城市高架道路全封闭声屏障的设计与施工.pdf

城市高架道路全封闭声屏障的设计与施工 王庭佛 1 冯苗锋 1 徐剑 2 1． 中船第九设计研究院工程有限公司， 上海 200063;2． 江苏强洁环境工程有限公司， 江苏 宜兴 214242 摘要 为控制高架道路交通噪声的影响， 南京市应天大街纬七路西延高架道路上安装了一条总长度 764 m 的全封闭声 屏障。该长度的全封闭声屏障在城市高架道路上实施在国内尚属首例。简要介绍该声屏障的工程概况， 重点阐述了 该声屏障的声学、 建筑、 结构的设计和施工情况， 以供类似工程参考。 关键词 城市高架道路;全封闭声屏障;隔声;吸声;建筑景观 THE DESIGN AND CONSTRUCTION OF A SEALED SOUND BARRIER FOR URBAN VIADUCT Wang Tingfo1Feng Miaofeng1Xu Jian2 1． China Shipbuilding NDRI Engineering Co． ， Ltd，Shanghai 200063，China; 2． Jiangsu Qiangjie Environment Engineering Co． ， Ltd， Yixing 214242，China AbstractThis article generally introduces the design and construction of a sealed sound barrier for the viaduct in Nanjing， whose length is 764 m． It also explains the acoustics design，architectural design，the structure design，construction and the main technical problems during the installation． Keywordsurban viaduct;sealed sound barrier;sound absorption;architectural landscape 0引言 2010 年 7 月 10 日， 南京应天大街纬七路西延高 架道路正式通车， 与长江隧道顺利对接， 成为从南京 主城区直通江北浦口新城区最快的通道， 在江东中路 至华山路的高架道路上架设的长 764 m 的全封闭声 屏障比较引人注目， 纬七路西延高架道路的通车仪式 就在声屏障的西端口处举行， 与道路一样宽的拱形隧 道式声屏障成为通车仪式一个亮点。南京应天大街 声屏障的建造长度 764 m， 又是高架道路上的全封闭 声屏障， 如此长的城市高架道路全封闭声屏障工程在 国内堪称首例， 该声屏障工程的顺利建造将为我国今 后同类型声屏障工程提供一些可借鉴的设计施工 经验。 1工程概况及主要技术参数 为降低应天大街纬七路西延高架道路建成通车 后交通噪声对道路两侧一些居住区的传播影响， 南京 市政府决定在江东中路至华山路的高架道路上安装 长度 764 m 的全封闭声屏障， 江苏强洁环境工程有限 公司中标承建了该声屏障工程， 聘请中船第九设计研 究院工程有限公司的王庭佛教授级高级工程师主持 了声屏障的设计工作， 在设计中确定了先进的声屏障 结构形式、 选用了合适的主材， 使声屏障具备了隔声、 吸声、 强度高、 耐久、 防腐、 耐火、 低眩和便于检修维护 等性能， 在满足高架道路安全通畅行车的前提下， 妥 善处理解决了全封闭声屏障的排水、 通风、 采光及应 急防范事项， 并具有较好的景观效果。 声屏障总建造长度为 764 m， 含东西两端各向外 伸出 8 m 长 的 景 观 结 构。声 屏 障 的 有 效 长 度 为 748 m， 宽度为 25 m， 覆盖总面积为 18 700 m2。声屏 障采用拱形的建筑形式， 顶部为拱形， 两侧为垂直墙 面， 建筑高度 离高架道路路面 约 7． 2 m， 声屏障内 净空高度 5． 0 m， 大于道路通行车辆限高 4． 5 m 的要 求。声屏障设置路段的路面为双向 6 车道， 道路中间 有隔离防撞墙，防撞墙上设有吸声隔声屏。由于高 架道路的路面离地面约 9 m， 因此全封闭声屏障是坐 落在 9 m 高的高架道路上， 图 1 为声屏障剖面图。 全封闭声屏障采用组装的轻钢结构形式， 由支承 钢结构、 吸声隔声屏体、 隔声采光窗、 顶部隔声构件、 景观采光结构及排风口组成。支承钢结构由两侧主 立柱、 辅立柱、 中间立柱、 钢梁及檩条组成。全封闭声 311 环境工程 2012 年 6 月第 30 卷第 3 期 屏障的单位长度重量约 2． 5 t/m， 其重量以及声屏障 承受的风载荷、 雪载荷将通过钢立柱传至高架道路的 防撞墙上， 高架道路的设计单位进行了结构复核， 确 认总荷载在高架道路的设计范围内。 图 1声屏障的剖面 2声屏障的声学设计 全封闭声屏障是隔声效果最好的道路声屏障， 可 以取得 20dB 的降噪效果， 也已得到工程实践的证 明 ［1］， 本文不另赘述。 为确保全封闭声屏障的整体隔声效果， 声屏障顶 部隔声构件、 两侧的吸声隔声屏体及隔声采光窗的隔 声量均大于 20dB，所有的构件之间的连接缝都进行 密封处理， 两侧墙体的防撞墙与吸声隔声屏体之间采 用底罩密封处理， 防止漏声。同时声屏障内采取了必 要的吸声措施 ［2- 3］， 声屏障两侧的吸声隔声屏体内侧 面是吸声面， 中间防撞墙上的吸声隔声屏体是双面吸 声， 顶部隔声结构内侧面喷涂了吸声层， 使声屏障内 具有较高的吸声系数， 可有效控制声屏障内的混响 声， 提高声屏障整体的隔声量。图 2 为声屏障内部吸 声处理照片。 图 2声屏障内的吸声结构 声屏障顶部设置了条形排风口， 这些排风口是噪 声传播的通道， 但排风口设置在声屏障顶部的中间位 置， 噪声虽然透过洞口向外传播， 但噪声对高架道路 两侧居住楼影响只是绕射声，因此排风口噪声对 10 层以下的居住楼的降噪效果几乎没有影响， 对 13 层 以上楼层的降噪效果的影响甚微。在声屏障顶部长 度方向中间约 50 m 是开口的， 因为此处高架道路与 华山路相交， 在 50 m 的开口处高架道路两侧无居住 楼， 华山路的交通噪声已超过从声屏障顶部向外传播 的噪声， 设计中正是利用了此处的有利地形， 在把声 屏障的顶部设计为可以排风排烟的 50 m 长的洞口。 隔声结构的设计在顶部采用 0． 8 mm 的波纹彩 钢板， 波纹彩钢板的防腐性能强， 横向纵向搭接后可 有效防雨， 成形施工安装都比较方便。两侧的吸声隔 声屏体和隔声采光窗都采用常规声屏障的结构形式， 并设法解决了吸声隔声屏体和隔声采光窗在钢结构 上的安装及今后维修更换的难点。 3声屏障的建筑景观设计 在城 市 的 主 干 线 高 架 道 路 上 设 置 长 度 超 过 764 m的全封闭声屏障， 建筑面积达 18 700 m2， 虽然 是一座主要用于道路隔声的特殊构筑物， 但建筑景观 的设计也是很重要的。在满足声屏障的隔声主功能 和高架道路正常通车、 尽可能不明显提高总投资的前 提下， 设计中考虑了整体景观效果， 尽可能使声屏障 对所在处的景观不产生明显的负面影响。 声屏障的建筑设计尊重交通建筑功能优先的原 则， 以巧妙的构成设计将功能性很强的大跨度封闭顶 面、 建筑造型与全封闭声屏障充分整合; 建筑形态符 合交通建筑的特性， 既有效地控制造价又创造出风格 独具的空间形象。设计从整体环境出发， 提出了整体 化的设计理念， 使建筑与周围环境在秩序、 功能、 风格 等方面相协调， 既满足规划功能要求 隔声降噪， 又充分展示高架路段的风貌， 为整个路段乃至地块区 域带来了新的活力和兴奋点。 建筑两端入口处的造型采用“斜探” 的形式， 使 得在简洁整体的造型上形成一个收头， 而前倾结构也 体现出一 种 亲切 迎 客的 姿 态， 超 越 了 简 单 的 立 面 形式。 声屏障顶平面结合钢结构柱跨， 布置一些椭圆型 采光板， 由几个小椭圆形采光板加入一个大的椭圆采 光板， 形成一个个放大节点设计， 使得整个屋顶立面 造型收放自如， 错落有致， 既强化了外观的韵律感， 也 减少了顶面的单调。顶部采光板将直射阳光过滤为 温和的光线， 为行车空间带来光影效果。 建筑设计在封闭式路段入口的两端和中部进行 了特殊的处理， 两端入口采用弧形罩式前倾结构， 使 得声屏障内外有一个过渡性的“灰空间” ， 削弱了内 外空间的明显划分。中部则结合十字路口的交通、 空 411 环境工程 2012 年 6 月第 30 卷第 3 期 间、 视线交汇的特点， 加上顶部排风口的透光， 形成视 觉焦点， 使得建筑空间在与周边环境充分融合的同 时， 达成内外空间的互动与渗透。 声屏障的外立面采用亚光面色， 避免产生明显的 光反射污染。图 3 是设计过程中的景观效果图， 图 4 是建成后的声屏障俯视实照。 图 3声屏障景观效果 图 4声屏障俯视实照 4声屏障的结构设计 声屏障支承结构采用组装的轻钢结构形式， 所有 的部件工厂制作， 现场组装及安装。支承结构采用钢 立柱及钢梁组成的门式框架结构， 钢立柱用种植螺栓 固定在防撞墙上， 并利用道路中间的防撞墙作为钢梁 的中间支点， 降低钢梁的截面尺寸。考虑到声屏障安 装处是露天汽车道路， 现场汽车尾气比较明显， 声屏 障的钢结构按照重防腐处理， 即采用热镀锌后再涂覆 防腐面漆。 根据声屏障顶部隔声构件的面积重量、 南京市的 基本风压 0． 4 kN/m2 、 南京市的雪载系数 0． 65 kN/m2 、 主立柱的合理间距、 声屏障的设置高度及总 高度等因素， 并考虑到不宜影响防撞墙厚度， 采用标 准 H 型 钢 为立 柱 和 钢 梁 的 主 材。立 柱 为 H248 124 5 8， 钢梁为 H300 150 6． 5 9， 用钢量约为 20 kg/m2。立柱的标准间距为 4． 0 m， 柱间支撑为 60 m 设置 1 组。在高架道路伸缩缝处的立柱作特殊布 置， 使声屏障的伸缩处理与高架道路一致。声屏障的 重量大约每延米 2． 5 t， 将支承在两侧及中间的防撞 墙上， 在立柱处为局部荷载， 每根立柱的静荷载约 15 kN， 立柱间为线荷载， 静荷载约为 5 kN/m。 声屏障主辅钢立柱用种植螺栓固定在两侧及中 间的防撞墙上， 钢梁与立柱间采用高强度螺栓连接， 檩条与钢梁之间采用螺栓连接。在高架道路的伸缩 缝处的立柱特殊布置， 使声屏障的伸缩处理与高架道 路一致， 道路伸缩缝两侧声屏障的钢结构是完全断开 的。图 5 是施工安装中的声屏障钢结构。 图 5施工安装中的声屏障钢结构 5声屏障的辅助设计 5． 1排风 高架道路为 6 车道， 声屏障长度超过 750 m， 又 是双向车道， 因此在声屏障内汽车尾气的浓度及排放 总量还是比较高的。考虑到声屏障的隔声需要和不 宜设置机械排风装置， 在声屏障顶部设置若干条排风 口， 两端利用车道自然进风排风， 并利用气流压差从 顶部的排风口排风。 设计中把声屏障长度方向中间位置约 50 m 长度 的顶部敞开， 这一设计将使声屏障的全封闭长度从 764 m 缩至 350 m 左右， 大大减轻了通排风的压力， 有利于汽车尾气的排出和整体通排风工况的改善。 利用中间防撞墙及中间立柱设置 2． 0 m 的隔声板， 隔 离南北车道， 使同向行驶的车辆产生一定的活塞风效 应， 带出一些汽车尾气， 增加排风效应。 5． 2排水 声屏障的覆盖面积为 18 700 m2，雨水的收集和 排水设计是很重要的， 设计中在声屏障顶部两侧设置 “内置式” 雨水收集装置， 并用管道把收集的雨水排 至高架道路原有的排水口， 两侧立面的雨水采用自然 排水的方法。“内置式” 雨水收集装置避免了在声屏 障两侧墙面上设置雨水落水管， 保证了声屏障的顶部 和侧面整齐大方。 5． 3雨噪声控制 在顶部隔声结构内侧面喷涂了 20 mm 厚的吸声 层， 吸声层是靠胶粘贴在彩钢板的内侧面上。吸声层 可以明显地改善彩钢板的阻尼特性， 降低雨滴落在彩 511 环境工程 2012 年 6 月第 30 卷第 3 期 钢板上产生的撞击声， 并降低雨滴撞击声对高架道路 两侧居住楼及声屏障内的传播影响。由于条件限制， 未能对喷涂吸声层降低雨滴撞击声进行定量的测试， 但在声屏障施工安装的后期， 在下大雨时人在已喷涂 吸声层的声屏障内和未喷涂吸声层的声屏障内可以 听到明显的差别， 说明吸声层降低雨滴撞击声的效果 是明显的。 5． 4采光 声屏障两侧墙面设置了大比例的采光隔声窗， 顶 部利用椭圆形采光带进行采光， 保留高架道路原有的 照明灯光的设计， 灯具设置在声屏障钢结构上。在晴 天时， 声屏障内采光良好， 在阴天时， 声屏障内的采光 情况也可以， 一般情况下不需要开路灯。 5． 5安全 安装在高架道路上、 长度达 764 m 的全封闭声屏 障相当于一条道路隧道， 如此长的封闭式道路隧道的 消防安全问题如何解决， 我们与有关方面从方案到施 工图设计过程中对消防安全问题讨论过多次， 也提出 过设置逃生通道、 设置消防器材等一些解决的方法， 但因交通规范要求和可行性问题， 最终暂时搁置了以 上动议。在声屏障的施工图说明中提出在声屏障内 安全行车的管理性措施， 两侧及中间的防撞墙上设置 道路反光标志， 声屏障内道路分界线宜为直线， 车辆 不得变道超车， 并适当地限速， 增加声屏障内行车的 安全性， 两端的进出口设限高标志， 也提出在几处设 置应急电话。 声屏障钢结构的设计可确保钢结构在一跨钢立 柱受损 受撞击或火烧 的情况下不发生多跨结构坍 塌的事故。 6声屏障的施工安装 该声屏障工程是在克服施工周期紧及技术复杂 等各种难度的情况下完成的。 由于多种原因， 声屏障的施工安装是在高架道路 建造后期开始进行的， 但高架道路的通车日期已确 定， 留给声屏障施工工期就非常紧张。虽然声屏障的 施工图设计是比较详细的， 所有的尺寸都精确到毫 米， 但声屏障的设计是在高架道路的“施工图” 上进 行的， 而高架道路的建造属土建结构类， 其相互的尺 寸如道路两侧防撞墙的距离、 每一条伸缩缝的位置等 最基本的基准尺寸都有一定的施工误差， 在高架道路 防撞墙及伸缩缝没有施工到位无法测量前， 钢结构的 门架结构不敢落料成形， 因为无法保证钢结构尺寸与 现场实际尺寸相符。这两个因素加在一起， 造成了工 程施工进度的巨大压力。 声屏障的钢结构门架立柱是用种植螺栓固定在 高架道路两侧及中间的防撞墙上， 由于防撞墙的相对 距离、 防撞墙的高度及每条伸缩缝的位置 包括伸缩 缝与高架道路的垂直度 都有一定的施工误差， 为了 保证每组钢结构门架的尺寸与所在处的防撞墙相对 应， 我们在高架道路的防撞墙保养期就在现场核对施 工图测量每一组门架的安装就位尺寸， 同时确定每根 钢立柱的种植螺栓孔的点位。虽然现场的测量和门 架下料尺寸核准花费了一定的人力工期， 但保证了声 屏障钢结 构 的顺 利 安装， 没 有 出 现 较 大 的 误 差 和 返工。 声屏障的钢结构强度和刚度是声屏障质量的关 键， 我们制定了较详细的钢结构制作及现场安装工艺 流程， 并把质量管理的重点放在门架的成形、 种植螺 栓的拉拔力强度和钢结构高强度螺栓的连接等主要 节点。 7结语 南京应天大街纬七路西延高架道路上的 764 m 长的全封闭声屏障建成通车， 声屏障的设计及施工质 量可能还要经受长时间全天候的运行考验， 一些技术 问题和设计理念也将得到实践的检验。从环境保护 及噪声控制的技术角度看， 全封闭声屏障虽然在目前 的交通降噪措施中降噪效果最佳， 在规范中也已确 认 ［4］。但因其造价相比单侧声屏障等措施偏高以及 后期养护难度大等问题， 是否广泛推广尚需反复论 证， 同时也需要进一步得到居民及社会的认可。 参考文献 ［1］王庭佛， 徐 剑．道 路 全 封 闭 声 屏 障 的 实 践 ［J］． 环 境 工 程， 2004， 22 6 50- 53． ［2］王季卿． 上海城市高架道路声屏障实效综议［J］ ， 噪声与振动 控制， 2007， 27 11 388- 391． ［3］秦建成． 高速铁路声屏障［J］． 环境工程， 2009， 27 6 115- 117． ［4］HJ/T902004声屏障的声学设计和测量规范［S］． 作者通信处王庭佛200063上海市武宁路 303 号中船第九设计 研究院工程有限公司 电话 021 62549700 － 776 E- mailffmiao7658 126． com 2011 － 11 － 15 收稿 611 环境工程 2012 年 6 月第 30 卷第 3 期