永安市中山路一中路段车行道拓宽工程设计与分析

摘要 文章以永安市中山路一中路段的车行道拓宽工程为背景，探讨了城市环境下道路拓宽的设计问题。首先，针对现有路段的交通压力和地质条件，对其上部结构设计采用的钢板梁悬挑结构，进行了内力和应力的验算；然后，对其下部结构的整体稳定性进行了详细计算与分析。研究结果表明，拓宽后的结构在承载力和稳定性方面均能达到设计要求，并且在实际应用中具有较高的安全性和适应性，可为类似城市道路的拓宽工程提供可靠的理论支持和实际参考。

关键词 道路拓宽；钢板梁悬挑结构；地基承载力；结构稳定性

中图分类号 U416.02 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2025）02-0044-03

0 引言

随着城市化的快速推进，城市交通系统压力不断增加，尤其在核心城区，交通拥堵已成常态，不仅降低了道路通行效率，还对城市经济发展和居民生活质量产生了负面影响[1-4]。因此，如何有效拓宽和改造城市道路以提升通行能力，成为城市规划与基础设施建设中的重要研究课题。

道路拓宽作为缓解交通压力的关键手段，其设计与实施面临诸多挑战[5-8]。刘友煖[9]在山区道路拓宽研究中，采用悬臂梁结构，成功克服了传统技术难题；吴兵[10]分析了贵州城市道路的拓宽改造，提出了基于现状与未来交通量的横断面设计原则；王燕等[11]通过有限元分析、现场实测和理论计算，研究了软土地基的沉降规律，提出了考虑蠕变效应的预测方法，适用于工后沉降预测。

该文以永安市中山路车行道拓宽工程为例，探讨在复杂城市环境下如何通过科学设计解决道路拓宽中的结构设计和施工问题。通过详细的设计分析，为类似项目提供理论参考与实践指导，促进城市交通基础设施的可持续发展。

1 工程概况

永安市中山路一中路段是重要交通干道，连接核心区域与多个关键地带，承载着较大的交通流量。现有车行道宽度为2.75 m，已无法满足日益增长的需求。该路段两侧建筑密集，地下管线复杂，给拓宽工程带来了较大挑战。现有路面因长期超负荷运行出现破损和沉降，导致交通拥堵和安全隐患。此外，拓宽工程需在有限空间内合理规划，确保不影响周边建筑和市政设施。

2 上部结构设计

图1为钢板梁悬挑结构示意图。由图1可知，该结构主要由配重梁、帽梁及人行道等三部分组成。

图中标识出了各组成部分的尺寸和具体细节。

2.1 计算模型

采用MidasCivil有限元软件对上部结构进行模拟，计算模型如图2所示。钢梁的计算参数见表1所示，荷载组合包括主力组合（自重+二期恒载+活载+不均匀沉降）和主附组合（自重+二期恒载+活载+不均匀沉降+温度）。

2.2 内力计算分析

根据钢梁在最大荷载组合下的内力分析显示，其弯矩和剪力均在设计规范范围内，弯矩和剪力最大值均在人行道和配重梁的中心区域，见图3所示：

2.3 应力验算分析

根据应力验算结果（图4所示），钢梁最大上下缘正应力均处在人行道中心区域且小于210 MPa，满足设计规范，表明结构在多种工况下均能确保设计方案的安全性和可靠性。

3 下部结构设计

3.1 挡土墙设计

挡土墙是下部结构的关键组成部分，其主要功能是支撑上部结构，防止土体侧向移动，其示意图如图5所示。根据工程的实际需求，挡土墙采用钢筋混凝土结构，其设计高度为9.5 m。

（1）材料选择。挡土墙采用C30混凝土，钢筋为HRB400级，以确保其在长期使用中具备良好的抗压和抗剪性能。

（2）配筋设计。根据挡土墙所受的最大弯矩和剪力，纵向配筋采用20 mm钢筋，水平分布筋采用12 mm的钢筋，间距为150 mm，确保挡土墙在最大荷载下的安全性。

3.2 地基承载力

为了确保基础的稳定性和安全性，对地基的承载力进行详细验算，相关计算公式如下：

式中，N——作用在基础底部的总竖向力（kN）；B——基础的宽度（m）；σt——趾部承载应力（kPa）；σh——踵部承载应力（kPa）；e——偏心距（m）；M——作用在基础上的总弯矩（kN·m）。

计算结果显示，踵部的最大压应力为484.797 kPa，趾部压应力为0 kPa（由于偏心导致处于受拉状态）。这些值均未超过地基承载力的标准值650 kPa。因此，地基在当前设计工况下具备足够的承载能力，符合安全性要求。

3.3 稳定性分析

滑移稳定性通过计算滑移稳定性系数Ks进行评估：

式中，Kc——滑移稳定性系数；Rs——抗滑力（kN）；H——滑移力（kN）。滑移稳定性系数Kc应大于1.5，以确保挡土墙的安全性。

抗滑力Rs由挡土墙自重产生的摩擦力构成，计算公式如下：

式中，Rs——抗滑力（kN）；μ——基础底面与地基土之间的摩擦系数。

计算结果显示，挡土墙的滑移稳定性系数Kc为8.419，大于容许值1.3，表明挡土墙在荷载作用下具有足够的抗滑移能力，详细情况见表2所示：

计算倾覆稳定性系数Kt，以确定挡土墙的抗倾覆能力：

式中，Kt——倾覆稳定性系数；Mr——抗倾覆力矩（kN·m）；Mo——倾覆力矩（kN·m）。通常要求Kt大于2.0，以确保结构的安全性。

抗倾覆力矩Mr由挡土墙自重产生，计算公式如下：

式中，N——作用在基础底部的总竖向力（kN）；B——基础宽度（m）。

倾覆力矩Mo由外部水平荷载引起，计算公式如下：

式中，Hh——水平荷载力（kN）；h——从基础底面到荷载作用点的距离（m）。

计算结果见表3所示，挡土墙的倾覆稳定性系数Kt为2.973，远高于1.5的安全标准，表明挡土墙在外部荷载作用下具有足够的抗倾覆能力。

4 结论

该文围绕永安市中山路一中路段车行道拓宽工程的结构设计进行了全面的研究与分析，通过对各项设计内容进行深入分析，得出了以下主要结论：

（1）采用的钢板梁悬挑结构充分适应了现有的空间限制，确保了在不同荷载组合下的安全性与稳定性。

（2）钢梁在最大应力条件下的应力值远低于材料的屈服强度，说明该结构的设计具备充足的安全裕度和可靠性。

（3）下部结构设计合理，挡土墙的滑移和倾覆稳定性系数均符合规范要求，地基承载力充足，确保了结构的整体稳定性。

参考文献

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