立交匝道的超高與橫坡摘要：為配合建設(shè)部《城市道路交叉設(shè)計規(guī)程》的編寫.本文根據(jù)目前道路超高與橫坡設(shè)計的習(xí)慣做法.結(jié)合國內(nèi)外已取得的成功經(jīng)驗、針對城市立交匝道，從道路條件和行駛舒適性分別闡述z,最大橫坡和橫向摩阻系數(shù)的取用原則.對比了超高與橫向摩阻系數(shù)在平衡車輛行駛于彎道所產(chǎn)生的側(cè)向離心力的各種組合及協(xié)同作用，總結(jié)提出丁適合我國的立交匝道超高與橫坡設(shè)計的各項設(shè)計指標(biāo)和設(shè)計方法。關(guān)鍵詞；立交匝道超高橫坡l道路可能的最大超高橫坡1決定最大允許超高橫坡的主要因素在平曲線上行駛的車輛會受離心力的作用，通常是以設(shè)置超高橫坡來平衡離心力，使橫向力系數(shù)保持在安全、舒適允許的范圍內(nèi)，從而防止側(cè)向滑移，也有利橫向排水。但超高的設(shè)置不單是為平衡側(cè)向離心力需要而設(shè)，還必須兼顧其他需要并受到自然因素、路線條件、行車因素等的限制。在有冰凍、積雪地區(qū)，超高橫坡太大會致使冰面上慢行或停止的車輛橫向滑移，而多雨地區(qū)若超高橫坡過小會使表面排水不暢或不均積水、水膜潤滑會減少側(cè)向摩阻，致使較高車速行駛車輛產(chǎn)生部分“滑水”現(xiàn)象，重型或動力性能差須在大超高平曲線傻行的車輛，行駛中會產(chǎn)生側(cè)向負(fù)不平衡力，這會強(qiáng)制司機(jī)用力朗反曲線方向或橫坡向上方向操作方向盤，以保持行車穩(wěn)定姿態(tài)。此外，大超高也不是重交通量道路和低速道路（不管是城市道路還是公路）所希望的，因為這些道路上總有眾多的因素常常引起行駛速度大大低于設(shè)計?車速，致使司機(jī)反常規(guī)操作，引發(fā)交通事故。1.2各種標(biāo)準(zhǔn)對曲線超高的限定各種標(biāo)準(zhǔn)對曲線超高的限定在具體規(guī)定中都結(jié)合了當(dāng)?shù)氐奶攸c。德國規(guī)定最大超高橫坡imax為7%，其絕大部分國土均為冰凍地區(qū);日本規(guī)定一般地區(qū)最大超高橫坡10%，冰雪地區(qū)6%，以適應(yīng)國土緯度跨越大，地區(qū)氣候變差劇烈的特點。美國各州公路工作者協(xié)會AASHO設(shè)計指南推薦，對有良好氣候無冰雪地區(qū)最大超高橫坡不能超過12%這一極限（低級路面），一般為10%，有冰雪地區(qū)極限值為8%。因文通擁擠、地區(qū)物業(yè)開發(fā)、限速、信號控制、交叉口等影響，有低速行駛趨勢的道路，建議最大超高橫坡為4%至6%；對于常有交通擁擠、阻塞嚴(yán)重、排水困難、有行人穿越等的城市道路應(yīng)避免設(shè)置超高，僅設(shè)路表排水橫坡（1.5%—2%）；對城市高架快速路，因出人口連接結(jié)構(gòu)構(gòu)造及城市景觀需要等限制，推薦最大超高值為8%,有冰雪地區(qū)為6%；對于交叉口轉(zhuǎn)向車道（包括立交匝道）也按所在地區(qū)、連接道路性質(zhì)等級、交通組織情況，分別用一般道路路段最大容許超高橫坡標(biāo)準(zhǔn)，受低速或停車等限制時僅設(shè)道路排水橫坡控制超高橫坡設(shè)計。我國《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，高速公路、一級公路的超高橫坡不應(yīng)超過lo%，其它各級公路及有低速行駛情況不應(yīng)超過8%，并規(guī)定冰凍積雪地區(qū)最大超高橫坡度不宜大于6%，最小超高橫坡應(yīng)等于路拱坡度值。我國《城市道路設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，最大超高橫坡度按設(shè)計車速的高低在6%—2%范圍內(nèi)取值，對匝道平曲線超高又規(guī)定宜采用2%，最大不得超過6%。綜觀各種標(biāo)準(zhǔn)對超高橫坡的各種限定，一般均以地區(qū)特點確定取值范圍，很難以單個標(biāo)準(zhǔn)值代表各種特定條件。3城市立交匝道最大超高橫坡的確定由于超高橫坡度的取值與道路性質(zhì)有著密切的關(guān)系，城市立交相交道路一般以城市道路為主，故城市立交匝道最大超高橫坡應(yīng)與城市道路超高橫坡設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)一致，以取得行車安全和舒適性水平的均衡，即最大超高橫坡取6%，冰凍、積雪地區(qū)取4%。若為由城市快速路相交的樞紐立交，則立交匝道最大超高橫坡度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與城市快速路標(biāo)準(zhǔn)一致。連接不同道路等級的立交匝道，其超高橫坡原則上應(yīng).與較低級道路的超高橫坡度標(biāo)準(zhǔn)一致，即一般城市道路與城市快速路相交，立交匝道以一般城市道路超高橫坡標(biāo)準(zhǔn)為宜，城市（快速）道路與公路相交，立交匝道以城市道路（或快速路）超高橫坡標(biāo)準(zhǔn)為宜。2超高橫坡的確定1橫向力系數(shù)的可能取值范圍為保證車輛在彎道上以設(shè)計容許車速安全行駛，并保證一定的舒適水平，需要設(shè)多大的超高，除了彎道平曲線半徑大小之外，主要取決于容許路面與輪胎之間有多大的橫向摩阻力來平衡超高不足以平衡的那部分離心力。國內(nèi)外研究結(jié)果表明，行車車速愈高，實測達(dá)到的橫向力系數(shù)值愈小，通常的瀝青路面表面摩阻力系數(shù)在O.4—0.8之間，水泥混凝土路面在0.4—0.6之間，經(jīng)表面特殊處理的路面也有達(dá)到O.8以上的。在惡劣氣候下路面的表面橫向力系數(shù)較低，冰凍表面僅為O.05—o.29（短時期內(nèi)形成的薄冰面接近低限），積雪表面為0.2—0.J，若加上防滑鏈，則一般能達(dá)到O.2—0.3以上。2.2橫向力系數(shù)的安全舒適界限實際行車中，乘客能直接忍受或仍感舒適安全的橫向力系數(shù)取值要遠(yuǎn)較以上可能的實測值為低，且行車速度愈高，感到舒適、安全的橫向力系數(shù)愈低。我國的《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中9橫向力系數(shù)取o.1一o.15對應(yīng)設(shè)計車速120km/h一20km/h，立交匝道為O，12—O.17，對應(yīng)車速為80lEm/h一30km/h，為舒適性極限，大于O.2則認(rèn)為行車不平穩(wěn)，無安全感。美國各州公路工作者協(xié)會的研究成果表明，一般光滑輪胎與正常濕路面間的極限橫向力系數(shù)為O.35（70km/h），推薦符合安全舒適界限的標(biāo)準(zhǔn)橫向力系數(shù)為0.17—0.14—0.09，對應(yīng)設(shè)計車速為30km/h一80km/h一120km/h，并認(rèn)為對于城市低速道路（設(shè)計車速低于60km/h）行車乘客能接受的橫向力系數(shù)限值（即舒適性界限）較高，車速為60knl/h時可取O.195車速為30knl/h時可取0.31。我國《城市道路設(shè)計規(guī)范》認(rèn)為安全舒適的橫向力系數(shù)取值在0.14一O.16之間，對應(yīng)車速在80km/h一30km/h，基本接近公路標(biāo)準(zhǔn)。其中對于匝道和環(huán)道車速30一60km/h取O。18，20km/h取O.14，同樣認(rèn)為城市道路上行車乘客能接受較之公路為高的橫向力系數(shù)舒適界限，但對應(yīng)有交織交通的匝道或環(huán)道這一舒適界限較之美國AASHO關(guān)于城市低速道路的研究成果為低。隨著近年來我國城市道路建設(shè)的高速發(fā)展9城市立交的建設(shè)水平和質(zhì)量有了長實的進(jìn)步，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)向先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)靠近。綜上所述，立交匝道的橫向力系數(shù)舒適、安全界限應(yīng)與相交道路的性質(zhì)等級相匹配，城市立交匝道應(yīng)與城市（快速）道路的橫向力系數(shù)舒適界限相匹配，見表1：表1匝道橫向力系數(shù)舒適界限計算行車速度（km/h）f1值80O.1470O.15600.1650o.17400.1830O.1825O.18200.183平曲線超高和橫向摩阻力的分配超高橫坡和橫向摩阻力都可以平衡車輛行駛于彎道所產(chǎn)生的側(cè)向離心力。從行駛的角度總希望以超、高平衡離心力，這樣方便駕駛。但由于前述原因，超高橫坡和橫向摩阻都有各自的最大限值，平衡側(cè)向離心力往往需同時使用超高橫坡和橫向摩阻力。對于既定的設(shè)計速度，用超高i或是橫向力系數(shù)或是兩者同時使用，來平衡曲線上行駛產(chǎn)生的離心力，可以有五種不同的方法，見圖1。其中：方式1：曲線超高i和橫向力系數(shù)按彎道曲率線性取值。方式2：先按彎道曲率線性取值橫向力系數(shù)，用足最大摩阻力后再按彎道曲率線性取值超高橫坡i以抵消彎道行駛產(chǎn)生的離心力。方式3：先按彎道曲率線性取值超高橫坡i，用足最大超高值后再按彎道曲率線性增大橫向摩阻力取值來抵消彎道行駛產(chǎn)生的離心力。方式4：此方式是針對方式3在低于設(shè)計車速的實際運(yùn)行速度下i和p的取值方式，是為了保證實際運(yùn)行速度時不產(chǎn)生負(fù)摩阻。方式5：是間于方式1和方式4的分配方式，i和p按二次拋物線取值。我國《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》是按方式1分配i和p，《城市道路規(guī)范》是校方式2分配i和p，美國八AASITO對于公路和城市快速路采用方式5，對于城巾低速道路采用方式2。2.4匝道超高設(shè)計應(yīng)遵循的原則超高橫坡和橫向摩阻力共同平衡平曲線上行駛車輛產(chǎn)生的離心力。上式五種超高和摩阻力的分配方式各有利弊。方式1合乎常規(guī)，利于掌握，且避免了太多地使用極限超高，適用于交通量較少、車流穩(wěn)定且基本按設(shè)計車速行駛的較理想狀態(tài)，該方式在車速不均勻時橫向會產(chǎn)生不平衡橫向力。方式2只限于使用在行駛速度不均、車流不穩(wěn)且常有低速甚至停車需要的城市低速道路，如街坊、商業(yè)街道路等。方式3適用于能按設(shè)計車速維持穩(wěn)定車流的高速道路，對于實際行車速度低于設(shè)計車速行駛在平緩全中等曲率的彎道上時、有負(fù)摩阻現(xiàn)象.會導(dǎo)致反常駕駛。方式1一般考慮以設(shè)計速度的85%為實際平均行駛車速，進(jìn)行超高和摩阻力的分配，以最大程度地避免負(fù)摩阻的產(chǎn)生。方式5具有方式1的優(yōu)點，即可避免太多使用最大超高，也具有方式4的優(yōu)點，即容許在乎緩曲線上有一定的超速行駛，尤其是在交通量較小時，這是一種客觀存在的需要。綜上所述，匝道平曲線超高設(shè)計原則上應(yīng)按連接道路的性質(zhì)及交通特性、匝道交通流特征等選用舒適的超高、摩阻分配方式。一般立交匝道的交通性質(zhì)接近相交道路的路段情況，匝道通常為單向?qū)Ｓ棉D(zhuǎn)向道，無信號燈控制，端部無交織沖突點，車流為不間斷連續(xù)流，車速比較均勻，且由于匝道設(shè)計車速往往低于相交道路設(shè)計車速，平均行車速度一般接近設(shè)計限速，甚至超速。故匝道平曲線超高和橫向摩阻的分配以方式；為宜。3超高緩和段長度超高緩和段長度為匝道和自標(biāo)準(zhǔn)路拱過渡到全超高斷面所需的長度。確定超高緩和段長度一般從簡個方面考慮：景觀舒適需要及行駛安全。從安全角度考慮，必須讓司機(jī)有充足的反應(yīng)時間.從標(biāo)準(zhǔn)路拱斷面逐步進(jìn)人過渡段，直至全超高斷面。國內(nèi)外經(jīng)驗表明，這個反應(yīng)時間以2s為宜，即超高緩和段最小長度必須大于2s的設(shè)計車速行駛距離。此外，也有按橫向力系數(shù)加速率確定超高緩和段長度的，美國AASHO研究提出L=2.72pVd/C，其中：L為所需超高緩和段長度(以m計)人為捍的變化率，一般為1.2—1.5；m/S3,對應(yīng)車速30km/L一60km/h；Vd主設(shè)計車速(km/h)。從視覺美觀方面考慮，美國AASHO研究成果認(rèn)為雙車道道路路面，邊緣縱斷面與中心線縱斷面之間不產(chǎn)生道甚扭曲感的容許縱坡差與設(shè)計車速有關(guān).一般對應(yīng)設(shè)計車速30km/h至80km/11，為0.75%—0.5%，且車速愈高，容許坡差愈小。我國《公路路線設(shè)計規(guī)范》和《城市道路規(guī)范》采用了近似指標(biāo)，使用效果良好。為此，城市立交匝道超高緩和段也較普遍采用了符合景觀需要的漸變率標(biāo)準(zhǔn)，按照中心或路邊緣為轉(zhuǎn)袖，規(guī)定見表2。表2超高漸變率設(shè)計車速（km/h）超高漸變率201/1001/50301/1251/75401/1401/100501/1501/115601/1701/125701/1851/135801/2001/1504超高過渡方式立交匝道的斷面形成一般以單幅路單向路拱為主，對于雙車道匝道也有雙向路拱、對于容許雙向行駛的匝道需設(shè)中央分隔帶而成為雙幅路形式。匝道平曲線一旦設(shè)置超高，就需通過超高緩和段將標(biāo)準(zhǔn)路拱過渡到全超高路拱。對于單幅路斷面，超高的過渡有了種方式，即分別技斷面中心線、曲線內(nèi)側(cè)邊緣和曲線外側(cè)邊緣為轉(zhuǎn)軸，由標(biāo)準(zhǔn)路拱過渡到單向拱（對于雙向路拱）直至全超高路拱；單向路拱斷面可直接由標(biāo)準(zhǔn)路拱（可以是反坡）過渡到全超高斷面。對于雙幅路斷面，一種方式是將雙幅路分成各自獨(dú)立的斷面，按單幅路方式過渡超高；另一種方式是以中央分隔帶為道路中心線，全斷面而按單幅路方式進(jìn)行超高過渡。超高過渡方式的選擇原則，主要考慮視覺景觀、排水需要及地形特征。當(dāng)以路中心線為轉(zhuǎn)軸時，由于縱坡基準(zhǔn)線即為路中心線，路邊線變坡產(chǎn)生的扭曲感最小。使人感到比較安全和舒適。當(dāng)以曲線內(nèi)側(cè)邊緣/J轉(zhuǎn)軸時，由于排水基準(zhǔn)縱坡與設(shè)計縱坡保持一致，故此方式不會因超高而使路面產(chǎn)生低洼積水，利于路而排水。當(dāng)以曲線外側(cè)為轉(zhuǎn)軸時、路面輪廓線不會出超高而隆起，能保持行車視野的開闊、平穩(wěn)和連續(xù)，景觀效果最好。過渡方式最終須結(jié)合地形、排水條件等綜合確定。此外，內(nèi)于超高橫坡一般沿路線直線過渡，故應(yīng)在超高緩和段的起訖點注意保持路邊緣線的連續(xù)，一般以起訖點前后各5m范圍將邊緣線修圓。5縱坡對超高的影晌平曲線按設(shè)計車速設(shè)置超高，如彎道處于坡道上，行車將受到超高和縱坡的組合作用。對于上坡行駛，行車將受到彎道和縱坡的聯(lián)合阻力，實際超高大于設(shè)計超高；對于下坡行駛，向下縱坡會削減超高橫坡，即實際超高會低于設(shè)計超高，加上下坡車速較快，致使陡坡彎道下坡行駛的不安全性加大。匝道般因用地、工程規(guī)模等限制，轉(zhuǎn)彎半徑通常較小，且往往是大縱坡，故縱坡對超高的影響非常大。為了控制急彎、陡坡，尤其是下坡彎道的行駛安全，須對彎道上縱坡和超高橫坡組成的合成坡予以限制。根據(jù)我國對冰雪地區(qū)和一般地區(qū)最大超高值和縱