浅谈城市道路平面交叉口的竖向设计浅谈城市道路平面交叉口的竖向设计谭利英摘要：基于城市道路平面交叉口的竖向设计的目的、原则，本文介绍了目前比较常用的平面交叉口的竖向设计方法，讨论了复杂交叉口的竖向设计方法，对目前城市道路平面交叉口的竖向设计方法进行了较全面的综述。
关键词：城市道路；平面交叉口；交叉口竖向设计。
在城市道路设计中，由于道路的纵横交错而形成很多交叉口。
交叉口是道路交通的咽喉，相交道路的各种车辆和行人都要在交叉口处汇集、通过，因此交叉口的设计在整个道路设计中显得特别重要。
交叉口设计内容包括平面设计和竖向设计两个部分，本文讨论了交叉口的竖向设计。
1 交叉口竖向设计的基本原则和要点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和统一，合理确定交叉口范围内相交道路共同构筑面上各个点的设计标高，以使相交道路在交叉口范围内能获得一个平顺的面，从而保证交通安全、排水通畅和建筑造型的美观和谐[1][2]。
交叉口竖向设计有如下基本原则和要点：(1) 通过交叉口的主要道路可保持其设计纵坡、横坡不变。
(2) 公路等级相同的道路交叉，当交通量相近时，设计时应尽可能使相交道路的纵坡大致相等，且差值不大于0. 5%为宜。
当彼此纵坡不同时，一般可保持相交道路的设计纵坡不变，并改变较小纵坡道路的横断面使其与纵坡较大道路的纵坡相一致。
(3) 为了利于排水，设计时至少应有一条道路的纵坡能将交叉口范围内汇流的地面水排出。
车行道两侧的边沟纵坡不宜小于0.3%。
并在该条道路交叉口路缘石转角曲线的切点处设置必要的雨水口以截住来水。
(4) 在较平坦地形设置交叉口，其竖向设计宜采用伞形。
即适当提高交叉口中心控制点的设计标高并以此控制点为中心沿路脊线向四周倾斜，以利排水、行车、美观和衔接处理。
(5) 交叉口范围内由于车速通常小于公路各等级的设计车速，故要求横坡平缓。
通常情况下其横坡不大于直线路段设计横断面的横坡度。
(6) 平面交叉的交叉角以直角或接近直角为宜。
当受地形及其它持殊情况限制必须斜交时要进行专门的交叉口设计。
2 常用的交叉口竖向设计方法交叉口的竖向设计一般有以下三种方法[3]：(1) 方格网法：在交叉口范围内，以相交道路的中心线为坐标基线打出5m×5m或10m×10m的方格网，测出各方格点的地面标高，计算确定设计标高和挖、填施工高度的方法即为方格网法。
方格网法便于施工放样，通常适用于道路正交或接近于正交的简单交叉口设计。
(2) 设计等高线法：设计等高线法是在交叉口设计范围内，选定路脊线和划分标高计算线网，算出路脊线和标高计算线网上各点的设计标高，最后勾划出设计等高线并计算出各点填、挖施工高度的方法。
设计等高线法与方格网法相比，能更清晰地反映交叉口的实际地形和竖向设计形状；但存在着设计等高线上各点位置不易放样的缺点。
该法普遍用于一般道路的交叉口设计。
(3) 方格网设计等高线法：方格网设计等高线法是前两种方法的结合，集两者之长处。
它先采用设计等高线法设计计算，再进一步利用内插法算出方格网各角点的设计标高，标出各相应点的地面标高与施工填、挖高度。
方格网设计等高线法适用于大型、复杂的道路交叉口竖向设计。
从以上设计方法比较中可以看出，方格网法多用于刚性路面的简单交叉口设计；设计等高线方法常用来解决柔性路面的交叉口设计；方格网设计等高线法集两者之优点，适用范围最广，既可解决柔性路面设计问题，又可解决刚性路面设计问题。
下面我们讨论一下方格网设计等高线法的具体设计步骤。
3 方格网设计等高线法设计步骤方格网设计等高线法主要按如下步骤进行[3]：(1) 收集测量交通、排水、交叉道路的技术资料；(2) 绘制交叉口平面图；(3) 确定交叉口的设计范围。
交叉口的设计范围除交叉口本身外，还应包括为使直线段的双向横坡过渡到圆曲线单向横坡以及当圆曲线半径小于250m和路脊线调整后路面宽度小于设计要求，在弯道内侧应进行加宽时需设置的超高和加宽缓和长度。
—般可取在缘石半径的切点以外l0m长度的整数倍(相当于数个方格的距离)的部分。
(4) 拟定交叉口的竖向设计图式应结合相交道路的公路等级、设计纵坡和凸形、凹形、马鞍形等各种不同的地形选用适宜的竖向设计等高线型式，确定相邻设计等高线的高差h，一般h＝0.05~0.10m。
(5) 计算确定交叉口中心控制点和各主要特征点的设计标高。
a、确定交叉口范围内合适的路脊线并计算控制点标高。
路脊线即是路拱顶点的连线，是交叉口路面的分水线，通常也可认为是对向车辆行驶轨迹的分界线。
其选定的合适与否直接影响到交叉口的排水、行车和路拱的匀称。
因此路脊线的合理确定是交叉口竖向设计好坏的关键。
图1 斜交T形路脊线调整示意图图2 非对称Y形路脊线调整示意图在交叉口处，当相交道路中心线交会于一点时，路中心线即为路脊线，此汇交点即为中心控制点。
但是对于非正交的交叉口时，要另外考虑。
通常认为当斜交偏角不大，交叉角度在时，可仍以原相交道路设计路中线作为路脊线；但当斜交偏角较大时，因为路拱的不匀称，原设计的路中线已不宜作为设计路脊线，应予适当调整。
调整后新的中心控制点E的位置的选定，应考虑行车平顺和整个交叉口布局的匀衡和美观。
目前常用的调整方法主要有重心法与等距离法两种[3][4]。
对于如图l中所示的交叉口，我们常采用重心法，即选取曲线多边形OC1D1D2A2A1O的重心E作为调整后路脊线新的汇交点，即为中心控制点。
调整后的新的路脊线为EA、ED和EC，三条新路脊线此时均偏离原路中心线，从而基本满足使各路脊线能较匀称地位于各对向车辆行驶轨迹的分界线上的要求。
采用重心法计算确定的重心E 点位置还要求能基本符合其与主要车道路面边缘线距离相等，即EG=EF，如相差较大时，可在EG线方向上作适当移位至满足要求为止。
对于如图2所示的非对称Y形交叉，常采用等距离法；即调整后中心控制点E的位置应满足等式EF=EH=EG。
交叉口中心控制点的标高主要依据相交道路的设计纵、横坡度并可结合交叉口的实际地形、路面设计厚度、建筑物的布局等因素综合考虑确定。
在确定相交道路中心线交叉点控制标高时还应使相交道路彼此间的纵坡值相差不要太大，并应尽可能使其大致相等，这有利于竖向设计时的技术处理。
b、在路脊线与路边线之间划分计算网格，计算标高计算线上各点的设计标高。
标高计算线网的划分常可采用方格网法、圆心法、等分法与平行线法等几种[5]。
方格网法是将道路平行于道路中心线划分成5m×5m或10m×10m的方格网，适合于正交的交叉口；圆心法是将道路路脊线等分定出若干点，把这些点与路边线的圆心相连划分成计算网格，适用于路边线为圆弧的情况；等分法是将道路路脊线及路边线等分，连接路脊线及路边线的等分点成计算网格，适用于各种情况；平行线法则先把路脊线交点与各条路边线的圆心连成直线，然后把路脊线分成若干点，通过这些点作以上直线的平行线交于路边线得计算网格，适用于正交的交叉口。
从以上计算网格划分方法看，圆心法及等分法适用性较为广泛。
(6) 勾划交叉口设计等高线，绘制方格网。
通常情况下，等高线高差h为0.05~0.10m，依此勾划交叉口设计等高线，并按道路中心线绘制5m×5m或10m ×10m的方格网。
(7) 调整标高按行车顺适、有利排水的要求调整等高线的疏密，以使纵、横被能变化均匀。
(8) 计算确定填、挖施工高度根据等高线的标高，用补插法确定方格网点上的设计标高，并根据实际地面标高求出填、挖的施工高度。
4、复杂交叉口的设计方法交叉口的型式多种多样，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等。
那么对于比较复杂的交叉口来说，该怎样进行设计呢？目前我们常采用的方法是区域等高线法[5]。
因为无论多么复杂的交叉口都可以找到路脊线和路边线，路脊线和路边线将复杂的交叉口划分成若干区域，每个区域都由一条路脊线和不相交的一条路边线组成，区域之间可以有公共的路脊线，但路边线不能是公共的，通过这种划分，复杂问题就转换成求解一条路脊线和一条路边线之间等高线的问题，从而使问题得到简化。
这就是区域等高线法的基本思路。
以图3所示环形交叉口为例，区域等高线法的求解可按以下几个步骤：(1) 将交叉口按路脊线和路边线划分成若干区域。
(2) 对于每个区域，按等分法划分计算网格，并得到计算线。
(3) 根据已知控制点的标高，按内插的方法求出计算网格角点的标高值。
(4) 计算标高计算线上各点的设计标高。
(5) 循环计算，对交叉口的每个区域都进行设计。
(6) 勾划交叉口设计等高线，绘制方格网。
(7) 调整标高，计算确定填、挖施工高度。
图3 环形交叉口的区域等高线设计法这样就完成了一个区域的等高线图，实现了对复杂交叉口的竖向设计。
可以发现每条等高线在交叉口范围内部都是连续的，这是因为虽然每个区域的等高线是单独作出的，但区域与区域之间通过公共的路脊线相联系的缘故。
5 总结以上介绍了传统的，目前比较常用的城市道路平面交叉口的竖向设计方法。
随着计算机的飞速发展，计算机辅助设计已经成为目前土木工程设计中最主要的方法；借助于计算机，人们可以对道路平面交叉口进行更快速、科学、准确的设计；据此研究人员已经建立了很多适于计算机处理的科学准确的设计方法，如坐标法、双三次曲面模型设计法、Coons曲面模型设计法等[6][7][8]。
但是，不论是传统的设计方法，还是新颖科学的设计方法，都是为城市道路平面交叉口的竖向设计提供服务，都是为了合理确定交叉口范围内相交道路共同构筑面上各个点的设计标高，从而达到相交道路间、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和统一。
传统的方法是我们理解交叉口设计的基础，新颖的方法是我们对交叉口设计在认识与理解基础上的发展，都是十分重要的；我们要认真体会各种设计方法，使它在我们的设计中发挥它们最大的作用。
参考文献[1]. 王宝辉，交叉口立面自动化设计的方法探讨与技术实现[J]，华东公路，1999(6)，60～62；[2]. 肖鹏、吴一非，关于公路交叉口平立面设计的几个问题[J]，华东公路，1995(6)，30～33；[3]. 宣道光，Y型平面交叉口的竖向设计[J]，城市道桥与防洪，1997(01)，14～19；[4]. 赵一飞，游润卫，Y形平面交叉口路脊线自动调整方法的研究[J]，包头钢铁学院学报，2003(2)，186～188；[5]. 张广健、陈双林，复杂交叉口竖向设计方法-----区域等高线法[J]，中国市政工程，1998(3)，3～6；[6]. 陈敬英、扬少伟，平面环形交叉口立面设计计算新方法[J]，西安公路交通大学学报，2000(4)，36～38；[7]. 吴国雄、严强、孙家驷，双三次曲面在交叉口立面设计中的应用研究[J]，重庆交通学院学报，2001(2)，6～8；[8]. 赵一飞、扬少伟、许金良，基于线性Coons曲面模型的平面交叉口立面设计方法[J]，交通运输工程学报，2 003(3)，17～20。
