市政道路枢纽互通立交的设计研究

王永斌，陈军

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司，成都610081）

1 引言

随着我国经济的迅猛发展，人均汽车的保有量飞快增长，道路上的交通量也会随之快速上升【1】。在此情况下，道路尤其是交叉路口区域的拥堵，成了当前城市发展亟须解决的问题。拥堵的交通，不仅直接导致了车辆的行车速度低、油耗增大、降低了道路的通行能力，而且使得交通事故的发生率大大增加。因此，随着时代的发展，传统的平面交叉已经不能解决城市较大交通2个的转换要求【2】。与此同时，立交交叉陆续凸显出其在疏导交通方面的优势，已经开始逐步取代平面的交叉，城市道路的交叉也逐步向立体化方向发展。

2 市政道路枢纽互通立交发展的现状

枢纽型互通立交控制着很大的转向交通量，且需要各个方向的车辆汇入交叉的过程均能顺畅地通行。通常来讲，枢纽互通逐项段以及匝道的各项设计指标要求会比一般互通要高。高线形标准会提高工程的规模和工程造价。对于一些枢纽互通几乎完全由桥梁组成。目前，我国互通式立交大致有5种形式，喇叭型、苜蓿叶型、环型、菱型以及定向型【3】，这5种形式的立交在交通功能占地面积和投资等方面都有着不同的优缺点。主要立交的特点如表1所示。

表1主要立交的特点

在1920年左右，国外就已经提出了高效快速的多层空间交叉交通系统；1925年公路的立交首先修建于德国，之后立交在美国得到了广泛的应用与发展；而中国的修建起步较晚，1955年，我国第一座部分苜蓿叶式立交修建于武汉【4】；20世纪80年代后，随着改革开放的影响，我国的立交也得到了发展，互通式立交迅猛地修建，立交的形式也逐渐多样化【5】。同时在这样的背景下，城市互通立交也陆续暴露出一些问题，例如，通行能力欠佳、设计不合理，尚不能满足现行的需求、规划理念缺少创新等【6】。主要互通立交的形式如图1～图3所示。

图1苜蓿叶型立交

图2环形立交

图3菱型立交

3 市政道路枢纽互通立交设计探究

3.1 市政道路枢纽互通立交的设计要点

市政道路枢纽互通立交是由不同的部分组成的，主要包括立体交叉跨线桥、直行车道、匝道、匝道连接部等部分。因此，在设计的过程中对于线形指标、互通的类型、道路的横断面等方面的选取都会对之后运营工程产生较大的影响【7】。

3.1.1 道路横断面

与公路相比，市政道路的差别还是比较大的，在市政道路上不仅有机动车道，还会有非机动车道与人行道。一般情况下，互通立交大部分设置在道路车流量最大、交通容易出现拥堵的地段。在设计的过程中要充分考虑到车流量的大小，通过车流量来确定道路主干道的宽度等。通常情况下，可以采用人行天桥或者地下通道的方式供非机动车辆和行人通过，这样不仅安全，对周边环境的影响也较小。

3.1.2 互通类型

对于市政道路互通立交，其互通的类型主要分为3种类型：完全互通式、部分互通式以及环形立交。其中，完全互通式主要包括苜蓿叶型和喇叭型立交，部分互通式包括了部分苜蓿叶式和菱型立交。在设计的过程中应当充分考虑各种类型立交的特点，与实际的情况相结合，结合道路的分叉类型、交通量、周边的环境以及经济效益等方面综合分析，将几种互通方式进行全面的比较，最终选取最适合该区域的互通类型。例如，在受场地限制的情况下不适合采用苜蓿叶型的互通类型，对于快速路与次干道交叉的情况适合采用菱形互通方式。

3.1.3 线形指标

线形指标主要是指纵坡的大小，该指标的选取直接影响了车辆的行驶安全与舒适度。圆曲率半径过大或过小都会影响道路的通行能力，过大会导致坡度过陡，加大了车辆发生事故的概率，过小则会需要更多的空间，对目前城市用地紧张的情况不太适用。因此，应当选择合理的线形指标。

3.2 市政立交匝道桥结构的设计特点

3.2.1 竖面坡度大

因为空间的限制，立交匝道需要在较小的范围内连接不同方向的道路，所以导致其纵坡较大。经统计，纵坡影响了车辆运营的安全性，纵坡的大小与发生交通事故的概率呈正相关的关系，当纵坡的坡度大于6%时，交通事故的发生概率就会大大增加。其次，较大的纵坡还会对车辆的通行效率以及道路的使用寿命和性能产生较大的影响。这主要是因为，较大的坡度会使车辆在上坡或者下坡的过程中产生较大的制动力，会使路面很容易就受到剪切破坏，路面的磨损也加剧。尤其是在下坡的过程中，过大的纵坡坡度，需要车辆连续制动刹车，加剧了发生交通事故的概率，同时耗损了车辆与路面。

3.2.2 平面曲线半径小

因为立交匝道需要将若干个正交或者角度较大方向的道路在较小的距离范围内进行汇交，所以立交匝道的平面半径比较小，平面半径主要影响行车的速度，在平面内，车辆在行驶的过程中进行的是离心运动。从力学的角度分析，车辆在行驶的过程中需要有足够的横向摩擦力才能维持车辆的行驶速度。

3.2.3 下部用地紧张

在城镇化的进程中，市政道路的用地相对来说较为紧张，一方面要保证市政道路居民的住房、办公环境、公共生活区域，另一方面还需要进行一定的绿化，尤其是在道路的两旁，绿化是必不可少的。在市政道路立交的下方一般多为其他的道路结构，因为为了节省用地协调发展，应当尽量减少下部结构用地，在保证安全的前提下尽量使桥梁变得纤细，同时在必要的情况下要进行一定隔音除噪。

3.3 市政立交匝道桥梁下部结构设计方法

根据以上所描述的相关特点，需要在满足市政道路立交相关要求的情况下对其进行设计，针对不同的上部结构需要提出不同的设计方案，在提高道路运营安全的基础上提升其美观效果。不同的上部结构对应不同的下部设计方案，其上部结构主要包括多肋式梁桥和整体式箱梁。

3.3.1 多肋式梁桥

多肋式梁桥的特点就是横向梁段较多，且不同的梁段受到的荷载大小不相同。在这种情况下，为了使不同梁段之间受力均匀，大多数情况下都采用双柱式桥梁墩结构。桥墩可以采用圆形实心构造，在桥墩的下面设置低承台。由于立交匝道本身的结构特点，需要在墩间设置横隔板，以此来提供较大的抗扭性能进而均匀荷载，使各个部位受力均匀。

3.3.2 整体式箱梁桥

与多肋式梁桥相比，整体式箱梁的抗扭性能良好。因此，针对其特点，其下部结构多采用独柱式的桥墩。独柱式的桥墩是一种较为典型的桥墩，它有着诸多的优势，能够合理地分配受力情况，同时还可以有效地节省下部的空间，对已有的道路产生较小的影响，而且在美观方面其效果也较好。但是，对于独墩式桥梁最为重要的就是验证它的横向稳定性，据统计，对于独墩式桥梁出现的问题大多数都是桥梁在外部荷载的影响下发生了整体倾覆事故，因此，在稳定性验算环节必须加强重视。

3.3.3 桥墩景观设计

随着建筑工程业的发展，在市政道路的建设中越来越注重环保性和美观性，在桥墩的设计方面，需考虑桥墩和整体桥梁之间的协调性，也要考虑立交桥和周围建筑之间的协调性。在保证桥墩工程性能的基础上还应考虑其美观特性。

3.4 市政道路枢纽互通立交的设计理念

在对枢纽互通立交进行设计的过程中，应当结合目前所存在的问题以及城市的发展理念，遵循以下几种设计理念。

3.4.1 以功能需求为本

在功能和成本的平衡中，应当侧重于功能。过于控制成本，自然而然地会降低工程的功能性，久而久之，功能方面的缺陷会逐步暴露，最终要随着城市的发展而淘汰。这样就会陷入“落后—重建—落后”的循环中，从长远来看，这样做并不能节约成本。因此，设计需要有前瞻性，不仅看到当前的问题，还要预测未来可能出现的问题。

3.4.2 重视调查，因地制宜

在设计前期应当重视实地的考察，考虑多种因素，例如，市政管线、已有的建筑物等，取得较为准确的一手资料，这样可以大大减小因考虑不周而出现问题的概率。且设计应当因地制宜，不能生搬硬套之前的案例，每个区域的地质情况、交通需求都是不一样的。

4 结语

本文对市政道路枢纽互通立交的设计进行了系统的分析，阐述了枢纽互通立交的发展现状，并针对目前发展状况提出现阶段所存在的不足，厘清了枢纽互通立交在设计过程中应当注重的要点，并针对这些要点展开了分析。枢纽互通立交能够有效地改善城市的交通条件，所以在城市的基础建设中得以推广，取得了快速的发展，在完善交通系统中发挥了至关重要的作用。从枢纽互通立交的兴起、发展，经历了几十年，到目前为止，枢纽互通立交技术已经日趋成熟。