公路和城市道路互通式立交设计研究

张顺利、周子刚

[1.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司西安分公司，陕西 西安 710000；2.北京市市政工程设计研究总院有限公司，甘肃 兰州 730000]

0 引言

随着我国社会经济的快速发展，城市基础设施建设逐渐完善。人民生活水平的提升，促使机动车数量不断增加，导致目前我国大部分城市都有着极大的交通压力，各个城市也开始大量修筑一些大规模的交通设施，逐步完善交通网络，缓解城市交通压力，提升城市道路的服务水平和通行能力。互通式立交设计，是指结合跨线构造物的设置对交叉道路空间分离的工程设施，并且采取匝道连接上下道路，保障车辆正常转弯。其设计的内容与现代城市交通压力的缓解有着十分重要的联系。因此做好互通立交设计的研究有着十分重要的现实意义。

1 公路与城市道路之间的关系分析

1.1 构造形式

两种构造形式的区别见表1。

表1 公路与城市道路构造形式分析

1.2 功能结构

从发挥公路功能的角度讲，与城市道路的完善程度和布局的形式有着密切的关系，但是公路本身的服务水平和规模以及过境的方式都会影响到城市道路的功能发挥水平[1]。如果整个公路的布局形式和市区对外交通量不能有效匹配，很容易发生城市对外交通拥堵的现象，影响对外交通的辐射能力。并且结合构造的功能分析可以明确的是，公路和城市道路的功能属于相互协调、补充和影响的。

2 互通式立交设计要素分析

2.1 设计速度

2.1.1 主线

结合《公路路线设计规范》（JTG D20—2017，简称《公路规范》）与《城市道路工程设计规范》（CJJ 37—2012，简称《城市道路规范》）的要求来确定实际的设计速度[2]。

2.1.2 匝道

匝道是在互通式立交上、下层道路之间为车辆转弯提供的连接道，对在立交道路中的交通流起到促进车辆连续行驶的作用，提升交叉口的通行能力[3]。而在城市道路设计中，其本身的设计速度没有较大的差异，因此根据相关规范要求应当将匝道设计速度根据匝道行驶和立交等级来进行确定，一般匝道设计速度都主线设计速度的0.4～0.7 倍，大约为20～70km/h。并且由于公路上的行车速度相对较快，因此匝道设计的等级不同，速度的设计差异性相对较大，一般与匝道的类型、互通的服务水平以及主线设计速度有着十分密切的关系。

2.2 服务对象

从实际应用角度分析，公路以及城市道路所承担的功能存在较大差异，服务对象也存在较大差异。公路的主要功能是货物运输、人员流动，因此，主要服务对象为机动车辆。而城市道路主要满足城市居民出行的要求，服务对象主要包括机动车辆、非机动车辆、行人等。虽然二者的服务对象在机动车辆上存在一定重合，但是二者在互动过程中所采取的车辆特征设计存在一定区别。作为主要控制要求，实际对道路体系进行设计过程中，需要依据车辆轮廓尺寸，对道路的宽度、纵坡等具体指标进行调整。

2.3 道路建筑界限

为切实保障道路交通的安全性，我国相关制度明确规定，在道路工程设计建造过程中，应严禁区域内存在任何影响交通安全的障碍物，同时，规定中对道路建筑界限值作出明确规定，其中规范标准规定：一级与二级公路净高度为5.0m，三级与四级公路净高度为4.5m；城市道路净高度为4.5m。所以在二者衔接阶段设计中，需要注意二者净高度设计的差异，防止交通事故的发生。

2.4 停车视距

停车视距，即驾驶员从发现障碍物至到达障碍物的行驶时间范围内，驾驶员在确保安全的情况下将车辆停稳的最短距离。就实际研究结论可知，停车视距与安全距离、制动距离以及驾驶员反应距离有直接的关系。现阶段我国《公路规范》以及《城市道路规范》在停车视距方面的规定中，除一项指标存在明显差异外，其余指标基本相同，这种情况体现出两种制度均采用相同原理进行计算。由此，技术人员在实际进行停车视距设计过程中，可以参考上述两种指标体系。

2.5 匝道平、纵面组合设计

依照我国颁布的《公路规范》以及《城市道路规范》中的规定要求，匝道平、纵面在实际进行设计过程中应与主线设计保持一致。具体内容主要包括：平面曲线设计中，涵盖曲线以及变坡点；直线段设计，尤其是半定线定向匝道设计中，严禁采取短竖曲线设计；反向平曲线设计中，严禁拐点以及变坡点出现重合情况；在出口处采用凸形竖曲线与下坡匝道相连接设计中，为确保驾驶员观察视野开阔，应对其进行延长竖曲线设计，以确保有效视距；在入口处采用凸形竖曲线方式与上坡匝道连接形式，匝道同纵断面应依托于相邻主线进行设计，确保驾驶员可以直观、清晰地观察主线车辆行驶状况。然而需要认识到的一点是，由于当前相关规章制度体系中，对匝道平、纵面组合设计规定尚不完善，设计不规范问题表现依然较为突出。除此以外，部分设计人员对平纵面组合设计、填挖高度考虑不足，将变坡点设置在匝道终点前30m、35m 区域或匝道起点后30m、35m 处区域，对交通安全造成严重威胁。

2.6 变速车道长度

现阶段，我国所实行的《公路规范》以及《城市道路规范》两项制度中，对变速车道设计标准存在一定冲突。《城市道路规范》在设定变速车道长度时，主要依据主线及匝道设计车速作为标准，即将取值标准设定为变速车道起、终点；而《公路规范》则规定变速车道都应依照主线设计速度进行界定。在主线设计速度不发生变动的前提下，匝道设计车速会随着互通等级降低而减小，公路标准值及车辆所需加速长度差值也会随之提升。因此，设计人员在实际工作中，在工程实际条件允许的情况下，为满足道路工程安全性以及经济性要求，应依照《公路规范》标准值对变速车道长度进行调整。

3 互通式立交设计的实际应用

3.1 工程背景

此工程位于兰州市，南北两山限制和黄河由西向东贯穿整个盆地，使兰州市成为一个东西长、南北窄、沿河两岸分布的带状城市。在黄河和铁路分隔作用下，兰州市内主要的交通向为东西向，但是纵贯市区的东西向干道相对较少，平交道路口相对较多，通行能力差，形成了“南北不畅、东西拥挤”的交通局面，所以需要加快东西两向贯穿市区的主干道建设。结合兰州市道路网规划，纵贯市区的东西向主干路有四条，一是东岗路-庆阳路-西津路-西固路，二是南滨河路，三是北滨河路，四是南山路。目前，全线贯通的只有东岗路-庆阳路-西津路-西固路一条主干路。拟建南山路东接东岗立交的东平大道（312 国道），西接西柳沟立交的西新线，沿南山山脚纵贯全市。尽快建设南山路工程，可以完善路网结构，有利于市内交通和过境交通的分离，为过境交通提供快捷的专用通道，以减轻过境交通对市内交通的干扰和压力，缓解市区交通的拥挤状况。

3.2 工程地点与建设规模

此工程位于东岗铁路立交的东侧，也是南山路和东平大道、T605#路和东岗路交汇区域。此工程设计为三层半的“两个半定向+两个苜蓿叶”互通式立交，连接4 条6 车道的主干路。此工程采取两个方案设计，并根据评估结果来进行选择。

方案一：立交主线和匝道的总长度大约为8.199km，其中道路的长度为5.893km，桥梁的长度约为2.306km，地面的辅道长度约为1.81km。

方案二：立交主线和匝道的总长度约为8.562km，其中道路的长度约为5.315km，桥梁的长度大约为3.247km，地面的辅道长度约为2.45km。

3.3 道路工程设计

道路工程中包含立交平面和纵面的设计、路基路面的设计、交通组织的设计、交通管理设施设计和边坡的防护设计等。道路工程设计也采取两种方案。

方案一：道路长度约为5.893km，辅道约为1.81km。

方案二：道路长度约为5.315km，辅道约为2.45km。

此道路工程采取的是沥青混凝土路面结构，植草护坡和窗孔式护坡，挡墙选择悬臂式、重力式和扶壁式。

3.4 交通工程设计

此整体工程的交通工程建设内容为：设置双挑路灯进行照明，高度为8m 的单杆形式，间距设置为30m，并在机动车道配套150W+150W 的高压钠光源。整体灯杆选择钢制热镀锌，另外喷涂环氧树脂粉末。整个路灯的悬挑长度为2m，悬挑角为10o，防护标准为IP65。选择灯具的要求为重量轻、强度高、外观美观、防尘、防水和耐腐蚀，最为重要的一点为效率高。整个路灯的光源采取高显色型的高压钠灯，自带补偿电容，单个灯的功率因数需要大于0.9。

此桥所在地地形十分复杂，由于设计和地面高程有着巨大的差距，经过方案比较，确定在匝道的环中心设置2 套35m 高杆灯具，并配备12×1000W+12×400W 的高压钠灯源，整个光源的辐射半径为100m。照明设施配备良好的电动升降系统，后期能够满足匝道和绿化景观的照明需求。随后采取TN-S 系统作为路灯的接地和防雷系统，选择SG10 系列的节能型干式配电变压器作为节能装置，随后采取PL 智能照明调控装置和低耗能的镇流器以及高光效的高压钠灯自带电容补偿等措施实现能源节约的需求与要求。

3.5 绿化与景观设计

东岗立交是整个兰州市的东大门，工程建设水平代表整个兰州市的市政建设水平和城市风貌。并且由于工程具有占地广、工程量大等特征，工程的主体结构对于所在的区域环境有着十分巨大的影响，因此需要对其进行全面的景观设计，保障良好的景观效果，并采用人性化设计，体现以人为本的可持续发展理念。

现有的东岗道路有两条，分别为东岗路和东平大道，整个立交都位于东岗的东路和立交的东端头，以及东平大道的西侧。由于施工下穿东平大道通道会影响整个东平大道的交通状况，因此可以先利用旧的312 国道接通东岗立交桥，当完成了东平大道下穿通道之后，再对东平大道进行改造，随后对南山路和T605#道路和各个匝道进行施工，保障双向4 车道的设计要求。

3.6 方案对比

结合所采取的立交设计方案对比分析（见表2），分析两者具体的优势和劣势。综合对比后，决定选择方案一作为此次互通式立交的设计方案。

表2 立交方案对比分析

4 结语

综上所述，无论是公路还是城市道路设计，重点在于二者的联系，二者在车道和车速设计中的设计要素存在一定差异，如服务对象和设计速度等。因此需要在工程实践中，结合实际情况适当地进行方案调整，在保障立交通车安全和设计经济性的基础上，缓解城市交通的压力以科学的设计方式保障社会效益的实现。