單喇叭形互通式立交概述及對設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)體會(huì)

屠 彬 張明浩

1 概述

單喇叭形互通式立交是以一個(gè)內(nèi)環(huán)匝道(轉(zhuǎn)向約270°)和一個(gè)半直連式匝道來實(shí)現(xiàn)車輛左轉(zhuǎn)的全互通式立體交叉(見圖1),是三路交叉中的互通式立交的代表形式。本文對單喇叭立交做簡要介紹,并對設(shè)計(jì)過程中碰到的一些概念和問題談幾點(diǎn)體會(huì)。

1.1 單喇叭互通式立交的特點(diǎn)

單喇叭形立交具有以下特點(diǎn):1)除內(nèi)環(huán)匝道外,其他匝道都能為轉(zhuǎn)彎車輛提供較高速度半定向運(yùn)行;2)立交內(nèi)車輛行駛完全互通,行車干擾小;3)線形簡單,造型美觀;4)跨線構(gòu)造物只需1座,相對來說構(gòu)造物較少;5)造價(jià)較省;6)收費(fèi)站只設(shè)置1處,適合收費(fèi)公路。

1.2 單喇叭互通立交形式的選擇

按立交的左轉(zhuǎn)彎出口在跨線橋之前和之后分為A形和B形兩種形式(見圖1);按照交叉匝道與主線的關(guān)系又可分為上跨主線和下穿主線兩種形式。這幾種形式的比較關(guān)系分別見表1,表2。

由表1,表2可見,單喇叭立交形式應(yīng)優(yōu)先考慮 A形喇叭,并選擇主線上跨。當(dāng)然交通量分布、地形地物條件、控制工程規(guī)模和造價(jià)也是選擇立交形式時(shí)需要考慮的重要因素。

表1 A,B形單喇叭立交形式比較

表2 上跨、下穿單喇叭立交形式比較

2 單喇叭互通立交設(shè)計(jì)的體會(huì)

2.1 匝道平面設(shè)計(jì)

2.1.1 環(huán)形匝道設(shè)計(jì)

環(huán)形匝道半徑取值與地形、匝道的設(shè)計(jì)速度及該匝道的交通流量都有密切關(guān)系。一般的經(jīng)驗(yàn)做法是:在非積雪冰凍地區(qū),交通量不超過3000 peu/d(小客車)時(shí)取極限值或稍大于極限值的半徑;交通量在3000 pcu/d～6000 pcu/d(小客車)時(shí)取一般值或更大一些的半徑。如果環(huán)形匝道為雙車道匝道,還要注意內(nèi)側(cè)行車道中心線的實(shí)際半徑不能小于極限值。

2.1.2 匝道加寬設(shè)計(jì)

JTG D20-2006公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范(以下簡稱《規(guī)范》)規(guī)定:單向單車道匝道圓曲線半徑小于72 m及雙車道匝道圓曲線半徑小于47 m時(shí),應(yīng)對各行車道按曲線半徑所對應(yīng)的加寬值分別進(jìn)行加寬(設(shè)計(jì)中經(jīng)常忽略雙車道匝道外側(cè)車道的加寬)。加寬緩和段長度應(yīng)與緩和曲線全長或超高緩和段全長相同。

為使加寬段起終點(diǎn)及超高段起終點(diǎn)達(dá)到線形流暢、路面無曲折,超高加寬過渡方式應(yīng)該采用高次拋物線形式,如可采用三次拋物線形式即BX=(4K3-3K4)B(其中,B為圓曲線部分路面加寬值),但這種過渡方式對于設(shè)計(jì)來說較為繁雜,對于施工、監(jiān)理的計(jì)算和復(fù)核工作來說也十分不便,故目前對于超高加寬過渡段一般采用線形過渡的形式即BX=KB。

2.1.3 變速車道設(shè)計(jì)

1)減速車道的設(shè)計(jì)方法主要有兩種:a.從主線外側(cè)車道中心開始,匝道設(shè)計(jì)線以一定的偏移值和流出角采用直線、緩和曲線或大半徑圓曲線流出;b.直接從減速車道起點(diǎn)(1個(gè)車道寬的位置)開始,匝道設(shè)計(jì)線以一定的偏移值和流出角流出。

2)《規(guī)范》中規(guī)定的減速車道長度應(yīng)視為最小值,設(shè)計(jì)可根據(jù)主線設(shè)計(jì)速度、匝道線形指標(biāo)、重車比例以及構(gòu)造物設(shè)置情況等因素適當(dāng)增長,位于主線下坡路段的減速車道長度須按照《規(guī)范》中規(guī)定的修正系數(shù)予以修正(加速車道同樣存在這個(gè)問題)。

3)《規(guī)范》中規(guī)定的出口漸變率應(yīng)視為最大值,設(shè)計(jì)中常見問題是主線彎道內(nèi)側(cè)出口漸變率過小,而外側(cè)出口漸變率過大。

4)減速車道設(shè)計(jì)中應(yīng)避免將分流點(diǎn)曲率半徑和匝道圓曲線半徑混淆,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予足夠重視。

5)在實(shí)際運(yùn)營過程中減速車道經(jīng)常不能保證車輛行駛至鼻端時(shí)能夠減至理論設(shè)計(jì)的匝道設(shè)計(jì)速度,因此在適當(dāng)位置(如距鼻端20 m～90 m)設(shè)置凸起形振蕩標(biāo)線,并使標(biāo)線設(shè)置距離逐漸減小,使駕駛員感覺行車速度逐漸加快而下意識減速,對行車安全更為有利,也可有效降低事故發(fā)生率。

2.2 匝道縱斷面設(shè)計(jì)

2.2.1 匝道起、終點(diǎn)標(biāo)高計(jì)算

要進(jìn)行拉坡的匝道范圍是匝道與主線之間或匝道之間的分(合)流鼻端之間的部分。該段起、終點(diǎn)標(biāo)高一般是根據(jù)分(合)流點(diǎn)所對應(yīng)主線或相鄰匝道標(biāo)高、橫坡、匝道的斷面及本匝道斷面及橫坡計(jì)算得到。

2.2.2 匝道起、終點(diǎn)縱坡值計(jì)算

匝道起終點(diǎn)處的縱坡受主線縱坡與橫坡的影響,根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)筆者使用矢量相加法進(jìn)行計(jì)算。具體計(jì)算如下:

主線的臨界縱坡、橫坡及匝道的臨界縱坡三者之間的關(guān)系如圖2所示,以主線的臨界縱坡矢量和橫坡矢量構(gòu)成一個(gè)平面,θ為分流點(diǎn)相對于主線的轉(zhuǎn)角。

匝道臨界縱坡的計(jì)算如圖3所示,假定主線的縱坡為 iz、橫坡為 ih(坡度上升為正,下降為負(fù)),匝道與主線的交角為 θ,可得匝道的臨界縱坡計(jì)算公式如下:i=il×cosθ+ih×sinθ。

其中,分流點(diǎn)不在豎曲線上時(shí),il=iz;分流點(diǎn)在豎曲線上時(shí),il=iz+(X/R),R為主線豎曲線半徑(凹形為正,凸形為負(fù));X為豎曲線切點(diǎn)至分流點(diǎn)的距離,X＜2T。

2.2.3 匝道與被交路的接坡設(shè)計(jì)

被交路與匝道一般以平交形式相接,平交處應(yīng)注意匝道接點(diǎn)處縱坡應(yīng)盡量服從被交路路拱橫坡,并將豎曲線置于被交路橫坡范圍之外,注意坡度代數(shù)差不宜大于4%,這樣對被交路的改造設(shè)計(jì)、平面交叉口高程設(shè)計(jì)及行車安全都有利。

2.3 立交匝道坡面設(shè)計(jì)

1)完善排水系統(tǒng)。立交的修建改變了立交區(qū)原有地形地貌及排水系統(tǒng),這就可以利用坡面修飾,結(jié)合匝道(主線)設(shè)置的構(gòu)造物改變流水方向使得立交區(qū)排水順暢。

2)合理利用土石方。山嶺區(qū)修建高速公路要做到土石方平衡和合理利用較為困難,可借助立交區(qū)坡面修飾來進(jìn)一步完善。根據(jù)立交所在標(biāo)段土方利用情況,結(jié)合排水設(shè)計(jì),確定坡面修飾的高程和坡率大小,以盡量消化廢方或減少填方,使土方利用更合理。

3)減小立交突兀感。進(jìn)行坡面修飾時(shí),應(yīng)結(jié)合互通區(qū)地形地貌采用坡度漸變的曲線坡面,其坡度可根據(jù)路基高低分別采用1∶2～1∶6逐漸變化的柔和坡面設(shè)計(jì),路肩與邊坡及邊坡與邊坡交接處采用圓形坡面順接,盡量使進(jìn)行坡面修飾“再造”的地形地貌與周圍自然環(huán)境一致,減小人工修建的立交與自然環(huán)境的差異性(突兀感),使互通立交與自然環(huán)境協(xié)調(diào)融合。

3 結(jié)語

單喇叭形互通式立交具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、便于管理等優(yōu)點(diǎn),且具有成熟的設(shè)計(jì)、施工及使用經(jīng)驗(yàn),在今后較長時(shí)期的高速公路建設(shè)中還會(huì)大量采用。要設(shè)計(jì)出指標(biāo)均衡、線形流暢、工程量小、投資省的互通式立交還要靠設(shè)計(jì)人員綜合考慮各種因素,不斷的探索、創(chuàng)新,融入新的設(shè)計(jì)理念。

[1] JTG D20-2006,公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 高速公路叢書編委會(huì).高速公路立交工程[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3] 郭騰峰.道路三維集成 CAD技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2007.

[4] 李 銳.城市互通式立交的設(shè)計(jì)要點(diǎn)淺析[J].山西建筑,2009,35(3):257-258.