城市道路设计涉及的技术参数很多,如设计速度、设计车辆、道路建筑限界、设计年限、荷载标准和防灾标准等。这些因素相互联系、相互影响,都应在城市道路设计中必须认真考虑。在现行的行业标准《城市道路设计规范》(CJJ 37—2012)中对以上各项均有具体、明确的规定。
设计速度是指道路几何设计时所依据的车速,也就是当路段上各项道路设计特征符合规定时,在气候条件、交通条件等均为良好的情况下具有中等驾驶技术水平的人员能够安全、舒适驾驶车辆的最大速度。设计速度与运行速度有密切关系。根据国内外观测研究,当设计速度高时运行速度低于设计速度,而设计速度低时运行速度高于设计速度。
设计速度一经选定,道路设计的所有相关要素(如平曲线半径、视距、超高、纵坡、竖曲线半径等指标)均与其配合以获得均衡设计。目前,在我国道路设计中仍采用基于设计速度的路线设计方法,但在发达国家已广泛应用运行速度概念为基础的路线设计方法。在确定道路设计速度时,应符合下列规定:①根据《城市道路设计规范》(CJJ 37—2012)中的规定,各级道路的设计速度应符合表2-1的要求;②快速路和主干路的辅路设计速度宜为路的0.4~0.6倍;③在立体交叉范围内,主路设计速度应与路段一致,匝道及集散车道设计速度宜为主路的0.4~0.7倍;④平面交叉口内的设计速度宜为主路的0.5~0.7倍。
控制道路几何设计的关键因素是行驶车辆的物理性能和各种车辆的组成比例。设计车辆是指作为道路几何设计依据的车型,这些用于控制道路几何设计,符合国家车辆标准的,具有代表性质量、外廓尺寸和运行性能的车辆,称为设计车辆。设计车辆的外廓尺寸直接关系本行道宽度、弯道加宽、道路净空、行车视距等道路几何设计问题。因此,设计车辆的规定对道路的几何设计极为重要。在确定道路设计车辆时应符合下列规定。
(1)根据《城市道路设计规范》(CJJ 37—2012)中的规定,各级道路的机动车设计车辆及其外廓尺寸应符合表2-15的要求。但设计车辆不包括超长、超宽的特种车辆;道路设计考虑道路净空高度应以此为准,另外再加上安全高度。
表2-15 机动车设计车辆及其外廓尺寸
注:1.总长是车辆前保险杠至后保险杠的距离;2.总宽是车厢宽度(不包括后视镜);3.总高是车厢顶或装载顶至地面的高度;4.前悬是车辆前保险车工至前轴轴中线的距离;5.轴距是双轴车为前轴轴中线至后轴轴中线的距离,铰接车分别为前轴轴中心线至中轴轴中线、中轴轴中线至后轴轴中线距离;6.后悬是车辆后保险杠至后轴轴中线的距离。
(2)根据《城市道路设计规范》(CJJ 37—2012)中的规定,非机动车设计车辆及其外廓尺寸应符合表2-16的要求。
表2-16 非机动车设计车辆及其外廓尺寸
注:1.总长,自行车为前轮前缘至后轮后缘的距离,三轮车是为前轮前缘至车厢后缘的距离;2.总宽,自行车为车把宽度,三轮车为车厢宽度;3.总高,自行车为骑车人骑在车上时,头顶至地面的高度,三轮车为载货顶至地面的高度。
道路建筑限界指的是为保证车辆和行人正常通行,规定在道路的一定宽度和高度范围内不允许有任何设施及障碍物侵入的空间范围,是保证车辆安全通行的最小空间要求。根据《城市道路设计规范》(CJJ 37—2012)中的规定,道路建筑限界应符合下列要求。
(1)道路建筑限界应为道路上净高线和道路两侧侧向净宽边线组成的空间界线,如图2-14所示。顶角抹角宽度( E )不应大于机动车道或非机动车道的侧向净宽( W l )。
图2-14 道路建筑限界示意
(2)道路建筑限界内不得有任何物体侵入;道路的最小净高必须符合表2-17中的规定。
表2-17 道路的最小净高
(3)对通行无轨电车、有轨电车、双层客车等其他特种车辆的道路,最小净高应满足车辆通行的要求。对经常通行某种特殊超高车辆或专用道路时,在设计中净空高度应按实际通行车辆考虑。
(4)道路设计中应做好与公路以及不同净高要求的道路间的衔接过渡,同时应设置必要的指示、诱导标志及防撞等设施。
设计年限包括确定路面宽度而采用的计算交通量增长年限与为确定路面结构而采用的计算累计标准当量轴次的基准年限两种。
在确定道路横断面车行道宽度时,远期交通量的年限作为道路设计年限指标。道路交通量达到饱和时的设计年限按道路等级分为三种,道路等级高则设计年限长。在设计年限内,车行道的宽度应满足道路交通增长的要求,保证车辆能安全、舒适、通畅地行驶。
路面结构的设计使用年限是设计规定的一个时期,即路面结构在正常设计、正常施工、正常使用、正常维护下按预期目的使用,完成预定功能的使用年限。不同路面类型选用不同的设计使用年限,以保证在设计使用年限内路面平整并具有足够的强度。根据《城市道路设计规范》(CJJ 37—2012)中的规定,道路设计年限应符合下列要求。
(1)道路交通量达到饱和时的设计年限为:快速路、主干路应为20年;次干路应为15年;支路宜为10~15年。
(2)各种类型路面结构的设计使用年限应符合表2-18的规定。
表2-18 路面结构的设计使用年限
注:砌块路面采用混凝土预制块时设计年限为10年;采用石材时设计年限为20年。
(3)桥梁结构的设计使用年限应符合表2-19的规定。
表2-19 桥梁结构的设计使用年限
注:对于特殊要求结构的设计使用年限,可在上述规定的基础上经技术经济论证后予以调整。
城市道路上行驶的车辆种类很多,轴载大小不同,对路面造成的损害相差很大。因而,对路面结构设计来说,不单是总的累计作用次数,更重要的是轴载的大小和各级轴载在整个车辆组成中所占的比例。为了方便计算,必须选一种轴载作为标准荷载,一般来说应选用道路轴载中所占比例较大,对路面影响较大的轴载作为标准轴载。根据《城市道路设计规范》(CJJ 37—2012)中的规定,道路荷载标准应符合下列要求。
(1)道路路面结构设计应以双轮组单轴载100kN为标准轴载。对有特殊荷载使用要求的道路,应根据具体车辆确定路面结构的计算荷载。
(2)快速公共交通专用道,以及一些连接工业区、码头、港口或仓储区的城市道路,其路面上运行的车辆以重载、超载车为主,其接地压强度可达0.8~1.1MPa。设计时可根据实测的汽车轴重、轮胎压力、当量圆半径等资料,经论证适当提高荷载参数。
(3)桥涵的设计荷载应当符合现行行业标准《城市桥梁设计规范》(CJJ 11—2011)中的规定。
城市道路工程是展现城市景观风貌、承担城市高效运转的有效载体,更是容纳市政服务设施,改善生态环境,提高防灾减灾能力的重要途径。考虑到城市桥梁安全对确保城市交通的重要性,城市道路的所有类型的桥梁,其设计洪水频率完全相同。根据《城市道路设计规范》(CJJ 37—2012)中的规定,桥梁防灾标准应符合下列要求。
(1)道路工程应按国家工程所在地区的抗震标准进行设防。
(2)城市桥梁设计宜采用百年一遇的洪水频率,对特别重要的桥梁可以提高到三百年一遇。对城市防洪标准较低的地区,当百年一遇或三百年一遇的洪水频率设计导致桥面高程较高而引起困难时,可按相交河道或排洪沟渠的规划洪水频率设计,且应确保桥梁结构在百年一遇或三百年一遇洪水频率下的安全。
(3)道路应避开泥石流、滑坡、崩塌、地面沉降、塌陷、地震断裂活动带等自然灾害易发区;当确实不能避开时,必须提出工程和管理措施,保证道路的安全运行。