王靜麗

(山西省公路局忻州分局，山西忻州 034000)

0 引言

伴隨著路網(wǎng)等級(jí)的明顯提高，隨之而來(lái)的是大交通量帶來(lái)的交通噪聲擾民問(wèn)題日益突出，公路聲屏障應(yīng)運(yùn)而生。我國(guó)第一座公路聲屏障在貴州到黃果樹(shù)瀑布的一級(jí)汽車專用公路上誕生。

1 聲屏障降噪原理

聲屏障是使聲波在傳播中受到阻擋，從而達(dá)到在特定位置上的降噪作用的裝置。噪聲在傳播途徑中遇到障礙物的時(shí)候，如果障礙物的尺寸遠(yuǎn)大于聲波長(zhǎng)時(shí)，大部分聲能被反射和吸收，一部分繞射，于是會(huì)在障礙物背后一定距離內(nèi)形成“聲影區(qū)”，聲影區(qū)的大小與聲音的頻率和屏障高度等等有關(guān)，頻率越高，聲影區(qū)的范圍就越大。

噪聲傳播途徑中遇到聲屏障時(shí)傳播路線如圖1所示，噪聲源輻射的噪聲遇到聲屏障后，會(huì)沿著以下四條途徑傳播:第一是直達(dá)聲波直接傳給未被聲屏障的接收點(diǎn)(受聲點(diǎn));第二條途徑是繞射至聲屏障屏蔽區(qū)，聲屏障繞射角越大，屏蔽區(qū)中的噪聲級(jí)越低，即較大的繞射角比較小的繞射角的繞射聲能低;第三條途徑是聲波直接透過(guò)聲屏障到達(dá)屏蔽區(qū)域;第四條途徑是聲波在聲屏障壁面上產(chǎn)生反射(見(jiàn)圖1)。

圖1 聲屏障降噪原理圖

聲屏障的減噪量與噪聲的頻率、屏障的高度以及聲源與接收點(diǎn)之間的距離等因素有關(guān)。聲屏障的減噪效果與噪聲的頻率成分關(guān)系很大，對(duì)大于2 000 Hz的高頻聲比800 Hz～1 000 Hz左右的中頻聲的減噪效果要好，但對(duì)于25 Hz左右的低頻聲，則由于聲波波長(zhǎng)較長(zhǎng)而很容易從屏障上方繞射過(guò)去，所以效果就差。聲屏障的高度，可根據(jù)聲源與接收點(diǎn)之間的距離設(shè)計(jì)，屏障的高度增加一倍，減噪量可增加6 dB，為了使屏障的減噪效果較好，應(yīng)盡量使屏障靠近聲源或接收點(diǎn)。在公路和附近建筑物規(guī)劃時(shí)，應(yīng)盡量使保護(hù)對(duì)象處于聲影區(qū)內(nèi)。

聲屏障的繞射減噪量是決定聲屏障減噪量的主要物理量。聲屏障的透射降低量應(yīng)盡量為零，聲屏障的反射降低量決定于聲屏障的高度、受聲點(diǎn)至屏障及公路的距離、受聲點(diǎn)的高度、兩個(gè)平行屏障間的距離，還決定于雙屏障臨公路一側(cè)吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù)，聲屏障的凈減噪量決定于聲屏障的繞射減噪量、透射減噪量及反射降低量，其計(jì)算公式為:

凈減噪量=繞射減噪量－透射降低量－反射降低量。

上式表明，提高聲屏障的減噪效果必須增大繞射值，減小透射值及反射值。聲屏障設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖2。

圖2 聲屏障設(shè)計(jì)圖

2 聲屏障的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

聲屏障的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮在風(fēng)荷載作用下，聲屏障基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)及其連接部位的牢固和穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)時(shí)大都采用撓度值取1/300作為整體穩(wěn)定技術(shù)指標(biāo)參數(shù)，為保證基礎(chǔ)的穩(wěn)固，整體結(jié)構(gòu)的抗滑技術(shù)指標(biāo)為1．3，抗傾覆技術(shù)指標(biāo)為1．5。在風(fēng)荷載的長(zhǎng)期作用下為保證其基礎(chǔ)的牢固性，要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)以及與主體工程構(gòu)筑物(混凝土防護(hù)欄)的連接形式，分別選取受力對(duì)象進(jìn)行研究，在高架道路上修筑聲屏障，其基礎(chǔ)是直接將鋼支架錨固在混凝土護(hù)欄的頂端，混凝土護(hù)欄就成為受力研究對(duì)象。聲屏障所受到風(fēng)荷載是額外加載在混凝土護(hù)欄上的，在理論上驗(yàn)證混凝土護(hù)欄受力情況時(shí)，應(yīng)將外加風(fēng)荷載與最大抗撞擊荷載進(jìn)行組合，以確保外加在聲屏障上的風(fēng)荷載對(duì)混凝土護(hù)欄穩(wěn)定性的不利影響在合理范圍內(nèi)。對(duì)于聲屏障上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，要分兩部分進(jìn)行受力分析。一部分是鋼支架的整體穩(wěn)定性，主要通過(guò)驗(yàn)算撓度來(lái)確定采用鋼支架的尺寸及型號(hào);另一部分是鋼支架與混凝土護(hù)欄連接部位的強(qiáng)度，在混凝土護(hù)欄穩(wěn)定的條件下，這個(gè)強(qiáng)度會(huì)直接影響聲屏障的基礎(chǔ)的牢固性，其設(shè)計(jì)分為兩種:采用混凝土護(hù)欄施工時(shí)在其頂部預(yù)埋普通螺栓(稱為預(yù)埋法)，其優(yōu)點(diǎn)是:強(qiáng)度高，安全可靠，耐久性長(zhǎng)，缺點(diǎn)是:定位精度不高，誤差大，造成聲屏障施工中每開(kāi)間的距離不等影響美觀，在施工中要進(jìn)行多次調(diào)整。還有一種辦法是采用在混凝土護(hù)欄施工完畢后在其頂部將普通螺栓植入混凝土護(hù)欄的頂部(種植化學(xué)螺栓)，其優(yōu)點(diǎn)是:定位精度高，誤差小，施工方便，缺點(diǎn)是:強(qiáng)度較預(yù)埋法低，耐久性差。在實(shí)際施工中一般會(huì)結(jié)合兩種方法使用，做到互補(bǔ)。

3 聲屏障選用及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

1)安全:聲屏障的聲學(xué)要求計(jì)算確定了它的幾何尺寸和位置之后，要從安全角度進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要有足夠的安全系數(shù)，特別是建于立交橋或公路橋上的屏障，應(yīng)進(jìn)行橋梁承重的安全設(shè)計(jì)。2)要謹(jǐn)慎選擇和設(shè)計(jì)屏障的材料與修筑樣式，以易于清洗與維護(hù)，保護(hù)屏障的聲學(xué)功能不退化。3)隔聲量大:平均隔聲量應(yīng)不小于35 dB。4)吸聲效率高:盡量將聲屏障建成吸聲式屏障，可以在屏障臨公路之側(cè)鋪吸聲結(jié)構(gòu)，一般在公路兩側(cè)修建平行屏障，或修建單屏障，而公路另一側(cè)有與屏障豎直面平角小于15°的障礙物時(shí)，也應(yīng)修建吸聲式屏障。吸聲系數(shù)應(yīng)在0．05～1之間，吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲特性曲線基本與公路交通噪聲的頻譜曲線一致，吸聲頻譜的峰值頻率要包含聲源頻譜的峰值頻率，以提高其吸聲效率。5)美觀:可選擇多種色彩和造型進(jìn)行組合，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，形成亮麗風(fēng)景線。6)經(jīng)濟(jì):裝配式施工，提高工作效率，縮短施工時(shí)間，可節(jié)省施工費(fèi)及人工費(fèi)。7)方便:與其他制品并行安裝，易維修，更新方便。8)高強(qiáng)度:結(jié)合各地區(qū)不同的氣候條件，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮風(fēng)荷載，保證足夠的強(qiáng)度。9)耐用:應(yīng)具有耐水性、耐熱性、抗紫外線，不會(huì)因雨水溫度變化引起降低性能或品質(zhì)異常。10)低成本:在上述基礎(chǔ)上盡量降低屏障的造價(jià)和保養(yǎng)費(fèi)用。

4 聲屏障基礎(chǔ)施工要求

1)修筑于路基上的聲屏障基礎(chǔ)應(yīng)與路基同步修建，不得因其施工而損壞、影響路基的穩(wěn)固與安全。聲屏障的基礎(chǔ)施工宜在路基本體成型后、軌道鋪設(shè)及電纜槽施工前;施工前應(yīng)查清路基上各類管線的位置;依據(jù)聲屏障基礎(chǔ)尺寸及其在路肩的位置切割開(kāi)槽，切割開(kāi)槽時(shí)嚴(yán)禁破壞各類管線。2)聲屏障必須建在距車行道邊緣1．2 m以外地帶，建在路邊時(shí)要有防撞設(shè)施。3)聲屏障基礎(chǔ)應(yīng)按設(shè)計(jì)要求施工伸縮縫。聲屏障基礎(chǔ)每20 m～30 m長(zhǎng)設(shè)置一個(gè)伸縮縫。施工中應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形確定具體伸縮縫位置。4)聲屏障基礎(chǔ)應(yīng)按設(shè)計(jì)要求預(yù)埋排水管，排水出口不得沖刷路基，路基聲屏障應(yīng)設(shè)排水設(shè)施，外側(cè)排水出口應(yīng)避免對(duì)路基邊坡產(chǎn)生沖刷，并防止漏聲。5)基礎(chǔ)與電纜槽、接觸網(wǎng)支柱之間、與路肩面的縫隙等均應(yīng)用瀝青混凝土做防水層。聲屏障是防治交通噪聲尤其是高架道路交通噪聲的有效措施，但是聲屏障的降噪效果不僅與聲屏障的結(jié)構(gòu)形式、選擇用材料的品質(zhì)、安裝質(zhì)量以及設(shè)置高度有關(guān)外，還與聲屏障的位置、范圍、使用環(huán)境和測(cè)點(diǎn)位置有關(guān)。只要其中一個(gè)因素發(fā)生較大變化，就可能較大程度影響聲屏障的實(shí)際效果。近年來(lái)提倡在聲屏障內(nèi)、前與后面種植各類植物，將聲屏障設(shè)計(jì)為能栽種花草的形式，使屏障四季長(zhǎng)青成為綠色的屏障，既減少噪聲污染，又杜絕亂涂亂畫(huà)，還能起到美化環(huán)境的作用，并在小范圍內(nèi)起到調(diào)節(jié)氣候作用，在此基礎(chǔ)上保持與公路及周圍環(huán)境的整體性、一致性、和諧性，可以說(shuō)是一舉多得的構(gòu)思。可以說(shuō)既滿足聲學(xué)、力學(xué)要求又能運(yùn)用美學(xué)觀點(diǎn)設(shè)計(jì)的聲屏障是一種發(fā)展趨勢(shì)。

［1］聶嘉宣．公路聲屏障設(shè)計(jì)方法探討［J］．中國(guó)公路學(xué)報(bào)，1992(3):45-46．

［2］張 彬，宋雷鳴，張新華．城市道路聲屏障研究與設(shè)計(jì)［J］．噪聲與振動(dòng)控制，2004(4):78-79．

［3］姚 成．我國(guó)公路交通環(huán)境降噪方法的理論和應(yīng)用［J］．環(huán)境工程，1999(8):92-93．