第五章互通式立交设计
第五章互通式立体交叉设计
第一节设计原始资料
一、地形资料
互通式立体交叉是一条公路的重要工点工程，其地形资料是互通式立体交叉设计的基础资料，往往比路线设计需要更高的精度。互通式立体交叉设计所需的地形资料包括地形图资料、路线逐桩地面高程资料和逐桩横断面地形资料。
1．地形图
互通式立体交叉初步设计和施工图阶段采用的地形图比例一般为1：500～1：2000，不同地形类别和比例尺的地形的基本等高距按照表2-1的规定执行。地形图上应标注现有建筑物的建筑界线、种类、面积、高度、地下和地上各种管线以及可供规划修建的范围、地界、洪水泛滥范围等。
目前常用的地形图一般有纸质地形图和电子地形图两种。纸质地形图一般需要矢量化处理成电子地形图。电子地形图要求各种地形信息分图层存储管理，文件格式兼容性好（目前一般均采用AutoCAD软件的DWG格式），便于交换，图形文件应该包含：属性、点号、三维坐标、层号等信息。
2．纵断面地形资料
互通式立体交叉设计所需的纵断面地形资料包括立体交叉范围内的主线、被交线以及所有匝道的纵断面地面线数据。初步设计阶段的纵断面地面线数据可从大比例尺地形图上内插得到或通过数字地面模型内插获得；施工图设计阶段的纵断面地面线数据一般通过采用水准仪或全站仪在野外根据中桩的地面位置实测得到。
3．横断面地形资料。
互通式立体交叉的主线、被交线以及所有匝道的横断面地面线数据，在初步设计阶段也是从大比例尺地形图上内插得到或通过数字地面模型内插获得；在施工图设计阶段一般通过野外实测横断面地面线得到。
二、交通量资料
互通式立体交叉设计所需的交通量资料包括立体交叉直行和转弯的设计交通量（年平均日交通量及小时交通量）、交通组成、同一时间各方向汽车比例等。设计交通量是根据主线所在区域的交通OD调查资料和交通量预测资料得到的预测年限的交通量，通常由主线的工程可行性研究报告提供，为图5-1所示的互通式立体交叉交通量流量流向图。若预测的设计交通量为年平均日交通量，设计小时交通量可按
式（2-2）计算。
图5-1 互通式立体交叉转弯交通量分布图
三、相交道路的设计资料
相交道路的路线资料包括相交道路的交通功能、等级、设计车速；相交道路的交角，路基宽度，横断面形式及尺寸，净空高度，设计荷载及平、纵、横技术指标等。与铁路相交时还应调查铁轨股数、间距、净空和净宽要求等资料。
相交道路的路面资料包括相交道路的路面类型、厚度、结构、土基状况、自然区划等。
相交道路的规划资料应包括相交道路规划的交通功能、等级、位置、线形指标要求、路基宽度、横断面形式及尺寸等。
四、其它设计资料
其它设计资料主要包括以下几个方面。
1．互通式立体交叉工点的地质水文资料
（1）所在区域地质图、构造地质图、剖面图等。主要包括区域地质构造（如断层、地裂缝的分布与走向等）、土质分类和土壤类型、岩性等情况。
（2）水文地质资料：地表径流以及流向、洪水位，地下水的类型、分布情况、深度、补给条件、变化规律，岩石的透水性、水质分析等。
（3）特殊与不良地质资料：特殊和不良地质地段的分布、范围、形成条件、发育程度、活动特点及其规律等。
（4）地震资料：路线所经过地区以及周边地区的地震次数与时间、地震特征、地震区划和地震动峰值加速度系数等。
2．桥涵调查资料
互通式立体交叉范围内所有桥梁涵洞的水文和地形、地质资料以及桥涵的位置、
结构型式、孔径布置、上下游防护处理等。
3．路基调查资料
主线、被交线以及所有匝道路基的坡面稳定状况、土质情况以及边坡坡度分段情况；支挡构造物的位置、基底土质、基础埋置深度；路基地下水位和排水方式调查等。
4．测量资料
互通式立体交叉所在位置或附近地区的国家级控制点资料。
5.经济调查与地区调查资料
主要是立交区的经济情况和地区情况的概略调查资料，为确定立交规模及类型提供依据。主要调查资料有：人口情况；工业、商业、农业及其它相关产业情况；地区和经济发展情况查；土地利用情况；现有区域规划对立交规划设计影响的资料等。
6．各种评审意见、协议及会议纪要
工程可行性研究报告或初步设计的评审和审批意见、与各部门和乡镇签定的各种协议及关于公路方案、互通式立体交叉方案等方面的会议纪要。
第二节互通式立体交叉设计依据与设计标准
一、互通式立体交叉的功能分类与匝道分类
1. 互通式立体交叉的功能分类
互通式立体交叉分为枢纽互通式立体交叉和一般互通式立体交叉两类。
高速公路间、或高速公路与具干线功能的一级公路间、或具干线功能的一级公路间的互通式立体交叉，应为枢纽互通式立体交叉。枢纽互通式立体交叉的匝道应具有良好的线形，匝道上不设置收费站，匝道端部不出现穿越冲突。
高速公路、一级公路间及其与其他公路相交的互通式立体交叉应为一般互通式立体交叉，其匝道上可设置收费站，且高速公路出入口以外允许设置平面交叉。
2. 匝道分类
按照匝道的功能及其与正线的关系，可将互通式立体交叉的匝道划分为右转匝道和左转匝道两大类。
1）右转匝道
右转匝道是车辆从正线右侧驶出后直接右转约90°，到另一正线的右侧驶入，一般不设跨线构造物，如图5-2所示。根据立体交叉的形式和用地限制条件，右转匝道可以布设为单(或复)曲线、反向曲线、平行线或斜线四种。右转匝道属右出右进的直连式匝道，其特点是形式简单，直捷顺当，行车安全。右转匝道形式单一，
只布置在一个象限内，立体交叉的形式，基本不受右转匝道控制，而主要受左转匝道的控制。
图5-2右转匝道示意图
2
左转匝道车辆须转约90°～270°越过对向车道，除环形左转匝道外，匝道上至少需要一座跨线构造物。按匝道与正线的关系，左转匝道有直连式、半直连式和环形
（1）直连式(又称左出左进式)：如图5-3所示，左转弯车辆直接从正线行车道左侧驶分流出，左转约90°，到另一正线行车道的左侧汇流驶入。直连式左转匝道的优点是匝道长度最短，可降低营运费用；没有反向迂回运行，自然顺畅；适应车速高，通行能力较大。其缺点是跨线构造物较多；正线双向行车之间须有足够间距；存在左出和左进的问题。
图5-3 左出左进式左转匝道
因直连式左转匝道存在左出和左进的问题，所以除左转弯交通量很大外，一般不宜采用。图中两种布置形式可视经济性、线形要求以及用地情况等比较选用。
（2）半直连式：按车辆由正线的进出方式可分为三种基本形式。
①左出右进式：如图5-4所示，左转车辆从正线行车道左侧直接驶出后左转弯，
到另一正线时由行车道右侧驶入。与定向式左转匝道相比，右进改善了左进的缺点，车辆驶入安全方便。但仍然存在左出的问题；匝道上车辆略有绕行；驶出道路双向行车道之间须有足够间距；跨线构造物多。图示三种情况都可采用，应由地形、地物限制条件决定采用。
图5-4 左出右进式左转匝道
②右出左进式：如图5-5所示，左转车辆从正线行车道右侧右转弯驶出，在匝道上左转弯，到另一正线后直接由行车道左侧驶入。改善了左出的缺点，车辆驶出安全方便。但仍然存在左进的缺点，驶入道路双向行车道之间须有足够间距，其余特征与左出右进式匝道相同。
图5-5 右出左进式左转匝道
③右出右进式：如图5-5所示，左转车辆都是由正线行车道右侧右转弯驶出和驶入，在匝道上左转改变方向。右出右进式是最常用的左转匝道形式，它完全消除了左出和左进的缺点，行车安全方便。其缺点是左转绕行距离较长，跨线构造物较多。图中五种形式应视地形、地物及线形等条件而定。
图5-5 右出右进式左转匝道
270（3）环形匝道：如图5-6所示，左转弯车辆驶过跨线构造物后向右回转约 达到左转的目的，在行车道的右侧驶入。环形左转匝道的特点是右出右进，行车安全，匝道上不需设跨线构造物，造价最低。匝道线形指标差，适应车速低，通行能力较小，占地面积大，左转绕行距离长。
图5-6 环圈式左转匝道
环形左转匝道为苜蓿叶式、喇叭式和子叶式立体交叉的标准组成部分。图中a)为常用基本形式，当互通式立体交叉为了改善交织而设置集散车道时，可采用其余三种形式。
二、设计速度
互通式立体交叉范围内正线的设计速度与正线路段的设计速度相同。互通式立体交叉匝道的设计速度主要是根据互通式立体交叉的类型、转弯交通量的大小、匝道的形式以及用地和投资费用等条件确定。如果匝道的设计速度能和正线一样，即使是采用正线不同设计速度中较低者，车辆运行也是顺畅的。但是，由于地形、用地和投资费用等的限制，匝道的设计速度总是低于正线的，但降低值不能过大，以免车辆在离开或进入正线时产生急剧的减速或加速，导致行车危险和不顺畅。期望值以接近主线(正线中设计速度较高者)平均行驶速度为宜，当受用地或其它条件限制时，匝道设计速度可适当降低，一般为主线设计速度的50%～70%。互通式立体交叉匝道设计速度的规定见表5-1。
选用匝道设计速度时应注意以下几点：
1．按匝道的不同形式选用
同一座立体交叉每条匝道的设计速度不一定相同，原则上应根据匝道的形式选用。右转匝道宜采用表5-1中的上限或中间值；直连式或半直连式左转匝道宜采用上限或中间值。环形匝道一般采用较低的设计速度，否则环形匝道半径过大会占地过大，一般采用30～40km/h，并以不超过40km/h为宜。
2．适应匝道的行驶状态需要
匝道设计速度实际上应是匝道线形受限制路段所能保证的最大安全速度，其余路段上应以与匝道中必然存在的变速行驶相适应的速度作为设计的控制值。接近自由流出、入口附近的匝道部分应有较高的设计速度；接近收费站或平面交叉的匝道端部，设计速度可酌情降低。设计者应改变以往在确定匝道各部位要素时笼统地以一个固定的设计速度作为设计控制的做法。
3．考虑匝道的交通组织
双向无分隔带的匝道应取同一设计速度；双向独立的匝道依交通量的不同可分别选用不同设计速度。
三、互通式立体交叉范围内主线线形
互通式立体交叉范围内由于存在匝道与主线之间的分流、合流，车辆运行状况比主线一般路段复杂，因此，主线的平、纵线形指标要求相对较高，详见表5-2。
互通式立体交叉范围内主线线形指标表5-2
注：当主要公路以较大的下坡进入互通式立体交叉，且所接的减速车道为下坡，同时，后随的匝道线形指标较低时，主要公路的纵坡不得大于括号内的值。
一般情况下，互通式立体交叉范围内平曲线和竖曲线最小半径应采用大于或等于表列一般值；最大纵坡应小于或等于表列一般值。当受地形条件或其他特殊情况限制时，少数指标可采用极限值，但应有保证行驶安全的弥补措施。
表5-2中平曲线半径指标主要是基于两方面考虑：一方面主线超高横坡较大时，外侧反方向匝道超高过渡比较困难，降低了车辆流入、流出的安全性，一般互通式立体交叉范围内主线超高横披不宜大于3％～4％，要求采用较大的平曲线半径；另一方面较大半径平曲线易于保证行车视距。
表5-2中竖曲线半径指标主要是从加大行车视距角度考虑的。主线一般路段满足停车视距要求即可，互通式立体交叉范围内则需要更好的视野，以便及时预知、判断出入口。表中凸型竖曲线半径一般值是以2.0倍主线的停车视距计算确定的，最小值是以1.5倍主线停车视距计算确定的；凹型竖曲线半径值直接采用了主线一般路段规定值的2～4倍。由于凸型竖曲线不利于提供更大的行车视距，因而，互通式立体交叉范围内主线处于大半径凹曲线上较好，有助于主线上的车辆辨认立交位置和保持高速行车，同时也有利于匝道驶出车辆减速和汇入车辆加速。
四、互通式立体交叉区域内的视距
1．识别视距
主线分流鼻之前应保证判断出口所需的识别视距。当为使驾驶者及时发现互通式立体交叉的出口，按规定行迹驶离主线，防止误行和避免碰撞分流鼻，互通式立体交叉的引道上应保证对出口位置的判断视距(其物高为0)，这一视距应为“识别视距”。识别视距应大于表5-3的规定。条件受限制时，识别视距应大于1.25倍的主线停车视距。当引道上标志较多或上跨构造物的墩、台净距较小需要驾驶者注意时，驾驶者需接受的信息较多，宜采用表中较大（接近高限）值。
匝道出口位置应明显，易于识别，宜将出口设置在跨线桥前；当设置在跨线桥后时，匝道出口至跨线桥的距离不应小于150m。
2．匝道停车视距
匝道全长范围内应满足停车视距要求。停车视距应大于表5-4所列数值，积雪冰冻地区应大于括号内数值。
3. 通视三角区
汇流鼻前，匝道与主线间应具有如图5-7所示的通视三角区。
图5-7 汇流鼻前通视三角区
四、匝道设计的技术标准
互通式立体交叉匝道的技术标准是根据立体交叉的设计速度、交通量与通行能力等因素制定的。匝道的技术标准是进行匝道设计的法定技术要求，匝道设计时都应当遵守。
（一）匝道横断面
1. 匝道横断面组成与宽度
匝道的横断面由车道、路缘带、硬路肩和土路肩组成，对向分离行驶的双车道匝道还应包括中间带部分。
匝道横断面各组成部分的宽度：车道宽度一般为3.5m。中间带包括中央分隔带和两侧路缘带，中央分隔带的宽度应不小于1.0m，路缘带宽度为0.5m。土路肩宽度为0.75m；条件受限制时，不设路侧护栏者可采用0.5m。左侧硬路肩(含路缘带)宽度为1.00m。右侧硬路肩(含路缘带)宽度：设供紧急停车用硬路肩时为2.50m，条件受限制时可采用1.50m，但为对向分隔式双车道时宜采用2.00m；不设供紧急停
车用硬路肩时为1.00m。属主线分岔或合流的双(多)车道匝道，其车道和硬路肩的宽度应与主线的相同。匝道的车道、硬路肩宽度与主线不同时，应在匝道范围内设置渐变率1/20～1/30的过渡段。
2. 匝道横断面类型与适用条件
互通式立体交叉匝道横断面类型分为四种，如图5-8所示。匝道横断面类型根据匝道的设计交通量、通行能力及匝道长度等选用。
图5-8匝道横断面的基本类型（尺寸单位：cm）
a）Ⅰ型－单车道；b）Ⅱ型－双车道；c）Ⅲ型－双车道（设供紧急停车用硬路肩）；
d）Ⅳ型－对向分隔式双车道
①交通量小于300pcu/h、匝道长度小于500m时，或交通量等于或大于300pcu/h 但小于1200pcu/h、匝道长度小于300m时，应采用I型。
②交通量小于300pcu/h、匝道长度等于或大于500m时，或交通量等于或大于300pcu／h但小于1200pcu/h、匝道长度等于或大于300m时，应考虑超车之需而采用II型。但此时采用单车道出入口。
③交通量等于或大于1200pcu/h但小于1500pcu／h时，应采用Ⅱ型。
④交通量等于或大于1500pcu/h时，应采用Ⅲ型。
⑤两条对向单车道匝道相依，且平、纵线形一致时，应采用Ⅳ型。当设计速度小于或等于40km/h，且位于非高速公路一方时，可采用II型。
⑥环形匝道采用单车道匝道，其设计通行能力为800-1000pcu/h。
（二）匝道的平面
匝道的平面线形应根据匝道设计速度、立体交叉类型、交通量、地形、用地条件、造价等因素确定。
1．匝道圆曲线半径
互通式立体交叉匝道圆曲线半径的大小，直接影响到立体交叉的形式、用地、规模、造价以及行车的安全性与舒适性。互通式立体交叉匝道圆曲线最小半径应根据匝道的设计速度选用大于表5-5中的一般值；当受地形条件或其它特殊情况限制时，方可采用极限值。
(m)
2．匝道回旋线参数
匝道及其端部设置回旋线时，其其参数及长度宜不小于5-6的规定。
反向曲线间的两个回旋线参数宜相等，不相等时其比值应小于 1.5。回旋线的长度还应同时满足匝道超高过渡的需要。匝道中径相衔接的复曲线，其大小半径之比不应大于1.5，否则应设回旋线。
3．分流鼻处曲率半径
减速车道和主线两者的铺面分岔点称为分流鼻。出口匝道的分流鼻处，因从主线分离后行驶速度较高，应具有较大的曲率半径，并使其后的曲率变化与行驶速度的变化相适应，如图5-9所示。
图5-9 主线分流鼻处曲线半径和曲率过渡
在分流鼻处，匝道平曲线的最小曲率半径规定如表5-7所示。
最小曲率半径
(m)
（三）匝道的纵断面
1．匝道的最大纵坡
匝道因受上下线标高的限制，为克服高差、节省用地和减少拆迁，并考虑匝道上车速较低，故匝道纵坡一般比主线纵坡大。互通式立体交叉匝道各设计速度所对应的匝道最大纵坡如表5-8所示。
注：因地形困难或用地紧张时可增大1％。
*非冰冻积雪地区在特殊困难情况下可增加2％。
2．匝道竖曲线最小半径及长度
匝道上纵坡转折处应设置竖曲线。互通式立体交叉匝道各设计速度所对应的竖曲线最小半径及最小长度见表5-9所示。设计时应尽量采用大于或等于一般值的竖曲线半径，特殊困难时可适当减小，但不得低于表列极限值。
（四）匝道的超高与渐变率
1．超高值
匝道上的圆曲线所设置的超高值应根据匝道设计速度、圆曲线半径、公路条件、自然条件等经计算确定。匝道上的超高应与匝道上变速过程中的行驶速度相适应。收费站附近和匝道端部的平面交叉附近，其超高应小于按互通式立体交叉的类别和匝道形式而选定的设计速度所对应的超高值；接近分、汇流鼻处，超高应大一些。积雪冰冻地区的超高值不得大于6%。
2．超高渐变率
匝道上直线与超高圆曲线之间或两超高不同的同向圆曲线之间应设置超高过渡段，其长度应根据设计速度、横断面类型、旋转轴的位置以及超高渐变率等因素确定。匝道超高渐变率规定如表5-10所示。最小超高渐变率应符合表5-11的规定，以满足路面排水的要求。超高过渡段长度计算公式与主线相同。
（五）匝道圆曲线加宽
匝道圆曲线部分的加宽值，应根据匝道类型和圆曲线半径按表5-12所列数值采用。单向单车道匝道、单向双车道匝道的曲线加宽一般应在圆曲线内侧，加宽过渡可按照主线加宽过渡方式进行；对向分离行驶的双车道匝道（Ⅳ型）应按各自车道的曲线半径所对应的加宽值分别加宽。Ⅲ型匝道的加宽为Ⅱ型的加宽值减去Ⅱ、Ⅲ型两者硬路肩的差值。
第三节匝道平面设计
一、匝道平面设计步骤
匝道的平面设计，是在互通式立体交叉选型定位的基础上，根据交叉口的交通和地形情况及匝道的技术标准，进一步具体确定匝道的形式、位置及与主线和被交线或匝道相互间的空间几何连接关系，使互通式立体交叉整体线形和型式得以最终完善。它是其它各项设计的基础，同时互通式立体交叉匝道的平面设计与匝道的其它各项设计也是相辅相成的，例如，纵断面设计，在很大程度上制约着平面设计。所以在作平面设计时要有总体观念，明确各部分工作的相互牵制性，使设计少走弯路。匝道平面设计的一般步骤如下：
1．纸上定线
纸上定线，一般先确定加减速车道的长度、位置，并先标在图上，然后根据地形、地物、匝道间或与主线间的空间关系等因素确定需要控制的关键线位、点位。当这些关键的控制点（线）选定以后，剩下的定线工作基本与公路的定线方法一样。定线一般是由计算机辅助完成。
在这一步工作中，具体细部都需要量化，所有的平面设计均应在相应的平面控制网内完成，点应有具体坐标值，线应有线形方程，否则下一步的计算将无从下手。被交路的线位资料应该采用实测数据。纸上定线工作一般是在1：1000或1:2000的地形图上进行。
2．匝道线位计算
主要是计算匝道的平面线形的位置，一般采用相关的计算机辅助设计软件进行。
3．设计指标检查
首先检查匝道长度是否满足纵坡所需长度及横断面方向接线的要求，然后检查平面线形指标、分流端与合流端的曲率半径、超高过渡长度是否合适、匝道长度能否满足纵坡要求（或净空要求）等。
4．修正后出图
二、匝道平面线形设计
（一）匝道平面线形设计的一般要求
匝道平面线形设计应与匝道的设计速度及类型相适应，同时考虑地形、地物、占地等条件，从而保证匝道上行驶的车辆连续、稳定、安全。具体要求如下：1．从出、入口至匝道中平面线形紧迫路段的范围内，平曲线的半径应与变化着的速度相适应。
匝道上任意一点的曲率半径应不小于该点至出、入口之间，按表5-13和表5-14中一般可能变速时所出现的速度相适应的一般最小半径。