淺談平面交叉中的立面設(shè)計

畢志明

道路交叉口設(shè)計作為道路的重要組成部分,設(shè)計非常關(guān)鍵,直接影響道路的使用功能、通行能力、安全程度和交通的暢通。交叉口設(shè)計主要包括平面設(shè)計和立面設(shè)計兩個部分,本文討論了交叉口的立面設(shè)計。

交叉口豎向設(shè)計是為解決相交道路間、交叉口以及周圍建筑物在立面位置上的行車、排水和建筑藝術(shù)諸方面的協(xié)調(diào)、統(tǒng)一。

因此交叉口立面設(shè)計的原則:1)主次道路相交時,采用“主路優(yōu)先”,主要道路的縱橫坡一般不變,次要道路的縱橫坡根據(jù)主要道路的縱橫坡適當(dāng)調(diào)整。2)同等級道路相交,兩道路的縱坡一般不變,調(diào)整兩道路的橫坡使交叉口的立面平順。橫坡最好平緩,困難時也可適當(dāng)調(diào)大,但通常情況下其橫坡不大于直線路段設(shè)計橫斷面的橫坡度。3)路口設(shè)計縱坡應(yīng)滿足規(guī)范要求(交叉口設(shè)計范圍內(nèi)的縱坡度宜不大于2%,困難情況下應(yīng)不大于3%)。4)交叉口立面設(shè)計標(biāo)高應(yīng)與周邊環(huán)境地形相適應(yīng)。5)交叉口范圍內(nèi)應(yīng)保證排水通暢,避免積水。

交叉口的立面設(shè)計第一步首先要判斷相交道路的道路等級,后面所有的工作都要以這個為依據(jù)。道路等級的關(guān)系直接影響到做立面設(shè)計所采用的方法。

1 主要道路與次要道路相交

根據(jù)“主路優(yōu)先”原則。首先當(dāng)次要道路不存在,根據(jù)主要道路的縱坡和橫坡,算一下道路邊線的標(biāo)高(如果專門設(shè)置了右轉(zhuǎn)車道,也可以算到右轉(zhuǎn)車道的邊上)。把次要道路相應(yīng)點的標(biāo)高與主要道路邊線點的標(biāo)高進行對比,如果兩者相差不大,主要道路就直接維持縱橫坡不變,到道路邊線處,相應(yīng)用一段距離調(diào)整次要道路的縱橫坡,使次要道路和后面一段可以接順(見圖1)。

如果次要道路相應(yīng)點的標(biāo)高與主要道路邊線點的標(biāo)高相差較大時,我們可以在保證主要道路直行車流通暢行駛,一般是兩條車道的橫坡不變,第三條車道的橫坡開始調(diào)整,以接順于支路,保證支路縱坡不大的情況下(一般不超過2%),減少對支路影響的范圍。在支路接順處可嘗試把主路橫坡作為支路縱坡與支路之前的縱坡進行相交,中間以豎曲線連接,算出接順處的過渡標(biāo)高。這樣的做法雨水口基本上是布置在支路上,對于排水和主要道路的車流通暢行駛都十分有利。

2 主要道路與主要道路相交

第一步,拿到兩條路的縱斷面資料后,因為它們在兩道路中心線相交的點的高程是相等的。我們以此為中心,依據(jù)兩條主要道路的縱坡和橫坡把交叉口范圍內(nèi)的等高線各自大約描繪出來。這樣可以確定交叉口范圍內(nèi)大致的立面形式?；旧系牧⒚嫘问接辛N:1)凸形。相交道路的縱坡都是以交叉口中心向外傾斜。2)與凸形相對的凹形。相交道路的縱坡全向中心傾斜,就是一般所說的凹形。3)分水線形。三條道路縱坡由交叉口向外傾斜而另外一條道路縱坡向交叉口傾斜。4)與分水線形相對的谷線形。三條道路縱坡向交叉口傾斜,而另外一條道路縱坡由交叉口向外傾斜。5)斜坡形。相鄰兩條道路縱坡向交叉口傾斜而另外兩條道路縱坡由交叉口向外傾斜。6)馬鞍形。相對兩條道路縱坡向交叉口傾斜,而另外兩條道路縱坡由交叉口向外傾斜。

第二步,因為按照各自的縱斷面描繪出來的等高線肯定是有交叉、不圓順的地方,以上的六種模型只是提供一個交叉口立面設(shè)計做好后的完美形狀。我們要以此為目標(biāo)來調(diào)整只是用各自縱斷面描繪出來的等高線。以下是我在做交叉口立面設(shè)計中總結(jié)出來的一些可以比較快速的調(diào)整好等高線的方法:1)疏的等高線向密的等高線調(diào)整,因為等高線越密就表明縱坡大,等高線疏的話就是縱坡較小。我們把疏的等高線調(diào)整可以避免等高線密的地方更密,減少高程的突變。2)橫坡的向平緩的趨勢調(diào)整以縱坡大的道路為主,因為橫坡的平緩有助于減少大縱坡的道路的合成坡度,避免突變。相對來說橫坡的向陡的趨勢調(diào)整以縱坡小的道路為主,目的就是為了減少交叉口立面的合成坡度,避免突變。3)因為兩道路的縱坡基本上都是保持不變的,以道路中心線把交叉口分成四個象限,把每條軸上的相等的高程在每個象限畫一段圓弧,困難時可以用兩段圓弧進行連接,這樣可以保證交叉口的傾斜度,使交叉口的排水問題得到很好的解決。

第三步,通過以上的方法就大致把交叉口的等高線描繪出來,但這樣做出來的交叉口數(shù)據(jù)還不能用于施工,我覺得比較好的下一步處理方法是加上標(biāo)高計算線網(wǎng),而一般采用的是方格網(wǎng)法,比較常用的是5 m×5 m的方格網(wǎng),如果整個交叉口是很平緩的而且交叉口較大,也可以采用10 m×10 m的方格網(wǎng)。這樣的方法有助于檢驗我們之前描繪出來的等高線是否合理。在算四個角點的等高點所需要的橫坡時,要通過我們調(diào)整后的等高線把橫坡算出來,具體的方法就是以所算角點作為路脊線的垂線,垂線經(jīng)過的等高線的高差除以等高線間的距離。求出各自的橫坡之后就可以算出四個角點的等高線。一些具體的算法可以查閱相關(guān)平面交叉的資料,基本上都有對于方格網(wǎng)法如何計算等高點的詳細介紹與公式,在這里不再重復(fù)。在計算四個角點的等高點過程中,可以看出橫坡是否合理,是否在交叉口范圍內(nèi)產(chǎn)生突變,如果有,可以對之前描繪的等高線進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,以調(diào)整橫坡使四個角點的等高點合理,滿足要求,符合周邊地形地貌,建筑物的標(biāo)高要求。最后就以同樣的方法加上內(nèi)插值的方法就可以把交叉口范圍內(nèi)的各方格點的標(biāo)高算出來。在算各方格點的標(biāo)高時也是對等高線不斷調(diào)整的過程,使等高線更加圓順合理。

標(biāo)高計算線網(wǎng)的確定除了常用的方格網(wǎng)法外,還有:1)圓心法:在路脊線上根據(jù)施工的需要每隔一定的距離(或等分)定出若干點,把這些點分別與相應(yīng)的緣石轉(zhuǎn)彎半徑的圓心連接成直線(只畫到緣石曲線上即可),這樣,就形成了以路脊線為分水線、以路脊線交點來控制中心的標(biāo)高計算線網(wǎng)。2)等分法:把交叉口范圍內(nèi)的路脊線等分為若干份,然后在相應(yīng)的緣石曲線上分成同樣數(shù)量的等份,順序連接這些等分點,即得交叉口的標(biāo)高計算線網(wǎng)。3)平行線法:先把路脊線交點與各轉(zhuǎn)角的圓心連接成直線,然后根據(jù)施工需要把路脊線分成若干點,通過這些點作平行線交于緣石曲線,即得標(biāo)高計算線網(wǎng)。

以上說的都是兩條道路交叉的交叉口,但在實際工程中交叉口的形式多種多樣,從交叉口數(shù)目來分有三叉、四叉甚至五叉,從交角來分有正交、斜交,另外還有畸形交叉口及環(huán)形交叉口等。對于這些復(fù)雜的交叉口,一般采用的方法就是區(qū)域法,通過每條路的道路中心線以及道路邊線可以把交叉口分成幾個區(qū)域。先把每個區(qū)域當(dāng)成一個獨立的交叉口,做好內(nèi)部的接順。區(qū)域做好之后,就解決區(qū)域邊界的問題。其實區(qū)域邊界接順的問題也是可以用區(qū)域方法來解決,這個只是區(qū)域劃分的大小問題而已。以上的步驟對于這些復(fù)雜的交叉口也一樣通用,就是在劃分標(biāo)高計算線時要根據(jù)各個交叉來實際確定。算法與步驟都是一樣的。

隨著計算機的發(fā)展,計算機輔助設(shè)計已經(jīng)成為我們在設(shè)計過程中的一大助手。對于平面交叉口的立面設(shè)計都已經(jīng)建立了很多科學(xué)的計算機模型。如坐標(biāo)模型、雙三次曲面模型設(shè)計、Coons曲面模型等。我們可以通過了解他們建立的模型,去更深入的理解平面交叉的立面設(shè)計。最好的平面交叉的立面設(shè)計是交叉口與周圍建筑物在立面位置上,行車、排水等各個方面的和諧統(tǒng)一。交叉口的立面設(shè)計過程其實就是一個交叉口范圍高程不斷的成一個曲面的過程。交叉口的立面效果很大程度上取決于相交道路的縱坡。所以我們在做路線的縱斷面設(shè)計時,對于有交叉口的路段,要一并考慮交叉口的立面設(shè)計,因為交叉口對于道路來說是最常見、最關(guān)鍵的設(shè)計。所以只有考慮了交叉口的立面設(shè)計的縱斷面設(shè)計才是好的縱斷面。

[1] JTG D20-2006,公路路線設(shè)計規(guī)范[S].

[2] CJJ 37-90,城市道路設(shè)計規(guī)范[S].

[3] 李清波,符鋅砂.道路規(guī)劃與設(shè)計[M].北京:人民交通出版社,2002.

[4] 徐家鈺,程家駒.道路工程[M].上海:同濟大學(xué)出版社,1995.