國內(nèi)外公路交通聲屏障研究進(jìn)展
聲屏障是一種降低公路噪聲的重要設(shè)施，也是道路設(shè)計(jì)者經(jīng)常采用的降噪措施，對距公路100 m范圍內(nèi)的受聲點(diǎn)有良好的降噪效果。研究顯示，一個(gè)合理的聲屏障可以對處于聲影區(qū)的受聲點(diǎn)降噪5~15 dB。聲屏障的材料、結(jié)構(gòu)直接影響其技術(shù)性能、造價(jià)及壽命等，是聲屏障設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。一般而言，聲屏障材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理、高強(qiáng)度、施工方便、美觀、耐久、防火等性能。到目前為止，國內(nèi)外研究者在聲屏障的材料和結(jié)構(gòu)形式上進(jìn)行了大量研究，下面分別介紹。
1聲屏障材料
1．1降噪機(jī)理
從降噪機(jī)理角度，聲屏障材料可分為反射材料、吸聲材料和“柔性”材料3種。反射型聲屏障是基于從固體表面簡單反射的原理，這種聲屏障有一定的缺點(diǎn)，即對于在馬路另一側(cè)的敏感點(diǎn)是毫無用處的，噪聲由于反射，以更大的強(qiáng)度傳播到道路的另一側(cè)。研究表明，聲屏障表面使用吸聲材料可以提高聲屏障插入損失。在車道內(nèi)側(cè)設(shè)置吸聲材料將使到達(dá)其表面的反射聲有所下降，當(dāng)兩側(cè)聲屏障之間的距離不大時(shí)，可降低該“狹弄”內(nèi)的“半混響”聲級。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，僅在聲屏障頂部1 個(gè)波長寬的面積上使用吸聲材科就可以增加插入損失1~4 dB。在此基礎(chǔ)上，有研究者又將1層或1個(gè)管狀“柔性”材料附著于剛性聲屏障上邊緣，研究其降噪效果。
Takashi Ishizuka等將頂部結(jié)構(gòu)為剛性(反射型)、吸聲和“柔性”材料的聲屏障進(jìn)行的對比研究發(fā)現(xiàn)，頂部結(jié)構(gòu)為“柔性”材料的聲屏障降噪效果明顯好于試驗(yàn)中所用的吸聲材料。“柔性”材料的插入損失約較同樣形狀的吸聲型聲屏障增加3 dB左右。該研究還指出，一個(gè)3 m高的“柔性”邊緣T型聲屏障可達(dá)到高度為10 m的反射型(剛性)聲屏障的降噪效果。可見，“柔性”材料在聲屏障研究中具有良好的前景。
但目前該類聲屏障開發(fā)的關(guān)鍵是如何尋找一種適合于交通聲屏障的“柔性”材料。
1．2聲屏障材料質(zhì)地
從聲屏障材料質(zhì)地的角度，可分為混凝土類、磚石類、木料類、塑料有機(jī)玻璃類、金屬板類(鋼或鋁鋼混合結(jié)構(gòu)、鋁)，其中以混凝土類材料為主。
1．2．1混凝土聲屏障
混凝土聲屏障具有成本低、維護(hù)費(fèi)用低、堅(jiān)固、牢靠等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在色彩、形狀、形式和文理裝飾方面有很大自由度，是國內(nèi)外交通聲屏障中最常用的一種。傳統(tǒng)的混凝土聲屏障為普通反射式聲屏障，能夠降噪約5 dB。隨后，多孔混凝土吸聲性聲屏障的問世，使其在降噪領(lǐng)域應(yīng)用更加廣泛。其中，由混凝土木屑復(fù)合b、纖維水泥復(fù)合以及混凝土橡膠顆粒復(fù)合型吸聲屏障均具有優(yōu)異的吸聲性能，同時(shí)外表美觀、耐候性好，已在歐美廣泛用作交通聲屏障。如DurisoI Inc．生產(chǎn)的混凝土木屑復(fù)合聲屏障，降噪系數(shù)分別為0．7(厚度：2英寸)或0．8(厚度：4英寸)；Concrete Solutions Inc．生產(chǎn)的水泥木屑復(fù)合聲屏障降噪系數(shù)為0．95(厚度：3英寸)；而Concrete Precast svstems生產(chǎn)的混凝土橡膠顆粒復(fù)合聲屏障降噪系數(shù)為0．8(厚度：4英寸橡膠顆粒+4英寸混凝土)。為使混凝土聲屏障更具有景觀效果，研究者還開發(fā)出了生態(tài)型混凝土聲屏障，除具有良好的降噪效果外，此種聲屏障還能使受保護(hù)者和使用者都能賞心悅目。
1．2．2磚墻式聲屏障
磚墻式聲屏障因結(jié)構(gòu)及材料尺寸限制，可塑性不佳，但有時(shí)也配合景觀及造型上的設(shè)計(jì)而使用。
1．2．3木料聲屏障
木料式聲屏障在美國產(chǎn)木材較多的地方有所采用，此種聲屏障較易與當(dāng)?shù)刈匀痪坝^溶為一體。但是，木料的耐候性不良，且易著火，需涂防腐、阻燃材料。
1．2．4金屬聲屏障
釩和鋁是金屬聲屏障的常用材料。普通的鋼結(jié)構(gòu)隔聲屏容易遭受腐蝕，尤其在氯鹽環(huán)境下與基礎(chǔ)連接的部位往往會遭致破壞，因此，必須定期檢查：鋁材料聲屏障可分為泡沫鋁和纖維鋁。泡沫鋁在國外已經(jīng)形成工業(yè)化生產(chǎn)，比較著名的公司和品牌有加拿大Cymat鋁業(yè)公司和日本Shinko Wire公司(Alporas泡沫鋁)。泡沫鋁和纖維鋁聲屏障吸聲性能優(yōu)異，耐侯、耐高溫性能好，特別適宜室外露天使用。但不足之處在于成本太高，無法在我國大量推廣使用。另外，金屬結(jié)構(gòu)的隔聲屏單元連接也較困難，且容易產(chǎn)生噪聲泄漏。
1．2．5塑料有機(jī)玻璃類聲屏障
塑料有機(jī)玻璃類聲屏障大多為透明隔聲屏障，該類聲屏障可減少對駕駛員的空間壓抑感，景觀效果也可以得到改善。但鋼化玻璃、丙烯酸酯、卡普隆聚碳酸酯等材料制成的透明隔聲屏造價(jià)昂貴，僅可用于某些對透明度有特別要求的特殊地段，普遍推廣使用較為困難；而價(jià)格較低的普通透明隔聲屏障，其耐候性相對較差，受到風(fēng)吹、日曬和雨淋后，較易被劃傷，使用時(shí)間一長，表面容易變模糊，且因產(chǎn)品厚度有限，固定方式較為復(fù)雜，表面容易積塵，難以利用雨水進(jìn)行自然沖洗，影響景觀。
1．2．6太陽能聲屏障
太陽能聲屏障(Photovoltaic Noise Narrier，簡稱PVNB即將光電技術(shù)應(yīng)用于聲屏障中，在保證降噪效果的同時(shí)，還可以利用太陽能發(fā)電。第1個(gè)太陽能聲屏障于1989年在瑞士誕生。現(xiàn)在，德國、英國、法國、意大利等國家都開始試用太陽能聲屏障。但到目前為止，太陽能聲屏障仍有許多尚未解決的技術(shù)。雖然該種聲屏障成本較高，但在用電量較大的城市使用還是可行的。
2聲屏障結(jié)構(gòu)形式
聲屏障結(jié)構(gòu)形式對降噪效果有直接影響，目前發(fā)展起來的結(jié)構(gòu)形式有直立型、逆L型、圓柱型、蘑菇型、Y型、箭型、T型、鹿角型、水車型等(圖1)。
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直立型是在眾多種類的聲屏障中形式最簡單的一種，但降噪效果較弱。逆L型聲屏障比直立型降噪提高并不明顯，而水車型形狀過于復(fù)雜，應(yīng)用起來比較困難，都不是理想的聲屏障。圓柱型結(jié)構(gòu)只有在采用吸聲材料或“柔性”材料時(shí)才起作用。研究認(rèn)為，圓柱型結(jié)構(gòu)與T型結(jié)構(gòu)具有相似的降噪效果，但也有相反的觀點(diǎn)。一般而言，圓柱型結(jié)構(gòu)可較直立平板結(jié)構(gòu)增加插入損失1~3 dB，如果采用高效吸聲材料，其增加的插入損失最高可達(dá)8dB。蘑菇型結(jié)構(gòu)是圓柱型結(jié)構(gòu)的一種變形，其目的是為改善聲屏障的景觀效果，二者之間降噪效果沒有明顯差異。Y型結(jié)構(gòu)在采用剛性材料和吸聲材料時(shí)均有好的降噪效果，分別可較直立結(jié)構(gòu)增加插入損失2．9 dB和3．4 dB；而鹿角型結(jié)構(gòu)是在Y型結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，即在Y型的上部內(nèi)側(cè)再設(shè)計(jì)出2個(gè)分支，能夠?qū)υ肼曉俅芜M(jìn)行屏蔽，降噪效果要優(yōu)于Y型。Konno等報(bào)道，采用剛性材料時(shí)，鹿角型結(jié)構(gòu)可較直立結(jié)構(gòu)增加插人損失3．7 dB，采用吸聲材料時(shí)可增加4．8 dB。Shima等研究表明，在1 000 Hz頻段鹿角型的聲衰減可比Y型高10 dB。
鹿角型結(jié)構(gòu)在日本得到廣泛應(yīng)用，并已取得顯著成效。許多學(xué)者還對不同結(jié)構(gòu)形式聲屏障的降噪效果進(jìn)行了對比研究。如Monazzam等對同類材料制成的T型、Y型、箭型和圓柱型聲屏障的比較發(fā)現(xiàn)，T型和箭型的降噪效果明顯好于其余2種，但Takashi
Ishizuka等卻認(rèn)為，結(jié)構(gòu)形式的改變對聲屏障的聲學(xué)性能的改善并不十分顯著，但T型結(jié)構(gòu)較好。我國目前建成的聲屏障以直立型和逆L型為主，至今還沒有開發(fā)出鹿角型聲屏障。可見，我國對聲屏障結(jié)構(gòu)形狀的研究還有待于進(jìn)一步加強(qiáng)。
3結(jié)語
隨著我國公路事業(yè)的迅猛發(fā)展，公路交通噪聲日益凸現(xiàn)，可以預(yù)見道路交通噪聲將成為環(huán)境治理的重點(diǎn)，聲屏障將成為治理手段中的熱點(diǎn)產(chǎn)品。目前我國在聲屏障原理和材料方面的研究與國外差距并不大，但聲屏障材料的質(zhì)量和工藝結(jié)構(gòu)研究上尚有差距，有待于進(jìn)一步加強(qiáng)。
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