高速公路施工图阶段的立交设计要点浅析

2016-08-12吴胜军广东省交通规划设计研究院股份有限公司广东广州510507

低碳世界 2016年17期

吴胜军（广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广东广州 510507）

高速公路施工图阶段的立交设计要点浅析

吴胜军（广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广东广州 510507）

高速公路立体交叉是高速公路与周边路网实现交通转换的重要节点，随着我国公路设计水平的不断提高，立交的设计愈发注重安全性、舒适性及经济性。在初步设计阶段，主要论证方案的可行性。而施工图阶段，立交应着重于细节设计、方案优化。针对多数设计人员在施工图设计中忽略的问题，本文对各设计要点进行了举例说明。

立体交叉；施工图；细节设计

引言

高速公路立体交叉是高速公路与周边路网实现交通转换的重要节点，通过分散、吸引交通流实现对区域交通的辐射，在我国交通事业不断发展的今天，民众对公路交通的需求不断提高，交通量呈现出快速增长的趋势。立交的设计应顺应时代发展的节奏，坚持以人为本的理念，强调安全性、舒适性及经济性的结合。在初步设计阶段，主要论证方案的可行性。而具体落实到施工图阶段，应对立交的各个设计要素进行综合分析，不断优化方案，提高立交的服务水平。

1　项目背景

高（明）至恩（平）高速公路起于广明高速公路（顺接广明高速）与江罗高速公路的交叉点（高村互通），终于凤山水库东设置凤山互通与开阳高速相接，并与中山至开平高速公路对接，是广明高速公路在江门境内的延伸线，远期可南延至西部沿海高速及上、下川岛。项目全长42.940km，全线设高村、稔村东、龙胜、马冈、沙湖东、凤山互通立交5处，设服务区1处。文章以高村互通施工图为例，对立交设计要素进行核查并优化。

2　立体交叉位置的选定

高速公路立体交叉的设置应结合城镇规划、路网规划、交通流特征、地形地貌特点等因素，同时考虑交叉对主线交通量的吸引和分散，立交与隧道、桥梁、服务区、停车区等构造物及设施的关系。本项目高村互通是连接高恩高速（顺接广明高速）与江罗高速的枢纽型互通，目前广明高速与江罗高速已实现高明、江门、罗定三向互通（四匝道），本次实施的高村互通为既有立交基础上完善恩平、江门、罗定三向互通（四匝道），立交选址明确。

3　立体交叉设置的控制要素

立体交叉应满足车辆行驶要求，做到设计速度合理、视距安全、交通量适宜、服务水平与主线对应。高村互通为预留互通，主线及立交设计的主要控制要素已在预留时考虑，并在前期的方案论证阶段进行过详细比对，可满足规范要求。

4　建设条件

4.1地形地貌

本合同段路线大致沿北向南展布，总体地势北高南低。路线所经地区的地貌单元主要包括低缓丘陵、山间洼地、冲积平原地貌，地面海拔标高位于5～260m之间。低缓丘陵山体植被较发育，以桉树、松木、杉树、灌木为主，少量为果树种植基地；冲积平原地形较平坦开阔，鱼塘、农田密布。从地形地貌条件进行细分，高村互通互通1、3、4象限匝道处于山地地貌，第2象限匝道处于冲积平原地貌。立交设计应结合地形，因地制宜，避免大面积占用平原地区珍贵的耕地资源（改为桥梁通过）以及过高的路堑对自然坡体的剥皮式开挖（设计紧凑、合理的平面，并根据地形条件拟合纵断面设计）。

4.2水文地质

区内地表水、地下水较丰富。受气候、地貌、岩性及地质构造等因素控制，地表水相对发育。地下水补给源主要为大气降水和地表水迳流、地下水渗流，地下水埋深随地形的起伏变化较大。

根据项目水文地质条件，高村互通注重路基的综合设计，地基及路堤的处理需结合实际情况进行，特别是地基的处理（如换填）应彻底，结合地下水位高程，控制换填高度处于地下水位以上至少50cm，换填材料采用透水性材料，如粗粒土、碎石、砂砾等，避免毛细水上升对路基的软化。

5　立交设计情况

高村枢纽立交为变形苜蓿叶枢纽立交，连接广明高速、江罗高速及高恩高速，本项目A、B、C、D、及E起点路段已由江罗高速实施，本项目主要实施高村互通的E匝道（从 D、E匝道分流鼻端开始）、F、H、I匝道。

由于江罗高速实施时，本项目工程可行性研究相对滞后，高恩高速设计标准仅按26m双向四车道标准进行预留，现高恩高速采用33.5m双向六车道标准设计。高村互通在原设计方案基础上进行调整，将互通对接主线宽度改造为双向六车道，衔接主线的匝道相应变化。

图1　总体图

图2　线位图

5.1计算行车速度、路线设计长度及匝道标准断面组成

本段高恩高速主线采用100km/h设计速度，除内环H匝道设计速度为40km/h外，其余匝道均采用60km/h设计速度。

匝道标准断面宽度：单向单车道9m，单向双车道10.5m。

5.2平、纵面指标

主线：平面位于左偏半径为R-2000m范围内，最大纵坡2%，最小纵坡0.50%，竖曲线最小半径为R-30000m（凹形）。

匝道：最小平曲线半径为R-60m，最大纵坡为3.5%，最小纵坡为0.33%，凸形竖曲线最小半径为R-2800m，凹形竖曲最小半径为R-2000m；最大超高横坡度为6%，最大合成坡度为6.78%。

5.3变速车道设置情况

减速车道采用直接式，长度分别为：

（1）E匝道为145.997m，渐变段长度为100m；

（2）H匝道为125.210m，渐变段长度为90m。

加速车道采用平行式，长度分别为：

（1）E匝道为220m，渐变段长度为80m；

（2）H匝道为230m，渐变段长度为90m。

5.4高村立交设计要点

A、B、C、D、及E起点路段已由江罗高速项目实施，高村枢纽立交设计基于已实施的四匝道进行。原预留方案（按双向四车道）未考虑本项目主线双向六车道宽度，设计时需维持现状匝道及主线线形，同时高恩高速部分的加减速车道需双向六车道调整。

6　立交关键点核查

（1）与规范的契合，《公路立体交叉设计细则》（JTG/TD21-2014）（以下称细则）于2014年11月1日起正式实施，本规范对我国多年的立交设计经验作出了总结，对原有规范不足或不合理的内容进行了修正，是我国立交设计主要参照的规范之一。

（2）结合本项目所实施匝道型式，直连式与半直连式具有较大的交通量及较高通行时速，设计应考虑合理的设计指标。

表1

（3）横断面核查。匝道的横断面宽度选择是关系到行车安全、服务水平的重要指标，依据最新的调研及试验结论，右侧硬路肩由传统的2.5m增加至3m，方可满足应急需要。本项目设置紧急停车道的匝道，均按此执行。

（4）出口匝道的核查。即主线分流鼻处设计，主要考虑分流鼻处平曲线曲率半径、回旋线参数、竖曲线半径三部分。

①分流鼻处平曲线半径、回旋线参数。由于主线车辆通过分流鼻行驶过渡到匝道曲线，其行车速度必然由经历由快（主线）至慢（匝道）的过程，在以往的设计中，很多设计人员往往忽略速度的过渡设计，设计出的线形不符合实际行驶规律，必然埋下安全隐患。合理的线元设计，应考虑行车在速度降低的过程中，其行驶点曲率半径应控制在一定合理范围，可诱导驾驶员均衡的控制车速，确保道路情况变化符合驾驶期望，避免线形突变，保证驾驶的连续性以及协调性。针对本项目主线设计时速（100km/h），分流鼻端匝道平曲线最小曲率半径的一般值控制为≥300m、回旋线最小参数（A值）一般值控制为≥80。

②分流鼻竖曲线半径。与分流鼻平曲线半径及回旋线参数设计类似，竖曲线的设计在行车过渡阶段不能仅按照匝道半径指标控制（匝道半径指标主要针对车辆完全进入匝道界面，且符合匝道设计时速的车辆行驶条件），而应与平面过渡相对应，提高线元指标，以适应行车速度变化状况。针对本项目主线设计时速（100km/h），分流鼻端匝道竖曲线最小曲率半径的一般值控制为≥2800m（凸形）、1800m（凹形）。

（5）入口匝道的核查。即主线合流鼻的设计，主要考虑合流鼻处竖曲线半径、通视三角区两部分。合流鼻的行车速度由慢至快，其设计侧重于合流车辆（主线及匝道）相互的安全性，因此，必须保证主线与匝道相互通视要求，控制范围按：在合流鼻端前，主线距合流鼻100m，匝道距合流鼻60m。其竖曲线半径控制同出口匝道。

（6）超高的核查。以往的设计往往忽略超高的核查，如前所述，在分、合流鼻线形中，速度不断变化，其行驶点曲率半径相应改变，而超高的设计与行驶点半径、行驶速度、横向力系数均息息相关，其关系如下所示（对于40km/h、60km/h匝道，最大横向力系数Vmax应分别控制在0.16、0.15以内，可保证车辆基本平稳，对曲线的感受不至于强烈），因此，超高与平纵横的设计必须综合考虑。

式中：V——计算速度（km/h）；

u——横向力系数；

R——平曲线半径（m）；

ih——超高坡度（%）。

（7）连接部设计的核查。原有公路路线设计规范JTGD20-2006中，对于主线时速120km/h的变速车道长度及有关参数表中，单车道出入口的“主线硬路肩或其加宽后的宽度C1”均取值为3.5m，而细则中对于合流鼻段的要求为“不应设偏置”。对于本项目而言，主线硬路肩为3.0m，合流鼻端维持主线硬路肩3m宽度。本次规范规定的变化，对匝道平面无影响，但改变了匝道纵断面设计终点桩号及相应标高。对于主线来说，加速车道终点与大鼻端位置相应拉长，总的来说，车辆行驶的安全性有所提高。