道路立体交叉设计PPT(11-4-18).ppt

第九章 道路立体交叉设计,立体交叉：道路与道路（或铁路）相交时，利用跨线构造物使道路与道（或铁路）在不同标高相互交叉的连接方式，避免不同车流交叉行驶的目的。,立体交叉的作用：提高通行能力，减少交通事故。,第一节 概 述 立体交叉的概念及作用,立体交叉的优点：车流在不同标高的平面上行驶，消除或减少了冲突点；车流可连续运行，提高了道路的通行能力；节约了运行时间和燃料消耗；控制了相交道路车辆的出入，减少了对高速道路的干扰。,1.跨线构造物2.正线3.匝道4.出入口5.变速车道6.辅助车道7.匝道端部8.绿化地带9.集散车道,一、立体交叉的组成,二、公路立体交叉与城市立体交叉的主要特征,公路立体交叉：（1）一般设收费站；（2）相邻立体交叉的间距大，地物障碍物少，用地宽松；（3）多采用地上明渠排水；（4）形式简单，设计速度高、线形指标较高，占地较大，以2层为主。城市立体交叉：（1）一般不收费；（2）间距较小，须考虑非机动车、行人交通，用地较紧，受地上和地下各种管线及建筑物影响大，拆迁费用高；（3）多采用地下排水系统；（4）形式复杂、多样，以多层式为主。,1.上跨式：用跨线桥从相交道路上方跨过的交叉方式。施工方便，排水易处理，但占地大，引道较长、高架桥影响视线和市容，宜用于市区以外或周围有高大建筑物处。2.下穿式：用地道从相交道路下方穿过的交叉方式。占地少，立面易处理，对视线和市容影响小，但施工期较长、造价较高，排水困难。多用于市区。,第二节 立体交叉的类型及其适用条件,一、按相交道路的跨越方式分类（设计道路的相对空间位置）,二.按交通功能分类：,（一）分离式立交构成：仅设跨线构造物一座，使相交道路空间分离，上、下道路无匝道连接的交叉。特点：这种类型立交结构简单，占地少，造价低，但相交道路的车辆不能转弯行驶，适用于高速道路与铁路或次要道路之间交叉。,（二）互通式立交构成：设跨线构造物使相交道路空间分离，且上、下道路有匝道连接，以供转弯车辆行驶的交叉方式。特点：车辆可转弯行驶，全部或部分消灭了冲突点，各方向行车干扰较小；但立交结构复杂，占地多，造价高。互通式立交包括：部分互通 完全互通 环形立体交叉,1.部分互通式立交 相交道路的车流轨迹之间至少有一个平面冲突点的交叉。部分互通式的代表形式有菱形立交和部分苜蓿叶式立交等。,（1）菱行立交特点：能保证主线直行车辆快速通畅，转弯车辆绕行距离较短；主线上具有高标准的单一进出口，交通标志简单；主线下穿时匝道坡度便于车辆驶出减速和驶入车辆加速；形式简单，仅需一座桥，用地和工程费用小。但次线与匝道连接处为平面交叉，影响了通行能力和行车安全。,冲突点,冲突点,冲突点,冲突点,布设时应将平面交叉设在次线上，主线上跨或下穿应视地形和排水条件而定，一般以下穿为宜，次线上可通过渠化或设置交通信号措施组织交通。,四路立交,三路立交,（2）部分苜蓉叶式立交：特点：主线直行车快速通畅，仅需一座桥，用地和工程费用较小，远期可扩建为全苜蓿叶立交，但次线上存在平面交叉。布线时应使转弯车辆的出入尽可能少妨碍主线的交通，最好使每一转弯运行均为右转弯出入，不得已时应优先考虑右转出口。另外，平面交叉口应布置在次线上。,以左转实现右转，有平交,以右转实现左转，有平交,部分苜蓉叶式立交,2.完全互通式立交 相交道路的车流轨迹线全部在空间分离的交叉。它是一种比较完善的高级形式，匝道数与转弯方向数相等，各转向都有专用匝道，适用于高速道路之间及高速道路与其它高等级道路相交。代表形式有喇叭、苜蓿叶形、Y 形、定向式立交。,（1）喇叭形立交：是三路立交的代表形式，可分为A 式和B 式。经环圈式左转匝道驶入主线（正线）为A 式，驶出是 B 式。特点：环圈式匝道车速较低，其它匝道能为转弯车辆提供高速的半定向运行；只需一座构造物，投资较省；无冲突点和交织，通行能力大，行车安全。,布设时应将环圈式匝道设在交通量小的方向上，主线交通量大时宜采用A 式。次线上跨对转弯交通视野有利，下穿时宜斜交或弯穿。,经环形左转匝道驶入主线（或正线）,经环形左转匝道驶出主线（或正线）,（2）苜蓿叶式立交：特点：该立交平面形似苜蓿叶，交通运行连续而自然，无冲突点，可分期修建，仅需一座构造物。但这种立交占地面积大，左转绕行距离较长，环圈式匝道适应车速较低，且桥上、下存在交织；多用于高速道路之间的立交，而在城市内受用地限制很难采用，因其形式美观，如要在城市外围的环路上采用，加之适当的绿化，也是较为合适的。,布设时为消除主线上的交织，避免双重出口，使标志简化以及提高立交的通行能力和行车安全，可加设集散车道。,适用常规四路交叉,a.苜蓿叶式立交：四个对称环圈匝道实现左转,（带集散车道形）,b.苜蓿叶式立交：,消除正线交织，提高通行能力和安全。,（3）子叶式立体交叉,子叶式立体交叉是用两个环圈式匝道来实现车辆左转弯的全互通式立交，如图,子叶式立体交叉,优点：(1)只需一座跨线构造物，造价较低；(2)匝道对称布置呈叶状，造型美观。,缺点：(1)环圈式左转匝道线形较差，运行条件不如喇叭形好；(2)左转弯车辆绕行距离较长；(3)正线上存在交织运行。,子叶式立体交叉的适用性与喇叭形上交相近，多用于苜蓿叶式立交的前期工程。布设时以使正线下穿为宜。,（4）Y 形立交：能为转弯车辆提供高速的定向或半定向运行；无交织，无冲突点行车安全，方向明确，路径短捷，通行能力大；正线外侧占地宽度较小，但需要构造物多，造价较高。,适用三路枢纽互通,定向Y形,半定向Y形,（5）X形立交交叉（半定向式）各方向运行都有专用匝道，自由流畅，转向明确，无冲突点，无交织，通行能力大，适应车速高。但占地面积大，层多桥长，造价高，在城区很难实现。,（6）涡轮式立体交叉,优点：(1)匝道平曲线半径较大，纵坡和缓，适应车速较高；(2)车辆进出正线安全顺畅；(3)无交织，无冲突，通行能力较大。,缺点：(1)左转弯车辆绕行距离较长，营运费用较大；(2)需建二层式跨线构造物五座，造价较高；(3)占地面积大。,（7）组合式立体交叉,一个环圈式匝道型,两个环圈式匝道型,三个环圈式匝道型,无环圈式匝道型,3.环形立交 相交道路无法单独设置每个方向各自的转向匝道，共用一个环岛进行交织及分流，该种形式的立交称为环形立交。适用于主要道路与一般道路交叉，以用于五条以上道路相交为宜，这种立交能保证主线直通，交通组织方便，无冲突点，占地较少，但次要道路的通告能力受到环道交织的限制，车速受到中心岛直径的影响，构造物较多，左转车辆绕行距离长。当采用环形立交时，必须根据相交道路的性质进行比较研究，看环道的最大通行能力和所采用的中心岛尺寸是否满足远期交通量和车速的要求，布设时应让主线直通，中心岛可采用圆形，椭圆形或其它形式。,第三节 立体交叉的布置规划与形式选择一、立体交叉的布置规划（一）立交位置的选定一般应选择在地势平坦开阔、地质良好、拆迁较少 相交道路有较高的平、纵线形指标处。选定条件：1.相交道路的等级高速与其他道路相交应采用立体交叉一级与交通量大的道路相交宜采用立体交叉其他道路相交，根据条件、地点可采用立体交叉,2.相交道路的性质高速与高速高速与一级高速与交通繁忙的一般公路相交一级与交通繁忙的一般公路相交均应采用互通式立体交叉3.相交道路的任务高速、一级与通往大城市、政治、经济中心，重点工矿、港口、机场等公路相交均应采用互通式立体交叉,4.相交道路的交通量一级与四车道公路，Q=10000辆(年平均昼夜）时城市道路四车道相交，Q4000-6000辆/小时可采用互通式立体交叉5.人口数量3-5万人口城市 附近可采用互通式立体交叉6.地形条件 7.经济条件 设置立体交叉工程的效益投资比和社会效益等于大于设置平面交叉时车辆延误损失的费用，可修建立体交叉工程,（二）立交的间距 影响因素：1.满足交通密度的要求 2.满足交织段长度的要求3.满足设置交通标志的要求4.驾驶员操作顺适的要求公路：在大城市、重要工业区周围为5km10km；一般地区为15km25kmm。最大间距以不超过30km为宜；最小间距不应小于4km。城市道路：互通式立交的间距一般比公路小，但最小间距按正线计算行车速度为80km、60km和50kmh，分别采用1km、0.9km和0.8km。,二、立体交叉形式的选择,1.影响立交形式选择的因素,（二）立体交叉形式选择的基本原则（1）选型应根据路网布局和规划，力争一条道路上立体交叉形式的统一，进、出口匝道的通用性和一致性。（2）立交的形式首先取决于相交道路的性质、使用任务和远景交通量等。,（3）选定的立交形式必须与立交所在地的自然条件和环境条件相适应。,（4）形式选择要全面考虑近远期结合，既要考虑近期交通要求，减少投资费用，又要考虑远期交通发展需要改建提高的可能。,（5）形式选择必须考虑是否收费问题及实行的收费制。,（6）形式选择应从实际出发，有利于施工、养护和排水，尽量采用新技术、新工艺、新结构，以提高质量、缩短工期相降低成本。,（8）形式选择应与定位相结合。,（7）形式选择和匝道布置要全面安排，分清主次。,（三）立体交叉形式选择的方法步骤,初定立交的基本形式,立交几何形状及结构的选择,立交方案的比较,步骤,（1）综合评价法构建评价指标体系 确定各指标权重（2）技术经济比较法技术指标包括：占地面积、匝道长度、路面面积、土石方数量等。使用指标：左转、右转运行时间。经济指标：总造价、维护费用、运输费用。,三、立体交叉的设计资料和设计步骤,（一）设计资料,（二）设计步骤,第四节 匝道设计,一、匝道的设计依据 匝道的设计依据主要有互通式立交的类型及主线线形指标、匝道的设计速度、规划交通量及通行能力。（一）互通式立交的类型及主要的线形指标 公路互通式立交分为枢纽互通式立交和一般互通式立交。互通式立交范围内的主线的线形主要技术指标规定如下表：,（二）匝道的设计速度,匝道的计算行车速度主要是根据立交的类型、转弯交通量的大小以及用地和建设费用等条件选定。,公路立体交叉匝道设计速度,（选用匝道设计速度时应注意以下几点,1、满足最佳车速的要求 最佳车速Vk：道路通行能力最大时的车速。通常为40-50km/h,式中：L车长（m）;L0安全距离（m），一般取510mC制动系数（m/s2），一般取0.150.3,2、按匝道的不同形式选用 同一座立交的各条匝道的设计速度可不同，右转匝道尽量采用上限或中值；直接式左转匝道宜采用上限或中值；半直接式宜采用中值或接近中值；环圈式匝道宜采用低值。3、适应分、合流处车辆行驶的需要 匝道与主线分、合流处，设计中所考虑的行驶速度应不小于主线设计速度的70%。4、适应车辆连续减速或预加速的需求。（加、减速车道布置）,5、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而分别选用。（三）规划交通量 匝道的规划交通量（远景年交通量）是确定匝道类型、设计速度、车道数、几何形状等的基本依据。一般用设计小时交通量表示，用交通量流量流向图表示直、左、右行方向的交通量数据。（四）通行能力 匝道的通行能力取决于匝道本身和出、入口处的通行能力，以三者较小者作为采用值，单车道匝道的最大设计通行能力为1200辆/h。,二、匝道的分类,（一）按匝道的功能及与正线的关系分类按匝道的功能及其与相交道路的关系划分：右转匝道、左转匝道两大类。,1右转匝道 车辆从正线右侧驶出后直接右转，到相交道路的右侧驶入，一般不设跨线构造物。特点：形式简单、右出右进、出入直接、方向明确、线形顺适、车速与指标较高，行程较短，行车安全。,2左转匝道,车辆须转约90270越过对向车道，至少需要一座跨线构造物。1）直接式：又称定向式或左出左进式。左转车辆直接从左侧驶出，左转弯，到相交道路的左侧驶入。,2）半直接式：又称半定向式匝道,（1）左出右进式：左转车辆从左侧直接驶出后左转弯，到相交道路时由右侧驶入。,（2）右出左进式：左转车辆从右侧右转驶出，在匝道上左转，到相交道路后直接由左侧驶入。,（3）右出右进式：左转车辆都是右转弯驶出和驶入，在匝道上左转改变方向。,3）间接式：又称环圈式,左转车辆先驶过正线跨线构造物，然后向右回转约270达到左转的目的。特点：右出右进、分合自然、行车安全；不需设构造物，造价最低；匝道线形指标差，适应的车速低，通行能力较小；占地较大，左转车辆绕行距离长。,（二）按匝道横断面的车道类型分类,（1）单项单车道匝道（2）单项双车道考虑超车需要（3）单项双车道考虑超车、紧急停车需要（4）对向双车道。,三、匝道的线形设计标准：,（一）匝道的平面线形 1匝道圆曲线半径：,2匝道回旋线参数：,匝道及其端部应设缓和曲线。缓和曲线为回旋线，其参数及长度应不小于表9-7所列的值。,反向曲线间的两个回旋线，其参数以相等或接近，大小参数之比不宜大于2。回旋线的长度还应同时满足超高过渡的要求。3.分流点处匝道最小曲率半径,1匝道最大纵坡 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，故纵坡一般比正线大。,（二）匝道的纵断面线形,因地形困难或用地紧张时可增大1%。非冰冻积雪地区出口匝道的上坡及入口匝道的下坡在特殊困难情况下可增加2%。,城市道路立交匝道最大纵坡不应大于表9-9的规定。若机动车和非机动车在同一匝道上混行，最大纵坡应按非机动车行车道的规定，一般不宜大于3%。,2匝道竖曲线半径及长度 匝道个设计速度对应的竖曲线最小半径及最小长度见表9-10,设计时应尽量采用大于或等于一般值的竖曲线最小半径，特殊困难时可适当减小，但不得低于表列最小值。,1匝道横断面,（三）匝道横断面及加宽,匝道横断面形式的选用,1）交通量小于300pcu/h，或交通量等于3001200pcu/h且匝道长度小于500m时，应采用型。,2）交通量等于3001200pcu/h，而匝道长度大于或等于500m时，应考虑超车之需而采用型。但此时采用单车道出入口。3）交通量1200pcu/h1500pcu/h时，应采用型。4）交通量大于1500pcu/h时，应采用型。5)两条对向单车道匝道相依，采用,2匝道圆曲线的加宽值,匝道圆曲线的加宽值，应根据原曲线半径按下表所示数之采用。曲线加宽的过渡可按照正线加宽过渡的方式进行。,表9-11,（四）匝道的超高及其过渡1、超高值,匝道的圆曲线应根据规定要求设置必要的超高，超高值按表9-12选用，积雪冰冻地区超高不得大于6%，合成坡度不得大于8%。当圆曲线半径大于表9-13所列值时，宜保持正常路拱。,匝道上保持正常路拱的最小圆曲线半径 表9-13,3、超高过渡段 匝道上直线与超高圆曲线间或两超高不同的圆曲线间，应设超高过渡段，超高过渡段长度计算公式与正线相同。4、超高设置方式 视匝道平面线形而定，设回旋线时，在回旋线全长或部分范围内进行；无回旋线时，可将过渡段的1/31/2插入圆曲线内。,（五）匝道的视距,1、停车视距 单向单车道匝道主要满足停车视距；单向双车道匝道一般快、慢车分道行驶，可不考虑超车视距；对向双车道匝道一般设置中间隔离设施，也不存在会车和超车问题。所以匝道全长只需满足停车视距的要求。匝道停车视距如表9-14，积雪冰冻地区应大于括号内的数值。,匝 道 停 车 视 距 表9-14,2、识别视距,正线上分流点之前的视距应大于1.25倍的正线停车视距。有条件时，宜满足表9-15所列的识别视距。,识 别 视 距 表9-15,第五节 端部设计,定义：端部是指匝道两端分别与正线相连接的道口，它包括出入口、变速车道及辅助车道等。一、出口与入口设计主线出、入口：一般情况下主线出、入口应设在主线行车道的右侧，出口位置应明显，易于识别。通视区域：匝道汇入主线之前保持主线100m和匝道60m的三角形区域内通视。,主线与匝道分流处的布置：在分流鼻两侧，为给误行车辆提供余地，应在行车道边缘设置偏置加宽，并用圆弧连接主线和匝道相交的路面边缘。分流处楔形端布置如下图：,分流鼻偏置值及鼻端半径,c、主线分岔时,分流鼻端偏置加宽渐变率,定义：在匝道与正线连接的路段，为适应车辆变速行驶的需要，而不致影响正线交通所设置的附加车道称为变速车道。减速车道：车辆由正线驶入匝道时减速所需的附加车道称为减速车道；加速车道：车辆从匝道驶入正线时加速所需的附加车道称为加速车道。1变速车道的形式变速车道分为（1）平行式；（2）直接式,二、变速车道设计,1、变速车道的形式,（1）平行式：在正线外侧平行增设的一条附加车道。特点：车道划分明确，行车容易辨认，但车辆行驶轨迹呈反向曲线对行车不利。原则上单车道加速车道采用平行式，因加速车道较长，平行式容易布置。平行式变速车道端部应设渐变段与正线连接。双车道加速车道采用直接式。,（2）直接式：不设平行路段，由正线斜向渐变加宽，形成一条与匝道连接的附加车道。特点：线形平顺并与行车轨迹吻合，对行车有利，但起点不易识别。原则上减速车道宜采用直接式，另外当变速车道为双车道时，加、减速车道均采用直接式。,2、变速车道的横断面,变速车道的横断面由左侧路缘带(与主线车行道共用)、行车道和包括右侧路缘带在内的右路肩组成。组成部分宽度如图9-30。,3、变速车道的长度,变速车道长度为加速或减速车道长度与渐变段长度之和。（1）加、减速车道长度 是指渐变段车道宽达到一个车道宽的位置与分流或合流端之间的距离。计算公式如下：,“一个车道宽度”的断面,通常加、减速车道长度可按表9-18查用。当道路纵坡大于2%时，下坡路段的减速车道和上坡路段的加速车道应根据正线纵坡度大小，按表9-19中的修正系数进行修正。,变速车道长度及有关参数 表9-20,（2）渐变段,平行式变速车道渐变段的长度不应小于表9-18所列数值。直接式变速车道渐变段按外边缘渐变率控制，出口端和入口端渐变率规定如表9-18。,坡道上变速车道长度的修正系数 表9-19,三、辅助车道,在高速公路、一级公路和城市快速路的全长或重要结点之间的较长路段内，必须保持一定的基本车道数。同时在正线与匝道或匝道与匝道的分、合流处必须保持车道数平衡，二者之间是通过辅助车道来协调的。1、基本车道数基本车道数：是指一条道路或其某一区段内，根据交通量和通行能力的要求所必需的一定数目的车道数。基本车道数在相当长的路段内不应变动。2、车道数平衡的原则 立体交叉处正线的车流量必然会因分、合流的存在而发生变化，分流减少、合流增大。为适应这种车流的变化，保证车流畅通和工程经济，在分、合流处的车道数应保持平衡。车道数平衡的原则为：,车道数平衡的原则：（1）两条车流合流后正线上的车道数应不少于合流前交汇道路上所有车道数的总和减一；（2）正线上车道数不应少于分流以后分岔道路的所有车道数总和减一；（3）正线上的车道数每次减少不应多于一条。,图9-32分、汇流处车道数的平衡,式中：NC分流前或汇流后的主线车道数；NF分流后或汇流前的主线车道数；NE匝道车道数,3、辅助车道,在分、合流处，既要保持车道数平衡，又要保持基本车道数的连续，如果二者发生矛盾时，可通过在分流点前与合流点后的正线上增设辅助车道的办法来解决。如图9-33所示。,保证车道数既平衡又连续的计算图示,车道数是否平衡的检验示例：,a)车道数平衡，但基本车道数不连续；b)基本车道数连续，但车道数不平衡；c)车道数平衡且基本车道数连续。,3、辅助车道的长度 辅助车道的长度（如下图所示的量取范围）规定如表9-x所示。,表9-x辅助车道的长度,一、收费道路上立体交叉的布置 1收费道路设置立交的办法,第六节 立体交叉收费站和收费广场,2、连接线的设置原则,1）连接线可设在任一象限，主要取决于地形和地物的限制。同时考虑交通量的大小，以设在右转交通量较大的象限为宜。2）连接线的位置和长度应满足两端三路立体交叉的加、减速长度的需要。3、连接线两端的交叉形式1）平面交叉：适用于该端与次要道路连接。2）子叶式立体交叉：适用于该端与交通量较小的一般道路连接。3）喇叭形立体交叉：适用于该端与主要道路或一般道路连接，以采用A式为宜。4）Y形立体交叉：适用于该端与交通量大的高速公路或一侧距离受到河流、铁路、建筑物等限制的其他道路连接。,1）三路收费立交：多采用喇叭形、Y形及子叶式立交，只需一个设在支线上的收费站。,4、常用收费立交的形式,分段收费管理,2）四路收费立体交叉：一般设12个收费站。,高速公路与一般道路相交,只需设1个收费站,高速公路与其他高等级道路相交,只需设1个收费站,需要设2个收费站,高速公路与其他高等级道路相交,高速公路与一般道路相交,二、收费站,1、设置位置：（1）直接设在主线上 多用于主线收费路段的起、终点处；（2）设在立交匝道或连接线上 用于控制相交道路上的车辆进、出主线的收费。2、收费站车道数：收费站所需的车道数应根据交通量、服务时间和服务水平三个因素来确定。（1）交通量：按设计小时交通量（DHV）计，一般采用第30位高峰小时交通量较合适。（2）服务时间：指车辆进出收费站所用的时间，以秒计。区间收费的服务时间一般为，入口6s，出口14s，统一收费为8s。（3）服务水平：用各车道平均等待的车辆数表示。一般等待车辆数以1辆为宜，受其他原因限制时，可适当增大，但不应大于3辆。,根据以上三个因素，当设计小时交通量系数k=0.12、方向系数D=0.60及入口服务时间6s，出口服务时间14s，出、入口所需车道数可参考表9-20采用。,收费站出、入口车道数 表9-20,三、收费广场设计要点,1线形标准：收费广场最好设在直线上的平坦路段。设在主线上时，平曲线与竖曲线应与互通式立交的主线线形标准一致；设在匝道或连接线上时，其平曲线半径不得小于200m，竖曲线半径应大于800m。收费广场处纵坡应小于2%，当受地形及其他条件限制时不得大于3%。横坡为1.5%2.0%。,2平面布置：,收费广场平面布置如图9-36所示。,图9-36 收费广场平面布置,2、收费广场的平面布置（1）收费岛前后的路面应为水泥混凝土结构，其长度规定如下表x1。,收费岛前后水泥混凝土路面的长度 表x1,（2）收费广场位于半径较小的曲线上时，应放缓曲线内侧的渐变率，并增大转折点圆滑曲线的半径，如图9-36所示。（3）收费广场中心断面至匝道分流点的距离不得小于75m；至被交路平面交叉的距离应不小于150m。条件受限制时，应保证高峰小时期间收费站入口可能出现的车辆排队长度，并加10m的富裕距离。,（4）收费广场与两端行车道的过渡如图9-36所示。图中各要素之值规定如表x2。,收费广场两端行车道的的过渡 表x2,3、收费岛,收费岛间的车道宽度为3.03.2m。边车道是无棚顶而敞开的，其宽度为3.53.75m，并附路缘带，以供大型车通过。收费岛的宽度为2.02.2m，收费岛的长度一般为2025m。设计时应根据收费系统所安装的收费设备情况而具体确定。收费岛的迎流端部应具有一定高度并收敛成楔形，端部应有醒目的标记。收费岛间的车道，其建筑限界规定如下图所示。,