摘要:近年来，我国公路建设进入了高速发展期。根据交通部的统计数据，到2010年底,我国公路网总里程达到398.4万公里,五年新增63.9万公里。其中,公路由“十五”期末的4.1万公里发展到7.4万公里,五年新增3.3万公里,居世界第二位。针对目前高速公路进行声屏障设计过程存在的问题影响，本文以某地区的高速公路规划要求为例，分析了高速公路声屏障优化设计与施工技术应用现状，并提出了优化控制的方法策略，其目的是为相关建设者提供一些理论依据。
关键词:高速公路；声屏障设计；施工技术；声屏障类型
0引言
随着我国高速公路建设发展及公众对声环境质量要求的提高,作为建设项目环保措施之一的降噪设施———声屏障,如超长连续声屏障、全封闭式声屏障运用日益增多。公路声屏障工程属于综合性系统工程,涉及到声学、建筑学、交通工程学等,其与城市道路声屏障在设计理念方面也有区别。公路声屏障类别主要包括砌块类型、板体类型和生物类型,以及综合类型等。设计中应根据不同路段特征有针对性地采用多方案比较。声屏障除应满足对保护区域的声环境质量目标外,还应在路线、路基、安全等方面符合公路工程总体要求,此外还应在满足降噪前提下,兼顾经济合理性。声屏障设计过程主要为:声环境调查、噪声源检测、分析声环境评价报告预测、确定降噪目标、声学设计、交通车型分析、选材、结构设计、安全设计、声屏障方案比较、概预算等。声屏障施工过程主要为:现场调查、地下管线构造物调查、设计交底、编制施工组织方案、施工技术交底、检查认证资料,施工进度控制、构造精度控制、施工质量控制等,按照施工文件要求严格施工、并施工结算等。声屏障工程从规划到实施,涉及很多方面因素,本文拟结合部分工程设计体会及掌握的情况,分析和探讨相关声屏障实施主要关键技术问题。
1 声屏障设计目标值设计
前期应结合声环境影响评价、噪声监测结果进行综合分析,在路线现场进行逐点调查和落实,为降噪设计收集基础资料,确定噪声防护对象区域、建筑群等。声屏障设计目标值的确定与防护对象位置交通噪声值、背景噪声值以及区域环境噪声标准值的大小有关。在确定声屏障设计目标值时应考虑到需要保护的区域环境背景噪声值的因素,因为公路交通噪声的治理一般以治理由本项目造成的交通噪声增加值为原则。如果受声点的背景噪声值低于区域环境噪声标准时,则设计目标值可以由公路交通噪声值减去区域环境噪声标准值;如果受声点的背景噪声值高于区域环境噪声标准时,则设计目标值可以由公路交通噪声值减去背景噪声值来确定。对于需要综合治理噪声的工程,既需要治理公路工程营运造成的噪声增加,也需要治理目前区域超标的噪声,公路建设管理部门应作为特殊工程对待,并由环保部门单独列项。相关资料表明,声屏障对噪声有减噪作用,但声屏障在公路上的运用是有限的,如表1所示。
当单纯采用声屏障技术不能达到设计目标值或无法满足安全、经济等指标要求时,应采取综合噪声防护措施,如采取声屏障、绿化、土堤、假路堑、全封闭声屏障等形式组合。
2 声屏障材料、结构设计
声屏障材料使用主要分为两大类:一类为满足声学性能、构成声场分布改变的材料,根据声学性能分为吸声材料(如多孔材料、泡沫玻璃、微孔砖等)和隔声材料(如实心砖、混凝土体、密封窗等),根据材料的吸声系数、隔声系数、透射系数的不同,声屏障主要分为吸声式声屏障、隔声式声屏障和反射式声屏障;另一类属于结构材料,如基础、支架体、结构框体,形成声屏障承重骨架材料。道路声屏障选择主要依据交通环境确定,其主要遵循的原则有:声环境和谐原则、交通运营安全原则、满足声环境质量原则、经济耐用美观原则。对于声屏障材料的防腐、防潮、防老化、防火、防眩、声学材料检测可依据(JT/T646-2005)《公路声屏障材料技术要求和检测方法》中的规定。
2.1 声屏障结构与安全性设计
声屏障作为一种独立结构,应保证其自身的强度、刚度和稳定性,结构设计包括:(1)屏体的强度与刚度;(2)立柱与基础的强度、刚度与稳定性;(3)声屏障各构件连接系统的牢固性。
2.2 声屏障金属构件防腐设计与检测
声屏障金属构件防腐指标采用《高速公路交通工程钢构件防腐技术条件》(GB/T18226-2000),防腐层包括单涂层、双涂层,单涂层又分为单镀锌(铝)和单涂塑,相关技术指标均有明确规定,在工程检测中,经常运用涂层测厚仪进行检测,分析判别涂层质量。
2.3 声屏障表面色的安全性
目前国家标准没有对声屏障颜色做出规定,目前可以借鉴的国标为《安全色》(GB2893—2001)。声屏障作为道路的设施应遵循该国标,不仅重视色彩对人的心理影响,也避免不恰当的颜色组合,对交通运营带来负面影响。色彩在道路设施中,具有非常大的魅力。什么环境里用什么颜色搭配,这就要对颜色进行科学地选择和正确地调配,这都离不开对《安全色》的运用。应特别注意的是在《安全色》中对安全色与对比色同时使用时,应按表2规定合理搭配使用。
2.4 声屏障构件防盗、防脱落设计
据某高速公路防盗调查了解到,高速公路沿线设施被盗较为严重,被盗的设施主要有:电缆、钢护栏板、螺栓、铝合金标志板、防眩钢支架等。可见含有金属件的设施均有被破坏、被盗情况发生。虽然公路声屏障尚未遭到严重被盗、被破坏现象发生,但也提醒设计人员注意其防盗性、防脱落性设计。声屏障构件螺栓一般采用的国标主要有《紧固件机械性能》(GB/T3089.1)、《六角头螺栓》。目前仅采用紧固度衡量构件牢度程度还不够,紧固度是指在正常自然外力作用下仍保持牢固的程度,公路沿线各类设施,还应考虑人为破坏因素、考虑防盗性能。加强声屏障防盗性能,除满足一般国标对螺栓要求外,也建议采用防盗螺栓,目前防盗螺栓在工程建设项目运用较为普遍,处于野外环境、缺少管理或管理薄弱的构件采用防盗螺栓具有现实意义。防脱落性是指声屏障在一定的外力的作用下,仍具有较为牢靠的紧固度,在不可避免脱落的情况下,构件之间仍能相互牵引保护,防止构件体意外坠落,达到安全要求。在JT/T646-2005中,做出了防脱落装置的要求,但还没有具体指明采用什么材料或结构作为防脱落装置。在桥梁、高架桥等声屏障设计中,一般采用钢缆、钢绞线,把各个构件,如屏体、立柱等相互串联起来,选用的钢缆应具有足够的强度、可靠的防腐性,并用钢缆锁封闭,以防被盗。
3 声屏障改扩建
声屏障改扩建设计与改扩建道路声屏障设计既有共性又有其本身特点,声屏障改扩建设计是指原来的声屏障不能满足要求,对其进行的改建、扩建,一般包括如下方面。(1)随着沿线经济带发展,原有声屏障防护等级满足不了现有声环境质量要求,应对现有声屏障进行改扩建,该类建设在充分调研、预测的基础上做出声屏障改建方案,主要有全拆除和部分拆除重建方案和加高、延长声屏障方案。(2)随着沿线经济带、城镇规划变更,过去为声敏感区域,现在不是声敏感区域了,对已修建的声屏障进行拆除、移位等工作。声屏障改扩建本着合理利用的原则进行。在声屏障改扩建的过程中,一般不能中断交通运营,这就要求做好施工组织的安全引导设计,依据《公路养护安全作业规程》(JTGH30-2004)进行养护维修作业控制区布设,养护维修作业控制区应由警告区、上游过渡区、缓冲区、工作区、下游过渡区及终止区组成;当需要封闭车道或路肩(紧急停车带)时,必须设置过渡区。
4实例概况
随着某省高速公路的建设和实施，省高速公路建设取得了蓬勃的发展。省内高速公路路网日趋完善，到2030年，该省高速公路路网建设总规模约达6851km，其中：国家高速公路2251km、省高速公路4600km，高速公路沿线分布的村庄、城镇均受到一定公路交通噪声的影响。根据《交通运输行业公路水路环境统计报表》，2014年我省新增声屏障20925延米，其中通过环保验收的10097延米，总投资2821万元。据不完全统计，该省内有二十余条已建成高速公路均安装了声屏障措施，声屏障技术在该省内运用广泛。然而，虽然该省声屏障运用广泛，但选型相对单一，同时由于该省地势复杂，公路桥隧比较大，高填深挖路段较多，沿线居民点分布各异，导致声屏障出现安装位置不合理、降噪效果不显著、经济投资增加等问题。怎样合理设置声屏障以达到降噪效果的最优化和经济投资的最小化已是我省高速公路在声屏障建设过程中急需解决的问题。
4.1高速公路声屏障优化设计与施工技术应用现状
该省高速公路的声屏障设置问题主要体现在以下几个方面：
现存主要问题（1）声屏障选型及安装位置不尽合理。声屏障降噪效果因安装路段工程形式的不同，效果也不尽相同，该省地势复杂、公路建设工程形式多样，但由于声屏障安装未结合该路段工程形式以及与周边敏感点关系，因此声屏障安装位置不合理现象较为普遍。（2）声屏障设计构造材料单一，该省内高速公路声屏障构造材料多数为：金属隔声板/彩钢复合板+透明屏的形式。（3）声屏障类型较为单一，该省内高速公路声屏障类型多数为板型声屏障，砌块型及生态型声屏障在省内高速公路的应用较为少见。（4）声屏障降噪效果部分不显著，根据该省交通环保监测站对《沪瑞国道主干线贵州境三穗至凯里高速公路声屏障降噪效果监测》，金属隔声板/彩钢复合板+透明屏类型声屏障降噪效果（以插入损失计算）平均降噪效果约为7.4dB（A），不同路段声屏障降噪效果也有所不同，从3~12dB（A）不等。
基于上述问题影响，相关建设人员应将以下三点，作为项目实践控制目标：（1）归纳省山区高速公路沿线各类典型敏感点类型、敏感点与公路关系，确定可以采用声屏障为降噪措施的情况；（2）归纳分析和验证国内外现有声屏障技术实施效果，并对各类型声屏障进行技术经济论证；（3）对该省山区高速公路各典型路段与居民点分布关系并结合周边环境情况对对适合该省山区高速公路的声屏障类型进行分析遴选、为声屏障类型选择提出指导。使声屏障的降噪效果达到最优化，实现经济投资的最小化。
4.2优化高速公路声屏障设计与施工技术应用控制策略
由于该省属于西南山区地带，高速公路桥隧比较大，高填深挖路段较多，敏感点与高速公路之间位置关系复杂、部分路段相对高差较大，声屏障不具有普遍适合性，且该省现有声屏障选型较为单一，导致声屏障安装位置不合理、安装后降噪效果不显著等情况的出现，因此本指南讲以下几个方面对该省高速公路声屏障选型提供技术指导：
（1）确定该省高速公路沿线可以采用声屏障为降噪措施的情况。即对该省高速公路沿线涉及敏感点路段的典型工程形式进行归纳，拟选取桥梁、隧道、路基、路堤、路堑等几个工程形式作为典型调查。对该省高速公路沿线敏感点类型及分布形式进行归纳，主要针对村庄、乡镇、城市规划区、学校、医院、环境敏感区等敏感点与道路之间的分布形式进行调研归纳，拟得出：敏感点与道路之间的距离、高差、地势、环境情况、车流量之间的典型关系。通过实地监测和类比分析，得出该省高速公路沿线可以采用声屏障为降噪措施的情况。
（2）分析和验证国内外现有声屏障技术实施效果，并对各类型声屏障进行技术经济论证。一方面，收集国内外现有成熟声屏障技术，并通过监测分析验证声屏障各种不同的形式及构造材料达到的降噪效果，拟选取典型的直壁型和折壁型两种声屏障形式进行声屏障形式与降噪效果关系监测（如有必要，也可对全封闭型及半封闭型进行监测），选取混凝土板、亚克力板、彩钢复合板（吸声或反射型）、强力PC板、微穿孔金属板、有机复合板、混凝土砖块、多孔吸声砖等典型声屏障构造材料监测声屏障材料与降噪效果关系。另一方面，对各种类型和材质的声屏障从降噪效果、环境效益、建设成本、维运经费等方面进行技术经济论证。对于声屏障作用于高速公路工程运行使用过程的主要技术参数控制，应按照不同工程类型，来进行确定。例如，将桥梁、隧道、路基、路堤、路堑等，归为典型工程形式；将村庄、乡镇、城市规划区、学校、医院、环境敏感区等，划分为敏感点类型；将距离、高差、地势、环境情况、车流量等，确定为工程形式与敏感点典型位置关系；直壁型、折壁型（必要时增加全封闭型和半封闭型），确定为典型声屏障形式；将混凝土板、亚克力板、彩钢复合板（吸声或反射型）、强力PC板、微穿孔金属板、有机复合板、混凝土砖块、多孔吸声砖等，设置为典型声屏障结构材料所采用的技术应用参数。
（3）遴选适合该省山区高速公路的声屏障类型。结合上述调研分析成果，对该省现有高速公路沿线的各类典型景观、敏感点分布情况进行总结，归纳出适合山区高速公路的声屏障类型，为各单位对高速公路沿线声屏障类型选择提出指导。值得注意的是，为控制高速公路声屏障优化设计与施工技术应用的造价成本，相关建设人员应按照年度工作进度及完成期限，来达到目标资金使用需求。
5结束语
公路声屏障工程属于综合性工程,涉及到声学、建筑学、交通工程等,其设计、施工均与城市道路声屏障有所区别,在路线、路基、桥梁、安全保障等方面都有其具体要求,应引起各相关专业人员重视。高速公路声屏障优化设计与施工技术的应用控制目标实现，应从实践角度出发，即在明确声屏障作用缺陷的情况下，找出优化控制的方向。事实证明，只有这样才能影响高速公路声频障优化设计的因素与施工技术缺陷进行有效的控制。为此，相关建设人员应将其充分重视起来，即使声屏障的作用效果充分发挥出来，以实现当前现代化经济发展与生态环境建设的和谐统一目标。
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论文作者:郑伯金
论文发表刊物:《防护工程》2019年第2期
论文发表时间:2019/5/5
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