城市道路改造設(shè)計理念及設(shè)計要點分析

張 波

（常德市建筑設(shè)計院有限責(zé)任公司，湖南 常德 415000）

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加深，城市人口數(shù)量越來越多，市政設(shè)施承受的壓力越來越大。城市中部分道路出現(xiàn)功能不能滿足需求和不能滿足城市發(fā)展需求等問題。隨著城市的更新，需要對這些不適應(yīng)且不匹配的路段進(jìn)行有計劃的改造，以滿足后續(xù)城市發(fā)展的需求[1-2]。針對城市道路進(jìn)行的改造工程是優(yōu)化人居環(huán)境、提高交通能力和提升城市整體形象的必然結(jié)果，同時也是城市發(fā)展的必然結(jié)果[3]。目前我國城市中有大量道路需要適應(yīng)城市發(fā)展需求，進(jìn)行功能性擴(kuò)建和品質(zhì)化提升[4]?；诖?，該文從實際工程入手，對城市道路改造設(shè)計工作的設(shè)計理念及設(shè)計要點進(jìn)行了深入分析，具體研究內(nèi)容如下。

1 工程概況

1.1 工程簡介

常德市某路段基本呈東西走向，線路全長3219.834m，（樁號AK0+536.794 至樁號K2+683.040）全線設(shè)計車速30km/h，是城區(qū)內(nèi)一條重要次干道。現(xiàn)狀道路存在一定病害問題，且根據(jù)常德市“持續(xù)推進(jìn)‘三改四化’，不斷強(qiáng)化以完善城市道路、管網(wǎng)體系等為重點的市政建設(shè)”的相關(guān)要求，需要對該路段進(jìn)行升級改造。

1.2 總體改造方案

根據(jù)改造路段所進(jìn)行的路況調(diào)查與質(zhì)量檢測報告、地勘報告、現(xiàn)場調(diào)查情況及常德市“三改四化”工程指揮部辦公室意見，改次改造方案如下：1）AK0+536.794 至K2+054.196 和K2+386.964 至K2+683.040 段道路水泥砼路面進(jìn)行病害處理后加鋪瀝青混凝土路面。2）K2+054.196至K2+386.964 段水泥砼路面病害情況嚴(yán)重，對該段路面進(jìn)行拆除重建，同時進(jìn)行排水雨污分流改造和地上桿線的管線入地改造。3）對K0+550~K0+700 段路面進(jìn)行拆除重建。

2 道路改造設(shè)計理念

現(xiàn)階段，由于服役年限或城市發(fā)展需求等多方面原因，城市中的部分道路需要進(jìn)行改造，在舊路改造設(shè)計工作中，首先需要遵循以人為本的設(shè)計理念，即做到以人民為中心，在滿足實際需求的同時對道路進(jìn)行合理的設(shè)計和創(chuàng)新。無障礙設(shè)施的建設(shè)是“以人為本”理念的具體體現(xiàn)，是社會文明和社會進(jìn)步的標(biāo)志。該工程無障礙設(shè)計主要為緣石坡道和盲道的設(shè)置。其次要遵循精細(xì)化設(shè)計理念，在有限的道路條件下深挖城市空間，推動城市更新，提升城市品質(zhì)。最后要遵循“高品質(zhì)”街道設(shè)計理念，突出城市整體，兼顧交通功能和城市公共空間功能等[1，5-6]。該工程中為突出“高品質(zhì)”街道設(shè)計理念，在道路改造過程中將原有柳樹、香樟和法國梧桐等綠化樹木進(jìn)行了保留，并對樹池進(jìn)行翻新，避免了樹木移栽，以確保道路綠化工程效果，給市民以良好舒適的環(huán)境。

3 道路設(shè)計要點分析

3.1 圓曲線最小半徑

在城市道路改造工程中，由于現(xiàn)場空間狹窄，制約因素較多，設(shè)計工作的進(jìn)行往往會盡可能地利用原有道路，以達(dá)到施工便利、造價合理的目的。但在實際中，部分原有路段的路線圓曲線半徑無法滿足現(xiàn)階段城市規(guī)劃規(guī)范的相關(guān)要求，需要對道路圓曲線最小半徑進(jìn)行重新設(shè)計[7]。進(jìn)行圓曲線半徑選擇時，要綜合考慮道路沿線的地形地貌起伏和前后路段的銜接問題，注意線形的平穩(wěn)過度，不應(yīng)在長直線和大半徑曲線過近區(qū)域設(shè)置圓曲線。此外圓曲線半徑的選定也與道路超高設(shè)置和設(shè)計車速有直接關(guān)系，相關(guān)規(guī)范對圓曲線最小半徑的要求見表1。

表1 規(guī)范圓曲線最小半徑對比（m）

筆者從自身工程經(jīng)驗出發(fā)，結(jié)合公路、市政道路相關(guān)規(guī)范及城市建設(shè)相關(guān)要求，考慮城市內(nèi)人員車輛眾多且車速均較慢，認(rèn)為舊路改造路段圓曲線最小半徑可適當(dāng)縮短，并確立了圓曲線最小半徑設(shè)計建議指標(biāo)，見表2。在表2 中，對限高路段的極限圓曲線最小值進(jìn)行設(shè)置時，在原有設(shè)計原則的基礎(chǔ)上充分考慮了線路地形起伏和道路坡度；對不設(shè)限高路段的圓曲線最小半徑進(jìn)行設(shè)置時，則主要考慮路拱的坡度。

表2 舊路改造路段圓曲線最小半徑建議值（m）

3.2 坡度設(shè)計

進(jìn)行道路坡度設(shè)計時，針對合成坡度的設(shè)計是十分重要的一個環(huán)節(jié)，也是防止車輛在曲線路段行駛過程中發(fā)生側(cè)滑甚至傾覆的重要控制性指標(biāo)之一。有關(guān)合成坡度的計算如公式（1）所示。

式中：iH為合成坡度（%）；ic為超高橫坡度（%）；is為縱坡度（%）。

此外，曲線路段由于內(nèi)側(cè)距離位置與道路中心線不一致，因此需要對縱坡比進(jìn)行折減，如公式（2）所示。

式中：i為折減后縱坡比（%）；imax為最大縱坡比（%）；v為設(shè)計時速（km/h）；r為平曲線半徑（m）。

根據(jù)規(guī)范要求，將公式（2）折減后的縱坡比帶入公式（1）可得考慮內(nèi)線位置的綜合最大坡度值，同時根據(jù)市政道路舊路改造相關(guān)要求，結(jié)合公式（1）、公式（2）綜合計算結(jié)果，該文確立了合成坡度建議值，見表3。

表3 合成坡度計算表及建議值

城市道路改造工程中，部分道路改造利用的是原有道路位置，圓曲線半徑較小，往往會設(shè)置超高，但超高的設(shè)置會導(dǎo)致橫坡較大，根據(jù)公式（2），為降低合成坡度，應(yīng)特別注意降低路線縱坡的值。該工程中工程起點處縱坡和橫坡設(shè)置如圖1 所示。經(jīng)計算，該工程中道路合成坡度在建議值范圍內(nèi)，符合上述計算過程。

3.3 停車視距

駕駛員駕駛車輛時，從發(fā)現(xiàn)障礙物采取制動措施算起到車輛完全靜止所需的最短距離被稱為停車視距。停車視距的設(shè)置與人員的生命財產(chǎn)安全有直接關(guān)系，是確保車輛安全駕駛的重要指標(biāo)，對道路安全十分重要，也是城市舊路改造工程設(shè)計中十分重要的一個評價指標(biāo)和設(shè)計內(nèi)容?，F(xiàn)行規(guī)范中針對停車視距的計算如公式（3）所示[8]。

式中：Ss為停車視距（m）；g為重力加速度；f為縱向摩阻系數(shù)。

公式（3）中停車視距的計算方法較簡單，存在較多不足，例如未考慮車輪滑動阻力的影響，并將剎車制動過程簡化為勻減速運(yùn)動，并對道路、駕駛員、車輛條件和周邊環(huán)境等因素的考慮也不夠充分。因此，在此基礎(chǔ)上，該文提出了基于制動減速度的停車視距計算方法。在車輛剎車過程中，制動器與輪胎、輪胎與地面共同作用下所產(chǎn)生的加速度即為制動減速度。制動減速度在公式（3）的基礎(chǔ)上增加了車輪滾動階段制動器所產(chǎn)生的制動力和車輪抱死滑移階段產(chǎn)生的附著力，能夠更科學(xué)、更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)胤磻?yīng)汽車制動能力，更好地確定停車視距?？紤]停車視距的制動距離計算如公式（4）所示。

式中：S為考慮制動減速度的制動距離，（m）；j為制動減速度（m/s2）；t為制動系統(tǒng)協(xié)調(diào)時間（s）。

實際制動過程可分為4 個階段：駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物（t1）、駕駛員識別障礙物并做出動作（t2）、車輛從制動開始達(dá)到最大值（t3）以及車輛以最大制動力運(yùn)動至車輛完全停止（t4）。整個過程中可將所用時間分為3 個部分：第一部分，發(fā)現(xiàn)障礙物但并未減速；第二部分，開始制動并達(dá)到最大制動力的過程；第三部分，車輛以最大制動力向前運(yùn)動至停止的過程?；谏鲜鲞^程對公式（4）進(jìn)行修正，修正過程如下。

第一階段，發(fā)現(xiàn)障礙物至開始產(chǎn)生制動力階段，如公式（5）所示。

式中：S1為第一階段所需距離（m）。

第二階段，開始制動到最大制動力階段，如公式（6）所示。

式中：S2為第二階段所需距離（m）；amax為最大制動減速度（m/s2）。

第三階段，車輛以最大值動力行駛至停止，如公式（7）所示。

式中：S3為第二階段所需距離（m）。

綜合公式（5）~公式（7）可得根據(jù)車輛制動過程修正的考慮制動減速度的制動距離，如公式（8）所示。

該文在考慮剎車過程的情況下計算制動減速度制動距離，并結(jié)合相關(guān)公式可得修正后的停車視距，同時根據(jù)城市舊路改造工程特點，確立了市政道路過程中停車視距建議值，見表4。在現(xiàn)階段城市道路改造過程中，存在類似“小街小巷改造”的低速改造道路，此類道路設(shè)計時速較低（設(shè)計時速20km/h、30km/h）并且由于城市空間限制，往往未設(shè)置單獨人行道，基于此，為充分保障行人安全，此類道路建議適當(dāng)增大停車視距。

表4 停車視距計算值和最小停車視距建議值

4 結(jié)論

對城市道路改造設(shè)計理念及設(shè)計要點的分析，所得結(jié)論和貢獻(xiàn)如下：1）現(xiàn)階段城市道路改造工程需要遵循的設(shè)計理念包括以人為本設(shè)計理念、精細(xì)化設(shè)計理念和轉(zhuǎn)向“高品質(zhì)”街道設(shè)計理念等。2）對城市道路設(shè)計要點進(jìn)行分析，根據(jù)城市道路設(shè)計要點，并結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求，確立了市政道路舊路改造工程中相關(guān)的建議值，所得結(jié)果對今后城市道路改造設(shè)計工作的進(jìn)行具有一定的借鑒意義。