高速公路施工圖階段的立交設(shè)計要點淺析

吳勝軍（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510507）

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高速公路施工圖階段的立交設(shè)計要點淺析

吳勝軍（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510507）

高速公路立體交叉是高速公路與周邊路網(wǎng)實現(xiàn)交通轉(zhuǎn)換的重要節(jié)點，隨著我國公路設(shè)計水平的不斷提高，立交的設(shè)計愈發(fā)注重安全性、舒適性及經(jīng)濟性。在初步設(shè)計階段，主要論證方案的可行性。而施工圖階段，立交應(yīng)著重于細節(jié)設(shè)計、方案優(yōu)化。針對多數(shù)設(shè)計人員在施工圖設(shè)計中忽略的問題，本文對各設(shè)計要點進行了舉例說明。

立體交叉；施工圖；細節(jié)設(shè)計

引言

高速公路立體交叉是高速公路與周邊路網(wǎng)實現(xiàn)交通轉(zhuǎn)換的重要節(jié)點，通過分散、吸引交通流實現(xiàn)對區(qū)域交通的輻射，在我國交通事業(yè)不斷發(fā)展的今天，民眾對公路交通的需求不斷提高，交通量呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。立交的設(shè)計應(yīng)順應(yīng)時代發(fā)展的節(jié)奏，堅持以人為本的理念，強調(diào)安全性、舒適性及經(jīng)濟性的結(jié)合。在初步設(shè)計階段，主要論證方案的可行性。而具體落實到施工圖階段，應(yīng)對立交的各個設(shè)計要素進行綜合分析，不斷優(yōu)化方案，提高立交的服務(wù)水平。

1　項目背景

高（明）至恩（平）高速公路起于廣明高速公路（順接廣明高速）與江羅高速公路的交叉點（高村互通），終于鳳山水庫東設(shè)置鳳山互通與開陽高速相接，并與中山至開平高速公路對接，是廣明高速公路在江門境內(nèi)的延伸線，遠期可南延至西部沿海高速及上、下川島。項目全長42.940km，全線設(shè)高村、稔村東、龍勝、馬岡、沙湖東、鳳山互通立交5處，設(shè)服務(wù)區(qū)1處。文章以高村互通施工圖為例，對立交設(shè)計要素進行核查并優(yōu)化。

2　立體交叉位置的選定

高速公路立體交叉的設(shè)置應(yīng)結(jié)合城鎮(zhèn)規(guī)劃、路網(wǎng)規(guī)劃、交通流特征、地形地貌特點等因素，同時考慮交叉對主線交通量的吸引和分散，立交與隧道、橋梁、服務(wù)區(qū)、停車區(qū)等構(gòu)造物及設(shè)施的關(guān)系。本項目高村互通是連接高恩高速 （順接廣明高速）與江羅高速的樞紐型互通，目前廣明高速與江羅高速已實現(xiàn)高明、江門、羅定三向互通（四匝道），本次實施的高村互通為既有立交基礎(chǔ)上完善恩平、江門、羅定三向互通（四匝道），立交選址明確。

3　立體交叉設(shè)置的控制要素

立體交叉應(yīng)滿足車輛行駛要求，做到設(shè)計速度合理、視距安全、交通量適宜、服務(wù)水平與主線對應(yīng)。高村互通為預(yù)留互通，主線及立交設(shè)計的主要控制要素已在預(yù)留時考慮，并在前期的方案論證階段進行過詳細比對，可滿足規(guī)范要求。

4　建設(shè)條件

4.1地形地貌

本合同段路線大致沿北向南展布，總體地勢北高南低。路線所經(jīng)地區(qū)的地貌單元主要包括低緩丘陵、山間洼地、沖積平原地貌，地面海拔標(biāo)高位于5～260m之間。低緩丘陵山體植被較發(fā)育，以桉樹、松木、杉樹、灌木為主，少量為果樹種植基地；沖積平原地形較平坦開闊，魚塘、農(nóng)田密布。從地形地貌條件進行細分，高村互通互通1、3、4象限匝道處于山地地貌，第2象限匝道處于沖積平原地貌。立交設(shè)計應(yīng)結(jié)合地形，因地制宜，避免大面積占用平原地區(qū)珍貴的耕地資源 （改為橋梁通過）以及過高的路塹對自然坡體的剝皮式開挖（設(shè)計緊湊、合理的平面，并根據(jù)地形條件擬合縱斷面設(shè)計）。

4.2水文地質(zhì)

區(qū)內(nèi)地表水、地下水較豐富。受氣候、地貌、巖性及地質(zhì)構(gòu)造等因素控制，地表水相對發(fā)育。地下水補給源主要為大氣降水和地表水逕流、地下水滲流，地下水埋深隨地形的起伏變化較大。

根據(jù)項目水文地質(zhì)條件，高村互通注重路基的綜合設(shè)計，地基及路堤的處理需結(jié)合實際情況進行，特別是地基的處理（如換填）應(yīng)徹底，結(jié)合地下水位高程，控制換填高度處于地下水位以上至少50cm，換填材料采用透水性材料，如粗粒土、碎石、砂礫等，避免毛細水上升對路基的軟化。

5　立交設(shè)計情況

高村樞紐立交為變形苜蓿葉樞紐立交，連接廣明高速、江羅高速及高恩高速，本項目A、B、C、D、及E起點路段已由江羅高速實施，本項目主要實施高村互通的E匝道（從 D、E匝道分流鼻端開始）、F、H、I匝道。

由于江羅高速實施時，本項目工程可行性研究相對滯后，高恩高速設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)僅按26m雙向四車道標(biāo)準(zhǔn)進行預(yù)留，現(xiàn)高恩高速采用33.5m雙向六車道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。高村互通在原設(shè)計方案基礎(chǔ)上進行調(diào)整，將互通對接主線寬度改造為雙向六車道，銜接主線的匝道相應(yīng)變化。

圖1　總體圖

圖2　線位圖

5.1計算行車速度、路線設(shè)計長度及匝道標(biāo)準(zhǔn)斷面組成

本段高恩高速主線采用100km/h設(shè)計速度，除內(nèi)環(huán)H匝道設(shè)計速度為40km/h外，其余匝道均采用60km/h設(shè)計速度。

匝道標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度：單向單車道9m，單向雙車道10.5m。

5.2平、縱面指標(biāo)

主線：平面位于左偏半徑為R-2000m范圍內(nèi)，最大縱坡2%，最小縱坡0.50%，豎曲線最小半徑為R-30000m（凹形）。

匝道：最小平曲線半徑為R-60m，最大縱坡為3.5%，最小縱坡為0.33%，凸形豎曲線最小半徑為R-2800m，凹形豎曲最小半徑為R-2000m；最大超高橫坡度為6%，最大合成坡度為6.78%。

5.3變速車道設(shè)置情況

減速車道采用直接式，長度分別為：

（1）E匝道為145.997m，漸變段長度為100m；

（2）H匝道為125.210m，漸變段長度為90m。

加速車道采用平行式，長度分別為：

（1）E匝道為220m，漸變段長度為80m；

（2）H匝道為230m，漸變段長度為90m。

5.4高村立交設(shè)計要點

A、B、C、D、及E起點路段已由江羅高速項目實施，高村樞紐立交設(shè)計基于已實施的四匝道進行。原預(yù)留方案（按雙向四車道）未考慮本項目主線雙向六車道寬度，設(shè)計時需維持現(xiàn)狀匝道及主線線形，同時高恩高速部分的加減速車道需雙向六車道調(diào)整。

6　立交關(guān)鍵點核查

（1）與規(guī)范的契合，《公路立體交叉設(shè)計細則》（JTG/TD21-2014）（以下稱細則）于2014年11月1日起正式實施，本規(guī)范對我國多年的立交設(shè)計經(jīng)驗作出了總結(jié)，對原有規(guī)范不足或不合理的內(nèi)容進行了修正，是我國立交設(shè)計主要參照的規(guī)范之一。

（2）結(jié)合本項目所實施匝道型式，直連式與半直連式具有較大的交通量及較高通行時速，設(shè)計應(yīng)考慮合理的設(shè)計指標(biāo)。

表1

（3）橫斷面核查。匝道的橫斷面寬度選擇是關(guān)系到行車安全、服務(wù)水平的重要指標(biāo)，依據(jù)最新的調(diào)研及試驗結(jié)論，右側(cè)硬路肩由傳統(tǒng)的2.5m增加至3m，方可滿足應(yīng)急需要。本項目設(shè)置緊急停車道的匝道，均按此執(zhí)行。

（4）出口匝道的核查。即主線分流鼻處設(shè)計，主要考慮分流鼻處平曲線曲率半徑、回旋線參數(shù)、豎曲線半徑三部分。

①分流鼻處平曲線半徑、回旋線參數(shù)。由于主線車輛通過分流鼻行駛過渡到匝道曲線，其行車速度必然由經(jīng)歷由快（主線）至慢（匝道）的過程，在以往的設(shè)計中，很多設(shè)計人員往往忽略速度的過渡設(shè)計，設(shè)計出的線形不符合實際行駛規(guī)律，必然埋下安全隱患。合理的線元設(shè)計，應(yīng)考慮行車在速度降低的過程中，其行駛點曲率半徑應(yīng)控制在一定合理范圍，可誘導(dǎo)駕駛員均衡的控制車速，確保道路情況變化符合駕駛期望，避免線形突變，保證駕駛的連續(xù)性以及協(xié)調(diào)性。針對本項目主線設(shè)計時速（100km/h），分流鼻端匝道平曲線最小曲率半徑的一般值控制為≥300m、回旋線最小參數(shù)（A值）一般值控制為≥80。

②分流鼻豎曲線半徑。與分流鼻平曲線半徑及回旋線參數(shù)設(shè)計類似，豎曲線的設(shè)計在行車過渡階段不能僅按照匝道半徑指標(biāo)控制 （匝道半徑指標(biāo)主要針對車輛完全進入匝道界面，且符合匝道設(shè)計時速的車輛行駛條件），而應(yīng)與平面過渡相對應(yīng)，提高線元指標(biāo)，以適應(yīng)行車速度變化狀況。針對本項目主線設(shè)計時速（100km/h），分流鼻端匝道豎曲線最小曲率半徑的一般值控制為≥2800m（凸形）、1800m（凹形）。

（5）入口匝道的核查。即主線合流鼻的設(shè)計，主要考慮合流鼻處豎曲線半徑、通視三角區(qū)兩部分。合流鼻的行車速度由慢至快，其設(shè)計側(cè)重于合流車輛（主線及匝道）相互的安全性，因此，必須保證主線與匝道相互通視要求，控制范圍按：在合流鼻端前，主線距合流鼻100m，匝道距合流鼻60m。其豎曲線半徑控制同出口匝道。

（6）超高的核查。以往的設(shè)計往往忽略超高的核查，如前所述，在分、合流鼻線形中，速度不斷變化，其行駛點曲率半徑相應(yīng)改變，而超高的設(shè)計與行駛點半徑、行駛速度、橫向力系數(shù)均息息相關(guān)，其關(guān)系如下所示（對于40km/h、60km/h匝道，最大橫向力系數(shù)Vmax應(yīng)分別控制在0.16、0.15以內(nèi)，可保證車輛基本平穩(wěn)，對曲線的感受不至于強烈），因此，超高與平縱橫的設(shè)計必須綜合考慮。

式中：V——計算速度（km/h）；

u——橫向力系數(shù)；

R——平曲線半徑（m）；

ih——超高坡度（%）。

（7）連接部設(shè)計的核查。原有公路路線設(shè)計規(guī)范JTGD20-2006中，對于主線時速120km/h的變速車道長度及有關(guān)參數(shù)表中，單車道出入口的“主線硬路肩或其加寬后的寬度C1”均取值為3.5m，而細則中對于合流鼻段的要求為“不應(yīng)設(shè)偏置”。對于本項目而言，主線硬路肩為3.0m，合流鼻端維持主線硬路肩3m寬度。本次規(guī)范規(guī)定的變化，對匝道平面無影響，但改變了匝道縱斷面設(shè)計終點樁號及相應(yīng)標(biāo)高。對于主線來說，加速車道終點與大鼻端位置相應(yīng)拉長，總的來說，車輛行駛的安全性有所提高。

7　結(jié)語

（1）施工圖作為施工依據(jù)，應(yīng)更加注重設(shè)計的安全性、舒適性及經(jīng)濟性。

（2）立交設(shè)計應(yīng)因地制宜，避免大面積占用平原地區(qū)珍貴的耕地資源以及對自然坡體的剝皮式開挖。

（3）設(shè)置緊急停車道的匝道應(yīng)滿足應(yīng)急的實際需要，硬路肩需加寬至3m。

（4）鼻端位置出入口線元設(shè)計應(yīng)充分考慮行車速度過渡過程，便于駕駛?cè)司獾目刂栖囁伲岣咴O(shè)計安全性能。

（5）超高的設(shè)計應(yīng)與線元設(shè)計向適應(yīng)，以提高行車的平穩(wěn)性及舒適性。

（6）合流鼻不設(shè)偏置，使加速車道終點與大鼻端位置相應(yīng)拉長，提高了對車輛行駛安全性。

［1］楊盛福.高速公路立交工程［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［2］中華人民共和國行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn).《公路立體交叉設(shè)計細則》（JTG/ TD21-2014）［S］.北京：人民交通出版社，2014.

［3］中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTGD20-2006）［S］.北京：人民交通出版社，2013.

吳勝軍（1983-），男，湖南湘西人，路橋工程師，碩士研究生，主要從事道路工程工作。

U412.36+6

A

2095-2066（2016）17-0174-02

2016-4-5