低噪声路面降噪效果研究

单永体,李祝龙,袁卫宁,朱维红

(1.中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西 西安 710075;2.长安大学,陕西 西安 710064;3.江苏省交通工程建设局,江苏 南京 210004)

·控制技术·

低噪声路面降噪效果研究

单永体1,李祝龙1,袁卫宁2,朱维红3

(1.中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西 西安 710075;2.长安大学,陕西 西安 710064;3.江苏省交通工程建设局,江苏 南京 210004)

通过对公路交通噪声特征,低噪声路面的特点、结构、降噪机理及国内外研究现状的分析,对宁杭高速二期工程低噪声路面与普通路面噪声监测结果进行对比分析,确认低噪声沥青路面具有比较明显的降噪效果,路肩处噪声可降低3～4 dB(A),路外15 m处可降低1.1～3.5 dB(A)。

环境保护;交通噪声;低噪声路面;监测

随着交通运输业的迅猛发展,特别是近年来许多交通量大的高速公路和一级公路投入运营,使得交通噪声扰民问题日益严重。

目前,国内外普遍采取的公路交通噪声污染防治措施主要有:声屏障、绿化林带、低噪声路面、建筑降噪、搬迁、设置限速禁鸣标志以及改变敏感点建筑物使用功能等。笔者通过对公路交通噪声特征,低噪声路面的特点、结构、降噪机理、国内外研究现状以及低噪声路面实际应用的监测结果进行分析,探讨研究低噪声路面的降噪效果。

1 公路交通噪声的特征

1.1 交通噪声的构成

交通噪声主要由车辆动力噪声和车辆轮胎噪声两部分构成[1]。动力噪声中以发动机燃烧噪声为主,轮胎噪声由轮胎直接辐射的噪声和由轮胎激振车体振动产生的噪声构成。轮胎噪声的大小与轮胎花纹构造、路面特性(材料构造、路面纹理)及车速有关,且主要取决于车速,其强度随车速的增大而增强。

1.2 交通噪声的强度和频率

1.2.1 强度

经大量监测研究分析,车辆在距行车线7.5 m(参照点)处的平均噪声级(L)与车速 (V)之间存在如下关系:

(1)小型车

沥青路面:L0s=12.60+33.66 lgV

水泥路面:L0s=19.24+31.77 lgV

(2)中型车:L0m=4.80+43.70 lgV

(3)大型车:L0l=18.00+38.10 lgV

1.2.2 频率

根据多年来的测量结果,以及由噪声频谱分析得到的结果,大、中、小3种车型的噪声频率范围见表1。

表1 各车型车辆噪声频率分布

可见,小型车的噪声以中高频声为主,中型、大型车的噪声以中低频声为主。另外,水泥路面上的噪声频率比沥青路面上的高,由于人耳的听觉特性,这便是听觉上感到沥青路面上噪声低于水泥路面上噪声的主要原因。

2 低噪声路面的特点及结构

2.1 低噪声路面的概念及其优缺点

低噪声路面是指在普通的沥青、水泥路面或其他路面结构上铺筑一层具有很高孔隙率(孔隙率通常在15%～25%,有的甚至高达30%)的混合料,面层互通的孔隙网络可有效降低车辆的冲击噪声、附着噪声和气泵噪声[2]。

低噪声路面具有行车安全、舒适,排水性好,降低交通噪声等优点;缺点是耐久性不易保证,对路面结构的强度易造成不良影响,水稳定性要求高,空隙易堵塞等。

2.2 低噪声路面的结构

单层多孔隙沥青混合料面层路面是在普通密级配的沥青混凝土路面上,再铺筑一层开级配多孔隙沥青混合料面层,面层的厚度以4～5 cm、孔隙率20%左右为宜。超厚多层多孔隙沥青混合料面层厚度为40～50 cm,一般设4层排水沥青混合料和4 cm厚的多孔隙沥青混凝土面层,每层的材料级配不同,其目的之一是增加降噪效果。

关于低噪声路面的材料构造、铺筑技术和养护管理等还需要全面深入的研究,然而它的降噪效果是肯定的。

3 低噪声路面的降噪研究

3.1 降噪机理

与普通路面相比,低噪声路面更能对轮胎噪声进行有效控制。由于轮胎胎面有各种不同的花纹,滚动时和地面接触处的花纹与路面之间形成小空腔。当汽车高速行驶,轮胎和地面相互作用时,轮胎表面花纹里的空气被高速挤压,并从轮胎与地面之间的缝隙排出,形成喷射噪声(图1)。大孔隙沥青混凝土之所以可以降低噪声,是因为公路表面有许多半露出来的微小孔隙,可以“吞食”车轮滚动时发出的声响,排气效应不再发生,从而达到降低噪声的目的(图2)。

3.2 降噪效果

3.2.1 国外低噪声路段

近10年来,欧洲一些国家对铺筑的开级配多孔隙沥青路面试验路段进行测试,结果表明,与传统的密级配路面相比,可降低噪声3～6 dB(A),雨天可降低约8 dB(A),最大可降低10 dB(A)[3]。法国Rhone省联合Michelin研究室,从1988年起对低噪声路面的理论进行研究,得出的结论是采用加厚多孔隙路面最多可以降低噪声10 dB(A)。表2、图3列出一些国家使用低噪声路面的降噪效果。

表2 部分国家低噪声路面的降噪效果

图3 欧洲低噪声沥青路面的降噪效果对比

3.2.2 国内低噪声路面试验

国内已在少量试验路段修筑了上述2种低噪声路面。交通部公路所、西安公路科学研究所等单位为进行试验研究,在京沪高速河北段铺设了2.3 km长的低噪声路面,经测试,降噪效果达3～8 dB(A)[4];同济大学与杭州公路管理处合作研究,在杭州—萧山和杭州—建德修建了2段低噪声路面,实测结果,其轮胎与路面接触噪声降低了3～5 dB(A)[5]。陕西省在咸阳机场铺设了低噪声路面,路肩对比测试结果为降噪6 dB(A)。

京沪高速公路河北段采用低噪声试验沥青路面,共6个结构组合(表3)。试验路段混合料试验结果如表4。噪声测试采用定点法,分别测试红旗V6和富康车通过时各试验路面的噪声水平,测试速度为80,100,120,140 km/h,测点距车3.75 m,距路表高度0.63 m,测试结果(表 5、图 4)表明,OGFC(开级配抗滑磨耗层)10和 U TAC(超薄沥青)6降噪效果明显,定点法测得的降噪量5～8 dB(A)。

表3 京沪高速公路河北段低噪声路面结构

表4 京沪高速公路河北段低噪声路面结构混合料指标

表5 不同路面结构的噪声水平(定点法,富康车) dB(A)

图4 不同路面结构的噪声声级差(定点法,红旗车,与AC 16比较)

江苏省在宁杭高速二期工程和沿海高速盐通段铺设了具有降噪性能的排水沥青路面,建成后测试结果表明降噪效果明显(表6、表7)。

表6 宁杭高速二期工程低噪声路面噪声对比(干燥状态,单车定点法)

表7 沿海高速盐通段低噪声路面噪声对比(单车定点法)

3.2.3 实际运营道路对比监测

2009年4月23、24日,江苏高指、中交第一公路勘察设计研究院会同长安大学对实际运营中的宁杭高速二期工程低噪声沥青路面与密级配路面进行了现场噪声对比测试,同时进行运营期间的交通量、交通组成和车速测试,每h监测2次,一次20 min。监测结果见表8、表9。其中低噪声沥青路面段测试位置为 K29+890右幅,为低挖方路堑段,路堑边坡高度2.5 m,敏感点距离路肩15 m,在路肩处布设1#点位,在路外15 m处布设2#点位;路侧护栏外种植有2排乔木(行距1.0 m、株距5 m、高>3.0 m),2排灌木(株距2.0 m、高1.0 m);普通密级配路面为SMA路面结构,测试位置为 K 30+555右幅,测点环境条件基本相同。

测试结果表明:低噪声沥青路面具有比较明显的降噪效果,路肩处可降低3～4 dB(A),路外15 m处可降低1.1～3.5 dB(A),但车型、轮胎、测试点与测试速度对路面噪声均有影响。当大型车数量增加时,降噪效果有所降低。

表8 宁杭高速二期工程低噪声沥青路面与密级配路面运营期间噪声对比 dB(A)

表9 测试期间宁杭高速二期工程运营交通负荷(2009年4月23、24日) 辆

续 表

4 结论

(1)高速公路交通噪声主要由车辆动力噪声和车辆轮胎噪声2部分构成。动力噪声与车速、坡度直接相关。轮胎噪声的大小与轮胎花纹构造、路面特性及车速有关。

(2)公路交通噪声平均噪声级与车速的对数成线性关系,并与载质量、路面材料、路面粗糙度、平整度、纵坡等影响因素有关。公路交通小型车的噪声以中高频声为主,中型、大型车的噪声以中低频声为主,等效频率为500 Hz。

(3)低噪声路面由于具有较大的孔隙率(通常为15%～25%,有的高达30%),可以有效地降低交通噪声。

(4)近10年来,欧洲一些国家铺筑的开级配多孔隙沥青路面测试结果,与传统的密级配路面相比,可降低噪声3～6 dB(A),雨天可降低约8 dB(A),最大可降低10 dB(A)。

(5)交通部公路所、西安公路科学研究所对京沪高速河北段低噪声路面进行测试的结果为降噪3～8 dB(A);同济大学与杭州公路管理处实测杭州—萧山和杭州—建德2段低噪声路面,其轮胎与路面接触噪声降低了3～5 dB(A)。

(6)对实际运营中的宁杭高速二期工程进行测试,低噪声沥青路面具有比较明显的降噪效果,路肩处可降低3～4 dB(A),路外15 m处可降低1.1～3.5 dB(A),大型车数量增加时降噪效果有所降低。

[1]张珂.高速公路交通噪声污染的危害性及其防治对策与措施[J].山东交通科技,1997(2).

[2]隋文峰.高速公路噪声的综合治理[J].山东林业科技,2005(6),38-40.

[3]魏显威,叶慧海,黄述芳.高等级公路交通噪声问题分析[J].交通环保,2003,24(Z1):130-132.

[4]朱万灵,陈庆喜,马骁威,等.公路交通污染防治技术的研究[J].交通环保,2003,24(Z1):197-200.

[5]姚成.我国公路交通环境降噪方法的理论和应用[J].环境工程,1999,17(6):39-42.

Study on the Noise Reduction Effect by Monitoring of the Low-noise Pavement

SHAN Yong-ti1,LI Zhu-long1,YUAN Wei-ning2,ZHU Wei-hong3
(1.CCCC First Highway Consultants Co.,L TD,Xian,Shanxi 710075,China;2.Changan University,Xian,Shanxi 710064,China;3.Jiangsu Provincial Communications Engineering Construction Bureau,Nanjing,Jiangsu 210004,China)

By analyzing the characteristics of the road traffic noise,the feature,the structure and the noise reduction mechanism of the low-noise pavement,the research results of traffic noise and comparing monitoring results of the low-noise pavement of the second phase of the Ning(bo)—Hang(zhou)highway and the traditional pavement,the low-noise asphalt pavement has a better effect than the traditional pavement in traffic noise reduction.Compared to the traditional pavement,the traffic noise level of the low-noise asphalt pavement is 3～4 dB(A)lower in the embankment,and 1.1～3.5 dB(A)lower in the position of 15 meters away from the road.

environmental protection;traffic noise;low-noise pavement;monitoring

X593

B

1674-6732(2011)-02-0045-06

10.3969/j.issn.1674-6732.2011.02.013

2010-06-29;

2010-07-30

单永体(1980—),男,工程师,硕士,从事公路交通环境保护工作。