浅析城市道路工程设计
摘要：城市道路设计是城市道路建设中的一个重要组成部分，具有系统性和复杂性的特点。城市道路的设计不能单纯地作为一个独立的项目进行考虑，不能脱离实际情况、主观想象。事实上，它应该是各个相关专业的最佳组合，涉及建筑、绿化、交通管理等学科，综台性很强，它需要我们设计人员眼界开阔，有前瞻性，不断学习，努力钻研业务，提高专业水准和审美水平，才能设计出科学、美观、经济、适用的道路，才能体现城市形象和时代特征。
关键词：道路,规划设计,城市环境
1 城市道路设计基本要求
1.1满足、适应交通运输发展的要求
由于城市居民的出行和货物运输在时空上的错综复杂，加上城乡联系、流动人口的日益增多，往往使城市道路易于出现高峰期的拥挤现象。为了缓解这类矛盾，就要求各种道路在功能和性质上有所侧重，断面组合、红线宽度应各有区别，以适应交通规划所提出的流量、流向、性质的预测，做到人车分离、不同速度的车辆分流，以提高整个道路系统的通行能力。例如结合对外交通枢纽合理布局，将不为本市服务的过境交通规划至城市边缘区，或设置在外环路通过，以避免这类交通穿越市中心造成不必要的干扰;在市中心地区商业文体服务设施集中的路段，注意通过交通或路网规划调整为定时禁止货运车辆穿越的商业街或步行街。
城市道路网在路线布局上应使客货运行便捷，即要求量大的客流、货流走较短的路线，这可借助非直线系数和道路网密度来解决。不同形式的道路网有着不同的非直线系数和道路网密度，一般要求一条道路的非直线系数为1.1—1.2之间，最大亦不高于1.4，即不出现反向迂回曲线(对于山区、丘陵地形的道路除外)。对于道路网密度，按规范要求大城市为5～7km/km2，中小城市为5～6km/km2，一般建议取6～8km/km2。
1.2道路设计应结合地形、地质水文条件，合理规划
道路的选线布置必须结合地形、地貌与工程地质、水文条件，并考虑到与其他道路、相毗邻街坊、已有大型公建的出入联系要求，尽可能获得较平顺而土石方工程量又不大的线路走向，从而为行车、排水、路基稳定创造良好条件。通常，在纵断面设计过程中，依照经济、合理的设计原则，避免大填大挖，土方台理调配，不迁就微小地形，满足各项技术指标，都是必须考虑的主要因素，往往能与自然地形结合得很好，但在横断面设计中，通常会忽略地形特点影响总体效果。我们都知道，横断面两侧的水久性建筑地坪标高必须要高于人行道的标高，这在地势平坦的平原地区十分容易做到，但在地形坡度较大的地区则难已做到。如：某地地形南北平均坡度1.5%～2.0%，东西平均坡度为3%～8%，例如现设计一条东西走向的城市次干道或主干道，其红线一般控制在50～70m左右，也就是说，横断面两侧地形高差达1～1.4m，若按常规横断面的布置不考虑2%的坡度影响，其结果是道路南侧有建筑物高高在上，道路北侧建筑物犹如掉在坑里，南北建筑极不协调，使用不便。北侧建筑物门前地坪无法排水，且新建建筑物在确定正负零地面相对标高时，为消除此坡差不得不加大土方费用，新旧建筑群形成新的矛盾，难以处理。如果我们充分考虑到这2%坡度，在横断面设计时通过调整机动车道、非机动车道、绿化带和人行道的高程及坡高，使之与自然地形坡度大致吻合，再通过分隔带或绿化带树木花草，形成视觉上的诱导，就能十分巧妙地消除了坡差带来的不良影响，使南北建筑和道路形成统一的整体，新旧建筑顺利衔接，总体效果自然就美观了。在道路规划时，当主、次干道线形有矛盾时，次干道应服从主干道线形平顺的需要。当路线途经地质条件不良地段，原则上应绕越调整路线以节约工程造价。但对城镇中起关键性作用的主干道，为了交通顺畅、运营经济，必要时可考虑修高架路、护坡挡土工程以及隧道等措施来解决线形平顺的需要。此外，道路选线应注意尽可能少占农田、菜地，减少拆迁工程量。
1.3考虑城市环境与建筑艺术要求
城市道路的走向应有利于城市通风和临街建筑物获得良好的日照。从防风角度考虑，在南方城市道路宜平行夏季主导风向;北方城市则应防风雪、风沙的袭击，道路走向宜与盛行风向有一定的偏斜角度;从日照要求来看，南北向道路有利于获得良好、均匀的日照，但实际上城市道路总是由东西向、南北向道路交织而成，不可能所有的道路都符合通风、日照的要求，因此，道路的朝向最好取南北和东西的中间方位。并与南北子午线成约30°～60°的夹角，以兼顾日照、通风。在平面设计中，道路与自然环境、沿街建筑群体、绿化布置应有机协调，对体现整洁、舒适、美观、大方的城市艺术面貌有着重要作用。通过路线的曲折起伏，两侧建筑物的进退，高低错落和绿化配置以及公用设施、照明安排来协调道路立面、空间的组合、色调与艺术形式，从而给居民整洁、舒适的美的感受。在设计时充分考虑到各个路段的不同情况，对人行道铺装材料的形状、色彩，绿化带树种的选择、树冠的形态，公共汽车停靠站的造型，树池造型、灯箱广告牌、垃圾箱等设施的设置都要因地而异、因时而异，反对千篇一律，毫无生气。
1.4妥善处理好交叉口
城市道路交叉口众多，交叉口往往又是最繁华和最吸引人流、车流的地方，交叉口的竖向与平面布置也是道路设计中的难点。在竖向设计中，根据不同纵坡需调整路口以外道路的横坡度，以保证交叉口不积水。转弯半径的缘石埋设需要仔细计划或用图解法给出。不能按平均值推算，否则交叉口地面将是扭曲的，无法满足排水与行车要求。
2 城市道路设计思路
中国城市道路设计过于重视后期初步设计和施工图设计，针对前期研究总体深度不够。在以往的城市道路设计中，工程方案侧重于支撑土木工程建设，并未从整个交通系统的角度去考虑，而规划阶段只是侧重于道路红线控制，对道路的交通功能并未阐述清楚。因此，现有的道路规划方案很难做到量化分析，不能全面反映道路建设涉及的交通系统问题，致使对工程实施方案的指导性不强，这一问题在重大工程建设中体现得尤为突出。而工程方案设计着眼细微之处，无法从宏观上对整个道路建设产生的影响进行估计，并且缺乏对交通问题的研究，因此方案设计重点不明确，得出的结论缺乏有力度的研究支持，并且浪费了大量的人力、物力和财力。造成这一现象的原因是路网规划与土木工程设计之间缺乏必要的环节——概念设计。
概念设计在国外工程建设中非常普遍，是沟通规划和土木工程设计的桥梁。概念设计不同于简单的工程方案设计，其运用系统学原理，以上位路网规划为依据，采用一体化设计思想，联系规划和土木工程设计，能够较好地实现规划意图。结合前文提出的城市道路设计基本要求，以目前中国城市道路基本设计流程为基础，融入概念设计思想，提出城市道路设计工作的新思路，见图1。
交通设计是概念设计的重要内容之一，也是指导道路系统设计的核心环节。路网规划条件确定的道路红线是保证道路空间资源合理配置的前提条件，交通设计是从交通功能出发，通过详细的交通需求分析明确系统中各部分组成元素的功能以及相互之间的功能衔接。道路系统方案依据交通设计的相关要求逐步落实交通系统中的元素，合理分配空间资源，同事做好与相关专业的配合，形成可以实施的方案。因而，以交通设计指导道路系统设计，提出设计要点和具体要求，具体非常重要的作用和意义。交通设计流程见图2。
道路系统设计作为概念设计的一部分内容，在交通设计的指导下，针对道路系统中包含的具体设施进行设计，属于微观层次的内容。道路系统设计主要包括道路空间综合布局及道路附属设施设计两部分内容(见图3)。传统的道路系统设计只是将地面部分作为重点考虑对象，未能从道路地面、地下、高架空间综合考虑。道路空间综合布局是以交通设计结论为基础，从立体空间的角度出发实现道路各部分空间资源(步行、自行车及公共设施空间，公共交通空间，机动车空间，道路其他空间)合理分配，系统功能最优，这实际上优先保证了道路主体功能的实现，突出了工程方案设计的重点内容。在满足功能要求的前提下还需要进行道路附属设施设计，主要包括传统的路基路面、桥梁隧道、交通安全与管理设施、道路其他市政设施、道路绿化与景观设计等，结合项目工程投资，最终确定工程实施方案，从而能够较好地保证实施方案的科学性和有效性。
3 设计中应该注意的问题
3.1总体设计
3.1.1关于设计车速
《城市道路设计规范》(CJJ37—90)中各种指标的选择是以道路等级和设计车速为横向坐标轴，指标值作为纵向坐标轴，道路等级、设计车速与规划及道路在路网中的作用有关。设计车速在一个工程中一般是一个确定的值，但在包含道路、桥梁、隧道的项目中取值要灵活，因为坡度、半径和行车条件不同，如主线计算行车速度根据道路等级取值为60km/h时，桥梁隧道由于具有较大纵坡，视距难以满足60km/h的标准，以及保证主线汇入段的交通安全，设计车速可以根据实际行车条件选择。
3.1.2关于平面设计指标
条件许可时，平面设计指标尽量采用大于规范要求的指标值，利于行车安全和保证视距。对于采用小半径的情况，特别是圆曲线半径小于不设缓和曲线的半径时，应注意圆曲线内侧的半径应大于规范要求，即平面设计指标应按照最不利位置进行选取。
3.1.3交通组织设计
交通组织设计是总体设计中的一个重要环节，合理的交通组织设计有利于道路设计满足交通功能的需求，内容包括人行过街间距、调头间距、公交车站间距、道路开口间距等。《城市道路交通规划设计规范》(GB50220—95)规定人行横道的间距宜为250～300m。城市中的人流量大，道路的建设阻断了两旁的人行通行，适当的人行道间距有利于行车且保证行人安全。《城市道路设计规范》(CJJ37—90)要求主干路上开口间距宜≥300m。城市道路两侧机动车交通需求大，要正确引导，盲目地开口不仅增加交通事故概率，而且降低交通效率。公共交通是出行的首要选择，《城市道路设计规范》(CJJ37—90)规定公交车停靠站间距一般为500～600m，合理的公交站间距为出行提供便利，使人车分离的交通设计更容易实现，真正做到各行其道，提高交通效率。调头车道间距大概为1km，与沿线的交叉口左转交通相辅相承，减少交叉口位置的交通压力和交叉口时间延误，提高路段的交通效率。
3.2纵断面的设计
纵断面对工程质量、景观、行车舒适性与安全性影响比较大。规范提出了平纵曲线的组合关系及各种设计指标，设计中除了要满足组合关系、坡长、坡度、竖曲线半径等规范规定的指标之外，还应考虑与现状道路标高的关系、地形要求、桥隧引道线形的要求等因素。
3.2.1交叉口纵坡
城市道路相交的现状和规划道路比较多，规范要求交叉口范围的纵坡宜≤2%，困难情况下应≤3%。现状道路交叉口应按规范设置纵坡，规划路相交位置的纵断面应预留实施条件。以中线里程和长度确定的纵坡在交叉口的内外侧坡度是不一致的，内侧会大一些，内侧曲线长度小，外侧大，在采用极限纵坡时要保证不利位置的内侧的坡度在规范允许的范围。
3.2.2纵坡限值的理解
设计纵坡一般采用小于规范规定的推荐值，除非特殊地形的要求，不会达到极限坡度。例如某区一条区内道路(设计车速30km/h)的设计，其现状地形纵坡接近9%，两侧是建筑物和厂房，如果采用缓坡则涉及大量拆迁和挖方，最后采用接近极限值的坡度，避免了拆迁和大开挖，通车后由于交通量不大，行车比较通顺。
3.3横断面的设计
3.3.1关于路幅的分析
城市道路横断面分幅应视具体情况而异，旧路比较常见的是一幅路和三幅路，而新建道路中又以两幅路多，现在红线宽度大的道路逐渐倾向于向四幅路发展。
3.3.2人性化考虑
规划红线范围内的横断面设计在满足机动车的交通需求之外，应注重行人及非机动车的通行空间。
3.4路面结构设计
3.4.1沥青路面的优点
相比水泥混凝土路面(白色路面)，沥青路面(黑色路面)应用更广泛，沥青路面在交通安全、开放交通和行车舒适性三个方面具有以下优点：《道路交通标志和标线》(国标GB5768—1 999)规定路面交通标线为白色和黄色，与沥青路面表面颜色搭配比较醒目，而与水泥混凝土路面的颜色比较接近，交通标线是路面上的交通语言，醒目、准确地标示有利于指示方向、减少交通事故、使交通管理更加有效;城市道路交通繁忙，施工时往往要进行交通管制，开放交通快是沥青路面结构的一大优点，《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40—2004)规定“沥青路面可以在施工后待沥青混合料冷却即可开放交通”，而《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTGF30—2003)规定“一般养生天数宜为14-21d，高温天不宜少于14d，低温天不宜少于21d”;对现状交通影响小是沥青路面的优势，沥青路面表面平滑，而水泥混凝土路面在横缝、纵缝位置行车会受到影响。
3.4.2永久路面与临时路面
对于竣工后路基存在预期沉降的情况，路面结构分期实施比较经济，即在沉降期间实施临时路面，沉降期过后铺筑永久路面，临时路面标高至设计标高减去上面层的厚度，永久路面在临时路面上加铺上面层，而对于沉降量大于上面层厚度的情况，则采用中面层进行找平。