公路互通式立交设计常见问题与对策

高玉清，张荣，李粉琼

（1.云南天道公路勘察设计有限公司，云南 昆明 650228；2.云南省交通发展投资有限责任公司，云南 昆明 650228；3.云南杰伦建筑工程有限公司，云南 昆明 650228）

0 引言

互通式立交在公路路线中的占比越来越高，要想使其发挥预期的交通转换作用，需要做好相关设计工作。互通式立交设计因受不同因素的影响，容易导致一些问题，如果得不到足够重视和解决，势必影响之后的施工与使用，甚至引发安全问题。因此，有必要在明确互通式立交设计问题的基础上，探究行之有效的解决对策。

1 主线与被交路线技术指标

从交通通行的安全性与方向易辨别性两方面考虑，主线各项平纵面指标都要比正常路段高，特别是分流处与合流处，要在保证视距的基础上，减缓纵坡，防止产生大横坡。通常，在设计过程中工作人员虽然关注匝道设计问题，但对主线与被交路线各项技术指标能否达到规范要求考虑不足，主要表现在以下几个方面：

（1）主线半径与纵坡中一些指标小于极限值或一般值，而相关规范要求不能小于一般值，只有在特殊情况下才能使用极限值；

（2）被交路的某些平纵面指标相对较低，若指标大于极限值，但小于一般值，通常可不作修改；若指标小于极限值，则应采用书面形式上报至业主，由业主组织对指标不符合要求的部分进行改造。

互通式立交用地指标如表1所示[1]。

表1 互通式立交用地指标

表1（续）

2 环形匝道

环形匝道是指无需建桥的左转弯匝道，成本较低，通常用于喇叭形互通立交、苜蓿叶形互通立交和变形苜蓿叶形互通立交。以上互通立交的很多最小指标都产生于环形匝道，可见环形匝道设计至关重要，必须引起相关设计人员的高度重视。

（1）环形匝道要与交通量相适应

因受圆曲线半径和设计速度等因素的影响，环形匝道通行能力难免受到一定程度的限制，而交通量达到何种水平时不设置环形匝道现阶段还没有形成权威论证，常用做法为当交通量小于6 000pcu/d 时，方可设置环形匝道；若交通量超过6 000pcu/d，则要设置半定向匝道[2]。

（2）确定适宜的设计速度

在整个互通式立交中，以环形匝道设计速度最低，而设计速度是决定各项平纵面指标的关键参数。无论枢纽立交还是一般立交，相关规范要求环形匝道实际设计速度应控制在40km/h 以内，具体结合主线设计速度确定。在实际设计工作中，某些枢纽立交中环形匝道设计速度可达50km/h，这主要和立交分级有关。

（3）圆曲线半径设计

环形匝道圆曲线半径要以匝道设计速度为依据，结合交通量及其变化和地形条件来确定，为保证行车安全，应采用较大的半径，但这样会使占地面积明显增加，且车辆需要长距离绕行。过去常用的做法为：当交通量在3 000pcu/d 以内时，采用极限半径或比极限半径略大；当交通量在3000～6000pcu/d 范围内时，采用一般半径或比一般半径略大。需要注意，在冰冻积雪地区避免使用极限半径[3]。

（4）匝道加宽

按照相关规范的要求，当单向单车道匝道半径在72m 以内、单向或对向双车道匝道半径在47m 以内时，需对匝道的行车道予以适当加宽处理。加宽主要针对环形匝道进行，对于加宽缓和段，其长度要和缓和曲线全长完全一致。但在实际设计过程中可能产生以下问题：①没有加宽；②只对内侧行车道加宽，未加宽外侧；③行车道没有加宽；④按照双车道路面标准实施加宽。此外相关规范还提出，对于二级公路、三级公路与四级公路，其加宽缓和段要按照线性标准进行过渡，而对于高速公路和一级公路，其加宽缓和段则要按照高次抛物线进行过渡，也可插入缓和曲线，但这两种加宽方法都存在一个缺点，即在加宽段起终点均有折点存在，不利于路容美观性。在20 世纪80 年代末期，我国内地引入常用于香港地区的加宽方法，即按照三次抛物线进行过渡，该方法能从根本上解决上述两种方法的缺点，且加宽后线形保持流畅，值得大范围推广应用[4]。

（5）匝道超高

匝道超高需要和行车速度良好适应，通常最大超高产生于环形匝道，如果超高过大，除了会给司乘人员带来不安全感，还会给路容造成很大影响。目前，我国南方地区环形匝道的超高按不超过8%控制，合成坡度则要控制在10.5%以内；北方地区环形匝道，考虑到可能发生积雪冰冻，所以其超高按不超过6%控制，合成坡度控制在8%以内。另外，环形匝道上的土路肩还应设置3%或4%的横坡，当采用6%的超高时，需在超高段外侧设置-3%的横坡；当采用7%的超高时，需在超高段外侧设置-2%的横坡；当采用8%的超高时，则需在超高段外侧设置-1%的横坡。以上横坡均为土路肩横坡，而对于匝道硬路肩，其横坡值可以和行车道完全相同[5]。

由于受到分流点与合流点的限制，环形匝道超高一般设置在缓和曲线中，现行规范没有对环形匝道超高提出明确规定，在设计过程中采用和加宽相同的方法。但要注意，采用线形过渡方法时，易出现以下两方面问题：①超高起终点处的路面平整度较差；②若采用反向超高过渡方法，则会使滞水段长度变大。采用三次抛物线的方法能有效克服以上问题，所以在实际的设计工作中得以广泛应用。

3 减速车道与分流点

减速车道设计方法有两种：①常用方法以主线外侧车道为起始点，按照一定出口角以直线或缓和曲线形式偏出，该设计方法的行车轨迹相对顺直，与驾驶员自身驾车习惯相符；②将减速车道作为起始段，按照一定出口角以直线或缓和曲线形式偏出。以上常用设计方法存在很多缺点，如渐变段长度长于减速车道，主线上准备转弯的车辆，其偏离位置不够明显；定线过程中无法确定减速车道的具体起点；当主线属于曲线时，无法对出口渐变率予以有效控制。方法二能从本质上解决常用设计方法存在的问题，可对渐变段的长度实现自由控制，和主线路基之间产生明显折点，拥有明显的出口位置；在定线过程中可确定减速车道起点的具体位置；能对出口渐变率予以直接控制，有效防止过大或过小。实际上，对减速车道起点进行反向延长，使其和主线以外车道实现相交，即为以上常用设计方法。基于此，方法二实际上是对常用设计方法的演变。为了能使车辆平缓且顺适地从减速车道过渡至匝道，常用做法为在进入匝道前设置复合线，由两段缓和曲线通过径相连接而成，连接部位曲率半径完全一致，该曲线一般被称作刹车曲线。目前该曲线的应用并不常见，原因为计算过于复杂。除此之外还可采用另一方法，即采用大半径圆曲线取代其中一段缓和曲线，以此形成卵状曲线，该方法的应用目前较为普遍，特别是在主线弯道内侧[6]。

减速车道与分流点周围的一系列指标均有一定要求，若要满足所有指标的要求有很大难度。这些指标主要包括：

（1）减速车道长度：设计中应将相关规范提出的长度作为最小值，有些设计将其视作标准值而直接采用，导致长度不足。

（2）渐变段长度：采用以上两种方法确定的渐变段长度一般不会存在太大问题。

（3）出口渐变率：设计中应将规范提出的渐变率作为最大值，但在实际设计工作中普遍将内侧渐变率确定的过小，而将外侧渐变率确定的过大。

（4）分流点处的曲率半径和缓和曲线相关参数：首先，在设计工作中很多人认为曲率半径和圆曲线半径是同一个参数，比如当主线采用100km/h 的设计速度时，其分流点处的最小曲率半径确定为200m，则认为必须截一段200m 直径的圆曲线；其次，缓和曲线各项技术参数不满足相关规范的要求，同时分流点处的曲率半径达不到要求；再次，虽然曲率半径与缓和曲线参数可以达到规范要求，但在分流点以后，其缓和曲线的长度不足，导致无法适应超高过渡方面的要求[7]。

（5）分流点周围竖曲线半径与长度：虽然竖曲线的半径可以达到相关规范提出的要求，但其长度经常小于一般值，也有小于极限值的实际情况。需要注意，加速车道亦可为刹车曲线；因合流点周围车速往往很高，所以其各项平纵面指标都要达到分流点周围各项指标，包括竖曲线长度及曲率半径，但在实际设计工作中并未引起足够重视，造成不良影响。

4 纵断面设计

在互通式立交的纵断面设计过程中，需注意以下几个方面。

（1）起终点处的标高与纵坡

对于起终点处的标高，需要在纵断面设计过程中进行计算。通常分流点或合流点的主线标高，先按照主线路面横坡推算到分流点或合流点，然后按照匝道起终点部位的路面横坡推算到匝道起终点处的控制标高。对于匝道起终点处的纵坡，当前还没有形成统一计算模式，常用计算方法主要包括以下两种：①直接沿用主线纵坡，该方法十分简单且便于复核，但容易产生误差，通常在初步设计中使用；②在匝道上与分流点或合流点相距5m 的位置选取一点，然后从主线对该点和分流点或合流点之间的设计高差进行推算，之后再除以点间距，得出纵坡，由此得出的结果为瞬间纵坡，不会产生太大误差，通常在施工图设计中使用[8]。

（2）匝道平纵面线形设计

对于匝道处的平纵面线形组合设计，理论上要尽量采用公路的做法，比如平曲线要将竖曲线完全包住、变坡点不能和反向平曲线上的拐点重合、直线段中不可插入长度较小的竖曲线，尤其对于设计速度相对较大的匝道而言，其纵断面设计过程中必须做到以上几点。因相关规范没有对匝道设计强调以上几点，所以实际设计往往较为自由，甚至在与起终点相距较近的位置设置变坡点，导致填挖高度过大。如果出口处竖曲线和下坡匝道相接，则应通过延长竖曲线来增加视距，确保驾驶员可以提前看到平曲线方向，保证车辆安全通行。如果入口处上坡和竖曲线相接，则要使匝道的纵断面和相邻主线大体相同，确保驾驶员可以提前掌握主线交通状况，保证安全汇入主线。此外需要注意，对于跨线桥而言，其匝道竖曲线应使用较大的半径，用于提供足够的行车视线。

（3）纵坡与最小直坡长度

对于匝道上的纵坡，应尽可能放缓，减少变坡次数，而最大纵坡则要有一定余地，并充分考虑纵向排水方面的要求，通常应达到0.5%以上，对于特殊情况，也不能小于0.3%。现行规范并未对匝道的最小直坡长度提出明确要求，一般只要能放下竖曲线便可。根据以往的设计经验，可参考公路规范提出的做法，即根据匝道设计速度，将最小直坡长度确定为3s行程以上，当长度不足时，应通过增大竖曲线半径对竖曲线进行连接。

5 结语

综上所述，互通式立交作为公路线路中的主要控制性工程，具有很高的复杂性，对设计提出了极高要求，必须引起相关设计人员的高度重视。针对主线与被交路线技术指标、环形匝道、减速车道与分流点、纵断面设计等关键问题，设计中应采取正确的对策加以解决，以保证互通式立交设计的合理性、可行性、经济性与安全性，为互通式立交建设和使用奠定良好的基础，使互通式立交发挥应有的作用。