互通式立交匝道超高的设置

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摘要：在平曲线上行驶的车辆会受离心力的作用，通过设置超高横坡来平衡离心力，使横向力系数保持在安全、舒适允许的范围内，从而防止侧向滑移，同时也有利横向排水。互通式立交匝道超高过渡的设置，在工程实践中缺乏统一的技术标准，通过对匝道超高设置进行深入的研究，结合实践经验，本文详细论述了互通匝道超高设置原则，提出了超高设置的关键设计方法，与工程设计人员探讨，并供参考。

关键词：互通式立交匝道超高 设计

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

概述

在公路曲线上行驶的汽车会受到离心力的作用。以横坡、路面与轮胎间的摩阻力来抗衡，使汽车在横方向也能稳定的行驶。设汽车的速度为V（km/h），横坡为i，横向摩阻力系数为f，平曲线半径为R（m），则存在下面的关系：

由上式可知，（i+f）与曲率1/R成正比，从实际行驶来看，横向摩阻力系数值与作用在车上乘客的横向力成正比例。若作用在乘客的横向力过大，人体就会感到不舒服。所以横坡度应尽量大一些，而横向摩阻力系数则应小一些，行驶起来，乘客感到才舒服。但是因为汽车的行驶速度不尽相同，若横坡度更大，则对以低速行驶的汽车来说，为了保持方向，就要不自然的强行操纵方向盘。另外，当路面结冰时汽车启动或刹车都会产生横向滑移。因此，超高的横坡度应根据设计速度、圆曲线半径、路面类型、自然条件和车辆组成等情况确定，必要时应以运行速度予以验算。

1.最大超高横坡

各种标准对曲线超高的限定在具体规定中都结合了当地的特点。由于德国绝大部分国土均为冰冻地区，其规定最大超高横坡为7%；日本规定一般地区最大超高横坡10%，冰雪地区6%，以适应国土纬度跨越大，地区气候变差剧烈的特点。美国各州公路工作者协会AASHO设计指南推荐，对有良好气候无冰雪地区最大超高横坡不能超过12%这一极限(低级路面)，一般为10％，有冰雪地区极限值为8％。因交通拥挤、限速、信号控制、交叉口等影响，有低速行驶趋势的道路，建议最大超高横坡为4％至6％；对于常有交通拥挤、阻塞严重、排水困难、有行人穿越等的城市道路应避免设置超高，仅设路表排水横坡（1.5%-2%）；我国《公路工程技术标准》中规定，高速公路、 一级公路的超高横坡不应超过10%，其它各级公路及有低速行驶情况不应超过8%，并规定冰冻积雪地区最大超高横坡度不宜大于6%，最小超高横坡应等于路拱坡度值。综观各种标准对超高横坡的各种限定，一般均以地区特点确定取值范围，很难以单个标准值代表各种特定条件。

2.匝道端部超高的设置

互通匝道的超高大小设置对行车舒适程度和安全存在直接影响。目前通车的高速公路上部分互通匝道表现出翻车和行车不舒适等问题，追究原因主要为匝道的超高不足 (简称“过超”)等。规范中车速对应的平面半径有一定超高值，按规范取值看来没有问题，原因主要是把匝道设计等同于一般公路设计了。由于互通匝道是提供上、下相交道路的转弯车辆行驶的连接道，车辆处于变速行驶的过程，匝道的设计车速是匝道中线形紧迫路段所能保证的最大安全速度。所以，采用设计车速定义整个匝道的超高显然是不合理的，由此导致匝道的部分区段“欠超。因此，汽车在匝道上变速行驶，根据变速行驶特性来设计匝道平面和布设超高更为合理。

匝道设计中线形紧迫路段一般在匝道中间部分，而匝道端部线形指标较高，车辆行驶的速度较大，往往容易出现“欠超”，使得行车不舒适。

直接式变速车道至分、汇流鼻的全长范围内原则上采用与主线相同的线形，即相同半径的圆弧或相同参数的回旋线。考虑到互通匝道受限制的条件较多，变速车道线形也会有部分匝道回旋线，故对变速车道的横坡或超高应分别对待。当变速车道线形与主线线形相同时，变速车道在楔形端之前采用与主线相同的横坡。当变速车道线形不同于主线线形，含有匝道回旋线时，首先计算分流点的曲率半径，在满足规范要求的前提下进行匝道设计时，一般把分流点之前变速车道的横坡采用主线横坡。而分析分流点的实际可能车速，一般为60-80 km/h，该速度对应分流点曲率半径存在超高ib。如果该点采用主线横坡ia，若ib>ia时，那么从变速车道上分流点点至匝道的缓圆点，存在一段“欠超”段，且部分匝道段超高过渡太急，汽车减速行驶时舒适性不良，此时应考虑在变速车道上设置适当的超高过渡，满足汽车安全、舒适行驶和匝道超高过渡的要求。

出现上述问题，主要原因是对《公路路线设计规范》中变速车道超高规定产生了误解。即当主线不设超高时，无论变速车道的线形如何或随匝道第一曲线的曲率如何，分、汇流鼻处的变速车道均采用与主线相同的横坡，致使该点未设应有的超高和部分匝道段超高过渡太急！

3.超高过渡段的设置

超高的过渡原则是在缓和曲线全长的范围内进行，回旋线长度LS应不小于超高渐变段所需要的最小长度LC；若LC＞LS，则应修改平面线形，若无法修改时，则将超高过渡起点前移，自直线段开始；若考虑线形协调，在平曲线中配置了较长的缓和曲线，并出现LS＞LC的情况，此时若超高渐变率满足排水所需最小超高渐变率，则仍然可取LC=LS，若超高渐变率小于排水所需最小超高渐变率时，则超高的过渡应在缓和曲线内接近圆曲线部分的区段内进行，但超高渐变段起点（终点）处的曲率半径应等于或大于不设超高的最小半径，超高渐变段终点（或起点）处的曲率半径对应的超高值应与圆曲线半径对应的超高值相等。

路线设计规范规定，互通匝道行车道的横坡，在水平状态附近，其超高渐变率原则上不得小于下表之值。一些设计人员把其理解为在任何情况下，匝道超高渐变率均需满足表中最小超高渐变率，导致在缓和曲线较长时，为使匝道超高渐变率大于表中最小值，而使超高渐变段设置的位置与缓和曲线的曲率变化不相适应，这是对规范错误的理解。

表1匝道最小超高渐变率

4.线形与横坡的过渡方法

由于平面线位的布设需要，互通匝道的线形较一般公路要复杂的多，匝道的超高设置应与其平面线位相适应，一般有如下几种组合方式：

4.1在直线-缓和曲线-圆曲线的一般组合。

超高的过渡为标准横坡（取1.5%）旋转至全超高横坡i%，横坡过渡过程中横坡均大于标准横坡，即使超高渐变率非常小，也不存在路面排水不畅的情况，可将超高渐变段设置在全缓和曲线长度范围内进行过渡。渐变方式见下图：

图1

超高渐变率越小，则超高过渡越平缓，但过小的超高渐变率意味在很长的曲线范围内过渡较小的超高横坡，这样对施工是不利的，可以采用在部分缓和曲线长度内实现超高渐变。可以对缓和曲线的曲率半径进行验算，计算出匝道设计速度（或运行速度）下，曲率为不设超高最小半径所对应的桩号KA点，计算出曲率为全超高值对应的圆曲线最大半径对应的桩号KB点，超高缓和段可以设置的KA点至KB点之间。渐变方式见下图：

图2

4.2圆曲线-缓和曲线-缓和曲线-圆曲线的S型曲线组合。

对于S型曲线，横坡从+1.5%旋转到-1.5%的过渡段落，当渐变率过缓时，雨水会长距离的在路面上沿着公路方向流，对高速行驶会产生不良现象，所以有必要对横坡小于1.5%的区间加以限制。对于缓和曲线较短，渐变率大于排水所需最小超高渐变率时，在全缓和曲线全长范围内进行渐变。渐变方式见下图：

图3

对于缓和曲线较长，可单独控制+1.5%到-1.5%范围内的超高渐变率满足大于排水所需最小超高渐变率，+i%到+1.5%之间的渐变率可以较小，不会出现路面排水不畅的情况。渐变方式见下图：

图4

也可以计算出曲率为全超高值对应的圆曲线最大半径对应的桩号KB点，将全超高断面起点（终点）设置在KB点，这样可以增大+i%到+1.5%之间的渐变率。渐变方式见下图：

图5

5.结语

以上针对互通式立交匝道的超高横坡、端部超高的设置、超高渐变率及超高过渡段的设置进行了探讨，互通匝道超高的设置较为灵活，匝道的功能是提供上、下相交道路的转弯车辆行驶的连接道，是车辆变速行驶的一个过程，故不能

等同于一般公路的设计。匝道超高取值，应结合实际情况，根据车辆实际可能运行车速考虑，这样才能改善目前高速公路互通匝道上超高设置出现的问题。

参考文献：

[1] 方守恩 高速公路(第二版) [M] 北京 人民交通出版社 2002

[2] 日本道路公团 日本高速公路设计要领西安陕西旅游出版社 1991

[3] 张雨化 道路勘测设计[M] 北京 人民交通出版社1999

作者简介：宋文政男 四川省射洪县人，2004年7月毕业于湖南大学土木工程专业，工学学士。新疆交通规划勘察设计研究院工程师，现主要从事公路设计工作。