永安市中山路一中路段車行道拓寬工程設(shè)計與分析

摘要 文章以永安市中山路一中路段的車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)計問題。首先，針對現(xiàn)有路段的交通壓力和地質(zhì)條件，對其上部結(jié)構(gòu)設(shè)計采用的鋼板梁懸挑結(jié)構(gòu)，進行了內(nèi)力和應力的驗算；然后，對其下部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性進行了詳細計算與分析。研究結(jié)果表明，拓寬后的結(jié)構(gòu)在承載力和穩(wěn)定性方面均能達到設(shè)計要求，并且在實際應用中具有較高的安全性和適應性，可為類似城市道路的拓寬工程提供可靠的理論支持和實際參考。

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

中圖分類號 U416.02 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0044-03

0 引言

隨著城市化的快速推進，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，還對城市經(jīng)濟發(fā)展和居民生活質(zhì)量產(chǎn)生了負面影響[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)計與實施面臨諸多挑戰(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)狀與未來交通量的橫斷面設(shè)計原則；王燕等[11]通過有限元分析、現(xiàn)場實測和理論計算，研究了軟土地基的沉降規(guī)律，提出了考慮蠕變效應的預測方法，適用于工后沉降預測。

該文以永安市中山路車行道拓寬工程為例，探討在復雜城市環(huán)境下如何通過科學設(shè)計解決道路拓寬中的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工問題。通過詳細的設(shè)計分析，為類似項目提供理論參考與實踐指導，促進城市交通基礎(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)域與多個關(guān)鍵地帶，承載著較大的交通流量。現(xiàn)有車行道寬度為2.75 m，已無法滿足日益增長的需求。該路段兩側(cè)建筑密集，地下管線復雜，給拓寬工程帶來了較大挑戰(zhàn)。現(xiàn)有路面因長期超負荷運行出現(xiàn)破損和沉降，導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

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。

圖中標識出了各組成部分的尺寸和具體細節(jié)。

2.1 計算模型

采用MidasCivil有限元軟件對上部結(jié)構(gòu)進行模擬，計算模型如圖2所示。鋼梁的計算參數(shù)見表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，見圖3所示：

2.3 應力驗算分析

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

3 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 擋土墻設(shè)計

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，其示意圖如圖5所示。根據(jù)工程的實際需求，擋土墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其設(shè)計高度為9.5 m。

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

（2）配筋設(shè)計。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

為了確保基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和安全性，對地基的承載力進行詳細驗算，相關(guān)計算公式如下：

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——趾部承載應力（kPa）；σh——踵部承載應力（kPa）；e——偏心距（m）；M——作用在基礎(chǔ)上的總彎矩（kN·m）。

計算結(jié)果顯示，踵部的最大壓應力為484.797 kPa，趾部壓應力為0 kPa（由于偏心導致處于受拉狀態(tài)）。這些值均未超過地基承載力的標準值650 kPa。因此，地基在當前設(shè)計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)定性通過計算滑移穩(wěn)定性系數(shù)Ks進行評估：

式中，Kc——滑移穩(wěn)定性系數(shù)；Rs——抗滑力（kN）；H——滑移力（kN）。滑移穩(wěn)定性系數(shù)Kc應大于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，詳細情況見表2所示：

計算傾覆穩(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)底面到荷載作用點的距離（m）。

計算結(jié)果見表3所示，擋土墻的傾覆穩(wěn)定性系數(shù)Kt為2.973，遠高于1.5的安全標準，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行道拓寬工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了全面的研究與分析，通過對各項設(shè)計內(nèi)容進行深入分析，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）鋼梁在最大應力條件下的應力值遠低于材料的屈服強度，說明該結(jié)構(gòu)的設(shè)計具備充足的安全裕度和可靠性。

（3）下部結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，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

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