部分苜蓿葉形立交在海南高速公路中的應用探討

劉 俊，劉潤有，代茂華

（天津市市政工程設計研究院，天津市 300457）

0 前言

1925年德國修建了世界上最早的苜蓿葉形立交，1928年美國在新澤西州修建了第一座全苜蓿葉形立交，1935年瑞典在斯德哥爾摩修建了帶有3個小環(huán)道的部分苜蓿葉形立交，1935年德國設計了一種稱為部分苜蓿葉形的立體交叉型（見圖1）。該立交在匝道與主線的出入口處設有三角形的導流島，并在主線兩側設置寬3.5 m的長形路側分車帶，以減少進出車輛對主線的干擾。此后，加拿大于1937年，前蘇聯于1957年分別修建了苜蓿葉形立交。我國最初的道路立體交叉是隨著修建城市道路跨河橋而產生的。1956年湖北省武漢市修建江漢一橋時,利用橋頭邊孔供濱河路通過,建成我國第一座部分苜蓿葉形立交（見圖2）。1965年北京市修建京密引水渠時,在3條主干路與濱河路相交處,建成3座與上相同的部分苜蓿葉形立交。1973年北京市在北二環(huán)的復興門建成了我國第一座長條苜蓿葉形立交。可見,（部分）苜蓿葉形立交在立交發(fā)展史上占有非常重要的地位[1]。

圖1 德國早期的部分苜蓿葉形立交（單位：m）

圖2 我國第一座車行立交（單位：m）

目前，全球收費公路總長約為14萬km，其中約10萬km在中國，占70%。因此,在我國已建的高速公路上，設計人員主要從收費的角度來進行立交選型設計，互通式立交的型式以喇叭為主。如在滬寧248 km高速公路修建互通式立交15座，其中喇叭型立交有12座，在滬蓉109 km長的高速公路上的7座互通式立交均為喇叭型等[2]。喇叭型立交的一個顯著優(yōu)勢是只需集中設一座收費站，管理方便，所以特別適用于收費公路。然而試想一下:如果高速公路不再有收費要求，或者不再單線收費、路段收費而裁撤收費站進行聯網收費等，那么以往著眼于收費的設計思路是否應該有所調整，以喇叭型為主的高速公路立交型式是否有更佳的選擇。本文正是以“不收費”的海南高速公路立交為研究范圍，以部分苜蓿葉形立交為研究對象，對部分苜蓿葉形立交在海南高速中的應用展開深入地分析與總結。

1 海南高速公路特點

海南高速公路作為本次應用研究的載體，有著自身的特殊性。在全國眾多省份中，海南是全國唯一沒有公路收費站卡的省份。自1994年1月1日起，海南省將公路養(yǎng)路費、公路運輸管理費、過路費、過橋費“四費合一”，統一征收機動車燃油附加費，并取消了所有公路收費站。2008年，海南省再次進行機動車輛通行附加費改革，鞏固海南燃油附加費改革成果，確保全省道路暢通無阻。燃油附加費改革15年來，通過對“油”征費，體現了“多用油者多負擔”的原則，實現了“一腳油門踩到底”，海南也因此成為全國唯一高速公路“不收費”的省份。海南目前已建高速660 km，在建高速72 km，擬建高速498 km，合計1 230 km[2]。海南省規(guī)劃“田”字型高速公路網主要包括已建的東線高速公路、西線高速公路以及在建的中線高速公路（海口—屯昌—樂東）、橫線高速公路（萬寧—儋州—洋浦），以及由文昌至瓊海的高速公路，見圖3。

圖3 海南省高速公路網示意

海南省高速公路除了“不收費”，還呈現出如下特點[2]。

（1）沿線開口多

高速公路的建設對其走廊帶周邊產業(yè)園、物流園區(qū)，乃至涉及的村鎮(zhèn)的經濟促進作用是至關重要的。由于不收費，往往這種對經濟促進作用的考量會放大，高速沿線與省道、縣道的交叉處，在綜合考慮投資規(guī)模、交通需求、立交間距等因素條件下，留開口的傾向性增大，沿線開口較多。

（2）立交等級低

正因為沿線開口多，立交多為高速與一般公路或低等級道路相交，匝道交通量小，通常采用簡易立交或一般互通式立交，以服務型立交為主，投資規(guī)模小，節(jié)約建設成本。

綜上所述，海南高速公路立交選型須把握以下幾點：（1）不收費，無需考慮設置收費站；（2）立交服務于沿線經濟，便于城鎮(zhèn)、片區(qū)以及村落之間的溝通；（3）交通量小，各流向交通量很不平衡，主、次流向明確；（4）立交等級低，側重于節(jié)約占地，減少投資。

此外，由交通部專家精煉出以下6點高速公路立交選型布設原則值得借鑒與參考：（1）主交通一致的原則；（2）全有全無的原則（匝道布設成雙成對，交通流向不能有去無回）；（3）出入口布置的一致性原則；（4）交通安全性原則；（5）定向匝道適用原則；（6）控制用地的原則。

2 部分苜蓿葉形立交型式分析與設計要點

2.1 部分苜蓿葉形立交型式分析

在《公路工程名詞術語》（JTJ 002—1987)中,部分苜蓿葉形立體交叉的定義為:“只設部分環(huán)形匝道,呈不完全苜蓿葉形的互通式立體交叉。”事實上,我們見到的部分苜蓿葉形立交并非完全設有環(huán)形匝道,而是采用非環(huán)形的左轉彎匝道。本文提及的部分苜蓿葉形,主要指限于2個象限的部分苜蓿葉形。

部分苜蓿葉形立交按匝道布置方式可分為3類，即主要公路的出口在跨線構造物之前的A型，見圖4（a），出口在跨線構造物后的B型，見圖4（b)，以及以主要公路為對稱軸布置匝道的A-B型，見圖4（c)。它們適用于出入交通量較小的一般互通式立體交叉。A、B兩種型式的選擇主要取決于轉彎交通的特點和用地條件。轉彎交通量不平衡時，應以平面交叉中的沖突最少作為匝道布設象限選擇的原則。A-B型只適用于被交路傍依鐵路或密集建筑群，或濱河的情況，武漢市江漢一橋立交、連霍國道鞏義東立交就是這種型式的典型實例。部分苜蓿葉形立交中，在不設環(huán)形匝道的象限內增加右轉彎匝道，見圖4（d），適用于不設收費站的一般互通式立體交叉[3]。

圖4 部分苜蓿葉形立交示意圖

以海南省環(huán)島西線高速公路為例，西線高速公路互通式立體交叉的型式，除T形交叉采用喇叭形外，十字形交叉優(yōu)先推薦采用菱形，其次為部分苜蓿葉形。全線設互通式立體交叉21處，其中菱形立交12處，部分苜蓿葉形立交6處，喇叭形立交3處。故此將部分苜蓿葉形與單喇叭、菱形作對比分析。

（1）相比喇叭形或菱形立交，在局部象限內地形地物受限的情況下，選擇部分苜蓿葉形最能有效地避開不利的地形地物（如鐵路、河流等），減少橋跨結構物，減少拆遷（尤其密集建筑群或村落集中在某一兩個象限內），從而大大降低施工難度和工程成本。

（2）單喇叭形立交一般交叉口總通行能力可達8 000～11 000 pcu/h，菱形與部分苜蓿葉形立交一般交叉口總通行能力為5 000～7 000 pcu/h。參考《新理念公路設計指南》（2005版）：當高峰小時流入交通量小于1 500 pcu/h時,菱形是較為實用的,在這種情況下,可以不設置信號,而且在無信號交叉系統中其延誤也是較低的；當設計流入交通量在1 500～2 500 pcu/h時,部分苜蓿葉形比菱形有更高的通行能力,且其延誤比菱形少,服務水平高[4]。

（3）當高速公路與二、三級公路呈十字交叉時，單喇叭形設置2座跨線橋、1處平交口，部分苜蓿葉形和菱形立交均需設置1座跨線橋、2處平交口。首先，部分苜蓿葉形相比單喇叭由于少1座跨線橋,且占地稍小,造價明顯要低。其次，分析三者平交口的交織和沖突現象：a.單喇叭形在布置上很靈活,但平交口中交織和沖突點較為集中,且不論布置在哪個象限,沖突情況是一樣的,總存在主流向交通流與被交路直行車輛發(fā)生沖突。雖然當被交路直行車輛較少時情況要好一些，但不利于被交路交通量的增長。b.部分苜蓿葉形能將交織和沖突分散到兩處平交口，特別是當主、次流向交通量相差較大時,通過將匝道布置在合適的象限,就能使其平交口的沖突比單喇叭大為減少,主流向交通流在兩處平交口都是右行的,因而與被交路直行車輛不發(fā)生沖突[3]。c.菱形同樣在被交路上形成兩個平交口，其所有的左轉都需通過兩平交口來實現，產生兩段交織和六個沖突點，交通易混亂，不利于行車安全。

（4）在高速公路改擴建越來越多的今天，相比喇叭形或菱形立交，部分苜蓿葉形可以作為全苜蓿葉形的近期方案，為遠期預留發(fā)展空間，減少工程浪費，符合“可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略。

綜上分析可知，相比單喇叭和菱形立交，部分苜蓿葉形立交有著自身的獨特優(yōu)勢。在海南高速公路立交選型中，部分苜蓿葉形立交在以下幾點條件下應優(yōu)先作為方案考慮：（1）高速主線與一般公路或低等級道路十字交叉時；（2）局部象限內地形地物受限（濱河、傍依鐵路或密集建筑群等）時；（3）若與菱形做方案比較，設計流入交通量在1 500～2 500 pcu/h，且主、次流向交通量相差較大時；（4）近遠期結合、分期實施，或者為遠期預留發(fā)展空間時。

2.2 部分苜蓿葉形立交設計要點

在確定立交型式后，由于部分苜蓿葉形立交屬于平交型立交，在被交道路上出現兩個平面交叉，存在沖突與交織，對行車安全、通行效率不利。所以其匝道端部平交口的設計與渠化應作為部分苜蓿葉形立交的設計重點。根據《公路路線設計規(guī)范》（JTG D20—2006），設計中應把握以下幾點[5，6]。

（1）平面交叉的交角宜為直角。斜交時，其銳角應不小于70°；受地形條件或其他特殊情況限制時，應不小于60°。

（2）平交交叉范圍內，匝道與被交線的平面線形宜為直線或大半徑圓曲線，不宜采用需設超高的圓曲線，且兩者的縱面宜平緩，縱面線形應滿足停車視距的要求。但是，通常被交路等級低，平、縱線形指標不能滿足要求，故經常需要被交線局部改線，具體改線可以參照斜交十字交叉中的扭正圖示（見圖5），以滿足立交整體的設計要求。進一步參考《公路路線設計細則》（JTG/T D20—200X），被交線在平交口范圍內的縱坡應不大于3.0%，當被交線無超高時匝道應以0.5%～2.0%的上坡（有利于車輛進出路口加減速以及路口排水）通往平交口，且此坡段至被交線的路緣應不短于25 m；當被交線在交叉范圍內有超高曲線時，匝道的縱坡應服從被交線的超高橫坡。

圖5 斜交十字交叉的扭正圖示

（3）部分苜蓿葉形互通式立交匝道端部的兩個平交口宜相互通視，其間有凸形豎曲線時，該豎曲線的半徑應足夠大，至少在豎曲線頂點前30 m處能使駕駛者看到前方的平交口，并保證停車視距。

（4）B型部分苜蓿葉形互通式立交中，匝道端部的兩個平交口間，應有容納兩個左轉彎車道的距離。

（5）匝道端部平交口應作渠化設計，提高其通行能力和交通安全，渠化方式參見圖6。

圖6 匝道端部平交口的渠化設計

此外具體設計時，基于以上第3點，部分苜蓿葉形狀與主線上跨、下穿還呈現出以下關系：（1）當主線上跨被交線時,應盡量將兩處平交口靠近主線布置,將主線上的兩對出入口拉開些,這樣對主線上車輛出入視線有利,如圖 7（a）所示；（2）當主線下穿被交線時，由于被交線跨線部分縱坡較陡（通常大于3%），兩處平交口通視受限，車輛過橋后由于駕駛員無充分的心理準備,往往難以減速或停車等待,容易與平交口左轉彎車輛發(fā)生碰撞,此時應盡量將被交線上兩平交口拉開些，如圖7（b）所示，京津塘高速公路馬駒橋立交曾事故頻發(fā)，就是這種情況的典型例子。

但是，按照圖7（b）所示部分苜蓿葉形，匝道與被交線出現斜交，平交口設計除了應該注意以上所述幾點之外，還應注意：一般可保持鈍角右轉車道的基本線形，并通過合理布置交通島來保證其他轉彎車道所需的線形；但當斜交過大（交角小于70°）時，鈍角右轉彎應改為S形曲線，以避免出現過大的導流島（見圖8）。

3 部分苜蓿葉形立交在海南高速中的應用實例

圖7 部分苜蓿葉形狀與主線上跨、下穿的關系

圖8 匝道與被交線斜交時的渠化設計

本文以海南省文昌至瓊海高速公路工程為依托，對部分苜蓿葉形立交在海南高速中的應用展開進一步分析與總結。海南省文昌至瓊海高速公路（位置示意，見圖3）北順接海文高速，南與東線高速公路瓊海段相接，全長約66 km，全線共設置互通式立交11座。在目前初步設計階段中，除2座樞紐互通式立交外，9座一般互通式立交中有5座均采用部分苜蓿葉形，在此僅以馮家灣、瓊海以及萬泉河3座互通式立交為例（見圖9）。

3.1 主線與被交線的交叉情況

（1）馮家灣互通式立交，被交線X201（煙長線），現狀三級公路，設計車速40 km/h，遠期規(guī)劃為二級公路；

（2）瓊海互通式立交，被交線S213（嘉博路），現狀二級公路，設計車速60 km/h，遠期規(guī)劃為一級公路；

圖9 部分苜蓿葉形立交在海南高速中的應用示意圖

（3）萬泉河互通式立交，被交線為濱河大道，交叉處無現狀，規(guī)劃為城市主干路，設計車速60 km/h；三者都是主線高速與一般公路或較低等級道路十字交叉。

3.2 立交范圍內地形地物情況

（1）馮家灣互通式立交地處微丘區(qū)，現狀X201（煙長線）北側地形起伏較小、地勢較平坦開闊，南側地形起伏較大，地面高程由約40m驟降至8～9m，周邊主要為胡椒、菠蘿等經濟作物，交叉范圍內X201兩側現狀無村莊；若X201南側布設立交匝道，需大大增加匝道長度和立交占地，同時匝道出入口漸變段進入主線橋梁，既增加工程費用又增大施工難度,故將立交布設在現狀X201北側；同時考慮到該節(jié)點處主線路塹下挖較深，將現狀X201往南適當局部調線，并將設計標高降低，以保證匝道與X201的連接，且有利于被交線X201上兩處平交口范圍內的各項設計符合規(guī)范要求。

（2）瓊海互通式立交地處微丘區(qū)，主線穿越處為路塹路基，周邊主要為種植園、廠房等，地形起伏較大；在交叉處西南側為南陽村，在現狀S213（嘉博路）兩側多為商鋪和工廠，在交叉處西北側為磚廠，立交布設時應考慮避免拆遷。主線采用路塹式路基下穿S213，故采用圖5（b）形式。

（3）萬泉河互通式立交地處瓊海市嘉積鎮(zhèn)境內萬泉河北岸，地表多為旱地，地勢較為平坦,溝渠較多，規(guī)劃濱河大道南側為現狀的棉寨村、棉寨小學，棉寨村南側為現狀萬泉河，典型的濱河、密集建筑群或村落集中在一、四象限內，立交布設時應考慮避免拆遷以及占用萬泉河河道空間。

3.3 交通量情況

三座互通轉向交通量都較小（見圖10），事實上單從交通量看應優(yōu)先考慮菱形方案（占地小、投資少），但因局部象限內地形地物受限，綜合比較，部分苜蓿葉形更為合適。

圖10 轉向交通量圖（單位:pcu/d）

綜合以上應用情況，再一次證明部分苜蓿葉形立交布置靈活，若能將出入口匝道布置在合適的象限，能夠充分有效地規(guī)避對工程不利的地形地物，減少橋跨結構物、減少拆遷，從而大大降低施工難度和工程造價，其對于海南高速這樣無需設置匝道收費站的“不收費”高速，具有顯著的社會、經濟效益。

4 結語

在社會經濟飛速發(fā)展的今天，全國范圍內高速公路系統日臻完善，我國高速由收費到“不收費”，由單線收費、路段收費到裁撤收費站、聯網收費，乃至像海南省一樣進行燃油附加費改革徹底取締設置收費站的模式，已是一種可能的趨勢。所以，高速公路立交選型的思路，也該從以往慣性的“高速公路收費與否，決定著立交的型式”、慣性的喇叭形立交，回到“綜合考慮行車舒適性、安全性、交通需求、交通量增長等，在保證服務水平的基礎之上，盡可能節(jié)約投資、減少用地”上來。事實上，從交通量、占地、造價等方面考慮,許多服務型立交均可采用部分苜蓿葉形。此外，隨著我國高速公路的不斷發(fā)展,立交的改擴建工程也將越來越多,部分苜蓿葉形可以作為全苜蓿葉形的前期方案，可為遠期預留發(fā)展空間，無疑是道路交叉中造成浪費最少的形式。部分苜蓿葉形立交在高速公路中的應用尚有著更多的可能和更大的空間，其應用技術值得我們道路工作者進一步深入研究與總結。

[1]孫家駟.道路立交規(guī)劃與設計[M].北京：人民交通出版社，2009（12）：28-48.

[2]劉俊，練象平，代茂華.不收費高速公路立交選型研究[J].城市道橋與防洪，2013（9）：118-120.

[3]朱宗余.半苜蓿葉形互通式立交的應用探討 [J].公路，2007（11）：118-120.

[4]交通部公路司.新理念公路設計指南[M].北京:人民交通出版社,2005.

[5]周蔚吾.公路平面交叉設計和實施技術手冊[M].北京:知識產權出版社,2008.

[6]JTG D20—2006.公路路線設計規(guī)范.[S].