城市交通噪声治理中道路声屏障的设计

城市交通噪声治理中道路声屏障的设计

曾小虎

北京绿创环保集团-东莞市绿创环保工程技术有限公司东莞523000

摘要：城市化发展步伐加快，城市越来越拥挤，汽车保有量不断上升，交通噪声给城区带来了严重的噪音污染。居民生活对生活质量的要求越来越高，交通噪声扰民问题日益突出。本文分析了交通噪声治理中道路声屏障的降噪原理、设计流程，帮助改进交通噪声治理中道路声屏障设计，提高道路声屏障的降噪效果。

关键词：交通噪声污染、声屏障设计

一、交通噪声的产生及特性

1.1交通噪声的产生

交通噪声是一个复杂的噪声综合体，主要由以下几种噪声源组成：

汽车轮胎与地面摩擦噪声，这种声音基本上属于低频噪声，混凝土路面比沥青路面的摩擦噪声要严重；汽车喇叭、刹车、汽车通过减速带及承载物撞击引起的车辆振动的噪声；汽车发动机、排气管、汽车传动系统的噪声。马力越大、使用车限越长的车辆这方面的噪声就越强。

1.2交通噪声特性

高速公路、城市主干道、城市快速路的交通噪声一般在75-85dB（A），是强噪声源。下图为东莞市某一公路交通噪声的测试结果：

图1东莞市某道路交通噪声1/3倍频程频谱分析图

从车辆驶过的噪声频谱分析得到：行驶车辆噪声频谱在63—2500Hz之间声级最为显著，且声能量主要基本分布在1KHz附近。呈现中低频噪声特性，低频成分丰富，峰值出现在63Hz频率周围。在中低频段各频率噪声水平线比较平稳，主要是由于车流量大，交通噪声相对稳定。中低频噪声具有传播距离远、穿透性强、随距离衰减量小的特点，是交通噪声治理的难点，设置道路声屏障是降低中高频交通噪声的有效措施。

二、声屏障降噪原理

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。

2．1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，并随着Φ角的增大而增大。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。

2．2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。

2．3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。为减小反射声，一般在声屏障靠道路一侧附加吸声结构。

三声屏障设计流程

3．1确定声屏障设计目标值

3.1.1噪声保护对象的确定

根据声环境评价的要求，确定噪声防护对象，它可以是一个区域，也可以是一个或一群建筑物。

3.1.2代表性受声点的确定

代表性受声点通常选择噪声最严重的敏感点，它根据道路路段与防护对象相对的位置以及地形地貌来确定，它可以是一个点，或者是一组点。通常，代表性受声点处插入损失能满足要求，则该区域的插入损失亦能满足要求。

3.1.3声屏障建造前背景噪声值的确定

对现有道路，代表性受声点的背景噪声值可由现场实测得到。若现场测量不能将背景噪声值和交通噪声区分开，则可测量现场的环境噪声值（它包括交通噪声和背景噪声），然后减去交通噪声值得到。交通噪声值可由现场直接测量。对还未建成或未通车的道路，背景噪声可直接测得。

3.1.4声屏障设计目标值的确定

声屏障设计目标值的确定与受声点处的道路交通噪声值（实测或予测的）、受声点的背景噪声值以及环境噪声标准值的大小有关。

如果受声点的背景噪声值等于或低于功能区的环境噪声标准值时，则设计目标值可以由道路交通噪声值（实测或预测的）减去环境噪声标准值来确定。

当采用声屏障技术不能达到环境噪声标准或背景噪声值时，设计目标值也可在考虑其它降噪措施（如建筑物隔声），根据实际情况确定。

3.2声屏障位置及几何尺寸的确定

根据道路与防护对象之间的相对位置、周围的地形地貌，应选择最佳的声屏障设置位置。选择的原则或是声屏障靠近声源，或者靠近受声点，或者可利用的土坡、堤坝等障碍物等，力求以较少的工程量达到设计目标所需的声衰减。由于声屏障通常设置在道路两旁，而这些区域的地下通常埋有大量管线，故应该对现场作详细勘察，避免造成破坏。根据设计目标值，可以确定几组声屏障的长与高，形成多个组合方案，计算每个方案的插入损失，保留达到设计目标值的方案，并进行比选，选择最优方案。

3.3声屏障绕射声衰减的计算

根据选定的声屏障位置和屏障的尺寸，确定声程差δ，然后根据声源类型（线声源），各个频带的绕射声衰减量计算公式如下：

式中：f—声波频率，Hz；δ—为声程差，δ=a+b-d，m；c—声速，m/s

3.4声屏障形状的选择

声屏障的形状主要包括直立型、折板型、弯弧型、顶部圆柱吸声型、半封闭型及全封闭型等。因一般项目的敏感点区域只从道路的单侧上考虑降噪措施，故本文暂不考虑完全封闭状态。声屏障的形状选择主要依据声屏障的插入损失及现场条件决定。在一定高度的范围内，声屏障的插入损失与等效高度成正比关系。直立型声屏障的等效高速与声屏障本身高度等同，而折板型和弯弧形声屏障的有等效高度从理论分析要高于本身高度，如图2所示：

图2声屏障形状示意图

从上示意图可知，在设计同等高度声屏障时，折板型、弯弧型及圆柱吸声型声屏障的等效高度要比声屏障自身高，表示声源在绕射过程中，路程相对较远；经理论计算，折板型、弯弧型及圆柱吸声型声屏障的降噪效果比直立型高。