市政橋穿越建筑減震降噪措施研究

魏芬洋

（廣東省重工建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510670）

0 引言

隨著城市建設(shè)進(jìn)程地加快，城市土地開發(fā)利用越發(fā)緊張。為深入貫徹十分珍惜、合理利用土地的基本國策，更好地統(tǒng)籌土地資源，市政設(shè)施與建筑合建的案例越來越普遍，如：重慶李子壩輕軌站、地鐵車輛段綜合開發(fā)等。然而，橋梁的震動(dòng)與噪音也被周邊居民所詬病，它對周邊人體健康的影響巨大，如何減震降噪成為此類項(xiàng)目開發(fā)不可避免的課題。我們知道，市政道路的震動(dòng)與噪音是由于汽車的運(yùn)行產(chǎn)生，對市政橋梁的減震降噪可以從震動(dòng)與噪音的產(chǎn)生、傳播與交通管理等方面來實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)建筑功能的正常使用。

1 震動(dòng)與噪音產(chǎn)生原因

橋梁是以服務(wù)汽車通行為主要目的的結(jié)構(gòu)物，汽車在行駛過程中，橋面的坑凹凸起、橋梁分聯(lián)處伸縮縫處理以及汽車內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)等因素引起汽車車身的強(qiáng)烈震動(dòng)，并通過與橋梁連接的輪胎傳遞給橋梁，引起橋跨結(jié)構(gòu)的震動(dòng)，同時(shí)，在產(chǎn)生震動(dòng)時(shí)伴隨產(chǎn)生噪音。車輛行駛速度越快，橋身震動(dòng)越大，噪音越大。故橋梁震動(dòng)和噪音產(chǎn)生的主要原因有兩個(gè)：①汽車運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的震動(dòng)與噪音。②路面坑凹凸起、橋梁伸縮縫連接處等不平整加大了汽車行駛給橋梁的作用產(chǎn)生的震動(dòng)與噪音，除此之外，駕駛?cè)瞬灰?guī)范行車也將產(chǎn)生極大的噪音，在駕駛過程中的汽車鳴笛、不斷變道和隨意加減速等，導(dǎo)致橋梁震動(dòng)和噪音增加。

2 減震降噪措施

由以上的分析可知，我們的措施可分3個(gè)主要的部分，分別是改善汽車運(yùn)行環(huán)境、阻隔震動(dòng)和噪音的傳播和加強(qiáng)交通管理。

2.1 改善汽車運(yùn)行環(huán)境

2.1.1 橋面鋪裝采用低噪音瀝青路面

在目前橋梁橋面鋪裝的選擇中，有瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面兩種形式。水泥混凝土路面剛度大、穩(wěn)定性好、使用壽命長，但其在陽光下反光嚴(yán)重，影響司機(jī)視力與判斷，降低行車安全性，且在路面發(fā)生損壞時(shí)，需要較長時(shí)間的維護(hù)。在減震降噪方面，水泥混凝土存在大量的結(jié)構(gòu)縫，極大地增加了震動(dòng)和噪音的產(chǎn)生。而瀝青混凝土路面由于其高空隙率、高彈性以及大阻尼，能有效吸收車輛震動(dòng)和車輪與路面摩擦產(chǎn)生的噪聲，具有耐磨性能優(yōu)良、噪聲低、震動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)。

眾所周知，瀝青混凝土路面相比于水泥混凝土路面，具有耐磨性能優(yōu)良、噪聲低、震動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)，而對比市面上眾多種類的瀝青混凝土路面中，低噪聲瀝青路面在降噪方面有絕對優(yōu)勢，比如：多孔瀝青混凝土、橡膠瀝青混凝土等，它們均有共同的特性，即高空隙率、高彈性低勁度和集料粒徑較大。經(jīng)研究，多孔瀝青混凝土空隙率在15%~25%時(shí)降噪能力最明顯，而在瀝青中混合部分橡膠，增加路面彈性，可降低4~5dB[1]。

2.1.2 建筑范圍內(nèi)避免設(shè)置橋梁分聯(lián)，確需分聯(lián)應(yīng)采用靜音型伸縮裝置

由于結(jié)構(gòu)受溫度等的影響，橋梁在一定距離需要分聯(lián)，而分聯(lián)位置的伸縮縫和高度差將是汽車“跳車”的主要原因。故當(dāng)橋梁穿越建筑物時(shí)應(yīng)盡量避免在建筑內(nèi)分聯(lián)，若確需分聯(lián)，應(yīng)采用靜音型伸縮裝置減少汽車“跳車”的產(chǎn)生。目前，采用較多的靜音型伸縮裝置主要為鑄造型靜音橋梁伸縮裝置，它是選用高強(qiáng)高韌、減震性能優(yōu)良的球墨鑄鐵整體鑄造而成，具有防水、靜音、減震、抗老化等優(yōu)點(diǎn)。目前，該靜音型伸縮裝置已用于廣州獵德大橋、廣州東新高速東沙大橋、廣州金沙洲大橋等，取得良好的靜音、減震效果。

2.2 阻隔震動(dòng)和噪音的傳播

2.2.1 橋梁與建筑結(jié)構(gòu)完全脫開

眾所周知，震動(dòng)在固體中傳播迅速，但空氣可以阻隔這種傳播而使雙方互不干擾；而固體聲的傳導(dǎo)比聲音在空氣中傳播來的更加快速、深遠(yuǎn)、持久，對建筑居民的影響更大，所以，阻隔橋梁與建筑間的固體連接就變成了一個(gè)減震降噪的有效方法，特別是對于震動(dòng)的隔斷，發(fā)揮著巨大的作用。同時(shí)，橋梁與建筑結(jié)構(gòu)完全脫開也有利于橋梁和建筑結(jié)構(gòu)的分別計(jì)算，使受力路徑更加清晰明了，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加安全可靠。

2.2.2 橋梁上下部連接采用板式橡膠支座等柔性支撐裝置

在橋梁穿越建筑時(shí)，一般橋梁的高度較高，此時(shí)，橋下空間如何與建筑功能融合一體就成了一個(gè)重要的課題。但由于該空間處于橋下，其橋梁的震動(dòng)勢必會(huì)影響該部分區(qū)域的使用，故除從橋梁結(jié)構(gòu)自身考慮外，使用板式橡膠支座等柔性支撐裝置來緩沖阻隔橋梁上部結(jié)構(gòu)的震動(dòng)傳導(dǎo)給橋梁下部結(jié)構(gòu)也是極具意義的。板式橡膠支座是由橡膠板與薄鋼板交替疊合后高溫硫化制成，具有抗凍、彈性好、耐油、耐腐蝕、抗老化等優(yōu)點(diǎn)，其具有的構(gòu)造簡單、加工容易、性能穩(wěn)定、成本低廉、安裝方便讓其成為世界上廣為應(yīng)用的一種柔性支承裝置[2]。

2.2.3 于橋梁兩側(cè)設(shè)置隔音墻

如今，在市政道路及高速路上，許多地方都有聲屏障的出現(xiàn)，而聲屏障的作用也是褒貶不一，因?yàn)槠洳荒荛]合成一個(gè)拱形完全遮蔽的聲屏障，對于高樓林立的城市而言，靠近路邊的高層居民依舊飽受噪音的困擾。然而，在橋梁穿越建筑時(shí)，橋面、橋面上蓋、隔音墻可以形成一個(gè)完全屏蔽的聲屏障阻隔噪音的向外傳播，從而實(shí)現(xiàn)降噪的目的。目前的隔音墻根據(jù)隔音材料區(qū)分基本有以下3個(gè)類別[3]。

（1）混凝土墻?；炷翂Τ鳛槌兄亟Y(jié)構(gòu)外，也是常見的隔音材料，其具有良好的隔音性能。研究表明，鋼筋混凝土墻體在厚度達(dá)到150mm時(shí)隔音量在40~45dB之間，能極大地減少聲量地傳遞，達(dá)到減噪的目的，且混凝土墻是優(yōu)良的耐火、防火材料，也具有良好的抗撞性能。但混凝土墻較為笨重，且造價(jià)高，在某種程度上影響建筑結(jié)構(gòu)的受力。

（2）砌塊墻。砌塊墻在建筑中也是必不可少的分隔材料與隔音材料，其種類繁多，有粉煤灰砌塊、混凝土空心砌塊、爐渣砌塊、陶瓷砌塊等，隔音性能也跟砌體墻厚度有著很大的關(guān)系。就使用最廣的混凝土空心砌塊而言，其內(nèi)部大量的封閉氣孔，使它具有質(zhì)輕、環(huán)保、保溫、防火、隔音降噪的功能。研究表明，200mm的空心砌塊的隔音量在35~40dB之間，具有較強(qiáng)的隔音能力。

（3）條板墻。條板墻又稱為隔墻板，是近年來研發(fā)的新產(chǎn)品，主要用于建筑物中的房間分割等。目前使用較多的主要有增強(qiáng)石膏空心條板、增強(qiáng)水泥空心條板和輕骨料混凝土條板3種，它與砌塊墻體的功能一致，具有質(zhì)輕、環(huán)保、保溫、防火、隔音等功能。研究表明，條板墻根據(jù)不同的材料，其隔音量在30~35dB之間，具有較強(qiáng)的隔音水平。

由以上的對比分析，目前使用較多混凝土墻、砌塊墻、條板墻和薄板復(fù)合墻均有良好的降噪能力，但也有各自適應(yīng)的范圍。針對橋梁穿越建筑物這個(gè)特殊情況，可以根據(jù)具體條件遴選合適的降噪材料，具體如下：①橋梁與建筑的權(quán)屬部門不同，為便于管理，應(yīng)將橋梁范圍作為獨(dú)立的防火分區(qū)進(jìn)行分開，此時(shí)，可以考慮將防火墻兼做隔音墻，根據(jù)耐火極限選擇砌體墻或者條板墻。②需考慮橋梁與建筑物間是否有防撞需求，由于不同的設(shè)計(jì)有不同的需求，當(dāng)橋梁防撞欄與隔音墻體一并考慮時(shí)，降噪材料可選鋼筋混凝土墻體。③綜合考慮經(jīng)濟(jì)、美觀等需求，從而選擇良好的、適合項(xiàng)目的隔音墻。

2.2.4 根據(jù)受眾人群對噪音的感知力合理規(guī)劃建筑功能

由于人所處環(huán)境不同，對噪音的感知力與耐受力是不同的。研究表明，在高級別墅、療養(yǎng)院場所，聲環(huán)境限值根據(jù)不同時(shí)間為40~50dB；居民住宅、行政辦公等區(qū)域?yàn)?5~55dB；商業(yè)中心、集市等為50~60dB；工業(yè)生產(chǎn)、倉儲(chǔ)物流等區(qū)域?yàn)?5~65dB。在建筑功能配置時(shí)，可將商業(yè)中心、倉儲(chǔ)等功能區(qū)域布置于靠近橋梁位置，將居住區(qū)布置于遠(yuǎn)離橋梁位置，從而實(shí)現(xiàn)各受眾人群對噪音的要求，也滿足建筑開發(fā)的需求。同時(shí)，為了減少震動(dòng)與噪音對居住環(huán)境的影響，建議住宅樓設(shè)置架空層，以獲取更為舒適的居住環(huán)境。

2.3 加強(qiáng)交通管理

噪音的產(chǎn)生除了汽車本身內(nèi)燃機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)等原因外，還有許多人為因素產(chǎn)生的噪音。主要有以下4個(gè)方面：①駕駛?cè)穗S意超車、變道、鳴笛。研究表明，汽車制動(dòng)瞬間產(chǎn)生的噪音分貝值高達(dá)90dB，嚴(yán)重時(shí)達(dá)到110dB，而汽車鳴笛也根據(jù)車型不同分貝值達(dá)到了80~130dB，嚴(yán)重超出了規(guī)定分貝值。②大中型貨車的通行加大橋梁的震動(dòng)與噪音。大中型貨車的載重量大，內(nèi)燃機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)效能大，其產(chǎn)生的震動(dòng)與噪音也比小汽車大得多。一般行駛狀態(tài)下，小汽車產(chǎn)生噪音不高于74dB，而卡車產(chǎn)生噪音在110~120dB之間，在制動(dòng)、鳴笛時(shí)將產(chǎn)生更大的震動(dòng)與噪音。③駕駛車輛速度過快。研究表明，在車輛速度為20~30km/h時(shí)，產(chǎn)生噪聲值為61.7dB；車速為40~50km/h時(shí)，產(chǎn)生噪聲值為71.4dB；車速為70~80km/h時(shí)，產(chǎn)生噪聲值為77.7dB；而車速為90~100km/h時(shí)，產(chǎn)生噪聲值為81.7dB，車速與產(chǎn)生的噪音成正相關(guān)關(guān)系[4]。④人非機(jī)混行，交通混亂。行人、非機(jī)動(dòng)車、機(jī)動(dòng)車混行，會(huì)極大地增加汽車制動(dòng)、變道、鳴笛等情況，并增加安全隱患。

故針對以上4個(gè)方面的原因，對加強(qiáng)交通管理的措施主要有以下4個(gè)方面[5]：①在橋梁穿越建筑物范圍及前后各100m范圍內(nèi)車道劃實(shí)線，禁止車輛變道。②設(shè)置禁止鳴笛、禁止超車、限速等標(biāo)志，加強(qiáng)電子警察等監(jiān)管監(jiān)控，規(guī)范駕駛?cè)宋拿黢{駛。③限制通行車輛種類或限制大中型貨車通行時(shí)間，減少重點(diǎn)時(shí)間段噪音。④對行人、非機(jī)動(dòng)車、機(jī)動(dòng)車間設(shè)置隔離措施，禁止混合交通。

3 案例分析

某車輛段為地上車輛段，8.5m為車輛段蓋板兼作汽車車庫，14.5m為二層蓋板，作為物業(yè)開發(fā)的室外地坪與首層，并在二層蓋板位置布置塔樓。在8.5m標(biāo)高位置有一市政路（城市主干路，設(shè)計(jì)速度60km/h）橫穿車輛段（圖1），該市政路產(chǎn)生的震動(dòng)與噪音對車輛段及其物業(yè)開發(fā)有極大地影響。本次采用以上方法對車輛段噪音進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2所示。

圖1 車輛段降噪措施

圖2 噪聲衰退曲線

根據(jù)研究數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，采用低噪音瀝青路面和鑄造型靜音橋梁伸縮裝置，能降低噪音4~6dB，而在道路兩側(cè)設(shè)置砌塊墻，可降低噪音12~16dB，從而使原本嘈雜的辦公和居住環(huán)境，變成了安靜的宜居宜業(yè)之城。而橋梁與車輛段結(jié)構(gòu)的完全斷開實(shí)現(xiàn)了震動(dòng)的完全阻隔，從而實(shí)現(xiàn)減震降噪的目的。

4 結(jié)語

當(dāng)汽車行駛在穿越建筑的橋梁上時(shí)，其產(chǎn)生的震動(dòng)和噪音就不可避免的對建筑有所影響。然而，如果采取合理的減震降噪措施，依然可以將震動(dòng)與噪音降至最小，以滿足建筑的使用功能。本文通過對改善汽車運(yùn)行環(huán)境、阻隔震動(dòng)和噪音的傳播和加強(qiáng)交通管理3個(gè)方面提出相應(yīng)的控制措施，對今后類似項(xiàng)目的減震降噪專題提供借鑒，具有重要參考價(jià)值。