張航豪，田 鵬，邵 帥，張 浩，彭開興

（吉林建筑大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118）

0 引言

交通噪聲是現(xiàn)代城市生活中不可避免的環(huán)境污染問題之一，對(duì)人們的身心健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重影響，如對(duì)睡眠、心理壓力和聽力等方面造成負(fù)面影響。據(jù)2022 年中國(guó)噪聲污染防治報(bào)告[1]，2021年生態(tài)環(huán)境部門全國(guó)生態(tài)環(huán)境信訪投訴舉報(bào)管理平臺(tái)共接到公眾舉報(bào)45 萬余件，其中噪聲擾民問題占全部舉報(bào)的45.0%，居各環(huán)境污染要素第2 位。

通過對(duì)山東省濟(jì)州——菏澤高速公路（下稱濟(jì)菏高速）的噪聲進(jìn)行實(shí)測(cè)，找出高速公路中對(duì)噪聲值影響最顯著的車型，并探究該車型中噪聲的關(guān)鍵影響因素，即輪胎與路面接觸產(chǎn)生的噪聲。解決道路輪胎噪聲方法分為主動(dòng)和被動(dòng)，本文主要從主動(dòng)降噪即對(duì)路面結(jié)構(gòu)和材料進(jìn)行改造，對(duì)多孔瀝青混凝土路面、橡膠瀝青混凝土路面和多孔彈性低噪音路面的降噪機(jī)理、施工難點(diǎn)等進(jìn)行探究。

1 道路噪聲關(guān)鍵因素探究

1.1 濟(jì)菏高速噪聲實(shí)測(cè)

對(duì)濟(jì)菏高速的其中一個(gè)路段進(jìn)行24 h 不間斷現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)條件如下：高速設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km/h，雙向4 車道（行車道寬度3.75 m），中央分隔帶寬1.5 m，瀝青混凝土路面。選擇的實(shí)測(cè)路段道路斷面為路堤結(jié)構(gòu)，高差4 m，道路直線段長(zhǎng)度超過2 km。測(cè)點(diǎn)位于公路一側(cè)空曠地帶，地面為松軟農(nóng)田土壤，無建筑物和樹木遮擋，測(cè)點(diǎn)距路中心線44 m，同步監(jiān)測(cè)記錄車流量、車型及車速等數(shù)據(jù)。天氣晴轉(zhuǎn)多云，風(fēng)速0.2 m/s～1 m/s，溫度25 ℃～34 ℃。各時(shí)段的噪聲實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見圖1。

圖1 各時(shí)段的噪聲實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

針對(duì)小型車輛車速?gòu)?0 km/h～130 km/h，以10 km/h 為間隔對(duì)各個(gè)分量噪聲與總噪聲進(jìn)行檢測(cè)，得出三種降噪路面與速度都呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)。但區(qū)別之處在于：車速較低即低于40 km/h 時(shí)，速度與推進(jìn)噪聲對(duì)總噪聲的影響程度要大于輪胎噪聲；隨著車速的提升，輪胎噪聲對(duì)于總噪聲的影響程度逐漸提升，尤其是在100 km/h 之后，總噪聲與輪胎噪聲的數(shù)值幾乎一致。

1.2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

對(duì)該路段的大型、中型和小型（分類依據(jù)為公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范）車輛的交通量與車速進(jìn)行實(shí)測(cè)并分析：為了探究若干個(gè)自變量因素對(duì)噪聲值的影響，進(jìn)行多元線形分析，找出對(duì)噪聲預(yù)測(cè)值影響最為顯著的變量；同時(shí)也為道路降噪提供一定方向性建議。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行上述處理分析后，可以得到各個(gè)因素對(duì)噪聲實(shí)測(cè)值的多元線性回歸分析數(shù)據(jù)，見表1。

表1 多元線性回歸分析數(shù)據(jù)表

小型車輛交通量是影響交通噪聲的重要因素，為了控制交通噪聲和減少環(huán)境污染，可以著重從減少小型車輛交通量入手。而小型車輛的噪聲主要來自輪胎，因此減少路面噪聲的關(guān)鍵是減少輪胎與路面接觸時(shí)產(chǎn)生的噪聲。

2 降噪路面結(jié)構(gòu)分析

道路噪聲控制中分為主動(dòng)降噪與被動(dòng)降噪，主動(dòng)降噪是改造路面結(jié)構(gòu)或材料，采用低噪聲路面，從根源上進(jìn)行降噪。被動(dòng)降噪的實(shí)現(xiàn)手段有使用綠化帶、聲屏障等設(shè)施，優(yōu)點(diǎn)是可在道路建成后對(duì)噪聲問題進(jìn)行補(bǔ)救，缺點(diǎn)是造價(jià)往往較高且效果一般，難以從根本上解決噪聲問題。低噪聲路面可分為水泥低噪聲路面和瀝青低噪聲路面，本文主要對(duì)瀝青低噪聲路面展開闡述。

2.1 多孔瀝青混凝土路面

多孔瀝青混凝土路面具有較高的孔隙率（18%～22%），這種結(jié)構(gòu)具有降噪的機(jī)理。首先，高孔隙率能迅速排水，有效減少路面積水，同時(shí)減弱輪胎與路面之間的泵吸效應(yīng)，從而吸收道路噪聲。其次，多孔瀝青路面采用了負(fù)構(gòu)造的設(shè)計(jì)，利用孔隙來吸收聲波，實(shí)現(xiàn)降噪效果。此外，粗糙的路面表面還能降低輪胎與路面接觸時(shí)產(chǎn)生的噪聲[2-3]。多孔瀝青混凝土路面的排水、降噪等特性主要通過較高的孔隙率來實(shí)現(xiàn)，不過隨著孔隙率的增高，堵塞的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增高，從而導(dǎo)致降噪與排水性能顯著下降。此外，高孔隙率的瀝青路面更容易面臨老化帶來的風(fēng)險(xiǎn)，耐久性較差且有松散、剝落等病害困擾。具體見圖2。

圖2 多孔瀝青路面?zhèn)鞑ナ疽鈭D

在實(shí)際工程應(yīng)用中，現(xiàn)場(chǎng)施工的連通空隙率和目標(biāo)孔隙率仍存在一定誤差，且系統(tǒng)評(píng)價(jià)測(cè)試體系缺失。多孔瀝青混凝土路面的粗集料含量較高，采用骨架的孔隙結(jié)構(gòu)，因此所使用的集料應(yīng)力較集中，對(duì)性能要求較高。多孔瀝青混凝土路面的壓實(shí)是確保其質(zhì)量和性能的關(guān)鍵。由于多孔結(jié)構(gòu)的存在，壓實(shí)過程應(yīng)避免過度壓實(shí)導(dǎo)致孔隙率下降，影響排水性能，且施工時(shí)間要避開降雨和極端溫度等不利因素。

2.2 橡膠瀝青混凝土路面

橡膠瀝青路面的降噪機(jī)理是由于路面結(jié)構(gòu)加入橡膠顆粒后，彈性變形能力增強(qiáng)且孔隙率增大，路面的表面紋理增多[4]。當(dāng)聲波到達(dá)材料表面時(shí)，大部分聲波會(huì)通過微小孔隙傳遞到材料的內(nèi)部。聲波受到空氣和孔隙壁的摩擦、空氣分子間的黏滯力及孔隙間的空氣媒介漲縮效應(yīng)等的共同影響。這個(gè)過程中，部分聲波會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能并耗散掉。這種轉(zhuǎn)化和耗散現(xiàn)象是由于摩擦和黏滯阻尼作用所引起的[5]。

此外，橡膠瀝青路面表面具有豐富的紋理結(jié)構(gòu)，會(huì)導(dǎo)致氣流在路面內(nèi)部向四周擴(kuò)散，紋理結(jié)構(gòu)具有如下作用：①能夠消散聲能，使得聲波能夠更好地分散和減弱。②可以減少路面和輪胎之間的“泵送效應(yīng)”[6]。泵送效應(yīng)是指車輛行駛時(shí)，輪胎與路面之間的交互作用產(chǎn)生的空氣壓縮和釋放，進(jìn)而引起噪聲的產(chǎn)生。通過減少泵送效應(yīng)，可以有效抑制噪聲的產(chǎn)生，具體見圖3。

圖3 橡膠瀝青路面?zhèn)鞑ナ疽鈭D

橡膠瀝青混凝土路面的施工方式有干法和濕法兩種，其中干法是將原來的集料同體積替換成橡膠顆粒，因此要對(duì)級(jí)配重新計(jì)算；濕法的工藝較為復(fù)雜且耗能較大，相對(duì)而言干法應(yīng)用更廣。無論是干法或是濕法，在摻入橡膠顆粒后都會(huì)產(chǎn)生大量的毒霧，對(duì)健康與環(huán)境的危害都較大，且目前暫無有效的解決方案或工藝。橡膠瀝青路面中橡膠顆粒與瀝青的混合比例對(duì)路面性能具有重要影響，過高或過低的橡膠含量都可能導(dǎo)致路面性能下降。在施工中需要準(zhǔn)確控制橡膠與瀝青的混合比例，確保最佳的性能表現(xiàn)。橡膠瀝青路面的施工需要控制瀝青的溫度，以確保其在施工過程中具有適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性和粘附性。溫度過高會(huì)使瀝青過早固化，難以均勻鋪設(shè)；溫度過低則會(huì)影響其流動(dòng)性和粘附性。因此，需要合理控制施工溫度，以保證施工質(zhì)量。

2.3 多孔彈性低噪聲路面

多孔彈性路面是彈性吸聲材料，具有多孔和共振吸聲性能，而橡膠顆粒是高阻尼材料，所以多孔彈性路面兼具吸聲和減震雙重效果，降噪性能較普通路面大幅提高。在小型車輛車速為60 km/h 時(shí)，降噪效果能達(dá)到13 dB（A）[7]。相比傳統(tǒng)的多孔瀝青路面，多孔彈性低噪聲路面在具有高孔隙率的同時(shí)，還具有良好的彈性，聲波在剛性壁面發(fā)射后，經(jīng)過材料返回表面時(shí)，一部分聲波透回空氣中，另一部分有反射回材料內(nèi)部，聲波在這種反復(fù)的傳播過程中能量不斷逸散[8-9]。具體見圖4。

圖4 多孔彈性低噪音瀝青路面?zhèn)鞑ナ疽鈭D

多孔彈性路面一般在工廠中將橡膠顆粒摻入瀝青中，預(yù)制成1 m×1 m×0.05 m 的預(yù)制板，在施工現(xiàn)場(chǎng)通過聚氨酯與瀝青路面下面層進(jìn)行黏結(jié)，但經(jīng)常由于黏結(jié)力不足發(fā)生路面剝落現(xiàn)象，耐久性較差。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，多孔彈性低噪聲路面需要更長(zhǎng)的施工時(shí)間以確保多孔結(jié)構(gòu)的形成和路面的完整性；且壓實(shí)過程需嚴(yán)格控制，以保證其孔隙率與目標(biāo)孔隙率一致。

3 結(jié)語

1）多孔瀝青路面通過多孔吸聲和泵吸效應(yīng)實(shí)現(xiàn)降噪，橡膠瀝青路面通過共振吸聲和阻尼降噪實(shí)現(xiàn)降噪；多孔彈性低噪音路面則融合了兩者的機(jī)理實(shí)現(xiàn)降噪。三種降噪路面共同的缺點(diǎn)是隨著降噪效果的提升，路用性能會(huì)下降；多孔瀝青混凝土隨孔隙率增加而提升降噪效果，但其隨強(qiáng)度提高易引起內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散剝落；橡膠瀝青路面隨著橡膠含量的增加，降噪效果提升顯著，同時(shí)表面會(huì)有更多的橡膠顆粒，這是由于其暴露在空氣中造成老化、磨損并降低抗裂性能；多孔彈性低噪音路面蓄水后，降噪效果和防滑性能也會(huì)降低。

2）三種降噪路面的材料和級(jí)配有所差異，但相同點(diǎn)是孔隙率、構(gòu)造深度與降噪效果成正比，粒徑大小關(guān)系則相反；其中粒徑大小和孔隙率相對(duì)于構(gòu)造深度，對(duì)降噪效果的影響更顯著。