摘    要：本文從當(dāng)前交通噪聲控制的主要技術(shù)手段——聲屏障工程介紹入手，引入了“全封閉式聲屏障”的概念，并根據(jù)北京市門(mén)頭溝區(qū)“高家園道路改造工程全封閉聲屏障工程”的實(shí)際案例，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究實(shí)踐成果，對(duì)城市道路全封閉式聲屏障設(shè)計(jì)方法（聲學(xué)、結(jié)構(gòu)、安全、材料選型及其它關(guān)聯(lián)問(wèn)題的設(shè)計(jì)）進(jìn)行了初步的探討，希望通過(guò)本文能對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)的環(huán)保工程設(shè)計(jì)與建設(shè)提供一定的借鑒意義。

關(guān)鍵字：城市道路  交通噪聲  全封閉式聲屏障   設(shè)計(jì)方法

1、引言

進(jìn)行新世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，我國(guó)汽車(chē)的數(shù)量也在飛速發(fā)展，城市道路、高速公路的建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展高峰。與此同時(shí)，汽車(chē)帶來(lái)的交通噪聲危害也越來(lái)越明顯。經(jīng)濟(jì)要發(fā)展，土地要開(kāi)發(fā)利用，居民的生活質(zhì)量要提高，有效防治道路兩側(cè)的交通噪聲不僅僅是一個(gè)重要的環(huán)境問(wèn)題，也是一個(gè)倍受社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。

設(shè)置聲屏障工程是控制交通噪聲的重要措施，國(guó)外對(duì)穿過(guò)市區(qū)和居住區(qū)的高速公路、鐵路、高架橋的兩側(cè)都普遍設(shè)置聲屏障，實(shí)現(xiàn)了其它降噪手段所不能代替的效果。美、日、法等國(guó)早在60年代就已開(kāi)展了聲屏障理論的研究，并實(shí)施了許多具體工程。在1992年我國(guó)貴州省貴黃高速公路上安裝了百米試驗(yàn)性聲屏障，取得了良好的降噪效果;自此開(kāi)始，全國(guó)各地城市道路周邊的聲敏感區(qū)域都已設(shè)置或考慮設(shè)置聲屏障，尤其在北京聲敏感區(qū)域內(nèi)各條環(huán)路、城鐵兩側(cè)更是設(shè)置了多道聲屏障工程，成為了一道道獨(dú)特的城市風(fēng)景線(xiàn)。

在城市區(qū)域內(nèi)，需引起特別注意的是城市交通干道兩側(cè)的高層建筑物，會(huì)形成城市“峽谷”效應(yīng)，研究表明，平行“峽谷”由于聲反射而使該區(qū)的聲壓級(jí)相有所升高。此時(shí)，采用一般的聲屏障形式來(lái)控制交通噪聲向敏感點(diǎn)的輻射是十分困難的。“全封閉聲屏障”則是一個(gè)解決這類(lèi)問(wèn)題的典型方式，在日本、加拿大都已采用，2003年我國(guó)南京市惠民三期跨線(xiàn)橋上首次安裝了道路全封閉型聲屏障。這座全封閉聲屏障安裝后取得了預(yù)期的吸隔聲效果，得到了毗鄰居住樓大多數(shù)居民的認(rèn)可。

“全封閉道路聲屏障”是指在路段上安裝隧道式的隔聲結(jié)構(gòu)，把車(chē)輛和道路完全隔離在聲屏障內(nèi)，同時(shí)也把車(chē)輛行駛時(shí)產(chǎn)生的噪聲及路面反射的噪聲隔離在聲屏障內(nèi)，大大提高了聲屏障的隔聲效果。適用于近側(cè)有聲影響敏感目標(biāo)(如靠近道路的住宅樓)的道路吸隔聲降噪采用（圖1 聲屏障降噪效果對(duì)比分析）。

A  普通聲屏障	B  全封閉聲屏障

現(xiàn)根據(jù)我單位今年自主設(shè)計(jì)并實(shí)施的北京市門(mén)頭溝區(qū)“高家園道路改造工程全封閉聲屏障工程”的實(shí)際案例（圖2），并結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外最新的研究實(shí)踐成果，初步探討城市道路中全封閉式聲屏障設(shè)計(jì)的方法和需注意的相關(guān)問(wèn)題。北京市門(mén)頭溝區(qū)“高家園道路改造工程全封閉聲屏障工程”在路段K1+230~中門(mén)寺橋之間，道路東側(cè)有大嶼南路18#、19#、20#三棟多層住宅，住宅樓西山墻距道路中心線(xiàn)均不超過(guò)15m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)和相關(guān)環(huán)境技術(shù)文件預(yù)測(cè)可知，公路建成投入運(yùn)營(yíng)后，住宅樓的交通噪聲干擾肯定會(huì)超過(guò)城市區(qū)域環(huán)境噪聲4類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)（晝間70dB，夜間55dB）5dB以上。因此，經(jīng)過(guò)業(yè)主及相關(guān)專(zhuān)家研究決定，一致同意采取建造隧道式“全封閉式聲屏障”的措施來(lái)治理該敏感點(diǎn)處的未來(lái)交通噪聲的污染。該全封閉聲屏障是由立柱鋼梁等鋼結(jié)構(gòu)及屏體四周透光的隔聲材料組成，全封閉聲屏障的頂部設(shè)計(jì)成拱形，兩側(cè)設(shè)計(jì)為直立式，同時(shí)兼顧景觀效果、結(jié)構(gòu)安全（抗風(fēng)載荷、抗雪載荷等）、雨水的排放等因素。安裝完成全封閉聲屏障后，該敏感點(diǎn)交通噪聲對(duì)道路兩側(cè)居民住宅樓的影響晝間低于70dB（A），夜間低于55 dB（A），達(dá)到了國(guó)家相關(guān)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 高家園道路改造工程全封閉聲屏障工程實(shí)照

2、全封閉聲屏障的聲學(xué)設(shè)計(jì)

隧道式“全封閉聲屏障”將整個(gè)路面都罩在聲屏障內(nèi)，經(jīng)過(guò)該路面的車(chē)輛噪聲和路面的反射噪聲都被包羅在聲屏障內(nèi)。噪聲向聲屏障外的傳播除了兩端開(kāi)口處的直接傳播，只能通過(guò)隔聲構(gòu)件向外透射，對(duì)于道路一側(cè)的居民住宅樓來(lái)說(shuō)，受到的噪聲影響僅僅是噪聲通過(guò)隔聲構(gòu)件的透射部分，沒(méi)有直達(dá)噪聲和繞射噪聲的影響，可取得最佳的隔聲效果。

根據(jù)該道路的實(shí)際情況，大家一致認(rèn)為這3幢居民住宅樓正對(duì)著的道路上安裝隧道式“全封閉聲屏障”是降低該路段交通噪聲唯一有效的工程性治理措施，它可以把經(jīng)過(guò)該路段的車(chē)輛噪聲和路面反射噪聲基本上隔離在聲屏障內(nèi)，最大程度地降低了車(chē)輛噪聲對(duì)鄰近居民住宅樓的不利影響。當(dāng)然由于地基情況復(fù)雜等多種原因，全封閉聲屏障的隔聲結(jié)構(gòu)將受到一定的限制，因此全封閉聲屏障的隔聲效果也受到一定的限制。但是對(duì)于該敏感點(diǎn)來(lái)說(shuō)，要較好地解決交通噪聲的環(huán)境影響問(wèn)題，在該處設(shè)置全封閉聲屏障是唯一有效的噪聲治理技術(shù)措施。

北京市門(mén)頭溝區(qū)“高家園道路改造工程全封閉聲屏障工程”已于2008年5月全部施工安裝完畢，安裝完成后已通車(chē)運(yùn)行，并于2008年6月正式交付使用�，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)全封閉聲屏障的實(shí)際隔聲效果進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，聲屏障外1 m處的晝間的等效聲級(jí)可低于70 dB(A)，夜間的等效聲級(jí)低于55dB(A)，隔聲量能達(dá)到15 dB(A)左右，道路外10米左右的居民住宅樓窗外1 米處夜間等效聲級(jí)已接近50dB(A)，符合《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096-1993)中的4類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3、 全封閉聲屏障的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于該聲屏障項(xiàng)目基礎(chǔ)所在地下地基中壓埋了多條市政管道，限制了屏障基礎(chǔ)的開(kāi)挖深度和寬度，經(jīng)多次研究討論，最后屏障基礎(chǔ)選用了混凝土“條形橫縱連梁框架”基礎(chǔ)形式（圖3），一般情況下這種基礎(chǔ)形式對(duì)于城市道路地下管線(xiàn)密布的復(fù)雜地下情況十分適用。

圖3 混凝土“條形橫縱連梁框架”基礎(chǔ)

全封閉聲屏障上部采用了輕鋼結(jié)構(gòu)型式的鋼梁和立柱門(mén)式剛架，梁和立柱都采用Q235B材質(zhì)H型鋼焊接加工而成，并使用優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼為梁和立柱的制作用鋼，在確保荷載安全的同時(shí)減少全封閉聲屏障的重量，降低全封閉聲屏障對(duì)道路基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的荷載力。由于全封閉聲屏障是在道路主體建造時(shí)同時(shí)進(jìn)行,聲屏障的支承結(jié)構(gòu)鋼立柱底板采取“預(yù)埋式”的地腳螺栓固定，并與安全防護(hù)欄的底板“合二為一”，即在屏障基礎(chǔ)現(xiàn)澆時(shí)將預(yù)埋件地腳螺栓預(yù)埋混凝土中，待混凝土達(dá)到強(qiáng)度要求后全封閉聲屏障和安全防護(hù)欄共用支承結(jié)構(gòu)鋼立柱，這種立柱設(shè)計(jì)思路在我單位設(shè)計(jì)的“杭州灣大橋引橋段高速公路聲屏障設(shè)計(jì)”中已成功采用過(guò)。

全封閉聲屏障的全部上部安裝材料(包括型鋼立柱)均為工廠預(yù)制料，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后一次拼裝到位。全封閉聲屏障采用全輕鋼組合結(jié)構(gòu)，兩側(cè)的隔聲結(jié)構(gòu)由固定在道路防撞墻上鋼立柱支承，頂部的隔聲結(jié)構(gòu)由固定在鋼立柱上的鋼梁支承，鋼立柱將采用地腳螺栓的方法固定在道路兩側(cè)的防撞墻上。支承鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為便于施工安裝，構(gòu)件均在工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)安裝連接，最大限度地減少現(xiàn)場(chǎng)的施工安裝工程量，考慮到全封閉聲屏障是設(shè)置在道路上的構(gòu)筑物，支承鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)須充分考慮了結(jié)構(gòu)的牢固性。

4、 全封閉聲屏障的安全設(shè)計(jì)

城市中的全封閉聲屏障是設(shè)置在城市道路上的市政降噪設(shè)施,全封閉聲屏障在施工安裝過(guò)程中及建成運(yùn)行后，道路上都有著較大的車(chē)流量，尤其是該位置是國(guó)道必經(jīng)之路，有不少是功率較大、載重量較大的重型貨車(chē)或大客車(chē)，為了使全封閉聲屏障建成后能夠安全使用，在設(shè)計(jì)中采取了以下的安全措施。

4.1　凈空高度及防撞裝置

全封閉聲屏障內(nèi)凈空高度4.5m，為了防止超高車(chē)輛撞擊聲屏障,在聲屏障的南北兩端外10 m處設(shè)計(jì)了防撞裝置，防撞裝置的凈空高度為4.2 m，并在聲屏障前50米處設(shè)置顯著的限高警示牌。

4.2　屏體緊急出口

由于全封閉聲屏障整體上必須處于封閉狀態(tài)，屏障內(nèi)車(chē)輛及人員一旦出現(xiàn)危急情況，如果屏障體整體連續(xù)長(zhǎng)度太長(zhǎng)，后果將不堪設(shè)想，故對(duì)于超過(guò)一定長(zhǎng)度的全封閉聲屏障應(yīng)考慮設(shè)置屏體緊急出口，并設(shè)計(jì)明顯標(biāo)志引導(dǎo)。由于本段聲屏障整體長(zhǎng)度只有100m，屏障內(nèi)即使出現(xiàn)緊急情況人員也可安全從兩段逃離，故本項(xiàng)目未考慮緊急出口的設(shè)置。

4.3　采光及照明

全封閉聲屏障內(nèi)按照有關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)聲屏障內(nèi)的采光，照明燈具根據(jù)北京市道路照明燈的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮到晝間的安全行車(chē),設(shè)計(jì)中把全封閉聲屏障內(nèi)的照明燈設(shè)計(jì)為晝夜常開(kāi),但全封閉聲屏障安裝完成后，由于采用的透明隔聲板通透性良好，聲屏障內(nèi)在一般的氣象條件下能見(jiàn)度比較好，所以一般情況下晝間都不需要燈光照明。

4.4　安全及行車(chē)安全

全封閉聲屏障的安全主要考慮風(fēng)載、雪載等自然因素，側(cè)面也設(shè)置防撞裝置防范意外因素，道路防撞墻上的防撞欄桿與聲屏障安裝同時(shí)進(jìn)行,并建議了交通管理部門(mén)在全封閉聲屏障內(nèi)的路面和防撞墻內(nèi)側(cè)設(shè)置一定的反光標(biāo)志,確保車(chē)輛在聲屏障內(nèi)安全行駛。

全封閉聲屏障的頂部設(shè)計(jì)為拱形，兩側(cè)面設(shè)計(jì)為直立式，這一構(gòu)造形式主要是為了兼顧景觀、結(jié)構(gòu)安全(風(fēng)載、雪載等)、雨水的排放等因素。全封閉聲屏障的側(cè)面采用改性PVC陽(yáng)光板隔聲材料固定在H型鋼的主立柱和副立柱的側(cè)面，用特制的自攻釘加膠墊固定，屏障頂部同樣采用改性PVC陽(yáng)光板，具有良好的采光作用，并與周?chē)木坝^協(xié)調(diào)，也有較好的防腐和防雨性能，安裝和密封也比較方便。

5、全封閉聲屏障的材料選型與設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)外研究表明，軌道交通噪聲主要成分以中低頻率為主，其中1000 Hz以下部分是最主要頻率范圍，等效頻率約500Hz。針對(duì)這一特點(diǎn)，本工程選用在125 -- 2 000 Hz頻段范圍內(nèi)降噪效果明顯的改性PVC陽(yáng)光板隔音材料，該范圍1/3倍頻帶平均隔聲量不低于28dB。除了考慮聲學(xué)效果，隔聲屏體還需要滿(mǎn)足力學(xué)性能和物理性能要求，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)荷載要求，有一定的防腐蝕、防浸、防塵、抗老化和抗紫外的性能。根據(jù)這些要求，本工程大部分隔聲材料選用6mm厚的改性PVC陽(yáng)光板，具有較好的抗紫外線(xiàn)功能，抗紫外年限15年以上，透光率80%以上。

6、全封閉聲屏障的其它關(guān)聯(lián)問(wèn)題設(shè)計(jì)

6.1屏體內(nèi)部通風(fēng)

因全封閉聲屏障的長(zhǎng)度只有100m，而且由南向北有較大的坡度，聲屏障的截面又是設(shè)計(jì)為拱形，汽車(chē)尾氣在聲屏障內(nèi)不易積累，所以沒(méi)有采取機(jī)械排風(fēng)的措施，避免了機(jī)械排風(fēng)裝置的能耗和噪聲影響問(wèn)題。在全封閉聲屏障建成后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)汽車(chē)尾氣積累的現(xiàn)象。

6.2 屏體表面積灰

聲屏障內(nèi)的地面、防撞墻上及隔聲構(gòu)件上的積灰較為嚴(yán)重，應(yīng)該定期進(jìn)行聲屏障的積灰清潔工作，初步方案為采用水車(chē)定期沖洗。東側(cè)的居民反映屏障修建好以后，除了噪聲影響明顯降低外，家里的灰塵影響也好多了。

6.3 屏體內(nèi)部溫室效應(yīng)

由于全封閉聲屏障全部由透明的隔聲板材構(gòu)成，必然會(huì)在屏蔽的道路區(qū)間內(nèi)形成巨大“溫室效應(yīng)”，在氣溫比較高的季節(jié)、行人在該區(qū)間內(nèi)通過(guò)應(yīng)該采取必要的保護(hù)措施，比如在該區(qū)域的人行道設(shè)置不透光遮陽(yáng)；由于本段屏障總體長(zhǎng)度并不太長(zhǎng)，所以“溫室效應(yīng)”的對(duì)行車(chē)和行人不會(huì)有太大影響。

7、結(jié)語(yǔ)與思考

綜上所述，目前已建造的全封閉聲屏障工程，從噪聲控制的技術(shù)角度分析和實(shí)測(cè)的噪聲數(shù)據(jù)證明，可以取得較佳的隔聲效果，隔聲效果比單側(cè)或雙側(cè)乃至半封閉聲屏障有明顯的提高，可以使交通噪聲對(duì)道路兩側(cè)環(huán)境的影響低于4類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，可以基本上解決高架道路經(jīng)過(guò)密集居住點(diǎn)的噪聲影響問(wèn)題，本工程可為同類(lèi)型的道路降噪治理工程提供了一些可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。全封閉聲屏障作為聲屏障的一種構(gòu)造形式，以其降噪量高的優(yōu)越性己經(jīng)逐漸被國(guó)內(nèi)外認(rèn)可和接受，并在日后城市道路、軌道交通和高架道路上必將得到廣泛的應(yīng)用。

同時(shí)，我們也應(yīng)看到，雖然全封閉聲屏障可以有效地降低道路橋上車(chē)輛噪聲的傳播輻射影響，但全封閉聲屏障的建造畢竟是無(wú)奈的或是被動(dòng)的，投資也是可觀的，而且可能在日常的運(yùn)行中還會(huì)出現(xiàn)一些未知問(wèn)題。我們的社會(huì)正處在快速發(fā)展變化的時(shí)期，汽車(chē)的擁有量迅速增加和城市道路的快速改造，交通噪聲的影響已成為新世紀(jì)城市環(huán)境中最主要的公害，汽車(chē)、道路的發(fā)展與噪聲環(huán)境影響的關(guān)系如何協(xié)調(diào)處理、在城市鄰近居民住宅區(qū)的道路改造中交通噪聲的環(huán)境影響如何預(yù)測(cè)和合理解決、通過(guò)城市居民住宅區(qū)的交通主干線(xiàn)的交通噪聲環(huán)境影響如何評(píng)價(jià)和解決等一系列問(wèn)題，都值得我們?cè)诮窈笠欢〞r(shí)期內(nèi)進(jìn)行認(rèn)真的進(jìn)行思考。

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