一、公路交通噪聲的危害
近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，高速公路的建設(shè)速度也明顯加快，伴隨著公路的建設(shè)，近年來，交通的噪聲污染問題也愈來愈嚴(yán)重，交通噪聲污染已經(jīng)成為人們面臨的一個(gè)突出環(huán)境問題，嚴(yán)重影響人們的正常工作、學(xué)習(xí)和休息。大量研究證明，連續(xù)噪聲可導(dǎo)致睡眠質(zhì)量下降、使人多夢，而突發(fā)噪聲可使人驚醒。
二、公路交通噪聲的防治措施
降低公路交通噪聲必須采取“預(yù)防為主”和“防治結(jié)合”的方針來綜合治理，主要包括公路合理選線和規(guī)劃布局、交通管理措施和噪聲防治技術(shù)。根據(jù)聲學(xué)原理，公路交通噪聲的防治可以從聲源、傳播途徑及受聲點(diǎn)3個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)采取多種措施來減少噪聲污染，改善聲環(huán)境質(zhì)量。目前對公路交通噪聲控制比較有效的措施主要有開發(fā)研制低噪聲車輛、建設(shè)低噪聲路面、綠化帶、聲屏障、隔聲門窗等。
經(jīng)過綜合的比較和國內(nèi)外多年的使用經(jīng)驗(yàn)，道路聲屏障作為一種控制交通噪聲的有效措施，一般3～6m高的聲屏障，其聲影區(qū)內(nèi)降噪效果在5～12dB之間。三、聲屏障的聲學(xué)設(shè)計(jì)
3.1 聲學(xué)原理
當(dāng)噪聲源發(fā)出的聲波遇到聲屏障時(shí)，它將沿著三條路徑傳播：一部分越過聲屏障頂端繞射到達(dá)受聲點(diǎn)；一部分穿透聲屏障到達(dá)受聲點(diǎn)；一部分在聲屏障壁面上產(chǎn)生反射。聲屏障的插入損失主要取決于聲源發(fā)出的聲波沿這三條路徑傳播的聲能分配。
3.1.1 繞射
越過聲屏障頂端繞射到達(dá)受聲點(diǎn)的聲能比沒有屏障時(shí)的直達(dá)聲能小。直達(dá)聲與繞射聲的聲級(jí)之差，稱之為繞射聲衰減，其值用符號(hào)△Ld表示。聲屏障的繞射聲衰減是聲源、受聲點(diǎn)與聲屏障三者幾何關(guān)系和頻率的函數(shù)，它是決定聲屏障插入損失的主要物理量。
3.1.2 透射
聲源發(fā)出的聲波透過聲屏障傳播到受聲點(diǎn)的現(xiàn)象。穿透聲屏障的聲能量取決于聲屏障的面密度、入射角及聲波的頻率。聲屏障隔聲的能力用傳聲損失TL來評價(jià)。TL大，透射的聲能??；TL小，則透射的聲能大，透射的聲能可能減少聲屏障的插入損失，透射引起的插入損失的降低量稱為透射聲修正量。用符號(hào)ΔLt表示。通常在聲學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要求TL—△Ld≥10dB，此時(shí)透射的聲能可以忽略不計(jì)，即△Lt≈0。
3.1.3 反射
當(dāng)?shù)缆穬蓚?cè)均建有聲屏障，且聲屏障平行時(shí)，聲波將在聲屏障間多次反射，并越過聲屏障頂端繞射到受聲點(diǎn)，它將會(huì)降低聲屏障的插入損失，由反射聲波引起的插入損失的降低量稱之為反射聲修正量，用符號(hào)△Lr表示。
3.2 聲屏障聲學(xué)設(shè)計(jì)
聲屏障的聲學(xué)設(shè)計(jì)主要包括聲屏障高度、長度、厚度的確定。
3.2.1 聲屏障高度的確定
為了確定聲屏障的高度，應(yīng)先確定噪聲衰減量目標(biāo)值和聲程差，然后計(jì)算聲屏障的高度。
（1）衰減量確定
衰減量是由聲源到接收點(diǎn)的幾何衰減與接收點(diǎn)預(yù)期聲級(jí)之間的差值來確定的。公式如下：
式中δ——衰減量（dB）；δ0——源強(qiáng)（A聲級(jí)）（dB）；K——波數(shù)（點(diǎn)聲源取20，線聲源取10）；d——接收點(diǎn)距聲源的距離（m）；d0——聲源測試距離（m）；δc——接收點(diǎn)預(yù)期聲級(jí)（dB）
（2）聲程差確定①
式中a——聲源至聲屏障頂部的距離（m）；式中b——聲屏障頂部至接收點(diǎn)的距離（m）；式中c——聲源至接收點(diǎn)的距離（m）
（3）聲屏障高度確定
將②、③式代人①式中，因?yàn)閔、L1、L2、Φ均為已知值，故可求出聲屏障的高度H。
3.2.2 長度的確定
（1）聲屏障端部長度確定
計(jì)算公式如下：
式中L’——聲屏障端部長度（m）；R——頂部繞射衰減量（dB）
（2）聲屏障總長度L
式中L——聲屏障長度（m）；L”——接收點(diǎn)長度（m）
4.2.3 厚度的確定
聲屏障的聲學(xué)厚度可按下式確定：
式中T——聲屏障厚度（m）；f——聲波頻率（Hz）；r——材料的密度（kg/m3）
四、聲屏障的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于聲屏障在高速公路上所設(shè)置的位置不同，要求控制交通噪聲的目標(biāo)不同，而且考慮景觀等多種因素的影響，其形式也是多種多樣。
4.1 上部設(shè)計(jì)
目前，如無特殊景觀要求，聲屏障上部一般采用由立柱與隔聲（吸聲）材料板交替沿高速公路延伸方向排列的形式，立柱起到支撐的作用，隔聲（吸聲）材料板固定在兩立柱之間。立柱可根據(jù)實(shí)際要求采用鋼立柱或混凝土立柱，目前國內(nèi)外鋼立柱使用較為普遍。
計(jì)算荷載中除考慮構(gòu)造物自身荷載外，應(yīng)著重考慮項(xiàng)目所在地區(qū)的惡劣天氣對構(gòu)造物產(chǎn)生的附加荷載的影響，如臺(tái)風(fēng)、暴雨、暴雪等。
風(fēng)荷載在全國的各個(gè)區(qū)域內(nèi)最為普遍，對聲屏障影響最大，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)收集當(dāng)?shù)亟?0年的氣象資料和歷史最大風(fēng)速，根據(jù)50年一遇的頻率計(jì)算聲屏障所受的風(fēng)荷載。
風(fēng)荷載計(jì)算公式：
4.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
根據(jù)聲屏障在高速公路內(nèi)設(shè)置的位置不同，其基礎(chǔ)形式也存在較大差異。
（1）高速公路路基填方路段：聲屏障一般采用混凝土條形基礎(chǔ)，因?yàn)檫吰麓嬖谄侣?，基礎(chǔ)埋深內(nèi)外沿深度不同，埋深要求基礎(chǔ)外沿埋入土中不小于80cm，混凝土基礎(chǔ)下設(shè)置鋼管樁，鋼管樁應(yīng)穿透路基人工填土層，打入原狀土中。
（2）高速公路橋梁路段：高橋梁上部預(yù)應(yīng)力混凝土簡支或連續(xù)板、箱梁為橋梁結(jié)構(gòu)物的重要組成部分，因此不能破壞固定聲屏障。只能用混凝土防撞墩固定聲屏障，因此橋梁上的聲屏障不宜設(shè)置太高。在防撞墩身中鉆孔或預(yù)埋錨栓，將聲屏障錨固穩(wěn)定。施工時(shí)應(yīng)注意不要破壞防撞墩下的橋面排水系統(tǒng)及橋梁伸縮縫。
（3）高速公路挖方邊坡或填方邊坡地勢平坦路段：高速公路挖方邊坡段，聲屏障應(yīng)設(shè)置在碎落臺(tái)處，地勢平坦填方邊坡段，聲屏障應(yīng)設(shè)置在排水溝外側(cè)，避免影響高速公路路面排水。這兩種情況，聲屏障基礎(chǔ)處土層基本上為原狀土或人工填土很薄，基礎(chǔ)可采用鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，擴(kuò)大基礎(chǔ)之間采用混凝土地梁相接。擴(kuò)大基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)置在原狀土層處，土層承載力不應(yīng)小于100KPa，若實(shí)際承載力達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，可在基礎(chǔ)底換填一層中粗砂或碎石，增加其承載力。
5 聲屏障的安全設(shè)計(jì)
安全設(shè)計(jì)是只為防止高速公路設(shè)置聲屏障后，給高速公路行車、防火帶來的不安全因素或?qū)Ω咚俟繁旧碓O(shè)施產(chǎn)生破壞可能的設(shè)計(jì)和研究。
5.1 逃生門設(shè)計(jì)
聲屏障的設(shè)置可能在很長的區(qū)域內(nèi)是連續(xù)的，發(fā)生交通事故后，司乘人員滯留在高速公路行車道上，非常危險(xiǎn)，容易發(fā)生二次交通事故，帶來嚴(yán)重的安全隱患。為了讓司乘人員在發(fā)生交通事故后迅速撤離危險(xiǎn)區(qū)，應(yīng)保持高速公路災(zāi)害逃生的開放性，所以在較長的聲屏障設(shè)置中增加逃生門設(shè)計(jì)是非常必要的。為防患以未然，在聲屏障安全設(shè)計(jì)中應(yīng)參考《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》，每100m內(nèi)設(shè)計(jì)一道逃生門。
5.2 排水設(shè)施設(shè)計(jì)
高速公路路面雨水一般通過邊坡流入排水溝，在設(shè)置聲屏障后，如果阻攔或防礙路面排水，沒有及時(shí)排除的雨水就會(huì)通過路面、邊坡縫隙滲入路基內(nèi)部，使路基土含水量過大，或使路基土部分溶入水流失，久而久之，引起路基下沉，路面開裂，影響行車安全。因此在聲屏障設(shè)計(jì)時(shí)，宜設(shè)置在排水溝外側(cè)，不影響其排水。聲屏障如必須設(shè)置在排水溝內(nèi)側(cè)，則應(yīng)在聲屏障基礎(chǔ)上預(yù)留排水通道。
六、總結(jié)
聲屏障在高速公路建設(shè)應(yīng)用時(shí)應(yīng)靈活運(yùn)用聲屏障降噪原理，不同的位置采用不同的聲屏障形式，同時(shí)注重聲屏障的安全設(shè)計(jì)。
