生態(tài)型交通噪聲控制技術研究及應用

趙新飛

(湖南省交通科學研究院，湖南長沙 410015)

為解決目前由金屬、高分子及無機物材料生產的隔音設施外觀單調、難以與周圍環(huán)境協(xié)調、不具備凈化空氣、濾除灰塵、美化景觀等問題，研究發(fā)明了系列生態(tài)型聲屏障。其主要特色是將隔音降噪設施和生態(tài)垂直綠化有效融合，且一年四季勿需人工養(yǎng)護，只需自然雨水使隔音設施常綠。

生態(tài)型聲屏障既能隔音隔離，又能與周圍環(huán)境交融，符合建設“兩型社會，兩型交通”的發(fā)展方向。

1 生態(tài)型聲屏障的型式

依據聲屏障吸聲、隔聲降噪機理以及植物種植的要求，本研究設計了城墻式、雙面式、弧形式、梯形式四種生態(tài)聲屏障型式。各型式的特點如下。

1.1 城墻式

“城墻式”生態(tài)聲屏障為青色輕質材料砌塊磚與攀緣植物的綜合體，其外觀效果見圖1。

圖1 城墻式

這種形式每3.0 m為一個單元，高度也是3.0 m，是吸聲型聲屏障;表面比較粗糙，沿墻體縱向地面種植常春藤、藤本七里香等常綠型爬藤攀援類植物，可在2～3 a時間內形成綠籬形態(tài)，呈現綠色植物的生態(tài)外觀。

其特點是占地面積少，占用路基邊緣寬度不超過0.4 m，施工比較方便，與周圍環(huán)境容易協(xié)調，植物存活比較容易，在3.0 m高度和標準降噪技術條件下可降低噪聲8 dB左右。但在建造完成初期效果不夠理想，要在2 a以后才能達到較好的生態(tài)效果。

1.2 弧形式

弧形聲屏障是具有內凹弧形的生態(tài)外觀，具有降噪功能與美觀性，根據聲學原理，由于聲波的傳播過程實質上是聲源輻射聲能量的傳遞過程。聲能量隨聲波波陣面的擴張而衰減。本聲屏障的內凹弧形使聲波的阻隔接觸面增大，從而可更好的降低噪聲;內凹弧形可更好的反射聲波。在弧形墻面種植植物，使表面形成許多凸面。當聲波傳播遇到凸面界面，就會被分解成許多比較弱的反射聲波，達到良好的降噪效果。

弧狀生態(tài)聲屏障具有視野開闊，施工工序比較簡單，整體性較強，可塑性好等優(yōu)點，但內凹最深處的植物因接受雨水困難，長勢不佳。見圖2。

1.3 雙面式

圖2 弧形式

雙面式整體為一預制箱體，在箱體中用混凝土預制板分割成多層雙面式種植槽，槽內及箱體內填充種植土，在槽內種植常綠小灌木及常綠草本植物，地面可種植藤本攀援植物，在整個聲屏障表面形成覆蓋綠色植物的生態(tài)外觀(見圖3)。

外觀呈整體雙面綠化形式，環(huán)境協(xié)調性較好。適用于對正反兩面的景觀都有較高要求的地段，相對而言，其養(yǎng)護費用要高一些，但綠化面積是最大的。

1.4 梯形式

圖3 雙面式

弧形式是項目組幾年前研發(fā)成功并應用在常張高速公路上，總體運行效果良好。但在跟蹤調查中，發(fā)現弧形式中部綠化效果與上、下部效果存在有不均勻現象，影響總體觀感和效果。產生上述問題的原因主要是弧形結構的隔音型式雖然隔音效果較直型好，但對植物來說，由于綠色植物主要是靠天然雨水的提供而生長的，弧形中部的天然雨水比上下要少，因而綠化效果總體不均衡。

為解決上述存在的問題，常吉高速聲屏障改變了以前的生態(tài)聲屏障形式，采用了梯形的型式(見圖4)。

圖4 梯形式

方案與以前方案相比，在型式、功能、結構、外觀等多方面具有顯著的特色，主要表現在:該型式避免了弧形型式自然雨量分配不均的問題，使總體生態(tài)效果分布均衡，提高了植物的成活率以及有助于減少養(yǎng)護成本。植物四季常青，既減少噪聲污染又可以美化環(huán)境。在花卉及灌木選擇上，進行了適于植物生長的土的配方設計與試驗，選用了一些耐旱、耐高溫、常年生的植物;在結構設計上，進行了灌溉系統(tǒng)的設計，使聲屏障上的植物能在缺乏養(yǎng)護的條件下，維持正常生長。設計高度達到3.0 m，具有足夠的強度，能抵抗建筑設計規(guī)范中要求的10級風力，也能抵御一定的外力破壞，兼具隔離墻、隔離柵等隔離設施的功能。

2 梯形式聲屏障噪聲控制技術研究

2.1 結構特點

梯形式生態(tài)聲屏障結構見圖5。它是用鋼筋混凝土材料制成的梯形狀箱體聲屏障，采用立面垂直綠化技術，正面形成梯形生態(tài)外觀，視線開闊，無壓抑感。它由五層結構組成:第1層為植物吸聲降噪層，有效衰減噪聲能量同時又可以美化環(huán)境和凈化空氣;第2層為土壤、細砂石顆粒吸聲層;第3層為木板層;第4層為密閉空氣隔聲層;第5層為鋼筋混凝土隔音層。這樣通過吸聲、隔聲多重復合降噪環(huán)節(jié)使聲屏障達到好的降噪效果。在聲屏障的結構設計上，特別加入了灌溉系統(tǒng)的設計，解決了匯水、保水和抗?jié)车膯栴}，使聲屏障上的植物能在缺乏養(yǎng)護的條件下，維持正常生長。另在土壤中加設了陶粒層，更利于植物的生長。

圖5 梯形聲屏障剖面圖

2.2 聲屏障材料性能研究

為了保證生態(tài)型聲屏障的降噪效果，對用于聲屏障各種材料的吸音系數和隔音量進行了分析，結果請看表1和圖6、圖7。

通過以上圖表可以看出鋼筋混凝土材料組成的吸隔音層，其具有很大的質量密度，可防止噪聲透過聲屏障。由木板組成的吸隔音層，對低頻有較好的吸收作用。由土壤、細砂石顆粒構成的吸聲層，因細砂性土壤中有許多微小孔隙，孔隙之間或互相以曲折通道連結或互不貫通，能有效吸收中高頻噪聲。另外聲屏障表面還種有高度為30 cm左右的植物吸聲降噪層，植物表面葉面可吸收一部分噪聲，且植物距離土壤表面有30 cm左右的空間，也能有效衰減噪聲能量。中間的密閉空氣隔聲層，可使聲波在其中產生共振消耗能量，能有效衰減低頻噪聲，并且避免了土壤層混凝土隔音層的直接接觸，也就使得土壤在夏季時，不會因為混凝土板經日曬后過高溫度而散失水分。這樣通過吸聲、隔聲、反射等多重環(huán)節(jié)，梯形式生態(tài)聲屏障可達到良好的隔音、降噪效果。

表1 生態(tài)型聲屏障材料吸聲系數與隔音量表

2.3 種植土配比研究

一般而言，植物適于在微酸性至微堿性的土壤中生長，根據植物的生長和土壤條件等特點，研究組進行了種植土配合比方案的研究，在分析了湖南土壤構成以及結合類似工作經驗后，對種植土的配比進行了實驗。

圖6 生態(tài)型聲屏障材料吸聲系數圖

圖7 生態(tài)型聲屏障材料隔音量圖

生態(tài)聲屏障在常吉高速公路所處位置的土壤質地主要為石灰?guī)r、紫色砂頁巖發(fā)育的粘土，土壤有機質含量、全氮含量、有效磷含量、全鉀含量都低，必須對土壤加以改良配制才行，因而在土壤中加入河沙、有機肥、谷殼灰等對土壤進行改良，經過多次配制實驗，選用了pH值為7.83，總氮為0.23%，有機磷為0.028 2%，速效鉀為0.176%的這組配方來進行土壤的配比。

具體施工配制方法為:首先在取土點附近清理平整出一個約200 m2左右的平地作為配制場，把土壤挖松敲碎，清除大石粒及雜物，堆放厚度30 cm左右。稍干后把河沙、有機肥、谷殼灰等按比例均勻撒在土上，拌均勻后再集中堆放。在拌制好的種植土上灑水后用塑料薄膜覆蓋，經過3個月左右的漚制后即可使用。

2.4 植物的選擇

由于我國四季分明，植物的選擇除應充分考慮其耐旱性外，還必須綜合考慮其抗寒性能，所選植物的越冬溫度最好在0℃左右為宜。根據環(huán)境分析及垂直綠化要求，先選出25種植物做耐旱實驗，再種植在按1∶1的比例制作的混凝土箱體中，在野外進行耐旱、耐寒性實驗，經過觀察并記錄植物的生長情況，總結分析，最終選擇出了劍麻、常春藤等常綠、耐旱、耐寒的植物。這些植物經過3個月的養(yǎng)護管理后，就可在自然環(huán)境下存活，粗放管理即可。

3 生態(tài)聲屏障應用

為了檢驗其應用效果，在湖南常吉高速公路k220+900～k221+186主干線右側建立一段生態(tài)聲屏障，并對其各項功能和降噪效果進行了實地定量檢測，見圖8。

圖8 梯形聲屏障隔音降噪效果測試布點示意圖

圖8 說明:在k220+900～k221+186處的梯形生態(tài)聲屏障，分別設置A、B、C三條測試軸線，再在沒有聲屏障的地方設置一條軸線D做對比，每條軸線上分別設置4個測試點，如A軸線分別設置A0、A1、A2、A34 個測試點，A0為聲源測量點，處于公路土路肩上(即梯形聲屏障前方1.5 m處)，A1為距公路土路肩10 m處測試點，A2為距公路土路肩20 m處測試點，A3為距公路土路肩50 m處測試點。監(jiān)測時天氣晴朗，氣溫16℃ ～28℃，東北風1～2級。

實測點的噪聲量情況見表2。

從表2可以看出，設置梯形生態(tài)聲屏障后，降噪效果較好，達到《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準》(GB3096—93)中的4類標準要求，而沒有設置生態(tài)聲屏障的D軸處，噪聲絕大部分超標。

表2 實測點噪聲統(tǒng)計表

4 結語

1)建立生態(tài)型聲屏障吸隔聲復合降噪理論體系。主要技術原理為將生態(tài)綠化與吸隔聲降噪設施緊密結合，采用多層吸隔聲復合降噪結構，并運用專用垂直綠化技術，開發(fā)出生態(tài)型聲屏障產品。

2)開發(fā)配套的保水及自灌系統(tǒng)。植物給水主要來源于自灌系統(tǒng)，聲屏障擋土板及頂部蓄水槽也一定程度上收集了自然降雨，通過相關設計的配套設施形成了完善的給、排水系統(tǒng)。

3)生態(tài)聲屏障的應用是兩型社會、兩型交通的具體體現，其不僅降低交通噪聲對居民區(qū)、學校的生活和學習環(huán)境影響，并且生態(tài)景觀效應顯著，既有隔音功能，又具有綠化作用，對于打造舒適、綠色的宜居環(huán)境具有重要意義。此外，生態(tài)聲屏障產品的研發(fā)豐富了聲屏障類型，提高了聲屏障工程技術水平，具有較大的推廣應用前景。

［1］JTJ 005—96，公路建設項目環(huán)境影響評價規(guī)范(試行)［S］.

［2］JTJ/T 006—98，公路環(huán)境保護設計規(guī)范［S］.

［3］GBJ118—88，民用建筑隔聲設計規(guī)范［S］.

［4］JT/T646—2005，公路聲屏障材料技術要求和檢測方法［S］.

［5］任文堂.交通噪聲及其控制［M］.北京:人民交通出版社，1984.

［6］張玉芬.道路交通環(huán)境工程［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［7］單福慶.公路建設環(huán)境保護研究［M］.哈爾濱:東北林業(yè)大學出版社，1997.