淺談互通立交的匝道設計

 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、順利地從此線進入彼線。車流的四種基本運動形式為：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 匝道設計依據(jù)
2.1 交通量 在匝道的設計過程中，交通量作為一個十分重要的參數(shù)，會隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展而不斷的發(fā)生變化，因此，交通量是一個變化的量。其遠景設計的年限交通量主要包括兩方面，即正常增長的交通量和誘增交通量。在交通量設計的過程中，應當根據(jù)交通工程學原理進行調(diào)查和統(tǒng)計，最終通過科學的分析和預測并建立相關的數(shù)學模型求得設計年限內(nèi)年平均日交通量作為設計的依據(jù)。在設計中，按照公式（1）計算小時交通量，在驗算匝道的通行能力和橫斷面使用車道數(shù)時采用設計小時交通量。
V=ADT·K·D（1）
式中，V：設計小時交通量（輛/h）；ADT：遠景設計年限平均日交通量（輛/d）；K：設計小時交通量系數(shù)，根據(jù)道路路線設計規(guī)范提供的“各地區(qū)的設計小時交通量系數(shù)”選
??；D：方向不均勻系數(shù)，宜取50%～60%，也可根據(jù)當?shù)亟煌坑^測數(shù)據(jù)確定。
2.2 設計通行能力 道路技術條件、交通條件、管制條件以及服務水平等會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，要對其進行綜合的驗算和檢查。主線單向交通量、設計通行能力以及車道數(shù)等會影響匝道與主線連接部的通行能力。對不滿足設計交通量需要的匝道應當進行方案改進，一直到滿足為止。
3 匝道平縱橫設計
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，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，加減速車道均采用直接式。
3.1.1 平面線形設計原則 ①分流、合流處應具有良好的線形和通視條件。②線形設計時，應綜合考慮互通式立交各方面匝道的交通分布情況，主流方向的匝道應盡量采用較高的線形指標。③匝道的平面現(xiàn)行應適應汽車漸變的行駛速度。④匝道起終點、收費站等連接部的線形、橫斷面組成、橫坡等過渡應圓滑順暢。⑤流出匝道盡量采用較高的線形指標，這是因為流出匝道的行駛速度相對流入匝道的速度高。⑥應避免不必要的反彎?？傊矫婢€形要做到“寬松——指標上要盡量采用規(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——平縱橫指標協(xié)調(diào)，保證車輛行駛流暢”，“合理——總體布局合理，各項指標均衡”。
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、立交形式以及拆遷數(shù)量的條件下，應當與設計速度、超高橫坡度以及行車的安全性和舒適性相適應。通常情況下，應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。當匝道采用了較小半徑的圓曲線或復曲線時，圓曲線的半徑除了要滿足最小半徑規(guī)定外，還應當具有足夠的匝道長度以保證圓曲線曲率的緩和過渡以及上下主線的展線長度要求。
3.1.3 緩和曲線 為了滿足汽車行駛力學和線形流暢的要求，在曲率變化較大的地方應當設置緩和曲線。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)和回旋線長度在一般情況下都取用較大值，只有條件受限時可采用最小值。
3.1.4 平曲線加寬 當平曲線符合以下條件時應當給予加寬：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。加寬段在設置緩和曲線或超高緩和段時，應在緩和曲線或超高緩和段內(nèi)進行；當加寬段不設緩和曲線或超高緩和段時，應按照漸變率1：15且長度L0■10m的要求設置。
②加寬過渡方法。加寬過渡可依據(jù)加寬位置及加寬前后斷面寬度采用以下方法進行。線性過渡在加寬緩和段全長范圍內(nèi)按其長度成比例增加。
3.1.5 平曲線超高 在超高緩和段內(nèi)應當完成直線上不超高到圓曲線上全超高的過渡，匝道的超高過渡應當平順和緩且不產(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到圓曲線內(nèi)全超高。
①超高值。進行匝道超高設計的時候，一定要充分考慮匝道上車輛行駛速度的變化，設置在圓曲線上的超高值應當符合規(guī)范要求。為了適應車輛的實際行駛速度，匝道的超高值應大于收費站附近的超高值，接近分、合流處超高值也應當大一些。
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設置超高緩和段，其長度根據(jù)設計速度、橫斷面類型、漸變率以及旋轉(zhuǎn)軸位置確定。計算公式為：加寬量，即加寬緩和段上任一點的加寬值（bx）與該點到加寬緩和段起點的距離（Lx）同加寬緩和段全長（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超高過渡方式。超高緩和段應根據(jù)匝道平面線形確定，有緩和曲線時，超高過渡在緩和曲線全長或部分范圍內(nèi)進行；沒有緩和曲線時，在過渡段長度的1/3～1/2范圍內(nèi)插入圓曲線，其余都設在直線上；兩圓曲線徑向連接時，將過渡段各半分布置于兩圓曲線內(nèi)。
3.1.6 平面線形設計體會
①環(huán)形匝道線性設計。流入匝道為環(huán)形匝道即A形喇叭，當流入匝道采用環(huán)形匝道時一般采用單圓曲線；當受地形或其他條件限制時可采用多圓曲線。當大圓半徑R2與小圓半徑R1之比小于等于2時，應盡量控制在1.5內(nèi)。受到用地條件或其他因素的限制，當單圓半徑采用一般值或接近一般值時，與內(nèi)環(huán)相接的S形外環(huán)流出匝道會遇見小半徑急反轉(zhuǎn)彎的情況，極其不利于行車安全。此時，為保證與外環(huán)匝道搭接的R1較大，可將內(nèi)環(huán)匝道設計為卵形線。此外，R2與R1之比應限定在上述范圍內(nèi)以確保內(nèi)環(huán)車輛加速行駛的安全性。
②分流、合流點處加寬、超高與平面線形的關系。處于分流、合流點處的匝道，通常具有較大的曲率半徑以適應較高的車速，這就導致此處會存在超高過渡，因此，在設計時為了在緩和曲線內(nèi)進行超高過渡，應在分流點之后以及合流點之前的一定范圍內(nèi)放置緩和曲線端點，這樣一來不僅適應了汽車行駛速度的變化，同時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，可在分流點或合流點至緩和曲線端點間進行加寬過渡。
③超高過渡區(qū)間。當超高過渡處于構造物地段時，應當充分考慮橋跨布置，最好將過渡范圍放在橋梁同一聯(lián)內(nèi)以減少處理構造物的難度。
④反向超高的過渡范圍。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）當流出匝道采用環(huán)形匝道時，原則上應設計為小圓半徑（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，是減速進入內(nèi)環(huán)的，此時內(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，應當采用上述標準。為了減少排水上的困難，反向超高的過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、長度短、加寬值大且構造物多等特點，如果仍舊加寬圓曲線內(nèi)側(cè)則會造成連續(xù)的反向曲線或S曲線沿著匝道忽左忽右，并且匝道寬度會頻繁變化，不僅增加了布置匝道橋梁上部結(jié)構的困難，更影響了路容。在用地比較困難的城市附近，雖然C曲線或相距不遠的同向曲線也會采用同側(cè)加寬，但是仍舊不利于橋梁布置和路容美觀。因此，在對匝道橋梁布置和路容美觀影響不大時，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)進行加寬過渡；當影響較大時，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)某一圓曲線對應的最大加寬值加寬對應的路基和路面寬度。
⑥匝道設計車速的確定。匝道設汁車速根據(jù)立體交叉等級、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采用較高的設計速度，而收費站附近或平面交叉的匝道端部可酌情降低設計速度。
3.2 縱斷面線形設計
3.2.1 縱坡設計原則
①為了保證行車的舒適性和安全性，匝道應當盡量采用較緩的縱坡。嚴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，應當盡可能連接其縱斷面線形。
③當?shù)缆窞槭召M道路時，收費站附近的豎曲線半徑應盡量大些（800m），縱坡一般小于2%，當受地形條件或其他因素限制時，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采用半徑較大的豎曲線，此外，合流和分流點以及其附近的豎曲線應滿足停車視距的要求。
⑤縱斷面線形必須與平面線形結(jié)合起來進行立體線形的綜合設計。
3.2.2 縱坡設計 設計縱坡應盡量平緩，避免多次邊坡，最好只有一次起伏。匝道的最大縱坡應能夠克服上下線的高差并留有適當?shù)挠嗟?，避免采用極限最大縱坡值；嚴寒積雪冰凍地區(qū)盡量使用較緩的縱坡；城市附近立交中機非混行的匝道的最大縱坡應考慮非機動車的爬坡能力；平曲線上的匝道應根據(jù)合成坡度計算允許最大縱坡。匝道的最小縱坡應滿足縱向排水要求，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 豎曲線設計 豎曲線應設置在匝道縱坡變化處，根據(jù)設計速度，豎曲線的半徑、長度應符合規(guī)范值。由于匝道具有長度短、縱面起伏變化大以及坡差大的特點，因此，豎曲線的半徑較小。因此，盡量采用較大的豎曲線半徑，只有條件受限時采用極限最小半徑。分流點附近的豎曲線，應保證有足夠的視距，以便流出車輛安全、順暢
通行。
3.2.4 縱斷設計體會
①出入口豎曲線半徑與線形。出口處豎曲線半徑應盡可能大一些，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發(fā)生變化。在綜合考慮主線高程以及縱橫坡的基礎上確定分、合流端部匝道的起點和終點高程以及縱橫坡，此處匝道的縱橫坡不能簡單的取主線數(shù)值，這樣至少在理論上是間斷的。此外，在確定分、合流點處的高程以及縱橫坡時還應注意，當主線為曲線且有超高時，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渡；對于直接式匝道則在變速車道全長范圍內(nèi)過渡；對于平行式匝道則在端部到匝道線位與主線切點范圍內(nèi)過渡；對于首尾相接的匝道應統(tǒng)一考慮拉坡范圍，并注意平縱組合，然后在出圖時分開。
③含跨線橋匝道的縱斷面線形設計。在跨線橋處，以地面高程、橋下凈空、橋梁結(jié)構、跨徑、交叉處設計高程、橫坡等作為標高控制因素，合理確定縱斷面變坡點的樁號、高程及半徑。
④縱斷面線形總體設計?？v斷面線形要與平面線形、橫斷面相適應，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，技術指標均衡。
3.3 橫斷面設計 匝道橫斷面由行車道、路緣帶、硬路肩以及土路肩組成，對向分離雙車道匝道還包括中央分隔帶。應根據(jù)互通式立交等級、匝道設計車速、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，同時還應當滿足匝道建筑限界的要求。因此，在設計道路互通式立交匝道時，為了將每座互通式立交設計成滿足功能、適應地形以及線形流暢、行駛安全的精品工程，應當進行全面的考慮、均衡協(xié)調(diào)、計算周詳并且細致檢查。