綜合降噪的設(shè)計(jì)原理、思路及方法

設(shè)計(jì)原理

公路噪聲的超標(biāo)量及組成特性與車輛類型、速度、道路結(jié)構(gòu)、建筑物及環(huán)境等因素密切相關(guān)，即便超標(biāo)量相近的公路，其噪聲組成由于交通特性的不同也可能大相庭徑。因此，明確噪聲超標(biāo)量及組成特性，確定合適的降噪處治方案，是從根本上解決交通噪聲污染的關(guān)鍵所在。

公路綜合降噪是指采用兩種或兩種以上公路交通措施降噪，通過協(xié)同降噪設(shè)計(jì)及實(shí)施，實(shí)現(xiàn)交通噪聲消減。綜合降噪涵蓋兩方面意義，即降噪功能的綜合和降噪路徑的綜合。

輪胎-路面噪聲產(chǎn)生機(jī)理示意圖

交通噪聲產(chǎn)生機(jī)理

當(dāng)車速超過臨界值每小時(shí)50公里時(shí)，交通噪聲以輪胎-路面噪聲成分為主。

輪胎-路面噪聲成分主要包括低頻的振動(dòng)噪聲和中高頻的空氣泵吸噪聲。當(dāng)車輛在路面上行駛時(shí)，輪胎撞擊路面產(chǎn)生振動(dòng)噪聲。噪聲受路表紋理、路面剛度等因素影響顯著。

此外，橋梁伸縮縫部位由于伸縮縫裝置剛度大、存在沉降高差等原因，振動(dòng)噪聲尤為突出。輪胎與路面接觸部位的空氣不斷壓縮、釋放，產(chǎn)生類似于“拍手”的空氣泵吸噪聲；輪胎與路面接觸部位構(gòu)成“喇叭狀”區(qū)域，產(chǎn)生牛角擴(kuò)音效應(yīng)，進(jìn)一步擴(kuò)大了噪聲值?？諝獗梦肼暿苈访婵障督Y(jié)構(gòu)、吸聲性能等因素影響顯著。

交通噪聲傳播機(jī)理

交通噪聲從產(chǎn)生到抵達(dá)路側(cè)居民點(diǎn)，共包括發(fā)聲點(diǎn)、傳播途徑、受聲點(diǎn)三個(gè)階段。發(fā)聲點(diǎn)為輪胎與路面接觸形成的近場噪聲，傳播至路側(cè)護(hù)欄處形成遠(yuǎn)場噪聲，繼續(xù)傳播至路側(cè)居民點(diǎn)耦合工業(yè)生產(chǎn)、生活等噪聲形成環(huán)境噪聲。由于交通噪聲尚無排放標(biāo)準(zhǔn)，目前所述的噪聲超標(biāo)多指環(huán)境噪聲超標(biāo)。

經(jīng)過上述分析可知，綜合降噪設(shè)計(jì)時(shí)，降噪功能的綜合即為針對(duì)不同頻段的噪聲采取降噪措施，分別降低低頻振動(dòng)噪聲和中高頻空氣泵吸噪聲，實(shí)現(xiàn)交通噪聲全頻段的降噪；降噪路徑的綜合即為在交通噪聲傳播的各階段采取不同的降噪措施，層層疊加，實(shí)現(xiàn)交通噪聲的全路徑降噪。交通噪聲在空間上存在較大跨度可實(shí)施降噪處治，可從多個(gè)環(huán)節(jié)采用單一或綜合措施進(jìn)行噪聲污染防治。如降噪路面和降噪型伸縮縫屬于在發(fā)聲點(diǎn)降噪，聲屏障、主動(dòng)有源降噪、綠化林帶屬于在噪聲傳播途中降噪，隔聲窗屬于在受聲點(diǎn)降噪。

設(shè)計(jì)思路

高速公路綜合降噪工程方案設(shè)計(jì)流程包括：降噪目標(biāo)值設(shè)定、降噪措施組合選擇、降噪路面與聲屏障方案設(shè)計(jì)、效益分析和方案比選五個(gè)部分。其中，降噪路面與聲屏障方案設(shè)計(jì)包括聲學(xué)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)三個(gè)主要部分。

一般情況下，根據(jù)噪聲超標(biāo)量推薦采用的降噪處治方案如下所述：

超標(biāo)量較低時(shí)：超標(biāo)量在0分貝至7分貝之間，綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，采用大空隙降噪路面進(jìn)行降噪處治。

超標(biāo)量較高時(shí)：超標(biāo)量在7分貝至13分貝之間，采用聲屏障技術(shù)進(jìn)行降噪處治。

超標(biāo)量很高時(shí)：超標(biāo)量在13分貝以上，需要采用降噪路面和聲屏障組合的綜合降噪技術(shù)進(jìn)行降噪處治。

綜合降噪工程方案設(shè)計(jì)流程圖

降噪處治宜給出不少于兩種綜合降噪工程方案，并采用SoundPLAN，Cadna/A，Lima等軟件建立噪聲模型，分析不同措施對(duì)噪聲敏感點(diǎn)的降噪效果。建模分析中應(yīng)考慮綠化林帶等景觀因素的影響。根據(jù)聲學(xué)性能、結(jié)構(gòu)要求、造價(jià)、景觀要求、養(yǎng)護(hù)要求等進(jìn)行方案優(yōu)缺點(diǎn)比較，給出選擇排序。通過專家論證會(huì)等形式，確定綜合降噪技術(shù)方案。

降噪路面和聲屏障的綜合降噪效果通常采用總降噪值指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，這一效果可通過公式進(jìn)行計(jì)算，總降噪值是與交通噪聲源強(qiáng)頻率特性、路面吸聲頻率特性和屏障類插入損失頻率特性均相關(guān)的一個(gè)變量。在利用降噪路面和聲屏障綜合降低受聲點(diǎn)的交通噪聲時(shí)，需要通過合理設(shè)置降噪路面和聲屏障的降噪頻率特性，達(dá)到最優(yōu)降噪效果。

設(shè)計(jì)方法

綜合降噪措施的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)原則與方法

● 降噪目標(biāo)值設(shè)定

根據(jù)聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3096-2008）和當(dāng)?shù)芈暪δ軇澐忠螅蛲ㄟ^查詢環(huán)境影響評(píng)價(jià)文件、竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收調(diào)查文件等方式，確定敏感點(diǎn)聲功能區(qū)和環(huán)境噪聲限值。選定噪聲保護(hù)對(duì)象代表性受聲點(diǎn)。代表性受聲點(diǎn)可以是1個(gè)，也可以是多個(gè)，通常會(huì)選取噪聲影響最大的敏感點(diǎn)作為代表性受聲點(diǎn)。

環(huán)境噪聲限值

根據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096-2008)要求，聲環(huán)境功能區(qū)分為五種類型：

0類聲環(huán)境功能區(qū)：指康復(fù)療養(yǎng)區(qū)等特別需要安靜的區(qū)域。

1類聲環(huán)境功能區(qū)：指以居民住宅、醫(yī)療衛(wèi)生、文化教育、科研設(shè)計(jì)、行政辦公為主要功能，需要保持安靜的區(qū)域。

2類聲環(huán)境功能區(qū)：指以商業(yè)金融、集市貿(mào)易為主要功能，或者居住、商業(yè)、工業(yè)混雜，需要維護(hù)住宅安靜的區(qū)域。

3類聲環(huán)境功能區(qū)：指以工業(yè)生產(chǎn)、倉儲(chǔ)物流為主要功能，需要防止工業(yè)噪聲對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響的區(qū)域。

4類聲環(huán)境功能區(qū)：指交通干線兩側(cè)一定距離之內(nèi)，需要防止交通噪聲對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響的區(qū)域，包括4a類和4b類兩種類型。4a類為高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路、城市快速路、城市主干路、城市次干路、城市軌道交通（地面段）、內(nèi)河航道兩側(cè)區(qū)域；4b類為鐵路干線兩側(cè)區(qū)域。

環(huán)境噪聲限值表（摘錄）

敏感點(diǎn)聲功能區(qū)

敏感點(diǎn)聲功能區(qū)需根據(jù)《聲環(huán)境功能區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》（GB/T15190-2014）確定。新建與改擴(kuò)建工程敏感點(diǎn)聲環(huán)境功能區(qū)可根據(jù)環(huán)評(píng)報(bào)告或生態(tài)環(huán)境部門針對(duì)環(huán)評(píng)報(bào)告的批復(fù)意見確定。營運(yùn)期噪聲治理聲環(huán)境功能區(qū)發(fā)生變化時(shí)，原則上依照最新劃分的聲環(huán)境功能區(qū)噪聲限值。當(dāng)新劃分的聲環(huán)境功能區(qū)限值要求低于道路建設(shè)或改擴(kuò)建時(shí)聲環(huán)境功能區(qū)噪聲限值要求時(shí)，也可詢問相關(guān)環(huán)境主管部門。

設(shè)置目標(biāo)值

以目標(biāo)敏感點(diǎn)環(huán)境噪聲值和聲功能區(qū)噪聲限值的差值作為降噪指標(biāo)值，擬作為聲學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)值。

● 降噪措施組合選擇

當(dāng)單一降噪措施的降噪量無法達(dá)到聲學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)值，或單一措施的成本高于綜合降噪方案時(shí)，應(yīng)采用綜合降噪方案。

路基段綜合降噪組合

路基段一般采用降噪路面與聲屏障組合的設(shè)計(jì)方案。對(duì)于在役公路，宜結(jié)合路面功能修復(fù)養(yǎng)護(hù)或在預(yù)防養(yǎng)護(hù)時(shí)選擇降噪路面的實(shí)施時(shí)機(jī)。

橋梁段綜合降噪組合

橋梁段一般采用降噪路面與聲屏障組合的設(shè)計(jì)方案，必要時(shí)可采用降噪路面、聲屏障與降噪型伸縮縫組合的設(shè)計(jì)方案。對(duì)于在役公路，宜結(jié)合路面功能修復(fù)養(yǎng)護(hù)或在預(yù)防養(yǎng)護(hù)時(shí)選擇降噪路面的實(shí)施時(shí)機(jī)。對(duì)于在役橋梁，宜結(jié)合橋梁養(yǎng)護(hù)工程更換降噪型伸縮縫。

降噪綠化帶

綜合降噪方案設(shè)計(jì)，應(yīng)結(jié)合綠化帶植物種類、物理特性、植物綠量進(jìn)行聲學(xué)設(shè)計(jì)。在役公路宜利用既有綠化帶，在聲學(xué)設(shè)計(jì)中考慮綠化衰減量的影響。在可行的條件下，可將綠化帶作為綜合降噪工程的一部分。

不同降噪措施之間的協(xié)同作用

● 協(xié)同優(yōu)化總體思路

利用大空隙降噪路面，最大程度降低交通噪聲能量集中的主要頻帶；利用設(shè)置固定規(guī)模（長度、寬度）的聲屏障，從全頻帶的整體降低交通噪聲；利用聲屏障吸聲屏體和其頂端結(jié)構(gòu)，降低交通噪聲能量集中頻帶邊緣區(qū)域（或頻帶泄露）的噪聲。

● 具體協(xié)同優(yōu)化步驟

通過測量或預(yù)測方法，可得到降噪路段交通噪聲1/3或1/12倍頻程頻譜圖（或線譜圖，方法相同），即各個(gè)子頻帶的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)或聲強(qiáng)級(jí)。同時(shí)，在頻譜圖上可以觀測到聲壓級(jí)峰值和峰值頻率，從而明確噪聲防控的目標(biāo)頻帶范圍，頻帶內(nèi)通常存在1個(gè)及以上主要峰值。根據(jù)交通噪聲頻譜特征、路面吸聲和聲屏障隔聲的測試要求，一般將目標(biāo)頻帶范圍設(shè)置為125赫茲至2000赫茲。

根據(jù)目標(biāo)峰值頻率和對(duì)應(yīng)的目標(biāo)頻帶范圍選擇大空隙降噪路面，這種路面由于結(jié)構(gòu)的不同，會(huì)存在一個(gè)或多個(gè)吸聲系數(shù)的峰值頻率。為了最大化路面吸聲效果，理想狀態(tài)下，需要使路面的吸聲峰值頻率和有效吸聲頻率范圍與交通噪聲的目標(biāo)峰值頻率及對(duì)應(yīng)的目標(biāo)頻帶范圍盡可能匹配。當(dāng)采用1/3倍頻程進(jìn)行分析時(shí)，要求交通噪聲能量峰值中心頻率與路面吸聲峰值中心頻率一致；當(dāng)采用線譜進(jìn)行分析時(shí)，要求二者處在同一1/3倍頻程范圍內(nèi)。

一般交通噪聲會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)能量集中的頻段，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可分為中低頻段（約250赫茲至500赫茲）和中高頻段(約630赫茲至1000赫茲）范圍內(nèi)。在120赫茲至1600赫茲范圍內(nèi)，對(duì)于路段單層大空隙路面，一般存在一個(gè)中高頻范圍吸聲頻率峰值；對(duì)于鋪設(shè)雙層大空隙路面的路段，一般存在兩個(gè)吸聲頻率峰值，可分別對(duì)應(yīng)交通噪聲的中低頻范圍和中高頻范圍。

設(shè)置聲屏障，從全頻帶的整體降低交通噪聲，當(dāng)聲屏障設(shè)置規(guī)模固定時(shí)，對(duì)交通噪聲頻率影響固定。對(duì)聲屏障規(guī)模的計(jì)算可參考《聲屏障聲學(xué)設(shè)計(jì)和測量規(guī)范》（HJ/T 90-2004）。

當(dāng)路面結(jié)構(gòu)頻帶范圍無法滿足上述要求，存在頻帶噪聲泄露時(shí)，可選用合適聲屏障屏體吸聲材料結(jié)構(gòu)或聲屏障頂端結(jié)構(gòu)，必要時(shí)可在聲屏障上設(shè)置有源降噪模塊，進(jìn)一步提升聲屏障針對(duì)特定頻率范圍的降噪能力。

綜合評(píng)價(jià)與優(yōu)化方法

應(yīng)根據(jù)降噪路面工程和聲屏障工程的施工進(jìn)度，分別開展降噪路面、聲屏障和綜合降噪工程的降噪效果評(píng)價(jià)，并根據(jù)各階段的降噪效果進(jìn)一步優(yōu)化降噪措施的組合。

● 降噪路面降噪效果評(píng)價(jià)

降噪路面施工完成后，應(yīng)采用CPX（近距法）或SPB（統(tǒng)計(jì)通過法）進(jìn)行路面噪聲測試。獲得不同段落輪胎-路面噪聲最大聲壓級(jí)、等效聲壓級(jí)和聲壓級(jí)頻譜曲線等數(shù)據(jù)，對(duì)比降噪路面實(shí)施前的輪胎-路面噪聲測試值，評(píng)價(jià)降噪路面的降噪效果。如采用大空隙降噪路面方案，建議使用阻抗管法或聲壓-質(zhì)點(diǎn)速度法測試典型路面結(jié)構(gòu)的法向吸聲系數(shù)，并記錄測試樁號(hào)、車道和位置。

現(xiàn)場測試布點(diǎn)圖

● 聲屏障降噪效果評(píng)價(jià)

在聲屏障工程實(shí)施后，應(yīng)按照《公路聲屏障 第5部分:降噪效果檢測方法》（JT/T 646.5）規(guī)定，對(duì)聲屏障降噪效果進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。按照測試布點(diǎn)方案，測試技術(shù)聲屏障插入損失量，評(píng)價(jià)聲屏障在綜合降噪工程體系中的降噪效果。

● 綜合降噪效果評(píng)價(jià)

綜合降噪工程施工完成后，對(duì)照環(huán)境噪聲檢測位置，按照《聲學(xué)環(huán)境噪聲的描述、測量與評(píng)價(jià) 第2部分:聲壓級(jí)測定》（GB/T 3222.2）要求，分別在晝間、夜間進(jìn)行噪聲敏感點(diǎn)環(huán)境噪聲檢測。記錄測試位置、測試時(shí)間、車流量、Leq、L90和聲級(jí)計(jì)的文件名。比對(duì)綜合降噪工程實(shí)施前后環(huán)境噪聲變化數(shù)值，評(píng)價(jià)綜合降噪效果。

路基段的降噪

降噪措施與頻譜適配原理

路基段的綜合降噪措施一般主要包括降噪路面和聲屏障，其中降噪路面通過大空隙吸聲對(duì)路面氣動(dòng)噪聲進(jìn)行有效吸聲，通過優(yōu)化表面級(jí)配及構(gòu)造對(duì)路面振動(dòng)噪聲進(jìn)行有效消除，聲屏障則從全頻帶整體降低交通噪聲。

影響輪胎-路面噪聲的機(jī)理如下圖所示，與路面性能直接相關(guān)的三個(gè)參數(shù)為吸聲系數(shù)、構(gòu)造深度與勁度模量（力學(xué)阻抗）。下面對(duì)降噪路面的降噪原理進(jìn)行著重介紹。

● 大空隙結(jié)構(gòu)對(duì)路面噪聲進(jìn)行有效吸收

之所以采用具有空隙率14%及以上的大空隙路面面層，一方面是由于其表面具有連通空隙，與密級(jí)配路面相比，不但能夠降低輪胎花紋溝槽與路面形成腔體時(shí)空氣吸入、膨脹釋放而產(chǎn)生的氣泵噪聲，還能夠消除輪胎與路面接觸形成的喇叭筒效應(yīng)，降低噪聲放大效果；另一方面，大空隙瀝青混合料可被視為一種吸聲材料，能夠有效吸收源頭和傳播過程中的聲波能量。根據(jù)實(shí)際交通流作用下輪胎-路面噪聲頻譜，通過調(diào)整大空隙路面吸聲系數(shù)曲線，使吸聲系數(shù)峰值頻率與路面實(shí)際交通流產(chǎn)生的噪聲峰值頻率匹配，實(shí)現(xiàn)不同車道交通噪聲-吸聲性能的匹配設(shè)計(jì)，使得路面結(jié)構(gòu)具有最優(yōu)的吸聲效果。

輪胎-路面噪聲的影響因素

● 優(yōu)化表面級(jí)配及構(gòu)造降低振動(dòng)噪聲

基于3D激光掃描的構(gòu)造等級(jí)波長譜測試方法

為了降低輪胎與路面之間由于振動(dòng)產(chǎn)生的低頻噪聲，一般使用細(xì)粒式級(jí)配以減小路面的紋理構(gòu)造深度、增加平滑度，從而降低源頭噪聲。近年來，新興的雙層大空隙瀝青路面，除了具有良好的吸聲效果以外，還因其上面層結(jié)構(gòu)粒徑較細(xì)（5毫米至10毫米），表面構(gòu)造深度降低，從而減小了輪胎與路面接觸時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲，這也是雙層大空隙瀝青路面具有更好降噪效果的原因之一。在設(shè)計(jì)中，一般以63毫米和1毫米（國外也采用80毫米和4毫米）的構(gòu)造深度波長譜作為中低頻和高頻環(huán)境降噪設(shè)計(jì)參數(shù)，通過表面級(jí)配優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)對(duì)輪胎-路面振動(dòng)產(chǎn)生噪聲的有效降低。

實(shí)施方案與設(shè)計(jì)方法

降噪路面設(shè)計(jì)應(yīng)建立路面降噪性能、力學(xué)性能與其他路面使用功能（抗滑、平整、排水等）平衡的設(shè)計(jì)方法，在滿足路面設(shè)計(jì)壽命的條件下，實(shí)現(xiàn)降噪功能與其他路用性能的同步保障、提升。

● 降噪路面設(shè)計(jì)

降噪路面降噪功能設(shè)計(jì)包括路面結(jié)構(gòu)和混合料兩部分，須關(guān)注的設(shè)計(jì)重點(diǎn)如下所述：

應(yīng)根據(jù)路面結(jié)構(gòu)層次、車道和降噪指標(biāo)要求，選擇適宜的降噪路面結(jié)構(gòu)和組合。

材料設(shè)計(jì)參數(shù)初選，可通過模型預(yù)測吸聲系數(shù)、構(gòu)造深度和預(yù)期降噪效果，再進(jìn)一步通過室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

降噪路面混合料設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)路面吸聲系數(shù)和表面紋理構(gòu)造深度進(jìn)行室內(nèi)檢測。為滿足長期耐久性能要求，除常用路面性能指標(biāo)外，建議開展長期老化后的飛散、抗水損害和抗裂性能試驗(yàn)，綜合確定混合料參數(shù)。

路面結(jié)構(gòu)降噪功能優(yōu)化設(shè)計(jì)流程圖

宜采用細(xì)粒式（最大粒徑小于等于10毫米）大空隙混合料（空隙率大于等于20%）作為路面表層。如期望降噪效果大于6分貝，大空隙降噪結(jié)構(gòu)層厚度應(yīng)大于60毫米，吸聲系數(shù)峰值應(yīng)與噪聲峰值接近。大空隙結(jié)構(gòu)層總厚度65毫米以下時(shí)，如能夠保證空隙均勻性可采用一次性攤鋪；大空隙結(jié)構(gòu)層總厚度在65毫米以上，或空隙率較大時(shí)（接近25%），采用雙層降噪路面結(jié)構(gòu)空隙組合和連通性好于一次性攤鋪。

● 聲屏障設(shè)計(jì)

根據(jù)聲學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)值和擬設(shè)置的位置，可依據(jù)《聲屏障聲學(xué)設(shè)計(jì)和測量規(guī)范》（HJ/T 90-2004）中的“聲屏障的聲學(xué)設(shè)計(jì)”和《公路聲屏障 第3部分：聲學(xué)設(shè)計(jì)方法》（JT/T 646.3-2017），計(jì)算聲屏障的實(shí)施規(guī)模，包括實(shí)施長度、高度。聲屏障聲學(xué)設(shè)計(jì)降噪目標(biāo)值應(yīng)減去路面的降噪效果。

聲屏障位置應(yīng)根據(jù)路段工程型式進(jìn)行設(shè)置，不應(yīng)影響公路通行安全。在滿足公路設(shè)計(jì)規(guī)范、避開地下工程、確保行車安全及保證視覺空間的前提下，聲屏障應(yīng)設(shè)置在靠近目標(biāo)道路最近的機(jī)動(dòng)車道。

公路較寬、路邊建筑較高時(shí)，宜增加路中分隔帶聲屏障，以加強(qiáng)對(duì)遠(yuǎn)側(cè)道路的遮擋。如果公路與保護(hù)對(duì)象存在顯著的地形高差，或者靠近道路區(qū)域沒有設(shè)置聲屏障的條件，可通過建設(shè)單位與保護(hù)目標(biāo)的協(xié)商，將聲屏障設(shè)置在靠近保護(hù)對(duì)象的位置。

聲屏障的幾何形狀主要包括直立型、直弧型、倒L型、全弧型及其他，應(yīng)合理選擇聲屏障形狀，確定插入損失。

當(dāng)設(shè)置聲屏障高度超過5米時(shí)，宜采用頂部折板、彎折、增加吸聲體等設(shè)計(jì)提高聲屏障的有效高度。設(shè)置的聲屏障高度一般不宜超過6米。超過米高度，路側(cè)聲屏障仍不能滿足敏感建筑降噪要求時(shí)，就說明綜合降噪措施不適用，這時(shí)可結(jié)合實(shí)施條件，考慮采用半封閉、全封閉形式。

應(yīng)用效果與案例分析

● 案例基本情況

2 019 年，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)依托江蘇省G1515鹽靖高速開展了路基段綜合降噪試驗(yàn)段應(yīng)用。

鹽靖高速是江蘇省境內(nèi)連接鹽城市和泰興市的高速公路，為國高網(wǎng)北南方向主干線G15沈陽至海口高速公路的聯(lián)絡(luò)線之一。鹽靖高速共分三期建設(shè)，2008年全線建成通車，全長168.62公里。運(yùn)營期間，隨著交通量的逐年增加，鹽靖高速交通噪聲污染的問題日益突出。該路段夜間普遍存在噪聲超標(biāo)問題，超標(biāo)量平均達(dá)10分貝以上，最高超過15分貝。

鹽靖高速公路綜合降噪試驗(yàn)段布置示意圖

為了降低鹽靖高速沿線的交通噪聲，提升居民的居住舒適度，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)以靖鹽方向k160+700至k159+100為試點(diǎn)，開展了綜合降噪試驗(yàn)段應(yīng)用。綜合降噪試驗(yàn)段布置如“鹽靖高速公路綜合降噪試驗(yàn)段布置示意圖”所示，不同路面設(shè)置具體樁號(hào)如“降噪路面試驗(yàn)段設(shè)置表”所示。聲屏障試驗(yàn)段總長度510米，樁號(hào)為k160+510至k160+000，具體布置情況如“新型聲屏障試驗(yàn)段設(shè)置表”所示。

降噪路面試驗(yàn)段設(shè)置表

● 綜合降噪措施

路面表面層采用細(xì)粒式大空隙薄層路面 使用小粒徑集料增加路面的平滑度并減少輪胎振動(dòng)產(chǎn)生的低頻噪聲，將空隙率設(shè)置為18%至20%，能夠降低輪胎與路面之間的氣動(dòng)噪聲，并吸收高頻率輪胎-路面噪聲。

路面結(jié)構(gòu)分車道差異化設(shè)計(jì) 超車道以小車為主，多為輪胎與路面摩擦接觸產(chǎn)生的高頻噪聲，因此采用對(duì)高頻噪聲具有較好吸聲效果的薄層降噪路面；行車道重車較多，輪胎振動(dòng)及發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲均對(duì)交通噪聲產(chǎn)生較大影響，因此采用吸聲頻域范圍更寬的雙層降噪瀝青路面。

大空隙降噪路面與聲屏障聯(lián)合使用 該工程實(shí)施路段的噪聲超標(biāo)值普遍在10分貝以上，最高超過15分貝。采用大空隙降噪路面僅能獲得3分貝至7分貝的降噪效果，無法滿足降噪需求，與聲屏障聯(lián)合使用可進(jìn)一步提升降噪效果。此外，為了保證聲屏障整體吸聲值達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了菱孔結(jié)構(gòu)、干涉型、擴(kuò)散體這三種不同吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲板。

● 應(yīng)用效果分析

近距與路側(cè)噪聲測試對(duì)比分析

降噪路面試驗(yàn)段建成后，進(jìn)行了噪聲水平檢測。CPX和路側(cè)噪聲的測試結(jié)果如圖所示?？梢钥闯?，與單層大空隙瀝青路面和薄層相比，雙層大空隙路面在輪胎與路面接觸位置表現(xiàn)出優(yōu)異的降噪性能。與傳統(tǒng)PAC-13大空隙瀝青混合料相比，近場降噪效果提高了約2分貝。路肩位置（與路面垂直距離為1.2m）的噪聲測試顯示，與降噪路面修建前的噪聲水平相比，三種路面結(jié)構(gòu)的噪聲降低值分別為4.3分貝、6.8分貝和7.1分貝。

近距法噪聲測試

綜合降噪效果評(píng)價(jià)

對(duì)綜合降噪實(shí)施后的受聲點(diǎn)位置進(jìn)行噪聲監(jiān)測，獲得夜間噪聲平均值，如“受聲點(diǎn)噪聲監(jiān)測效果對(duì)比表”所示。由對(duì)比表可知，采用綜合降噪方案，與實(shí)施前相比，受聲點(diǎn)交通噪聲降低了10.5分貝至12.1分貝。其中，受聲點(diǎn)1#和2#晝夜?jié)M足《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》4a類區(qū)聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)限值要求，受聲點(diǎn)3#晝夜?jié)M足2類區(qū)聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)限值要求，較好地解決了公路噪聲超標(biāo)的問題。與全封閉式聲屏障（即在路段上安裝隧道式隔聲結(jié)構(gòu)，把車輛和道路完全隔離在聲屏障內(nèi)的方式）相比，采用研究中的綜合降噪技術(shù)手段，可降低成本85%至90%，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益突出。

受聲點(diǎn)噪聲監(jiān)測效果對(duì)比表

橋梁段的降噪

降噪措施與頻譜適配原理

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，城市高架橋建設(shè)數(shù)量逐年增加，但汽車在高架橋上高速行駛時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲。一部分噪聲來源于輪胎與橋面的摩擦，另一部分噪聲是汽車在通過伸縮縫時(shí)輪胎瞬間懸空，對(duì)伸縮縫產(chǎn)生沖擊，導(dǎo)致瞬間噪聲。另外，汽車在高速通過伸縮縫時(shí)產(chǎn)生的聲波還會(huì)在梁體縫內(nèi)形成風(fēng)噪，向下傳遞，且噪聲量較大，這也是汽車在高架橋上行駛時(shí)產(chǎn)生噪聲的主要來源。

橋梁段降噪除了遵循路基段的降噪設(shè)計(jì)之外，還須考慮伸縮縫位置的噪聲處治。目前，橋梁伸縮縫大多采用模數(shù)式及梳齒式伸縮縫，這兩種類型的伸縮縫都不具備減振降噪的功能。模數(shù)式伸縮縫為直線型，開口大，汽車在通過縫體時(shí)分為下伸縮縫、跨伸縮縫、上伸縮縫三個(gè)階段。研究證明，輪胎在完全跨越縫寬時(shí)，與縫體直角鋼板直接接觸，輪載逐漸增加，產(chǎn)生的振動(dòng)最大，形成的噪聲也最大。當(dāng)兩個(gè)輪胎同時(shí)與縫體直角鋼板接觸時(shí)，產(chǎn)生的振動(dòng)要大于單個(gè)輪胎與縫體直角鋼板接觸產(chǎn)生的振動(dòng)，形成的噪聲也更大。梳齒形伸縮縫耗鋼量大，鋼板的性能不足時(shí)連接的螺栓或鉚釘容易松動(dòng)折斷，加工生產(chǎn)時(shí)也易產(chǎn)生誤差變形，影響連接部位的受力，形成橋面的薄弱環(huán)節(jié)，由此而引起噪聲、跳車等問題。

目前，常用的降噪型伸縮縫主要包括曲線型降噪伸縮裝置和無縫伸縮裝置兩種。曲線型降噪板表面接縫具有一定的傾斜角度，改進(jìn)了傳統(tǒng)模數(shù)式及單縫式伸縮裝置貫通橋面的缺點(diǎn)，汽車通過曲線型伸縮縫時(shí)，輪胎與縫體始終保持接觸，不產(chǎn)生懸空，不形成跳車，減小了對(duì)曲線型伸縮縫的沖擊，從而降低了噪聲。橋梁裝配式隱形無縫伸縮裝置由彈性伸縮構(gòu)件、彈性找平層、底部構(gòu)造組成，采用三維彈性材料，實(shí)現(xiàn)了自由伸縮，抗壓減震高回彈，實(shí)施后，公路表面平整無縫、無跳車，車輛行駛安全舒適，無行駛沖擊噪聲。

曲線型降噪伸縮裝置

實(shí)施方案與設(shè)計(jì)方法

作為橋梁結(jié)構(gòu)特殊的承載裝置，降噪型伸縮縫應(yīng)保證結(jié)構(gòu)性能和降噪功能的均衡，避免以犧牲耐久性為代價(jià)提升伸縮縫的降噪性能。降噪型伸縮縫的實(shí)施方案與設(shè)計(jì)方法主要包括以下流程：

基于有限元分析軟件，通過對(duì)伸縮裝置進(jìn)行有限元模擬，進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析，并驗(yàn)算其強(qiáng)度和剛度是否滿足《公路橋梁伸縮裝置通用技術(shù)條件》（JT∕T 327-2016）規(guī)范要求。

采用多物理場仿真軟件COMSOL，建立不同橋梁伸縮裝置的“伸縮縫-空氣-輪胎”耦合振動(dòng)噪聲模型與泵氣噪聲模型，模擬分析伸縮縫配置參數(shù)對(duì)振動(dòng)噪聲和泵氣噪聲特性的影響。降噪配置參數(shù)設(shè)置可從彈性層材料、彈性層厚度、錨固方式三方面入手，通過建立噪聲模型，研究這些配置參數(shù)對(duì)噪聲性能的影響，分析降噪效果，以減輕橋梁伸縮縫對(duì)噪聲的不利影響。

根據(jù)噪聲模擬結(jié)果，選擇合適的彈性層材料和厚度，合理選擇彈性層固定方式，優(yōu)選橋梁伸縮縫配置方案，模擬優(yōu)化后降噪橋梁伸縮縫的降噪效果，據(jù)此確定適用于高架道路的降噪橋梁伸縮縫結(jié)構(gòu)。

結(jié)合實(shí)體工程，采用聲學(xué)傳感器和配套采集儀，在伸縮縫上方，橋下及車內(nèi)對(duì)不同車速車輛通過橋梁伸縮縫進(jìn)行實(shí)測。分析對(duì)比實(shí)測伸縮縫噪聲特征與模擬伸縮縫噪聲特征，以驗(yàn)證噪聲模擬結(jié)果，進(jìn)一步完善橋梁伸縮縫設(shè)計(jì)方案。

應(yīng)用效果與案例分析

● 案例基本情況

2023年5月，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)依托黑龍江省道203線雞訥公路通河鎮(zhèn)三橋（橋梁樁號(hào)為k266+635）,開展了無縫橋梁伸縮縫的施工與噪聲測試。雞訥公路是黑龍江省干線路網(wǎng)“三射、四橫、六縱”中的重要組成部分，路線起于通河縣的通河鎮(zhèn)鎮(zhèn)北，與雞訥公路方正至通河段一級(jí)公路相連接。途經(jīng)樺樹村、鳳山鎮(zhèn)東方林場、盤山口、奮斗林場、上呼蘭林場,于鐵力鎮(zhèn)西側(cè)接國道哈伊公路，路線全長155.429公里。

2021年6月，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)依托江蘇省揚(yáng)州市潤揚(yáng)長江公路大橋（樁號(hào)為mk8+395.876-mk4+173.231）,開展了曲線型伸縮縫的降噪效果測試。潤揚(yáng)長江公路大橋北起揚(yáng)州南繞城公路，跨經(jīng)長江世業(yè)洲，南迄于鎮(zhèn)江國道312線互通，全長35.66公里，橋面為雙向六車道高速公路，設(shè)計(jì)行車時(shí)速100公里，工程項(xiàng)目總投資額58.1億元。

噪聲測試現(xiàn)場圖

為了降低橋梁沿線的交通噪聲，提升居民的居住舒適度，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)以通河鎮(zhèn)三橋、潤揚(yáng)大橋?yàn)樵圏c(diǎn)，開展了伸縮裝置降噪試驗(yàn)段應(yīng)用。

● 應(yīng)用效果分析

曲線型降噪伸縮縫

創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)對(duì)曲線型伸縮縫降噪效果進(jìn)行分析，在高架段高速公路不同測點(diǎn)位置（改造段和未改造段）同時(shí)測試車輛的通過聲壓級(jí)，共測量3次，每次時(shí)長5分鐘。測試結(jié)果如“伸縮縫改造降噪效果分析表”所示。表中“改造伸縮縫”為改造后的曲線型伸縮縫，“未改造伸縮縫”為同一座橋梁未進(jìn)行降噪伸縮縫改造的直線型伸縮縫，“相鄰路面”為伸縮縫位置相鄰的瀝青路面位置。

伸縮縫改造降噪效果分析表

根據(jù)上述測試方法現(xiàn)場測試的結(jié)果表明，與直線型伸縮縫相比，曲線型伸縮縫可以降低道路交通噪聲2.0分貝左右。

無縫型降噪伸縮縫

相同小汽車分別以時(shí)速40公里、60公里、80公里經(jīng)過測試伸縮縫，降噪效果如“無縫型伸縮縫降噪效果分析表”所示。

無縫型伸縮縫降噪效果分析

根據(jù)上述測試方法現(xiàn)場測試的結(jié)果表明，與直線型伸縮裝置相比，采用無縫型伸縮裝置，小客車可以降低3分貝至5分貝的瞬時(shí)噪聲。