מֶחְלָף הוא מבנה הנדסי המאפשר הפרדה מִפלסית של מסילות רכבת, כבישים או שבילים באמצעות גשר אחד או יותר, ובכך מפריד את התנועה המגיעה מכיוונים מנוגדים למפלסים שונים זה מעל זה ומונע מפגש ביניהם, מה שמאפשר את זרימת התנועה ללא צורך בעצירה. המחלפים מאפשרים נסיעה ללא הפרעה - בניגוד לצומת במפלס יחיד, בו חל מפגש בין גורמים המגיעים מכיוונים מנוגדים - ומאפשרים גם מעבר מדרך אחת לשנייה. פתרון מחלפי מייתר את הצורך בעצירה של כלי הרכב החולפים - לפחות באחד מהמפלסים במחלף; בכך הוא מייתר את הצורך ברמזור עבור אותו מפלס.
החלפתו של צומת מרומזר במחלף מאפשרת לפיכך הגדלה משמעותית של נפח התנועה הזורמת בצומת. בנייתם של מחלפים, אפוא, מייחדת כבישים מהירים. הפרדה בסיסית של צומת לשני מפלסים נעשית באמצעות גשר - המאפשר לאחד מהכבישים לעבור מעל לכביש האחר. הפרדה כזו מביאה לכך שהתנועה בכל כביש זורמת ללא הפרעה של התנועה בכביש האחר, אך היא אינה מאפשרת מעבר מכביש אחד למשנהו. כדי לאפשר מעבר מכביש אחד למשנהו (כלומר מעבר בין המפלסים) נדרשת הוספה של נתיבים המחברים בין הכבישים, תוך הסבת הצומת למחלף. נתיבי-משנה אלה מכונים מֶחְבָּרִים[1] (בלועזית: "רָמפּות").
"מחלף חלקי" הוא מחלף הכולל צמתים או רמזורים בחלק מנתיבי ההשתלבות. "מחלף מלא" הוא מחלף המורכב אך רק ממעברים ישירים בין שני הכבישים המצטלבים, ללא צמתים או רמזורים, אך לא בהכרח אפשריים בו כל כיווני התנועה. "מחלף מושלם" הוא מחלף מלא שכל כיווני התנועה בו אפשריים (ישר, ימינה ושמאלה).
עלה תלתןמחלף עלה תלתן (באנגלית: Cloverleaf Interchange), הוא מחלף בעל שני מפלסים שבו הפניות שמאלה (בארצות בהן נוהגים בצד ימין) מנוהלות על ידי רמפות בצורת לולאה. כדי לפנות שמאלה, עוברים הנהגים תחילה מעל או מתחת לכביש השני, אליו הם שואפים לעבור, ואז יורדים (או עולים) ימינה לרמפה חד-סטרית המסתובבת כ-270 מעלות ימינה ובסופה משתלבים בכביש השני. יתרון חשוב במחלף מסוג זה, מלבד העובדה שהוא חוסך לחלוטין את הצורך ברמזורים, הוא שישנו צורך רק בגשר אחד, וכך עלותו נמוכה יחסית. עם זאת, ישנם שני חסרונות: מחלף כזה צורך שטח רב, ובנוסף נוצרת בעיה של "השתזרות": תנועה שסוטה ימינה על מנת לצאת מכביש מסוים, חייבת לחצות ולהשתלב בתנועה שנכנסה לכביש זה (וצריכה לסטות שמאלה) ובתנועה שנוסעת ישר, כל זאת במרחק קצר יחסית. פתרון חלקי לתופעה זו הוא הוספה של נתיבי "חלוקה/תפוצה" (באנגלית: Collector-Distributor), המפרידים את התנועה שיוצאת ונכנסת מערוץ התנועה הראשי שכיוונו ישר.
ערימהמחלף ערימה (באנגלית: Stack Interchange, מכונה גם צלב מלטזי), בדומה למחלף תלתן, מאפשר זרימת התנועה ללא עצירות בכל חלקיו, אולם נועד למהירויות נסיעה גבוהות יותר. אפקט זה מושג באמצעות העובדה שבמחלף זה אין לולאות סיבוביות - המחייבות האטה מסוימת. זהו אם כן סוג המחלף המאפשר את קיבולת התנועה הגדולה ביותר, הוא הגדול ביותר בשטחו, והיקר ביותר לבנייה משום שבנוסף לגשר הראשי הוא כולל בניית ארבע רמפות-יעף חצי-כיווניות - שמשמעותן גשרים ארוכים מאוד - עבור הפניות שמאלה. כדי לפנות שמאלה, פונים כלי הרכב ראשית מעט ימינה - לרמפת שרות, ואז מתחברים שמאלה לרמפה שעוברת מעל, או מתחת, לשני הכבישים המצטלבים ולרמפה נוספת, ומתחברים לרמפת הפנייה-ימינה שברביע הנגדי של המחלף. למחלף ערימה יש שני זוגות של רמפות פנייה שמאלה, שיכולים "להיערם" בדרכים שונות (על פי רוב מעל לכבישים הנפגשים), ובסך הכל מורכב המחלף מארבע קומות של כבישים.
טורבינת שני מפלסיםמחלף טורבינה (או מערבולת בבריטניה - Whirlpool), הוא מחלף הדומה למחלף ערימה, אך בנוי מפחות מפלסים (בדרך כלל שניים). במחלף מסוג זה הרמפות החצי-כיווניות המיועדות לפנייה שמאלה מסתובבות סביב מרכז המחלף בצורה ספירלית. למחלף זה יש קיבולת פחותה ממחלף ערימה, כיוון שהרמפות מסתובבות ומשנות כיוון מהר יותר (צילום אוויר - מחלף טורבינה מלא בפרובידנס, רוד איילנד).
חצוצרהמחלף חצוצרה הוא מחלף שבו כביש אחד מסתיים בשני. במחלף זה הכביש שמסתיים עובר מעל או מתחת לכביש השני (החוֹצה) ואז מסתובב שמאלה או ימינה ומשתלב עם הנתיב הימני של הכביש החוצה, לא לפני שהתפצל לרמפה ימנית עוד טרם המעבר על הגשר, המאפשרת השתלבות ימינה. בתוך כך, הרכב המגיע בכביש החוצה מימין ומבקש לפנות שמאלה, נפרד מהנתיב הראשי וסוטה ימינה ומשלים סיבוב מקביל לסיבוב שמבצע הכביש שהסתיים, לפני שהוא משתלב בו מצד ימין. (צילום אוויר - מחלף שער הגיא המחבר את כביש 1 וכביש 38).
מחלף Tמחלף T הוא מחלף שבו מסתיים כביש אחד בשני, אולם בשונה מהחצוצרה הוא מיועד למהירויות גבוהות. ישנן שתי רמפות עבור פנייה שמאלה - אחת מהכביש שמסתיים אל הכביש השני, החוצה, ואחת מהכביש החוצה לכביש שמסתיים, ושתיהן עוברות מעל או מתחת למפלס הכביש החוצה (הישר), וזו מעל זו (צילום אוויר - מחלף בר-אילן).
חצי טורבינה וחצי עלה תלתן
בנוסף, קיימים מחלפים המורכבים משילוב של סוגי מחלפים שונים. חלקם הנפוץ הוא חצי-טורבינה-חצי-תלתן, שבו הפניות שמאלה מנוהלות גם על ידי רמפות יעף, וגם על ידי רמפות המסתובבות 270 מעלות ימינה ומתחברות לכביש השני. (צילום אוויר - מחלף ענבה).
מחלף יהלום - מחלף נפוץ ביותר, שבו הכביש החוצה עובר מעל או מתחת לכביש המהיר, ומתחבר אליו באמצעות ארבע רמפות, שרצות במקביל לכביש המהיר ומשתלבות אליו. במחלף כזה יש צורך בגשר אחד בלבד. שמו ניתן לו בשל צורתו.
מחלף עלה תלתן חלקי ("פארקלו" - מאנגלית ParClo, קיצור של Partial Cloverleaf) הוא מחלף דו-מפלסי שבו חלק מהרמפות הם רמפות סיבוביות וחלק רגילות (כמו במחלף יהלום). ישנן וריאציות שונות למחלף זה, בחלקן הרמפה הסיבובית והרגילה שבאותו הרביע של המחלף משתלבות, ונפגשות עם הכביש החוצה בצומת מרומזר.
מחלף כיכר (Roundabout Interchange) הוא מחלף שבו רמפות העלייה והירידה מן הכביש המהיר נפגשות במעגל תנועה עם הכביש הרגיל, כאשר המעגל הוא מעל או מתחת לכביש המהיר. במחלף כזה יש בדרך כלל שתי קומות. לכיכר רדיוס גדול המקיף את הכביש הראשי משני צדדיו. כאשר הכביש הראשי עילי הכיכר עוברת בשני מעברים מתחתיו, כשהכיכר עילית היא עוברת בשני גשרים מעליו והמשך הכיכר על סוללות או צידי הגבעות שלצד הכביש הראשי שבשיקוע. הדרכים המשניות מתחברות לכיכר וניתן לחבר שני כבישים צולבים לכביש מהיר חדש (הצטלבות בת 6 יציאות) באמצעות כיכר. (לדוגמה מחלף וולפסון בחולון). בחו"ל יש דוגמאות למחלפי כיכר בני 3 קומות, כביש ראשי במפלס מושקע, כיכר במפלס ביניים וכביש ראשי במפלס עילי, Brent Cross Interchange או Bow Roundabout בלונדון.
מחלף SPUI (Single Point Urban Interchange) הוא מחלף בעל תצורה הדומה למחלף יהלום. במחלף זה יש צומת אחד בלבד במרכז הכביש המשני במקום שני צמתים. מבנה הצומת הבודד מאפשר להפחית את עומסי התנועה העשויים להיווצר בין צומתי הכביש המשני בתצורת מחלף יהלום (לדוגמה מחלף קריית משה בכביש 50).
מחלף "משקולת" (מאנגלית Dumbbell - משקולת לשרירי היד) הוא מחלף יהלום הנראה כמו משקולת-יד (ומכאן שמו). ההבדל הוא שבמקום שני הצמתים שנוצרים בין הרמפות לכביש החוצה את הכביש המהיר, ישנם שני מעגלי-תנועה (לדוגמה מחלף אליפלט).
מחלף יהלום מתחלף(Diverging Diamond Interchange) הוא סוג של מחלף יהלום שבו שני הכיוונים של הכביש החוצה מחליפים צדדים כאשר הם חוצים את הכביש המהיר. כך כל המחלף מרומזר בשני רמזורים בלבד, והפניות לכל כיוון נעשות ללא רמזורים כלל (מלבד הרמזורים הנ"ל).
באמצע שנות ה-60 הוחל בתכנון הקמת מחלפים בישראל[2]. בתחילת שנת 1965 דובר על הקמת גשר מעריב[3], בהיעדר פתרון אחר לעומס התנועה בצומת קרליבך[4], אולם בניית המחלף לא יצאה אל הפועל בגלל עלויות גבוהות ובעיות הנדסיות.
מחלפים ראשונים הוקמו בישראל במסגרת סלילת כביש 2 ככביש מהיר מחדרה לחיפה, כאשר המחלף הראשון נפתח במרץ 1969[5][6] והאחרון, במבואות חיפה, נחנך באוקטובר 1973[7].
המחלפים הראשונים שנבנו בישראל היו מחלפי תלתן. בעת בניית מחלף חמד נקבע שהוא יהיה מחלף יהלום, בגלל התנאים הטופוגרפיים[8].
בשנות ה-70 של המאה ה-20 החלה בישראל מגמה של החלפת צמתים מרומזרים בדרכים בינעירוניות ראשיות במחלפים, וכבישים ראשיים חדשים נסללו מלכתחילה עם מחלפים. בשנת 1981 היו באחריות מע"ץ 19 מחלפים[9]. מגמת המחלוף התחזקה ותקציבים רבים הופנו לצרכים אלו בעיקר לקראת אמצע שנות ה-90 כאשר מוחלפו כבישים רבים, ביניהם חלקים רבים מכביש 1 בין ירושלים לתל אביב, כאשר המגמה הייתה ביטול כלל הרמזורים בכבישים בינעירונים בישראל. דוגמה לכביש שבו הוחלפו צמתים מרומזרים במחלפים הוא כביש 4, שבו התאפשרה, נכון לשנת 2007, נסיעה נטולת רמזורים ממחלף מורשה עד מדרום למחלף אשדוד, לאחר שבתהליך שנמשך כשלושים שנה הוחלפו הצמתים המרומזרים בכביש זה במחלפים. דוגמאות לכבישים שנסללו מלכתחילה עם מחלפים בלבד הם נתיבי איילון, כביש 6 וכביש 431.
מרבית המחלפים בישראל הם דו-מפלסיים. מחלף תלת-מפלסי נמצא במקום שבו מתחבר כביש 5 לנתיבי איילון: במפלס התחתון עוברים נתיבי איילון, במפלס שמעליהם עובר כביש 5, ובמפלס שמעליו עובר מסלול המאפשר כניסה מכביש 5 לנתיבי איילון.
בישראל קיימים מחלפים מלאים מעטים. אחד הוותיקים הוא מחלף גנות, שבו קיימים שבעה כיווני פנייה וחסרה הפנייה מכיוון נסיעה מזרחה לכיוון צפון. מחלף ענבה שנחנך בשנת 2009 הוא המחלף המושלם הראשון בישראל וכך מתאפשרות בו פניות ישירות בכל הכיוונים.
ברוב התמרורים המודיעים על מחלפים בכבישי ישראל ניתן לראות כי האות מ"ם במילה מֶחלף מנוקדת בסגול. הסיבה לכך היא יוזמה של האקדמיה ללשון העברית שנבעה מכך שרבים נהגו להגות את המילה בצורה השגויה "מַחלֵף", והאקדמיה ביקשה לתקן הרגל זה.
עד העשור הראשון של המאה ה-21 לא היו בישראל מחלפי רכבות. בכל מקום בו נפגשו שתי מסילות, היה צומת מסילות שאילץ את הרכבות להאט את התנועה ואף לחכות לרכבת חוצה. בגלל תקני הבטיחות החמורים ומרווחי הביטחון בתנועת הרכבות חציה כזו מקטינה את כמות הרכבות שיכולה לעשות בקו זה ולהאט תנועת רכבות במרחק רב.
רב מחלפי הרכבות בישראל הם חלק ממסילת ירושלים - גנות העוברת דרך נמל התעופה בן-גוריון ומתפצלת לכיוון מודיעין-מכבים-רעות. המחלף הראשון הוא "פיצול גנות" ללוד ולדרום בין מחלפי גנות ושפירים. המחלף השני, שהוא מחלף הרכבות הגדול בישראל, נבנה מזרחית לנמל התעופה בן-גוריון בין הקו לירושלים ומודיעין ובין המסילה המזרחית. מחלף זה יאפשר תנועה חוצה באופן רציף ומעבר בין המסילות כך שרכבות מנמל התעופה בן-גוריון יוכלו להמשיך דרומה ללוד ובאר שבע. המחלף השלישי נמצא בסמוך למחלף ענבה של כביש 1 וכביש 431 בו מסילת מודיעין - ענבה ממסילת ירושלים - גנות.
ניר חסון, מדינת ישראל תקועה במחלפים. איך יוצאים משם?, באתר הארץ, 14 באפריל 2021