毕志明

道路交叉口设计作为道路的重要组成部分,设计非常关键,直接影响道路的使用功能、通行能力、安全程度和交通的畅通。交叉口设计主要包括平面设计和立面设计两个部分,本文讨论了交叉口的立面设计。

交叉口竖向设计是为解决相交道路间、交叉口以及周围建筑物在立面位置上的行车、排水和建筑艺术诸方面的协调、统一。

因此交叉口立面设计的原则:1)主次道路相交时,采用“主路优先”,主要道路的纵横坡一般不变,次要道路的纵横坡根据主要道路的纵横坡适当调整。2)同等级道路相交,两道路的纵坡一般不变,调整两道路的横坡使交叉口的立面平顺。横坡最好平缓,困难时也可适当调大,但通常情况下其横坡不大于直线路段设计横断面的横坡度。3)路口设计纵坡应满足规范要求(交叉口设计范围内的纵坡度宜不大于2%,困难情况下应不大于3%)。4)交叉口立面设计标高应与周边环境地形相适应。5)交叉口范围内应保证排水通畅,避免积水。

交叉口的立面设计第一步首先要判断相交道路的道路等级,后面所有的工作都要以这个为依据。道路等级的关系直接影响到做立面设计所采用的方法。

1 主要道路与次要道路相交

根据“主路优先”原则。首先当次要道路不存在,根据主要道路的纵坡和横坡,算一下道路边线的标高(如果专门设置了右转车道,也可以算到右转车道的边上)。把次要道路相应点的标高与主要道路边线点的标高进行对比,如果两者相差不大,主要道路就直接维持纵横坡不变,到道路边线处,相应用一段距离调整次要道路的纵横坡,使次要道路和后面一段可以接顺(见图1)。

如果次要道路相应点的标高与主要道路边线点的标高相差较大时,我们可以在保证主要道路直行车流通畅行驶,一般是两条车道的横坡不变,第三条车道的横坡开始调整,以接顺于支路,保证支路纵坡不大的情况下(一般不超过2%),减少对支路影响的范围。在支路接顺处可尝试把主路横坡作为支路纵坡与支路之前的纵坡进行相交,中间以竖曲线连接,算出接顺处的过渡标高。这样的做法雨水口基本上是布置在支路上,对于排水和主要道路的车流通畅行驶都十分有利。

2 主要道路与主要道路相交

第一步,拿到两条路的纵断面资料后,因为它们在两道路中心线相交的点的高程是相等的。我们以此为中心,依据两条主要道路的纵坡和横坡把交叉口范围内的等高线各自大约描绘出来。这样可以确定交叉口范围内大致的立面形式。基本上的立面形式有六种:1)凸形。相交道路的纵坡都是以交叉口中心向外倾斜。2)与凸形相对的凹形。相交道路的纵坡全向中心倾斜,就是一般所说的凹形。3)分水线形。三条道路纵坡由交叉口向外倾斜而另外一条道路纵坡向交叉口倾斜。4)与分水线形相对的谷线形。三条道路纵坡向交叉口倾斜,而另外一条道路纵坡由交叉口向外倾斜。5)斜坡形。相邻两条道路纵坡向交叉口倾斜而另外两条道路纵坡由交叉口向外倾斜。6)马鞍形。相对两条道路纵坡向交叉口倾斜,而另外两条道路纵坡由交叉口向外倾斜。

第二步,因为按照各自的纵断面描绘出来的等高线肯定是有交叉、不圆顺的地方,以上的六种模型只是提供一个交叉口立面设计做好后的完美形状。我们要以此为目标来调整只是用各自纵断面描绘出来的等高线。以下是我在做交叉口立面设计中总结出来的一些可以比较快速的调整好等高线的方法:1)疏的等高线向密的等高线调整,因为等高线越密就表明纵坡大,等高线疏的话就是纵坡较小。我们把疏的等高线调整可以避免等高线密的地方更密,减少高程的突变。2)横坡的向平缓的趋势调整以纵坡大的道路为主,因为横坡的平缓有助于减少大纵坡的道路的合成坡度,避免突变。相对来说横坡的向陡的趋势调整以纵坡小的道路为主,目的就是为了减少交叉口立面的合成坡度,避免突变。3)因为两道路的纵坡基本上都是保持不变的,以道路中心线把交叉口分成四个象限,把每条轴上的相等的高程在每个象限画一段圆弧,困难时可以用两段圆弧进行连接,这样可以保证交叉口的倾斜度,使交叉口的排水问题得到很好的解决。

第三步,通过以上的方法就大致把交叉口的等高线描绘出来,但这样做出来的交叉口数据还不能用于施工,我觉得比较好的下一步处理方法是加上标高计算线网,而一般采用的是方格网法,比较常用的是5 m×5 m的方格网,如果整个交叉口是很平缓的而且交叉口较大,也可以采用10 m×10 m的方格网。这样的方法有助于检验我们之前描绘出来的等高线是否合理。在算四个角点的等高点所需要的横坡时,要通过我们调整后的等高线把横坡算出来,具体的方法就是以所算角点作为路脊线的垂线,垂线经过的等高线的高差除以等高线间的距离。求出各自的横坡之后就可以算出四个角点的等高线。一些具体的算法可以查阅相关平面交叉的资料,基本上都有对于方格网法如何计算等高点的详细介绍与公式,在这里不再重复。在计算四个角点的等高点过程中,可以看出横坡是否合理,是否在交叉口范围内产生突变,如果有,可以对之前描绘的等高线进行适当的调整,以调整横坡使四个角点的等高点合理,满足要求,符合周边地形地貌,建筑物的标高要求。最后就以同样的方法加上内插值的方法就可以把交叉口范围内的各方格点的标高算出来。在算各方格点的标高时也是对等高线不断调整的过程,使等高线更加圆顺合理。

标高计算线网的确定除了常用的方格网法外,还有:1)圆心法:在路脊线上根据施工的需要每隔一定的距离(或等分)定出若干点,把这些点分别与相应的缘石转弯半径的圆心连接成直线(只画到缘石曲线上即可),这样,就形成了以路脊线为分水线、以路脊线交点来控制中心的标高计算线网。2)等分法:把交叉口范围内的路脊线等分为若干份,然后在相应的缘石曲线上分成同样数量的等份,顺序连接这些等分点,即得交叉口的标高计算线网。3)平行线法:先把路脊线交点与各转角的圆心连接成直线,然后根据施工需要把路脊线分成若干点,通过这些点作平行线交于缘石曲线,即得标高计算线网。

以上说的都是两条道路交叉的交叉口,但在实际工程中交叉口的形式多种多样,从交叉口数目来分有三叉、四叉甚至五叉,从交角来分有正交、斜交,另外还有畸形交叉口及环形交叉口等。对于这些复杂的交叉口,一般采用的方法就是区域法,通过每条路的道路中心线以及道路边线可以把交叉口分成几个区域。先把每个区域当成一个独立的交叉口,做好内部的接顺。区域做好之后,就解决区域边界的问题。其实区域边界接顺的问题也是可以用区域方法来解决,这个只是区域划分的大小问题而已。以上的步骤对于这些复杂的交叉口也一样通用,就是在划分标高计算线时要根据各个交叉来实际确定。算法与步骤都是一样的。

随着计算机的发展,计算机辅助设计已经成为我们在设计过程中的一大助手。对于平面交叉口的立面设计都已经建立了很多科学的计算机模型。如坐标模型、双三次曲面模型设计、Coons曲面模型等。我们可以通过了解他们建立的模型,去更深入的理解平面交叉的立面设计。最好的平面交叉的立面设计是交叉口与周围建筑物在立面位置上,行车、排水等各个方面的和谐统一。交叉口的立面设计过程其实就是一个交叉口范围高程不断的成一个曲面的过程。交叉口的立面效果很大程度上取决于相交道路的纵坡。所以我们在做路线的纵断面设计时,对于有交叉口的路段,要一并考虑交叉口的立面设计,因为交叉口对于道路来说是最常见、最关键的设计。所以只有考虑了交叉口的立面设计的纵断面设计才是好的纵断面。

[1] JTG D20-2006,公路路线设计规范[S].

[2] CJJ 37-90,城市道路设计规范[S].

[3] 李清波,符锌砂.道路规划与设计[M].北京:人民交通出版社,2002.

[4] 徐家钰,程家驹.道路工程[M].上海:同济大学出版社,1995.