趙新飛

(湖南省交通科學(xué)研究院，湖南長沙 410015)

為解決目前由金屬、高分子及無機(jī)物材料生產(chǎn)的隔音設(shè)施外觀單調(diào)、難以與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)、不具備凈化空氣、濾除灰塵、美化景觀等問題，研究發(fā)明了系列生態(tài)型聲屏障。其主要特色是將隔音降噪設(shè)施和生態(tài)垂直綠化有效融合，且一年四季勿需人工養(yǎng)護(hù)，只需自然雨水使隔音設(shè)施常綠。

生態(tài)型聲屏障既能隔音隔離，又能與周圍環(huán)境交融，符合建設(shè)“兩型社會，兩型交通”的發(fā)展方向。

1 生態(tài)型聲屏障的型式

依據(jù)聲屏障吸聲、隔聲降噪機(jī)理以及植物種植的要求，本研究設(shè)計了城墻式、雙面式、弧形式、梯形式四種生態(tài)聲屏障型式。各型式的特點(diǎn)如下。

1.1 城墻式

“城墻式”生態(tài)聲屏障為青色輕質(zhì)材料砌塊磚與攀緣植物的綜合體，其外觀效果見圖1。

圖1 城墻式

這種形式每3.0 m為一個單元，高度也是3.0 m，是吸聲型聲屏障;表面比較粗糙，沿墻體縱向地面種植常春藤、藤本七里香等常綠型爬藤攀援類植物，可在2～3 a時間內(nèi)形成綠籬形態(tài)，呈現(xiàn)綠色植物的生態(tài)外觀。

其特點(diǎn)是占地面積少，占用路基邊緣寬度不超過0.4 m，施工比較方便，與周圍環(huán)境容易協(xié)調(diào)，植物存活比較容易，在3.0 m高度和標(biāo)準(zhǔn)降噪技術(shù)條件下可降低噪聲8 dB左右。但在建造完成初期效果不夠理想，要在2 a以后才能達(dá)到較好的生態(tài)效果。

1.2 弧形式

弧形聲屏障是具有內(nèi)凹弧形的生態(tài)外觀，具有降噪功能與美觀性，根據(jù)聲學(xué)原理，由于聲波的傳播過程實(shí)質(zhì)上是聲源輻射聲能量的傳遞過程。聲能量隨聲波波陣面的擴(kuò)張而衰減。本聲屏障的內(nèi)凹弧形使聲波的阻隔接觸面增大，從而可更好的降低噪聲;內(nèi)凹弧形可更好的反射聲波。在弧形墻面種植植物，使表面形成許多凸面。當(dāng)聲波傳播遇到凸面界面，就會被分解成許多比較弱的反射聲波，達(dá)到良好的降噪效果。

弧狀生態(tài)聲屏障具有視野開闊，施工工序比較簡單，整體性較強(qiáng)，可塑性好等優(yōu)點(diǎn)，但內(nèi)凹最深處的植物因接受雨水困難，長勢不佳。見圖2。

1.3 雙面式

圖2 弧形式

雙面式整體為一預(yù)制箱體，在箱體中用混凝土預(yù)制板分割成多層雙面式種植槽，槽內(nèi)及箱體內(nèi)填充種植土，在槽內(nèi)種植常綠小灌木及常綠草本植物，地面可種植藤本攀援植物，在整個聲屏障表面形成覆蓋綠色植物的生態(tài)外觀(見圖3)。

外觀呈整體雙面綠化形式，環(huán)境協(xié)調(diào)性較好。適用于對正反兩面的景觀都有較高要求的地段，相對而言，其養(yǎng)護(hù)費(fèi)用要高一些，但綠化面積是最大的。

1.4 梯形式

圖3 雙面式

弧形式是項目組幾年前研發(fā)成功并應(yīng)用在常張高速公路上，總體運(yùn)行效果良好。但在跟蹤調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)弧形式中部綠化效果與上、下部效果存在有不均勻現(xiàn)象，影響總體觀感和效果。產(chǎn)生上述問題的原因主要是弧形結(jié)構(gòu)的隔音型式雖然隔音效果較直型好，但對植物來說，由于綠色植物主要是靠天然雨水的提供而生長的，弧形中部的天然雨水比上下要少，因而綠化效果總體不均衡。

為解決上述存在的問題，常吉高速聲屏障改變了以前的生態(tài)聲屏障形式，采用了梯形的型式(見圖4)。

圖4 梯形式

方案與以前方案相比，在型式、功能、結(jié)構(gòu)、外觀等多方面具有顯著的特色，主要表現(xiàn)在:該型式避免了弧形型式自然雨量分配不均的問題，使總體生態(tài)效果分布均衡，提高了植物的成活率以及有助于減少養(yǎng)護(hù)成本。植物四季常青，既減少噪聲污染又可以美化環(huán)境。在花卉及灌木選擇上，進(jìn)行了適于植物生長的土的配方設(shè)計與試驗，選用了一些耐旱、耐高溫、常年生的植物;在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，進(jìn)行了灌溉系統(tǒng)的設(shè)計，使聲屏障上的植物能在缺乏養(yǎng)護(hù)的條件下，維持正常生長。設(shè)計高度達(dá)到3.0 m，具有足夠的強(qiáng)度，能抵抗建筑設(shè)計規(guī)范中要求的10級風(fēng)力，也能抵御一定的外力破壞，兼具隔離墻、隔離柵等隔離設(shè)施的功能。

2 梯形式聲屏障噪聲控制技術(shù)研究

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

梯形式生態(tài)聲屏障結(jié)構(gòu)見圖5。它是用鋼筋混凝土材料制成的梯形狀箱體聲屏障，采用立面垂直綠化技術(shù)，正面形成梯形生態(tài)外觀，視線開闊，無壓抑感。它由五層結(jié)構(gòu)組成:第1層為植物吸聲降噪層，有效衰減噪聲能量同時又可以美化環(huán)境和凈化空氣;第2層為土壤、細(xì)砂石顆粒吸聲層;第3層為木板層;第4層為密閉空氣隔聲層;第5層為鋼筋混凝土隔音層。這樣通過吸聲、隔聲多重復(fù)合降噪環(huán)節(jié)使聲屏障達(dá)到好的降噪效果。在聲屏障的結(jié)構(gòu)設(shè)計上，特別加入了灌溉系統(tǒng)的設(shè)計，解決了匯水、保水和抗?jié)车膯栴}，使聲屏障上的植物能在缺乏養(yǎng)護(hù)的條件下，維持正常生長。另在土壤中加設(shè)了陶粒層，更利于植物的生長。

圖5 梯形聲屏障剖面圖

2.2 聲屏障材料性能研究

為了保證生態(tài)型聲屏障的降噪效果，對用于聲屏障各種材料的吸音系數(shù)和隔音量進(jìn)行了分析，結(jié)果請看表1和圖6、圖7。

通過以上圖表可以看出鋼筋混凝土材料組成的吸隔音層，其具有很大的質(zhì)量密度，可防止噪聲透過聲屏障。由木板組成的吸隔音層，對低頻有較好的吸收作用。由土壤、細(xì)砂石顆粒構(gòu)成的吸聲層，因細(xì)砂性土壤中有許多微小孔隙，孔隙之間或互相以曲折通道連結(jié)或互不貫通，能有效吸收中高頻噪聲。另外聲屏障表面還種有高度為30 cm左右的植物吸聲降噪層，植物表面葉面可吸收一部分噪聲，且植物距離土壤表面有30 cm左右的空間，也能有效衰減噪聲能量。中間的密閉空氣隔聲層，可使聲波在其中產(chǎn)生共振消耗能量，能有效衰減低頻噪聲，并且避免了土壤層混凝土隔音層的直接接觸，也就使得土壤在夏季時，不會因為混凝土板經(jīng)日曬后過高溫度而散失水分。這樣通過吸聲、隔聲、反射等多重環(huán)節(jié)，梯形式生態(tài)聲屏障可達(dá)到良好的隔音、降噪效果。

表1 生態(tài)型聲屏障材料吸聲系數(shù)與隔音量表

2.3 種植土配比研究

一般而言，植物適于在微酸性至微堿性的土壤中生長，根據(jù)植物的生長和土壤條件等特點(diǎn)，研究組進(jìn)行了種植土配合比方案的研究，在分析了湖南土壤構(gòu)成以及結(jié)合類似工作經(jīng)驗后，對種植土的配比進(jìn)行了實(shí)驗。

圖6 生態(tài)型聲屏障材料吸聲系數(shù)圖

圖7 生態(tài)型聲屏障材料隔音量圖

生態(tài)聲屏障在常吉高速公路所處位置的土壤質(zhì)地主要為石灰?guī)r、紫色砂頁巖發(fā)育的粘土，土壤有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量、有效磷含量、全鉀含量都低，必須對土壤加以改良配制才行，因而在土壤中加入河沙、有機(jī)肥、谷殼灰等對土壤進(jìn)行改良，經(jīng)過多次配制實(shí)驗，選用了pH值為7.83，總氮為0.23%，有機(jī)磷為0.028 2%，速效鉀為0.176%的這組配方來進(jìn)行土壤的配比。

具體施工配制方法為:首先在取土點(diǎn)附近清理平整出一個約200 m2左右的平地作為配制場，把土壤挖松敲碎，清除大石粒及雜物，堆放厚度30 cm左右。稍干后把河沙、有機(jī)肥、谷殼灰等按比例均勻撒在土上，拌均勻后再集中堆放。在拌制好的種植土上灑水后用塑料薄膜覆蓋，經(jīng)過3個月左右的漚制后即可使用。

2.4 植物的選擇

由于我國四季分明，植物的選擇除應(yīng)充分考慮其耐旱性外，還必須綜合考慮其抗寒性能，所選植物的越冬溫度最好在0℃左右為宜。根據(jù)環(huán)境分析及垂直綠化要求，先選出25種植物做耐旱實(shí)驗，再種植在按1∶1的比例制作的混凝土箱體中，在野外進(jìn)行耐旱、耐寒性實(shí)驗，經(jīng)過觀察并記錄植物的生長情況，總結(jié)分析，最終選擇出了劍麻、常春藤等常綠、耐旱、耐寒的植物。這些植物經(jīng)過3個月的養(yǎng)護(hù)管理后，就可在自然環(huán)境下存活，粗放管理即可。

3 生態(tài)聲屏障應(yīng)用

為了檢驗其應(yīng)用效果，在湖南常吉高速公路k220+900～k221+186主干線右側(cè)建立一段生態(tài)聲屏障，并對其各項功能和降噪效果進(jìn)行了實(shí)地定量檢測，見圖8。

圖8 梯形聲屏障隔音降噪效果測試布點(diǎn)示意圖

圖8 說明:在k220+900～k221+186處的梯形生態(tài)聲屏障，分別設(shè)置A、B、C三條測試軸線，再在沒有聲屏障的地方設(shè)置一條軸線D做對比，每條軸線上分別設(shè)置4個測試點(diǎn)，如A軸線分別設(shè)置A0、A1、A2、A34 個測試點(diǎn)，A0為聲源測量點(diǎn)，處于公路土路肩上(即梯形聲屏障前方1.5 m處)，A1為距公路土路肩10 m處測試點(diǎn)，A2為距公路土路肩20 m處測試點(diǎn)，A3為距公路土路肩50 m處測試點(diǎn)。監(jiān)測時天氣晴朗，氣溫16℃ ～28℃，東北風(fēng)1～2級。

實(shí)測點(diǎn)的噪聲量情況見表2。

從表2可以看出，設(shè)置梯形生態(tài)聲屏障后，降噪效果較好，達(dá)到《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096—93)中的4類標(biāo)準(zhǔn)要求，而沒有設(shè)置生態(tài)聲屏障的D軸處，噪聲絕大部分超標(biāo)。

表2 實(shí)測點(diǎn)噪聲統(tǒng)計表

4 結(jié)語

1)建立生態(tài)型聲屏障吸隔聲復(fù)合降噪理論體系。主要技術(shù)原理為將生態(tài)綠化與吸隔聲降噪設(shè)施緊密結(jié)合，采用多層吸隔聲復(fù)合降噪結(jié)構(gòu)，并運(yùn)用專用垂直綠化技術(shù)，開發(fā)出生態(tài)型聲屏障產(chǎn)品。

2)開發(fā)配套的保水及自灌系統(tǒng)。植物給水主要來源于自灌系統(tǒng)，聲屏障擋土板及頂部蓄水槽也一定程度上收集了自然降雨，通過相關(guān)設(shè)計的配套設(shè)施形成了完善的給、排水系統(tǒng)。

3)生態(tài)聲屏障的應(yīng)用是兩型社會、兩型交通的具體體現(xiàn)，其不僅降低交通噪聲對居民區(qū)、學(xué)校的生活和學(xué)習(xí)環(huán)境影響，并且生態(tài)景觀效應(yīng)顯著，既有隔音功能，又具有綠化作用，對于打造舒適、綠色的宜居環(huán)境具有重要意義。此外，生態(tài)聲屏障產(chǎn)品的研發(fā)豐富了聲屏障類型，提高了聲屏障工程技術(shù)水平，具有較大的推廣應(yīng)用前景。

［1］JTJ 005—96，公路建設(shè)項目環(huán)境影響評價規(guī)范(試行)［S］.

［2］JTJ/T 006—98，公路環(huán)境保護(hù)設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］GBJ118—88，民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］JT/T646—2005，公路聲屏障材料技術(shù)要求和檢測方法［S］.

［5］任文堂.交通噪聲及其控制［M］.北京:人民交通出版社，1984.

［6］張玉芬.道路交通環(huán)境工程［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［7］單福慶.公路建設(shè)環(huán)境保護(hù)研究［M］.哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)出版社，1997.