江苏省高速公路声屏障降噪效果影响因素研究

郭晓峰 徐文文 王玉红 吕相龙 黄峰 陈莉莎

（1.华设设计集团股份有限公司，江苏南京 210014；2.江苏省交通运输环境保护工程技术研究中心，江苏南京 210014）

1 引言

高速公路是江苏省综合交通运输体系的重要组成部分，是江苏省国民经济和社会发展的重要基础支撑。截至2016 年年底，江苏省高速公路总里程4 657 km。2018 年10 月，江苏省政府批复了新一轮的《江苏省高速公路网规划（2017—2035 年）》。根据规划，至2035 年，江苏省规划高速公路总里程为6 666 km，较现状增长43%，其中，规划期内新建高速公路1 580 km，改扩建高速公路1 075 km。

高速公路在便捷人民生活、促进经济发展的同时，其交通噪声影响也日益引起公众的关注［1-2］。江苏省土地面积少，人口密度大，随着城镇化水平的进一步提高，居民活动区逐渐向既有高速公路靠拢，新建高速公路也不可避免地需穿越城镇人口密集区，高速公路噪声对沿线居民日常生活的干扰程度有增加的趋势［3-4］。近年来，人民群众对部分地区高速公路噪声污染问题投诉较多，反映强烈。

目前江苏省高速公路已建设大量声屏障［1］，探讨已建声屏障的降噪效果以及影响因素对后续进一步开展江苏省高速公路降噪工作具有重要意义。在此背景下，本文选择江苏省高速公路已建设的48 段声屏障作为研究对象，通过声屏障插入损失值检测和现场调查，研究声屏障材料、破损程度对于其降噪效果的影响，提出江苏省声屏障吸隔声材料建议。

2 研究方法

2.1 插入损失检测

插入损失检测依据的是交通部最新发布的JT/T 646.5—2017《公路声屏障 第5 部分：降噪效果检测方法》的规定，分为直接测量法和间接测量法。直接测量法：直接测量声屏障安装前后在同一参考位置和受声点位置的声压级的办法。但是本次实地检测对象全部为已建声屏障，不适用直接测量法。间接测量法：测量声屏障上方的参照点和敏感点处的受声点，并在声屏障范围外临近处设置与声屏障安装前等效的参考点和接收点，通过4 个监测点的差值来计算声屏障插入损失值。其监测布点方案如图1。

图1 声屏障插入损失值间接测量法示意

本研究采用的监测频次为连续3 次，每次2 min。

声屏障插入损失检测结果按下式计算得出：

插入损失值＝Leq（3 号-4 号）-Leq（1 号-2 号）

1 号：模拟安装前参照点，距离声屏障端头50 m，其地形环境应与3 号一致；2 号：模拟安装前受声点，距离声屏障端头50 m，其地形环境应与4 号一致；3 号：参照点，以保证声屏障的存在不影响声源在参照点的声级为原则，位于声屏障平面内正上方0.5 m；4 号：受声点，距离声屏障保护的敏感点房前1.0 m，距离地面1.2 m。

2.2 声屏障现状调查

在现场检测插入损失值的同时，开展声屏障现场实际情况检查，调查内容主要包括声屏障的基础、立柱、地脚螺栓、排水条件、吸声屏体、透明屏体、固定装置、封顶罩板等部分的完整性与类型等。

3 结果与讨论

3.1 不同影响因素的降噪效果分析

3.1.1 不同吸声材料

不同吸声材料的声屏障降噪结果见图2。由图2可知，玻璃棉屏体与不吸声屏体的平均降噪效果均为4.70 dB 左右；而蜂窝铝和聚氨酯吸音棉的降噪效果约为7.00 dB。考虑到玻璃棉的建设年代均为2013年前，经过多年的坍塌，玻璃棉已基本无吸声效果，可近似认为是不吸声屏体，对比分析可发现，吸声材料降噪效果平均能够提高2 dB 左右。

图2 吸声材料与降噪效果的关系

进一步分析检测结果可知，检测点N14 与N38均为2015 年建设，其中，N14 采用金属填充物，其降噪效果平均值为8.2 dB；N38 采用聚氨酯填充，其降噪效果平均值为8.9 dB。可见，在使用寿命内，目前采用的非金属填充物与金属填充物的吸声性能没有太大差异；而N1，N4，N31 及N35 这4 段声屏障均为2011 年建设，N1，N4 采用金属填充物，其降噪效果平均值分别为13.9，7.1 dB，另2 处采用玻璃棉填充，其降噪效果平均值分别为3.6，4.5 dB，可以看出非金属填充物经过一段时间的老化后，吸声性能远不如金属填充物。

3.1.2 不同隔声屏体

不同隔声屏体的声屏障降噪效果见图3。由图3可知，PC 板、不透明屏体、夹胶玻璃屏障的平均降噪效果在5.0 dB 左右，而亚克力屏体的平均降噪效果为6.5 dB。但是考虑到亚克力板声屏障的建设年代较新，综合亚克力板的性能参数与夹胶玻璃、PC 板的性能参数及声屏障计算模型，总体认为隔声屏体对声屏障降噪效果的影响较小。

图3 隔声屏体与降噪效果的关系

3.1.3 声屏障破损程度

分析研究结果可以发现，发生破损的声屏障平均降噪效果为4.0 dB，降噪效果范围为1.3～8.3 dB；完好的声屏障平均降噪效果为6.5 dB，降噪效果范围为3.2～14.0 dB。

进一步将屏障破损情况进行了归纳分析，通过限定条件两两对比分析，得出不同破损情况对降噪效果的影响。屏体破损有两种情况：一是夹胶玻璃爆裂，但未脱落，对降噪效果影响较小；二是屏体松动，立柱倾斜，对降噪效果影响较大。

（1）夹胶安全玻璃爆裂

检测点N6 与N7 均位于宁杭高速公路上，前后距离约1 km，路况情况基本相同；测量时间只相差30 min，车流量情况基本相同。2 段声屏障具体情况见表1。通过表1 可以看出，2 段声屏障的破损情况基本相同，除了夹胶玻璃有差别；路基高差和屏体高度不同，但是经计算声程差基本相同。通过对比分析可知，夹胶安全玻璃爆裂会对声屏障降噪效果产生约1.2 dB 的损失。

表1 N6 和N7 声屏障情况对比

表2 N2 和N3 声屏障情况对比

（2）屏体松动

检测点位N2 和N3 屏体材料一致，N2 建于2012 年，N3 建于2008 年，相差4 年，但对比二者的降噪效果可以发现，N3（11.9 dB）反而远好于N2（3.6 dB），通过对声屏障情况的分析，两者的区别仅在于N2 屏体松动，密封性能差，N3 密封性能良好，因此可以看出，屏体松动对于声屏障降噪效果的影响较大，可达到5 dB 以上。

3.2 声屏障建设建议

3.2.1 隔声屏体选择建议

经现场调研，高速公路声屏障常用隔声屏体为夹胶安全玻璃、PC 板和亚克力板，PC 板已被高速公路声屏障市场淘汰，夹胶玻璃仍有少部分使用，亚克力板近年来的使用占比逐渐增高。各隔声屏体10 a的价格见表3（PC 板已被市场淘汰，不做比选）。由表3 可知，由于夹胶安全玻璃易碎、养护难度大的问题，在考虑养护维修成本的情况下，夹胶玻璃透明屏体虽然建设投资较低，但其投资远高于亚克力板，因此，建议使用亚克力板作为隔声屏体。

表3 常用隔声屏体材料价格

3.2.2 吸声屏体面板选择建议

经现场调研，江苏省高速公路声屏障中铝合金吸声屏体占据了绝对优势，占总长度的78.1%；其次是玻璃钢吸声屏体，占比为17.6%；其他吸声屏体合计仅占4.3%，应用较少。根据现场调查结果，铝合金面板和玻璃钢面板老化情况见表4。由表4 可知，一般情况下，建议使用铝合金吸声屏体面板。

表4 常用吸声屏体面板材料价格

4 结论

选择江苏省高速公路已建设的48 段声屏障作为研究对象，通过声屏障插入损失值检测和现场调查，研究声屏障材料、破损程度对于其降噪效果的影响，提出江苏省声屏障吸隔声材料建议，为有效降低交通噪声影响提供技术支撑。

（1）对比吸声屏体与常规不吸声屏体的降噪效果，吸声材料降噪效果平均能够提高2 dB 左右，此外，吸声屏体内非金属填充物经过一段时间的老化后，吸声性能远不如金属填充物。

（2）综合亚克力板的性能参数与夹胶玻璃、PC板等隔声屏体的性能参数及声屏障计算模型，总体认为隔声屏体对声屏障降噪效果的影响较小。

（3）发生破损的声屏障，平均降噪效果为4.0 dB，降噪效果范围为1.3～8.3 dB；完好的声屏障平均降噪效果为6.5 dB，降噪效果范围为3.2～14.0 dB。此外，夹胶安全玻璃爆裂会对声屏障降噪效果产生约1.2 dB 的损失，屏体松动对于声屏障降噪效果的影响较大。

（4）综合考虑成本及养护难度，声屏障隔声屏体建议使用亚克力板，吸声屏体面板建议使用铝合金板。