永安市中山路一中路段車(chē)行道拓寬工程設(shè)計(jì)與分析

摘要 文章以永安市中山路一中路段的車(chē)行道拓寬工程為背景，探討了城市環(huán)境下道路拓寬的設(shè)計(jì)問(wèn)題。首先，針對(duì)現(xiàn)有路段的交通壓力和地質(zhì)條件，對(duì)其上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用的鋼板梁懸挑結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了內(nèi)力和應(yīng)力的驗(yàn)算；然后，對(duì)其下部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算與分析。研究結(jié)果表明，拓寬后的結(jié)構(gòu)在承載力和穩(wěn)定性方面均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并且在實(shí)際應(yīng)用中具有較高的安全性和適應(yīng)性，可為類(lèi)似城市道路的拓寬工程提供可靠的理論支持和實(shí)際參考。

關(guān)鍵詞 道路拓寬；鋼板梁懸挑結(jié)構(gòu)；地基承載力；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

中圖分類(lèi)號(hào) U416.02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）02-0044-03

0 引言

隨著城市化的快速推進(jìn)，城市交通系統(tǒng)壓力不斷增加，尤其在核心城區(qū)，交通擁堵已成常態(tài)，不僅降低了道路通行效率，還對(duì)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活質(zhì)量產(chǎn)生了負(fù)面影響[1-4]。因此，如何有效拓寬和改造城市道路以提升通行能力，成為城市規(guī)劃與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的重要研究課題。

道路拓寬作為緩解交通壓力的關(guān)鍵手段，其設(shè)計(jì)與實(shí)施面臨諸多挑戰(zhàn)[5-8]。劉友煖[9]在山區(qū)道路拓寬研究中，采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，成功克服了傳統(tǒng)技術(shù)難題；吳兵[10]分析了貴州城市道路的拓寬改造，提出了基于現(xiàn)狀與未來(lái)交通量的橫斷面設(shè)計(jì)原則；王燕等[11]通過(guò)有限元分析、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和理論計(jì)算，研究了軟土地基的沉降規(guī)律，提出了考慮蠕變效應(yīng)的預(yù)測(cè)方法，適用于工后沉降預(yù)測(cè)。

該文以永安市中山路車(chē)行道拓寬工程為例，探討在復(fù)雜城市環(huán)境下如何通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)解決道路拓寬中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工問(wèn)題。通過(guò)詳細(xì)的設(shè)計(jì)分析，為類(lèi)似項(xiàng)目提供理論參考與實(shí)踐指導(dǎo)，促進(jìn)城市交通基礎(chǔ)設(shè)施的可持續(xù)發(fā)展。

1 工程概況

永安市中山路一中路段是重要交通干道，連接核心區(qū)域與多個(gè)關(guān)鍵地帶，承載著較大的交通流量?，F(xiàn)有車(chē)行道寬度為2.75 m，已無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的需求。該路段兩側(cè)建筑密集，地下管線復(fù)雜，給拓寬工程帶來(lái)了較大挑戰(zhàn)。現(xiàn)有路面因長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行出現(xiàn)破損和沉降，導(dǎo)致交通擁堵和安全隱患。此外，拓寬工程需在有限空間內(nèi)合理規(guī)劃，確保不影響周邊建筑和市政設(shè)施。

2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1為鋼板梁懸挑結(jié)構(gòu)示意圖。由圖1可知，該結(jié)構(gòu)主要由配重梁、帽梁及人行道等三部分組成。

圖中標(biāo)識(shí)出了各組成部分的尺寸和具體細(xì)節(jié)。

2.1 計(jì)算模型

采用MidasCivil有限元軟件對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，計(jì)算模型如圖2所示。鋼梁的計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1所示，荷載組合包括主力組合（自重+二期恒載+活載+不均勻沉降）和主附組合（自重+二期恒載+活載+不均勻沉降+溫度）。

2.2 內(nèi)力計(jì)算分析

根據(jù)鋼梁在最大荷載組合下的內(nèi)力分析顯示，其彎矩和剪力均在設(shè)計(jì)規(guī)范范圍內(nèi)，彎矩和剪力最大值均在人行道和配重梁的中心區(qū)域，見(jiàn)圖3所示：

2.3 應(yīng)力驗(yàn)算分析

根據(jù)應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果（圖4所示），鋼梁最大上下緣正應(yīng)力均處在人行道中心區(qū)域且小于210 MPa，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范，表明結(jié)構(gòu)在多種工況下均能確保設(shè)計(jì)方案的安全性和可靠性。

3 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 擋土墻設(shè)計(jì)

擋土墻是下部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分，其主要功能是支撐上部結(jié)構(gòu)，防止土體側(cè)向移動(dòng)，其示意圖如圖5所示。根據(jù)工程的實(shí)際需求，擋土墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)高度為9.5 m。

（1）材料選擇。擋土墻采用C30混凝土，鋼筋為HRB400級(jí)，以確保其在長(zhǎng)期使用中具備良好的抗壓和抗剪性能。

（2）配筋設(shè)計(jì)。根據(jù)擋土墻所受的最大彎矩和剪力，縱向配筋采用20 mm鋼筋，水平分布筋采用12 mm的鋼筋，間距為150 mm，確保擋土墻在最大荷載下的安全性。

3.2 地基承載力

為了確?；A(chǔ)的穩(wěn)定性和安全性，對(duì)地基的承載力進(jìn)行詳細(xì)驗(yàn)算，相關(guān)計(jì)算公式如下：

式中，N——作用在基礎(chǔ)底部的總豎向力（kN）；B——基礎(chǔ)的寬度（m）；σt——趾部承載應(yīng)力（kPa）；σh——踵部承載應(yīng)力（kPa）；e——偏心距（m）；M——作用在基礎(chǔ)上的總彎矩（kN·m）。

計(jì)算結(jié)果顯示，踵部的最大壓應(yīng)力為484.797 kPa，趾部壓應(yīng)力為0 kPa（由于偏心導(dǎo)致處于受拉狀態(tài)）。這些值均未超過(guò)地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值650 kPa。因此，地基在當(dāng)前設(shè)計(jì)工況下具備足夠的承載能力，符合安全性要求。

3.3 穩(wěn)定性分析

滑移穩(wěn)定性通過(guò)計(jì)算滑移穩(wěn)定性系數(shù)Ks進(jìn)行評(píng)估：

式中，Kc——滑移穩(wěn)定性系數(shù)；Rs——抗滑力（kN）；H——滑移力（kN）?；品€(wěn)定性系數(shù)Kc應(yīng)大于1.5，以確保擋土墻的安全性。

抗滑力Rs由擋土墻自重產(chǎn)生的摩擦力構(gòu)成，計(jì)算公式如下：

式中，Rs——抗滑力（kN）；μ——基礎(chǔ)底面與地基土之間的摩擦系數(shù)。

計(jì)算結(jié)果顯示，擋土墻的滑移穩(wěn)定性系數(shù)Kc為8.419，大于容許值1.3，表明擋土墻在荷載作用下具有足夠的抗滑移能力，詳細(xì)情況見(jiàn)表2所示：

計(jì)算傾覆穩(wěn)定性系數(shù)Kt，以確定擋土墻的抗傾覆能力：

式中，Kt——傾覆穩(wěn)定性系數(shù)；Mr——抗傾覆力矩（kN·m）；Mo——傾覆力矩（kN·m）。通常要求Kt大于2.0，以確保結(jié)構(gòu)的安全性。

抗傾覆力矩Mr由擋土墻自重產(chǎn)生，計(jì)算公式如下：

式中，N——作用在基礎(chǔ)底部的總豎向力（kN）；B——基礎(chǔ)寬度（m）。

傾覆力矩Mo由外部水平荷載引起，計(jì)算公式如下：

式中，Hh——水平荷載力（kN）；h——從基礎(chǔ)底面到荷載作用點(diǎn)的距離（m）。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3所示，擋土墻的傾覆穩(wěn)定性系數(shù)Kt為2.973，遠(yuǎn)高于1.5的安全標(biāo)準(zhǔn)，表明擋土墻在外部荷載作用下具有足夠的抗傾覆能力。

4 結(jié)論

該文圍繞永安市中山路一中路段車(chē)行道拓寬工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面的研究與分析，通過(guò)對(duì)各項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行深入分析，得出了以下主要結(jié)論：

（1）采用的鋼板梁懸挑結(jié)構(gòu)充分適應(yīng)了現(xiàn)有的空間限制，確保了在不同荷載組合下的安全性與穩(wěn)定性。

（2）鋼梁在最大應(yīng)力條件下的應(yīng)力值遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度，說(shuō)明該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具備充足的安全裕度和可靠性。

（3）下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，擋土墻的滑移和傾覆穩(wěn)定性系數(shù)均符合規(guī)范要求，地基承載力充足，確保了結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]王寶樂(lè)，韓寶睿，董任，等.基于交通態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)的道路擁堵情況分析[J].物流科技， 2024（15）：80-84.

[2]顏建強(qiáng)，張霖，高原，等.城市交通擁堵預(yù)測(cè)研究：以西安市為例[J/OL].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用， 2024-09-13/2024-09-23.

[3]劉軾介，常煥.城市空間外拓背景下的中心城區(qū)交通綜合治理策略研究——以長(zhǎng)春市為例[J].交通與運(yùn)輸， 2024（S1）：124-129.

[4]李剛.呼和浩特市城區(qū)道路交通擁堵特征分析及改善對(duì)策[J].交通與運(yùn)輸， 2024（S1）：130-133.

[5]畢小勇.軟土地區(qū)市政道路拓寬工程中的新老路基差異沉降處治問(wèn)題分析[J].交通世界， 2024（19）：61-63.

[6]張立乾，閆晶，陳紅，等.一種新型山區(qū)道路拓寬方案研究[J].路基工程， 2024（1）：26-33.

[7]李曉霞.縣域市政道路拓寬改造工程設(shè)計(jì)研究[J].黑龍江交通科技， 2023（9）：81-83.

[8]張小莉.市政道路舊路拓寬差異沉降問(wèn)題研究[J].黑龍江交通科技， 2023（9）：78-80.

[9]劉友煖.山區(qū)道路拓寬技術(shù)——CANTI工法簡(jiǎn)介[J].中外公路， 2012（4）：9-10.

[10]吳兵.城市道路拓寬改造工程橫斷面設(shè)計(jì)研究[J].低碳世界， 2017（34）：293-294.

[11]王燕，謝秀棟，張飛.道路拓寬改造對(duì)鄰近建筑地基變形影響分析與控制[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2021（2）：179-185.