公路互通式立交設計常見問題與對策

高玉清，張榮，李粉瓊

（1.云南天道公路勘察設計有限公司，云南 昆明 650228；2.云南省交通發(fā)展投資有限責任公司，云南 昆明 650228；3.云南杰倫建筑工程有限公司，云南 昆明 650228）

0 引言

互通式立交在公路路線中的占比越來越高，要想使其發(fā)揮預期的交通轉換作用，需要做好相關設計工作?；ネㄊ搅⒔辉O計因受不同因素的影響，容易導致一些問題，如果得不到足夠重視和解決，勢必影響之后的施工與使用，甚至引發(fā)安全問題。因此，有必要在明確互通式立交設計問題的基礎上，探究行之有效的解決對策。

1 主線與被交路線技術指標

從交通通行的安全性與方向易辨別性兩方面考慮，主線各項平縱面指標都要比正常路段高，特別是分流處與合流處，要在保證視距的基礎上，減緩縱坡，防止產(chǎn)生大橫坡。通常，在設計過程中工作人員雖然關注匝道設計問題，但對主線與被交路線各項技術指標能否達到規(guī)范要求考慮不足，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）主線半徑與縱坡中一些指標小于極限值或一般值，而相關規(guī)范要求不能小于一般值，只有在特殊情況下才能使用極限值；

（2）被交路的某些平縱面指標相對較低，若指標大于極限值，但小于一般值，通常可不作修改；若指標小于極限值，則應采用書面形式上報至業(yè)主，由業(yè)主組織對指標不符合要求的部分進行改造。

互通式立交用地指標如表1所示[1]。

表1 互通式立交用地指標

表1（續(xù)）

2 環(huán)形匝道

環(huán)形匝道是指無需建橋的左轉彎匝道，成本較低，通常用于喇叭形互通立交、苜蓿葉形互通立交和變形苜蓿葉形互通立交。以上互通立交的很多最小指標都產(chǎn)生于環(huán)形匝道，可見環(huán)形匝道設計至關重要，必須引起相關設計人員的高度重視。

（1）環(huán)形匝道要與交通量相適應

因受圓曲線半徑和設計速度等因素的影響，環(huán)形匝道通行能力難免受到一定程度的限制，而交通量達到何種水平時不設置環(huán)形匝道現(xiàn)階段還沒有形成權威論證，常用做法為當交通量小于6 000pcu/d 時，方可設置環(huán)形匝道；若交通量超過6 000pcu/d，則要設置半定向匝道[2]。

（2）確定適宜的設計速度

在整個互通式立交中，以環(huán)形匝道設計速度最低，而設計速度是決定各項平縱面指標的關鍵參數(shù)。無論樞紐立交還是一般立交，相關規(guī)范要求環(huán)形匝道實際設計速度應控制在40km/h 以內(nèi)，具體結合主線設計速度確定。在實際設計工作中，某些樞紐立交中環(huán)形匝道設計速度可達50km/h，這主要和立交分級有關。

（3）圓曲線半徑設計

環(huán)形匝道圓曲線半徑要以匝道設計速度為依據(jù)，結合交通量及其變化和地形條件來確定，為保證行車安全，應采用較大的半徑，但這樣會使占地面積明顯增加，且車輛需要長距離繞行。過去常用的做法為：當交通量在3 000pcu/d 以內(nèi)時，采用極限半徑或比極限半徑略大；當交通量在3000～6000pcu/d 范圍內(nèi)時，采用一般半徑或比一般半徑略大。需要注意，在冰凍積雪地區(qū)避免使用極限半徑[3]。

（4）匝道加寬

按照相關規(guī)范的要求，當單向單車道匝道半徑在72m 以內(nèi)、單向或對向雙車道匝道半徑在47m 以內(nèi)時，需對匝道的行車道予以適當加寬處理。加寬主要針對環(huán)形匝道進行，對于加寬緩和段，其長度要和緩和曲線全長完全一致。但在實際設計過程中可能產(chǎn)生以下問題：①沒有加寬；②只對內(nèi)側行車道加寬，未加寬外側；③行車道沒有加寬；④按照雙車道路面標準實施加寬。此外相關規(guī)范還提出，對于二級公路、三級公路與四級公路，其加寬緩和段要按照線性標準進行過渡，而對于高速公路和一級公路，其加寬緩和段則要按照高次拋物線進行過渡，也可插入緩和曲線，但這兩種加寬方法都存在一個缺點，即在加寬段起終點均有折點存在，不利于路容美觀性。在20 世紀80 年代末期，我國內(nèi)地引入常用于香港地區(qū)的加寬方法，即按照三次拋物線進行過渡，該方法能從根本上解決上述兩種方法的缺點，且加寬后線形保持流暢，值得大范圍推廣應用[4]。

（5）匝道超高

匝道超高需要和行車速度良好適應，通常最大超高產(chǎn)生于環(huán)形匝道，如果超高過大，除了會給司乘人員帶來不安全感，還會給路容造成很大影響。目前，我國南方地區(qū)環(huán)形匝道的超高按不超過8%控制，合成坡度則要控制在10.5%以內(nèi)；北方地區(qū)環(huán)形匝道，考慮到可能發(fā)生積雪冰凍，所以其超高按不超過6%控制，合成坡度控制在8%以內(nèi)。另外，環(huán)形匝道上的土路肩還應設置3%或4%的橫坡，當采用6%的超高時，需在超高段外側設置-3%的橫坡；當采用7%的超高時，需在超高段外側設置-2%的橫坡；當采用8%的超高時，則需在超高段外側設置-1%的橫坡。以上橫坡均為土路肩橫坡，而對于匝道硬路肩，其橫坡值可以和行車道完全相同[5]。

由于受到分流點與合流點的限制，環(huán)形匝道超高一般設置在緩和曲線中，現(xiàn)行規(guī)范沒有對環(huán)形匝道超高提出明確規(guī)定，在設計過程中采用和加寬相同的方法。但要注意，采用線形過渡方法時，易出現(xiàn)以下兩方面問題：①超高起終點處的路面平整度較差；②若采用反向超高過渡方法，則會使滯水段長度變大。采用三次拋物線的方法能有效克服以上問題，所以在實際的設計工作中得以廣泛應用。

3 減速車道與分流點

減速車道設計方法有兩種：①常用方法以主線外側車道為起始點，按照一定出口角以直線或緩和曲線形式偏出，該設計方法的行車軌跡相對順直，與駕駛員自身駕車習慣相符；②將減速車道作為起始段，按照一定出口角以直線或緩和曲線形式偏出。以上常用設計方法存在很多缺點，如漸變段長度長于減速車道，主線上準備轉彎的車輛，其偏離位置不夠明顯；定線過程中無法確定減速車道的具體起點；當主線屬于曲線時，無法對出口漸變率予以有效控制。方法二能從本質上解決常用設計方法存在的問題，可對漸變段的長度實現(xiàn)自由控制，和主線路基之間產(chǎn)生明顯折點，擁有明顯的出口位置；在定線過程中可確定減速車道起點的具體位置；能對出口漸變率予以直接控制，有效防止過大或過小。實際上，對減速車道起點進行反向延長，使其和主線以外車道實現(xiàn)相交，即為以上常用設計方法?；诖耍椒ǘ嶋H上是對常用設計方法的演變。為了能使車輛平緩且順適地從減速車道過渡至匝道，常用做法為在進入匝道前設置復合線，由兩段緩和曲線通過徑相連接而成，連接部位曲率半徑完全一致，該曲線一般被稱作剎車曲線。目前該曲線的應用并不常見，原因為計算過于復雜。除此之外還可采用另一方法，即采用大半徑圓曲線取代其中一段緩和曲線，以此形成卵狀曲線，該方法的應用目前較為普遍，特別是在主線彎道內(nèi)側[6]。

減速車道與分流點周圍的一系列指標均有一定要求，若要滿足所有指標的要求有很大難度。這些指標主要包括：

（1）減速車道長度：設計中應將相關規(guī)范提出的長度作為最小值，有些設計將其視作標準值而直接采用，導致長度不足。

（2）漸變段長度：采用以上兩種方法確定的漸變段長度一般不會存在太大問題。

（3）出口漸變率：設計中應將規(guī)范提出的漸變率作為最大值，但在實際設計工作中普遍將內(nèi)側漸變率確定的過小，而將外側漸變率確定的過大。

（4）分流點處的曲率半徑和緩和曲線相關參數(shù)：首先，在設計工作中很多人認為曲率半徑和圓曲線半徑是同一個參數(shù)，比如當主線采用100km/h 的設計速度時，其分流點處的最小曲率半徑確定為200m，則認為必須截一段200m 直徑的圓曲線；其次，緩和曲線各項技術參數(shù)不滿足相關規(guī)范的要求，同時分流點處的曲率半徑達不到要求；再次，雖然曲率半徑與緩和曲線參數(shù)可以達到規(guī)范要求，但在分流點以后，其緩和曲線的長度不足，導致無法適應超高過渡方面的要求[7]。

（5）分流點周圍豎曲線半徑與長度：雖然豎曲線的半徑可以達到相關規(guī)范提出的要求，但其長度經(jīng)常小于一般值，也有小于極限值的實際情況。需要注意，加速車道亦可為剎車曲線；因合流點周圍車速往往很高，所以其各項平縱面指標都要達到分流點周圍各項指標，包括豎曲線長度及曲率半徑，但在實際設計工作中并未引起足夠重視，造成不良影響。

4 縱斷面設計

在互通式立交的縱斷面設計過程中，需注意以下幾個方面。

（1）起終點處的標高與縱坡

對于起終點處的標高，需要在縱斷面設計過程中進行計算。通常分流點或合流點的主線標高，先按照主線路面橫坡推算到分流點或合流點，然后按照匝道起終點部位的路面橫坡推算到匝道起終點處的控制標高。對于匝道起終點處的縱坡，當前還沒有形成統(tǒng)一計算模式，常用計算方法主要包括以下兩種：①直接沿用主線縱坡，該方法十分簡單且便于復核，但容易產(chǎn)生誤差，通常在初步設計中使用；②在匝道上與分流點或合流點相距5m 的位置選取一點，然后從主線對該點和分流點或合流點之間的設計高差進行推算，之后再除以點間距，得出縱坡，由此得出的結果為瞬間縱坡，不會產(chǎn)生太大誤差，通常在施工圖設計中使用[8]。

（2）匝道平縱面線形設計

對于匝道處的平縱面線形組合設計，理論上要盡量采用公路的做法，比如平曲線要將豎曲線完全包住、變坡點不能和反向平曲線上的拐點重合、直線段中不可插入長度較小的豎曲線，尤其對于設計速度相對較大的匝道而言，其縱斷面設計過程中必須做到以上幾點。因相關規(guī)范沒有對匝道設計強調以上幾點，所以實際設計往往較為自由，甚至在與起終點相距較近的位置設置變坡點，導致填挖高度過大。如果出口處豎曲線和下坡匝道相接，則應通過延長豎曲線來增加視距，確保駕駛員可以提前看到平曲線方向，保證車輛安全通行。如果入口處上坡和豎曲線相接，則要使匝道的縱斷面和相鄰主線大體相同，確保駕駛員可以提前掌握主線交通狀況，保證安全匯入主線。此外需要注意，對于跨線橋而言，其匝道豎曲線應使用較大的半徑，用于提供足夠的行車視線。

（3）縱坡與最小直坡長度

對于匝道上的縱坡，應盡可能放緩，減少變坡次數(shù)，而最大縱坡則要有一定余地，并充分考慮縱向排水方面的要求，通常應達到0.5%以上，對于特殊情況，也不能小于0.3%?，F(xiàn)行規(guī)范并未對匝道的最小直坡長度提出明確要求，一般只要能放下豎曲線便可。根據(jù)以往的設計經(jīng)驗，可參考公路規(guī)范提出的做法，即根據(jù)匝道設計速度，將最小直坡長度確定為3s行程以上，當長度不足時，應通過增大豎曲線半徑對豎曲線進行連接。

5 結語

綜上所述，互通式立交作為公路線路中的主要控制性工程，具有很高的復雜性，對設計提出了極高要求，必須引起相關設計人員的高度重視。針對主線與被交路線技術指標、環(huán)形匝道、減速車道與分流點、縱斷面設計等關鍵問題，設計中應采取正確的對策加以解決，以保證互通式立交設計的合理性、可行性、經(jīng)濟性與安全性，為互通式立交建設和使用奠定良好的基礎，使互通式立交發(fā)揮應有的作用。