立交匝道的超高與橫坡摘要：為配合建設部《城市道路交叉設計規程》的編寫.本文根據目前道路超高與橫坡設計的習慣做法.結合國內外已取得的成功經驗、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的取用原則.對比了超高與橫向摩阻系數在平衡車輛行駛于彎道所產生的側向離心力的各種組合及協同作用，總結提出丁適合我國的立交匝道超高與橫坡設計的各項設計指標和設計方法。關鍵詞；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，通常是以設置超高橫坡來平衡離心力，使橫向力系數保持在安全、舒適允許的范圍內，從而防止側向滑移，也有利橫向排水。但超高的設置不單是為平衡側向離心力需要而設，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，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、水膜潤滑會減少側向摩阻，致使較高車速行駛車輛產生部分“滑水”現象，重型或動力性能差須在大超高平曲線傻行的車輛，行駛中會產生側向負不平衡力，這會強制司機用力朗反曲線方向或橫坡向上方向操作方向盤，以保持行車穩定姿態。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計?車速，致使司機反常規操作，引發交通事故。1.2各種標準對曲線超高的限定各種標準對曲線超高的限定在具體規定中都結合了當地的特點。德國規定最大超高橫坡imax為7%，其絕大部分國土均為冰凍地區;日本規定一般地區最大超高橫坡10%，冰雪地區6%，以適應國土緯度跨越大，地區氣候變差劇烈的特點。美國各州公路工作者協會AASHO設計指南推薦，對有良好氣候無冰雪地區最大超高橫坡不能超過12%這一極限（低級路面），一般為10%，有冰雪地區極限值為8%。因文通擁擠、地區物業開發、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、阻塞嚴重、排水困難、有行人穿越等的城市道路應避免設置超高，僅設路表排水橫坡（1.5%—2%）；對城市高架快速路，因出人口連接結構構造及城市景觀需要等限制，推薦最大超高值為8%,有冰雪地區為6%；對于交叉口轉向車道（包括立交匝道）也按所在地區、連接道路性質等級、交通組織情況，分別用一般道路路段最大容許超高橫坡標準，受低速或停車等限制時僅設道路排水橫坡控制超高橫坡設計。我國《公路工程技術標準》中規定，高速公路、一級公路的超高橫坡不應超過lo%，其它各級公路及有低速行駛情況不應超過8%，并規定冰凍積雪地區最大超高橫坡度不宜大于6%，最小超高橫坡應等于路拱坡度值。我國《城市道路設計規范》規定，最大超高橫坡度按設計車速的高低在6%—2%范圍內取值，對匝道平曲線超高又規定宜采用2%，最大不得超過6%。綜觀各種標準對超高橫坡的各種限定，一般均以地區特點確定取值范圍，很難以單個標準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有著密切的關系，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與城市道路超高橫坡設計標準一致，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準應與城市快速路標準一致。連接不同道路等級的立交匝道，其超高橫坡原則上應.與較低級道路的超高橫坡度標準一致，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準為宜，城市（快速）道路與公路相交，立交匝道以城市道路（或快速路）超高橫坡標準為宜。2超高橫坡的確定1橫向力系數的可能取值范圍為保證車輛在彎道上以設計容許車速安全行駛，并保證一定的舒適水平，需要設多大的超高，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。國內外研究結果表明，行車車速愈高，實測達到的橫向力系數值愈小，通常的瀝青路面表面摩阻力系數在O.4—0.8之間，水泥混凝土路面在0.4—0.6之間，經表面特殊處理的路面也有達到O.8以上的。在惡劣氣候下路面的表面橫向力系數較低，冰凍表面僅為O.05—o.29（短時期內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，則一般能達到O.2—0.3以上。2.2橫向力系數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取值要遠較以上可能的實測值為低，且行車速度愈高，感到舒適、安全的橫向力系數愈低。我國的《公路工程技術標準》中9橫向力系數取o.1一o.15對應設計車速120km/h一20km/h，立交匝道為O，12—O.17，對應車速為80lEm/h一30km/h，為舒適性極限，大于O.2則認為行車不平穩，無安全感。美國各州公路工作者協會的研究成果表明，一般光滑輪胎與正常濕路面間的極限橫向力系數為O.35（70km/h），推薦符合安全舒適界限的標準橫向力系數為0.17—0.14—0.09，對應設計車速為30km/h一80km/h一120km/h，并認為對于城市低速道路（設計車速低于60km/h）行車乘客能接受的橫向力系數限值（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《城市道路設計規范》認為安全舒適的橫向力系數取值在0.14一O.16之間，對應車速在80km/h一30km/h，基本接近公路標準。其中對于匝道和環道車速30一60km/h取O。18，20km/h取O.14，同樣認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舒適界限，但對應有交織交通的匝道或環道這一舒適界限較之美國AASHO關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的高速發展9城市立交的建設水平和質量有了長實的進步，設計標準也應向先進標準靠近。綜上所述，立交匝道的橫向力系數舒適、安全界限應與相交道路的性質等級相匹配，城市立交匝道應與城市（快速）道路的橫向力系數舒適界限相匹配，見表1：表1匝道橫向力系數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生的側向離心力。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。對于既定的設計速度，用超高i或是橫向力系數或是兩者同時使用，來平衡曲線上行駛產生的離心力，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，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生的離心力。方式4：此方式是針對方式3在低于設計車速的實際運行速度下i和p的取值方式，是為了保證實際運行速度時不產生負摩阻。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《公路工程技術標準》是按方式1分配i和p，《城市道路規范》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匝道超高設計應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，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、車流穩定且基本按設計車速行駛的較理想狀態，該方式在車速不均勻時橫向會產生不平衡橫向力。方式2只限于使用在行駛速度不均、車流不穩且常有低速甚至停車需要的城市低速道路，如街坊、商業街道路等。方式3適用于能按設計車速維持穩定車流的高速道路，對于實際行車速度低于設計車速行駛在平緩全中等曲率的彎道上時、有負摩阻現象.會導致反常駕駛。方式1一般考慮以設計速度的85%為實際平均行駛車速，進行超高和摩阻力的分配，以最大程度地避免負摩阻的產生。方式5具有方式1的優點，即可避免太多使用最大超高，也具有方式4的優點，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，匝道平曲線超高設計原則上應按連接道路的性質及交通特性、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接近相交道路的路段情況，匝道通常為單向專用轉向道，無信號燈控制，端部無交織沖突點，車流為不間斷連續流，車速比較均勻，且由于匝道設計車速往往低于相交道路設計車速，平均行車速度一般接近設計限速，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準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，必須讓司機有充足的反應時間.從標準路拱斷面逐步進人過渡段，直至全超高斷面。國內外經驗表明，這個反應時間以2s為宜，即超高緩和段最小長度必須大于2s的設計車速行駛距離。此外，也有按橫向力系數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,對應車速30km/L一60km/h；Vd主設計車速(km/h)。從視覺美觀方面考慮，美國AASHO研究成果認為雙車道道路路面，邊緣縱斷面與中心線縱斷面之間不產生道甚扭曲感的容許縱坡差與設計車速有關.一般對應設計車速30km/h至80km/11，為0.75%—0.5%，且車速愈高，容許坡差愈小。我國《公路路線設計規范》和《城市道路規范》采用了近似指標，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準，按照中心或路邊緣為轉袖，規定見表2。表2超高漸變率設計車速（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中央分隔帶而成為雙幅路形式。匝道平曲線一旦設置超高，就需通過超高緩和段將標準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、曲線內側邊緣和曲線外側邊緣為轉軸，由標準路拱過渡到單向拱（對于雙向路拱）直至全超高路拱；單向路拱斷面可直接由標準路拱（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。當以路中心線為轉軸時，由于縱坡基準線即為路中心線，路邊線變坡產生的扭曲感最小。使人感到比較安全和舒適。當以曲線內側邊緣/J轉軸時，由于排水基準縱坡與設計縱坡保持一致，故此方式不會因超高而使路面產生低洼積水，利于路而排水。當以曲線外側為轉軸時、路面輪廓線不會出超高而隆起，能保持行車視野的開闊、平穩和連續，景觀效果最好。過渡方式最終須結合地形、排水條件等綜合確定。此外，內于超高橫坡一般沿路線直線過渡，故應在超高緩和段的起訖點注意保持路邊緣線的連續，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計車速設置超高，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合阻力，實際超高大于設計超高；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、工程規模等限制，轉彎半徑通常較小，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。根據我國對冰雪地區和一般地區最大超高值和縱