部分苜蓿叶形立交在海南高速公路中的应用探讨

刘 俊，刘润有，代茂华

（天津市市政工程设计研究院，天津市 300457）

0 前言

1925年德国修建了世界上最早的苜蓿叶形立交，1928年美国在新泽西州修建了第一座全苜蓿叶形立交，1935年瑞典在斯德哥尔摩修建了带有3个小环道的部分苜蓿叶形立交，1935年德国设计了一种称为部分苜蓿叶形的立体交叉型（见图1）。该立交在匝道与主线的出入口处设有三角形的导流岛，并在主线两侧设置宽3.5 m的长形路侧分车带，以减少进出车辆对主线的干扰。此后，加拿大于1937年，前苏联于1957年分别修建了苜蓿叶形立交。我国最初的道路立体交叉是随着修建城市道路跨河桥而产生的。1956年湖北省武汉市修建江汉一桥时,利用桥头边孔供滨河路通过,建成我国第一座部分苜蓿叶形立交（见图2）。1965年北京市修建京密引水渠时,在3条主干路与滨河路相交处,建成3座与上相同的部分苜蓿叶形立交。1973年北京市在北二环的复兴门建成了我国第一座长条苜蓿叶形立交。可见,（部分）苜蓿叶形立交在立交发展史上占有非常重要的地位[1]。

图1 德国早期的部分苜蓿叶形立交（单位：m）

图2 我国第一座车行立交（单位：m）

目前，全球收费公路总长约为14万km，其中约10万km在中国，占70%。因此,在我国已建的高速公路上，设计人员主要从收费的角度来进行立交选型设计，互通式立交的型式以喇叭为主。如在沪宁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，在沪蓉109 km长的高速公路上的7座互通式立交均为喇叭型等[2]。喇叭型立交的一个显著优势是只需集中设一座收费站，管理方便，所以特别适用于收费公路。然而试想一下:如果高速公路不再有收费要求，或者不再单线收费、路段收费而裁撤收费站进行联网收费等，那么以往着眼于收费的设计思路是否应该有所调整，以喇叭型为主的高速公路立交型式是否有更佳的选择。本文正是以“不收费”的海南高速公路立交为研究范围，以部分苜蓿叶形立交为研究对象，对部分苜蓿叶形立交在海南高速中的应用展开深入地分析与总结。

1 海南高速公路特点

海南高速公路作为本次应用研究的载体，有着自身的特殊性。在全国众多省份中，海南是全国唯一没有公路收费站卡的省份。自1994年1月1日起，海南省将公路养路费、公路运输管理费、过路费、过桥费“四费合一”，统一征收机动车燃油附加费，并取消了所有公路收费站。2008年，海南省再次进行机动车辆通行附加费改革，巩固海南燃油附加费改革成果，确保全省道路畅通无阻。燃油附加费改革15年来，通过对“油”征费，体现了“多用油者多负担”的原则，实现了“一脚油门踩到底”，海南也因此成为全国唯一高速公路“不收费”的省份。海南目前已建高速660 km，在建高速72 km，拟建高速498 km，合计1 230 km[2]。海南省规划“田”字型高速公路网主要包括已建的东线高速公路、西线高速公路以及在建的中线高速公路（海口—屯昌—乐东）、横线高速公路（万宁—儋州—洋浦），以及由文昌至琼海的高速公路，见图3。

图3 海南省高速公路网示意

海南省高速公路除了“不收费”，还呈现出如下特点[2]。

（1）沿线开口多

高速公路的建设对其走廊带周边产业园、物流园区，乃至涉及的村镇的经济促进作用是至关重要的。由于不收费，往往这种对经济促进作用的考量会放大，高速沿线与省道、县道的交叉处，在综合考虑投资规模、交通需求、立交间距等因素条件下，留开口的倾向性增大，沿线开口较多。

（2）立交等级低

正因为沿线开口多，立交多为高速与一般公路或低等级道路相交，匝道交通量小，通常采用简易立交或一般互通式立交，以服务型立交为主，投资规模小，节约建设成本。

综上所述，海南高速公路立交选型须把握以下几点：（1）不收费，无需考虑设置收费站；（2）立交服务于沿线经济，便于城镇、片区以及村落之间的沟通；（3）交通量小，各流向交通量很不平衡，主、次流向明确；（4）立交等级低，侧重于节约占地，减少投资。

此外，由交通部专家精炼出以下6点高速公路立交选型布设原则值得借鉴与参考：（1）主交通一致的原则；（2）全有全无的原则（匝道布设成双成对，交通流向不能有去无回）；（3）出入口布置的一致性原则；（4）交通安全性原则；（5）定向匝道适用原则；（6）控制用地的原则。

2 部分苜蓿叶形立交型式分析与设计要点

2.1 部分苜蓿叶形立交型式分析

在《公路工程名词术语》（JTJ 002—1987)中,部分苜蓿叶形立体交叉的定义为:“只设部分环形匝道,呈不完全苜蓿叶形的互通式立体交叉。”事实上,我们见到的部分苜蓿叶形立交并非完全设有环形匝道,而是采用非环形的左转弯匝道。本文提及的部分苜蓿叶形,主要指限于2个象限的部分苜蓿叶形。

部分苜蓿叶形立交按匝道布置方式可分为3类，即主要公路的出口在跨线构造物之前的A型，见图4（a），出口在跨线构造物后的B型，见图4（b)，以及以主要公路为对称轴布置匝道的A-B型，见图4（c)。它们适用于出入交通量较小的一般互通式立体交叉。A、B两种型式的选择主要取决于转弯交通的特点和用地条件。转弯交通量不平衡时，应以平面交叉中的冲突最少作为匝道布设象限选择的原则。A-B型只适用于被交路傍依铁路或密集建筑群，或滨河的情况，武汉市江汉一桥立交、连霍国道巩义东立交就是这种型式的典型实例。部分苜蓿叶形立交中，在不设环形匝道的象限内增加右转弯匝道，见图4（d），适用于不设收费站的一般互通式立体交叉[3]。

图4 部分苜蓿叶形立交示意图

以海南省环岛西线高速公路为例，西线高速公路互通式立体交叉的型式，除T形交叉采用喇叭形外，十字形交叉优先推荐采用菱形，其次为部分苜蓿叶形。全线设互通式立体交叉21处，其中菱形立交12处，部分苜蓿叶形立交6处，喇叭形立交3处。故此将部分苜蓿叶形与单喇叭、菱形作对比分析。

（1）相比喇叭形或菱形立交，在局部象限内地形地物受限的情况下，选择部分苜蓿叶形最能有效地避开不利的地形地物（如铁路、河流等），减少桥跨结构物，减少拆迁（尤其密集建筑群或村落集中在某一两个象限内），从而大大降低施工难度和工程成本。

（2）单喇叭形立交一般交叉口总通行能力可达8 000～11 000 pcu/h，菱形与部分苜蓿叶形立交一般交叉口总通行能力为5 000～7 000 pcu/h。参考《新理念公路设计指南》（2005版）：当高峰小时流入交通量小于1 500 pcu/h时,菱形是较为实用的,在这种情况下,可以不设置信号,而且在无信号交叉系统中其延误也是较低的；当设计流入交通量在1 500～2 500 pcu/h时,部分苜蓿叶形比菱形有更高的通行能力,且其延误比菱形少,服务水平高[4]。

（3）当高速公路与二、三级公路呈十字交叉时，单喇叭形设置2座跨线桥、1处平交口，部分苜蓿叶形和菱形立交均需设置1座跨线桥、2处平交口。首先，部分苜蓿叶形相比单喇叭由于少1座跨线桥,且占地稍小,造价明显要低。其次，分析三者平交口的交织和冲突现象：a.单喇叭形在布置上很灵活,但平交口中交织和冲突点较为集中,且不论布置在哪个象限,冲突情况是一样的,总存在主流向交通流与被交路直行车辆发生冲突。虽然当被交路直行车辆较少时情况要好一些，但不利于被交路交通量的增长。b.部分苜蓿叶形能将交织和冲突分散到两处平交口，特别是当主、次流向交通量相差较大时,通过将匝道布置在合适的象限,就能使其平交口的冲突比单喇叭大为减少,主流向交通流在两处平交口都是右行的,因而与被交路直行车辆不发生冲突[3]。c.菱形同样在被交路上形成两个平交口，其所有的左转都需通过两平交口来实现，产生两段交织和六个冲突点，交通易混乱，不利于行车安全。

（4）在高速公路改扩建越来越多的今天，相比喇叭形或菱形立交，部分苜蓿叶形可以作为全苜蓿叶形的近期方案，为远期预留发展空间，减少工程浪费，符合“可持续发展”战略。

综上分析可知，相比单喇叭和菱形立交，部分苜蓿叶形立交有着自身的独特优势。在海南高速公路立交选型中，部分苜蓿叶形立交在以下几点条件下应优先作为方案考虑：（1）高速主线与一般公路或低等级道路十字交叉时；（2）局部象限内地形地物受限（滨河、傍依铁路或密集建筑群等）时；（3）若与菱形做方案比较，设计流入交通量在1 500～2 500 pcu/h，且主、次流向交通量相差较大时；（4）近远期结合、分期实施，或者为远期预留发展空间时。

2.2 部分苜蓿叶形立交设计要点

在确定立交型式后，由于部分苜蓿叶形立交属于平交型立交，在被交道路上出现两个平面交叉，存在冲突与交织，对行车安全、通行效率不利。所以其匝道端部平交口的设计与渠化应作为部分苜蓿叶形立交的设计重点。根据《公路路线设计规范》（JTG D20—2006），设计中应把握以下几点[5，6]。

（1）平面交叉的交角宜为直角。斜交时，其锐角应不小于70°；受地形条件或其他特殊情况限制时，应不小于60°。

（2）平交交叉范围内，匝道与被交线的平面线形宜为直线或大半径圆曲线，不宜采用需设超高的圆曲线，且两者的纵面宜平缓，纵面线形应满足停车视距的要求。但是，通常被交路等级低，平、纵线形指标不能满足要求，故经常需要被交线局部改线，具体改线可以参照斜交十字交叉中的扭正图示（见图5），以满足立交整体的设计要求。进一步参考《公路路线设计细则》（JTG/T D20—200X），被交线在平交口范围内的纵坡应不大于3.0%，当被交线无超高时匝道应以0.5%～2.0%的上坡（有利于车辆进出路口加减速以及路口排水）通往平交口，且此坡段至被交线的路缘应不短于25 m；当被交线在交叉范围内有超高曲线时，匝道的纵坡应服从被交线的超高横坡。

图5 斜交十字交叉的扭正图示

（3）部分苜蓿叶形互通式立交匝道端部的两个平交口宜相互通视，其间有凸形竖曲线时，该竖曲线的半径应足够大，至少在竖曲线顶点前30 m处能使驾驶者看到前方的平交口，并保证停车视距。

（4）B型部分苜蓿叶形互通式立交中，匝道端部的两个平交口间，应有容纳两个左转弯车道的距离。

（5）匝道端部平交口应作渠化设计，提高其通行能力和交通安全，渠化方式参见图6。

图6 匝道端部平交口的渠化设计

此外具体设计时，基于以上第3点，部分苜蓿叶形状与主线上跨、下穿还呈现出以下关系：（1）当主线上跨被交线时,应尽量将两处平交口靠近主线布置,将主线上的两对出入口拉开些,这样对主线上车辆出入视线有利,如图 7（a）所示；（2）当主线下穿被交线时，由于被交线跨线部分纵坡较陡（通常大于3%），两处平交口通视受限，车辆过桥后由于驾驶员无充分的心理准备,往往难以减速或停车等待,容易与平交口左转弯车辆发生碰撞,此时应尽量将被交线上两平交口拉开些，如图7（b）所示，京津塘高速公路马驹桥立交曾事故频发，就是这种情况的典型例子。

但是，按照图7（b）所示部分苜蓿叶形，匝道与被交线出现斜交，平交口设计除了应该注意以上所述几点之外，还应注意：一般可保持钝角右转车道的基本线形，并通过合理布置交通岛来保证其他转弯车道所需的线形；但当斜交过大（交角小于70°）时，钝角右转弯应改为S形曲线，以避免出现过大的导流岛（见图8）。

3 部分苜蓿叶形立交在海南高速中的应用实例

图7 部分苜蓿叶形状与主线上跨、下穿的关系

图8 匝道与被交线斜交时的渠化设计

本文以海南省文昌至琼海高速公路工程为依托，对部分苜蓿叶形立交在海南高速中的应用展开进一步分析与总结。海南省文昌至琼海高速公路（位置示意，见图3）北顺接海文高速，南与东线高速公路琼海段相接，全长约66 km，全线共设置互通式立交11座。在目前初步设计阶段中，除2座枢纽互通式立交外，9座一般互通式立交中有5座均采用部分苜蓿叶形，在此仅以冯家湾、琼海以及万泉河3座互通式立交为例（见图9）。

3.1 主线与被交线的交叉情况

（1）冯家湾互通式立交，被交线X201（烟长线），现状三级公路，设计车速40 km/h，远期规划为二级公路；

（2）琼海互通式立交，被交线S213（嘉博路），现状二级公路，设计车速60 km/h，远期规划为一级公路；

图9 部分苜蓿叶形立交在海南高速中的应用示意图

（3）万泉河互通式立交，被交线为滨河大道，交叉处无现状，规划为城市主干路，设计车速60 km/h；三者都是主线高速与一般公路或较低等级道路十字交叉。

3.2 立交范围内地形地物情况

（1）冯家湾互通式立交地处微丘区，现状X201（烟长线）北侧地形起伏较小、地势较平坦开阔，南侧地形起伏较大，地面高程由约40m骤降至8～9m，周边主要为胡椒、菠萝等经济作物，交叉范围内X201两侧现状无村庄；若X201南侧布设立交匝道，需大大增加匝道长度和立交占地，同时匝道出入口渐变段进入主线桥梁，既增加工程费用又增大施工难度,故将立交布设在现状X201北侧；同时考虑到该节点处主线路堑下挖较深，将现状X201往南适当局部调线，并将设计标高降低，以保证匝道与X201的连接，且有利于被交线X201上两处平交口范围内的各项设计符合规范要求。

（2）琼海互通式立交地处微丘区，主线穿越处为路堑路基，周边主要为种植园、厂房等，地形起伏较大；在交叉处西南侧为南阳村，在现状S213（嘉博路）两侧多为商铺和工厂，在交叉处西北侧为砖厂，立交布设时应考虑避免拆迁。主线采用路堑式路基下穿S213，故采用图5（b）形式。

（3）万泉河互通式立交地处琼海市嘉积镇境内万泉河北岸，地表多为旱地，地势较为平坦,沟渠较多，规划滨河大道南侧为现状的棉寨村、棉寨小学，棉寨村南侧为现状万泉河，典型的滨河、密集建筑群或村落集中在一、四象限内，立交布设时应考虑避免拆迁以及占用万泉河河道空间。

3.3 交通量情况

三座互通转向交通量都较小（见图10），事实上单从交通量看应优先考虑菱形方案（占地小、投资少），但因局部象限内地形地物受限，综合比较，部分苜蓿叶形更为合适。

图10 转向交通量图（单位:pcu/d）

综合以上应用情况，再一次证明部分苜蓿叶形立交布置灵活，若能将出入口匝道布置在合适的象限，能够充分有效地规避对工程不利的地形地物，减少桥跨结构物、减少拆迁，从而大大降低施工难度和工程造价，其对于海南高速这样无需设置匝道收费站的“不收费”高速，具有显著的社会、经济效益。

4 结语

在社会经济飞速发展的今天，全国范围内高速公路系统日臻完善，我国高速由收费到“不收费”，由单线收费、路段收费到裁撤收费站、联网收费，乃至像海南省一样进行燃油附加费改革彻底取缔设置收费站的模式，已是一种可能的趋势。所以，高速公路立交选型的思路，也该从以往惯性的“高速公路收费与否，决定着立交的型式”、惯性的喇叭形立交，回到“综合考虑行车舒适性、安全性、交通需求、交通量增长等，在保证服务水平的基础之上，尽可能节约投资、减少用地”上来。事实上，从交通量、占地、造价等方面考虑,许多服务型立交均可采用部分苜蓿叶形。此外，随着我国高速公路的不断发展,立交的改扩建工程也将越来越多,部分苜蓿叶形可以作为全苜蓿叶形的前期方案，可为远期预留发展空间，无疑是道路交叉中造成浪费最少的形式。部分苜蓿叶形立交在高速公路中的应用尚有着更多的可能和更大的空间，其应用技术值得我们道路工作者进一步深入研究与总结。

[1]孙家驷.道路立交规划与设计[M].北京：人民交通出版社，2009（12）：28-48.

[2]刘俊，练象平，代茂华.不收费高速公路立交选型研究[J].城市道桥与防洪，2013（9）：118-120.

[3]朱宗余.半苜蓿叶形互通式立交的应用探讨 [J].公路，2007（11）：118-120.

[4]交通部公路司.新理念公路设计指南[M].北京:人民交通出版社,2005.

[5]周蔚吾.公路平面交叉设计和实施技术手册[M].北京:知识产权出版社,2008.

[6]JTG D20—2006.公路路线设计规范.[S].