變異形互通式立交布設(shè)控制因素分析

摘要：地形、地質(zhì)情況復雜的山區(qū)高速公路在交通需求上與城市有很大差異，高速公路主線指標比較緊湊。通過石黔高速黑溪互通式立交實例，從立交總體布設(shè)、線形指標控制、橋梁布置、路基設(shè)置等多個方面對復雜山區(qū)非常規(guī)變異形互通式立交布設(shè)指標進行研究。研究認為互通式立交占地面積大，與山區(qū)用地條件的矛盾突出，常規(guī)的立交形式對地形、地質(zhì)條件適應性差，需要對立交布設(shè)進行適當變異。復雜山區(qū)變異形高速互通式立交總體布置中，利用地形，繞避不良地質(zhì)條件靈活布線，貫徹安全、舒適、經(jīng)濟的設(shè)計理念，立交范圍主線及匝道的線形指標需結(jié)合橋梁、路基工程進行控制，主線及匝道橋梁工程設(shè)置應根據(jù)地形、地質(zhì)情況、施工條件等采用各種墩臺形式，注意孔跨及梁型的統(tǒng)一，路基工程應減少棄方，注重不良地質(zhì)段落防護，路面結(jié)構(gòu)指標需按照主線、匝道及橋面鋪裝分別選取。關(guān)鍵詞：互通式立交；總體布設(shè)；線形指標；橋梁工程；路基工程

中圖分類號：U 412文獻標志碼： A

Analysis of controlling factors of the variant interchange

LI Rui

（China Railway First Survey and Design Institute Group Co.，Ltd.，Xi’an 710043，China）Abstract：

The complex mountainous highways in the traffic demand with Terrain and geological conditions is also very different from the city， the main line indicators of highways are more compact. Based on the design example of the interchange of the Shiqian highspeed and Heixi interchange， from the aspects of the general arrangement of the interchange， the control of the route indexes， the layout of the bridge engineering and the setting of the subgrade engineering， the indexes of unconventional variability interchange of complicated mountainous areas are studied. The study shows that the interchange area is large， and the contradiction with the using mountain land are prominent. The conventional interchange form is poor adaptability to terrain and geological condition， and it is necessary to make appropriate variation for the interchange. In general arrangements of complex mountainous highspeed variant interchange， the terrain is used， bypassing bad geology， flexible wiring， and implementing safe， comfortable and economical design idea； the line index of the main line and the ramp should be combined with the bridge and the subgrade project to be controlled； the main line and the ramp bridge engineering should be based on terrain， geological conditions and construction conditions， using a variety of piers and forms， while paying attention to the unity of the spans and beam type； subgrade engineering should be reduced abandoned， and pay attention to bad geological paragraph protection； the pavement structure indexes should be chosen according to the main line， ramp and bridge.Key words：interchange plans；general arrangement；route indexes；bridge engineering；subgrade engineering

0引言常規(guī)形式的互通式立交布設(shè)技術(shù)在平原區(qū)高速公路建設(shè)中比較成熟[1-2]。對于復雜山區(qū)，若采用常規(guī)的互通式立交布置形式，對地形、地質(zhì)等條件適應性較差，且工程設(shè)置困難，安全性差。同時，在山區(qū)變異形立交布設(shè)中，線形指標結(jié)合運行速度的靈活運用尤其重要[3-5]，與橋梁工程和路基工程等布設(shè)指標是否能夠緊密結(jié)合，往往決定了立交布設(shè)的成功與否。楊少偉等認為在山區(qū)復雜的地形地物條件下，按常規(guī)形式進行立交布設(shè)，往往造成大填大挖、填溝改河、高橋長隧等經(jīng)濟不合理的現(xiàn)象[1]；在不考慮工程經(jīng)濟合理的前提下，由于距離短、高差大而出現(xiàn)急劇陡坡或加、減速車道長度不足等不符合《規(guī)范》的情況[6-8]。常規(guī)的立交布設(shè)已經(jīng)難以滿足山區(qū)的特殊地形條件，必需對立交的整體形式或部分匝道的幾何線形進行變異，以適應復雜多變的山區(qū)環(huán)境，達到道路正常使用的要求[9-11]。孫家駟等認為立交線形指標的評價應著重從運行速度模擬理論出發(fā)，提出相應的設(shè)計方法和改善措施，以指導立交線形設(shè)計，作為立交線形安全性評價的重要依據(jù)。通過測算立交區(qū)對應主線的運行速度變化，變速車道起點或終點的運行速度值，可以合理控制互通式立交主線及匝道的線形指標，使其適應相應的運行速度，保證行車安全性和適當?shù)氖孢m性[2]。立交線形設(shè)計不僅要考慮幾何設(shè)計指標，還要與構(gòu)筑物設(shè)置相互協(xié)調(diào)[12-15]。由于復雜的地形、地質(zhì)條件及局限的用地現(xiàn)狀，山區(qū)變異形互通式立交總體布設(shè)及線形指標設(shè)計必須與路基、橋梁等工程合理地配合。這就需要從立交總體布置、線形指標控制、橋梁工程布設(shè)、路基擋護工程及路面工程設(shè)置等多個方面對變異形互通式立交的控制因素進行梳理和分析研究。

1黑溪互通式立交概況石黔高速公路全長82998 km，采用雙向四車道高速公路標準，設(shè)計速度80 km/h，全線橋隧工程占比756%，項目全線共設(shè)置互通8處。黑溪變異形互通式立交位于黑溪鄉(xiāng)東北方向約12 km處，立交區(qū)屬構(gòu)造剝蝕中低山地貌，碎屑巖山區(qū)，多呈脊狀、臺狀中低山，主要以溝谷、梯田、山脊緩坡地貌為主。互通區(qū)內(nèi)K65+000處垂直主線方向為深溝地形，深度大于50 m.立交范圍大里程側(cè)為青崗嶺崩坡積體，背山側(cè)小傾角順層發(fā)育。立交節(jié)點主交通流向為黑溪—黔江方向，次交通流向為黑溪—石柱方向，2034年遠景交通量分別為2 220 pcu/d和712 pcu/d.根據(jù)黑溪變異形互通式立交結(jié)合立交區(qū)地形及交通流特點，采用變異AB型單喇叭全互通立交形式，A匝道下穿主線后，繞至既有深溝溝頭位置后，反向設(shè)置單喇叭形互通，該方案主線2次上跨匝道，立交匝道最小平曲線半徑50 m，最大縱坡480%.黑溪變異形互通式立交通過A匝道的繞行并2次下穿高速主線，繞避了深溝，避免了小半徑高墩現(xiàn)澆匝道梁橋（施工高度>50 m）的施工風險。立交利用地形形成2個環(huán)形匝道，車流運行方向明確，行車舒適性也較好。立交總體布置緊湊，用地節(jié)約，同時大規(guī)模降低了橋梁規(guī)模。

2互通式立交線形指標

21主線線形指標立交范圍主線圓曲線最小半徑970 m，較規(guī)范一般值略小，但地形適應性好，能夠保證彎道外側(cè)變速車道連接部的橫坡差（對應主線超高3%），有利于提高車輛運行的安全性。立交范圍主線回旋線長度在滿足規(guī)范規(guī)定值（3 s行程）的前提下適當加長，滿足超高漸變要求，同時回旋線參數(shù)滿足視覺要求（R/3

22匝道線形指標根據(jù)確定的立交類型、匝道設(shè)計速度及匝道橫斷面形式，該立交的匝道線形指標力求滿足預測交通量需求，保證行車安全、舒適，充分適應地形、地質(zhì)等控制條件，控制工程造價。

221匝道平面線形指標立交匝道中，B，D均為環(huán)形匝道，選取了較小的平曲線半徑。其中D匝道為B型喇叭分流出口，為保證足夠的視距及行車安全，匝道平曲線半徑取規(guī)范規(guī)定的一般值（R=60 m），同時控制分流鼻點曲率半徑（R=2 8308 m，規(guī)范一般最小值為R=250 m）；B匝道為A型單喇叭合流入口，為適應地形、控制投資，匝道平曲線半徑取規(guī)范規(guī)定的極限值（R=50 m）。為適應地形，同時保證匝道收費站通視條件，A匝道該段平曲線半徑控制在200 m以上（圖3）。匝道基本路段回旋線參數(shù)及長度以規(guī)范規(guī)定值提高一檔控制，同時滿足超高過渡所需長度要求。主線分流鼻端附近出口匝道回旋線參數(shù)按鼻端通過速度確定，以保證車輛能在運行速度過渡段內(nèi)連續(xù)、平穩(wěn)地完成減速。

圖3黑溪互通平面線形特征示意圖

Fig3Schematic diagram of the black river interchange

222匝道縱斷面線形指標因適應地形、控制投資需要，匝道平面指標較為緊湊。為保證線形指標的均衡性，縱斷面線形指標均采用較高標準控制。匝道縱坡均控制在4%以下，高于規(guī)范規(guī)定值。為滿足匝道收費站運行速度過渡條件的需要，A匝道該段縱坡控制在2%以下。匝道豎曲線最小半徑R=950 m，均控制在規(guī)范規(guī)定一般值之上。主線分流鼻端附近出口匝道的豎曲線半徑按鼻端通過速度確定。

223匝道平縱面線形組合控制山區(qū)高速公路往往受所處地區(qū)地形、地質(zhì)等控制因素限制，行車安全性尤為重要，必須注重平縱面線形組合的合理性。在互通式立交設(shè)計中，也應對匝道平縱面線形組合進行適當控制。在該立交的設(shè)計中，主要從以下幾點對匝道平縱面線形組合進行控制：當匝道為下坡且采用規(guī)范規(guī)定的最大縱坡值時，匝道末端圓曲線不得采用規(guī)范規(guī)定的極限最小值。匝道分、合流鼻端前不得設(shè)置凸形豎曲線頂點。小半徑圓曲線起、訖點，不得設(shè)在凸形豎曲線頂部或凹形豎曲線底部。凸形豎曲線頂部或凹形豎曲線底部不得與反向平曲線拐點重合。

3互通式立交橋梁特征

31主線橋布設(shè)指標

黑溪互通主線橋位于大半徑圓曲線上，為跨越深溝而設(shè)。橋梁采用左右分離式布置，中心里程為：左線K65+027，右線YK65+0474.最大橋梁高度508 m.主線左幅橋上部結(jié)構(gòu)：3×30 m+3×30 m+4×30 m預應力砼T梁（先簡支后連續(xù)）；下部結(jié)構(gòu)：U型橋臺，樁柱式橋墩。0號橋臺采用擴大基礎(chǔ)，其余墩臺采用樁基礎(chǔ)。主線右幅橋上部結(jié)構(gòu)：4×30 m+3×30 m+4×30 m預應力砼T梁（先簡支后連續(xù)）。下部結(jié)構(gòu)：U型橋臺，樁柱式橋墩

。

32A匝道橋布設(shè)指標黑溪互通式立交A匝道橋平面分別位于緩和曲線上，為以橋代路旱橋。橋梁中心里程為：AK1+060.橋梁長度17608 m，最大橋梁高度215 m.該橋上部結(jié)構(gòu)：4×20 m+4×20 m預應力砼連續(xù)箱梁。下部結(jié)構(gòu)：U型橋臺，樁柱式橋墩，橋臺采用擴大基礎(chǔ)，橋墩采用樁基礎(chǔ)。

33D匝道橋布設(shè)指標黑溪互通式立交D匝道橋位于緩和曲線和圓曲線上，為跨越深溝而設(shè)。橋梁中心里程為：DK0+25037.橋梁長度16300 m，最大橋梁高度302 m.該橋上部機構(gòu)：

8×20 m預應力砼連續(xù)箱梁。下部結(jié)構(gòu)：0#橋臺接5層巖大橋左幅6#墩，8#橋臺采用肋板臺，橋墩采用柱式墩，墩臺均采用樁基礎(chǔ)。

4路基路面指標分析

4.1路基指標特征路堤采用路塹挖方土石（I類土除外）填筑。依據(jù)詳勘資料，按照路基填料種類、邊坡高度、地基工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件綜合確定填方邊坡坡率。路塹邊坡充分結(jié)合地層巖性、構(gòu)造裂隙產(chǎn)狀、巖體風化程度、力學性質(zhì)和開挖高度等條件，兼顧地形地貌、土方調(diào)配因素，與邊坡防護工程緊密結(jié)合，進行綜合邊坡設(shè)計。立交范圍的路基力求填挖平衡，盡量以挖做填，減少棄方。小傾角順層地段盡量降低挖方高度，同時設(shè)置樁板墻等必要的防護措施。

4.2路面指標特征主線路面結(jié)構(gòu)：4 cmSBS 改性瀝青混凝土AC-13C+6 cmSBS 改性瀝青混凝土AC-20C+8 cmAC-25C+08 cm改性瀝青同步碎石封層+20 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+20 cm 水泥穩(wěn)定碎石底基層+20 cm水泥穩(wěn)定碎石墊層。瀝青面層之間設(shè)改性乳化瀝青粘層，基層頂面設(shè)乳化瀝青透層。路面總厚度788 cm.互通匝道、連接線路面結(jié)構(gòu)：4 cmSBS改性瀝青混凝土AC-13C+6 cmSBS改性瀝青混凝土AC-20C +08 cm改性瀝青同步碎石封層+20 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+20 cm水泥穩(wěn)定碎石底基層+20 cm水泥穩(wěn)定碎石墊層。瀝青面層間設(shè)改性乳化瀝青粘層，基層頂面設(shè)乳化瀝青透層。路面總厚度708 cm橋面鋪裝：4 cmSBS改性瀝青混凝土AC-13C+6 cmSBS改性瀝青混凝土AC-20C+水性瀝青基涂料防水層+混凝土調(diào)平層（T梁）。瀝青面層間設(shè)改性乳化瀝青粘層。

5控制因素分析

51地形條件地面起伏大，高差大，山高谷深，地形復雜，山崖陡峭，地面自然坡度一般在20°以上；山脈水系分明，伴隨著大小水系分布著大小河流及山間谷地。山區(qū)河流具有河床縱坡大、流量小、流速快，形成山區(qū)地形山高谷深垂直切割明顯的特點。在這種條件下布設(shè)互通式立交，傳統(tǒng)的立交形式往往地形適應性差，導致橋梁及路基擋護工程設(shè)置困難，施工安全性差。這就要求匝道結(jié)合地形條件適當繞行，形成靈活布置的變異形互通立交形式，降低工程設(shè)置難度。以黑溪互通式立交為例，立交范圍垂直主線方向有一道深度達50 m以上的深溝。通過A匝道下穿主線后繞行至深溝溝頭處回轉(zhuǎn)，將常規(guī)形式互通式立交中的高墩曲線橋梁設(shè)置成路基，降低了工程難度，提高了施工安全性。

52地質(zhì)條件山區(qū)地表坡度大，土壤淺薄，植被稀少。強分化的土石易被水沖走。巖石直露，巖體破碎，產(chǎn)狀多變，褶曲斷裂。裂隙水和地下水的長期作用對地質(zhì)穩(wěn)定有很大影響，加之氣候變化，地表存在著一些不良地質(zhì)情況，如巖堆、碎落、滑塌、巖溶、泥石流等。在此種地區(qū)布設(shè)立交，對大型不良地質(zhì)地段要堅決繞避，小型的不良地質(zhì)要加強處置措施，確保工程安全。在黑溪互通式立交范圍，大里程左側(cè)有一處覆蓋層較厚的崩坡積體，立交布設(shè)時通過喇叭頭方向的改變進行了繞避。對立交范圍存在的小傾角順層地段盡量降低挖方高度，同時設(shè)置樁板墻等必要的防護措施。

53線形指標受山區(qū)自然特征的影響，互通式立交的線形指標不可能像平原地區(qū)那樣容易選取。特別是由于采用變異形式布置之后，匝道由于展線需要而變得較長。為了滿足行車安全、舒適的要求，應充分考慮運行速度對立交線形指標的影響，而不能僅僅以設(shè)計速度控制線形指標。運行速度的引入，正是理論與實踐結(jié)合的產(chǎn)物。通過對車輛在匝道和變速車道上的運行車速變化規(guī)律進行理論分析和計算來控制線形指標，是變異形互通式立交線形設(shè)計的有效指導性原則。除此之外，線形指標控制還應照顧橋梁及路基擋護工程的設(shè)置需要。黑溪立交線形設(shè)計中均采用運行速度對立交主線及匝道線形指標進行了檢驗，保證了立交運營的安全。立交線形指標均符合橋梁及路基擋護工程的設(shè)置要求。

54橋梁布設(shè)受自然條件限制，山區(qū)互通式立交布設(shè)中橋梁布設(shè)往往較為困難。因此有必要采用變異形的立交總體布置形式，將匝道靈活繞行，以降低橋梁布設(shè)難度。橋梁布設(shè)中應根據(jù)不同的地形、地質(zhì)條件選擇適當?shù)亩张_結(jié)構(gòu)形式。互通式立交內(nèi)的橋梁以預應力簡支或連續(xù)箱梁最為常用。受匝道接線的影響，互通式立交內(nèi)的橋梁往往需要拼寬和碎跨布置。特別是在山區(qū)變異形互通式立交布設(shè)中，立交匝道的繞行會導致主線與匝道間及匝道與匝道間的分合流段落變長，拼寬和碎跨現(xiàn)象更加突出。這就要求橋梁結(jié)構(gòu)物布設(shè)與主線及匝道線形設(shè)計互相配合。有時候甚至需要橋梁結(jié)構(gòu)物來控制線形指標。線形指標除了滿足車輛行駛的要求，還應照顧橋梁的布設(shè)，立交鼻端應與橋梁整跨或整聯(lián)對齊，同時盡量減小橋梁拼寬段落。橋梁布設(shè)中要盡量減少碎跨布置，如若無法避免可將碎跨集中在預應力連續(xù)箱梁的一聯(lián)或幾聯(lián)內(nèi)處理，以降低設(shè)計難度。黑溪互通式立交設(shè)置主線橋一座，匝道橋2座，均為預應力連續(xù)箱梁橋。三座橋梁根據(jù)不同的地形、地質(zhì)條件采用了不同的墩臺形式。橋梁均實現(xiàn)了整垮布置，且立交鼻端均與橋跨整聯(lián)對齊。

55路基防護工程設(shè)置及路面結(jié)構(gòu)多樣的地形狀況，復雜的地質(zhì)條件，使得山區(qū)高速公路沿線路基防護成為需重點考慮的問題。既要保證路基邊坡的穩(wěn)定性，又要考慮生態(tài)保護和景觀效果。而立交作為高速公路的重要節(jié)點性工程，更需要注重擋護工程設(shè)置的穩(wěn)定性和邊坡防護的環(huán)保及景觀效果。邊坡防護應多采用貼近自然的綠色防護形式；擋墻根據(jù)地基基承載力條件設(shè)置，避免厚重的擋墻形式，結(jié)合自然條件合理設(shè)置擋護工程。黑溪互通式立交邊坡防護大量采用了拱形骨架加植草的形式；局部小傾角順層地段采用了樁板墻擋護形式。

立交路面結(jié)構(gòu)形式宜采用高強度厚瀝青砼路面與全厚式瀝青砼路面結(jié)構(gòu)形式，避免剛性及半剛性路面結(jié)構(gòu)的使用，以提高行車舒適性，減小運營期養(yǎng)護維修難度。黑溪互通式立交采用的瀝青砼路面結(jié)構(gòu)厚度達708 cm，為長壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)，運營期維修養(yǎng)護方便，行車舒適性較好。

6結(jié)論1）變異形高速互通式立交總體布置中，需充分利用既有地形，繞避不良地質(zhì)條件，靈活布線，貫徹安全、舒適的設(shè)計理念；2）立交范圍主線及匝道的線形指標需相互配合，采用運行速度驗算控制，線形指標需滿足橋梁、路基工程設(shè)置要求；

3）山區(qū)互通式立交適宜采用變異形布置形式，以降低橋梁布設(shè)難度。主線及匝道橋梁工程設(shè)置應盡量減少拼寬及碎跨；

4）路基防護工程形式應滿足穩(wěn)定性及環(huán)保、景觀效果要求；路面結(jié)構(gòu)應采用長壽命瀝青砼路面，便于維修養(yǎng)護，提高行車舒適性。

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