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一、高速公路声屏障设计遇到的新问题

1、 传统的声学设计方法与基础受力的冲突

(1)规范规定的声学设计方法

根据《城市区域环境噪声标准》(GB3096-1993)确定敏感点的噪声执行标准限值,以确定理论降噪的目标值,即现状值与标准限值的差值。京秦高速公路的敏感点为4类标准的执行限值(昼间70dB;夜间55dB)。以此进行确定鸦鸿桥处夜间超标11.6dB;设计目标值就应大于11.6dB。其它两处以此类推。

再根据降噪设计的基本原理及《声屏障声学设计和测量规范》(HJ/T90-2004)的要求确定。利用每个敏感点与道路位置(距离和高程)关系,进行声屏障插入损失的计算,并充分利用周围地形情况,找出符合设计目标值的最佳设置位置及高度。通过理论计算声屏障遮蔽高度在3.5-4.0m之间。

(2)已有构筑物的外加荷载较小

但是由于该路建造于1999年,边坡、桥梁及通道的使用年限已经较长,无法满足建造过高声屏障所带来外加(风或冲击)荷载的安全性要求,同时基础埋深及间距都不能过密以影响路基边坡的稳定性。同过结构受力核算,声屏障高度不能超过3.5m,间距最好不大于3m。

(3)通过造型设计弥补遮蔽高度不足的缺陷

在这种情况下,既要满足声学降噪目标值又要满足结构稳定性要求,经过方案论证,最终确定应用两个方法进行遮蔽高度不足的弥补:一、改变直立造型为顶部圆弧造型,通过增加噪声屏蔽面积,以增加有效遮蔽高度;二、设置顶部吸声装置—吸声帽,增加对顶部的噪声吸收率,来通过延长噪声传播途径,以达到于与增加有效遮蔽高度同等的作用。

 

图2-1造型变化及增加吸声体

2、设置声屏障的线形与道路构筑物协调问题

声屏障作为一个线性工程,必然要跨越道路已有构筑物——桥梁、通道、路基边坡等,由于声屏障在构筑物路段设置的位置不同:桥梁段设置在桥梁外侧或顶部;通道上设置顶部;路基上设置在距离路肩边缘外侧1m处,必然会出现声屏障不在同一轴线的情况。一般设计上处理是在桥梁(通道)与路基的过渡段做成折角形。但是在京秦路上桥梁与路基的过渡段上出现了另一种形式——挡墙段,而挡墙段只能将基础设置在顶部,这样一来,该段就出现了以桥梁、挡墙及路基中心分别为轴心的三条轴线,其中挡墙的轴线最靠近路侧,这就形成了“褶皱”现象,详见2-2图声屏障轴线示意图。

 

图2-2声屏障轴线示意图

为避免这一现象发生,就要让挡墙及通道过渡段必须保持在一个轴线上,这就意味着挡墙处的立柱轴心与桥梁段立柱轴心必须在一条线上,必须调整桥梁或挡墙处立柱的设计位置,最后确定调整挡墙处立柱的位置以保证与桥梁段保持在一个轴线上。见图2-3挡墙处立柱设计形式,见图2-4调整完线位效果。

 

图2-3挡墙处立柱设计形式

 

图2-4调整后平滑轴线

3、如何提高声屏障的安全性问题

因为京秦高速公路建设的比较早,路基边坡及桥梁通道段设计都有一定的附加荷载限制,所以在设计过程中,重点是加强其整体稳固性,同时考虑撞击破坏时的屏体安全问题。采取了如下措施:

(1)桥梁段,将声屏障设置在砼防撞墙外侧,受车辆冲击时,砼防撞墙可以对屏体进行保护,同时利用设计可拆卸拉杆进行整体连接,增加群体性能。

(2)路堤段,将声屏障设置在距离路肩边缘0.95m出,距离波形板护栏1.1m位置,比《公路环境保护设计规范》(JTJ/T006-1998)的要求还增加了10%余量,以确保波形板防撞护栏有更大的防撞变形空间,尽量保护声屏障不受损害。基础设计采用梁体嵌入桩基础的结构形式,增强其整体连接作用。

(3)通道段,由于通道段只能和波形板护栏间错排布,故采用防撞击设计,整体采用防坠落设计方法,同时在2m高范围内后部设计3排拉杆,即使板材受撞击变形也不会飞落伤人。

4、 如何增加声屏障整体密封效果问题

(1)桥梁(通道)段

桥梁段屏体挂在砼护栏外侧,屏体与护栏顶部存在2~3cm的轴向缝隙,为提高密封性能,设计的屏体与砼护栏顶部有5cm的搭接,同时再采用金属扣条进行封扣。通道段直接使用扣条密封。

(2)路堤段

路堤段主要是排水沟处漏声严重,因为排水沟基本是与止水带连通,均高出路基边坡10cm左右,做基础梁体时不进行处理,会出现极大的漏声点,故设计上在此处进行预埋PVC排管,管道弯曲成直角“Z”形,并设置拦渣网,尽量减少声音直接投射。

二、 解决新问题产生新思路

通过对该路声屏障设计中遇到新问题的逐一解决,其实就是在酝酿和构思设计的新思路。声屏障的高度一直是受到路基承载的安全性限制的,但通过增加顶部吸声体而达到增加有效屏蔽高度的效果,是一种新的尝试,这种方法只在城市道路中使用过,本是无奈之举,但在高速公路上却充分发挥了其优势;声屏障的线形是最重要的外观指标,往往受制于道路已有的构筑物限制,但是转变思路,通过对上部结构的调整来弥补这一不足,有时也能收到预期的效果;安全性问题一直是重中之重的问题,在规范的允许范围内,充分利用已有的安全设施进行合理保护,同时对薄弱环节(通道段)进行保护,安全系数必然会大大的增加的;声屏障的密封性是设计中尽量要克服的首要问题,通过合理利用声学自身的原理,使噪声有效的疏导,多绕几个“圈”,同样起到遮蔽同等的效果,这样问题看起来 就不会特别的棘手了。

所以遇到新问题不断的转化思路,从正反两个方面考虑,就会对设计者有很大的启迪,使大家能够游刃有余的解决好新问题,开拓出新思路。

摘自:《高速公路声屏障设计诸多问题探讨与新思路》 作者:杨书祥
 

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