江蘇省高速公路聲屏障降噪效果影響因素研究

郭曉峰 徐文文 王玉紅 呂相龍 黃峰 陳莉莎

（1.華設設計集團股份有限公司，江蘇南京 210014；2.江蘇省交通運輸環境保護工程技術研究中心，江蘇南京 210014）

1 引言

高速公路是江蘇省綜合交通運輸體系的重要組成部分，是江蘇省國民經濟和社會發展的重要基礎支撐。截至2016 年年底，江蘇省高速公路總里程4 657 km。2018 年10 月，江蘇省政府批復了新一輪的《江蘇省高速公路網規劃（2017—2035 年）》。根據規劃，至2035 年，江蘇省規劃高速公路總里程為6 666 km，較現狀增長43%，其中，規劃期內新建高速公路1 580 km，改擴建高速公路1 075 km。

高速公路在便捷人民生活、促進經濟發展的同時，其交通噪聲影響也日益引起公眾的關注［1-2］。江蘇省土地面積少，人口密度大，隨著城鎮化水平的進一步提高，居民活動區逐漸向既有高速公路靠攏，新建高速公路也不可避免地需穿越城鎮人口密集區，高速公路噪聲對沿線居民日常生活的干擾程度有增加的趨勢［3-4］。近年來，人民群眾對部分地區高速公路噪聲污染問題投訴較多，反映強烈。

目前江蘇省高速公路已建設大量聲屏障［1］，探討已建聲屏障的降噪效果以及影響因素對后續進一步開展江蘇省高速公路降噪工作具有重要意義。在此背景下，本文選擇江蘇省高速公路已建設的48 段聲屏障作為研究對象，通過聲屏障插入損失值檢測和現場調查，研究聲屏障材料、破損程度對于其降噪效果的影響，提出江蘇省聲屏障吸隔聲材料建議。

2 研究方法

2.1 插入損失檢測

插入損失檢測依據的是交通部最新發布的JT/T 646.5—2017《公路聲屏障 第5 部分：降噪效果檢測方法》的規定，分為直接測量法和間接測量法。直接測量法：直接測量聲屏障安裝前后在同一參考位置和受聲點位置的聲壓級的辦法。但是本次實地檢測對象全部為已建聲屏障，不適用直接測量法。間接測量法：測量聲屏障上方的參照點和敏感點處的受聲點，并在聲屏障范圍外臨近處設置與聲屏障安裝前等效的參考點和接收點，通過4 個監測點的差值來計算聲屏障插入損失值。其監測布點方案如圖1。

圖1 聲屏障插入損失值間接測量法示意

本研究采用的監測頻次為連續3 次，每次2 min。

聲屏障插入損失檢測結果按下式計算得出：

插入損失值＝Leq（3 號-4 號）-Leq（1 號-2 號）

1 號：模擬安裝前參照點，距離聲屏障端頭50 m，其地形環境應與3 號一致；2 號：模擬安裝前受聲點，距離聲屏障端頭50 m，其地形環境應與4 號一致；3 號：參照點，以保證聲屏障的存在不影響聲源在參照點的聲級為原則，位于聲屏障平面內正上方0.5 m；4 號：受聲點，距離聲屏障保護的敏感點房前1.0 m，距離地面1.2 m。

2.2 聲屏障現狀調查

在現場檢測插入損失值的同時，開展聲屏障現場實際情況檢查，調查內容主要包括聲屏障的基礎、立柱、地腳螺栓、排水條件、吸聲屏體、透明屏體、固定裝置、封頂罩板等部分的完整性與類型等。

3 結果與討論

3.1 不同影響因素的降噪效果分析

3.1.1 不同吸聲材料

不同吸聲材料的聲屏障降噪結果見圖2。由圖2可知，玻璃棉屏體與不吸聲屏體的平均降噪效果均為4.70 dB 左右；而蜂窩鋁和聚氨酯吸音棉的降噪效果約為7.00 dB。考慮到玻璃棉的建設年代均為2013年前，經過多年的坍塌，玻璃棉已基本無吸聲效果，可近似認為是不吸聲屏體，對比分析可發現，吸聲材料降噪效果平均能夠提高2 dB 左右。

圖2 吸聲材料與降噪效果的關系

進一步分析檢測結果可知，檢測點N14 與N38均為2015 年建設，其中，N14 采用金屬填充物，其降噪效果平均值為8.2 dB；N38 采用聚氨酯填充，其降噪效果平均值為8.9 dB。可見，在使用壽命內，目前采用的非金屬填充物與金屬填充物的吸聲性能沒有太大差異；而N1，N4，N31 及N35 這4 段聲屏障均為2011 年建設，N1，N4 采用金屬填充物，其降噪效果平均值分別為13.9，7.1 dB，另2 處采用玻璃棉填充，其降噪效果平均值分別為3.6，4.5 dB，可以看出非金屬填充物經過一段時間的老化后，吸聲性能遠不如金屬填充物。

3.1.2 不同隔聲屏體

不同隔聲屏體的聲屏障降噪效果見圖3。由圖3可知，PC 板、不透明屏體、夾膠玻璃屏障的平均降噪效果在5.0 dB 左右，而亞克力屏體的平均降噪效果為6.5 dB。但是考慮到亞克力板聲屏障的建設年代較新，綜合亞克力板的性能參數與夾膠玻璃、PC 板的性能參數及聲屏障計算模型，總體認為隔聲屏體對聲屏障降噪效果的影響較小。

圖3 隔聲屏體與降噪效果的關系

3.1.3 聲屏障破損程度

分析研究結果可以發現，發生破損的聲屏障平均降噪效果為4.0 dB，降噪效果范圍為1.3～8.3 dB；完好的聲屏障平均降噪效果為6.5 dB，降噪效果范圍為3.2～14.0 dB。

進一步將屏障破損情況進行了歸納分析，通過限定條件兩兩對比分析，得出不同破損情況對降噪效果的影響。屏體破損有兩種情況：一是夾膠玻璃爆裂，但未脫落，對降噪效果影響較小；二是屏體松動，立柱傾斜，對降噪效果影響較大。

（1）夾膠安全玻璃爆裂

檢測點N6 與N7 均位于寧杭高速公路上，前后距離約1 km，路況情況基本相同；測量時間只相差30 min，車流量情況基本相同。2 段聲屏障具體情況見表1。通過表1 可以看出，2 段聲屏障的破損情況基本相同，除了夾膠玻璃有差別；路基高差和屏體高度不同，但是經計算聲程差基本相同。通過對比分析可知，夾膠安全玻璃爆裂會對聲屏障降噪效果產生約1.2 dB 的損失。

表1 N6 和N7 聲屏障情況對比

表2 N2 和N3 聲屏障情況對比

（2）屏體松動

檢測點位N2 和N3 屏體材料一致，N2 建于2012 年，N3 建于2008 年，相差4 年，但對比二者的降噪效果可以發現，N3（11.9 dB）反而遠好于N2（3.6 dB），通過對聲屏障情況的分析，兩者的區別僅在于N2 屏體松動，密封性能差，N3 密封性能良好，因此可以看出，屏體松動對于聲屏障降噪效果的影響較大，可達到5 dB 以上。

3.2 聲屏障建設建議

3.2.1 隔聲屏體選擇建議

經現場調研，高速公路聲屏障常用隔聲屏體為夾膠安全玻璃、PC 板和亞克力板，PC 板已被高速公路聲屏障市場淘汰，夾膠玻璃仍有少部分使用，亞克力板近年來的使用占比逐漸增高。各隔聲屏體10 a的價格見表3（PC 板已被市場淘汰，不做比選）。由表3 可知，由于夾膠安全玻璃易碎、養護難度大的問題，在考慮養護維修成本的情況下，夾膠玻璃透明屏體雖然建設投資較低，但其投資遠高于亞克力板，因此，建議使用亞克力板作為隔聲屏體。

表3 常用隔聲屏體材料價格

3.2.2 吸聲屏體面板選擇建議

經現場調研，江蘇省高速公路聲屏障中鋁合金吸聲屏體占據了絕對優勢，占總長度的78.1%；其次是玻璃鋼吸聲屏體，占比為17.6%；其他吸聲屏體合計僅占4.3%，應用較少。根據現場調查結果，鋁合金面板和玻璃鋼面板老化情況見表4。由表4 可知，一般情況下，建議使用鋁合金吸聲屏體面板。

表4 常用吸聲屏體面板材料價格

4 結論

選擇江蘇省高速公路已建設的48 段聲屏障作為研究對象，通過聲屏障插入損失值檢測和現場調查，研究聲屏障材料、破損程度對于其降噪效果的影響，提出江蘇省聲屏障吸隔聲材料建議，為有效降低交通噪聲影響提供技術支撐。

（1）對比吸聲屏體與常規不吸聲屏體的降噪效果，吸聲材料降噪效果平均能夠提高2 dB 左右，此外，吸聲屏體內非金屬填充物經過一段時間的老化后，吸聲性能遠不如金屬填充物。

（2）綜合亞克力板的性能參數與夾膠玻璃、PC板等隔聲屏體的性能參數及聲屏障計算模型，總體認為隔聲屏體對聲屏障降噪效果的影響較小。

（3）發生破損的聲屏障，平均降噪效果為4.0 dB，降噪效果范圍為1.3～8.3 dB；完好的聲屏障平均降噪效果為6.5 dB，降噪效果范圍為3.2～14.0 dB。此外，夾膠安全玻璃爆裂會對聲屏障降噪效果產生約1.2 dB 的損失，屏體松動對于聲屏障降噪效果的影響較大。

（4）綜合考慮成本及養護難度，聲屏障隔聲屏體建議使用亞克力板，吸聲屏體面板建議使用鋁合金板。