道路橋梁工程中互通立交的設(shè)計

程夢筠

（湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，湖北 武漢 430051）

0 引言

立交作為城市道路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不可缺少的一部分，直接影響網(wǎng)絡(luò)的通達(dá)性。而道路橋梁工程中設(shè)計的互通立交橋梁對橋梁造價、安全運行等產(chǎn)生重要的影響。隨著橋梁工程的日益發(fā)展，立交橋梁設(shè)計不但要考慮經(jīng)濟(jì)效益，也應(yīng)將橋梁結(jié)構(gòu)、造型等考慮在內(nèi)。對互通立交橋梁進(jìn)行設(shè)計時應(yīng)考慮立交橋梁使用人員的安全需求和舒適需求。因此，加強互通立交橋梁合理設(shè)計尤為重要。本研究選取陽新南樞紐互通立交為依據(jù)，探討設(shè)計不同方案的優(yōu)勢，以期滿足不同的交通需求。

1 影響互通立交橋梁設(shè)計的因素

1.1 慢行交通的影響

互通立交不僅要確保機動車通行效率及質(zhì)量，還必須將一個城市的混合流特征考慮在內(nèi)，綜合評估非機動車及其行人通行狀況。通常情況下，慢行交通要盡可能挑選“地面承載”，有利于減輕對互通建筑周圍的影響[1]。此外，應(yīng)重視設(shè)計合理的地下專供非機動車與行人通行道路，設(shè)計相應(yīng)的人行橋梁。

1.2 橋梁之間交叉問題的影響

分析道路橋梁工程發(fā)現(xiàn)，城市快速路及其主干路一般使用高架橋梁建設(shè)方式。特別是交通繁忙路段，必須將橋梁交叉問題考慮在內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，必須對整體交通實施規(guī)劃，在地面布設(shè)慢行交通或開展地面鋪設(shè)，從而構(gòu)成地面平交系統(tǒng)，確保行人與機動車正常通行，大幅提升機動車的運行速度。此外，地面第二層一般采用直行交通線，第三層進(jìn)行交叉路線設(shè)計。必須注意，開展互通立交設(shè)計過程中，應(yīng)綜合分析地面第二、三層之間的設(shè)計，促使橋梁與互通立交達(dá)到完美的銜接，提高整個橋梁的牢固性[2]。

1.3 地上、地下管線的影響

當(dāng)互通立交橋梁建設(shè)區(qū)域出現(xiàn)大量管線及道路時，對橋梁布局及其跨區(qū)域設(shè)計將產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響。例如：互通立交區(qū)域設(shè)置的地下管網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，如果出現(xiàn)許多排水管等管線，導(dǎo)致互通立交建造工程比較困難。此時，必須移除上述管線，在一定程度上增加互通立交建造難度及施工費用?；诖耍瑢Φ厣?、地下管線進(jìn)行設(shè)計時，必須綜合設(shè)計跨徑組合方案，優(yōu)化墩柱設(shè)計，以便保證管線暢通，在一定程度上降低整個工程造價。

2 互通立交橋梁設(shè)計要點分析

2.1 重視做好設(shè)計工作

對互通立交橋梁進(jìn)行設(shè)計時，必須認(rèn)真梳理收集的資料，并對總體交通、地質(zhì)勘察狀況等展開分析，全面掌握周圍地形，滿足道路工程橋梁建設(shè)相關(guān)要求[3]。與此同時，對互通立交橋梁進(jìn)行設(shè)計時，要做好完善市政管線之間的規(guī)劃，通過交通量預(yù)測方法展開分析與總結(jié)，確保主次交通具有良好的流向。

2.2 合理設(shè)計總體線性

開展設(shè)計時要嚴(yán)格按照各項技術(shù)指標(biāo)，依據(jù)實際工程狀況，因地制宜選取各項指標(biāo)。設(shè)計階段應(yīng)抓住設(shè)計要點，線形好壞與互通立交作用發(fā)揮情況具有密切聯(lián)系，而總體線形組合是保證其質(zhì)量的重點。開展總體線形組合設(shè)計過程中，要選取平、縱、橫作為參考指標(biāo)，注意合理進(jìn)行匹配，不得盲目追求高指標(biāo)[4]。

2.3 重視開展匝道及變速車道設(shè)計

匝道設(shè)計作為互通立交設(shè)計的主要內(nèi)容，設(shè)計內(nèi)容偏多。例如：縱坡設(shè)計等，每一個設(shè)計均為重點，必須認(rèn)真進(jìn)行設(shè)計。變速車道坡度作為設(shè)計的重要內(nèi)容之一，坡度不可與匝道縱坡相同[5]。一般條件下，匝道與主線指標(biāo)相比要低許多，如果其坡度一致，容易在變速車道時明顯降低行車速度。此外，如果兩者設(shè)計相同的坡度，超高橫坡設(shè)計困難較大，極易出現(xiàn)排水問題。由于主線縱、橫坡會各自改變，分流段及其合流段變速車道一樣，這種狀況下需要將主線設(shè)計成變曲線，也能將外側(cè)變速車道設(shè)計為一個向外側(cè)的橫坡，不同車道采用不同方法進(jìn)行過渡。

車輛運行過程中，一些駕駛?cè)藛T會發(fā)生超速行駛的問題?；ネ⒔粯蛄涸O(shè)計范圍內(nèi)的主線也存在發(fā)生超速的情況。在此情況下，需要設(shè)計較長的減速路程。由于載重車輛或大客車的行車速度較低，進(jìn)行加速操作不靈活，針對上述情況，加速到與主線相同的車速需要適當(dāng)延長加速車道長度。若匝道設(shè)計要求不高且主線設(shè)計速度不高于l00km/h，可采用高一擋速度設(shè)計變速車道長度。在主線、匝道設(shè)計過程中，預(yù)測交通量與通行能力相近或載重車比例較高時，可適當(dāng)增加變速車道長度。

3 互通立交實例分析

3.1 項目概況

該項目K線在陽新縣木港鎮(zhèn)鄭成忠附近與杭瑞高速公路交叉，設(shè)置陽新南樞紐互通，見圖1。該互通主要是解決本項目與杭瑞高速公路之間交通轉(zhuǎn)換問題，西距（湖北省境內(nèi)）杭瑞高速公路上的排市互通約為11.35km，東距陽新互通約7.25km，南距湖北與江西省界5.3km?，F(xiàn)狀杭瑞高速為已處于運營的高速公路，設(shè)計速度為100km/h，路基寬度為26m，采用瀝青混凝土鋪設(shè)路面，西至瑞麗，東至杭州。

圖1 陽新南樞紐互通示意圖

3.2 互通立交縱坡及寬度設(shè)計

因高速公路行車凈空要求超過5m，還必須將跨線橋的建筑高度等因素考慮在內(nèi)，因此，跨線橋設(shè)計的控制點高度必須達(dá)到上述要求，其最低要求如下：

式（1）中：H為跨線橋與高速公路之間交點位置的最小設(shè)計標(biāo)高；hs為跨線橋上部結(jié)構(gòu)的建筑高度；hj為高速公路行車凈空；a為受到高速公路、跨線橋縱、橫坡影響有待調(diào)整值；E為被交道縱截面在此處時的外矩，若該點并未在變坡點切線范圍之內(nèi)，此值為零；hg為高速公路與跨線橋交點位置的路面設(shè)計標(biāo)高。

依據(jù)交通量大小及其道路等級明確護(hù)欄或人行道寬度、跨線橋的寬度。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)當(dāng)?shù)卣L期的發(fā)展規(guī)劃，求出跨線橋的橋梁寬度。通常狀況下，跨線橋行車寬度與其連接的道路行車寬度一樣。特殊狀況下有所調(diào)整。

式（2）中：W為橋梁設(shè)計寬度；Sz、Sy分別為行車道左、右路緣帶寬度；Bz、By為橋梁外側(cè)附帶寬度；Whz、Why分別為橋上左側(cè)、右側(cè)護(hù)欄寬度；Wx為橋上行車道寬度。

3.3 立交方案布設(shè)

立交選型過程中，應(yīng)將占地面積、交通需求等因素考慮在內(nèi)。本文根據(jù)區(qū)域地形、地物、預(yù)測交通量及杭瑞高速公路沿線設(shè)施設(shè)置情況，結(jié)合初測、初勘外業(yè)驗收會專家組意見，設(shè)計下列不同的方案進(jìn)行比較：方案一：雙環(huán)道＋半定向組合型樞紐互通方案，該方案采用雙環(huán)道＋半定向組合型樞紐互通方案（環(huán)形匝道位于半定向匝道內(nèi)側(cè)）。其中，武漢—九江、南昌—通山方向采用半直連匝道，其他左轉(zhuǎn)方向采用環(huán)圈匝道。

本項目K 線布置在立交第二層，上跨杭瑞高速公路，雙向四車道，路基寬為26m。最小平曲線、凹形豎曲線半徑依次為1 750m、14 000m，最大縱坡1.8%，互通范圍內(nèi)為設(shè)計凸形豎曲線，達(dá)到設(shè)計H標(biāo)準(zhǔn)要求。杭瑞高速公路布置在立交底層，路基寬度為26m，雙向四車道。互通范圍內(nèi)該公路的最小圓曲線半徑、最大縱坡分別為3 000m、1.8%。平面布置如圖2所示。

圖2 陽新南樞紐方案一平面圖

本立交主線長2 500m，匝道總長6 773m，互通主線橋梁676m/3 座，匝道橋1 075m/6 座?；ネㄔ训雷畲罂v坡3.5%，最小圓曲線半徑設(shè)計為60m（環(huán)形匝道），達(dá)到最小設(shè)計速度40km/h 標(biāo)準(zhǔn)要求?；ネǚ秶鷥?nèi)路基土石方挖方183.336 萬m3，拆遷房屋3 783m2，互通永久占地2 969 098m2。

方案二采用雙環(huán)道＋半定向組合型樞紐互通方案（環(huán)形匝道位于半定向匝道外側(cè)）。其中，武漢—九江、南昌—通山方向采用半直連匝道，其他左轉(zhuǎn)方向采用環(huán)圈匝道。方案二平面布置見圖3。

圖3 陽新南樞紐方案二平面圖

本項目K 線布置在立交最上層，上跨杭瑞高速公路，設(shè)計為雙向四車道，路徑寬度設(shè)定為26m，設(shè)計速度為100km/h。最大縱坡、最小平曲線半徑依次為2.0%、1 750m，最小凸形、凹形豎曲線半徑為25 000m、12 000m，能夠達(dá)到設(shè)計速度條件下互通范圍之內(nèi)的主線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

杭瑞高速公路布置在立交底層，路基寬度為26m，為雙向四車道高速公路?；ネǚ秶鷥?nèi)，杭瑞高速公路最大縱坡為1.8%，最小圓曲線半徑為3 000m。

本立交主線長2 500m，匝道總長6 338.958m，互通主線橋梁835m/3 座，匝道橋277m/2 座?；ネㄔ训雷畲罂v坡3.845%，最小圓曲線半徑為60m，滿足匝道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?；ネǚ秶鷥?nèi)路基土石方挖方210.211 萬m3，拆遷房屋3 783m3，互通占地2 951 818m2。

綜合分析可知，因該節(jié)點功能在于促使兩條高速公路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，定位為復(fù)合型的互通式立交。所設(shè)計方案優(yōu)點及不足之處如表1 所示。 綜合對比發(fā)現(xiàn)，方案二不僅擁有完善的功能，也能滿足交通量要求，造型較美觀，且工程規(guī)模均小于方案一，因此本次初步設(shè)計推薦方案二。

表1 不同方案優(yōu)缺點

4 結(jié)語

綜上所述，道路橋梁工程設(shè)計互通立交橋梁能夠承載較大的車流量，有利于提升其運輸效率?；诖?，文中對互通立交橋梁影響因素及設(shè)計要點進(jìn)行分析，選取某一項目為對象，設(shè)計兩種不同的方案對比。研究結(jié)果證實，雙環(huán)道＋半定向組合型樞紐互通方案具有功能完善、造型美觀等優(yōu)點，能夠滿足日常車流量需求。