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国外预制混凝土声屏障的研究现状
2014/04/03 09:15
来源：铁道部科学研究院铁建所 陆季平
为减小交通运输产生的噪音，国外大都在道路两侧设置声屏障。文章介绍声屏障的类型和设计中应注意的问题。......
【提要】为减小交通运输产生的噪音，国外大都在道路两侧设置声屏障。文章介绍声屏障的类型和设计中应注意的问题。
【关键词】高速 铁路 公路 噪声 声屏障
1概述
随着高速公路的发展和铁路客货列车速度的提高，交通运输产生的噪声对沿线居民的干扰越来越大。国外高速公路和高速铁路附近的居民根据交通噪声防护法规，要求公路、铁路部门建造隔声屏或隔声墙，以减少高噪声的干扰。
日本1975年公布了新干线铁路噪声的环境标准。德国1976年制定了“铁路沿线噪声防治工程设施准则”，1990年正式公布交通噪声防护规则和测算方法。法国要求在高速铁路初步设计时，就必须针对环境噪声、振动等问题提出防护措施。瑞士1987年开始实施防噪声法，规定既有线路噪声的最高值，预计在此后的15年内对近800km路段(约占全部路网线路总长的20%)采取防噪措施，总投资达数亿瑞士法郎。1990年英国运输部委托噪声振动研究所制定铁路公路沿线噪声隔离的国家标准。
图1 直立式吸收型混凝土隔声墙
声屏障、隔声墙的材料和型式是多种多样的。一般采用的有混凝土类、塑料树脂类、金属板类和绿化带类。日本一般在市区采用金属系列或塑料系列，在郊区则采用混凝土系列。德国使用特殊的轻质多孔混凝土，制造了各式各样的声屏墙。斯图加特一家公司生产了一种新的具有高吸声性能的多孔混凝土声屏墙，混凝土等级为C35，朝向噪声源一面再加一层具有吸声性能的矿物纤维板。
2声屏墙的形式
声屏墙材料以采用混凝土的为多，混凝土声屏墙也朝着轻质、多孔、预制方向发展。预制的声屏墙有三种基本型式:反射型，吸收型和高吸收型。反射型声屏墙基于噪声从固体表面简单反射的原理。这种声屏墙具有一定的缺点，即噪声由于反射，以更大的强度传播到线路的另一侧。同时它与光波不同，声波不总是沿直线路径反射，而是受风向、风速以及车辆的空气压力的影响而按曲折的途径绕过声屏障。反射式声屏障的唯一优点是价格较吸收式低廉。
德国的声屏障大多根据高吸声原理来制造。传统的设计通常使用框架结构式轻混凝土板或砌块，能降低噪音5dB，斯图加特工厂生产的多孔轻混凝土高吸声性能的声屏墙可降低噪声8～10dB。声屏墙通常是直立式(图1)、直线式，还可根据具体环境和要求做成折纹式、波浪式、条式、块式、孔洞式和格板盒式等。为降低新建高速线路格莱姆斯塔尔大桥的噪声，在该桥两侧修建高达4.5m的双层防噪隔音墙。考虑到建筑美学和今后使用桥梁检查车，决定修建内外两层防噪隔音墙。外墙安装在桥梁栏杆檐板上，内墙安装在梁上接触网支柱的外侧，外墙由轻质钢筋混凝土预制板(每块板表面涂吸音层)拼装而成。内墙由镶嵌在钢支柱间的轻金属板构成。
德国还在沿长200m一段整体道床设置试验性的新型防噪声墙。墙距线路中心约3m，墙与道床之间铺有道碴，墙高出轨面1.5m，相当于客车座席高度，不影响旅客视线。墙体由混凝土板组成，安在工字钢梁上。混凝土板为有微孔结构，正面有厚6cm的吸音板，用螺栓固定。经实测距线路25m远、高出轨面3.5m处的噪音降低了11～12dB。
日本新干线的声屏墙以前是以直壁式为主。最初采用砌块砌筑的声屏墙高1.25m，每2m间隔设钢筋混凝土墙柱，以后在东北新干线采用钢筋混凝土声屏墙，高出地面2m，比线路平面高出1.3m，厚16cm，混凝土等级为C24。在东海道新干线，声屏墙采用柔性板结构，工字钢按1.8～2.0m间距，用锚栓固定在道床板上，在工字钢的上、中、下三处设横撑，在横撑上安装柔性吸音板。为了提高降噪效果，在新干线沿线居民密集地段，广泛采用了倒“L”形声屏障，计有三种类型:用钢板做成声屏墙，垂直部分高2.2m，顶部向线路内侧弯成直角;现场浇注钢筋混凝土的直墙和顶棚弯折部分;采用工厂预制新型预应力轻质空心混凝土板代替原来的钢筋混凝土板，使声屏墙重量由原来10kN/m减少到3kN/m。此外还研制了用维尼纶制成的增强纤维混凝土声屏板，每块高2m、长1m、厚10cm、重100～150kg。这样拼装组成的声屏墙，其重量相当于现场浇注的钢筋混凝土板重量的1/8。
法国采用的声屏墙，墙高2m，约可降低噪声8～10dB。法国TGV东南线高速铁路长度的10%靠近居民住宅地带，都修建了形状各异的声屏墙。
瑞士新研制的声屏墙，其上部向线路倾斜(倾角约30%)，外形类似雨棚，墙高2.1m。试用表明，新的声屏墙与普通声屏墙相比可使噪声再降低一半。
图2 用预制砌块砌成的隔声墙
3 声屏墙的设计
声屏墙的设计一方面要考虑采用合适的材料，达到吸音降噪效果，另方面要考虑建筑美学。
应使使用者和受保护者看起来赏心悦目，同时让居民和旅游者能观赏到周围景色。为了不遮挡从车窗眺望的视线，还要保证声屏墙的高度，墙的上半部分可采用由聚碳酸酯材料制成的透明卡普隆板，它具有良好耐候性、抗冲击性和足够强度，缺点是反光，易遭鸟类冲撞，或导致人为破坏和老化破裂。为了使直射到混凝土墙面的噪声不直接反射，增大它的衰减，将墙面做成波浪形、曲面状、格栅形、中空形，单块预制件制成圆柱形、扁槽形、椭圆形、条格形，“U”形、“L”形等，用这些单块预制件，可以堆叠成声屏墙(图2)，在有的单块预制件中还可以培土种植植物，增加吸声降噪及美学效果。为了改善视觉感受，可在混凝土隔声屏上描绘图案和颜色。
声屏障的降噪设计，是根据所需的吸声隔声要求来选择具有高吸声性能的预制轻混凝土板或墙。板或墙的尺寸与声频噪声的吸收量，是由大量试验所确定的。必要时声屏板或墙的尺寸还要根据现场条件改变，如变电站周围的声屏障(要吸收高频噪声)和高速公路旁采取的声屏障就不一样。
金属的声屏障存在不少问题。首先金属声屏障易遭受有害物质破坏，尤其在氯盐的环境下，与基础连接的部位更易遭受破坏。因此，金属结构的隔声屏必须定期检查。另外，金属结构的隔声屏单元结构连接处容易产生噪声泄漏。钢化玻璃、丙烯酸玻璃、聚碳酸制成的卡普隆透明隔声屏，可用于需要透明度的地方，但价格昂贵，且要经常清洗沾染的环境脏物。塑料制品因受阳光照射易老化产生裂缝、褪色而很少采用。
控制噪声的措施最好在工程设计阶段明确提出。若在工程完成后再考虑，费用将大大增加。
编辑：王欣欣
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