声屏障在高速公路建设中的应用

摘 要：本文介绍了交通噪声的危害以及主要的防治措施，重点阐述声屏障降噪的原理、声屏障在高速公路建设应用。

关键词：噪音；危害；措施；设计；安全

一、公路交通噪声的危害

近年来随着我国经济的飞速发展，高速公路的建设速度也明显加快，伴随着公路的建设，近年来，交通的噪声污染问题也愈来愈严重，交通噪声污染已经成为人们面临的一个突出环境问题，严重影响人们的正常工作、学习和休息。大量研究证明，连续噪声可导致睡眠质量下降、使人多梦，而突发噪声可使人惊醒。

二、公路交通噪声的防治措施

降低公路交通噪声必须采取“预防为主”和“防治结合”的方针来综合治理，主要包括公路合理选线和规划布局、交通管理措施和噪声防治技术。根据声学原理，公路交通噪声的防治可以从声源、传播途径及受声点3个关键环节采取多种措施来减少噪声污染，改善声环境质量。目前对公路交通噪声控制比较有效的措施主要有开发研制低噪声车辆、建设低噪声路面、绿化带、声屏障、隔声门窗等。

经过综合的比较和国内外多年的使用经验，道路声屏障作为一种控制交通噪声的有效措施，一般3～6m高的声屏障，其声影区内降噪效果在5～12dB之间。三、声屏障的声学设计

3.1 声学原理

当噪声源发出的声波遇到声屏障时，它将沿着三条路径传播：一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点；一部分穿透声屏障到达受声点；一部分在声屏障壁面上产生反射。声屏障的插入损失主要取决于声源发出的声波沿这三条路径传播的声能分配。

3.1.1 绕射

越过声屏障顶端绕射到达受声点的声能比没有屏障时的直达声能小。直达声与绕射声的声级之差，称之为绕射声衰减，其值用符号Ld表示。声屏障的绕射声衰减是声源、受声点与声屏障三者几何关系和频率的函数，它是决定声屏障插入损失的主要物理量。

3.1.2 透射

声源发出的声波透过声屏障传播到受声点的现象。穿透声屏障的声能量取决于声屏障的面密度、入射角及声波的频率。声屏障隔声的能力用传声损失TL来评价。TL大，透射的声能小；TL小，则透射的声能大，透射的声能可能减少声屏障的插入损失，透射引起的插入损失的降低量称为透射声修正量。用符号ΔLt表示。通常在声学设计时，要求TL—Ld≥10dB，此时透射的声能可以忽略不计，即Lt≈0。

3.1.3 反射

当道路两侧均建有声屏障，且声屏障平行时，声波将在声屏障间多次反射，并越过声屏障顶端绕射到受声点，它将会降低声屏障的插入损失，由反射声波引起的插入损失的降低量称之为反射声修正量，用符号Lr表示。

3.2 声屏障声学设计

声屏障的声学设计主要包括声屏障高度、长度、厚度的确定。

3.2.1 声屏障高度的确定

为了确定声屏障的高度，应先确定噪声衰减量目标值和声程差，然后计算声屏障的高度。

（1）衰减量确定

衰减量是由声源到接收点的几何衰减与接收点预期声级之间的差值来确定的。公式如下：

式中 δ——衰减量（dB）；δ0——源强（A声级）（dB）；K——波数（点声源取20，线声源取10）；d——接收点距声源的距离（m）；d0——声源测试距离（m）；δc——接收点预期声级（dB）

（2）声程差确定①

式中a——声源至声屏障顶部的距离（m）；式中b——声屏障顶部至接收点的距离（m）；式中c——声源至接收点的距离（m）

（3）声屏障高度确定

将②、③式代人①式中，因为h、L1、L2、Φ均为已知值，故可求出声屏障的高度H。

3.2.2 长度的确定

（1）声屏障端部长度确定

计算公式如下：

式中 L’——声屏障端部长度（m）；R——顶部绕射衰减量（dB）

（2）声屏障总长度L

式中 L——声屏障长度（m）；L”——接收点长度（m）

4.2.3 厚度的确定

声屏障的声学厚度可按下式确定：

式中T——声屏障厚度（m）；f——声波频率（Hz）；r——材料的密度（kg/m3）

四、声屏障的结构设计

由于声屏障在高速公路上所设置的位置不同，要求控制交通噪声的目标不同，而且考虑景观等多种因素的影响，其形式也是多种多样。

4.1 上部设计

目前，如无特殊景观要求，声屏障上部一般采用由立柱与隔声（吸声）材料板交替沿高速公路延伸方向排列的形式，立柱起到支撑的作用，隔声（吸声）材料板固定在两立柱之间。立柱可根据实际要求采用钢立柱或混凝土立柱，目前国内外钢立柱使用较为普遍。

计算荷载中除考虑构造物自身荷载外，应着重考虑项目所在地区的恶劣天气对构造物产生的附加荷载的影响，如台风、暴雨、暴雪等。

风荷载在全国的各个区域内最为普遍，对声屏障影响最大，因此在结构设计中应收集当地近10年的气象资料和历史最大风速，根据50年一遇的频率计算声屏障所受的风荷载。

风荷载计算公式：

4.2 基础设计

根据声屏障在高速公路内设置的位置不同，其基础形式也存在较大差异。

（1）高速公路路基填方路段：声屏障一般采用混凝土条形基础，因为边坡存在坡率，基础埋深内外沿深度不同，埋深要求基础外沿埋入土中不小于80cm，混凝土基础下设置钢管桩，钢管桩应穿透路基人工填土层，打入原状土中。

（2）高速公路桥梁路段：高桥梁上部预应力混凝土简支或连续板、箱梁为桥梁结构物的重要组成部分，因此不能破坏固定声屏障。只能用混凝土防撞墩固定声屏障，因此桥梁上的声屏障不宜设置太高。在防撞墩身中钻孔或预埋锚栓，将声屏障锚固稳定。施工时应注意不要破坏防撞墩下的桥面排水系统及桥梁伸缩缝。

（3）高速公路挖方边坡或填方边坡地势平坦路段：高速公路挖方边坡段，声屏障应设置在碎落台处，地势平坦填方边坡段，声屏障应设置在排水沟外侧，避免影响高速公路路面排水。这两种情况，声屏障基础处土层基本上为原状土或人工填土很薄，基础可采用钢筋混凝土扩大基础，扩大基础之间采用混凝土地梁相接。扩大基础应设置在原状土层处，土层承载力不应小于100KPa，若实际承载力达不到标准，可在基础底换填一层中粗砂或碎石，增加其承载力。

5 声屏障的安全设计

安全设计是只为防止高速公路设置声屏障后，给高速公路行车、防火带来的不安全因素或对高速公路本身设施产生破坏可能的设计和研究。

5.1 逃生门设计

声屏障的设置可能在很长的区域内是连续的，发生交通事故后，司乘人员滞留在高速公路行车道上，非常危险，容易发生二次交通事故，带来严重的安全隐患。为了让司乘人员在发生交通事故后迅速撤离危险区，应保持高速公路灾害逃生的开放性，所以在较长的声屏障设置中增加逃生门设计是非常必要的。为防患以未然，在声屏障安全设计中应参考《公路隧道设计规范》，每100m内设计一道逃生门。

5.2 排水设施设计

高速公路路面雨水一般通过边坡流入排水沟，在设置声屏障后，如果阻拦或防碍路面排水，没有及时排除的雨水就会通过路面、边坡缝隙渗入路基内部，使路基土含水量过大，或使路基土部分溶入水流失，久而久之，引起路基下沉，路面开裂，影响行车安全。因此在声屏障设计时，宜设置在排水沟外侧，不影响其排水。声屏障如必须设置在排水沟内侧，则应在声屏障基础上预留排水通道。

六、总结

声屏障在高速公路建设应用时应灵活运用声屏障降噪原理，不同的位置采用不同的声屏障形式，同时注重声屏障的安全设计。

参考文献

[1] 中华人民共和国环境保护行业标准.声屏障声学设计和测量规范.Norm on Acoustical Design and Measurement of Noise Barriers.国家环境保护总局， 2004

[2] 潘岭松.公路交通噪声分析与防治.科技情报开发与经济，2006，24（14）