吳勝軍(廣東省交通規(guī)劃設計研究院股份有限公司,廣東 廣州 510507)
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高速公路施工圖階段的立交設計要點淺析
吳勝軍(廣東省交通規(guī)劃設計研究院股份有限公司,廣東 廣州 510507)
高速公路立體交叉是高速公路與周邊路網(wǎng)實現(xiàn)交通轉換的重要節(jié)點,隨著我國公路設計水平的不斷提高,立交的設計愈發(fā)注重安全性、舒適性及經(jīng)濟性。在初步設計階段,主要論證方案的可行性。而施工圖階段,立交應著重于細節(jié)設計、方案優(yōu)化。針對多數(shù)設計人員在施工圖設計中忽略的問題,本文對各設計要點進行了舉例說明。
立體交叉;施工圖;細節(jié)設計
高速公路立體交叉是高速公路與周邊路網(wǎng)實現(xiàn)交通轉換的重要節(jié)點,通過分散、吸引交通流實現(xiàn)對區(qū)域交通的輻射,在我國交通事業(yè)不斷發(fā)展的今天,民眾對公路交通的需求不斷提高,交通量呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。立交的設計應順應時代發(fā)展的節(jié)奏,堅持以人為本的理念,強調安全性、舒適性及經(jīng)濟性的結合。在初步設計階段,主要論證方案的可行性。而具體落實到施工圖階段,應對立交的各個設計要素進行綜合分析,不斷優(yōu)化方案,提高立交的服務水平。
高(明)至恩(平)高速公路起于廣明高速公路(順接廣明高速)與江羅高速公路的交叉點(高村互通),終于鳳山水庫東設置鳳山互通與開陽高速相接,并與中山至開平高速公路對接,是廣明高速公路在江門境內的延伸線,遠期可南延至西部沿海高速及上、下川島。項目全長42.940km,全線設高村、稔村東、龍勝、馬岡、沙湖東、鳳山互通立交5處,設服務區(qū)1處。文章以高村互通施工圖為例,對立交設計要素進行核查并優(yōu)化。
高速公路立體交叉的設置應結合城鎮(zhèn)規(guī)劃、路網(wǎng)規(guī)劃、交通流特征、地形地貌特點等因素,同時考慮交叉對主線交通量的吸引和分散,立交與隧道、橋梁、服務區(qū)、停車區(qū)等構造物及設施的關系。本項目高村互通是連接高恩高速 (順接廣明高速)與江羅高速的樞紐型互通,目前廣明高速與江羅高速已實現(xiàn)高明、江門、羅定三向互通(四匝道),本次實施的高村互通為既有立交基礎上完善恩平、江門、羅定三向互通(四匝道),立交選址明確。
立體交叉應滿足車輛行駛要求,做到設計速度合理、視距安全、交通量適宜、服務水平與主線對應。高村互通為預留互通,主線及立交設計的主要控制要素已在預留時考慮,并在前期的方案論證階段進行過詳細比對,可滿足規(guī)范要求。
4.1地形地貌
本合同段路線大致沿北向南展布,總體地勢北高南低。路線所經(jīng)地區(qū)的地貌單元主要包括低緩丘陵、山間洼地、沖積平原地貌,地面海拔標高位于5~260m之間。低緩丘陵山體植被較發(fā)育,以桉樹、松木、杉樹、灌木為主,少量為果樹種植基地;沖積平原地形較平坦開闊,魚塘、農田密布。從地形地貌條件進行細分,高村互通互通1、3、4象限匝道處于山地地貌,第2象限匝道處于沖積平原地貌。立交設計應結合地形,因地制宜,避免大面積占用平原地區(qū)珍貴的耕地資源 (改為橋梁通過)以及過高的路塹對自然坡體的剝皮式開挖(設計緊湊、合理的平面,并根據(jù)地形條件擬合縱斷面設計)。
4.2水文地質
區(qū)內地表水、地下水較豐富。受氣候、地貌、巖性及地質構造等因素控制,地表水相對發(fā)育。地下水補給源主要為大氣降水和地表水逕流、地下水滲流,地下水埋深隨地形的起伏變化較大。
根據(jù)項目水文地質條件,高村互通注重路基的綜合設計,地基及路堤的處理需結合實際情況進行,特別是地基的處理(如換填)應徹底,結合地下水位高程,控制換填高度處于地下水位以上至少50cm,換填材料采用透水性材料,如粗粒土、碎石、砂礫等,避免毛細水上升對路基的軟化。
高村樞紐立交為變形苜蓿葉樞紐立交,連接廣明高速、江羅高速及高恩高速,本項目A、B、C、D、及E起點路段已由江羅高速實施,本項目主要實施高村互通的E匝道(從 D、E匝道分流鼻端開始)、F、H、I匝道。
由于江羅高速實施時,本項目工程可行性研究相對滯后,高恩高速設計標準僅按26m雙向四車道標準進行預留,現(xiàn)高恩高速采用33.5m雙向六車道標準設計。高村互通在原設計方案基礎上進行調整,將互通對接主線寬度改造為雙向六車道,銜接主線的匝道相應變化。
圖1 總體圖
圖2 線位圖
5.1計算行車速度、路線設計長度及匝道標準斷面組成
本段高恩高速主線采用100km/h設計速度,除內環(huán)H匝道設計速度為40km/h外,其余匝道均采用60km/h設計速度。
匝道標準斷面寬度:單向單車道9m,單向雙車道10.5m。
5.2平、縱面指標
主線:平面位于左偏半徑為R-2000m范圍內,最大縱坡2%,最小縱坡0.50%,豎曲線最小半徑為R-30000m(凹形)。
匝道:最小平曲線半徑為R-60m,最大縱坡為3.5%,最小縱坡為0.33%,凸形豎曲線最小半徑為R-2800m,凹形豎曲最小半徑為R-2000m;最大超高橫坡度為6%,最大合成坡度為6.78%。
5.3變速車道設置情況
減速車道采用直接式,長度分別為:
(1)E匝道為145.997m,漸變段長度為100m;
(2)H匝道為125.210m,漸變段長度為90m。
加速車道采用平行式,長度分別為:
(1)E匝道為220m,漸變段長度為80m;
(2)H匝道為230m,漸變段長度為90m。
5.4高村立交設計要點
A、B、C、D、及E起點路段已由江羅高速項目實施,高村樞紐立交設計基于已實施的四匝道進行。原預留方案(按雙向四車道)未考慮本項目主線雙向六車道寬度,設計時需維持現(xiàn)狀匝道及主線線形,同時高恩高速部分的加減速車道需雙向六車道調整。
(1)與規(guī)范的契合,《公路立體交叉設計細則》(JTG/TD21-2014)(以下稱細則)于2014年11月1日起正式實施,本規(guī)范對我國多年的立交設計經(jīng)驗作出了總結,對原有規(guī)范不足或不合理的內容進行了修正,是我國立交設計主要參照的規(guī)范之一。
(2)結合本項目所實施匝道型式,直連式與半直連式具有較大的交通量及較高通行時速,設計應考慮合理的設計指標。
表1
(3)橫斷面核查。匝道的橫斷面寬度選擇是關系到行車安全、服務水平的重要指標,依據(jù)最新的調研及試驗結論,右側硬路肩由傳統(tǒng)的2.5m增加至3m,方可滿足應急需要。本項目設置緊急停車道的匝道,均按此執(zhí)行。
(4)出口匝道的核查。即主線分流鼻處設計,主要考慮分流鼻處平曲線曲率半徑、回旋線參數(shù)、豎曲線半徑三部分。
①分流鼻處平曲線半徑、回旋線參數(shù)。由于主線車輛通過分流鼻行駛過渡到匝道曲線,其行車速度必然由經(jīng)歷由快(主線)至慢(匝道)的過程,在以往的設計中,很多設計人員往往忽略速度的過渡設計,設計出的線形不符合實際行駛規(guī)律,必然埋下安全隱患。合理的線元設計,應考慮行車在速度降低的過程中,其行駛點曲率半徑應控制在一定合理范圍,可誘導駕駛員均衡的控制車速,確保道路情況變化符合駕駛期望,避免線形突變,保證駕駛的連續(xù)性以及協(xié)調性。針對本項目主線設計時速(100km/h),分流鼻端匝道平曲線最小曲率半徑的一般值控制為≥300m、回旋線最小參數(shù)(A值)一般值控制為≥80。
②分流鼻豎曲線半徑。與分流鼻平曲線半徑及回旋線參數(shù)設計類似,豎曲線的設計在行車過渡階段不能僅按照匝道半徑指標控制 (匝道半徑指標主要針對車輛完全進入匝道界面,且符合匝道設計時速的車輛行駛條件),而應與平面過渡相對應,提高線元指標,以適應行車速度變化狀況。針對本項目主線設計時速(100km/h),分流鼻端匝道豎曲線最小曲率半徑的一般值控制為≥2800m(凸形)、1800m(凹形)。
(5)入口匝道的核查。即主線合流鼻的設計,主要考慮合流鼻處豎曲線半徑、通視三角區(qū)兩部分。合流鼻的行車速度由慢至快,其設計側重于合流車輛(主線及匝道)相互的安全性,因此,必須保證主線與匝道相互通視要求,控制范圍按:在合流鼻端前,主線距合流鼻100m,匝道距合流鼻60m。其豎曲線半徑控制同出口匝道。
(6)超高的核查。以往的設計往往忽略超高的核查,如前所述,在分、合流鼻線形中,速度不斷變化,其行駛點曲率半徑相應改變,而超高的設計與行駛點半徑、行駛速度、橫向力系數(shù)均息息相關,其關系如下所示(對于40km/h、60km/h匝道,最大橫向力系數(shù)Vmax應分別控制在0.16、0.15以內,可保證車輛基本平穩(wěn),對曲線的感受不至于強烈),因此,超高與平縱橫的設計必須綜合考慮。
式中:V——計算速度(km/h);
u——橫向力系數(shù);
R——平曲線半徑(m);
ih——超高坡度(%)。
(7)連接部設計的核查。原有公路路線設計規(guī)范JTGD20-2006中,對于主線時速120km/h的變速車道長度及有關參數(shù)表中,單車道出入口的“主線硬路肩或其加寬后的寬度C1”均取值為3.5m,而細則中對于合流鼻段的要求為“不應設偏置”。對于本項目而言,主線硬路肩為3.0m,合流鼻端維持主線硬路肩3m寬度。本次規(guī)范規(guī)定的變化,對匝道平面無影響,但改變了匝道縱斷面設計終點樁號及相應標高。對于主線來說,加速車道終點與大鼻端位置相應拉長,總的來說,車輛行駛的安全性有所提高。
(1)施工圖作為施工依據(jù),應更加注重設計的安全性、舒適性及經(jīng)濟性。
(2)立交設計應因地制宜,避免大面積占用平原地區(qū)珍貴的耕地資源以及對自然坡體的剝皮式開挖。
(3)設置緊急停車道的匝道應滿足應急的實際需要,硬路肩需加寬至3m。
(4)鼻端位置出入口線元設計應充分考慮行車速度過渡過程,便于駕駛人均衡的控制車速,提高設計安全性能。
(5)超高的設計應與線元設計向適應,以提高行車的平穩(wěn)性及舒適性。
(6)合流鼻不設偏置,使加速車道終點與大鼻端位置相應拉長,提高了對車輛行駛安全性。
[1]楊盛福.高速公路立交工程[M].北京:人民交通出版社,2001.
[2]中華人民共和國行業(yè)推薦性標準.《公路立體交叉設計細則》(JTG/ TD21-2014)[S].北京:人民交通出版社,2014.
[3]中華人民共和國行業(yè)標準.《公路路線設計規(guī)范》(JTGD20-2006)[S].北京:人民交通出版社,2013.
吳勝軍(1983-),男,湖南湘西人,路橋工程師,碩士研究生,主要從事道路工程工作。
U412.36+6
A
2095-2066(2016)17-0174-02
2016-4-5