城市互通立交連接部豎向設(shè)計要點探討

劉美麗，胡慶峰

（沈陽市市政工程設(shè)計研究院有限公司，遼寧沈陽 110000）

0 引言

公路立交連接部以高填路基為主，豎向標(biāo)高精度要求不嚴(yán)格，誤差調(diào)整相對容易。城市立交通常因用地限制，立交層數(shù)多，跨線構(gòu)筑物也多，連接部多為構(gòu)筑物，連接部結(jié)構(gòu)通常會采用鋼梁或組合梁形式，后期還要兼顧橋面鋪裝。如果連接部預(yù)制構(gòu)件精度不足，后期施工極易出現(xiàn)標(biāo)高問題，甚至造成工程事故。除此之外，施工隊伍技術(shù)水平參差不齊，只有做到精細(xì)化設(shè)計，才能保證施工單位按照設(shè)計意圖施工，避免不必要的麻煩。

1 城市立交連接部的特點

鑒于城市立交連接部的特殊性、復(fù)雜性，為保證運行期行車安全，需對城市立交連接部豎向設(shè)計方法進(jìn)行研究，以形成系統(tǒng)方法指導(dǎo)設(shè)計。

1.1 對安全性要求高

互通式立交幾何設(shè)計[1]主要包括平縱橫、立交匝道起點、終點和連接部設(shè)計等。因立交匝道起終點直接與立交主線相接，汽車運行過程中不僅要進(jìn)行加減速，還要進(jìn)行分流、合流等復(fù)雜的駕駛操作，是比較容易發(fā)生交通事故的位置，所以，立交幾何設(shè)計時一定要最大程度的保證行駛車輛的安全流入及流出。

1.2 復(fù)雜性

互通式立交路面豎向設(shè)計包括連接部豎向設(shè)計和路段豎向設(shè)計。在進(jìn)行立交連接部設(shè)計時，立交主線基本已設(shè)計完成，立交匝道平縱橫設(shè)計也已完成。而立交連接部設(shè)計需綜合考慮平、縱、橫的配合及超高、加寬、超高加寬緩和段等因素的變化，并兼顧立交主線與立交匝道的協(xié)調(diào)以及該區(qū)域的行車、排水等因素的影響。

1.3 特殊性

相比公路立交，城市立交有其特殊性，城市立交層數(shù)高，大部分為構(gòu)造物，且連接部為異形平面布置，結(jié)構(gòu)設(shè)計需采用鋼梁或組合梁形式，因預(yù)制件制作精度高，致使橋面鋪裝厚度可調(diào)整的富余量十分有限。

2 研究問題

本文以HPCAD 道路設(shè)計軟件為依托，通過對現(xiàn)行公路立交連接部豎向設(shè)計方法進(jìn)行分析，指出其存在的適用性問題，進(jìn)而提出有針對新的城市立交連接部設(shè)計方法。根據(jù)城市立交連接部類型的差異，給出相應(yīng)的設(shè)計方法，并提供具體的操作步驟。通過本次研究，以期解決城市立交連接部施工精度問題，為行車安全提供有利保障。

3 豎向設(shè)計概述及表示方法

3.1 豎向設(shè)計概述

依據(jù)工程項目的功能要求，結(jié)合建設(shè)場地的地形特點、平面功能布局與施工條件、因地制宜，對場地地面及建筑物、構(gòu)筑物等的高程做出的合理設(shè)計與安排，稱為豎向設(shè)計[2]。主要包括場地豎向設(shè)計（建筑地塊、工業(yè)地塊、廣場、停車場、綠化景觀微地形等）、路網(wǎng)豎向設(shè)計、道路交叉口豎向設(shè)計、道路豎向設(shè)計（路段豎向設(shè)計、立交連接部豎向設(shè)計）。

3.2 豎向設(shè)計表示方法

豎向設(shè)計的表示方法主要有設(shè)計標(biāo)高法、設(shè)計等高線法和局部剖面法。

（1）設(shè)計標(biāo)高法。亦稱標(biāo)高箭頭法，用豎向設(shè)計高程點和標(biāo)高箭頭來表示出建筑物、構(gòu)筑物的室內(nèi)外場地地坪標(biāo)高，表示場地控制點的高程、場地坡向及場地排水流向，以及道路中線、道路外側(cè)明溝的控制點和坡向并標(biāo)注變坡點間的平面距離。

（2）設(shè)計等高線法。用豎向等高線表示設(shè)計建筑場地、道路、道路綠帶、綠地、城市廣場、停車場等地形設(shè)計。該方法將場地設(shè)計成三維曲面，設(shè)計精度非常高，可以清晰表達(dá)任何設(shè)計地塊豎向情況。

（3）局部剖面法?？沙浞址从持攸c地段的地形基本情況，如地形的豎向高程、坡度坡向、建筑材料的結(jié)構(gòu)、各種相對尺寸等，該方法可以表達(dá)場地總體布局時階梯分布情況、場地設(shè)計高程及場地護(hù)坡構(gòu)筑物設(shè)置情況?？蓪⑵淅斫鉃樵O(shè)計等高線法的一個分部。

4 城市立交連接部豎向設(shè)計

4.1 道路豎向設(shè)計

道路豎向設(shè)計包括連接部豎向設(shè)計和路段豎向設(shè)計。

4.2 連接部豎向設(shè)計重難點

連接部包括主線與匝道連接部、匝道與匝道連接部。在進(jìn)行立交連接部設(shè)計時，立交主線基本已設(shè)計完成，立交匝道平縱橫設(shè)計也已完成。而立交連接部設(shè)計需綜合考慮平、縱、橫的配合及超高、加寬、超高加寬緩和段等因素的變化，并兼顧立交主線與立交匝道的協(xié)調(diào)以及該區(qū)域的行車、排水等因素的影響。路段豎向設(shè)計僅需要主線或者匝道自身平、縱、橫的配合及超高、加寬、緩和段等因素即可。因此，本次重點研究立交連接部豎向設(shè)計。

4.3 連接部豎向設(shè)計方法

目前，互通立交連接部豎向設(shè)計方法[3]主要有整體綜合法、輔助線法和等高線法。

4.3.1 整體綜合法

設(shè)計過程中將立交連接部及與其相接的路面看成一個整體，然后進(jìn)行一體化的設(shè)計，因為整個設(shè)計范圍處于一個平面，所以該方法設(shè)計的立交連接部行車平穩(wěn)。缺點是整體綜合法僅適用于立交匝道與立交主線相同橫坡的加減速車道。由于采用的“一塊板”設(shè)計僅針對立交連接部這一小部分，未考慮橫坡坡向過渡，鼻端前后段路面可能出現(xiàn)銜接不順暢。整體綜合法如圖1所示。

4.3.2 輔助線法

（1）主線與匝道。連接變速車道漸變段起點F1 和變速車道終點F2（F2 為過鼻端圓心點B 做主線的垂線與主線車道邊線的交點），這條線即為輔助線。輔助線將匝道連接部劃分為兩部分，即主線控制區(qū)和匝道控制區(qū)。橫向網(wǎng)格線嚴(yán)格垂直于各自區(qū)域內(nèi)的主線中線或匝道中線，匝道縱斷高程按照橫向網(wǎng)格線路徑由主線縱斷高程計算而來。該輔助線法適用于主線和匝道的連接部豎向設(shè)計[4]。主線與匝道輔助線法如圖2 所示。

圖2 主線與匝道輔助線法

（2）匝道與匝道（主線與主線）。連接變速車道終點F1 和兩條匝道鼻端圓心F2，使其線位盡量居中于兩條匝道中心線，這條線即為輔助線。輔助線將匝道連接部劃分為兩個部分，即主要匝道控制區(qū)和次要匝道控制區(qū)。橫向網(wǎng)格線嚴(yán)格垂直于各自區(qū)域內(nèi)的主要匝道中線或次要匝道中線，次要匝道縱斷高程按照橫向網(wǎng)格線路徑由主要匝道縱斷高程計算而來。該輔助線法適用于匝道和匝道（或主線與主線）的連接部豎向設(shè)計。該類型輔助線對于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計很重要，擬合過程應(yīng)合理合規(guī)，確保后期放樣。匝道與匝道（主線與主線）輔助線法如圖3 所示。

圖3 匝道與匝道（主線與主線）輔助線法

（3）輔助線法優(yōu)缺點如下。①優(yōu)點：a.相對于整體法而言，輔助線法設(shè)計思路清晰，實現(xiàn)分區(qū)設(shè)計，化繁為簡。b.可操作性強，適用范圍較廣。能很好的處理主要道路與次要道路不同橫坡的連接部豎向設(shè)計。c.符合連接部豎向設(shè)計理念，更好的服務(wù)連接部結(jié)構(gòu)設(shè)計，體現(xiàn)了精細(xì)化設(shè)計理念，便于指導(dǎo)現(xiàn)場施工。②缺點：a.由于人為增加輔助線，因此建成后會在連接部三角區(qū)內(nèi)形成所謂“脊線”。當(dāng)主要道路與次要道路橫坡差異較大時，對行車有一定影響。b.橫坡計算存在一定后處理工作量（可借助HPCAD 軟件中場地豎向模塊或路網(wǎng)豎向模塊）。

4.3.3 等高線法

豎向等高線法與道路平面交叉口的設(shè)計原理基本相同，首先確定工程設(shè)計范圍，然后按一定的規(guī)則對設(shè)計范圍進(jìn)行網(wǎng)格劃分，再結(jié)合已知連接部邊線及連接部中線的平縱橫數(shù)據(jù)，求出各網(wǎng)格的頂點標(biāo)高，并由這些頂點標(biāo)高內(nèi)插求出邊界上一定數(shù)量標(biāo)高點的坐標(biāo)，將這些標(biāo)高點整合成豎向等高線，最終確定整個連接部內(nèi)各點的坐標(biāo)、標(biāo)高等數(shù)據(jù)。等高線法精度相對較高，可用于對排水要求較高的路段。但手動計算工作量大，可操作性差。

4.4 匝道連接部橫坡類型

根據(jù)匝道橫坡不同，匝道連接部大體可分為單坡面和雙坡面兩種。為保證連接部行車舒適性和安全性，在進(jìn)行豎向設(shè)計前必須處理好匝道與主線間的坡面過渡[5]。單面坡匝道如圖4 所示，雙面坡匝道如圖5 所示。

圖4 單面坡匝道

圖5 雙面坡匝道

4.5 運用HPCAD 進(jìn)行豎向設(shè)計及成果校核

（1）HPCAD 道路豎向設(shè)計（輔助線法）主要步驟如下。①主要道路中線高程。②連接部邊線、橫坡、超高、加寬、緩和段定義。③繪制橫向網(wǎng)格線。④計算次要道路中線高程。⑤繪制縱向網(wǎng)格線。⑥生成角點標(biāo)高、標(biāo)注相關(guān)要素。⑦標(biāo)注數(shù)據(jù)校核。

（2）HPCAD 的數(shù)字地模模塊進(jìn)行校核。根據(jù)曲面顏色判斷坡面過渡是否合理。

（3）HPCAD 的應(yīng)用模塊包括道路豎向、場地豎向、數(shù)字地模。

5 結(jié)語

城市立交連接部是個比較復(fù)雜的位置，為了更好地還原設(shè)計意圖，保證施工準(zhǔn)確性，有必要提供具體量化的連接部豎向設(shè)計圖。推薦采用輔助線法，該方法設(shè)計過程嚴(yán)謹(jǐn)，成果便于審核復(fù)核。

城市立交連接部只有做到精細(xì)化設(shè)計，才能有效指導(dǎo)現(xiàn)場施工，保證運營階段的行車安全。