城市互通立交連接部豎向設計要點探討

劉美麗，胡慶峰

（沈陽市市政工程設計研究院有限公司，遼寧沈陽 110000）

0 引言

公路立交連接部以高填路基為主，豎向標高精度要求不嚴格，誤差調整相對容易。城市立交通常因用地限制，立交層數多，跨線構筑物也多，連接部多為構筑物，連接部結構通常會采用鋼梁或組合梁形式，后期還要兼顧橋面鋪裝。如果連接部預制構件精度不足，后期施工極易出現標高問題，甚至造成工程事故。除此之外，施工隊伍技術水平參差不齊，只有做到精細化設計，才能保證施工單位按照設計意圖施工，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、復雜性，為保證運行期行車安全，需對城市立交連接部豎向設計方法進行研究，以形成系統方法指導設計。

1.1 對安全性要求高

互通式立交幾何設計[1]主要包括平縱橫、立交匝道起點、終點和連接部設計等。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行加減速，還要進行分流、合流等復雜的駕駛操作，是比較容易發生交通事故的位置，所以，立交幾何設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 復雜性

互通式立交路面豎向設計包括連接部豎向設計和路段豎向設計。在進行立交連接部設計時，立交主線基本已設計完成，立交匝道平縱橫設計也已完成。而立交連接部設計需綜合考慮平、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調以及該區域的行車、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，城市立交層數高，大部分為構造物，且連接部為異形平面布置，結構設計需采用鋼梁或組合梁形式，因預制件制作精度高，致使橋面鋪裝厚度可調整的富余量十分有限。

2 研究問題

本文以HPCAD 道路設計軟件為依托，通過對現行公路立交連接部豎向設計方法進行分析，指出其存在的適用性問題，進而提出有針對新的城市立交連接部設計方法。根據城市立交連接部類型的差異，給出相應的設計方法，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 豎向設計概述及表示方法

3.1 豎向設計概述

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

3.2 豎向設計表示方法

豎向設計的表示方法主要有設計標高法、設計等高線法和局部剖面法。

（1）設計標高法。亦稱標高箭頭法，用豎向設計高程點和標高箭頭來表示出建筑物、構筑物的室內外場地地坪標高，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、道路外側明溝的控制點和坡向并標注變坡點間的平面距離。

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

（3）局部剖面法。可充分反映重點地段的地形基本情況，如地形的豎向高程、坡度坡向、建筑材料的結構、各種相對尺寸等，該方法可以表達場地總體布局時階梯分布情況、場地設計高程及場地護坡構筑物設置情況。可將其理解為設計等高線法的一個分部。

4 城市立交連接部豎向設計

4.1 道路豎向設計

道路豎向設計包括連接部豎向設計和路段豎向設計。

4.2 連接部豎向設計重難點

連接部包括主線與匝道連接部、匝道與匝道連接部。在進行立交連接部設計時，立交主線基本已設計完成，立交匝道平縱橫設計也已完成。而立交連接部設計需綜合考慮平、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調以及該區域的行車、排水等因素的影響。路段豎向設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計。

4.3 連接部豎向設計方法

目前，互通立交連接部豎向設計方法[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，然后進行一體化的設計，因為整個設計范圍處于一個平面，所以該方法設計的立交連接部行車平穩。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，即主線控制區和匝道控制區。橫向網格線嚴格垂直于各自區域內的主線中線或匝道中線，匝道縱斷高程按照橫向網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，即主要匝道控制區和次要匝道控制區。橫向網格線嚴格垂直于各自區域內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）的連接部豎向設計。該類型輔助線對于橋梁結構設計很重要，擬合過程應合理合規，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）輔助線法優缺點如下。①優點：a.相對于整體法而言，輔助線法設計思路清晰，實現分區設計，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計。c.符合連接部豎向設計理念，更好的服務連接部結構設計，體現了精細化設計理念，便于指導現場施工。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內形成所謂“脊線”。當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計原理基本相同，首先確定工程設計范圍，然后按一定的規則對設計范圍進行網格劃分，再結合已知連接部邊線及連接部中線的平縱橫數據，求出各網格的頂點標高，并由這些頂點標高內插求出邊界上一定數量標高點的坐標，將這些標高點整合成豎向等高線，最終確定整個連接部內各點的坐標、標高等數據。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，在進行豎向設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 進行豎向設計及成果校核

（1）HPCAD 道路豎向設計（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繪制橫向網格線。④計算次要道路中線高程。⑤繪制縱向網格線。⑥生成角點標高、標注相關要素。⑦標注數據校核。

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

（3）HPCAD 的應用模塊包括道路豎向、場地豎向、數字地模。

5 結語

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

城市立交連接部只有做到精細化設計，才能有效指導現場施工，保證運營階段的行車安全。