低噪聲路面降噪效果研究

單永體,李祝龍,袁衛(wèi)寧,朱維紅

(1.中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司,陜西 西安 710075;2.長安大學(xué),陜西 西安 710064;3.江蘇省交通工程建設(shè)局,江蘇 南京 210004)

·控制技術(shù)·

低噪聲路面降噪效果研究

單永體1,李祝龍1,袁衛(wèi)寧2,朱維紅3

(1.中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司,陜西 西安 710075;2.長安大學(xué),陜西 西安 710064;3.江蘇省交通工程建設(shè)局,江蘇 南京 210004)

通過對公路交通噪聲特征,低噪聲路面的特點、結(jié)構(gòu)、降噪機理及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析,對寧杭高速二期工程低噪聲路面與普通路面噪聲監(jiān)測結(jié)果進行對比分析,確認(rèn)低噪聲瀝青路面具有比較明顯的降噪效果,路肩處噪聲可降低3～4 dB(A),路外15 m處可降低1.1～3.5 dB(A)。

環(huán)境保護;交通噪聲;低噪聲路面;監(jiān)測

隨著交通運輸業(yè)的迅猛發(fā)展,特別是近年來許多交通量大的高速公路和一級公路投入運營,使得交通噪聲擾民問題日益嚴(yán)重。

目前,國內(nèi)外普遍采取的公路交通噪聲污染防治措施主要有:聲屏障、綠化林帶、低噪聲路面、建筑降噪、搬遷、設(shè)置限速禁鳴標(biāo)志以及改變敏感點建筑物使用功能等。筆者通過對公路交通噪聲特征,低噪聲路面的特點、結(jié)構(gòu)、降噪機理、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及低噪聲路面實際應(yīng)用的監(jiān)測結(jié)果進行分析,探討研究低噪聲路面的降噪效果。

1 公路交通噪聲的特征

1.1 交通噪聲的構(gòu)成

交通噪聲主要由車輛動力噪聲和車輛輪胎噪聲兩部分構(gòu)成[1]。動力噪聲中以發(fā)動機燃燒噪聲為主,輪胎噪聲由輪胎直接輻射的噪聲和由輪胎激振車體振動產(chǎn)生的噪聲構(gòu)成。輪胎噪聲的大小與輪胎花紋構(gòu)造、路面特性(材料構(gòu)造、路面紋理)及車速有關(guān),且主要取決于車速,其強度隨車速的增大而增強。

1.2 交通噪聲的強度和頻率

1.2.1 強度

經(jīng)大量監(jiān)測研究分析,車輛在距行車線7.5 m(參照點)處的平均噪聲級(L)與車速 (V)之間存在如下關(guān)系:

(1)小型車

瀝青路面:L0s=12.60+33.66 lgV

水泥路面:L0s=19.24+31.77 lgV

(2)中型車:L0m=4.80+43.70 lgV

(3)大型車:L0l=18.00+38.10 lgV

1.2.2 頻率

根據(jù)多年來的測量結(jié)果,以及由噪聲頻譜分析得到的結(jié)果,大、中、小3種車型的噪聲頻率范圍見表1。

表1 各車型車輛噪聲頻率分布

可見,小型車的噪聲以中高頻聲為主,中型、大型車的噪聲以中低頻聲為主。另外,水泥路面上的噪聲頻率比瀝青路面上的高,由于人耳的聽覺特性,這便是聽覺上感到瀝青路面上噪聲低于水泥路面上噪聲的主要原因。

2 低噪聲路面的特點及結(jié)構(gòu)

2.1 低噪聲路面的概念及其優(yōu)缺點

低噪聲路面是指在普通的瀝青、水泥路面或其他路面結(jié)構(gòu)上鋪筑一層具有很高孔隙率(孔隙率通常在15%～25%,有的甚至高達30%)的混合料,面層互通的孔隙網(wǎng)絡(luò)可有效降低車輛的沖擊噪聲、附著噪聲和氣泵噪聲[2]。

低噪聲路面具有行車安全、舒適,排水性好,降低交通噪聲等優(yōu)點;缺點是耐久性不易保證,對路面結(jié)構(gòu)的強度易造成不良影響,水穩(wěn)定性要求高,空隙易堵塞等。

2.2 低噪聲路面的結(jié)構(gòu)

單層多孔隙瀝青混合料面層路面是在普通密級配的瀝青混凝土路面上,再鋪筑一層開級配多孔隙瀝青混合料面層,面層的厚度以4～5 cm、孔隙率20%左右為宜。超厚多層多孔隙瀝青混合料面層厚度為40～50 cm,一般設(shè)4層排水瀝青混合料和4 cm厚的多孔隙瀝青混凝土面層,每層的材料級配不同,其目的之一是增加降噪效果。

關(guān)于低噪聲路面的材料構(gòu)造、鋪筑技術(shù)和養(yǎng)護管理等還需要全面深入的研究,然而它的降噪效果是肯定的。

3 低噪聲路面的降噪研究

3.1 降噪機理

與普通路面相比,低噪聲路面更能對輪胎噪聲進行有效控制。由于輪胎胎面有各種不同的花紋,滾動時和地面接觸處的花紋與路面之間形成小空腔。當(dāng)汽車高速行駛,輪胎和地面相互作用時,輪胎表面花紋里的空氣被高速擠壓,并從輪胎與地面之間的縫隙排出,形成噴射噪聲(圖1)。大孔隙瀝青混凝土之所以可以降低噪聲,是因為公路表面有許多半露出來的微小孔隙,可以“吞食”車輪滾動時發(fā)出的聲響,排氣效應(yīng)不再發(fā)生,從而達到降低噪聲的目的(圖2)。

3.2 降噪效果

3.2.1 國外低噪聲路段

近10年來,歐洲一些國家對鋪筑的開級配多孔隙瀝青路面試驗路段進行測試,結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的密級配路面相比,可降低噪聲3～6 dB(A),雨天可降低約8 dB(A),最大可降低10 dB(A)[3]。法國Rhone省聯(lián)合Michelin研究室,從1988年起對低噪聲路面的理論進行研究,得出的結(jié)論是采用加厚多孔隙路面最多可以降低噪聲10 dB(A)。表2、圖3列出一些國家使用低噪聲路面的降噪效果。

表2 部分國家低噪聲路面的降噪效果

圖3 歐洲低噪聲瀝青路面的降噪效果對比

3.2.2 國內(nèi)低噪聲路面試驗

國內(nèi)已在少量試驗路段修筑了上述2種低噪聲路面。交通部公路所、西安公路科學(xué)研究所等單位為進行試驗研究,在京滬高速河北段鋪設(shè)了2.3 km長的低噪聲路面,經(jīng)測試,降噪效果達3～8 dB(A)[4];同濟大學(xué)與杭州公路管理處合作研究,在杭州—蕭山和杭州—建德修建了2段低噪聲路面,實測結(jié)果,其輪胎與路面接觸噪聲降低了3～5 dB(A)[5]。陜西省在咸陽機場鋪設(shè)了低噪聲路面,路肩對比測試結(jié)果為降噪6 dB(A)。

京滬高速公路河北段采用低噪聲試驗瀝青路面,共6個結(jié)構(gòu)組合(表3)。試驗路段混合料試驗結(jié)果如表4。噪聲測試采用定點法,分別測試紅旗V6和富康車通過時各試驗路面的噪聲水平,測試速度為80,100,120,140 km/h,測點距車3.75 m,距路表高度0.63 m,測試結(jié)果(表 5、圖 4)表明,OGFC(開級配抗滑磨耗層)10和 U TAC(超薄瀝青)6降噪效果明顯,定點法測得的降噪量5～8 dB(A)。

表3 京滬高速公路河北段低噪聲路面結(jié)構(gòu)

表4 京滬高速公路河北段低噪聲路面結(jié)構(gòu)混合料指標(biāo)

表5 不同路面結(jié)構(gòu)的噪聲水平(定點法,富康車) dB(A)

圖4 不同路面結(jié)構(gòu)的噪聲聲級差(定點法,紅旗車,與AC 16比較)

江蘇省在寧杭高速二期工程和沿海高速鹽通段鋪設(shè)了具有降噪性能的排水瀝青路面,建成后測試結(jié)果表明降噪效果明顯(表6、表7)。

表6 寧杭高速二期工程低噪聲路面噪聲對比(干燥狀態(tài),單車定點法)

表7 沿海高速鹽通段低噪聲路面噪聲對比(單車定點法)

3.2.3 實際運營道路對比監(jiān)測

2009年4月23、24日,江蘇高指、中交第一公路勘察設(shè)計研究院會同長安大學(xué)對實際運營中的寧杭高速二期工程低噪聲瀝青路面與密級配路面進行了現(xiàn)場噪聲對比測試,同時進行運營期間的交通量、交通組成和車速測試,每h監(jiān)測2次,一次20 min。監(jiān)測結(jié)果見表8、表9。其中低噪聲瀝青路面段測試位置為 K29+890右幅,為低挖方路塹段,路塹邊坡高度2.5 m,敏感點距離路肩15 m,在路肩處布設(shè)1#點位,在路外15 m處布設(shè)2#點位;路側(cè)護欄外種植有2排喬木(行距1.0 m、株距5 m、高>3.0 m),2排灌木(株距2.0 m、高1.0 m);普通密級配路面為SMA路面結(jié)構(gòu),測試位置為 K 30+555右幅,測點環(huán)境條件基本相同。

測試結(jié)果表明:低噪聲瀝青路面具有比較明顯的降噪效果,路肩處可降低3～4 dB(A),路外15 m處可降低1.1～3.5 dB(A),但車型、輪胎、測試點與測試速度對路面噪聲均有影響。當(dāng)大型車數(shù)量增加時,降噪效果有所降低。

表8 寧杭高速二期工程低噪聲瀝青路面與密級配路面運營期間噪聲對比 dB(A)

表9 測試期間寧杭高速二期工程運營交通負荷(2009年4月23、24日) 輛

續(xù) 表

4 結(jié)論

(1)高速公路交通噪聲主要由車輛動力噪聲和車輛輪胎噪聲2部分構(gòu)成。動力噪聲與車速、坡度直接相關(guān)。輪胎噪聲的大小與輪胎花紋構(gòu)造、路面特性及車速有關(guān)。

(2)公路交通噪聲平均噪聲級與車速的對數(shù)成線性關(guān)系,并與載質(zhì)量、路面材料、路面粗糙度、平整度、縱坡等影響因素有關(guān)。公路交通小型車的噪聲以中高頻聲為主,中型、大型車的噪聲以中低頻聲為主,等效頻率為500 Hz。

(3)低噪聲路面由于具有較大的孔隙率(通常為15%～25%,有的高達30%),可以有效地降低交通噪聲。

(4)近10年來,歐洲一些國家鋪筑的開級配多孔隙瀝青路面測試結(jié)果,與傳統(tǒng)的密級配路面相比,可降低噪聲3～6 dB(A),雨天可降低約8 dB(A),最大可降低10 dB(A)。

(5)交通部公路所、西安公路科學(xué)研究所對京滬高速河北段低噪聲路面進行測試的結(jié)果為降噪3～8 dB(A);同濟大學(xué)與杭州公路管理處實測杭州—蕭山和杭州—建德2段低噪聲路面,其輪胎與路面接觸噪聲降低了3～5 dB(A)。

(6)對實際運營中的寧杭高速二期工程進行測試,低噪聲瀝青路面具有比較明顯的降噪效果,路肩處可降低3～4 dB(A),路外15 m處可降低1.1～3.5 dB(A),大型車數(shù)量增加時降噪效果有所降低。

[1]張珂.高速公路交通噪聲污染的危害性及其防治對策與措施[J].山東交通科技,1997(2).

[2]隋文峰.高速公路噪聲的綜合治理[J].山東林業(yè)科技,2005(6),38-40.

[3]魏顯威,葉慧海,黃述芳.高等級公路交通噪聲問題分析[J].交通環(huán)保,2003,24(Z1):130-132.

[4]朱萬靈,陳慶喜,馬驍威,等.公路交通污染防治技術(shù)的研究[J].交通環(huán)保,2003,24(Z1):197-200.

[5]姚成.我國公路交通環(huán)境降噪方法的理論和應(yīng)用[J].環(huán)境工程,1999,17(6):39-42.

Study on the Noise Reduction Effect by Monitoring of the Low-noise Pavement

SHAN Yong-ti1,LI Zhu-long1,YUAN Wei-ning2,ZHU Wei-hong3
(1.CCCC First Highway Consultants Co.,L TD,Xian,Shanxi 710075,China;2.Changan University,Xian,Shanxi 710064,China;3.Jiangsu Provincial Communications Engineering Construction Bureau,Nanjing,Jiangsu 210004,China)

By analyzing the characteristics of the road traffic noise,the feature,the structure and the noise reduction mechanism of the low-noise pavement,the research results of traffic noise and comparing monitoring results of the low-noise pavement of the second phase of the Ning(bo)—Hang(zhou)highway and the traditional pavement,the low-noise asphalt pavement has a better effect than the traditional pavement in traffic noise reduction.Compared to the traditional pavement,the traffic noise level of the low-noise asphalt pavement is 3～4 dB(A)lower in the embankment,and 1.1～3.5 dB(A)lower in the position of 15 meters away from the road.

environmental protection;traffic noise;low-noise pavement;monitoring

X593

B

1674-6732(2011)-02-0045-06

10.3969/j.issn.1674-6732.2011.02.013

2010-06-29;

2010-07-30

單永體(1980—),男,工程師,碩士,從事公路交通環(huán)境保護工作。