Дорожная синоптика. 
Учет влияния климата при проектировании, строительстве и эксплуатации автомобильных дорог

Автомобильные дороги являются плоскими линейными сооружениями большой протяженности, которые нельзя оградить от воздействий внешней среды.

В соответствии с теорией надежности полный отказ дороги наступает при уменьшении скорости движения на дороге ниже величины, называемой минимально допустимой. Частные отказы связаны с выходом из строя отдельных элементов дороги, появлением необратимых деформаций (трещин, поднятий, просадок) на поверхности покрытия или с ухудшением транспортно-эксплуатационных характеристик дороги (прежде всего ровности и шероховатости).

Общий и частные отказы дороги могут наступить как от повышенной, но сравнению с расчетной, интенсивности движения, так и от воздействия погодно-климатических факторов, причем воздействие последних ничуть не меньше, чем влияние транспортных потоков.

Общеизвестно, что увеличение толщины дорожной одежды при неблагоприятном водно-тепловом режиме (ВТР) дорожных конструкций не может привести к улучшению эксплуатационных требований к дороге (ровности и прочности) на длительное время. Таким образом, надежная методика прогнозирования параметров водно-теплового режима: влажности, прочности, морозного пучения — является гарантией увеличения долговечности дорожной одежды и дороги в целом.

Внешняя среда оказывает влияние на систему «водитель — автомобиль — дорога — среда» (В АД С). Дорога и среда образуют подсистему, называемую дорожными условиями. Режим и безопасность движения по дороге зависят от восприятия водителем дорожных условий. Снежные заносы, гололед, туман и дождь существенно влияют на скорость и пропускную способность дороги.

Важной задачей служб эксплуатации дорог является своевременное предупреждение водителей о реальных условиях движения и рекомендуемых режимах движения (скоростях). Разработаны и находятся в стадии внедрения автоматизированные системы регулирования движения на автомобильных дорогах и городских улицах.

Дорожная синоптика как самостоятельная наука в настоящее время только складывается, находясь на стыке таких различных областей знания, как синоптическая метеорология и динамическая климатология с одной стороны, и дорожные науки с другой стороны.

Первые метеорологические наблюдения в России были организованы на железнодорожном транспорте в конце XIX в. с целью изучения воздействия гололеда, снежных заносов и проливных дождей на железнодорожный путь. На основе этих наблюдений были разработаны рекомендации по проектированию насыпей и выемок на снегозаносимых участках, по защите дороги с помощью щитов от снежных заносов и др.

Первые наблюдения за влиянием климата на работоспособность автомобильной дороги начались в 1926 г. после создания научноисследовательского института, называемого ныне СоюзДорНИИ.

В 1930 г. проф. К. М. Бенуа была создана дорожно-синоптическая секция при Главной геофизической обсерватории в Ленинграде. Большой вклад в дело развития дорожной синоптики внесли ученые-дорожники профессора: Г. Д. Дубелир, Л. В. Новиков, Н. Н. Иванов, С. В. Бельковский, Н. А. Пузаков и другие.

К 1930 г. на 66 метеостанциях были организованы дорожносиноптические наблюдательные пункты. Основное наблюдение велось за проезжаемостью грунтовых дорог во время осенней и весенней распутицы. Были разработаны критерии проезжаемости, и ежедневно составлялись карты проезжаемое™ дорог.

Систематические наблюдения за изменениями параметров ВТР земляного полотна в годовом цикле проводились в различных регионах страны на специально оборудованных постах в течение нескольких послевоенных десятилетий. Выполненные исследования в районах вечной мерзлоты (проф. И. А. Золотарь), в Западной Сибири (проф. Г. И. Шелопаев), на Украине (проф. В. М. Сиденко), в средней полосе России (проф. А. Я. Тулаев), в северо-западном регионе (В. Н. Гайворонский, В. А. Лукина) и др. позволили дифференцированно подходить к разработке конструкций земляного полотна в различных климатических условиях. Предложено несколько методов прогнозирования влагонакопления и морозного пучения. Вероятностно-статистический метод, основанный на имитационном моделировании метеорологических факторов, разработанный проф. И. А. Золотарем, позволяющий проектировать конструкции дорожной одежды с требуемым уровнем надежности, контролировать прочность дорожной конструкции в процессе строительства, а также прогнозировать ее долговечность в процессе эксплуатации, будет изложен при изучении данного курса.

Следует отметить, что в настоящее время метеорологические параметры: температуру воздуха, количество осадков, скорость ветра, высоту снежного покрова, глубину промерзания грунтов и другие параметры на стадии проектирования дорог, получают из СП 131.13 330.2012. Строительная климатология (актуализированная редакция СНиП 23−01−99).

Необходимые метеорологические данные на стадии строительства и эксплуатации дорог до последнего времени получали на ближайших к дороге метеостанциях. Однако известно, что на полосе отвода под дорогу, несмотря на ее относительную малую ширину, формируется особый микроклимат, обусловленный нарушением естественного температурно-влажностного режима грунтов под земляным полотном. Кроме того, дорога в отдельных случаях оказывает влияние на мезоклимат прилегающего участка местности, изменяя направление стока поверхностных вод, усиливая или ослабляя заболоченность местности, рост оврагов, оползней, вызывая в северных районах появление наледей и других явлений. Поэтому данные, полученные на ближайших к дороге метеостанциях, не являются достаточными для надежного прогнозирования как водно-теплового режима, так и транспортно-эксплуатационных характеристик дороги. Для повышения точности прогноза в последние десятилетия в России была создана сеть автоматических метеостанций вдоль основных дорог (см. параграф 8.2).