第五章 道路交叉设计.docx
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第五章道路交叉设计
第五章道路交叉设计
学习目标：
了解交叉口设计的意义；了解平面交叉的形式和适用场合；掌握环形交叉口设计的方法和步骤及交叉口的竖向设计；了解立体交叉的形式和特点；了解立体交叉设计的内容和要求。
学习重点：
平面交叉和立体交叉的形式及交叉口设计内容和步骤。
学习难点：
互通立交设计。
学习方法建议：
注意和实际工程相结合，可通过参观了解交叉的形式和特点。
第一节交叉口设计概述
一、道路交叉设计的意义
二、交叉口的交通分析
在无交通管制时，三条路、四路相交和五路相交平面交叉口的交错点分布情况见图1.6.1。
其数量表见表1.6.1。
从上述图表可得出以下两点结论：
1．在无交通管制的交叉口，交错点随相交道路条数的增加而增加，其中增加最快的为冲突点。
当相交道路均为双车道时，各交错点的数量可用下式计算
分流点=合流点=
冲突点=
（式1.6.1）
式中：
—相交道路的条数。
2．产生冲突点最多的是左转弯车辆。
减少或消灭冲突点的方法大致有三种；
1）实行交通管制。
2）采用渠化交通。
3）修建立体交叉。
三、交叉口设计的基本要求和内容
（一）交叉口设计的基本要求
1．保证车辆与行人在交叉口能以最短的时间顺利通过，使交叉口的通行能力能适应各条道路的行车要求；
2．正确设计交叉立面，保证转弯车辆的行车稳定，同时符合排水要求。
（二）交叉口设计的主要内容
1．正确选择交叉口的形式，确定各组成部分的几何尺寸；
2．合理布置各种交通设施；
3．验算交叉口行车视距，保证安全通视条件；
4．交叉口立面设计，布置雨水口和排水管道。
第二节平面交叉口的型式和选择
一、平面交叉口的型式和使用范围
常见的交叉口型式有：
十字型、T字型、X字型、Y字型、错位交叉和多路交叉（五条或五条以上道路的交叉口）等几种。
1．十字型交叉口是最基本的平面交叉口型式，见图1.6.2a。
它型式简单，交通组织方便，街角建筑易处理，适用范围广，可用于同等级或不同等级道路的交叉。
2．X字型交叉口是两条道路以锐角或钝角斜交，见图1.6.2b。
当相交的锐角较小时，将形成狭窄的交叉口，对交通不利（特别对左转弯车辆），锐角街口的建筑也难处理。
所以，当两条道路相交，如不能采用十字型交叉口时，应尽量使相交的锐角大些。
3．T字型交叉口（见图1.6.2c）、错位交叉口（见图1.6.2d）和Y字型交叉口（见图1.6.2e）均用于主要道路和次要道路的交叉，主要道路应设在交叉口的直顺方向。
在特殊情况下，例如一条尽头式干道和另一条滨河主干道相交，两条主干道亦可设计成T字型交叉。
必须注意的是，不应该为了片面地追求道路的对街景处理而把主干道规划和设计成错位交叉（见图1.6.2d），致使主干道曲折，影响了主干路车辆的畅通
4．复合交叉口是多条道路交汇的地方，（见图1.6.2f），容易取得突出中心的效果，但用地大，并给交通组织带来很大困难，采用时必须慎重考虑。
其中最基本的型式是T字型交叉和十字型交叉，其他形式可以看作是由这两种型式变形而成的。
由于这两种交叉型式简单、视线良好、行车安全、用地经济，故我国各类公路和城市道路的平面交叉口大多数采用这两种型式。
但应注意下列情况下的平面交叉口应避免采用这两种型式。
1．交叉角小于45°的斜交交叉；
2．两相如交叉口间距小于60m的交叉；
3．复合（或多路）交叉和畸形交叉。
二、交叉口型式的选择
（一）交叉口型式选择的要求
1．既占地面积小又能安全迅速地通过最大交通量；
2．平面形式、断面组成应符合道路等级、交通量的要求；
3．交叉口竖向设计能既满足排水、管线的要求又和周围地形环境相适应；
4．具有合理的交通管理、导流及防护安全等措施。
（二）交叉口型式的选择和改建的原则
交叉口型式的选择和改建，可按以下原则进行：
1．型式要尽量简单。
尽可能选用正交或接近90°的十字型交叉口。
2．尽量使相邻交叉口之间的道路直通。
在市区，除因受地物条件限制（例如道路必须沿河流、城墙、铁路等）必须布设T字型交叉口外，在一般情况下，干道与干道相交不宜选用T字型交叉口，虽然T字型交叉口的型式简单，但容易造成干道网东西向或南北向的道路不能直通，影响交通。
二、交叉口型式的选择
（一）交叉口型式选择的要求
1．既占地面积小又能安全迅速地通过最大交通量；
2．平面形式、断面组成应符合道路等级、交通量的要求；
3．交叉口竖向设计能既满足排水、管线的要求又和周围地形环境相适应；
4．具有合理的交通管理、导流及防护安全等措施。
（二）交叉口型式的选择和改建的原则
交叉口型式的选择和改建，可按以下原则进行：
1．型式要尽量简单。
尽可能选用正交或接近90°的十字型交叉口。
2．尽量使相邻交叉口之间的道路直通。
在市区，除因受地物条件限制（例如道路必须沿河流、城墙、铁路等）必须布设T字型交叉口外，在一般情况下，干道与干道相交不宜选用T字型交叉口，虽然T字型交叉口的型式简单，但容易造成干道网东西向或南北向的道路不能直通，影响交通
3．交叉道路应避免锐角相交，尽量以近于90°相交。
4．主流交通的道路线形应尽量顺直，任何一侧不宜有两条以上路段与之交汇。
5．应尽量避免近距离的错位交叉。
当相邻的两个T字形交叉口（错位交叉）之间距离很短时，，由于交织段长度很短，将影响进出错位交叉口的车辆不能顺利行驶，因而阻碍主干道上的直行交通。
为此，可把相邻的两个交叉口合二为一。
6．畸形和多条道路（
>4）的交叉，应尽量避免，或予以简化。
可采取以下措施：
设中心岛改为环形交叉口；封路改建把多条道路交叉或畸形交叉改建为正交；调整交通把双向交通改为单向交通，把多路交叉及畸形交叉改建为正交。
第三节交叉口的交通组织设计
一、车辆的交通组织方法
常用的交通组织方法有：
限定车流行驶方向、设置专用车道、渠化交叉口、实行交通管制等。
（一）设置专用车道
组织不同行驶方向的左转、直行和右转车辆在各自的车道上分道行驶，互不干扰。
根据行车道宽度和左、直、右行车辆的交通量大小可作出多种组合的车道划分。
1．左、直、右方向车辆组成均匀，各设一专用车道。
如果车道宽度不足时，左转车道可向路中心偏移。
2．直行车辆很多且左、右转也有一定数量时，设二条直行车道和左、右转各一条车道。
3．左转车多而右转车少时，设—条左转车道，直行和右转车共用一条车道。
4．左转车少而右转车多时，设一条右转车道，直行和左转车共用一条车道。
5．左、右转车辆都较少时，分别与直行车合用车道。
6．行车道宽度较窄，无法划分左、直、右车道，只划快、慢车分道线。
7．行车道宽度很窄时，快、慢车道线可不划分。
（二）左转弯车辆的交通组织
左转弯车辆交通组织方法可采用以下几种形式。
1．设置专用左转车道
2．实行交通管制。
3．变左转为右转
（1）环行交通。
（2）绕街坊变左转为右转。
（三）渠化交通组织
所谓渠化交通，就是指人、车分离，车辆各行其道，互不干扰，顺序行驶,通常通过在道路上划线，用绿带和交通岛分隔车道，使各种不同类型和不同速度的车辆，能象渠道内的水流那样，顺着一定的方向互不干扰地通过。
渠化交通的主要作用是保证行车安全，具体表现在：
1．利用分车线或分隔带、交通岛等，把不同方向和速度的车辆划分车道行驶，使行人和司机很容易看清互相行驶的方向，避免车辆相互侵占车道和干扰行车路线，因而可减少车辆相互碰撞的机会，增加行车安全。
2．利用交通岛的布置，限制车辆行驶方向，使斜交对冲的车流为直角交叉或锐角交叉。
3．利用交通岛的布置，限制车道宽度，控制车速，防止超车。
4．在道路上划分快、慢车道，保证车辆正常行驶。
5．把不同行驶方向的车辆，在临近交叉口时划分车道分别行驶。
6．可利用渠化交通设置的交通岛或分隔带，设置各种交通标志，并可作为行人过街时避让车辆的安全岛。
（四）调整交通组织
（五）采用自动控制的交通信号指挥系统，提高行车速度和通行能力。
二、行人及非机动车交通组织
公路设计中往往不考虑行人和非机动车交通。
但对城市道路因大量行人和非机动车存在，合理组织行人和非机动车交通，是消除交叉口交通阻塞，保障交通安全最有效的方法。
（一）行人交通组织
行人交通组织的主要任务是组织行人在人行道上行走，在人行横道线内安全过街，使人、车分离，互不干扰。
（二）非机动车交通组织
第四节环形交叉口设计
一、环形交叉口设计的主要内容
（一）中心岛的形状
中心岛的形状有圆形、椭圆形、卵形、方形圆角等，它主要取决于相交道路的等级、交角及地形和地物，一般常用圆形，也可以采取其他规则或不规则几何形状的中心岛。
（二）中心岛的半径
中心岛的半径首先应满足计算行车速度的要求，然后按相交道路的条数和宽度，验算相邻道口之间的距离是否符合车辆交织行使的要求。
1．满足计算行车速度的要求
圆形中心岛半径
可按曲线半径公式计算，但因为绕岛行驶的车辆，是在紧靠中心岛的车道宽度b的中间行驶，实际采用的
值应减去
，即
（式1.6.2）
式中：
—环道计算行车速度（km／h）。
一般可采用相交道路路段计算行车速度的0.7倍；
—横向力系数，取0.14～0.18；
—环道横坡，可取1.5％，形成超高时取正值，形成反超高时取负值；
—靠中心岛内侧车道宽度（m）。
2．满足交织长度的要求
进环和出环的两辆车辆，在环道行驶时互相交织，交换一次车道位置所行驶的路程，称为交织长度。
交织长度的大小主要取决于车辆在环道上的行驶速度，应能满足汽车以一定车速相互交织并连续行驶，最小应不小于4s的行驶距离。
通常可有如下两种方法：
一种是按进交叉口道路的机动车道边线的延长线来标定，此法有利于计算，并适用于无导向岛的环形交叉口；二是按导向岛端部的延长线与环道中心线交点之间的距离来标定，此法适用于机、非混行的环行交叉口。
按交织段长度所要求的中心岛半径
，可根据图1.6.8，近似的按交织段长度所围成的圆周大小来计算，即
（式1.6.3
式中：
—两相邻进口道之交织长度（m）；
—相交道路条数；
—各进口道导流岛底两端部延长线与环道中心线交点距离之和，或相交道路宽度之和（m）。
由以上公式可知，当相交道路的条数越多（即n越大），则要求中心岛的半径
就越大，这样，将大大增加交叉口用地面积，此时，也大大增加绕岛车辆的行程，这样很不经济也很不合理。
因此，环形交叉口的相交道路最好不多于六条。
如按行车速度已确定中心岛半径
，其交织段长度
。
是否符合要求，可按下式近似验算：
（式1.6.4）
式中：
—为相邻道路中心线所形成的交角（°）。
当夹角不相等时，应采用最小夹角值。
（三）交织角
交织角是进环车辆与驶出车辆轨迹的相交角度。
用以检验车辆在环道上交织行驶时的安全程度。
它以右转弯车道的外缘1.5m和中心岛缘石外1.5m的两条切线的交角来表示，见图1.6.9，交织角的大小取决于环道的宽度和交织段长度。
（四）环道的宽度
环道总宽度B环可用下式表示：
（式1.6.5）
式中：
—为环道上的机动车道数；
—为加宽后的机动车道宽度（m）；
—为分隔带宽度（m）；
—为非机动车道宽度（m）。
（五）环道进、出口的曲线半径
（六）环道的横断面
（七）环道的外缘石
（八）环岛的通行能力
第五节交叉口竖向设计
一、交叉口竖向设计的要求和一般原则
（一）交叉口竖向设计的要求
交叉口竖向设计的目的，是要统一解决相交道路之间以及交叉口和周围建筑物之间在立面位置上的行车、排水和建筑艺术三方面的要求。
1．使相交的道路在交叉口内能有一个平顺的共同面，便利车辆和行人交通；
2．使交叉口范围内的地面水能迅速排除；
3．使车行道和人行道的各点标高能与建筑物的地面标高相协调而具有良好的空间观感。
（二）交叉口竖向设计的一般原则
交叉口竖向设计的一般原则如下：
1．主、次道路相交，主要道路的纵横坡度一般均保持不变（非机动车道纵坡、横坡可变），次要道路的纵横坡度可适当改变；
2．同级道路相交，纵坡一般不变，横坡可变；
3．路口设计纵坡不宜太大，一般不大于2％，困难情况下，不大于3％；
4．交叉口竖向设计标高应与四周建筑物地表标高相协调；
5．为了保证交叉口排水流畅，设计时至少应有一条道路的纵坡背向交叉口以外。
6．合理确定变坡点和布置雨水口。
二、交口竖向设计的几种基本形式
如以十字形交叉口为例，根据相交道路纵坡方向的不同，竖向设计有以下六种基本形式：
1．相交道路的纵坡方向均背离交叉口。
2．相交道路的纵坡方向都指向交叉口。
3．有三条道路纵坡方向背离而一条指向交叉口。
4．有三条道路纵坡方向指向交叉口而一条背离。
5．相邻两条道路纵坡指向交叉口而另两条背离。
6．处于马鞍形地形上，相对两条道路纵坡指向交叉口而另两条背离。
三、交叉口立面设计的方法与步骤
（一）收集资料
1．测量资料：
交叉口的控制标高和控制坐标；收集或实测1：
500或1；200地形图，详细标注附近地坪及建筑物标高。
2．道路资料：
相交道路的等级、宽度、半径、纵坡、横坡等平纵横设计和规划资料。
3．交通资料：
交通量及交通组成（直行、左、右转的比例）。
4．排水资料：
已建或拟建地上、地下排水管渠的位置和尺寸。
（二）绘出交叉口平面图
包括：
路中心线、车行道和人行道的宽度、缘石半径、方格线。
（三）确定交叉口的设计范围
设计范围一般为缘石半径的切点以外5m～l0m（即相当一个方格），这是考虑到自双向横坡逐渐过渡到单向横坡所需要的一定距离，并应与相交道路的路面标高完全衔接。
（四）确定立面设计的图式
根据相交道路的等级、纵坡方向、地形和排水的要求，确定采用的立面设计等高线形式，并根据纵坡的大小和精度的要求选定相邻等高线的高差h一般为0．02m～0．10rn，取偶数便于计算）。
（五）确定路段上的设计标高（通常用设计等高线表示），见图1.6.13。
图中，
分别为车行道中心线和街沟线的设计纵坡度（通常情况下
）（%），
为车行道的设计横坡度（％），B为车行道宽度（m），
为车行道路拱的拱高（m），
为相邻设计等高线的高差（m）。
首先，在车行道中心线上根据设计纵坡度定出某一整数的设计标高位置，并选定相邻等高线的高差
，然后算出车行道中心线上相邻等高线的水平间距。
（式1.6.6）
根据
即可定出车行道中心线上其余的等高线位置。
其次，定出等高线在街沟线上的位置。
由于行车道横坡度的影响，等高线在街沟线上的位置向纵坡的上方偏移了一水平距离
（式1.6.7）
根据
即可定出车行道街沟线上其余的等高线位置。
求出
和
的位置后，连接同一等高线上的各点，即得以设计等高线表示的道路路段立面设计图。
路面为抛物线型路拱，路段上的设计等高线均可用折线。
（六）确定交叉口上的设计标高
1．首先选定交叉口范围内合适的路脊线和控制标高
所谓路脊线即是路拱顶点（分水点）的连线。
2．确定标高计算线网并计算标高计算线上各点的设计标高
标高计算线网的确定可以采用：
方格网法、圆心法、等分法和平行线法。
（七）勾画交叉口上的设计等高线．
参照已知的立面设计图式和形状，把各等高点连接起来，即得初步的以设计等高线表示的交叉口立面设计图。
（八）调整标高
（九）计算施工高度
根据等高线的标高，用补插法求出方格点上的设计标高，最后可以求出施工高度（它等于设计标高减去地面标高），以符合施工要求。
第六节立体交叉概述
立体交叉系指道路与道路、道路与铁路相互交叉时，用跨线桥或地道使两条路线在不同的水平面上通过的交叉形式。
一、立体交叉的组成
立交的主要组成部分见。
1．跨线构造物：
它是立交实现车流空间分离的主体构造物，包括设于地面以上的跨线桥（上跨式）以及设于地面以下的地道（下穿式）。
2．正线：
它是组成立交的主体，指相交道路的直行车行道，主要包括连接跨线构造物两端到地坪标高的引道和交叉范围内引道以外的直行路段。
3．匝道：
它是立交的重要组成部分，是指供上、下相交道路转弯车辆行驶的连接道，有时包括匝道与正线以及匝道与匝道之间的跨线桥（或地道）。
4．出口与入口：
由正线驶出进入匝道的道口为出口，由匝道驶入正线的道口为入口。
5．变速车道：
因车辆变速行驶的需要，而在正线右侧的出入口附近设置的附加车道称为变速车道。
出口端为减速车道，入口端为加速车道。
6．辅助车道：
当高等级公路与次要公路相交时，在分、合流附近，为了使匝道与高等级公路车道数平衡和保持主线的基本车道数而在主线一侧增设的车道。
7．集散车道：
城市附近的高速公路，为了减少进出高速公路的车流交织和进出口数量在高速公路的一侧或两侧修建的与高速公路平行而又分离供车辆进出的专用车道。
二、立体交叉的设置条件
（一）根据相交道路的等级
高速公路与高速公路、铁路、各类道路交叉，必须采用立体交叉；一级公路与其他公路交叉应尽量采用立体交叉；城市快速路与快速路、铁路交叉必须采用立体交叉；快速路与主干路交叉应采用立体交叉；大城市机场路与一般路相交可采用立体交叉：
（二）根据交通量的需要
我国《城市道路设计规范》规定：
主干路和主干路相交的路口，当进入路口的现况交通量超过4000—6000（辆／h）（折合成小客车），相交道路为四车道以上，且对平面交叉口采取改善措施、调整交通组织均难收效时，可设置立体交叉。
（三）考虑地形条件
结合修建跨河桥，城市主干路跨河桥的两端，可以根据需要扩建桥梁边孔，修建主干路与滨河路的立体交叉。
（四）道路与铁路的交叉符合下列条件时采用立体交叉
1．当地形条件困难，采用平面交叉危及行车安全时；
2．城市主干路、次干路与铁路交叉，在道路交通高峰时间内，经常发生一次封闭时间超过15min；
3．修建铁路与道路立交时，可根据需要同时修建与铁路平行而又距离较近的道路与主干路的立体交叉；
五）经济条件
修建立交的年平均费用应小于平面交叉的年经济损失总额，否则是不合理的。
三、立交的等级
公路互通式立交根据相交道路的等级划分为三级，其分级见表。
四、互通式立体交叉间距
互通式立体交叉的间距考虑原则如下：
（一）能均匀地分散交通量；
（二）要有足够的交织段长度；
（三）满足标志和信号布置需要；
（四）满足驾驶员操作顺适的要求。
对互通式立交的标准间距，公路与城市道路不尽相同。
公路上，在大城市、重要工业区周围为5km～l０km；一般地区为15km～25km；最大间距以不超过30km为宜。
最小间距不应小于4km。
城市道路上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／h、60km／h和50km／h，分别采用lkm、0．9km和0．8km。
第七节立体交叉的分类和形式选择
一、立体交叉的分类
（一）按结构物形式分类
立体交叉按相交道路结构物形式划分为上跨式和下穿式两类。
1．上跨式：
用跨线桥从相交道路上方跨过的交叉方式。
这种立交施工方便，造价较低，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（或隧道）从相交道路下方穿过的交叉方式。
这种立交占地较少，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。
（二）按交通功能分类
按交通功能可划分为分离式立交和互通式立交两类。
1．分离式立交
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方式，见图1.6.16。
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相互联通行驶。
适用于高速公路与铁路或次要道路之间的交叉。
2．互通式立交
不仅设跨线构造物使相交道路在空间上分离，而且上下道路有匝道相互联通，以供转弯车辆行驶的交叉方式。
这种立交车辆可转弯行驶，全部或部分消灭冲突点，各方向行车干扰较小，但立交结构复杂，占地多，造价高。
互通式立交根据交叉处车流轨迹线交错方式和几何形状的不同，又可分为部分互通式、完全互通式和环形立交三种类型。
1）部分互通式立交
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）菱形立交：
其特点：
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驶出车辆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。
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等措施组织交通。
（2）部分苜蓿叶式立交：
可根据转弯交通量的大小或场地的限制，选用图示任一种形式或其他变形形式。
其特点：
这三种形式立交的主线直行车快速通畅；单一驶出方式简化了主线上的标志；仅需一座桥，用地和工程费用较小；远期可扩建为全苜蓿叶式立交。
但次线上存在平面交叉，有停车等待和错路运行可能。
布设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。
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，适用于高速公路之间及高速公路与其他高等级道路相交。
其代表形式有喇叭形、苜蓿叶形、Y形、X形等。
（1）喇叭形立交：
三路立交的代表形式，可分为A式和B式。
经环圈左转匝道驶入主线（或正线）为A式，驶出时为B式。
其特点：
这种立交除环圈式匝道适应车速较低外，其他匝道都能为转弯车辆提供较高速度的半定向运行；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，造型美观，行车方向容易辨别。
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。
（2）苜蓿叶
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