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沥青路面减噪技术研究
沥青路面减噪技术研究
一、研究背景
近十几年来我国高速公路建设发展很快,从无到有,以每年平均 1000 公里
的速度增长,到 2000 年底,我国已建高速公路达到 12000 公里,位居世界第三
位。在公路建设的高潮中,公路与环境的关系已引起越来越多人的重视。为此交
通部科教司在“九五”期间专门立题研究“控制新建公路对环境有害影响的研究”,
“沥青路面减噪技术研究”是其中一个专题。
沥青路面减噪技术研究课题是在研究低噪声沥青路面声学特性的基础上,确
定路面构造与噪声强度与频率之间的关系,设计和铺筑出声学性能良好同时满足
路面其它使用功能的新型路面结构形式,从而最终达到提高我国沥青混凝土路面
整体服务水平的目的。
从国内外高速公路发展现状的趋势来看,路面设计已从传统的结构设计逐步
向功能设计转变。低噪声沥青路面应首先采用新的设计方法、新材料和新工艺,
以达到从声源上降低公路交通噪声的目的,同时兼顾优化路面其它表面特性(如
抗滑、平整等)。所以开展本项目的研究对优化沥青路面结构设计、保护公路沿
线声环境质量,控制新建公路对沿线环境的有害影响意义重大。本项目的研究成
果不仅能够以先进的技术指导以后的生产实践,填补国内空白,而且能够使我国
在此方面的研究处于国际先进水平。
本项目由交通部公路科学研究所主持,河北省交通厅项目办京沪高速公路建
设管理处和西安公路研究所共同承担。研究期限从 1998年3月到2000年12月。
二、主要研究内容
沥青路面减噪技术研究课题涉及范围广、难度大,为了在短期内顺利完成研
究任务,本研究主要针对高等级公路沥青路面上汽车轮胎与路面之间的摩擦噪
声。本研究内容包括:
1、沥青路面构造对车辆行驶噪声影响的研究;
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2、路面轮胎噪声的检测技术及评价方法;
3、低噪声沥青路面材料选择、结构设计及施工工艺的研究;
4、低噪声沥青路面设计的基本原则及效益评价。
为此,在河北京沪高速公路和陕西铺设沥青路面减噪试验路段是本课题研究
的主要研究手段。
三、国内外研究概况
随着公路交通事业的迅速发展,高等级公路在我国公路里程中所占的比例逐
年提高。高等级公路由于车流量大、车速高,产生的交通噪声对沿线居民的生活、
休息环境和沿线学校的教学干扰日益严重,污染区域迅速扩大。研究表明,车辆
在中低速行驶时交通噪声主要是由车辆发动机、齿轮箱、进出口排放系统和车身
振动等产生的。当行驶车速超过 50km/h 进入高速行驶时,由轮胎与道路相互作
用所产生的噪声将趋严重。
近年来世界上众多国家为降低公路交通噪声采取了许多措施。欧洲经济共同
体(European munity)规定路面噪音的允许范围从1974 年的不大
于 91dB(A)降低到 1990 年的 84dB(A)。因此,低噪声沥青路面引起了十分广
泛的兴趣和重视,并且在应用中取得了良好效果。低噪声路面从沥青混凝土结构
上分,可分为两大类:一是多空隙沥青混凝土,二是小粒径超薄沥青混凝土。多
空隙沥青混凝土是指空隙率比较大的沥青混凝土,根据国外资料,其设计空隙率
为 20%~25%。超薄沥青混凝土是指沥青混凝土的铺装厚度为 2~,由于厚度
薄,混合料级配中的最大粒径都比较小,国外一般采用 0/10、0/6 两种级配,相
当于我国的细粒式沥青混凝土或沥青砂。
从声学角度讲,轮胎与路面摩擦产生噪声后,为减少噪声的等级一方面通过
路面表面的构造深度和空隙吸收噪声,另一方面通过路表面的纹理(单位面积内
表面的构造数量)反射噪声,消耗噪声的能量。这也正是多空隙沥青混凝土和超
薄沥青混凝土能够减少噪声的主要机理,特别是超薄沥青混凝土,由于颗粒小,
相同面积下,表面的纹理多,降噪效果十分明显。
一般沥青混凝土路面构造是一种随机构造,但研究者将沿车道方向的表面构
造断面形状看作一种波谱,进而可简化为正弦或余弦波。德国研究者认为随着构
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造波长的减小和波幅的增加,声学效果会改善。因为这种构造可减小轮胎的振动
并形成有吸收噪声或反射噪声效果的多孔表面。根据这个原理,低噪声路面结构
应该是粒径小、构造深度大、空隙多的沥青混凝土表面。
具体来说,车辆在高速行驶过程中,驱使轮胎与路面极快地接触和分离,在
轮胎花纹与路面表面形成了局部不稳定的空气体积流,空气体积流的快速脉冲运
动产生了单极子噪声。路表面波幅的增加,使这种空气体积流运动的空间增加,
特别是空隙率较大时,有利于噪声的吸收。路表面波长的减小,使每个波长内产
生的空气体积流减少,噪声降低,同时,由