城市互通立交连接部竖向设计要点探讨

2023-11-19刘美丽胡庆峰

建材与装饰 2023年34期

刘美丽，胡庆峰

（沈阳市市政工程设计研究院有限公司，辽宁沈阳 110000）

0 引言

公路立交连接部以高填路基为主，竖向标高精度要求不严格，误差调整相对容易。城市立交通常因用地限制，立交层数多，跨线构筑物也多，连接部多为构筑物，连接部结构通常会采用钢梁或组合梁形式，后期还要兼顾桥面铺装。如果连接部预制构件精度不足，后期施工极易出现标高问题，甚至造成工程事故。除此之外，施工队伍技术水平参差不齐，只有做到精细化设计，才能保证施工单位按照设计意图施工，避免不必要的麻烦。

1 城市立交连接部的特点

鉴于城市立交连接部的特殊性、复杂性，为保证运行期行车安全，需对城市立交连接部竖向设计方法进行研究，以形成系统方法指导设计。

1.1 对安全性要求高

互通式立交几何设计[1]主要包括平纵横、立交匝道起点、终点和连接部设计等。因立交匝道起终点直接与立交主线相接，汽车运行过程中不仅要进行加减速，还要进行分流、合流等复杂的驾驶操作，是比较容易发生交通事故的位置，所以，立交几何设计时一定要最大程度的保证行驶车辆的安全流入及流出。

1.2 复杂性

互通式立交路面竖向设计包括连接部竖向设计和路段竖向设计。在进行立交连接部设计时，立交主线基本已设计完成，立交匝道平纵横设计也已完成。而立交连接部设计需综合考虑平、纵、横的配合及超高、加宽、超高加宽缓和段等因素的变化，并兼顾立交主线与立交匝道的协调以及该区域的行车、排水等因素的影响。

1.3 特殊性

相比公路立交，城市立交有其特殊性，城市立交层数高，大部分为构造物，且连接部为异形平面布置，结构设计需采用钢梁或组合梁形式，因预制件制作精度高，致使桥面铺装厚度可调整的富余量十分有限。

2 研究问题

本文以HPCAD 道路设计软件为依托，通过对现行公路立交连接部竖向设计方法进行分析，指出其存在的适用性问题，进而提出有针对新的城市立交连接部设计方法。根据城市立交连接部类型的差异，给出相应的设计方法，并提供具体的操作步骤。通过本次研究，以期解决城市立交连接部施工精度问题，为行车安全提供有利保障。

3 竖向设计概述及表示方法

3.1 竖向设计概述

依据工程项目的功能要求，结合建设场地的地形特点、平面功能布局与施工条件、因地制宜，对场地地面及建筑物、构筑物等的高程做出的合理设计与安排，称为竖向设计[2]。主要包括场地竖向设计（建筑地块、工业地块、广场、停车场、绿化景观微地形等）、路网竖向设计、道路交叉口竖向设计、道路竖向设计（路段竖向设计、立交连接部竖向设计）。

3.2 竖向设计表示方法

竖向设计的表示方法主要有设计标高法、设计等高线法和局部剖面法。

（1）设计标高法。亦称标高箭头法，用竖向设计高程点和标高箭头来表示出建筑物、构筑物的室内外场地地坪标高，表示场地控制点的高程、场地坡向及场地排水流向，以及道路中线、道路外侧明沟的控制点和坡向并标注变坡点间的平面距离。

（2）设计等高线法。用竖向等高线表示设计建筑场地、道路、道路绿带、绿地、城市广场、停车场等地形设计。该方法将场地设计成三维曲面，设计精度非常高，可以清晰表达任何设计地块竖向情况。

（3）局部剖面法。可充分反映重点地段的地形基本情况，如地形的竖向高程、坡度坡向、建筑材料的结构、各种相对尺寸等，该方法可以表达场地总体布局时阶梯分布情况、场地设计高程及场地护坡构筑物设置情况。可将其理解为设计等高线法的一个分部。

4 城市立交连接部竖向设计

4.1 道路竖向设计

道路竖向设计包括连接部竖向设计和路段竖向设计。

4.2 连接部竖向设计重难点

连接部包括主线与匝道连接部、匝道与匝道连接部。在进行立交连接部设计时，立交主线基本已设计完成，立交匝道平纵横设计也已完成。而立交连接部设计需综合考虑平、纵、横的配合及超高、加宽、超高加宽缓和段等因素的变化，并兼顾立交主线与立交匝道的协调以及该区域的行车、排水等因素的影响。路段竖向设计仅需要主线或者匝道自身平、纵、横的配合及超高、加宽、缓和段等因素即可。因此，本次重点研究立交连接部竖向设计。

4.3 连接部竖向设计方法

目前，互通立交连接部竖向设计方法[3]主要有整体综合法、辅助线法和等高线法。

4.3.1 整体综合法

设计过程中将立交连接部及与其相接的路面看成一个整体，然后进行一体化的设计，因为整个设计范围处于一个平面，所以该方法设计的立交连接部行车平稳。缺点是整体综合法仅适用于立交匝道与立交主线相同横坡的加减速车道。由于采用的“一块板”设计仅针对立交连接部这一小部分，未考虑横坡坡向过渡，鼻端前后段路面可能出现衔接不顺畅。整体综合法如图1所示。

4.3.2 辅助线法

（1）主线与匝道。连接变速车道渐变段起点F1 和变速车道终点F2（F2 为过鼻端圆心点B 做主线的垂线与主线车道边线的交点），这条线即为辅助线。辅助线将匝道连接部划分为两部分，即主线控制区和匝道控制区。横向网格线严格垂直于各自区域内的主线中线或匝道中线，匝道纵断高程按照横向网格线路径由主线纵断高程计算而来。该辅助线法适用于主线和匝道的连接部竖向设计[4]。主线与匝道辅助线法如图2 所示。

图2 主线与匝道辅助线法

（2）匝道与匝道（主线与主线）。连接变速车道终点F1 和两条匝道鼻端圆心F2，使其线位尽量居中于两条匝道中心线，这条线即为辅助线。辅助线将匝道连接部划分为两个部分，即主要匝道控制区和次要匝道控制区。横向网格线严格垂直于各自区域内的主要匝道中线或次要匝道中线，次要匝道纵断高程按照横向网格线路径由主要匝道纵断高程计算而来。该辅助线法适用于匝道和匝道（或主线与主线）的连接部竖向设计。该类型辅助线对于桥梁结构设计很重要，拟合过程应合理合规，确保后期放样。匝道与匝道（主线与主线）辅助线法如图3 所示。

图3 匝道与匝道（主线与主线）辅助线法

（3）辅助线法优缺点如下。①优点：a.相对于整体法而言，辅助线法设计思路清晰，实现分区设计，化繁为简。b.可操作性强，适用范围较广。能很好的处理主要道路与次要道路不同横坡的连接部竖向设计。c.符合连接部竖向设计理念，更好的服务连接部结构设计，体现了精细化设计理念，便于指导现场施工。②缺点：a.由于人为增加辅助线，因此建成后会在连接部三角区内形成所谓“脊线”。当主要道路与次要道路横坡差异较大时，对行车有一定影响。b.横坡计算存在一定后处理工作量（可借助HPCAD 软件中场地竖向模块或路网竖向模块）。

4.3.3 等高线法

竖向等高线法与道路平面交叉口的设计原理基本相同，首先确定工程设计范围，然后按一定的规则对设计范围进行网格划分，再结合已知连接部边线及连接部中线的平纵横数据，求出各网格的顶点标高，并由这些顶点标高内插求出边界上一定数量标高点的坐标，将这些标高点整合成竖向等高线，最终确定整个连接部内各点的坐标、标高等数据。等高线法精度相对较高，可用于对排水要求较高的路段。但手动计算工作量大，可操作性差。