永安市中山路一中路段車行道拓寬工程設計與分析

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，探討了城市環境下道路拓寬的設計問題。首先，針對現有路段的交通壓力和地質條件，對其上部結構設計采用的鋼板梁懸挑結構，進行了內力和應力的驗算；然后，對其下部結構的整體穩定性進行了詳細計算與分析。研究結果表明，拓寬后的結構在承載力和穩定性方面均能達到設計要求，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。

關鍵詞 道路拓寬；鋼板梁懸挑結構；地基承載力；結構穩定性

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，城市交通系統壓力不斷增加，尤其在核心城區，交通擁堵已成常態，不僅降低了道路通行效率，還對城市經濟發展和居民生活質量產生了負面影響[1-4]。因此，如何有效拓寬和改造城市道路以提升通行能力，成為城市規劃與基礎設施建設中的重要研究課題。

道路拓寬作為緩解交通壓力的關鍵手段，其設計與實施面臨諸多挑戰[5-8]。劉友煖[9]在山區道路拓寬研究中，采用懸臂梁結構，成功克服了傳統技術難題；吳兵[10]分析了貴州城市道路的拓寬改造，提出了基于現狀與未來交通量的橫斷面設計原則；王燕等[11]通過有限元分析、現場實測和理論計算，研究了軟土地基的沉降規律，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，探討在復雜城市環境下如何通過科學設計解決道路拓寬中的結構設計和施工問題。通過詳細的設計分析，為類似項目提供理論參考與實踐指導，促進城市交通基礎設施的可持續發展。

1 工程概況

永安市中山路一中路段是重要交通干道，連接核心區域與多個關鍵地帶，承載著較大的交通流量?，F有車行道寬度為2.75 m，已無法滿足日益增長的需求。該路段兩側建筑密集，地下管線復雜，給拓寬工程帶來了較大挑戰。現有路面因長期超負荷運行出現破損和沉降，導致交通擁堵和安全隱患。此外，拓寬工程需在有限空間內合理規劃，確保不影響周邊建筑和市政設施。

2 上部結構設計

圖1為鋼板梁懸挑結構示意圖。由圖1可知，該結構主要由配重梁、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。

2.1 計算模型

采用MidasCivil有限元軟件對上部結構進行模擬，計算模型如圖2所示。鋼梁的計算參數見表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 內力計算分析

根據鋼梁在最大荷載組合下的內力分析顯示，其彎矩和剪力均在設計規范范圍內，彎矩和剪力最大值均在人行道和配重梁的中心區域，見圖3所示：

2.3 應力驗算分析

根據應力驗算結果（圖4所示），鋼梁最大上下緣正應力均處在人行道中心區域且小于210 MPa，滿足設計規范，表明結構在多種工況下均能確保設計方案的安全性和可靠性。

3 下部結構設計

3.1 擋土墻設計

擋土墻是下部結構的關鍵組成部分，其主要功能是支撐上部結構，防止土體側向移動，其示意圖如圖5所示。根據工程的實際需求，擋土墻采用鋼筋混凝土結構，其設計高度為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）配筋設計。根據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

為了確保基礎的穩定性和安全性，對地基的承載力進行詳細驗算，相關計算公式如下：

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

計算結果顯示，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）。這些值均未超過地基承載力的標準值650 kPa。因此，地基在當前設計工況下具備足夠的承載能力，符合安全性要求。

3.3 穩定性分析

滑移穩定性通過計算滑移穩定性系數Ks進行評估：

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

抗滑力Rs由擋土墻自重產生的摩擦力構成，計算公式如下：

式中，Rs——抗滑力（kN）；μ——基礎底面與地基土之間的摩擦系數。

計算結果顯示，擋土墻的滑移穩定性系數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：

計算傾覆穩定性系數Kt，以確定擋土墻的抗傾覆能力：

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

抗傾覆力矩Mr由擋土墻自重產生，計算公式如下：

式中，N——作用在基礎底部的總豎向力（kN）；B——基礎寬度（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——從基礎底面到荷載作用點的距離（m）。

計算結果見表3所示，擋土墻的傾覆穩定性系數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 結論

該文圍繞永安市中山路一中路段車行道拓寬工程的結構設計進行了全面的研究與分析，通過對各項設計內容進行深入分析，得出了以下主要結論：

（1）采用的鋼板梁懸挑結構充分適應了現有的空間限制，確保了在不同荷載組合下的安全性與穩定性。

（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，說明該結構的設計具備充足的安全裕度和可靠性。

（3）下部結構設計合理，擋土墻的滑移和傾覆穩定性系數均符合規范要求，地基承載力充足，確保了結構的整體穩定性。

參考文獻

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