县道路面噪声缓解技术研究

摘要:从生态环境角度看,公路噪声是沿线环境污染的重要不利因素之一。国内外许多专家从20世纪60年代即开始研究,逐步采取了一些减小噪声的措施并获得一定的效果。本文针对县道公路的具体特点,分析噪声产生的原因后试图探索一种有效地减少噪声方案,以期在拓展理论研究的基础上对道路施工、养护有一定的现实参考价值。
论文关键词:县道,路面噪声,缓解技术

公路的生态环境研究如今正日益得到人们的关注。其中噪声是影响环境保护的最重要不利因素之一。国内外许多专家学者在上世纪六十年代就开始了这项研究工作。他们在公路工程环境保护技术方面采取了多种措施。从开始的设置道路两侧隔音板、吸声墙, 到采取栽树和植灌木等措施,再到从路面结构着手,各种技术、理论不断推出。例如,朱兴元(2003)研究轮胎花纹与路面噪声的关系;孙立军(2007)从道路路面平整度实验考察噪音缓解;潘琼(2007)从路面材料出发研究缓解噪声的技术;林怡(2008)研究了噪声的声屏障缓解技术等。但是总体来看,针对城市道路和高速公路的研究占绝对优势,而针对县道特点的噪声缓解技术研究还相当缺乏,因此,本文针对县道的具体特点,从噪声产生根源分析解决的具体办法。

县道的特点和噪声的产生

县道的噪声研究长久以来被忽视的重要原因之一是其道路交通流量和密集度都比城市道路低。但是近年来随着农村城镇化的进程和县道、乡道“村村通”工程的推进,农村居民沿道路两侧聚居的趋势越来越明显,加上长长期的忽视,使得县道噪声污染问题日益显著。

从噪声控制系统来看,

噪声的生成到污染需要经过三个环节:

公路交通的噪声主要是随车辆行驶而产生的。路面产生噪声的因素有两个, 即车辆驱动噪声和滚动噪声。驱动噪声主要在于镶砌石块的道路和发动机转动发出的声音。滚动噪声主要由车轮和行车道的相互作用, 及行驶速度所决定。但是, 车辆在加速行驶时, 滚动噪声常被驱动噪声所掩盖达。尤其是县道的载货汽车远远多于小型汽车和客车,其噪声污染有逐渐呈增加趋势。减小由于车辆发动机引起的驱动和滚动噪声, 从技术上可以采取三种可能的措施,即汽车动力设计中的措施汽车轮子生产中采取的措施公路设计中的措施。汽车生产厂家的看法是, 通过密封载重车发动机, 使声音与外界隔绝。县道管理部门应与交通管理部门、技术监督部门协作,对农用小型载货汽车和重型载货汽车的发动机维护、改装进行规范。如各项研究指出,汽车轮胎也是一方面的诱因,但考虑减小驱动和滚动产生的噪声源问题不是减噪的关键技术所在, 目前应着重于路面结构的研究。汽车和轮胎生产厂家认为, 若行车道方面也能起到减小噪声的作用, 就会加速问题的缓解。

3. 路面结构噪声缓解研究

道路工程师提出, 减小公路上的噪声,应从如何改进路面的结构型式、改善路面层混合料的成分来谋求降低交通噪声而做出贡献。经过多方面的研究, 问题集中在路面结构层表面。从声学的角度讲, 为了减小噪声等级, 除了考虑路面结构以外,还可以通过路面的构造深度和孔隙来吸收噪声; 通过表面纹理( 单位面积内的构造数量) 反射噪声, 消耗噪声的能量; 通过改进施工工艺、提高平整度、改善接缝施工水平、采用小粒径的粗集料降低宏构造引起的振动噪声。

3.1 多孔混凝土降噪

多孔混凝土是由最大粒径为8~10 mm的间断级配碎石和1 mm以下的砂石组成的孔隙率达20%~25% 或以上的一种骨架- 孔隙结构。1个小孔可以看作是1个亥姆霍兹共振器, 可以吸收噪声。实际的路面结构可以看作是多个单孔共振器的并联, 从而可以吸收不同频率的噪声。多孔混凝土表面的噪声吸收效果主要与多孔层的孔隙率、渗透性、孔隙结构和厚度, 尤其是孔隙率和厚度有关。孔隙率应尽可能高, 以高度吸收宽频带的噪声。薄多孔层宜于吸收高频噪声, 而厚多孔层则宜于吸收低频噪声。多孔混凝土连通的孔隙有利于压缩空气的排出, 从而可有效地降低空气泵吸和轮胎振动产生的噪声, 并减弱噪声在路表面的传播。同时, 多孔混凝土具有良好的排水和抗滑能力, 能有效地降低高压水流噪声。孔隙率越大、多孔层越厚、集料粒径越小, 噪声水平降低得越多[ 7- 8] 。

3.2 外露集料降噪

外露集料表面具有随机凸起的特点, 能够使声波和压力波在轮胎花纹下的空隙中自行消散。外露集料表面的平均构造深度以0.9~1.2 mm为宜。集料粒径越小, 噪声越低。

3.3 双层混凝土降噪

选用小粒径(8~10 mm以下) 、耐久性和耐磨性好的粗集料, 可以减少混凝土路表面的宏构造。如配以高含量( 25%~40%以上) 的硅质砂, 则可形成抗滑性好、噪声低且经久耐磨的混凝土路面。下层混凝土采用普通的集料, 仅在表层部分( 最小厚度约7 cm) 采用优质小粒径粗集料和高含量硅质砂。外露集料也常作为双层混凝土的上层, 上层厚为4 cm左右的低噪声细集料混凝土, 下层为最大粒径32 mm的普通混凝土。多孔混凝土作双层混凝土的上层, 薄多孔层能够吸收高频噪声, 厚多孔层能够吸收低频噪声。双层混凝土表层与本体混凝土路面使用滑模摊铺机一次摊铺成型。

3.4 改性混凝土降噪

日本、韩国等国家将橡胶粉加入水泥混凝土中, 用于铁路轨枕、铁路交叉道口, 得到了很好的效果, 不仅极大地减少了震动、降低了噪音, 还延长了水泥混凝土使用寿命, 减少了维修, 增加了安全性。根据声学中消耗能量来降低噪声的原理, 通过掺加颗粒橡胶或其他聚合物高分子材料来改性水泥胶结料和混凝土结构, 以降低水泥混凝土的弹性模量, 使混凝土具有半刚性半柔性, 从而达到减振、降噪的目的。

3.5 纵向整平技术

将沿车道方向的表面构造尤其是水泥混凝土路面防滑槽式构造断面形状看作是一种波谱。构造波长的减少和波幅的增加,可减小轮胎的振动并形成有吸收噪声效果的多孔性表面, 声学效果会更好。改进施工工艺, 提高平整度和改善接缝施工水平, 采用小粒径的粗集料, 以降低宏构造。使波长大于10 mm的表面构造深度尽可能小, 而波长小于10 mm的表面构造深度尽可能大。现代滑模摊铺机装有纵向整平机, 除了在整个铺筑宽度上进行适当整平外, 还有附加的纵向整平机作为最终的整平设备,它可以消除横向整平机用以压平摊铺留下的横向或斜向表面起伏宏构造。

为了非常有效地利用这种纵向整平机, 混凝土塑性不要太高, 同时组分含量不要太多。否则, 纵向整平机会使面层砂浆积聚过多, 留下锯齿形花纹。用黄麻布、不同种类的扫帚或塑料梳子对路面进行拉毛所形成的各种纵向结构, 能够形成迥然不同的纹理。西班牙研究表明, 用黄麻布和塑料扫帚来拉毛, 与用塑料梳子形成的纵向浅沟相比, 产生的噪声较低。近年来德国越来越多地采用黄麻布来制作纵向纹理, 从而取代了横向拉毛。采用纵向整平机与黄麻布相结合, 对噪声水平的降低是可观的。

3.6 粗构造设置技术

不同的构造技术会产生不同的声谱, 即使总噪声级位不变,声谱也有所不同。改变沟槽的宽度、深度、间距和定向可以降低隆隆声, 消除声谱中的峰值。

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