城市快速道路隔声墙设计初探

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城市快速道路隔声墙设计初探

贺大东  肖大威  刘培杰  许吉航

华南理工大学建筑学院

城市噪声源很多，非常复杂，是一种常被人们忽视的环境污染，对人的身体产生极大的危害。其中主要的噪声源之一就是城市快速交通道路上来往车辆所产生的噪声，这些道路包括高速公路、快速干道、高架路及轨道路等。从实测的数据分析（表1），城市快速干道的噪声持续而高强，对两侧的居民及行人的干扰很大，应该采取积极措施，加以隔断和减弱，有可能达成消除和部分消除的目标。

调查显示，多数人可以适应铁路边的居住生活，能适应其有一定规律的噪声影响；而在快速干道两边的居民就有较大的意见，难以忍受干道持续而高分贝的噪声。因此，对于快速干道两侧的居民区应采取积极的隔噪防噪措施。

1 城市快速路隔声防噪的主要措施

目前，对于城市快速交通道路所产生的噪声大都未采取隔断或减弱噪声的措施，更缺少专门针对城市道路隔噪消噪的构造设计，局部采用了挡板，效果也不明显。

上图是几种快速交通两侧隔噪挡板（墙）的实况，以实测的数据看，在挡板（墙）的后面30m以内有一定的减噪效果，而更远，或其他地方（没隔板处）则噪声依旧。从快速道路噪声发出及传播的特点分析，噪声的主要因素是声场的形成，噪声源发出声音后如果有反射面会产生反射，多次反射产生混响，这个噪声场一直在空气中传播直至能量完全消耗，一般传播200m可以自然衰减约10dB到20dB。因此快速道路的噪声特点是综合反射所产生的区域性噪声和声场，这个特点也揭示出使用局部隔声板墙的方式隔绝噪声和消弱噪声不是一种最好的方式，效果不很明显。

目前快速交通道路上的隔声墙存在的主要问题如下：

（1） 隔声墙高度不够，致使隔绝的反射噪声少，绕射噪声影响区域大；（2）隔声墙长度不够，使噪声通过两侧的空间，对周边区域造成影响；（3）部分隔声墙安装时与地面形成较大空隙，致使透射噪音较大；（4）目前采用的隔声墙多为简单的进行反射隔声，缺少对噪音的吸音处理，易产生混响，对道路上车辆内的人员形成了较大的噪声影响；（5）目前的隔声墙多采用轻钢和塑料隔板的方式，成本较高，容易损坏或老化。

表1  广州某快速路交通噪声LAeq平均值

时间段

LAeq平均值（dBA）

昼间11:00-12:00

77.9

昼间16:00-17:00

79.2

夜间23:00-24:00

76.3

2  城市快速路隔声墙总体设计

快速交通道路的隔声减噪的目标是减弱噪声场，隔板只能局部减小噪声的干扰。其基本原理有两条，第一是尽可能封闭，第二是尽可能在噪声场内设置吸音和消音的装置或墙体，从而，减弱噪声场的强度。

根据快速路噪声为场强模式的特点，对于消除或减弱快速道路上的噪声，应采用减少噪声，减少声反射和绕射，增加声能吸收或消音装置等方式。沥青路面是一种减噪消声的较好措施，它不仅直接减少了近5~8个分贝的噪声强度，而且对向下的噪声有一定的吸收和减弱。而隔声板墙改进的目标是将隔离某一方向的噪声（同时反射某几方向的噪声）改为不但隔离这个方向的噪声，而且消除或吸收、或部分消除或吸收噪声而不再反射，这就是一种有可能吸声消音的隔墙。

我们所研究试验的隔音墙，暂时只针对城市快速道路而言，（将来可以对广场舞场空间周围、城市合适而需要的地方），隔声墙体要解决以下几个主要技术问题。

（1）城市快速交通两侧设置的隔声墙应是轻质高强。因为许多高速的道路都是高架桥式，荷载小就有可能易做，减少桥式路的结构消耗也就会减少造价。

（2）墙体结构体系稳定安全是另一个重要点解决的问题。因为墙体是平面结构，垂直形稳定性能较差，这就要求墙体构造设计与路桥统筹考虑，把荷载基础以及稳定预埋件都在施工中一步到位、一体化设计。

（3）美观艺术是必须设计的方面。因为隔声墙阻挡了内外的视线，有的地方把快速道路围合成为“街谷”，内外视觉效果都不理想。这就需要在隔声墙外种植花草爬墙，或涂上色彩图案，以保护隔声墙的美观。

（4）隔声消音的材质和形材外形，是一个关键性的问题。目前，多数快速道路两边的隔音墙多是板状，所用材料是塑料、木板，也有少量用砖或植草砖，这些隔声墙体多是有反射声，并不减弱声场强度，效果不很理想。

3  城市快速路隔声墙材料选用及构造设计

设计隔声墙的材料质地和形态及其墙体结构构造是研究的核心内容，是区别以往城市快速道路隔声墙的出发点和归宿。

隔声墙的材料材质采用的是陶粉纤维加气混凝土砌块，其中有1/3的陶瓷废弃物，因为陶瓷废弃物排出对环境产生危害，污染空气土地和水体（填埋后向下沉渗进入地下水体产生潜伏性污染），因此，废物资源化利用是本材料研究的一大特色。我们综合利用造纸技术在材料加工制备中加入了植物纤维，使形成的砌块材料防裂、防渗、防脆，增加了材料的抗折能力和韧性。材料加气发泡通过高温高压养护达到国标要求的强度用于墙体。加气发泡的砼砌块在露天常温下基本保持其材料性质不变，有一定的吸水性。由于其多孔均质，可以有效吸收声场能量，达到消除减弱噪声的效果。

在实验中，我们发现纤维量较多、发气量大、质量轻的加气混凝土在吸声和消音方面效果更好，但强度略差，而且在吸水后强度变弱。由于隔声墙要做在室外，经受日晒雨淋，甚至冰冻涨缩的影响，而且有一定的稳定性、结构性安全的要求，因此，通过选择试验，容重在600kg/m3左右的纤维加气混凝土比较理想，适合在户外做单扇平面的墙体。

如果我们把隔声墙的材料用加气砼砌块，每立方米容重控制在600kg内，形状是劈形砖。根据声学的原理，劈的墙是一种消声构造装置，因为劈的内部空间能有效地把声能消耗在劈的契形中，契形中的多次反射不扩散到劈外部。这样就能让噪声源在投射到劈形砌块构造的墙体上后，被直接吸收或基本吸收，而不再产生反射和混响。

砌块的形式和隔声墙的构造方式是紧密联系的，理论上讲墙可以砌成很多种的形式。但如果既要有效吸声消音又要安全稳定，同时还要经济美观，这就需要综合设计。首先，劈的尖锐边对着快速道路，这样有利于把噪声装进劈的空间内部，令其在劈内反射，消耗能量。其次是使构造柱和构造筋能够把墙体和砌块立稳。因此，砌块上的构造攒口和孔洞要易于对齐，并符合模数化标准化的尺寸，从而利于构造连接。

隔声墙也需要有一定的质量，其质量同其隔音和结构的稳定强度成正比，因此设计的隔声墙宜大于200mm，不需要外墙粉刷，而是直接砌筑完成，或者外施涂料，以利美观。在砌体中砌块的贴接是一个关键，因为，有一个劈尖形成的空间，这个空间过浅，侧噪声很可能在反射时溢出，而未达到消音减噪的效果。如果过深又会让墙体过厚，而增加结构的重量，增加材料的体积。这需要做一系列试验和设计。设计的思路是利用图形模拟声音的的入射线，通过噪声入射角法线，反射角，再往下一个面同样的传播途径，继续下去。根据声源反射的原理，假设一组平行于隔声墙的噪声投向该墙，形成劈形空间的反射，当劈的尖角大于30°时，则噪声可能溢出（见下图）。如果溢出的声线小于1/5的反射线，则达到较好吸声效果。

当劈的顶角≤30°时吸音效果达到比较理想。如果角度再小，则影响到墙体厚度，加大劈尖的长度。另外，顶角过小会减小开口对声线的吸收，加大直接反射。

根据声波衍射的特点，衍射声波主要集中在屏障顶端。在衍射过程中，声屏障上边界形成一个假想的“二次声源”，为了提高声屏障的插入损失，考虑在声屏障顶端部分增加吸声圆柱体比传统薄屏障具有更大的降噪效果，且当直径大于0.3m后附加衰减增长较快（见下图）。当吸声柱体直径为0.15m时，接收点1、2的插入损失可分别增加1.8dB和1.94dB。当吸声柱体直径为1.0m时，接收点1、2的插入损失可分别增加4.1dB和4.09dB。因此我们按照构造做法，隔声墙可以设计为上面做有柱头的吸声隔音墙，对道路噪声的透射、反射和绕射都产生较好的效果。

采用陶粉纤维混凝土为主要材料设计的快速路隔声墙，采用吸声、隔声相结合的方式产生了较好的道路隔声效果，而且具有安装方便、造价便宜、经久耐用等特点，可以与道路一体化设计施工，具有广阔的市场前景。而且该设计方式也可考虑在城市广场、公园等需要隔离噪声的地方使用，具有广阔的市场前景。

《南方建筑》2015(2)——