。混凝土道路本身则必须等到波特兰水泥发明后才出现（边码448）。(https://www.daowen.com)

在19世纪50年代，奥地利修筑了几条混凝土道路。英格兰的第一条混凝土道路修筑于1865年。1872年，苏格兰的第一条混凝土道路筑于爱丁堡4年后，法国在格勒诺布尔也修筑了一条。布雷斯劳的布卢彻广场于1887年铺设了混凝土路面，此后不久维也纳也修筑了一些混凝土道路（1898年）。美国的第一条混凝土道路在1892年出现于俄亥俄州的贝尔方丹。廉价的混凝土道路与修筑它们的机器的发展有着密切联系，这种机器在1879年首先由埃尔宾（当时属德国，现属波兰）的詹特森（P.Jantzen）成功地制造出来。

第二种新道路结构是沥青道路。1712年，希腊医生戴朗尼斯（Eyrinis d'Eyrinis）在纳沙泰尔（瑞士）附近的特拉韦尔发现了岩沥青，并学会了如何把粉状岩石与热沥青混合制成我们现在所谓的沥青砂胶。他还把这种砂胶用来铺砌地面和阶梯，其中有些砂胶在1838年经过富尔内尔（Fournel）的检验，发现还处于极佳状态。戴朗尼斯激起了银行家萨布洛尼埃（de la Sablonnière）对岩沥青开采的兴趣，并在法国为其获得了免税权（1720年）。

这些进展导致其他人在阿尔萨斯省的皮切尔布朗和洛布塞恩发现了另外的岩沥青，在维策（汉诺威）、奥斯蒙德斯堡（瑞典）以及匈牙利和罗马尼亚发现了更稠的沥青油和岩沥青。1797年，有人在塞塞勒（法国）附近发现了另外一些岩沥青来源，而砂胶就是用这种材料制成的。在那里，塞克雷坦（Sécretan）的早期工作由萨塞内（de Sassenay）于1832年恢复，他把粉状岩沥青与天然渗流出的沥青油混合，从而获得了一种质量更好的砂胶。到1835年，他的砂胶的销售量已高达每年1000吨。这种沥青砂胶在里昂（1810年）、日内瓦（1820年）、斯特拉斯堡（1822年）及其他地方被用于铺设人行道。第一次沥青道路实验在巴黎的皇家桥和卡鲁塞尔桥的路面上开始，同协和广场（1835年）一样用砂胶铺面。萨塞内和埃克姆（Equem）的合作导致了一家具有3万英镑资本的公司的创立，旨在开发塞塞勒岩沥青。最终，每月可用塞塞勒岩沥青稳定生产大约1000吨砂胶。直到1869年斯雷德尼德尔路部分使用特拉弗斯岩沥青铺面时，将沥青砂胶引入英格兰的努力才获得了一点成功。这样，沥青街道就在伦敦开始迅速发展起来。

与此同时，人们还发现了一些使用沥青筑路的新方法。1849年，梅里安（Mérian）发现从车上撒下的粉状岩沥青会被自然地压成一条很好的路面。最初，他让人在瑞士的特拉弗斯和法国的蓬塔利耶之间的碎石路上撒上特拉弗斯粉状岩沥青，并滚压入路面的空隙中。几年前库莱恩（de Coulaine）曾把一层新的碎石路面用热的粉状岩沥青覆盖，将其滚压成极好的路面［波尔多—巴约讷（Bordeaux-Bayonne），1837年］，但因其下表面比较潮湿而使实验遭到失败。尽管如此，马洛（Malo）却发现了一种在路基上撒岩粉后，通过加热和滚压岩粉来分解特拉弗斯岩石的方法。他与沃德里（Vaudry）一起在巴黎的伯热尔大街铺设了800平方米以上的压制沥青（1854年），经过15年以上的使用，磨损量经证实小于1/4英寸。到1858年，压制沥青在巴黎已得到普遍使用。

这时的特拉弗斯已经成为塞塞勒公司的一个重要竞争者。来自汉诺威利默的沥青开始出现在英格兰市场，特立尼达湖沥青也很抢眼，后者在美国尤其常用。1848年，邓唐纳德（Dundonald）伯爵以和戴朗尼斯致力于推广塞塞勒岩沥青同样的热情，开始提倡使用特立尼达湖沥青，但是除了费城商贸大厦的一个楼层之外，直到威廉大街纽瓦克市政厅前面（1871年）和联合广场（1872年）的实验性铺面路段用压制沥青筑成后，这种沥青才开始获得使用。

由于德斯梅特（E.J.De Smedt）的工作，美国的沥青铺面路有了极大的发展。这位比利时工程师使用砂、石灰岩粉（作为填料）和来自里奇县（弗吉尼亚州）的砂胶的混合物，制成了第一种沥青砂。他在美国发现了其他一些适合于制造这类混合物的天然沥青，并和理查森（Clifford Richardson）计算出充填矿物质空隙所需沥青的百分比，从而获得了一种良好的密封水的道路结构。在克利夫兰（1873年），一种由煤焦油和碎石的混合物组成的砂浆被用在碎石路上，但不是很成功。在圣·路易斯，德斯梅特采用过沥青块料（1873年）和压制沥青（1883年）。新奥尔良在1880年有了它的第一条沥青路，而费城在1884年有了一些沥青铺面的街道。第一条成功的特立尼达湖沥青路面，由德斯梅特于1876年铺设在华盛顿的国会大厦前面。

因此，在19世纪结束之前共有三种类型的沥青路：（a）压制沥青，通过滚压经加热分解的岩沥青制成，并铺撒在路基上；（b）砂胶沥青，一种由砂胶、砂及填料构成的混合物，倒在路面上并用泥刀涂抹成形；（c）砂沥青，一种由沥青、砂、填料有时还包括较大石块构成的热混合物，这种沥青能在路面压实后不留下空隙，操作时在150—200℃的温度下混合后铺撒和滚压。要修筑这类道路，蒸汽压路机的发明是一个关键因素，否则就无法修成。

柏油这时也作为一种筑路材料获得了应用。天然柏油经蒸馏可用于制造溶剂和染料，重焦油及人造沥青等残留物也可利用。柏油碎石首先在诺丁汉郡（1832—1838年）制成，并在1845年用于铺设诺丁汉的伦敦路的一段，随后又在设菲尔德（1875年）和利物浦（1879年）使用过。在美国，第一批柏油路修筑在克利夫兰（1873年）。在墨尔本，一条三层柏油碎石路修筑于1895年。这种柏油碎石通常通过混合加热的焦油及石头制备，然后铺撒在路面上并在冷却后用压路机压实，通常最后还会加上一层砂。

随着汽车的出现，混凝土、沥青和柏油道路都盛行起来。这就为道路建设赋予了新的未来，只要道路工程师们能够修筑经得起交通车辆新式冲击的路面。在此之前，马蹄和轮子的冲击作用曾是道路冲击的主要形式。但是，汽车交通工具及其橡胶轮胎车轮会对路面产生一种吸引力，这对碎石路非常不利。甚至在此之前，从碎石结构空隙吸起的含有细小颗粒的尘土也是一个非常烦人的问题（图301）。

在修筑新的道路时，显而易见的方向是将它们修成无尘的混凝土或沥青道路。但是，对于范围广阔的旧的碎石道路网，还不得不采取一些措施来解决尘土问题。1902年，古列尔米内蒂（Guglielminetti）试验性地将蒙特卡洛市附近的一条旧碎石路铺上柏油，这一处理方法经证明是极好的方案。在接下来的几十年间，热沥青和柏油或是这些材料的乳化形式，都广泛用于这类路面的修筑。