高速公路声屏障设计实例分析

第４２卷第１期　交通标准化　Ｖｏ１．４２　Ｎｏ．１　２０１４年１月　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ　Ｊａｎ．２０１４　高速公路声屏障设计实例分析　叶　炯　（江苏省交通科学研究院股份有限公司，江苏南京２１１１１２）　摘要：以沪宁高速公路声屏障设计为例，对高速公路的声屏障设计思路进行概括与总结，提出了声屏障设计的主　要控制因素与关键节点，可为类似工程设计提供参考与借鉴。　关键词：高速公路；声屏障；声环境；降噪　中图分类号：Ｕ４９１．９１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００２—４７８６（２０１４）０１—０００８—０３　Ｅｘａｍｐｌｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　Ｓｏｕｎｄ　Ｂａｒｒｉｅｒ　ＹＥ　Ｊｉｏｎｇ　（Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１　１　１　１２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｓｏｕｎｄ　ｂａｒｒｉｅｒ　ｏｎ　Ｈｕ－Ｎｉｎｇ　Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｄｅａｓ　ｏｆ　ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　ｓｏｕｎｄ　ｂａｒｒｉｅｒ　ａｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆａｃｔｏｒｓ　ａｎｄ　ｋｅｙ　ｎｏｄｅｓ　ａｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．Ｉｔ　ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ；ｓｏｕｎｄ　ｂａｒｒｉｅｒ；ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｎｏｉｓｅ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　０　引言　２高速公路声屏障设计的主要控制因素　２．１声环境敏感点的筛选　声屏障是防治噪声污染的一种常用措施．由于　其具备较好的降噪效果且实施便捷．在公路交通领　域应用较为广泛。声屏障设计需要熟悉声学、环境　作为一种降噪手段．声屏障具有自身的局限　性，并非所有的超标情况都适用．因此，在进行设　计时．首先需筛选出适合设置声屏障的敏感点．保　学、材料学、结构工程等专业的相关知识，通过对　沪宁高速公路声屏障设计案例的分析．可以整理出　一证设计的合理性　声屏障降噪的原理是通过在声源与受声点之　套系统的设计思路．为同类工程提供一些参考和　借鉴　１沪宁高速公路声屏障设计概况　间插入屏障，对声波的传送形成阻碍、反射或吸　收．声波绕过声屏障到达受声点的距离与声波直　达受声点的距离之差ｄ　＋ｄｚ—ｄ为声程差（见图１），　其值越高，降噪效果越好　因此，敏感点与路肩　通过多次现场调查．对设计范围内的１５３个声　环境敏感点进行了梳理．最终选择４１个敏感点作为　本次声屏障设计目标，并将其范围、高差、距离等　的距离、与路基的高差都是直接影响声屏障降噪　效果的重要因素　此外．还需考虑敏感点所在地　相关数据整理后列表　根据沪宁高速公路改扩建工　程环境影响报告书中各敏感点所属声环境功能区的　质量标准以及噪声超标值，确定声学设计的标准：　的噪声源情况．若受多条交通干线的影响较大．　仅在一条道路上设置声屏障无法明显降低敏感点　的噪声。　在设计案例中．综合考虑敏感点位置、房屋现　声屏障插入损失化为８～１０ｄＢ（Ａ）　经计算．声屏障　的有效高度为４．５ｍ．总长度为７　７７０延米。声屏障　结构形式采用直立弧形．中部为透明隔声屏体．上　部及下部为吸声屏体　状、噪声污染源现状之后，对敏感点进行筛选，列　出离路肩距离￣＜７０ｍ、附近无其他交通干道的４１个　敏感点作为设计目标　作者简介：叶炯（１９８０一），男，湖北十堰人，工程师，从事环保３－－程设计与环境影响评价相关Ｘ－作。　收稿日期：２０１３—０８—２１　第４２卷第１期　叶炯：高速公路声屏障设计实例分析　９　价、屏体材料等因素所限．目前大多数高速公路声　屏障实际降噪量一般为６～ｌＯｄＢ．若想达到更好的　效果，屏体高度、长度均需超出常规．会导致性价　比大大下降，并可能对高速公路产生不利影响　２．３结构安全　结构安全包括声屏障自身结构的安全及高速公　路的基础结构安全．在声屏障结构设计中必须两者　兼顾。同时，结构安全也是对声屏障高度设计的一　图１声屏障降噪原理　个限制．在确定设计方案前．应考虑周全　有可能对高速公路造成不利影响的主要是声屏　障基础部分．包括在路基边坡上设置的基础形式．　以及与通道、桥梁护栏的连接部分　路基段基础需　考虑在不利荷载作用下的边坡稳定性、基础抗倾覆　２．２降噪目标值的确定　降噪目标值是声屏障声学设计的基础数据．直接　影响声屏障高度、长度、材料、形式的计算和选择，　确定合理的降噪目标值是做好声屏障设计的前提　理论上．降噪目标值应大于或等于各敏感点环　境噪声超标值．超标值可参照环境影响报告书中相　性、排水、变形等问题；通道、桥梁段则主要考虑　锚固方式，需有足够的抗剪、抗拔能力。　关数据．或根据实际车流量预测后计算得出　但根　据实际工程经验，受结构安全、施工难度、工程造　Ｈ型钢立柱　根据声屏障所受荷载，可确定路基段、通道段　及桥梁段声屏障的基础形式．如图２所示　柱　脚连接钢板　Ｍ２４化学螺栓深度２　’＼【　／　／，　双螺母固定　（ａ　路基段声屏障基础　（ｂ）通道段声屏障基础　（ｃ）桥梁段声屏障基础　图２不同路段声屏障基础形式　（单位：ｍｍ）　３关键节点　高速公路的噪声等效频率取５００Ｈｚ：声速取　３４０ｍ／ｓ：声程差则需根据各敏感点位置进行计算，　一３．１声屏障高度及长度的设计　声屏障高度设计采用绕射声衰减公式．通过预设　高度来计算衰减量，若满足降噪目标则预设高度成立，　否则需调整预设高度，反复核算，计算公式如下：　１０ｌｇ　△Ｌ＝　ｓ　般情况下．建议预设屏体高度为３～４ｍ　以上公式适用于无限长声屏障的计算．也是声屏　障的降噪能力上限。在实际工程中．声屏障长度显然是　有限的．需要以线声源与声屏障长度的遮蔽角对计算结　果进行修正．才能得出更符合实际的结论　３．２降噪材料的选择　降噪材料从原理上主要分为隔声材料和吸声材　料　为保证采光及景观效果．公路工程目前常用的　隔声材料多为透明型，主要为ＰＣ板、钢化夹膜玻　４—１㈩　象，　刨　绕射声衰减；　式中：△　厂＿卜声波频率，Ｈｚ；　声速，ｍ／ｓ；　中间量。　６——声程差，ｍｓ；　ｃ——璃及亚克力：常用吸声材料有玻璃钢吸声板、铝合　金吸声板、泡沫铝等。　降噪材料的选择首先考虑的是其降噪效果．隔　——１０　交通标准化　２０１４年１月　声材料在指标上表现为计权隔声量尺…吸声材料则　包括降噪系数ＮＲＣ、吸声系数ＯＬ。由于使用环境在　户外，要求材料具有较好的耐候性，此外，物理、　力学性能及造价也是材料选择中需要着重考虑的　３．３结构复核　结构的重点包括荷载及受力计算、立柱稳定性　及螺栓强度验算等，需逐一复核，保证结构的安全。　３－３．１风荷载　根据《建筑结构荷载规范》（ＧＢ　５００９－－２０１２）　垂直建筑物表面风载荷标准值　计算公式：　＾＝　。　ｆ。　ｋ‘Ｏ）０　式中：　——高度　处的阵风系数；　厂风载荷局部体型系数；　——，风压高度变化系数；　地区基本风压．ｋＮ／ｍ２。　地区基本风压按苏州、无锡、常州三地５０年重　现期下的最大基本风压取值为０．５０ｋＮ／ｍｚ．计算得　风载荷标准值　１．３８ｋＮ／ｍ　。　因此，水平方向风荷载：Ｆ－－１．３８ｘ２ｘ４．５＝１２．４３ｋＮ。　３．３．２　自重荷载　Ｈ型钢立柱重量：Ｇ】＝４０．３ｘ４．５￣１０＝１．８ｌｋＮ；　屏体重量：Ｇ２＝２３０ｘ１０＝２．３ｋＮ；　总自重：Ｇ＝Ｇ１＋Ｇ２＝４．１　ｌｋＮ。　３－３．３　弯矩　风荷载产生的弯矩：Ｍ１＝０．５ｘｔｏ￣：２ｘ／－／ｚ＝２７．９７ｋＮ・ｍ；　弧形屏体偏心弯矩：Ｍ２＝０．１２ｋＮ．ＩＴＩ：　总弯矩：Ｍ＝Ｍ１＋Ｍ２＝２８．０９ｋＮ・ｍ。　３．３．４稳定性复核　整体稳定性：　Ｗ　＝７９．３２ＭＰａ＜ｆ＝２１５ＭＰａ；　挠度：　＝ｑＨ４／８ＥＩ＝２３．７ｒａｍ＞２Ｌ／４００＝２２．５ｒａｍ．　不满足要求．需增加加劲板：　考虑加劲板后挠度：　ｑＨ＇４／８ＥＩ＝２１．７ｍｍ＜２Ｌ／　４００＝２２．５ｒａｍ．满足要求　３．３．５螺栓强度复核　单个螺栓承受的剪力：　＝　ｎ＝３．１　ｌｋＮ：　单个螺栓实际承受的拉力：Ⅳ『＝Ｍｃ／６ｙ２＝５６．２ｋＮ＜　／１．２＝１００ｋＮ；　螺栓抗剪强度设计值：　／４＝６１．１ｋＮ；　螺栓抗拉强度设计值：　０．８Ｐ＝１２０ｋＮ：　一ｏ．４７　３－３．６基础稳定性验算　抗倾覆稳定系数Ｋ０＝（　土压力＋　重力）／Ｍ风载荷，Ｋｏ＝　１．７１＞１．２．满足要求。　３．４特殊工点的绕避　高速公路声屏障的平面线形经常与其他交通工　程产生交叉．在设计中。需保证声屏障的连续性．　同时不能影响其他设施的正常使用．因此．需根据　障碍物的功能来确定具体的绕越方式　沪宁高速公路声屏障设计中．障碍物主要为标　志牌、监控设施、电话亭、配电箱，其中监控设施　为单柱型．标志牌为单柱和双柱型，电话亭及配电　箱所占面积较大　声屏障的布设方法不会影响监控设施的使用：　若从障碍物前侧绕越．则可能对标志牌、配电箱及　电话亭形成视觉及功能上的阻挡。其中配电箱、电　话亭分别为常用及安全设施．必须采取后侧绕越的　方式确保其正常使用：单柱型标志牌在距离路肩较　远、高度高于声屏障的情况下，可采取前侧绕越的　方式．否则应进行后侧绕越：双柱型标志牌在距离　路肩较远．高度高于声屏障的情况下．可采取前侧　绕越的方式．否则应进行移位　４结论　通过以上分析．可整理出高速公路声屏障的设　计思路如下：　（１）了解声屏障的降噪能力及适用范围：　（２）做好详尽的现场调查，记录敏感点、所　处路段特征、特殊工点的相关数据：　（３）根据敏感点的超标情况确定合适的降噪　目标，并以此为基础计算声屏障的高度与长度、选　择屏体结构形式及材料：　（４）根据屏体结构形式、高度等数据进行结　构设计：　（５）在具体设计中应重点关注声屏障高度　计算、材料选择、结构安全复核及特殊工点的　处理　参考文献：　［１］ＪＴＧ　Ｂ０４－－２０１０，公路环境保护设计规范［Ｓ］．　［２１　ＨＪ／Ｔ　９０—２００４．声屏障声学设计ＮＮＮ￣Ｎ［ｓ］．　［３】ＧＢ　５００１７－－２００３，钢结构设计规范【Ｓ］．　［４】ＧＢ　５００９－－２０１２，建筑结构荷载规范［Ｓ】．