公路声屏障设计中几个问题的探讨

王静丽

(山西省公路局忻州分局，山西忻州 034000)

0 引言

伴随着路网等级的明显提高，随之而来的是大交通量带来的交通噪声扰民问题日益突出，公路声屏障应运而生。我国第一座公路声屏障在贵州到黄果树瀑布的一级汽车专用公路上诞生。

1 声屏障降噪原理

声屏障是使声波在传播中受到阻挡，从而达到在特定位置上的降噪作用的装置。噪声在传播途径中遇到障碍物的时候，如果障碍物的尺寸远大于声波长时，大部分声能被反射和吸收，一部分绕射，于是会在障碍物背后一定距离内形成“声影区”，声影区的大小与声音的频率和屏障高度等等有关，频率越高，声影区的范围就越大。

噪声传播途径中遇到声屏障时传播路线如图1所示，噪声源辐射的噪声遇到声屏障后，会沿着以下四条途径传播:第一是直达声波直接传给未被声屏障的接收点(受声点);第二条途径是绕射至声屏障屏蔽区，声屏障绕射角越大，屏蔽区中的噪声级越低，即较大的绕射角比较小的绕射角的绕射声能低;第三条途径是声波直接透过声屏障到达屏蔽区域;第四条途径是声波在声屏障壁面上产生反射(见图1)。

图1 声屏障降噪原理图

声屏障的减噪量与噪声的频率、屏障的高度以及声源与接收点之间的距离等因素有关。声屏障的减噪效果与噪声的频率成分关系很大，对大于2 000 Hz的高频声比800 Hz～1 000 Hz左右的中频声的减噪效果要好，但对于25 Hz左右的低频声，则由于声波波长较长而很容易从屏障上方绕射过去，所以效果就差。声屏障的高度，可根据声源与接收点之间的距离设计，屏障的高度增加一倍，减噪量可增加6 dB，为了使屏障的减噪效果较好，应尽量使屏障靠近声源或接收点。在公路和附近建筑物规划时，应尽量使保护对象处于声影区内。

声屏障的绕射减噪量是决定声屏障减噪量的主要物理量。声屏障的透射降低量应尽量为零，声屏障的反射降低量决定于声屏障的高度、受声点至屏障及公路的距离、受声点的高度、两个平行屏障间的距离，还决定于双屏障临公路一侧吸声结构的吸声系数，声屏障的净减噪量决定于声屏障的绕射减噪量、透射减噪量及反射降低量，其计算公式为:

净减噪量=绕射减噪量－透射降低量－反射降低量。

上式表明，提高声屏障的减噪效果必须增大绕射值，减小透射值及反射值。声屏障设计图见图2。

图2 声屏障设计图

2 声屏障的结构稳定性

声屏障的结构设计主要考虑在风荷载作用下，声屏障基础、上部结构及其连接部位的牢固和稳定性。在设计时大都采用挠度值取1/300作为整体稳定技术指标参数，为保证基础的稳固，整体结构的抗滑技术指标为1．3，抗倾覆技术指标为1．5。在风荷载的长期作用下为保证其基础的牢固性，要根据不同结构的基础以及与主体工程构筑物(混凝土防护栏)的连接形式，分别选取受力对象进行研究，在高架道路上修筑声屏障，其基础是直接将钢支架锚固在混凝土护栏的顶端，混凝土护栏就成为受力研究对象。声屏障所受到风荷载是额外加载在混凝土护栏上的，在理论上验证混凝土护栏受力情况时，应将外加风荷载与最大抗撞击荷载进行组合，以确保外加在声屏障上的风荷载对混凝土护栏稳定性的不利影响在合理范围内。对于声屏障上部结构的稳定性，要分两部分进行受力分析。一部分是钢支架的整体稳定性，主要通过验算挠度来确定采用钢支架的尺寸及型号;另一部分是钢支架与混凝土护栏连接部位的强度，在混凝土护栏稳定的条件下，这个强度会直接影响声屏障的基础的牢固性，其设计分为两种:采用混凝土护栏施工时在其顶部预埋普通螺栓(称为预埋法)，其优点是:强度高，安全可靠，耐久性长，缺点是:定位精度不高，误差大，造成声屏障施工中每开间的距离不等影响美观，在施工中要进行多次调整。还有一种办法是采用在混凝土护栏施工完毕后在其顶部将普通螺栓植入混凝土护栏的顶部(种植化学螺栓)，其优点是:定位精度高，误差小，施工方便，缺点是:强度较预埋法低，耐久性差。在实际施工中一般会结合两种方法使用，做到互补。

3 声屏障选用及结构设计原则

1)安全:声屏障的声学要求计算确定了它的几何尺寸和位置之后，要从安全角度进行结构设计，要有足够的安全系数，特别是建于立交桥或公路桥上的屏障，应进行桥梁承重的安全设计。2)要谨慎选择和设计屏障的材料与修筑样式，以易于清洗与维护，保护屏障的声学功能不退化。3)隔声量大:平均隔声量应不小于35 dB。4)吸声效率高:尽量将声屏障建成吸声式屏障，可以在屏障临公路之侧铺吸声结构，一般在公路两侧修建平行屏障，或修建单屏障，而公路另一侧有与屏障竖直面平角小于15°的障碍物时，也应修建吸声式屏障。吸声系数应在0．05～1之间，吸声结构的吸声特性曲线基本与公路交通噪声的频谱曲线一致，吸声频谱的峰值频率要包含声源频谱的峰值频率，以提高其吸声效率。5)美观:可选择多种色彩和造型进行组合，与周围环境协调，形成亮丽风景线。6)经济:装配式施工，提高工作效率，缩短施工时间，可节省施工费及人工费。7)方便:与其他制品并行安装，易维修，更新方便。8)高强度:结合各地区不同的气候条件，在结构设计时充分考虑风荷载，保证足够的强度。9)耐用:应具有耐水性、耐热性、抗紫外线，不会因雨水温度变化引起降低性能或品质异常。10)低成本:在上述基础上尽量降低屏障的造价和保养费用。

4 声屏障基础施工要求

1)修筑于路基上的声屏障基础应与路基同步修建，不得因其施工而损坏、影响路基的稳固与安全。声屏障的基础施工宜在路基本体成型后、轨道铺设及电缆槽施工前;施工前应查清路基上各类管线的位置;依据声屏障基础尺寸及其在路肩的位置切割开槽，切割开槽时严禁破坏各类管线。2)声屏障必须建在距车行道边缘1．2 m以外地带，建在路边时要有防撞设施。3)声屏障基础应按设计要求施工伸缩缝。声屏障基础每20 m～30 m长设置一个伸缩缝。施工中应结合现场地形确定具体伸缩缝位置。4)声屏障基础应按设计要求预埋排水管，排水出口不得冲刷路基，路基声屏障应设排水设施，外侧排水出口应避免对路基边坡产生冲刷，并防止漏声。5)基础与电缆槽、接触网支柱之间、与路肩面的缝隙等均应用沥青混凝土做防水层。声屏障是防治交通噪声尤其是高架道路交通噪声的有效措施，但是声屏障的降噪效果不仅与声屏障的结构形式、选择用材料的品质、安装质量以及设置高度有关外，还与声屏障的位置、范围、使用环境和测点位置有关。只要其中一个因素发生较大变化，就可能较大程度影响声屏障的实际效果。近年来提倡在声屏障内、前与后面种植各类植物，将声屏障设计为能栽种花草的形式，使屏障四季长青成为绿色的屏障，既减少噪声污染，又杜绝乱涂乱画，还能起到美化环境的作用，并在小范围内起到调节气候作用，在此基础上保持与公路及周围环境的整体性、一致性、和谐性，可以说是一举多得的构思。可以说既满足声学、力学要求又能运用美学观点设计的声屏障是一种发展趋势。

［1］聂嘉宣．公路声屏障设计方法探讨［J］．中国公路学报，1992(3):45-46．

［2］张 彬，宋雷鸣，张新华．城市道路声屏障研究与设计［J］．噪声与振动控制，2004(4):78-79．

［3］姚 成．我国公路交通环境降噪方法的理论和应用［J］．环境工程，1999(8):92-93．