淺談互通立交的匝道設(shè)計(jì)

 1 概念
兩條或兩條以上交叉的道路，在交叉區(qū)域內(nèi)，利用匝道使相交的道路在不同標(biāo)高的平面上相互交叉，從而避免平面交叉的工程，稱為互通立交。連接相交道路供上下相交道路轉(zhuǎn)彎車流行駛的連接道，即為匝道，匝道設(shè)置目的是為了保證不同方向的車流互不干擾、快速、順利地從此線進(jìn)入彼線。車流的四種基本運(yùn)動(dòng)形式為：分流、合流、交織和交叉。匝道有左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎兩種基本交通功能，根據(jù)車流進(jìn)出主線的位置，匝道可分為：直接式匝道（定向式）、半直接式匝道（半定向式）和間接式匝道（即環(huán)形匝道）。
2 匝道設(shè)計(jì)依據(jù)
2.1 交通量 在匝道的設(shè)計(jì)過(guò)程中，交通量作為一個(gè)十分重要的參數(shù)，會(huì)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展而不斷的發(fā)生變化，因此，交通量是一個(gè)變化的量。其遠(yuǎn)景設(shè)計(jì)的年限交通量主要包括兩方面，即正常增長(zhǎng)的交通量和誘增交通量。在交通量設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)交通工程學(xué)原理進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，最終通過(guò)科學(xué)的分析和預(yù)測(cè)并建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型求得設(shè)計(jì)年限內(nèi)年平均日交通量作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。在設(shè)計(jì)中，按照公式（1）計(jì)算小時(shí)交通量，在驗(yàn)算匝道的通行能力和橫斷面使用車道數(shù)時(shí)采用設(shè)計(jì)小時(shí)交通量。
V=ADT·K·D（1）
式中，V：設(shè)計(jì)小時(shí)交通量（輛/h）；ADT：遠(yuǎn)景設(shè)計(jì)年限平均日交通量（輛/d）；K：設(shè)計(jì)小時(shí)交通量系數(shù)，根據(jù)道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范提供的“各地區(qū)的設(shè)計(jì)小時(shí)交通量系數(shù)”選
??；D：方向不均勻系數(shù)，宜取50%～60%，也可根據(jù)當(dāng)?shù)亟煌坑^測(cè)數(shù)據(jù)確定。
2.2 設(shè)計(jì)通行能力 道路技術(shù)條件、交通條件、管制條件以及服務(wù)水平等會(huì)影響道路的通行能力。由于匝道的通行能力受到車道數(shù)、交織路段長(zhǎng)度、匝道出入口與主線或被交織連接部的通行能力的影響，因此，要對(duì)其進(jìn)行綜合的驗(yàn)算和檢查。主線單向交通量、設(shè)計(jì)通行能力以及車道數(shù)等會(huì)影響匝道與主線連接部的通行能力。對(duì)不滿足設(shè)計(jì)交通量需要的匝道應(yīng)當(dāng)進(jìn)行方案改進(jìn)，一直到滿足為止。
3 匝道平縱橫設(shè)計(jì)
3.1 匝道接入方式的選定 變速車道接入主線有兩種方式，即直接式和平行式。單向變速車道時(shí)，減速車道采用直接式，而加速車道采用平行式；雙向變速車道時(shí)，加減速車道均采用直接式。
3.1.1 平面線形設(shè)計(jì)原則 ①分流、合流處應(yīng)具有良好的線形和通視條件。②線形設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮互通式立交各方面匝道的交通分布情況，主流方向的匝道應(yīng)盡量采用較高的線形指標(biāo)。③匝道的平面現(xiàn)行應(yīng)適應(yīng)汽車漸變的行駛速度。④匝道起終點(diǎn)、收費(fèi)站等連接部的線形、橫斷面組成、橫坡等過(guò)渡應(yīng)圓滑順暢。⑤流出匝道盡量采用較高的線形指標(biāo)，這是因?yàn)榱鞒鲈训赖男旭偹俣认鄬?duì)流入匝道的速度高。⑥應(yīng)避免不必要的反彎?？傊?，平面線形要做到“寬松——指標(biāo)上要盡量采用規(guī)范規(guī)定的較高要求”，“緊湊——在滿足規(guī)范的前提下盡量減少占地”，“流暢——平縱橫指標(biāo)協(xié)調(diào)，保證車輛行駛流暢”，“合理——總體布局合理，各項(xiàng)指標(biāo)均衡”。
3.1.2 平曲線半徑 匝道圓曲線的半徑在考慮用地規(guī)模、工程造價(jià)、立交形式以及拆遷數(shù)量的條件下，應(yīng)當(dāng)與設(shè)計(jì)速度、超高橫坡度以及行車的安全性和舒適性相適應(yīng)。通常情況下，應(yīng)采用較大的圓曲線半徑和較小的超高橫坡度，盡量避免采用極限最小半徑值。當(dāng)匝道采用了較小半徑的圓曲線或復(fù)曲線時(shí)，圓曲線的半徑除了要滿足最小半徑規(guī)定外，還應(yīng)當(dāng)具有足夠的匝道長(zhǎng)度以保證圓曲線曲率的緩和過(guò)渡以及上下主線的展線長(zhǎng)度要求。
3.1.3 緩和曲線 為了滿足汽車行駛力學(xué)和線形流暢的要求，在曲率變化較大的地方應(yīng)當(dāng)設(shè)置緩和曲線。一般的緩和曲線均采用回旋線，并且要求回旋線的長(zhǎng)度、參數(shù)以及相鄰回旋線的參數(shù)比值符合規(guī)范?；匦齾?shù)和回旋線長(zhǎng)度在一般情況下都取用較大值，只有條件受限時(shí)可采用最小值。
3.1.4 平曲線加寬 當(dāng)平曲線符合以下條件時(shí)應(yīng)當(dāng)給予加寬：首先，圓曲率半徑小于72m的立體交叉單向單車道匝道；其次，圓曲率半徑小于47m的單向雙車道或雙向雙車道。
①加寬緩和段。加寬段在設(shè)置緩和曲線或超高緩和段時(shí)，應(yīng)在緩和曲線或超高緩和段內(nèi)進(jìn)行；當(dāng)加寬段不設(shè)緩和曲線或超高緩和段時(shí)，應(yīng)按照漸變率1：15且長(zhǎng)度L0■10m的要求設(shè)置。
②加寬過(guò)渡方法。加寬過(guò)渡可依據(jù)加寬位置及加寬前后斷面寬度采用以下方法進(jìn)行。線性過(guò)渡在加寬緩和段全長(zhǎng)范圍內(nèi)按其長(zhǎng)度成比例增加。
3.1.5 平曲線超高 在超高緩和段內(nèi)應(yīng)當(dāng)完成直線上不超高到圓曲線上全超高的過(guò)渡，匝道的超高過(guò)渡應(yīng)當(dāng)平順和緩且不產(chǎn)生扭曲突變。一般選匝道中心線作為超高的旋轉(zhuǎn)軸，并切沿著超高緩和段逐漸變化一直達(dá)到圓曲線內(nèi)全超高。
①超高值。進(jìn)行匝道超高設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要充分考慮匝道上車輛行駛速度的變化，設(shè)置在圓曲線上的超高值應(yīng)當(dāng)符合規(guī)范要求。為了適應(yīng)車輛的實(shí)際行駛速度，匝道的超高值應(yīng)大于收費(fèi)站附近的超高值，接近分、合流處超高值也應(yīng)當(dāng)大一些。
②超高緩和段。在匝道直線與圓曲線間或兩超高不同的圓曲線間會(huì)設(shè)置超高緩和段，其長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)計(jì)速度、橫斷面類型、漸變率以及旋轉(zhuǎn)軸位置確定。計(jì)算公式為：加寬量，即加寬緩和段上任一點(diǎn)的加寬值（bx）與該點(diǎn)到加寬緩和段起點(diǎn)的距離（Lx）同加寬緩和段全長(zhǎng)（L）的比率（k=Lx/L）成正比。即bx=kb（3）
式中，b：圓曲線部分的路面加寬值。
③超高過(guò)渡方式。超高緩和段應(yīng)根據(jù)匝道平面線形確定，有緩和曲線時(shí)，超高過(guò)渡在緩和曲線全長(zhǎng)或部分范圍內(nèi)進(jìn)行；沒(méi)有緩和曲線時(shí)，在過(guò)渡段長(zhǎng)度的1/3～1/2范圍內(nèi)插入圓曲線，其余都設(shè)在直線上；兩圓曲線徑向連接時(shí)，將過(guò)渡段各半分布置于兩圓曲線內(nèi)。
3.1.6 平面線形設(shè)計(jì)體會(huì)
①環(huán)形匝道線性設(shè)計(jì)。流入匝道為環(huán)形匝道即A形喇叭，當(dāng)流入匝道采用環(huán)形匝道時(shí)一般采用單圓曲線；當(dāng)受地形或其他條件限制時(shí)可采用多圓曲線。當(dāng)大圓半徑R2與小圓半徑R1之比小于等于2時(shí)，應(yīng)盡量控制在1.5內(nèi)。受到用地條件或其他因素的限制，當(dāng)單圓半徑采用一般值或接近一般值時(shí)，與內(nèi)環(huán)相接的S形外環(huán)流出匝道會(huì)遇見(jiàn)小半徑急反轉(zhuǎn)彎的情況，極其不利于行車安全。此時(shí)，為保證與外環(huán)匝道搭接的R1較大，可將內(nèi)環(huán)匝道設(shè)計(jì)為卵形線。此外，R2與R1之比應(yīng)限定在上述范圍內(nèi)以確保內(nèi)環(huán)車輛加速行駛的安全性。
②分流、合流點(diǎn)處加寬、超高與平面線形的關(guān)系。處于分流、合流點(diǎn)處的匝道，通常具有較大的曲率半徑以適應(yīng)較高的車速，這就導(dǎo)致此處會(huì)存在超高過(guò)渡，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)為了在緩和曲線內(nèi)進(jìn)行超高過(guò)渡，應(yīng)在分流點(diǎn)之后以及合流點(diǎn)之前的一定范圍內(nèi)放置緩和曲線端點(diǎn)，這樣一來(lái)不僅適應(yīng)了汽車行駛速度的變化，同時(shí)也增加了行車的安全性。此外，如果匝道的車道和硬路肩寬度與主線不同時(shí)，可在分流點(diǎn)或合流點(diǎn)至緩和曲線端點(diǎn)間進(jìn)行加寬過(guò)渡。
③超高過(guò)渡區(qū)間。當(dāng)超高過(guò)渡處于構(gòu)造物地段時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮橋跨布置，最好將過(guò)渡范圍放在橋梁同一聯(lián)內(nèi)以減少處理構(gòu)造物的難度。
④反向超高的過(guò)渡范圍。S形曲線兩圓半徑之比宜控制在1：3以內(nèi)。流出匝道為環(huán)形匝道（B形喇叭）當(dāng)流出匝道采用環(huán)形匝道時(shí)，原則上應(yīng)設(shè)計(jì)為小圓半徑（R2）與大圓半徑（R1）之比小于1：2（但要大于1：5）的卵形線。車輛行駛在流出匝道上，是減速進(jìn)入內(nèi)環(huán)的，此時(shí)內(nèi)環(huán)行駛的車輛具有較高的安全性。為了改善外環(huán)行車條件以及獲得較為順滑的匝道線形，應(yīng)當(dāng)采用上述標(biāo)準(zhǔn)。為了減少排水上的困難，反向超高的過(guò)渡宜采用較大的超高漸變率。
⑤匝道加寬的處理。圓曲線的路面加寬原則上一般設(shè)置在曲線內(nèi)側(cè)，但是由于互通立交匝道具有圓曲線半徑小、長(zhǎng)度短、加寬值大且構(gòu)造物多等特點(diǎn)，如果仍舊加寬圓曲線內(nèi)側(cè)則會(huì)造成連續(xù)的反向曲線或S曲線沿著匝道忽左忽右，并且匝道寬度會(huì)頻繁變化，不僅增加了布置匝道橋梁上部結(jié)構(gòu)的困難，更影響了路容。在用地比較困難的城市附近，雖然C曲線或相距不遠(yuǎn)的同向曲線也會(huì)采用同側(cè)加寬，但是仍舊不利于橋梁布置和路容美觀。因此，在對(duì)匝道橋梁布置和路容美觀影響不大時(shí)，圓曲線盡量按規(guī)定采用內(nèi)側(cè)加寬并在加寬緩和段內(nèi)進(jìn)行加寬過(guò)渡；當(dāng)影響較大時(shí)，為了有利于匝道橋布置以及改善路容，可以采用等寬的匝道斷面，即按照一條匝道或局部區(qū)段內(nèi)某一圓曲線對(duì)應(yīng)的最大加寬值加寬對(duì)應(yīng)的路基和路面寬度。
⑥匝道設(shè)計(jì)車速的確定。匝道設(shè)汁車速根據(jù)立體交叉等級(jí)、類型、轉(zhuǎn)彎交通量大小等條件選定。選用原則為：直連式或半直連式左轉(zhuǎn)匝道宜采用上限值或中間值；右轉(zhuǎn)彎匝道宜采用上限值或中間值；處于自由流出入口附近的匝道應(yīng)采用較高的設(shè)計(jì)速度，而收費(fèi)站附近或平面交叉的匝道端部可酌情降低設(shè)計(jì)速度。
3.2 縱斷面線形設(shè)計(jì)
3.2.1 縱坡設(shè)計(jì)原則
①為了保證行車的舒適性和安全性，匝道應(yīng)當(dāng)盡量采用較緩的縱坡。嚴(yán)禁在加速上坡和減速下坡的匝道上采用等于或接近于最大縱坡值。
②在匝道及其和主線相連接的部位，為了避免線形的突變，應(yīng)當(dāng)盡可能連接其縱斷面線形。
③當(dāng)?shù)缆窞槭召M(fèi)道路時(shí)，收費(fèi)站附近的豎曲線半徑應(yīng)盡量大些（800m），縱坡一般小于2%，當(dāng)受地形條件或其他因素限制時(shí)，不得大于3%。
④為了保證足夠的停車視距，匝道及其端部縱坡變化處應(yīng)采用半徑較大的豎曲線，此外，合流和分流點(diǎn)以及其附近的豎曲線應(yīng)滿足停車視距的要求。
⑤縱斷面線形必須與平面線形結(jié)合起來(lái)進(jìn)行立體線形的綜合設(shè)計(jì)。
3.2.2 縱坡設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)縱坡應(yīng)盡量平緩，避免多次邊坡，最好只有一次起伏。匝道的最大縱坡應(yīng)能夠克服上下線的高差并留有適當(dāng)?shù)挠嗟?，避免采用極限最大縱坡值；嚴(yán)寒積雪冰凍地區(qū)盡量使用較緩的縱坡；城市附近立交中機(jī)非混行的匝道的最大縱坡應(yīng)考慮非機(jī)動(dòng)車的爬坡能力；平曲線上的匝道應(yīng)根據(jù)合成坡度計(jì)算允許最大縱坡。匝道的最小縱坡應(yīng)滿足縱向排水要求，一般不小于0.5%，特殊情況不小于0.3%。由于匝道一般較短且兩端需要與主線縱坡一致，因此多數(shù)情況下的最短坡長(zhǎng)很難滿足規(guī)范要求，只要能放下相鄰豎曲線即可。
3.2.3 豎曲線設(shè)計(jì) 豎曲線應(yīng)設(shè)置在匝道縱坡變化處，根據(jù)設(shè)計(jì)速度，豎曲線的半徑、長(zhǎng)度應(yīng)符合規(guī)范值。由于匝道具有長(zhǎng)度短、縱面起伏變化大以及坡差大的特點(diǎn)，因此，豎曲線的半徑較小。因此，盡量采用較大的豎曲線半徑，只有條件受限時(shí)采用極限最小半徑。分流點(diǎn)附近的豎曲線，應(yīng)保證有足夠的視距，以便流出車輛安全、順暢
通行。
3.2.4 縱斷設(shè)計(jì)體會(huì)
①出入口豎曲線半徑與線形。出口處豎曲線半徑應(yīng)盡可能大一些，保證有足夠的視距以防誤行而引起車輛阻塞；為了安全駛?cè)?，必須看清主線上的交通情況，因此，入口附近的縱斷面線形必須有同主線一致的平行區(qū)段。
②匝道的拉坡范圍。車流分、合流端部是匝道拉坡范圍開(kāi)始或結(jié)束的位置，隨著主線縱橫破的變化，分、合流端部以前的變速車道也相應(yīng)發(fā)生變化。在綜合考慮主線高程以及縱橫坡的基礎(chǔ)上確定分、合流端部匝道的起點(diǎn)和終點(diǎn)高程以及縱橫坡，此處匝道的縱橫坡不能簡(jiǎn)單的取主線數(shù)值，這樣至少在理論上是間斷的。此外，在確定分、合流點(diǎn)處的高程以及縱橫坡時(shí)還應(yīng)注意，當(dāng)主線為曲線且有超高時(shí)，主線外側(cè)變速車道先做向外的橫坡，后根據(jù)變速車道形式向超高過(guò)渡；對(duì)于直接式匝道則在變速車道全長(zhǎng)范圍內(nèi)過(guò)渡；對(duì)于平行式匝道則在端部到匝道線位與主線切點(diǎn)范圍內(nèi)過(guò)渡；對(duì)于首尾相接的匝道應(yīng)統(tǒng)一考慮拉坡范圍，并注意平縱組合，然后在出圖時(shí)分開(kāi)。
③含跨線橋匝道的縱斷面線形設(shè)計(jì)。在跨線橋處，以地面高程、橋下凈空、橋梁結(jié)構(gòu)、跨徑、交叉處設(shè)計(jì)高程、橫坡等作為標(biāo)高控制因素，合理確定縱斷面變坡點(diǎn)的樁號(hào)、高程及半徑。
④縱斷面線形總體設(shè)計(jì)。縱斷面線形要與平面線形、橫斷面相適應(yīng)，縱坡要與主線、被交線、橋梁相配合，豎曲線要盡可能采用大半徑，保持線形流暢、連續(xù)，縱斷面變化順適、均勻，平縱組合得當(dāng)，技術(shù)指標(biāo)均衡。
3.3 橫斷面設(shè)計(jì) 匝道橫斷面由行車道、路緣帶、硬路肩以及土路肩組成，對(duì)向分離雙車道匝道還包括中央分隔帶。應(yīng)根據(jù)互通式立交等級(jí)、匝道設(shè)計(jì)車速、交通量、車輛組成以及曲線加寬等因素確定匝道橫斷面的組成和尺寸，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)滿足匝道建筑限界的要求。因此，在設(shè)計(jì)道路互通式立交匝道時(shí)，為了將每座互通式立交設(shè)計(jì)成滿足功能、適應(yīng)地形以及線形流暢、行駛安全的精品工程，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行全面的考慮、均衡協(xié)調(diào)、計(jì)算周詳并且細(xì)致檢查。