劉 俊，劉潤(rùn)有，代茂華

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津市 300457）

0 前言

1925年德國(guó)修建了世界上最早的苜蓿葉形立交，1928年美國(guó)在新澤西州修建了第一座全苜蓿葉形立交，1935年瑞典在斯德哥爾摩修建了帶有3個(gè)小環(huán)道的部分苜蓿葉形立交，1935年德國(guó)設(shè)計(jì)了一種稱為部分苜蓿葉形的立體交叉型（見(jiàn)圖1）。該立交在匝道與主線的出入口處設(shè)有三角形的導(dǎo)流島，并在主線兩側(cè)設(shè)置寬3.5 m的長(zhǎng)形路側(cè)分車帶，以減少進(jìn)出車輛對(duì)主線的干擾。此后，加拿大于1937年，前蘇聯(lián)于1957年分別修建了苜蓿葉形立交。我國(guó)最初的道路立體交叉是隨著修建城市道路跨河橋而產(chǎn)生的。1956年湖北省武漢市修建江漢一橋時(shí),利用橋頭邊孔供濱河路通過(guò),建成我國(guó)第一座部分苜蓿葉形立交（見(jiàn)圖2）。1965年北京市修建京密引水渠時(shí),在3條主干路與濱河路相交處,建成3座與上相同的部分苜蓿葉形立交。1973年北京市在北二環(huán)的復(fù)興門(mén)建成了我國(guó)第一座長(zhǎng)條苜蓿葉形立交?？梢?jiàn),（部分）苜蓿葉形立交在立交發(fā)展史上占有非常重要的地位[1]。

圖1 德國(guó)早期的部分苜蓿葉形立交（單位：m）

圖2 我國(guó)第一座車行立交（單位：m）

目前，全球收費(fèi)公路總長(zhǎng)約為14萬(wàn)km，其中約10萬(wàn)km在中國(guó)，占70%。因此,在我國(guó)已建的高速公路上，設(shè)計(jì)人員主要從收費(fèi)的角度來(lái)進(jìn)行立交選型設(shè)計(jì)，互通式立交的型式以喇叭為主。如在滬寧248 km高速公路修建互通式立交15座，其中喇叭型立交有12座，在滬蓉109 km長(zhǎng)的高速公路上的7座互通式立交均為喇叭型等[2]。喇叭型立交的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是只需集中設(shè)一座收費(fèi)站，管理方便，所以特別適用于收費(fèi)公路。然而試想一下:如果高速公路不再有收費(fèi)要求，或者不再單線收費(fèi)、路段收費(fèi)而裁撤收費(fèi)站進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)等，那么以往著眼于收費(fèi)的設(shè)計(jì)思路是否應(yīng)該有所調(diào)整，以喇叭型為主的高速公路立交型式是否有更佳的選擇。本文正是以“不收費(fèi)”的海南高速公路立交為研究范圍，以部分苜蓿葉形立交為研究對(duì)象，對(duì)部分苜蓿葉形立交在海南高速中的應(yīng)用展開(kāi)深入地分析與總結(jié)。

1 海南高速公路特點(diǎn)

海南高速公路作為本次應(yīng)用研究的載體，有著自身的特殊性。在全國(guó)眾多省份中，海南是全國(guó)唯一沒(méi)有公路收費(fèi)站卡的省份。自1994年1月1日起，海南省將公路養(yǎng)路費(fèi)、公路運(yùn)輸管理費(fèi)、過(guò)路費(fèi)、過(guò)橋費(fèi)“四費(fèi)合一”，統(tǒng)一征收機(jī)動(dòng)車燃油附加費(fèi)，并取消了所有公路收費(fèi)站。2008年，海南省再次進(jìn)行機(jī)動(dòng)車輛通行附加費(fèi)改革，鞏固海南燃油附加費(fèi)改革成果，確保全省道路暢通無(wú)阻。燃油附加費(fèi)改革15年來(lái)，通過(guò)對(duì)“油”征費(fèi)，體現(xiàn)了“多用油者多負(fù)擔(dān)”的原則，實(shí)現(xiàn)了“一腳油門(mén)踩到底”，海南也因此成為全國(guó)唯一高速公路“不收費(fèi)”的省份。海南目前已建高速660 km，在建高速72 km，擬建高速498 km，合計(jì)1 230 km[2]。海南省規(guī)劃“田”字型高速公路網(wǎng)主要包括已建的東線高速公路、西線高速公路以及在建的中線高速公路（?？凇筒獦?lè)東）、橫線高速公路（萬(wàn)寧—儋州—洋浦），以及由文昌至瓊海的高速公路，見(jiàn)圖3。

圖3 海南省高速公路網(wǎng)示意

海南省高速公路除了“不收費(fèi)”，還呈現(xiàn)出如下特點(diǎn)[2]。

（1）沿線開(kāi)口多

高速公路的建設(shè)對(duì)其走廊帶周邊產(chǎn)業(yè)園、物流園區(qū)，乃至涉及的村鎮(zhèn)的經(jīng)濟(jì)促進(jìn)作用是至關(guān)重要的。由于不收費(fèi)，往往這種對(duì)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)作用的考量會(huì)放大，高速沿線與省道、縣道的交叉處，在綜合考慮投資規(guī)模、交通需求、立交間距等因素條件下，留開(kāi)口的傾向性增大，沿線開(kāi)口較多。

（2）立交等級(jí)低

正因?yàn)檠鼐€開(kāi)口多，立交多為高速與一般公路或低等級(jí)道路相交，匝道交通量小，通常采用簡(jiǎn)易立交或一般互通式立交，以服務(wù)型立交為主，投資規(guī)模小，節(jié)約建設(shè)成本。

綜上所述，海南高速公路立交選型須把握以下幾點(diǎn)：（1）不收費(fèi)，無(wú)需考慮設(shè)置收費(fèi)站；（2）立交服務(wù)于沿線經(jīng)濟(jì)，便于城鎮(zhèn)、片區(qū)以及村落之間的溝通；（3）交通量小，各流向交通量很不平衡，主、次流向明確；（4）立交等級(jí)低，側(cè)重于節(jié)約占地，減少投資。

此外，由交通部專家精煉出以下6點(diǎn)高速公路立交選型布設(shè)原則值得借鑒與參考：（1）主交通一致的原則；（2）全有全無(wú)的原則（匝道布設(shè)成雙成對(duì)，交通流向不能有去無(wú)回）；（3）出入口布置的一致性原則；（4）交通安全性原則；（5）定向匝道適用原則；（6）控制用地的原則。

2 部分苜蓿葉形立交型式分析與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 部分苜蓿葉形立交型式分析

在《公路工程名詞術(shù)語(yǔ)》（JTJ 002—1987)中,部分苜蓿葉形立體交叉的定義為:“只設(shè)部分環(huán)形匝道,呈不完全苜蓿葉形的互通式立體交叉?！笔聦?shí)上,我們見(jiàn)到的部分苜蓿葉形立交并非完全設(shè)有環(huán)形匝道,而是采用非環(huán)形的左轉(zhuǎn)彎匝道。本文提及的部分苜蓿葉形,主要指限于2個(gè)象限的部分苜蓿葉形。

部分苜蓿葉形立交按匝道布置方式可分為3類，即主要公路的出口在跨線構(gòu)造物之前的A型，見(jiàn)圖4（a），出口在跨線構(gòu)造物后的B型，見(jiàn)圖4（b)，以及以主要公路為對(duì)稱軸布置匝道的A-B型，見(jiàn)圖4（c)。它們適用于出入交通量較小的一般互通式立體交叉。A、B兩種型式的選擇主要取決于轉(zhuǎn)彎交通的特點(diǎn)和用地條件。轉(zhuǎn)彎交通量不平衡時(shí)，應(yīng)以平面交叉中的沖突最少作為匝道布設(shè)象限選擇的原則。A-B型只適用于被交路傍依鐵路或密集建筑群，或?yàn)I河的情況，武漢市江漢一橋立交、連霍國(guó)道鞏義東立交就是這種型式的典型實(shí)例。部分苜蓿葉形立交中，在不設(shè)環(huán)形匝道的象限內(nèi)增加右轉(zhuǎn)彎匝道，見(jiàn)圖4（d），適用于不設(shè)收費(fèi)站的一般互通式立體交叉[3]。

圖4 部分苜蓿葉形立交示意圖

以海南省環(huán)島西線高速公路為例，西線高速公路互通式立體交叉的型式，除T形交叉采用喇叭形外，十字形交叉優(yōu)先推薦采用菱形，其次為部分苜蓿葉形。全線設(shè)互通式立體交叉21處，其中菱形立交12處，部分苜蓿葉形立交6處，喇叭形立交3處。故此將部分苜蓿葉形與單喇叭、菱形作對(duì)比分析。

（1）相比喇叭形或菱形立交，在局部象限內(nèi)地形地物受限的情況下，選擇部分苜蓿葉形最能有效地避開(kāi)不利的地形地物（如鐵路、河流等），減少橋跨結(jié)構(gòu)物，減少拆遷（尤其密集建筑群或村落集中在某一兩個(gè)象限內(nèi)），從而大大降低施工難度和工程成本。

（2）單喇叭形立交一般交叉口總通行能力可達(dá)8 000～11 000 pcu/h，菱形與部分苜蓿葉形立交一般交叉口總通行能力為5 000～7 000 pcu/h。參考《新理念公路設(shè)計(jì)指南》（2005版）：當(dāng)高峰小時(shí)流入交通量小于1 500 pcu/h時(shí),菱形是較為實(shí)用的,在這種情況下,可以不設(shè)置信號(hào),而且在無(wú)信號(hào)交叉系統(tǒng)中其延誤也是較低的；當(dāng)設(shè)計(jì)流入交通量在1 500～2 500 pcu/h時(shí),部分苜蓿葉形比菱形有更高的通行能力,且其延誤比菱形少,服務(wù)水平高[4]。

（3）當(dāng)高速公路與二、三級(jí)公路呈十字交叉時(shí)，單喇叭形設(shè)置2座跨線橋、1處平交口，部分苜蓿葉形和菱形立交均需設(shè)置1座跨線橋、2處平交口。首先，部分苜蓿葉形相比單喇叭由于少1座跨線橋,且占地稍小,造價(jià)明顯要低。其次，分析三者平交口的交織和沖突現(xiàn)象：a.單喇叭形在布置上很靈活,但平交口中交織和沖突點(diǎn)較為集中,且不論布置在哪個(gè)象限,沖突情況是一樣的,總存在主流向交通流與被交路直行車輛發(fā)生沖突。雖然當(dāng)被交路直行車輛較少時(shí)情況要好一些，但不利于被交路交通量的增長(zhǎng)。b.部分苜蓿葉形能將交織和沖突分散到兩處平交口，特別是當(dāng)主、次流向交通量相差較大時(shí),通過(guò)將匝道布置在合適的象限,就能使其平交口的沖突比單喇叭大為減少,主流向交通流在兩處平交口都是右行的,因而與被交路直行車輛不發(fā)生沖突[3]。c.菱形同樣在被交路上形成兩個(gè)平交口，其所有的左轉(zhuǎn)都需通過(guò)兩平交口來(lái)實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生兩段交織和六個(gè)沖突點(diǎn)，交通易混亂，不利于行車安全。

（4）在高速公路改擴(kuò)建越來(lái)越多的今天，相比喇叭形或菱形立交，部分苜蓿葉形可以作為全苜蓿葉形的近期方案，為遠(yuǎn)期預(yù)留發(fā)展空間，減少工程浪費(fèi)，符合“可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略。

綜上分析可知，相比單喇叭和菱形立交，部分苜蓿葉形立交有著自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。在海南高速公路立交選型中，部分苜蓿葉形立交在以下幾點(diǎn)條件下應(yīng)優(yōu)先作為方案考慮：（1）高速主線與一般公路或低等級(jí)道路十字交叉時(shí)；（2）局部象限內(nèi)地形地物受限（濱河、傍依鐵路或密集建筑群等）時(shí)；（3）若與菱形做方案比較，設(shè)計(jì)流入交通量在1 500～2 500 pcu/h，且主、次流向交通量相差較大時(shí)；（4）近遠(yuǎn)期結(jié)合、分期實(shí)施，或者為遠(yuǎn)期預(yù)留發(fā)展空間時(shí)。

2.2 部分苜蓿葉形立交設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在確定立交型式后，由于部分苜蓿葉形立交屬于平交型立交，在被交道路上出現(xiàn)兩個(gè)平面交叉，存在沖突與交織，對(duì)行車安全、通行效率不利。所以其匝道端部平交口的設(shè)計(jì)與渠化應(yīng)作為部分苜蓿葉形立交的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2006），設(shè)計(jì)中應(yīng)把握以下幾點(diǎn)[5，6]。

（1）平面交叉的交角宜為直角。斜交時(shí)，其銳角應(yīng)不小于70°；受地形條件或其他特殊情況限制時(shí)，應(yīng)不小于60°。

（2）平交交叉范圍內(nèi)，匝道與被交線的平面線形宜為直線或大半徑圓曲線，不宜采用需設(shè)超高的圓曲線，且兩者的縱面宜平緩，縱面線形應(yīng)滿足停車視距的要求。但是，通常被交路等級(jí)低，平、縱線形指標(biāo)不能滿足要求，故經(jīng)常需要被交線局部改線，具體改線可以參照斜交十字交叉中的扭正圖示（見(jiàn)圖5），以滿足立交整體的設(shè)計(jì)要求。進(jìn)一步參考《公路路線設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D20—200X），被交線在平交口范圍內(nèi)的縱坡應(yīng)不大于3.0%，當(dāng)被交線無(wú)超高時(shí)匝道應(yīng)以0.5%～2.0%的上坡（有利于車輛進(jìn)出路口加減速以及路口排水）通往平交口，且此坡段至被交線的路緣應(yīng)不短于25 m；當(dāng)被交線在交叉范圍內(nèi)有超高曲線時(shí)，匝道的縱坡應(yīng)服從被交線的超高橫坡。

圖5 斜交十字交叉的扭正圖示

（3）部分苜蓿葉形互通式立交匝道端部的兩個(gè)平交口宜相互通視，其間有凸形豎曲線時(shí)，該豎曲線的半徑應(yīng)足夠大，至少在豎曲線頂點(diǎn)前30 m處能使駕駛者看到前方的平交口，并保證停車視距。

（4）B型部分苜蓿葉形互通式立交中，匝道端部的兩個(gè)平交口間，應(yīng)有容納兩個(gè)左轉(zhuǎn)彎車道的距離。

（5）匝道端部平交口應(yīng)作渠化設(shè)計(jì)，提高其通行能力和交通安全，渠化方式參見(jiàn)圖6。

圖6 匝道端部平交口的渠化設(shè)計(jì)

此外具體設(shè)計(jì)時(shí)，基于以上第3點(diǎn)，部分苜蓿葉形狀與主線上跨、下穿還呈現(xiàn)出以下關(guān)系：（1）當(dāng)主線上跨被交線時(shí),應(yīng)盡量將兩處平交口靠近主線布置,將主線上的兩對(duì)出入口拉開(kāi)些,這樣對(duì)主線上車輛出入視線有利,如圖 7（a）所示；（2）當(dāng)主線下穿被交線時(shí)，由于被交線跨線部分縱坡較陡（通常大于3%），兩處平交口通視受限，車輛過(guò)橋后由于駕駛員無(wú)充分的心理準(zhǔn)備,往往難以減速或停車等待,容易與平交口左轉(zhuǎn)彎車輛發(fā)生碰撞,此時(shí)應(yīng)盡量將被交線上兩平交口拉開(kāi)些，如圖7（b）所示，京津塘高速公路馬駒橋立交曾事故頻發(fā)，就是這種情況的典型例子。

但是，按照?qǐng)D7（b）所示部分苜蓿葉形，匝道與被交線出現(xiàn)斜交，平交口設(shè)計(jì)除了應(yīng)該注意以上所述幾點(diǎn)之外，還應(yīng)注意：一般可保持鈍角右轉(zhuǎn)車道的基本線形，并通過(guò)合理布置交通島來(lái)保證其他轉(zhuǎn)彎車道所需的線形；但當(dāng)斜交過(guò)大（交角小于70°）時(shí)，鈍角右轉(zhuǎn)彎應(yīng)改為S形曲線，以避免出現(xiàn)過(guò)大的導(dǎo)流島（見(jiàn)圖8）。

3 部分苜蓿葉形立交在海南高速中的應(yīng)用實(shí)例

圖7 部分苜蓿葉形狀與主線上跨、下穿的關(guān)系

圖8 匝道與被交線斜交時(shí)的渠化設(shè)計(jì)

本文以海南省文昌至瓊海高速公路工程為依托，對(duì)部分苜蓿葉形立交在海南高速中的應(yīng)用展開(kāi)進(jìn)一步分析與總結(jié)。海南省文昌至瓊海高速公路（位置示意，見(jiàn)圖3）北順接海文高速，南與東線高速公路瓊海段相接，全長(zhǎng)約66 km，全線共設(shè)置互通式立交11座。在目前初步設(shè)計(jì)階段中，除2座樞紐互通式立交外，9座一般互通式立交中有5座均采用部分苜蓿葉形，在此僅以馮家灣、瓊海以及萬(wàn)泉河3座互通式立交為例（見(jiàn)圖9）。

3.1 主線與被交線的交叉情況

（1）馮家灣互通式立交，被交線X201（煙長(zhǎng)線），現(xiàn)狀三級(jí)公路，設(shè)計(jì)車速40 km/h，遠(yuǎn)期規(guī)劃為二級(jí)公路；

（2）瓊?；ネㄊ搅⒔唬唤痪€S213（嘉博路），現(xiàn)狀二級(jí)公路，設(shè)計(jì)車速60 km/h，遠(yuǎn)期規(guī)劃為一級(jí)公路；

圖9 部分苜蓿葉形立交在海南高速中的應(yīng)用示意圖

（3）萬(wàn)泉河互通式立交，被交線為濱河大道，交叉處無(wú)現(xiàn)狀，規(guī)劃為城市主干路，設(shè)計(jì)車速60 km/h；三者都是主線高速與一般公路或較低等級(jí)道路十字交叉。

3.2 立交范圍內(nèi)地形地物情況

（1）馮家灣互通式立交地處微丘區(qū)，現(xiàn)狀X201（煙長(zhǎng)線）北側(cè)地形起伏較小、地勢(shì)較平坦開(kāi)闊，南側(cè)地形起伏較大，地面高程由約40m驟降至8～9m，周邊主要為胡椒、菠蘿等經(jīng)濟(jì)作物，交叉范圍內(nèi)X201兩側(cè)現(xiàn)狀無(wú)村莊；若X201南側(cè)布設(shè)立交匝道，需大大增加匝道長(zhǎng)度和立交占地，同時(shí)匝道出入口漸變段進(jìn)入主線橋梁，既增加工程費(fèi)用又增大施工難度,故將立交布設(shè)在現(xiàn)狀X201北側(cè)；同時(shí)考慮到該節(jié)點(diǎn)處主線路塹下挖較深，將現(xiàn)狀X201往南適當(dāng)局部調(diào)線，并將設(shè)計(jì)標(biāo)高降低，以保證匝道與X201的連接，且有利于被交線X201上兩處平交口范圍內(nèi)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求。

（2）瓊?；ネㄊ搅⒔坏靥幬⑶饏^(qū)，主線穿越處為路塹路基，周邊主要為種植園、廠房等，地形起伏較大；在交叉處西南側(cè)為南陽(yáng)村，在現(xiàn)狀S213（嘉博路）兩側(cè)多為商鋪和工廠，在交叉處西北側(cè)為磚廠，立交布設(shè)時(shí)應(yīng)考慮避免拆遷。主線采用路塹式路基下穿S213，故采用圖5（b）形式。

（3）萬(wàn)泉河互通式立交地處瓊海市嘉積鎮(zhèn)境內(nèi)萬(wàn)泉河北岸，地表多為旱地，地勢(shì)較為平坦,溝渠較多，規(guī)劃濱河大道南側(cè)為現(xiàn)狀的棉寨村、棉寨小學(xué)，棉寨村南側(cè)為現(xiàn)狀萬(wàn)泉河，典型的濱河、密集建筑群或村落集中在一、四象限內(nèi)，立交布設(shè)時(shí)應(yīng)考慮避免拆遷以及占用萬(wàn)泉河河道空間。

3.3 交通量情況

三座互通轉(zhuǎn)向交通量都較?。ㄒ?jiàn)圖10），事實(shí)上單從交通量看應(yīng)優(yōu)先考慮菱形方案（占地小、投資少），但因局部象限內(nèi)地形地物受限，綜合比較，部分苜蓿葉形更為合適。

圖10 轉(zhuǎn)向交通量圖（單位:pcu/d）

綜合以上應(yīng)用情況，再一次證明部分苜蓿葉形立交布置靈活，若能將出入口匝道布置在合適的象限，能夠充分有效地規(guī)避對(duì)工程不利的地形地物，減少橋跨結(jié)構(gòu)物、減少拆遷，從而大大降低施工難度和工程造價(jià)，其對(duì)于海南高速這樣無(wú)需設(shè)置匝道收費(fèi)站的“不收費(fèi)”高速，具有顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，全國(guó)范圍內(nèi)高速公路系統(tǒng)日臻完善，我國(guó)高速由收費(fèi)到“不收費(fèi)”，由單線收費(fèi)、路段收費(fèi)到裁撤收費(fèi)站、聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)，乃至像海南省一樣進(jìn)行燃油附加費(fèi)改革徹底取締設(shè)置收費(fèi)站的模式，已是一種可能的趨勢(shì)。所以，高速公路立交選型的思路，也該從以往慣性的“高速公路收費(fèi)與否，決定著立交的型式”、慣性的喇叭形立交，回到“綜合考慮行車舒適性、安全性、交通需求、交通量增長(zhǎng)等，在保證服務(wù)水平的基礎(chǔ)之上，盡可能節(jié)約投資、減少用地”上來(lái)。事實(shí)上，從交通量、占地、造價(jià)等方面考慮,許多服務(wù)型立交均可采用部分苜蓿葉形。此外，隨著我國(guó)高速公路的不斷發(fā)展,立交的改擴(kuò)建工程也將越來(lái)越多,部分苜蓿葉形可以作為全苜蓿葉形的前期方案，可為遠(yuǎn)期預(yù)留發(fā)展空間，無(wú)疑是道路交叉中造成浪費(fèi)最少的形式。部分苜蓿葉形立交在高速公路中的應(yīng)用尚有著更多的可能和更大的空間，其應(yīng)用技術(shù)值得我們道路工作者進(jìn)一步深入研究與總結(jié)。

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