福泉高速公路（沿?？萍悸穮^(qū)段）新型聲屏障景觀效果及降噪性能評(píng)價(jià)

■王鴻清

（福建省福泉高速公路有限公司，福州 350007）

高速公路在給人們交通出行帶來(lái)巨大便利的同時(shí)，也因其具有車流量大、車輛行駛速度快等固有特點(diǎn)，可能會(huì)對(duì)鄰近區(qū)域產(chǎn)生較強(qiáng)的交通噪聲污染。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2021 年全國(guó)生態(tài)環(huán)境信訪投訴舉報(bào)管理平臺(tái)共接到公眾舉報(bào)45 萬(wàn)余件， 其中噪聲擾民問(wèn)題占全部舉報(bào)的45.0%，居各環(huán)境污染要素的第2 位。而在我國(guó)道路交通環(huán)境的投訴中，85%以上與交通噪聲有關(guān)。 這表明交通噪聲污染已逐漸成為環(huán)境污染領(lǐng)域集中投訴的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。

聲屏障作為一種減輕噪聲污染的道路交通設(shè)施，在國(guó)內(nèi)外有著廣泛的應(yīng)用。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，福建全省高速公路現(xiàn)有與在建聲屏障的總存量即將超過(guò)420 km，且隨著全省通車?yán)锍毯瓦\(yùn)營(yíng)年限的增長(zhǎng)，聲屏障總存量還將進(jìn)一步提高。然而，隨著年限增長(zhǎng)，聲屏障的破損、銹蝕等問(wèn)題日益凸顯，對(duì)高速公路影響美觀，隔聲降噪效果減弱。聲屏障提升改造工作迫在眉睫，推進(jìn)新型聲屏障在全省的應(yīng)用，加快福建省高速公路聲屏障產(chǎn)業(yè)化工作，對(duì)于保障居民正常生活和工作的聲環(huán)境質(zhì)量、促進(jìn)全省經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。因此，本文結(jié)合福泉高速公路（沿海科技路區(qū)段）實(shí)際情況，對(duì)聲屏障的景觀效果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)3 種聲屏障（常規(guī)玻璃棉聲屏障、新型玻璃棉聲屏障及新型泡沫鋁聲屏障）的實(shí)際降噪效果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試并評(píng)價(jià)。

1 項(xiàng)目概況

根據(jù)《高速公路聲屏障產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)專題會(huì)議紀(jì)要》（〔2022〕22 號(hào)）的會(huì)議精神，福建省高速公路集團(tuán)有限公司以福泉高速公路 （沿?？萍悸穮^(qū)段）為試點(diǎn)，結(jié)合推廣新材料、新工藝的理念，將新型聲屏障應(yīng)用在聲屏障改造示范工程中，共完成聲屏障提升改造2 260 m。其中，在新材料試驗(yàn)段落設(shè)置了新型泡沫鋁聲屏障[1]。

1.1 改造前現(xiàn)場(chǎng)情況

前期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，既有聲屏障結(jié)構(gòu)形式主要為直立式，高度為3.0 m，立柱間距為2.0 m 或2.5 m，聲屏障基礎(chǔ)由地梁和獨(dú)立基礎(chǔ)組成，地梁寬度為25 cm，獨(dú)立基礎(chǔ)的直徑為70 cm，如圖1 所示。聲屏障組成形式主要分為3 種類型：（1）聲屏障由3 塊彩鋼夾芯隔聲板組成，頂部未安裝頂蓋板；（2）聲屏障由2 塊彩鋼夾芯隔聲板和1 塊鋁合金吸聲板組成，吸聲板頂部設(shè)置全覆蓋的聲屏障頂蓋板，頂蓋板固定在立柱上；（3）聲屏障由2 塊彩鋼夾芯隔聲板和1 塊鋁合金吸聲板組成， 吸聲板頂部設(shè)置U 型扣板，未固定在立柱上。

圖1 既有聲屏障形式

1.2 新型聲屏障技術(shù)參數(shù)

新型聲屏障采用直弧式的結(jié)構(gòu)形式，如圖2 所示。 路基段聲屏障高3.0 m，由3 塊屏體組成，底部基礎(chǔ)為混凝土結(jié)構(gòu)；橋梁段聲屏障高2.0 m，由2 塊屏體組成，底部與橋梁護(hù)欄螺栓連接。 在有景觀要求的近城郊路段，聲屏障中間屏體采用透視隔聲板。新型玻璃棉聲屏障采用標(biāo)準(zhǔn)屏體單元板，主要尺寸為：高1.0 m，長(zhǎng)2.0 m，厚0.1 m，達(dá)到便于施工的目的。 新型玻璃棉聲屏障的屏體仍以玻璃棉為主要吸聲材料，研究表明[2]，玻璃棉聲屏障的降噪值在2.55～9.95 dB（A）左右，平均降噪值約為6.91 dB（A）。

圖2 新型聲屏障一般構(gòu)造圖

新型泡沫鋁聲屏障使用泡沫鋁來(lái)替代常規(guī)玻璃棉作為吸聲板填充材料。 泡沫鋁是在純鋁或鋁合金中加入添加劑后，經(jīng)過(guò)發(fā)泡工藝制作而成，同時(shí)兼有金屬和氣泡特征，有利于在應(yīng)用過(guò)程中更好地發(fā)揮隔音降噪、吸收輻射的能力。 泡沫鋁屬于新型的多孔性吸聲材料，具有大量凹凸結(jié)構(gòu)和小腔室結(jié)構(gòu)，既通過(guò)表面漫反射作用吸聲，又通過(guò)微孔結(jié)構(gòu)耗散聲能，還可利用亥姆霍茲共振吸聲器原理，配合空腔結(jié)構(gòu)，極大地提高吸聲效果。 當(dāng)聲波通過(guò)泡沫鋁時(shí)，能量會(huì)在多孔結(jié)構(gòu)中發(fā)生多次反射、散射和吸收，從而減少噪音的傳播和反射。 研究表明[3-4]，泡沫鋁的吸聲系數(shù)較高，如圖3 所示。

由圖3 可見，在聲波頻率達(dá)到800～4 000 Hz 時(shí)，泡沫鋁的隔聲系數(shù)能夠達(dá)到0.9 以上； 聲波頻率在125～4 000 Hz 時(shí)，通孔泡沫鋁的吸聲系數(shù)最大可達(dá)0.8，其倍頻程平均吸聲系數(shù)超過(guò)0.4，理論上可以有效提高聲屏障的隔音降噪性能。

1.3 聲屏障改造實(shí)施方案

結(jié)合改造前現(xiàn)場(chǎng)情況和新型聲屏障技術(shù)參數(shù)特點(diǎn)，明確了沿?？萍悸仿暺琳细脑斓木唧w方案為：拆除現(xiàn)有聲屏障板和立柱，利用現(xiàn)有地梁，采用鋼板將立柱固定在地梁上，每10.0 m 利用一處地腳螺栓；上部安裝3.0 m 高的新型聲屏障，新型聲屏障由1.0 m 鋁合金百葉窗吸聲板和2.0 m 彩鋼夾芯隔聲板組成，頂部1.0 m 采用直弧式結(jié)構(gòu)，弧形部分半徑為1.8 m；新型聲屏障上部采用插板式結(jié)構(gòu)，以H 型鋼立柱作為聲屏障支撐構(gòu)件，H 型鋼立柱間插入單元板，立柱間距2.0 m；未利用的地腳螺栓和聲屏障底部縫隙，采用素混凝土補(bǔ)平。

2 新型聲屏障景觀效果

福泉高速公路的路側(cè)聲屏障普遍已經(jīng)使用超過(guò)10 年，聲屏障破損、銹蝕等問(wèn)題日益凸顯，嚴(yán)重影響高速公路美觀。因此，本文對(duì)聲屏障的景觀效果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，重點(diǎn)結(jié)合周邊環(huán)境和“一帶三題”的主題布局，試點(diǎn)項(xiàng)目主要設(shè)置于高速出入口附近或靠近服務(wù)區(qū)周邊地帶，涉及的路段長(zhǎng)度合計(jì)1 292 m，噴涂的面積合計(jì)3 876 m2，效果如圖4 所示。

圖4 聲屏障彩繪噴涂效果

聲屏障彩繪噴涂外觀靚麗、視覺(jué)優(yōu)美、特色鮮明，并有多種樣式和造型可供選擇與組合，使聲屏障成為高速公路上的亮麗風(fēng)景線。 同時(shí)，通過(guò)聲屏障彩繪，以節(jié)點(diǎn)式主題表達(dá)了科技帶動(dòng)鄉(xiāng)村振興，提升了路域形象，能夠起到激發(fā)沿線路域活力、帶周邊經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、促進(jìn)福建特色文化建設(shè)的作用。

3 新型聲屏障降噪性能測(cè)試及評(píng)價(jià)

為了更直觀地評(píng)估新型聲屏障的實(shí)際降噪性能，依據(jù)GB/T 19884—2005《聲學(xué) 各種戶外聲屏障插入損失的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定》[5]中的相關(guān)規(guī)定，針對(duì)3 種聲屏障（常規(guī)玻璃棉聲屏障、新型玻璃棉聲屏障以及新型泡沫鋁聲屏障）分別開展聲屏障插入損失的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

3.1 測(cè)試方案

本測(cè)試主要使用等效連續(xù)A 計(jì)權(quán)聲壓級(jí)LpAeq，T以及最大聲壓級(jí)Lpmax作為噪聲描述量來(lái)計(jì)算不同類型聲屏障的插入損失。 其中，LpAeq，T可以反映噪聲污染的持續(xù)影響大??；而Lpmax可以反映噪聲污染的峰值影響大小。 選取這兩個(gè)參數(shù)來(lái)評(píng)估本項(xiàng)目中不同類型聲屏障的插入損失，能夠綜合反映聲屏障降噪性能。

依據(jù)GB/T 19884—2005《聲學(xué) 各種戶外聲屏障插入損失的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定》規(guī)定，本測(cè)試采用間接法來(lái)評(píng)估聲屏障安裝前后的聲壓級(jí)差，即：通過(guò)在替代點(diǎn)（即與研究現(xiàn)場(chǎng)等效的位置上）進(jìn)行測(cè)量來(lái)得到聲屏障“安裝前”聲壓級(jí)的估計(jì)值。 間接法測(cè)量聲屏障插入損失D′IL的計(jì)算公式如下：

式中：Lref，B為參考點(diǎn)安裝前的聲壓級(jí) （替代點(diǎn)）；Lr，B為接收點(diǎn)安裝前的聲壓級(jí)（替代點(diǎn)）；Lref，A為參考點(diǎn)安裝后的聲壓級(jí)；Lr，A為接收點(diǎn)安裝后的聲壓級(jí)；Cr和C′r為接收點(diǎn)類型的修正因子。

本測(cè)試采用的聲源為高速公路聲屏障布置位置處的自然存在、非可控的高速車輛噪聲，以此反映高速公路上真實(shí)存在的噪聲污染特性。 由于不同類型聲屏障布置在不同路段，測(cè)試中在每個(gè)測(cè)點(diǎn)均通過(guò)設(shè)置參考點(diǎn)的方式來(lái)對(duì)聲源進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 本測(cè)試采用的測(cè)量?jī)x器為符合國(guó)標(biāo)1 型要求的杭州愛華AWA5662 型多功能聲級(jí)計(jì)，共2 套，儀器設(shè)備如圖5 所示。

圖5 杭州愛華AWA5662 型多功能聲級(jí)計(jì)

本測(cè)試共設(shè)1 個(gè)替代點(diǎn)（即與研究現(xiàn)場(chǎng)等效的無(wú)聲屏障的位置）來(lái)測(cè)量聲屏障“安裝前”的聲壓級(jí)，并設(shè)置3 個(gè)聲屏障測(cè)點(diǎn)（常規(guī)玻璃棉聲屏障測(cè)點(diǎn)、新型聲屏障測(cè)點(diǎn)及新型泡沫鋁聲屏障測(cè)點(diǎn)）來(lái)測(cè)量聲屏障安裝后的聲壓級(jí)。 最終通過(guò)不同類型聲屏障的插入損失來(lái)評(píng)估其降噪性能。 各測(cè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的樁號(hào)及聲屏障布置情況如表1 所示。

表1 戶外聲屏障插入損失現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)試時(shí)，首先使用符合國(guó)標(biāo)要求的聲校準(zhǔn)器對(duì)聲級(jí)計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。 然后，將時(shí)間計(jì)權(quán)選為F（快檔），在每個(gè)測(cè)點(diǎn)分別進(jìn)行3 組測(cè)試，每組測(cè)試持續(xù)時(shí)長(zhǎng)為2 min。 每個(gè)測(cè)點(diǎn)利用兩套聲級(jí)計(jì)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)參考點(diǎn)和接收點(diǎn)處的聲壓數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、 同步測(cè)試，以此提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度。 其中，為了使聲屏障處測(cè)得的來(lái)自所用聲源的聲壓級(jí)不受影響，參考點(diǎn)設(shè)置于聲屏障最高點(diǎn)的垂直上方1.5 m 處， 而受實(shí)際場(chǎng)地條件限制，本測(cè)試中每個(gè)測(cè)點(diǎn)的接收點(diǎn)均位于聲屏障后側(cè)的護(hù)坡下方，如圖6 所示。

圖6 各測(cè)點(diǎn)處參考點(diǎn)、接收點(diǎn)示意

3.2 測(cè)試結(jié)果

經(jīng)過(guò)對(duì)替代點(diǎn)和3 個(gè)聲屏障測(cè)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，可以得到3 種聲屏障的等效連續(xù)A 計(jì)權(quán)聲壓級(jí)LpAeq，T與最大聲壓級(jí)Lpmax的聲屏障插入損失D′IL，測(cè)試結(jié)果如表2 所示。

表2 聲屏障插入損失現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果

由表2 可見：（1） 新型聲屏障的聲學(xué)性能均符合GB/T 51335—2018《聲屏障結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和JT/T 646.4—2016《公路聲屏障 第4 部分：聲學(xué)材料技術(shù)要求及檢測(cè)方法》的要求[6-7]；（2）新型玻璃棉聲屏障對(duì)于等效連續(xù)A 計(jì)權(quán)聲壓級(jí)LpAeq，T與最大聲壓級(jí)Lpmax的插入損失與常規(guī)玻璃棉聲屏障相比相差不大，二者的降噪性能較為接近，這可能是由于新型玻璃棉聲屏障屏體內(nèi)采用的吸聲材料仍為離心玻璃棉；（3）和常規(guī)玻璃棉聲屏障相比，采用了泡沫鋁這一新材料的新型泡沫鋁聲屏障的降噪效果有了明顯提升，對(duì)于等效連續(xù)A 計(jì)權(quán)聲壓級(jí)LpAeq，T的聲屏障插入損失平均為8.1 dB，提升了50.6%；而對(duì)于最大聲壓級(jí)Lpmax的聲屏障插入損失平均為10.0 dB，提升了31.6%；表明新型泡沫鋁聲屏障的降噪效果提升明顯，降噪性能優(yōu)異。

4 結(jié)論

聲屏障降噪性能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明：與常規(guī)玻璃棉聲屏障相比， 新型泡沫鋁聲屏障充分運(yùn)用了新材料、新工藝，對(duì)于等效連續(xù)A 計(jì)權(quán)聲壓級(jí)LpAeq，T的降噪效果能夠提升50.6%，而對(duì)于最大聲壓級(jí)Lpmax的降噪效果能夠提升31.6%，具有更加優(yōu)異的隔聲降噪效果，可以應(yīng)用于噪聲污染嚴(yán)重的區(qū)域。

福泉高速公路（沿?？萍悸穮^(qū)段）聲屏障改造示范工程是福建省高速公路集團(tuán)有限公司實(shí)施“六五四”戰(zhàn)略后多部門、多單位聯(lián)合協(xié)作的落地實(shí)施項(xiàng)目，具有示范意義，有助于更新完善聲屏障、降低噪聲污染、提升沿海科技路美觀形象、推進(jìn)聲屏障產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 結(jié)合福泉高速公路（沿?？萍悸穮^(qū)段）的實(shí)際情況，針對(duì)性地開展聲屏障提升改造工作，對(duì)聲屏障的景觀效果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了新型聲屏障在高速公路建設(shè)、運(yùn)營(yíng)與維護(hù)中的應(yīng)用。 這對(duì)推進(jìn)新型聲屏障在福建省的應(yīng)用，加快福建省高速公路聲屏障產(chǎn)業(yè)化工作，保障居民正常生活和工作的聲環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)福建省經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。