城市道路改造设计理念及设计要点分析

张 波

（常德市建筑设计院有限责任公司，湖南 常德 415000）

随着我国社会经济的发展和城市化进程的不断加深，城市人口数量越来越多，市政设施承受的压力越来越大。城市中部分道路出现功能不能满足需求和不能满足城市发展需求等问题。随着城市的更新，需要对这些不适应且不匹配的路段进行有计划的改造，以满足后续城市发展的需求[1-2]。针对城市道路进行的改造工程是优化人居环境、提高交通能力和提升城市整体形象的必然结果，同时也是城市发展的必然结果[3]。目前我国城市中有大量道路需要适应城市发展需求，进行功能性扩建和品质化提升[4]。基于此，该文从实际工程入手，对城市道路改造设计工作的设计理念及设计要点进行了深入分析，具体研究内容如下。

1 工程概况

1.1 工程简介

常德市某路段基本呈东西走向，线路全长3219.834m，（桩号AK0+536.794 至桩号K2+683.040）全线设计车速30km/h，是城区内一条重要次干道。现状道路存在一定病害问题，且根据常德市“持续推进‘三改四化’，不断强化以完善城市道路、管网体系等为重点的市政建设”的相关要求，需要对该路段进行升级改造。

1.2 总体改造方案

根据改造路段所进行的路况调查与质量检测报告、地勘报告、现场调查情况及常德市“三改四化”工程指挥部办公室意见，改次改造方案如下：1）AK0+536.794 至K2+054.196 和K2+386.964 至K2+683.040 段道路水泥砼路面进行病害处理后加铺沥青混凝土路面。2）K2+054.196至K2+386.964 段水泥砼路面病害情况严重，对该段路面进行拆除重建，同时进行排水雨污分流改造和地上杆线的管线入地改造。3）对K0+550~K0+700 段路面进行拆除重建。

2 道路改造设计理念

现阶段，由于服役年限或城市发展需求等多方面原因，城市中的部分道路需要进行改造，在旧路改造设计工作中，首先需要遵循以人为本的设计理念，即做到以人民为中心，在满足实际需求的同时对道路进行合理的设计和创新。无障碍设施的建设是“以人为本”理念的具体体现，是社会文明和社会进步的标志。该工程无障碍设计主要为缘石坡道和盲道的设置。其次要遵循精细化设计理念，在有限的道路条件下深挖城市空间，推动城市更新，提升城市品质。最后要遵循“高品质”街道设计理念，突出城市整体，兼顾交通功能和城市公共空间功能等[1，5-6]。该工程中为突出“高品质”街道设计理念，在道路改造过程中将原有柳树、香樟和法国梧桐等绿化树木进行了保留，并对树池进行翻新，避免了树木移栽，以确保道路绿化工程效果，给市民以良好舒适的环境。

3 道路设计要点分析

3.1 圆曲线最小半径

在城市道路改造工程中，由于现场空间狭窄，制约因素较多，设计工作的进行往往会尽可能地利用原有道路，以达到施工便利、造价合理的目的。但在实际中，部分原有路段的路线圆曲线半径无法满足现阶段城市规划规范的相关要求，需要对道路圆曲线最小半径进行重新设计[7]。进行圆曲线半径选择时，要综合考虑道路沿线的地形地貌起伏和前后路段的衔接问题，注意线形的平稳过度，不应在长直线和大半径曲线过近区域设置圆曲线。此外圆曲线半径的选定也与道路超高设置和设计车速有直接关系，相关规范对圆曲线最小半径的要求见表1。

表1 规范圆曲线最小半径对比（m）

笔者从自身工程经验出发，结合公路、市政道路相关规范及城市建设相关要求，考虑城市内人员车辆众多且车速均较慢，认为旧路改造路段圆曲线最小半径可适当缩短，并确立了圆曲线最小半径设计建议指标，见表2。在表2 中，对限高路段的极限圆曲线最小值进行设置时，在原有设计原则的基础上充分考虑了线路地形起伏和道路坡度；对不设限高路段的圆曲线最小半径进行设置时，则主要考虑路拱的坡度。

表2 旧路改造路段圆曲线最小半径建议值（m）

3.2 坡度设计

进行道路坡度设计时，针对合成坡度的设计是十分重要的一个环节，也是防止车辆在曲线路段行驶过程中发生侧滑甚至倾覆的重要控制性指标之一。有关合成坡度的计算如公式（1）所示。

式中：iH为合成坡度（%）；ic为超高横坡度（%）；is为纵坡度（%）。

此外，曲线路段由于内侧距离位置与道路中心线不一致，因此需要对纵坡比进行折减，如公式（2）所示。

式中：i为折减后纵坡比（%）；imax为最大纵坡比（%）；v为设计时速（km/h）；r为平曲线半径（m）。

根据规范要求，将公式（2）折减后的纵坡比带入公式（1）可得考虑内线位置的综合最大坡度值，同时根据市政道路旧路改造相关要求，结合公式（1）、公式（2）综合计算结果，该文确立了合成坡度建议值，见表3。

表3 合成坡度计算表及建议值

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，圆曲线半径较小，往往会设置超高，但超高的设置会导致横坡较大，根据公式（2），为降低合成坡度，应特别注意降低路线纵坡的值。该工程中工程起点处纵坡和横坡设置如图1 所示。经计算，该工程中道路合成坡度在建议值范围内，符合上述计算过程。

3.3 停车视距

驾驶员驾驶车辆时，从发现障碍物采取制动措施算起到车辆完全静止所需的最短距离被称为停车视距。停车视距的设置与人员的生命财产安全有直接关系，是确保车辆安全驾驶的重要指标，对道路安全十分重要，也是城市旧路改造工程设计中十分重要的一个评价指标和设计内容。现行规范中针对停车视距的计算如公式（3）所示[8]。

式中：Ss为停车视距（m）；g为重力加速度；f为纵向摩阻系数。

公式（3）中停车视距的计算方法较简单，存在较多不足，例如未考虑车轮滑动阻力的影响，并将刹车制动过程简化为匀减速运动，并对道路、驾驶员、车辆条件和周边环境等因素的考虑也不够充分。因此，在此基础上，该文提出了基于制动减速度的停车视距计算方法。在车辆刹车过程中，制动器与轮胎、轮胎与地面共同作用下所产生的加速度即为制动减速度。制动减速度在公式（3）的基础上增加了车轮滚动阶段制动器所产生的制动力和车轮抱死滑移阶段产生的附着力，能够更科学、更严谨地反应汽车制动能力，更好地确定停车视距。考虑停车视距的制动距离计算如公式（4）所示。

式中：S为考虑制动减速度的制动距离，（m）；j为制动减速度（m/s2）；t为制动系统协调时间（s）。

实际制动过程可分为4 个阶段：驾驶员发现障碍物（t1）、驾驶员识别障碍物并做出动作（t2）、车辆从制动开始达到最大值（t3）以及车辆以最大制动力运动至车辆完全停止（t4）。整个过程中可将所用时间分为3 个部分：第一部分，发现障碍物但并未减速；第二部分，开始制动并达到最大制动力的过程；第三部分，车辆以最大制动力向前运动至停止的过程。基于上述过程对公式（4）进行修正，修正过程如下。

第一阶段，发现障碍物至开始产生制动力阶段，如公式（5）所示。

式中：S1为第一阶段所需距离（m）。

第二阶段，开始制动到最大制动力阶段，如公式（6）所示。

式中：S2为第二阶段所需距离（m）；amax为最大制动减速度（m/s2）。

第三阶段，车辆以最大值动力行驶至停止，如公式（7）所示。

式中：S3为第二阶段所需距离（m）。

综合公式（5）~公式（7）可得根据车辆制动过程修正的考虑制动减速度的制动距离，如公式（8）所示。

该文在考虑刹车过程的情况下计算制动减速度制动距离，并结合相关公式可得修正后的停车视距，同时根据城市旧路改造工程特点，确立了市政道路过程中停车视距建议值，见表4。在现阶段城市道路改造过程中，存在类似“小街小巷改造”的低速改造道路，此类道路设计时速较低（设计时速20km/h、30km/h）并且由于城市空间限制，往往未设置单独人行道，基于此，为充分保障行人安全，此类道路建议适当增大停车视距。

表4 停车视距计算值和最小停车视距建议值

4 结论

对城市道路改造设计理念及设计要点的分析，所得结论和贡献如下：1）现阶段城市道路改造工程需要遵循的设计理念包括以人为本设计理念、精细化设计理念和转向“高品质”街道设计理念等。2）对城市道路设计要点进行分析，根据城市道路设计要点，并结合相关规范要求，确立了市政道路旧路改造工程中相关的建议值，所得结果对今后城市道路改造设计工作的进行具有一定的借鉴意义。