單喇叭形互通式立交概述及對設計的幾點體會

屠 彬 張明浩

1 概述

單喇叭形互通式立交是以一個內環匝道(轉向約270°)和一個半直連式匝道來實現車輛左轉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,并對設計過程中碰到的一些概念和問題談幾點體會。

1.1 單喇叭互通式立交的特點

單喇叭形立交具有以下特點:1)除內環匝道外,其他匝道都能為轉彎車輛提供較高速度半定向運行;2)立交內車輛行駛完全互通,行車干擾小;3)線形簡單,造型美觀;4)跨線構造物只需1座,相對來說構造物較少;5)造價較省;6)收費站只設置1處,適合收費公路。

1.2 單喇叭互通立交形式的選擇

按立交的左轉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系分別見表1,表2。

由表1,表2可見,單喇叭立交形式應優先考慮 A形喇叭,并選擇主線上跨。當然交通量分布、地形地物條件、控制工程規模和造價也是選擇立交形式時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 單喇叭互通立交設計的體會

2.1 匝道平面設計

2.1.1 環形匝道設計

環形匝道半徑取值與地形、匝道的設計速度及該匝道的交通流量都有密切關系。一般的經驗做法是:在非積雪冰凍地區,交通量不超過3000 peu/d(小客車)時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)時取一般值或更大一些的半徑。如果環形匝道為雙車道匝道,還要注意內側行車道中心線的實際半徑不能小于極限值。

2.1.2 匝道加寬設計

JTG D20-2006公路路線設計規范(以下簡稱《規范》)規定: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,應對各行車道按曲線半徑所對應的加寬值分別進行加寬(設計中經常忽略雙車道匝道外側車道的加寬)。加寬緩和段長度應與緩和曲線全長或超高緩和段全長相同。

為使加寬段起終點及超高段起終點達到線形流暢、路面無曲折,超高加寬過渡方式應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計來說較為繁雜,對于施工、監理的計算和復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 變速車道設計

1)減速車道的設計方法主要有兩種:a.從主線外側車道中心開始,匝道設計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(1個車道寬的位置)開始,匝道設計線以一定的偏移值和流出角流出。

2)《規范》中規定的減速車道長度應視為最小值,設計可根據主線設計速度、匝道線形指標、重車比例以及構造物設置情況等因素適當增長,位于主線下坡路段的減速車道長度須按照《規范》中規定的修正系數予以修正(加速車道同樣存在這個問題)。

3)《規范》中規定的出口漸變率應視為最大值,設計中常見問題是主線彎道內側出口漸變率過小,而外側出口漸變率過大。

4)減速車道設計中應避免將分流點曲率半徑和匝道圓曲線半徑混淆,設計時應予足夠重視。

5)在實際運營過程中減速車道經常不能保證車輛行駛至鼻端時能夠減至理論設計的匝道設計速度,因此在適當位置(如距鼻端20 m～90 m)設置凸起形振蕩標線,并使標線設置距離逐漸減小,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生率。

2.2 匝道縱斷面設計

2.2.1 匝道起、終點標高計算

要進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、終點標高一般是根據分(合)流點所對應主線或相鄰匝道標高、橫坡、匝道的斷面及本匝道斷面及橫坡計算得到。

2.2.2 匝道起、終點縱坡值計算

匝道起終點處的縱坡受主線縱坡與橫坡的影響,根據工作經驗筆者使用矢量相加法進行計算。具體計算如下:

主線的臨界縱坡、橫坡及匝道的臨界縱坡三者之間的關系如圖2所示,以主線的臨界縱坡矢量和橫坡矢量構成一個平面,θ為分流點相對于主線的轉角。

匝道臨界縱坡的計算如圖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),匝道與主線的交角為 θ,可得匝道的臨界縱坡計算公式如下:i=il×cosθ+ih×sinθ。

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

2.2.3 匝道與被交路的接坡設計

被交路與匝道一般以平交形式相接,平交處應注意匝道接點處縱坡應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,注意坡度代數差不宜大于4%,這樣對被交路的改造設計、平面交叉口高程設計及行車安全都有利。

2.3 立交匝道坡面設計

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

2)合理利用土石方。山嶺區修建高速公路要做到土石方平衡和合理利用較為困難,可借助立交區坡面修飾來進一步完善。根據立交所在標段土方利用情況,結合排水設計,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。進行坡面修飾時,應結合互通區地形地貌采用坡度漸變的曲線坡面,其坡度可根據路基高低分別采用1∶2～1∶6逐漸變化的柔和坡面設計,路肩與邊坡及邊坡與邊坡交接處采用圓形坡面順接,盡量使進行坡面修飾“再造”的地形地貌與周圍自然環境一致,減小人工修建的立交與自然環境的差異性(突兀感),使互通立交與自然環境協調融合。

3 結語

單喇叭形互通式立交具有結構簡單、造價低、便于管理等優點,且具有成熟的設計、施工及使用經驗,在今后較長時期的高速公路建設中還會大量采用。要設計出指標均衡、線形流暢、工程量小、投資省的互通式立交還要靠設計人員綜合考慮各種因素,不斷的探索、創新,融入新的設計理念。

[1] JTG D20-2006,公路路線設計規范[S].

[2] 高速公路叢書編委會.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[M].北京:人民交通出版社,2007.

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