梁 佳

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030000)

1 匝道設(shè)計(jì)速度

在互通式立交中，匝道設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)交通量在確定匝道各項(xiàng)指標(biāo)與橫斷面尺寸過程中具有決定性作用。若匝道設(shè)計(jì)速度可以與正線相同，采用所有速度中相對(duì)較低的也能保證車輛順暢運(yùn)行。然而，因地形條件、用地條件與成本費(fèi)用等方面因素的限制，對(duì)匝道而言，其計(jì)算行車速度始終比正線要低。但實(shí)際的降低值不可以太大，否則車輛在進(jìn)、出正線時(shí)需要突然加減速，這對(duì)行車安全是十分不利的。速度的期望值以和主線的平均速度相近為宜。在確定匝道的設(shè)計(jì)速度時(shí)，需要注意下列幾個(gè)要點(diǎn)。

達(dá)到最佳車速方面的要求。在匝道中使用低于主線的速度，并不會(huì)對(duì)立交通行能力造成影響，這是因?yàn)槿绻囁偬?，將由于制?dòng)距離大幅增加而導(dǎo)致車頭之間的距離明顯增大，從而降低路段通行能力。基于此，為了使行車安全與通行能力都達(dá)到要求，同時(shí)充分考慮用地和行駛條件方面的因素，匝道的設(shè)計(jì)速度應(yīng)與使通行能力達(dá)到最大時(shí)的速度接近，可采用以下公式進(jìn)行計(jì)算確定

(1)

式(1)中，Vk表示最佳速度，單位：m/s；L0表示安全距離，單位：m，通常在5～10 m的范圍內(nèi)取值；C表示車輛的制動(dòng)系數(shù)，通常在0.15～0.30 s2/m的范圍內(nèi)取值。通過代入數(shù)值后計(jì)算，最佳速度通常保持在40～50 km/h范圍內(nèi)。

根據(jù)匝道具體形式確定設(shè)計(jì)速度。在同一個(gè)立交中，不同匝道設(shè)計(jì)速度有所不同，理論上要按照匝道的具體形式來確定其設(shè)計(jì)速度。對(duì)于右轉(zhuǎn)匝道，以上限值或中間值為宜；對(duì)于直連左轉(zhuǎn)匝道，以中間值或與中間值相接近為宜；對(duì)于環(huán)圈式匝道，則以下限值為宜。在環(huán)圈式匝道中，若環(huán)圈的半徑很大，則占地面積較大，應(yīng)適當(dāng)減小采用值，一般為30～40 km/h。

與出入口實(shí)際行駛要求相適應(yīng)。從匝道分流端中駛出的車輛，其設(shè)計(jì)速度應(yīng)達(dá)到主線速度50%～60%以上；而駛?cè)氲皆训篮图铀佘嚨乐g連接部位的車輛，其設(shè)計(jì)速度需要使進(jìn)入到加速車道末端時(shí)實(shí)際車速不低于主線70%；在與收費(fèi)站和次要道路相接近的末端，還應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)速度進(jìn)行適當(dāng)降低。

充分考慮匝道內(nèi)交通組織。對(duì)于雙向沒有設(shè)置分隔帶設(shè)施的匝道，應(yīng)采用相同的設(shè)計(jì)速度。而對(duì)于雙向獨(dú)立存在的匝道，需根據(jù)各自的實(shí)際交通量確定適宜的設(shè)計(jì)速度。

2 環(huán)形匝道

對(duì)于環(huán)形匝道，它是唯一一種無需進(jìn)行跨線橋建設(shè)的左轉(zhuǎn)匝道，成本較低，在交通量不大的情況下廣泛使用。對(duì)環(huán)形匝道進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要有以下特點(diǎn)：其一，在互通式立交中，最小技術(shù)指標(biāo)均產(chǎn)生于環(huán)形匝道，對(duì)行車安全性和舒適性有直接影響；其二，環(huán)形匝道實(shí)際通行能力主要取決于設(shè)計(jì)速度和平曲線半徑，至于交通量究竟達(dá)到多少無法采用環(huán)形匝道目前還沒有得出權(quán)威論證，只能采用經(jīng)驗(yàn)做法，即交通量不超過6 000 pcu/d；其三，考慮到采用左轉(zhuǎn)環(huán)形匝道時(shí)，會(huì)使立交的總占地面積有所增加，并延長(zhǎng)車輛的實(shí)際繞行距離，如果交通量相對(duì)較大，則會(huì)對(duì)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性造成影響，故在確定此類匝道的半徑時(shí)，必須做到科學(xué)合理，以免對(duì)立交運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性與服務(wù)水平造成影響。

在整個(gè)互通式立交當(dāng)中，以環(huán)形匝道所用設(shè)計(jì)速度為最低，但它對(duì)平縱面線形卻具有決定性作用。無論互通式立交為樞紐或普通，按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，對(duì)于環(huán)形匝道，其設(shè)計(jì)速度必須控制在40 km/h以內(nèi)，以主線的設(shè)計(jì)速度為依據(jù)，結(jié)合實(shí)際佳通量，常用30 km/h、35 km/h和40 km/h三種設(shè)計(jì)速度。在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，對(duì)于樞紐立交，其環(huán)形匝道所用設(shè)計(jì)速度以50 km/h較多。

平曲線半徑通常以設(shè)計(jì)速度為依據(jù)確定，取值應(yīng)確保行車安全及舒適性。以經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，對(duì)車輛行駛于彎道上時(shí)的穩(wěn)定性，可采用橫向力系數(shù)來評(píng)價(jià)，其計(jì)算公式為

(2)

式(2)中，μ表示橫向力系數(shù)；R表示平曲線的半徑，單位：m；V表示匝道設(shè)計(jì)速度，單位： km/h；ih表示超高橫坡，單位：%。

根據(jù)式(2)，當(dāng)匝道設(shè)計(jì)速度為50 km/h時(shí)，橫向力系數(shù)將伴隨平曲線半徑的減小而增加，而且其變化率可以達(dá)到最大，這說明在匝道設(shè)計(jì)速度相對(duì)較大的情況下，伴隨平曲線半徑不斷減小，橫向力系數(shù)所受到的影響將更加顯著。當(dāng)匝道設(shè)計(jì)速度為30 km/h、35 km/h和40 km/h時(shí)，變化曲線基本保持平行，這說明當(dāng)匝道設(shè)計(jì)速度降低到一定數(shù)值后，伴隨平曲線半徑不斷減小，橫向力系數(shù)發(fā)生的變化情況沒有明顯差別。當(dāng)平曲線半徑為40 m和50 m時(shí)，橫向力系數(shù)將伴隨匝道設(shè)計(jì)速度的增加而快速增大，使這種情況下的曲線陡度大于其它各種情況。當(dāng)平曲線的半徑為72 m、80 m和100 m時(shí)，伴隨匝道設(shè)計(jì)速度不斷增加，曲線的變化趨勢(shì)明顯變緩，這說明當(dāng)平曲線半徑相對(duì)較大時(shí)，匝道設(shè)計(jì)速度對(duì)橫向力系數(shù)造成的影響不顯著。

國(guó)內(nèi)外相關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，當(dāng)橫向力系數(shù)在0.10以內(nèi)時(shí)，轉(zhuǎn)彎不會(huì)有太大的感受，平穩(wěn)性良好；當(dāng)橫向力系數(shù)為0.15時(shí)，轉(zhuǎn)彎會(huì)有所感受，但還比較平穩(wěn)；當(dāng)橫向力系數(shù)為0.20時(shí)，除了會(huì)有明顯的感受，而且還不平穩(wěn)；當(dāng)橫向力系數(shù)為0.35時(shí)，感受進(jìn)一步加強(qiáng)；當(dāng)橫向力系數(shù)超過0.40時(shí)，轉(zhuǎn)彎的過程將十分穩(wěn)定，有發(fā)生傾倒的可能?；诖耍谠O(shè)計(jì)中必須對(duì)橫向力系數(shù)加以嚴(yán)格限制，結(jié)合我國(guó)相關(guān)研究資料，對(duì)于橫向力系數(shù)，應(yīng)按照以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取值：當(dāng)設(shè)計(jì)速度確定為120 km/h時(shí)，橫向力系數(shù)不能超過0.1；當(dāng)設(shè)計(jì)速度確定為100 km/h時(shí)，橫向力系數(shù)不能超過0.12；當(dāng)設(shè)計(jì)速度確定為80 km/h時(shí)，橫向力系數(shù)不能超過0.13；當(dāng)設(shè)計(jì)速度確定為60 km/h時(shí)，橫向力系數(shù)不能超過0.15；當(dāng)設(shè)計(jì)速度確定為40 km/h時(shí)，橫向力系數(shù)不能超過0.16；當(dāng)設(shè)計(jì)速度確定為30 km/h時(shí)，橫向力系數(shù)不能超過0.17。

對(duì)于環(huán)形匝道，其設(shè)計(jì)速度在很大程度上決定了匝道的半徑，而匝道的半徑又對(duì)匝道具體形式、用地和規(guī)模等有直接影響。如果從行車角度講，當(dāng)半徑較大時(shí)，其橫向力系數(shù)將相對(duì)較小，行車就越安全；但是這會(huì)使占地面積增加，不論是在山區(qū)還是城市當(dāng)中，都需要從不同角度進(jìn)行綜合考慮，包括用地、路線長(zhǎng)和造價(jià)等。

3 結(jié) 語

綜上所述，在對(duì)高速公路工程的互通式立交進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須高度重視各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，保證所用技術(shù)指標(biāo)的合理性、科學(xué)性與經(jīng)濟(jì)性，比如確定適宜的環(huán)形匝道設(shè)計(jì)速度，以此達(dá)到預(yù)期的安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保等方面的要求。