高速公路聲屏障設計諸多問題探討與新思路
摘要：對河北省京秦高速公路聲屏障設計中遇到的傳統的聲學設計方法與基礎受力的沖突問題、設置聲屏障的線形與道路構筑物協調問題、如何提高安全性問題及如何增加聲屏障整體密封效果問題的解決，并達到預期降噪效果的實例，簡析高速公路聲屏障設計中如何因勢利導，轉變思路而形成設計新思路，以供與大家一同探討。
近年來，隨著我國的交通基礎設施建設的迅速發展，與公路配套的交通、環保技術逐漸發展起來，極大的促進了我國公路的功能性全面升級。
越來越多的高速公路（尤其是早期建設的）由于交通噪聲的日益嚴重屢遭沿線居民的投訴或上訪，給公路的養護和管理者帶來極大的工作難度。為了貫徹“建設和諧社會”的指導精神，管理者們想盡各種辦法去探討交通噪聲擾民問題的解決之道。而通過諸多方面的論證，選擇建造聲屏障是解決交通噪聲擾民的最有效途徑，其顯著的優勢在于：
(1) 具有一定的降噪效果（一般5dB-10dB）；
(2) 有平復沿線居民的心理暗示作用；
(3) 不存在再次拆遷占地問題；
(4) 一次性投入，見效快，養護成本低廉。
隨著聲屏障措施受到公路環保領域的認可，建造的數量和規模也呈現逐年激增之勢，然而聲屏障設計與建造方法始終沒有統一的標準，筆者通過對河北省京秦高速公路聲屏障設計中遇到的諸多問題與設計方共同探討，提出一些新的設計思路，以供大家共同研究和討論。
1 京秦高速公路的噪聲環境現狀
京秦高速公路位于河北省東北部，路線起于天津交界的寶坻，終于山海關，沿線經唐山、秦皇島兩市六縣四區、全長199km。京秦高速公路按全封閉、全立交、雙向六車道高速公路標準建設。其主要技術指標見表1-1。
表1-1 高速公路主要技術指標
|
公路沿線的鴉鴻橋、張莊村及陳斗村三個噪聲敏感點遭到當地居民的噪聲投訴最多，在進行監測后，發現超標情況的確嚴重，主要原因是車流量的大幅增長，交通量及噪聲實測值見表1-2。
表1-2 交通量及噪聲實測值(單位：輛/小時，dB)
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
注：數據由項目環境竣工驗收報告摘錄，數據監測單位是秦皇島市監測站。車型構成比：大、中車55.9%、小車44.1%。
從上述2007年的現場調查顯示，沿線交通噪聲明顯增加，以鴉鴻橋處為例，2000年夜間為59.6dB，現在已達到66.6dB，增加噪聲7dB左右。這主要是車流量的增長迅速，由2000年的夜間每小時平均142輛增至2007年的602輛，車流量增加3倍左右，其中大車增加比例最大。
修建時間早、路面寬（6車道）、車流量大，噪聲影響異常嚴重，針對該路的這些特點，噪聲治理具有較大難度，并且出現了很多設計其它道路時沒有出現的新問題，應對新問題就會有新的思路產生。
2 聲屏障設計遇到的新問題
2.1傳統的聲學設計方法與基礎受力的沖突
（1）規范規定的聲學設計方法
根據《城市區域環境噪聲標準》（GB3096-1993）確定敏感點的噪聲執行標準限值，以確定理論降噪的目標值，即現狀值與標準限值的差值。京秦高速公路的敏感點為4類標準的執行限值（晝間70dB；夜間55dB）。以此進行確定鴉鴻橋處夜間超標11.6dB；設計目標值就應大于11.6dB。其它兩處以此類推。
再根據降噪設計的基本原理及《聲屏障聲學設計和測量規程》（HJ/T90-2004）的要求確定。利用每個敏感點與道路位置（距離和高程）關系，進行聲屏障插入損失的計算，并充分利用周圍地形情況，找出符合設計目標值的最佳設置位置及高度。通過理論計算聲屏障遮蔽高度在3.5-4.0m之間。
（2）已有構筑物的外加荷載較小
但是由于該路建造于1999年，邊坡、橋梁及通道的使用年限已經較長，無法滿足建造過高聲屏障所帶來外加（風或沖擊）荷載的安全性要求，同時基礎埋深及間距都不能過密以影響路基邊坡的穩定性。同過結構受力核算，聲屏障高度不能超過3.5m，間距最好不大于3m。
（3）通過造型設計彌補遮蔽高度不足的缺陷
在這種情況下，既要滿足聲學降噪目標值又要滿足結構穩定性要求，經過方案論證，最終確定應用兩個方法進行遮蔽高度不足的彌補：一、改變直立造型為頂部圓弧造型，通過增加噪聲屏蔽面積，以增加有效遮蔽高度；二、設置頂部吸聲裝置—吸聲帽，增加對頂部的噪聲吸收率，來通過延長噪聲傳播途徑，以達到于與增加有效遮蔽高度同等的作用。
 |
圖2-1造型變化及增加吸聲體
2.2設置聲屏障的線形與道路構筑物協調問題
聲屏障作為一個線性工程，必然要跨越道路已有構筑物——橋梁、通道、路基邊坡等，由于聲屏障在構筑物路段設置的位置不同：橋梁段設置在橋梁外側或頂部；通道上設置頂部；路基上設置在距離路肩邊緣外側1m處，必然會出現聲屏障不在同一軸線的情況。一般設計上處理是在橋梁（通道）與路基的過渡段做成折角形。但是在京秦路上橋梁與路基的過渡段上出現了另一種形式——擋墻段，而擋墻段只能將基礎設置在頂部，這樣一來，該段就出現了以橋梁、擋墻及路基中心分別為軸心的三條軸線，其中擋墻的軸線最靠近路側，這就形成了“褶皺”現象，詳見2-2圖聲屏障軸線示意圖。
 |
圖2-2聲屏障軸線示意圖
為避免這一現象發生，就要讓擋墻及通道過渡段必須保持在一個軸線上，這就意味著擋墻處的立柱軸心與橋梁段立柱軸心必須在一條線上，必須調整橋梁或擋墻處立柱的設計位置，最后確定調整擋墻處立柱的位置以保證與橋梁段保持在一個軸線上。見圖2-3擋墻處立柱設計形式，見圖2-4調整完線位效果。
 |
圖2-3擋墻處立柱設計形式
 |
圖2-4調整后平滑軸線
2.3 如何提高聲屏障的安全性問題
因為京秦高速公路建設的比較早，路基邊坡及橋梁通道段設計都有一定的附加荷載限制，所以在設計過程中，重點是加強其整體穩固性，同時考慮撞擊破壞時的屏體安全問題。采取了如下措施：
（1）橋梁段，將聲屏障設置在砼防撞墻外側，受車輛沖擊時，砼防撞墻可以對屏體進行保護，同時利用設計可拆卸拉桿進行整體連接，增加群體性能。
（2）路堤段，將聲屏障設置在距離路肩邊緣0.95m出，距離波形板護欄1.1m位置，比《公路環境保護設計規范》（JTJ/T006-1998）的要求還增加了10%余量，以確保波形板防撞護欄有更大的防撞變形空間，盡量保護聲屏障不受損害。基礎設計采用梁體嵌入樁基礎的結構形式，增強其整體連接作用。
（3）通道段，由于通道段只能和波形板護欄間錯排布，故采用防撞擊設計，整體采用防墜落設計方法，同時在2m高范圍內后部設計3排拉桿，即使板材受撞擊變形也不會飛落傷人。
2.4 如何增加聲屏障整體密封效果問題
（1）橋梁（通道）段
橋梁段屏體掛在砼護欄外側，屏體與護欄頂部存在2～3cm的軸向縫隙，為提高密封性能，設計的屏體與砼護欄頂部有5cm的搭接，同時再采用金屬扣條進行封扣。通道段直接使用扣條密封。
（2）路堤段
路堤段主要是排水溝處漏聲嚴重，因為排水溝基本是與止水帶連通，均高出路基邊坡10cm左右，做基礎梁體時不進行處理，會出現極大的漏聲點，故設計上在此處進行預埋PVC排管，管道彎曲成直角“Z”形，并設置攔渣網，盡量減少聲音直接投射。
3 解決新問題產生新思路
通過對該路聲屏障設計中遇到新問題的逐一解決，其實就是在醞釀和構思設計的新思路。聲屏障的高度一直是受到路基承載的安全性限制的，但通過增加頂部吸聲體而達到增加有效屏蔽高度的效果，是一種新的嘗試，這種方法只在城市道路中使用過，本是無奈之舉，但在高速公路上卻充分發揮了其優勢；聲屏障的線形是最重要的外觀指標，往往受制于道路已有的構筑物限制，但是轉變思路，通過對上部結構的調整來彌補這一不足，有時也能收到預期的效果；安全性問題一直是重中之重的問題，在規范的允許范圍內，充分利用已有的安全設施進行合理保護，同時對薄弱環節（通道段）進行保護，安全系數必然會大大的增加的；聲屏障的密封性是設計中盡量要克服的首要問題，通過合理利用聲學自身的原理，使噪聲有效的疏導，多繞幾個“圈”，同樣起到遮蔽同等的效果，這樣問題看起來 就不會特別的棘手了。
所以遇到新問題不斷的轉化思路，從正反兩個方面考慮，就會對設計者有很大的啟迪，使大家能夠游刃有余的解決好新問題，開拓出新思路。
4 結 語
京秦高速公路聲屏障施工驗收后，基本達到設計的降噪要求，見表4-1。
表4-1 聲屏障建成后噪聲變化
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
