公路和城市道路互通式立交設(shè)計(jì)研究

張順利、周子剛

[1.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司西安分公司，陜西 西安 710000；2.北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，甘肅 蘭州 730000]

0 引言

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐漸完善。人民生活水平的提升，促使機(jī)動(dòng)車數(shù)量不斷增加，導(dǎo)致目前我國大部分城市都有著極大的交通壓力，各個(gè)城市也開始大量修筑一些大規(guī)模的交通設(shè)施，逐步完善交通網(wǎng)絡(luò)，緩解城市交通壓力，提升城市道路的服務(wù)水平和通行能力。互通式立交設(shè)計(jì)，是指結(jié)合跨線構(gòu)造物的設(shè)置對(duì)交叉道路空間分離的工程設(shè)施，并且采取匝道連接上下道路，保障車輛正常轉(zhuǎn)彎。其設(shè)計(jì)的內(nèi)容與現(xiàn)代城市交通壓力的緩解有著十分重要的聯(lián)系。因此做好互通立交設(shè)計(jì)的研究有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 公路與城市道路之間的關(guān)系分析

1.1 構(gòu)造形式

兩種構(gòu)造形式的區(qū)別見表1。

表1 公路與城市道路構(gòu)造形式分析

1.2 功能結(jié)構(gòu)

從發(fā)揮公路功能的角度講，與城市道路的完善程度和布局的形式有著密切的關(guān)系，但是公路本身的服務(wù)水平和規(guī)模以及過境的方式都會(huì)影響到城市道路的功能發(fā)揮水平[1]。如果整個(gè)公路的布局形式和市區(qū)對(duì)外交通量不能有效匹配，很容易發(fā)生城市對(duì)外交通擁堵的現(xiàn)象，影響對(duì)外交通的輻射能力。并且結(jié)合構(gòu)造的功能分析可以明確的是，公路和城市道路的功能屬于相互協(xié)調(diào)、補(bǔ)充和影響的。

2 互通式立交設(shè)計(jì)要素分析

2.1 設(shè)計(jì)速度

2.1.1 主線

結(jié)合《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017，簡(jiǎn)稱《公路規(guī)范》）與《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 37—2012，簡(jiǎn)稱《城市道路規(guī)范》）的要求來確定實(shí)際的設(shè)計(jì)速度[2]。

2.1.2 匝道

匝道是在互通式立交上、下層道路之間為車輛轉(zhuǎn)彎提供的連接道，對(duì)在立交道路中的交通流起到促進(jìn)車輛連續(xù)行駛的作用，提升交叉口的通行能力[3]。而在城市道路設(shè)計(jì)中，其本身的設(shè)計(jì)速度沒有較大的差異，因此根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求應(yīng)當(dāng)將匝道設(shè)計(jì)速度根據(jù)匝道行駛和立交等級(jí)來進(jìn)行確定，一般匝道設(shè)計(jì)速度都主線設(shè)計(jì)速度的0.4～0.7 倍，大約為20～70km/h。并且由于公路上的行車速度相對(duì)較快，因此匝道設(shè)計(jì)的等級(jí)不同，速度的設(shè)計(jì)差異性相對(duì)較大，一般與匝道的類型、互通的服務(wù)水平以及主線設(shè)計(jì)速度有著十分密切的關(guān)系。

2.2 服務(wù)對(duì)象

從實(shí)際應(yīng)用角度分析，公路以及城市道路所承擔(dān)的功能存在較大差異，服務(wù)對(duì)象也存在較大差異。公路的主要功能是貨物運(yùn)輸、人員流動(dòng)，因此，主要服務(wù)對(duì)象為機(jī)動(dòng)車輛。而城市道路主要滿足城市居民出行的要求，服務(wù)對(duì)象主要包括機(jī)動(dòng)車輛、非機(jī)動(dòng)車輛、行人等。雖然二者的服務(wù)對(duì)象在機(jī)動(dòng)車輛上存在一定重合，但是二者在互動(dòng)過程中所采取的車輛特征設(shè)計(jì)存在一定區(qū)別。作為主要控制要求，實(shí)際對(duì)道路體系進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，需要依據(jù)車輛輪廓尺寸，對(duì)道路的寬度、縱坡等具體指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。

2.3 道路建筑界限

為切實(shí)保障道路交通的安全性，我國相關(guān)制度明確規(guī)定，在道路工程設(shè)計(jì)建造過程中，應(yīng)嚴(yán)禁區(qū)域內(nèi)存在任何影響交通安全的障礙物，同時(shí)，規(guī)定中對(duì)道路建筑界限值作出明確規(guī)定，其中規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：一級(jí)與二級(jí)公路凈高度為5.0m，三級(jí)與四級(jí)公路凈高度為4.5m；城市道路凈高度為4.5m。所以在二者銜接階段設(shè)計(jì)中，需要注意二者凈高度設(shè)計(jì)的差異，防止交通事故的發(fā)生。

2.4 停車視距

停車視距，即駕駛員從發(fā)現(xiàn)障礙物至到達(dá)障礙物的行駛時(shí)間范圍內(nèi)，駕駛員在確保安全的情況下將車輛停穩(wěn)的最短距離。就實(shí)際研究結(jié)論可知，停車視距與安全距離、制動(dòng)距離以及駕駛員反應(yīng)距離有直接的關(guān)系。現(xiàn)階段我國《公路規(guī)范》以及《城市道路規(guī)范》在停車視距方面的規(guī)定中，除一項(xiàng)指標(biāo)存在明顯差異外，其余指標(biāo)基本相同，這種情況體現(xiàn)出兩種制度均采用相同原理進(jìn)行計(jì)算。由此，技術(shù)人員在實(shí)際進(jìn)行停車視距設(shè)計(jì)過程中，可以參考上述兩種指標(biāo)體系。

2.5 匝道平、縱面組合設(shè)計(jì)

依照我國頒布的《公路規(guī)范》以及《城市道路規(guī)范》中的規(guī)定要求，匝道平、縱面在實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中應(yīng)與主線設(shè)計(jì)保持一致。具體內(nèi)容主要包括：平面曲線設(shè)計(jì)中，涵蓋曲線以及變坡點(diǎn)；直線段設(shè)計(jì)，尤其是半定線定向匝道設(shè)計(jì)中，嚴(yán)禁采取短豎曲線設(shè)計(jì)；反向平曲線設(shè)計(jì)中，嚴(yán)禁拐點(diǎn)以及變坡點(diǎn)出現(xiàn)重合情況；在出口處采用凸形豎曲線與下坡匝道相連接設(shè)計(jì)中，為確保駕駛員觀察視野開闊，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行延長豎曲線設(shè)計(jì)，以確保有效視距；在入口處采用凸形豎曲線方式與上坡匝道連接形式，匝道同縱斷面應(yīng)依托于相鄰主線進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保駕駛員可以直觀、清晰地觀察主線車輛行駛狀況。然而需要認(rèn)識(shí)到的一點(diǎn)是，由于當(dāng)前相關(guān)規(guī)章制度體系中，對(duì)匝道平、縱面組合設(shè)計(jì)規(guī)定尚不完善，設(shè)計(jì)不規(guī)范問題表現(xiàn)依然較為突出。除此以外，部分設(shè)計(jì)人員對(duì)平縱面組合設(shè)計(jì)、填挖高度考慮不足，將變坡點(diǎn)設(shè)置在匝道終點(diǎn)前30m、35m 區(qū)域或匝道起點(diǎn)后30m、35m 處區(qū)域，對(duì)交通安全造成嚴(yán)重威脅。

2.6 變速車道長度

現(xiàn)階段，我國所實(shí)行的《公路規(guī)范》以及《城市道路規(guī)范》兩項(xiàng)制度中，對(duì)變速車道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)存在一定沖突。《城市道路規(guī)范》在設(shè)定變速車道長度時(shí)，主要依據(jù)主線及匝道設(shè)計(jì)車速作為標(biāo)準(zhǔn)，即將取值標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為變速車道起、終點(diǎn)；而《公路規(guī)范》則規(guī)定變速車道都應(yīng)依照主線設(shè)計(jì)速度進(jìn)行界定。在主線設(shè)計(jì)速度不發(fā)生變動(dòng)的前提下，匝道設(shè)計(jì)車速會(huì)隨著互通等級(jí)降低而減小，公路標(biāo)準(zhǔn)值及車輛所需加速長度差值也會(huì)隨之提升。因此，設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作中，在工程實(shí)際條件允許的情況下，為滿足道路工程安全性以及經(jīng)濟(jì)性要求，應(yīng)依照《公路規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)變速車道長度進(jìn)行調(diào)整。

3 互通式立交設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 工程背景

此工程位于蘭州市，南北兩山限制和黃河由西向東貫穿整個(gè)盆地，使蘭州市成為一個(gè)東西長、南北窄、沿河兩岸分布的帶狀城市。在黃河和鐵路分隔作用下，蘭州市內(nèi)主要的交通向?yàn)闁|西向，但是縱貫市區(qū)的東西向干道相對(duì)較少，平交道路口相對(duì)較多，通行能力差，形成了“南北不暢、東西擁擠”的交通局面，所以需要加快東西兩向貫穿市區(qū)的主干道建設(shè)。結(jié)合蘭州市道路網(wǎng)規(guī)劃，縱貫市區(qū)的東西向主干路有四條，一是東崗路-慶陽路-西津路-西固路，二是南濱河路，三是北濱河路，四是南山路。目前，全線貫通的只有東崗路-慶陽路-西津路-西固路一條主干路。擬建南山路東接?xùn)|崗立交的東平大道（312 國道），西接西柳溝立交的西新線，沿南山山腳縱貫全市。盡快建設(shè)南山路工程，可以完善路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，有利于市內(nèi)交通和過境交通的分離，為過境交通提供快捷的專用通道，以減輕過境交通對(duì)市內(nèi)交通的干擾和壓力，緩解市區(qū)交通的擁擠狀況。

3.2 工程地點(diǎn)與建設(shè)規(guī)模

此工程位于東崗鐵路立交的東側(cè)，也是南山路和東平大道、T605#路和東崗路交匯區(qū)域。此工程設(shè)計(jì)為三層半的“兩個(gè)半定向+兩個(gè)苜蓿葉”互通式立交，連接4 條6 車道的主干路。此工程采取兩個(gè)方案設(shè)計(jì)，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果來進(jìn)行選擇。

方案一：立交主線和匝道的總長度大約為8.199km，其中道路的長度為5.893km，橋梁的長度約為2.306km，地面的輔道長度約為1.81km。

方案二：立交主線和匝道的總長度約為8.562km，其中道路的長度約為5.315km，橋梁的長度大約為3.247km，地面的輔道長度約為2.45km。

3.3 道路工程設(shè)計(jì)

道路工程中包含立交平面和縱面的設(shè)計(jì)、路基路面的設(shè)計(jì)、交通組織的設(shè)計(jì)、交通管理設(shè)施設(shè)計(jì)和邊坡的防護(hù)設(shè)計(jì)等。道路工程設(shè)計(jì)也采取兩種方案。

方案一：道路長度約為5.893km，輔道約為1.81km。

方案二：道路長度約為5.315km，輔道約為2.45km。

此道路工程采取的是瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)，植草護(hù)坡和窗孔式護(hù)坡，擋墻選擇懸臂式、重力式和扶壁式。

3.4 交通工程設(shè)計(jì)

此整體工程的交通工程建設(shè)內(nèi)容為：設(shè)置雙挑路燈進(jìn)行照明，高度為8m 的單桿形式，間距設(shè)置為30m，并在機(jī)動(dòng)車道配套150W+150W 的高壓鈉光源。整體燈桿選擇鋼制熱鍍鋅，另外噴涂環(huán)氧樹脂粉末。整個(gè)路燈的懸挑長度為2m，懸挑角為10o，防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為IP65。選擇燈具的要求為重量輕、強(qiáng)度高、外觀美觀、防塵、防水和耐腐蝕，最為重要的一點(diǎn)為效率高。整個(gè)路燈的光源采取高顯色型的高壓鈉燈，自帶補(bǔ)償電容，單個(gè)燈的功率因數(shù)需要大于0.9。

此橋所在地地形十分復(fù)雜，由于設(shè)計(jì)和地面高程有著巨大的差距，經(jīng)過方案比較，確定在匝道的環(huán)中心設(shè)置2 套35m 高桿燈具，并配備12×1000W+12×400W 的高壓鈉燈源，整個(gè)光源的輻射半徑為100m。照明設(shè)施配備良好的電動(dòng)升降系統(tǒng)，后期能夠滿足匝道和綠化景觀的照明需求。隨后采取TN-S 系統(tǒng)作為路燈的接地和防雷系統(tǒng)，選擇SG10 系列的節(jié)能型干式配電變壓器作為節(jié)能裝置，隨后采取PL 智能照明調(diào)控裝置和低耗能的鎮(zhèn)流器以及高光效的高壓鈉燈自帶電容補(bǔ)償?shù)却胧?shí)現(xiàn)能源節(jié)約的需求與要求。

3.5 綠化與景觀設(shè)計(jì)

東崗立交是整個(gè)蘭州市的東大門，工程建設(shè)水平代表整個(gè)蘭州市的市政建設(shè)水平和城市風(fēng)貌。并且由于工程具有占地廣、工程量大等特征，工程的主體結(jié)構(gòu)對(duì)于所在的區(qū)域環(huán)境有著十分巨大的影響，因此需要對(duì)其進(jìn)行全面的景觀設(shè)計(jì)，保障良好的景觀效果，并采用人性化設(shè)計(jì)，體現(xiàn)以人為本的可持續(xù)發(fā)展理念。

現(xiàn)有的東崗道路有兩條，分別為東崗路和東平大道，整個(gè)立交都位于東崗的東路和立交的東端頭，以及東平大道的西側(cè)。由于施工下穿東平大道通道會(huì)影響整個(gè)東平大道的交通狀況，因此可以先利用舊的312 國道接通東崗立交橋，當(dāng)完成了東平大道下穿通道之后，再對(duì)東平大道進(jìn)行改造，隨后對(duì)南山路和T605#道路和各個(gè)匝道進(jìn)行施工，保障雙向4 車道的設(shè)計(jì)要求。

3.6 方案對(duì)比

結(jié)合所采取的立交設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析（見表2），分析兩者具體的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。綜合對(duì)比后，決定選擇方案一作為此次互通式立交的設(shè)計(jì)方案。

表2 立交方案對(duì)比分析

4 結(jié)語

綜上所述，無論是公路還是城市道路設(shè)計(jì)，重點(diǎn)在于二者的聯(lián)系，二者在車道和車速設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)要素存在一定差異，如服務(wù)對(duì)象和設(shè)計(jì)速度等。因此需要在工程實(shí)踐中，結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行方案調(diào)整，在保障立交通車安全和設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，緩解城市交通的壓力以科學(xué)的設(shè)計(jì)方式保障社會(huì)效益的實(shí)現(xiàn)。