/
Text
П. И. ПОСПЕЛОВ
БОРЬБА
С ШУМОМ
на автомобильных
дорогах
МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1981
УДК 625.7/8:628.517.2
Поспелов П. И. Борьба с шумом на автомобильных дорогах. —
М.: Транспорт, 1981.— 88 с.
Описаны способы борьбы с транспортным шумом на автомо-
бильных дорогах в районах населенных пунктов. Изложены метод,
определения уровня шума на дорогах н принципы проектирования
дорог с обеспечением акустического комфорта. Приведены современ-
ные конструкции шумозащитных сооружений, их проектирование и
размещение. Дана технико-экономическая оценка шумовых защит-
ных мероприятий.
Книга предназначена для инженеров, занятых проектированием,
строительством и эксплуатацией автомобильных дорог, и может
быть рекомендована научным работникам.
Ил. 44, табл. 11, библиогр. 41 назв.
Рецензент канд. техн. наук. О. С. Расторгуев.
П -801' --— 174-81. 3603020000
049(00-81
© Издательство «Транспорт*, 193R
ПРЕДИСЛОВИЕ
В нашей стране охрана окружающей среды — задача госу-
дарственная и общенародная, нашедшая отражение в «Осно-
вах законодательства Союза ССР и союзных республик о здра-
воохранении».
В решениях XXVI съезда КПСС особо подчеркивается не-
обходимость и впредь заботиться о гармоничном сочетании ин-
тересов человека, производства и природы.
Охрана окружающей среды — проблема сложная и много-
плановая, включающая ряд взаимосвязанных аспектов, среди
которых наиболее важным является предупреждение воздейст-
вия неблагоприятных факторов окружающей среды иа человека,
в том числе снижение транспортного шума на дорогах.
Постоянное, круглосуточное воздействие шума повышает
нервное напряжение жителей придорожных населенных пунк-
тов, снижает производительность их труда и эффективность от-
дыха, отражается на здоровье. Особенно актуальна эта проб-
лема для магистральных автомобильных дорог постройки преж-
них лет; 40% их протяжения находится в зоне городов. Кроме
того, интенсивность движения в городах и в пригородных зонах
в 2—5 раз выше, чем иа внегородских участках дорог.
Отсутствие в СНиП II-Д.5-72 требований по обеспечению
акустического комфорта в жилой застройке, установленное ми-
нимальное расстояние до застройки, равное 200 м для дорог вы-
сших категорий, привели к тому, что в настоящее время на от-
дельных магистральных автомобильных дорогах превышение
уровней звука над нормативным достигает 20—25 дБА и созда-
ет значительные неудобства для жителей. Поэтому защита при-
легающей к автомобильным дорогам жилой застройки приобре-
ла большое народнохозяйственное и социальное значение как в
целях снижения потерь народного хозяйства, так и улучшения
условий труда и отдыха советских людей.
Очевидно, что при проектировании автомобильных дорог аку-
стический комфорт в существующей застройке должен обеспе-
чиваться дорожными организациями, а при проектировании за-
стройки, расположенной в непосредственной близости от суще-
ствующих или намеченных к строительству автомобильных до-
рог,—это забота градостроителей.
В настоящее время основными руководящими документами
в этой области служат «Санитарные нормы допустимого шума
в помещениях жилых и общественных зданий и иа территории
жилой застройки», утвержденные Министерством здравоохране-
3
ния СССР, а также СНиП II-12-77 «Нормы проектирования.
Защита от шума». Санитарные нормы обязательны для всех ор-
ганизаций, в том числе и для дорожных. Этот СНиП содержит
также нормы допустимых уровней звука на селитебной терри-
тории городов и других населенных пунктов. Однако приведен-
ная в СНиПе классификация улиц и дорог по их функциональ-
ному назначению (скоростные дороги, магистральные улицы и
дороги, улицы и дороги местного значения) позволяет учиты-
вать его соответствующие требования только при разработке
генеральных планов городов и населенных пунктов и непригод-
на для проектирования автомобильных дорог, техническая ка-
тегория которых зависит от перспективной интенсивности дви-
жения.
В 'настоящее время развитие теории движения транспорт-
ных потоков, методов исследования транспортного шума позво-
ляет учесть все многообразие факторов, определяющих форми-
рование шума, и предложить надежный метод прогнозирования.
В книге изложены результаты исследований транспортного
шума, методы его прогнозирования при проектировании авто-
мобильных дорог и расчеты эффективности шумозащитных со-
оружений, .выполненные автором ^на кафедре изысканий и проек-
тирования дорог МАДИ, а также обобщены опубликованные
материалы по этой проблеме.
Автор выражает глубокую благодарность д-ру техн, наук
В. Ф. Бабкову за помощь, оказанную при подготовке материа-
лов к опубликованию, а также канд. техн, наук О. С. Растор-
гуеву, давшему ряд полезных замечаний при рецензировании
рукописи.
Автор
Глава 1
ДОРОЖНЫЕ УСЛОВИЯ И ФОРМИРОВАНИЕ ВНЕШНЕГО ШУМА
АВТОМОБИЛЕЙ
1.1. Характеристики транспортного шума
Транспортные потоки на автомобильных дорогах—источни-
ки непостоянного по времени шума, уровни звука которого из-
меняются от максимальных при проезде колонны тяжелых гру-
зовых автомобилей до минимальных при редких одиночных лег-
ковых. Для получения полной характеристики непостоянного во
времени транспортного шума, уровни звука1 которого изменя-
ются более чем иа 5 дБА, применяют статистический метод ана-
лиза. Порядок измерения и расчета характеристик транспорт-
ного шума установлен ГОСТ 20444—75.
Для статистического анализа транспортного шума измеря-
ют через определенный интервал времени (1—3 с) уровни зву-
ка. Измеренные уровни звука разбивают на диапазоны шириной
5 дБА, со средними кратными 5 дБА. Так, к диапазону со сред-
ним уровнем 60 дБА относятся уровни в пределах от 58 до
62 дБ А, для 65 дБА — от 63 до 67 дБ А и т. д. Значения изме-
ренных уровней заносят в соотве:ствуюший диапазон Так, если
для среднего уровня звука диапазона 60 дБА записано число
отсчетов 122 (табл. 1.1), это означает, что во время измерения
в течение 122 с (при интервале снятия отсчетов 1 с) уровни
звука находились в пределах от 58 до 62 дБА.
Результаты измерения могут быть представлены в виде ста-
тистических характеристик транспортного шума: £i0 —уровня,
не превышаемого в течение 10% времени шумового фона; £50—
среднего уровня звука; £90, £ээ — пиковых уровней звука.
Для получения гистограммы распределения уровней звука
во времени можно воспользоваться одним из вариантов измери-
тельного тракта, обобщенная блок-схема которых представлена
на рис. 1.1. Наиболее простой измерительный тракт может со-
стоять из одного шумомера.
При оценке характеристик транспортного шума уровни зву-
ка считывают непосредственно со шкалы измерительного при-
1 Деци бел-А — единица измерения уровня звука, соответствующая
субъективному восприятию шума человеком и учитывающая плохую слыши-
мость человеческим ухом звука низких н высоких частот по отношению к
средним.
2—1243 5
Таблица 1.1
Средний уровень звука Lj диапазона, дБА Число от- счетов в диапазо- не Частость попада- ния» % Накоплен- ная час- тость по- падания в диапа- зон. % Средний уровень звука L диапазона, дБА Число от счетов в диапа- зоне Частость попада- ния, % Накоплен- ная час- тость по- падания в диапа- зон, %
45 3 0,17 0,17 70 519 28,71 56,80
50 4 0,22 0,39 75 425 23,60 80,40
65 36 2,00 2,39 :80 249 ,13,83 94,23
60 122 6,77 9,16 65 96 5,33 99,56
65 347 18,93 28,09 90 8 0,44 900,00
Примечание. Уровни звука получены на расстоянии 7,5 м от оси ближайшей
полосы движения с интенсивностью 600 авт./ч.
бора через определенные интервалы времени. Точность постро-
ения гистограммы незначительна из-за невозможности точного
соблюдения интервала времени. Кроме того, измерения затруд-
нены при невысокой интенсивности движения, так как диапазон
изменения уровней звука достигает 30 дБА, а шкала прибора
без переключения делителя позволяет измерять уровни звука
в диапазоне 15 дБ А. Такой измерительный тракт, как правило,
годен только для оценки пиковых уровней звука отдельных ав-
томобилей. Применение в измерительном тракте, кроме шумо-
мера,- самописца для записи уровней звука на бумажную лен-
ту (см. рис. 1.1) позволяет избежать недостатков первого трак-
та, но увеличивает процесс лабораторной обработки, во время
которой уровни звука считывают с ленты самописца с опреде-
Рнс. 1.1. Обобщенная блок-схема измерительных трактов:
/—-шумомер: 2 — магнитофон; 3—анализатор статистического распределения; <7— изме-
ритель эквивалентного уровня звука; 5 — самописец
6
ленным интервалом времени. Значительно упрощается процесс
получения гистограммы распределения при использовании в из-
мерительном тракте анализатора статистического распределе-
ния. Уровни звука обрабатываются непосредственно в анализа-
торе, имеющем 12 диапазонов уровней шириной 5 дБА каж-
дый. Результатом автоматической обработки служит гистограм-
ма распределения уровней звука во времени. Построение изме-
рительных трактов позволяет широко использовать магнитофон.
В этом случае в точке измерения транспортный шум записыва-
ют на магнитную ленту, а затем запись обрабатывают .в лабо-
ратории с использованием самописца уровней или анализатора
статистического распределения.
В определении шума как звука, вызывающего раздражение,
выделяют две его стороны: шум представляет собой физическое
явление, определяемое распространением звуковых волн, и, кро-
ме того, он служит источником нарушения акустического ком-
форта для человека. Основное требование, предъявляемое к
нормируемой характеристике транспортного шума, — полнее
описать вредное влияние его на человека.
Развитие методов исследования акустических характеристик
шума, исследование субъективного раздражения человека шу-
мом, объективных патологических изменений в органе слуха,
'центральной и нервной системах, выполненные в СССР и за ру-
бежом, показали, что раздражение человека шумом наиболее
полис характеризуется эквивалентным уровнем звука 1ЗКВ. Для
измеренной гистограммы распределения уровней звука во вре-
мени
^B==ioig^i] 10°-и<7,. (1.1)
где i — порядковый номер диапазона уровней; Li —-средний уровень звука
диапазона i; ft— частость попадания уровней звука при измерении в
диапазоне L
Для измерений, представленных в табл. 1.1, £экв=76,65 дБ А.
Эквивалентный уровень конкретного непостоянного шума
представляет собой уровень звука постоянного, широкополосно-
го, неимпульсного шума, оказывающего такое же воздействие,
как и непостоянный шум. По рекомендации Международной ор-
ганизации по стандартизации эквивалентный уровень звука
принят в качестве характеристик допустимого в СССР, ВНР»
ПНР, ГДР, ЧССР, Швеции, Дании, Норвегии, ФРГ, США и дру-
гих странах мира. В нашей стране по «Санитарным нормам до-
пустимого шума в помещениях жилых и общественных зданий
и на территории жилой застройки» (СН872-70), а также СНиП
П-12-77 «Нормы проектирования. Защита от шума» эквивалент-
ный уровень звука £ЭКв нормируется (в децибел ах-А) в зависи-
мости от вида помещения или территории:
2* 7
Палаты больниц и санаториев, операционные больниц.................25
Жилые комнаты квартир, спальные помещения в детских учрежде-
ниях и школах-интернатах, жилые помещения домов отдыха и пан-
сионатов .........................................................30
Кабинеты врачей больниц, санаториев и поликлиник, зрительные залы
концертных залов, номера гостиниц, жилые комнаты в общежитиях 35
Территории больниц, санаториев, непосредственно прилегающие к зда-
ниям .......................................................... ... 35
Территории жнлой застройки, непосредственно прилегающие к жи-
лым домам, площадки отдыха в микрорайонах и жилых кварталах 45
Рабочие помещения управлений и помещения конструкторских бюро
в административных зданиях........................................50
'Залы кафе в ресторанов, столовые, фойе театров и кинотеатров . . 55
Торговые залы магазинов, спортивные залы, пассажирские залы
аэропортов в вокзалов, приемные пункты предприятий бытового
^обслуживания, парикмахерские................................... 60
'Классы и аудитории в школах в учебных заведениях, конференцза-
лы, читальные залы, зрительные залы театров и клубов, кинотеат-
ров ................. . ....................................40
Примечание. Эквивалентные уровни звука для шума, создаваемого
средствами транспорта в' 2 м от ограждающих конструкций заданий,
обращенных в сторону источников шума, допускается принимать на
10 дБ А выше.
Кроме того, вводятся следующие поправки к этим дан-
ным:
1) на дневное время суток (с 7 до 23 ч) при определении
допустимых уровней звука для жилых комнат квартир и обще-
житий, спальных помещений домов отдыха и пансионатов,
спальных помещений в детских дошкольных учреждениях и
школах-интернатах, палат больниц и спальных комнат санато-
риев, номеров гостиниц, а также для территорий, непосредст-
венно прилегающих к жнлым домам, территорий больниц и са-
наториев, непосредственно прилегающих к их зданиям, норми-
руемый £экв повышается на 10 дБ А;
2) на место расположения курортного объекта только для
внешних источников шума при определении допустимых уров-
ней звука для жилых комнат, квартир и общежитий, спальных
помещений домов отдыха и пансионатов, спальных помещений
$ детских дошкольных учреждениях и школах-интериатах, па-
лат больниц, спальных комнат санаториев и номеров гостиниц,
нормируемый £экв понижается на 5 дБА (не следует применять
эту поправку для вновь строящихся зданий в существующей,
т. е. сложившейся застройке);
3) на тональный характер шума, а также импульсный при
измерениях стандартным шумомером нормируемый £экв‘ пони-
жается на 5 дБА.
Однако уровни звука £Эо и £эКВ не единственные характери-
стики раздражения, вызываемого транспортным шумом. Иссле-
дованиями и опросом 1200 жителей в 14 райднах Лондона, где
на всех участках транспортные потоки двигались в свободном со-
8
стоянии, установлено (24], что раздражение, вызываемое транс-
портным шумом, хорошо отражается показателем в виде ком-
бинации Lio и Lgo, называемым индексом транспортного шума:
TNI = 4 (Л9о - Л10) + Li0 - 30. (1.2)
Показано также, что уровни звука Lq0 и особенно Лю отра-
жают раздражение хуже. На основании этих предпосылок уточ-
нено [36], что в качестве единого показателя, описывающего
раздражение населения от воздействия автотранспортного и
авиационного шумов, можно использовать уровень шумового
загрязнения
ир^Лэьв4-2,56о, (1-3)
где o'—-среднее квадратичное отклонение уровня звука, вычисляемое при
статистической обработке.
Кроме основного требования, предъявляемого к нормируе-
мой характеристике транспортного шума — как можно лучше
описывать потерю акустического комфорта, необходимо, чтобы
этот показатель был легко измеряем и его прогнозирование в
любой точке вблизи автомобильной дороги не представляло бы
большого труда. Наиболее удобен с этих позиций эквивалент-
ный уровень звука.
Показатели TNI и L^p основаны на предпосылке, что субъ-
ективное восприятие шума человеком определяется только раз-
ницей между пиковым уровнем Lg0 и шумовым фоном Лю, а не
абсолютным их значением. Следовательно, при увеличении ин-
тенсивности движения эта разница будет уменьшаться, снижая
раздражающее воздействие шума. Сложнее обстоит вопрос нор-
мирования пикового уровня звука Л90. В общем достаточно пра-
вильно отражая картину потери акустического комфорта, он
имеет тот недостаток, что его изменение при увеличении рассто-
яния от дороги зависит от интенсивности движения. Чем мень-
ше интенсивность движения, тем он быстрее затухает, а это на-
кладывает определенную сложность на его прогнозирование.
Этих недостатков лишен эквивалентный уровень звука, который
служит интегральной характеристикой всей гистограммы рас-
пределения уровней, т. е. учитывает как шумовой фои, так и
пиковые уровни. Широкому применению эквивалентного уровня
звука в качестве нормируемого показателя способствовало со-
здание автоматических анализаторов распределения уровней
звука во времени и непосредственных измерителей эквивалент-
ного уровня.
Основная задача измерений внешнего шума авто-
мобилей состоит в прогнозировании его пикового значения в
различных дорожных условиях. Методика измерения позволяет
косвенно учитывать такие факторы, как загрузка автомобилей,
9
Ряс. 1.2. Схема размещения
измерительного микрофона М
при измерении внешнего шума
от автомобиля А [3] на изме-
рительном участке /Изм = 20 м
ной 50 км/ ч. При этом
их техническое состояние, измене-
ние шума при движении автомо-
билей с ускорениями в транспорт-
ном потоке.
Внешний шум автомобилей при-
нято измерять в соответствии с
ГОСТом [3]. Измерительный микро-
фон устанавливают на расстоянии
7,5 м от оси движения автомобилей,
выбирая горизонтальный участок
дороги с асфальтобетонным или це-
ментобетонным покрытием и про-
дольным уклоном не более 1О%0.
, Автомобиль должен двигаться на
измерительном участке с интенсив-
ным разгоном, а приближаться к
участку с наименьшей из следую-
щих скоростей: соответствующей
3Д номинальной частоты вращения
коленчатого вала двигателя,
ограниченного регулятором; рав-
в момент пересечения передней
крайней частью автомобиля (мотоцикла) линии ББ (рис. 1.2)
следует резко нажать до упора на педаль дроссельной заслонки
или подачи топлива. Таким образом, дорожные условия и ре-
жим движения строго регламентированы. Основным недостат-
ком данной методики нужно считать режим движения автомо-
билей с полностью открытым дросселем, т. е. режим, который в
реальных условиях наблюдается редко, только на участках раз-
гона. Обычно автомобилю обеспечивают постоянную скорость
движения, что стремятся учитывать при проектировании авто-
мобильных дорог.
Методика измерения пиковых уровней звука отдельных мо-
делей должна быть рассчитана на движение автомобилей в
реальных дорожных условиях.
Измерительный микрофон шумомера устанавливается (см.
рис. 1.2) на расстоянии 7,5 м от оси ближайшей полосы дви-
жения на высоте 1,2 м над проезжей частью при отсутствии
экранирующих поверхностей. В таких исследованиях наиболее
широко применяют следующие измерительные тракты: снятие
отсчета пикового уровня звука внешнего шума автомобиля не-
посредственно с индикатора прибора, запись шума с шумомера
на магнитофон и дальнейшая обработка на октавном или тер-
цоктавном анализаторе в лаборатории для получения уровней
звука н уровней звукового давления в октавных или терцоктав-
ных полосах. Для этого используют прецизионные шумомеры
1-го и 2-го классов (табл. 1.2) по соответствующему ГОСТу в
режиме работы при положении «Быстро» и использовании
10
I Тип шумомера Диапазон частоты, Гц Коррекция < Диапазон измеряемых уровней, дБ Неравномерность частотной харак- теристики, дБ Погрешность измерения шумомеоа, дБ
ИШВ-1 10-20 000 АВС 30—130 ±2 ±•2
Ш-71 31,5—8000 АС 30-140 ±2 ±2
SPM-I0I 20-20 000 А 35-140 ±2 ±2
PSI-202 20-20 000 АВС 35—140 ±1 ±1
00017 20—20 000 АВС 35—140 ±1 ±1
2203 20—20 000 АВС 22-134 ±1 ±2
Таблица 1.2
2 с Е + о а, м Калибровка шумомера Пределы шкалы. дП ё 8 Завод- изготовитель
Ml 01 Электрическая и акустическая -5-7- + 10 32 «Виброприбор», (г. Таганрог)
МД-68 Электрическая -5 ++ 10 2.5 ИИИРПЛ (г. Ленинград)
МК-102 Акустическая -5++10 1,2 RFT (ГДР)
МК-102 Электрическая и акустическая • 5 + +Ю 3.5 RFT (ГДР)
МК-102 То же 5-? + 10 4 RFT (ГДР)
4131 -КН-+ 10 2.7 «Брюль и Къер» (Дания)
BQ 55 56 51 68 59 70L,35fl
Рис. 1.3. Распределение частостей tn
уровня звука автомобили ВАЗ при
скорости движения 30—40 км/ч на
покрытии из мелкозернистого асфаль-
тобетона:
1 — гистограмма по экспериментальным
данным; 2— кривая нормального распре-
деления, выравнивающая гистограмму
фильтра^А, для получения
уровней звука в децибелах-А,
наиболее соответствующих
объективному восприятию шу-
ма человеком.
Более удобный в период
измерений можно считать ин-
тенсивность движения, не пре-
вышающую 125 авт./ч на поло-
су двухполосной дороги, когда
помехи из-за следования авто-
мобилей на близком расстоя-
нии друг за другом незначи-
тельны. При этом для каждого
автомобиля нужно фиксиро-
вать скорость движения, мо-
дель автомобиля и уровень
звука [10]-.
Анализируя распределение уровней звука автомобилей ВАЗ
для различных скоростей движения по прямолинейному гори-
зонтальному участку дороги с покрытием из мелкозернистого
асфальтобетона (рис. 1.3), следует отметить значительный раз-
брос относительно среднего значения. Если по серии измере-
ний, проводившихся для контрольного автомобиля, при проезде
со скоростью 55 км/ч все измеренные уровни звука лежали в
интервале 2 дБА, то для автомобилей ВАЗ, следовавших по до-
роге в составе транспортного потока, этот интервал составил
6 дБА. Разброс объясняется различным техническим состоянием
автомобилей, находящихся в эксплуатации, моделями шин и
другими факторами, среди которых немаловажное значение име-
ет избираемый режим движения. Экспериментальные данные хо-
рошо описываются законом нормального распределения.
1.2. Влияние скорости движения автомобилей, продольного
уклона и шероховатости дорожных покрытий на уровень звука
Сравнительно небольшое число базовых моделей автомоби-
лей в нашей стране позволяет для каждого из них установить
зависимость увеличения уровня звука от скоро-
сти движения. Характеристика нормы этого увеличения —
наклон прямой роста уровней звука при изображении экспери-
ментальных данных в полулогарифмическом масштабе. По сред-
ним значениям уровней звука в каждом интервале скоростей,
кроме линии регрессии, установлены зависимости в виде анали-
тических функций. Наименьшее среднее квадратичное отклоне-
ние зависимости уровня звука автомобилей ВАЗ от скорости
12
движения на покрытии из мелкозернистого асфальтобетона иа
горизонтальном участке имеет вид:
£ = 301gv + 21,2. (1.4)
Для описания уровня звука с учетом скорости движения
£ — 301gt?(1.5)
Здесь L — уровень звука, дБА; и — скорость движения, км/ч; К — параметр,
зависящий от модели автомобиля, типа дорожного покрытия и его со-
стояния.
Как видно из уравнений, норма увеличения уровней звука
постоянна для всех типов автомобилей.
Для покрытий из мелкозернистого асфальтобетона значения
параметра К зависят от модели автомобиля и равны:
«Москвич» ВАЗ . . 21,0 21,2 ГАЗ-53 ЗИЛ-130 26,5 30,8
ГАЗ-24 . . 21,7 КАЗ, КамАЗ 33,3
ЗАЗ . . . 22,6 МАЗ 34,8
При исследованиях уровней звука автомобилей основное
внимание уделяется абсолютному значению уровней, но не функ-
ции изменения среднего квадратичного отклонения.
Исследование изменения среднего квадратичного отклонения
уровней звука при движении по дорогам показывает, что оно
зависит от скорости движения. Так, если для автомобилей ВАЗ
при скорости движения в интервале от 30 до 40 км/ч уровни
звука находились в пределах 64—71 дБА, то для скорости в
интервале от 100 до ПО км/ч диапазон изменения уровней со-
ставил 79—84 дБА. Аналогичное изменение наблюдается для
всех моделей автомобилей. Разброс уровней звука при высоких
скоростях движения уменьшается, а влияние изменения техни-
ческого состояния автомобилей и режима движения не велико
на фойе высокого среднего уровня. Общий вид уравнения для
описания этой зависимости
/С, —0,01г, (!6)
где К а — параметр, зависящий от модели автомобиля; для горизонтального
участка автомобильной дороги на покрытии из мелкозернистого асфаль-
тобетона значения Кр равны:
ВАЗ «Москвич» 1,94 1,95 ГАЗ-53 ЗИЛ-130 . 2,22 2,40
ГАЗ-24 2,00 КАЗ, КамАЗ 2,45
ЗАЗ 2,05 МАЗ 2,58
Равномерному движению на затяжном подъеме обычно соот-
ветствует наибольшая степень открытия дроссельной заслонки.
Как’ правило, такой режим устанавливается на продольных ук-
3—1243 13
лонах длиной более 300 м. Соответственно степени открытия
дросселя увеличивается и внешний шум автомобиля. Для вы-
явления влияния продольных уклонов на внеш-
ний уровень звука автомобилей были проведены измерения
на участках с продольными уклонами 20 и 40%0, соответствую-
щими дорогам высших технических категорий. Длина участка
подъемов в каждом случае составляла не менее 800 м, что га-
рантировало движение автомобиля с постоянной скоростью на
низшей передаче, а также максимальные по длине подъема
уровни звука. Исследование шума автомобилей, движущихся
на спуск, показало, что уровни их звука соответствуют значе-
ниям, полученным для горизонтальных участков.
Статистический анализ также свидетельствует о том, что
продольные уклоны не оказывают влияния на уровни звука лег-
ковых автомобилей, но определяют шум грузовых.
Уровни звука от грузовых автомобилей значительно откло-
няются от среднего значения. Так, для автомобиля ЗИЛ-130
при скорости движения в интервале 30—40 км/ч на горизон-
тальном участке уровни звука изменялись в пределах от 73 до
83 дБА, т. е. диапазон 10 дБА, среднее квадратичное отклоне-
ние о=2,02 дБА; на подъеме 2О%0 — диапазон 14 дБА,
=2,31 дБА; на подъеме 40%0 — диапазон 14 дБА, о=3,02 дБА.
Среднее квадратичное отклонение уровней звука автомобилей
при движении на участках с продольным уклоном значительно
выше, чем на горизонтальных. Основные причины такого суще-
ственного разброса — различное техническое состояние автомо-
билей, их загрузка и, следовательно, разная степень открытия
дросселя. Экспериментальные данные о распределении уровней
звука грузовых автомобилей на участке с продольным уклоном
хорошо описываются законом нормального распределения. Ис-
следование шума более 7 тыс. грузовых автомобилей позволило
установить эмпирическую зависимость между уровнем звука н
скоростью движения иа участках с различным продольным ук-
лоном, где норма увеличения уровня звука с увеличением ско-
рости движения имеет меньшее значение, чем на горизонталь-
ном участке, а зависимость эта хорошо описывается уравнени-
ями:
для уклона 20 % о L === 171g и 4- ^y2o;
для уклона 40 % о L = 61g v + Kyi0,
где /Су — параметр, зависящий от модели автомобиля
Продольный уклон дороги . ...............
Ку для модели МАЗ .......................
Ку » » КАЗ, КамАЗ ....
КУ •» » ЗИЛ-130......................
Ку » » ГАЗ-53.......................
(1.7)
(1.8)
и продольного уклона:
20%0 40 %0
56,3 75,0
54,1 73,4
52,8 72,1
48,5 67,6
14
Значения среднего квадратичного отклонения уровней звука
незначительно увеличиваются с увеличением продольного укло-
на. Например, для уклона 20%о
а =3 К, У —0,05 V, (1.9)
где Кау—параметр, зависящий от модели автомобиля и равный:
Для модели МАЗ . . 2,71 Для модели ЗИЛ-130 2,50
» » КАЗ, КамАЗ 2,56 » » ГАЗ-53 . 2,30
При продольном уклоне 40%о среднее квадратичное откло-
нение изменяется настолько незначительно, что К?у можно
принять постоянным для всех скоростей движения и рав-
ным:
Для модели МАЗ . 3,16 Для модели ЗИЛ-130 3,00
» » КАЗ, КамАЗ 2,96 » » ГАЗ-53 2,75
На автомобильных дорогах наибольшее распространение по-
лучают поверхностные обработки щебнем размером 20—25 мм
и применение неполируемых каменных материалов. Точное со-
блюдение технологии и дозировки вяжущего позволяет создать
шероховатую поверхность, обеспечивающую хорошее сцепление
автомобильного колеса с покрытием. Однако повсеместное уст-
ройство шероховатых покрытий путем обработок
крупнозернистым щебнем приводит к увеличению вне-
шнего шума автомобилей на дорогах, проходящих в райо-
нах застройки.
За рубежом все больше уделяется внимания не только ис-
следованиям шума от взаимодействия шин легкового автомоби-
ля с покрытием, но и исследованиям шума шин перспективных
моделей грузовых автомобилей. Такая направленность работ
определила изучение шума только для контрольных автомоби-
лей и без какого-либо, как правило, анализа шероховатостн
покрытия.
Шум при качении шины по покрытию зависит от ряда фак-
торов: шероховатости покрытия, нагрузки на колесо, износа про-
тектора шины, скорости движения и характеристик самой ши-
ны — площади контакта с покрытием, рнсуика протектора, ка-
чества резины, соблюдения технологии и т. д. Известно [25, 40],
что шероховатость покрытия оказывает на внешний шум авто-
мобиля большее влияние, чем конструктивные особенности шин.
Испытаниями моделей шин с различными рисунками протек-
тора (дорожным и снежным) выявлена разница во внешнем шу-
ме автомобиля всего 2,5 дБА. Следовательно, снижение шума от
легкового автомобиля даже на 2 дБА — серьезная проблема для
конструкторов. Износ шин практически не оказывает воздей-
ствия иа внешний шум автомобиля, хотя и отмечено, что на ше-
3* 15
роховатых покрытиях шины с изношенным гладким протекто-
ром лишь несколько больше создают шум, чем новые.
Поскольку уровень шума от взаимодействия шины с покры-
тием не зависит от типа покрытия, шероховатость на всех уча-
стках испытания оценивали методом «песчаного пятна». Харак-
теристикой шероховатости служила средняя высота выступов.
Испытаны были участки, начиная от гладких асфальтобетонных
покрытий со средней высотой выступов 0,092 мм до 4,5 мм
(крупнозернистые поверхностные обработки).
Методикой измерения предполагалось движение автомобиля
иа измерительном участке не с интенсивным разгоном, а с по-
стоянной скоростью на высшей передаче. Для получения внеш-
него шума автомобиля без участия шииы поддомкрачивали зад-
ний мост автомобиля, а частоту вращения коленчатого вала за-
давали в режиме, соответствующем скоростям движения на ис-
пытаниях. Непосредственно на месте испытаний замеренный
уровень звука автомобиля ВАЗ-2103 на стенде увеличился от
60,9 дБА (40 км/ч) до 74,2 дБА (100 км/ч), а звуковые давле-
ния в октавных частотах более 250 Гц отличались на одно зна-
чение при разных скоростях.
„ Затем испытания проводили на дорожных покрытиях с раз-
личной шероховатостью. Установлено, что темпы роста уровня
звука при увеличении скорости движения автомобиля ВАЗ-2103
постоянны и не зависят от шероховатости покрытия. При всех
опытах вид кривых одинаков (рис. 1.4). Переход от испытаний
на стенде к самому «тихому» покрытию увеличил уровень зву-
ка лишь на 3,2 дБ А при скорости движения 4.0 км/ч и на
4,8 дБА при 100 км/ч. Установленный вид связи позволил перей-
ти к зависимости между уровнем звука автомобиля ВАЗ-2103
н шероховатостью покрытия (рис. 1.5).
Минимальный уровень оказался в пределах от 0,9 до 1,0 мм
(см. рис. 1.5). Отклонение от этой шероховатости в любую сто-
Рис. 1.4. Зависимость уровня звука
Li автомобиля ВАЗ-2103 от скоро-
сти v движения на покрытии со
средней шероховатостью, характери-
зующейся выступами /гср=4,4-5-
—0,9 мм, и на стенде
16
Рис. 1.5. Зависимость увеличения AL
уровня звука автомобиля ВАЗ-2103
от средней шероховатости покрытия
(с выступами йСр)
рону приводит к заметному
увеличению шума до 5,5 дБА
на шероховатых поверхност-
ных обработках (йср“ 4,45 мм)
и 1,8 дБА на гладких асфаль-
тобетонных покрытиях (Лср =
=0,08 мм). Незначительное
уменьшение от йср—0,9 мм
резко увеличивает уровень
звука, увеличение /гср от 3
до 4 мм повышает шум на
1 дБА.
Процесс формирования шу-
ма при взаимодействии колеса
автомобиля с покрытием мож-
но проследить, анализируя
спектры октавных частот, из-
меренных при различной шеро-
ховатости покрытия.
При движении по гладкому
асфальтобетонному покрытию
(Лср=0,056 мм) преобладаю-
щими в спектре оказываются
Рис. 1.6. Уровень звукового давления
L автомобиля ВАЗ-210'3 в октавных
частотах о при движении со скоро-
стью 80 км/ч на шероховатом покры-
тии с выступами hCp—4,4=С,05и мм
и на стенде
уровни на частотах выше 2000 Гц. По сравнению с покрытием из
мелкозернистого асфальтобетона (Лср == 0,91 мм) они увеличены
на 6—10 дБА (рис. 1.6). На гладких покрытиях в замкнутых
элементах протектора воздух находится под давлением, отлич-
ным от атмосферного, и при отрыве элементов от покрытия про-
исходит выравнивание давления с характерным шумом на высо-
ких частотах. При увеличении шероховатости с 0,056 мм до
0,91 мм спектр октавных частот имеет минимальные уровни
звукового давления на всех частотах, протектор шины не может
создать замкнутых пространств на покрытиях и шум на высо-
ких частотах уменьшается. При дальнейшем увеличении шеро-
ховатости в соответствии с основными положениями акустики
уровень звука шины должен быть пропорционален числу отдель-
ных источников, генерирующих звук в единицу времени, т. е.
удару элементов протектора о микронеровности покрытия, при
этом уровни звукового давления на частотах выше 1000 Гц ос-
таются равными уровнями при движении по покрытию с hcp —
=0,91 мм, но значительно увеличиваются (на 6,5—10,5 дБ) уро-
вни звукового давления иа низких частотах, в основном опре-
деляющие уровень звука. При очень высокой шероховатости
выступы микронеровностей вдавливаются в элементы протек-
тора не на полную высоту и увеличения уровня звука не на-
блюдается. Таким образом при качении колеса по покрытию
шум определяется двумя факторами — сжатием воздуха и удар-
ной вибрацией.
17
Исходя нз необходимости обеспечения минимального шума
при движении автомобилей по покрытию шероховатость поверх-
ностных обработок нужно рекомендовать в пределах Лср —
==0,854-1,2 мм. Для обеспечения безопасности движения авто-
мобилей целесообразно устраивать покрытия с шероховатостью
при йср = 0,9-ь 1,1 мм. Таким образом, рекомендуемая шерохо-
ватость одновременно обеспечивает высокий коэффициент про-
дольного сцепления и не вызывает повышенного износа автомо-
бильных шин.
На основании контрольных испытаний исследования второго
этапа проводили на автомобильных дорогах общего пользова-
ния для покрытий с крупнозернистой поверхностной обработ-
кой, мелкозернистым асфальтобетоном и гладким асфальтобе-
тоном. Цель исследований — получение зависимости между
уровнем звука автомобилей, находящихся в эксплуатации, и
скоростью движения. Полученные при этом значения параметра
К {см. формулу (1.5)] приведены в табл. 1.3. Уровни звука ав-
томобилей, движущихся по дорогам, на 2—3 дБА болыпе полу-
ченных для серии контрольных испытаний. На уровни звука
грузовых автомобилей шероховатость покрытия не оказывает
влияния.
Рассмотрим распространение шума от одиночного ав-
томобиля.
Основной фактор, определяющий распространение транс-
портного шума — расстояние от его источника. В акустике ча-
сто пользуются понятием простейших (физических) источников
звука, представляющих собой неподвижные материальные точки,
в которых происходит попеременное втекание и вытекание жид-
кости в окружающую среду по тому или иному закону. Про-
стейшим является сферический источник (излучатель нулевого
порядка), излучающий звук равномерно по всем направлениям.
Источник шума практически всегда можно считать точечным
(физически ему соответствует пульсирующая сфера), но обла-
дающим направленностью. Фактор направленности Ф по рас-
сматриваемому направлению представляет собой отношение ин-
тенсивности I звука в данной точке к интенсивности /Сф, кото-
Таблица 1.3
Модель автомобиля Значения К для различных типов покрытия
Мелкозернистый асфальтобетон Гладкий асфальтобетон Шероховатая поверх- ностная обработка
ВАЗ 21,2 22,8 26,8
«Москвич» 21.0 22,8 26,8
ГАЗ-24 21,7 23,5 28,7
ЗАЗ 22,6 24,2 27,5
18
рую бы создал источник с той же мощностью при равномерном
излучении в сфере, т. е.
Ф = //4ф- (1-10)
Интенсивность звука, создаваемого точечным источником,
в свободном звуковом поле,
(1.Ц)
где р — звуковая мощность источника, Вт; Ф—фактор направленности;
Q— пространственный угол излучения (в полупространстве Й=2л), ср.;
/? — расстояние от центра излучения до данной точки, м.
При заданном уровне звукового давления или уровне звука
Х-о на расстоянии Ro от источника уровень LR на расстоянии R
можно вычислить по формуле для геометрического распростра-
нения шума без учета поглощения в воздухе:
Lr = —20 lg (R:RJ. (1.12)
Следовательно, при увеличении расстояния от точечного ис-
точника в 2 раза уровень звука снижается на 6 дБА. При этом-
если для автомобиля измеряется пиковый уровень звука, то
коэффициент направленности будет равен 1. Точечный источник
звука всегда создает сферические звуковые волны.
Линейный источник шума, излучающий звук равномерно во-
круг прямой бесконечной линии, представляет собой бесконеч-
ный набор простейших точечных источников. Поэтому около
линейного источника создается цилиндрическая волна, уровень
звукового давления для которой или уровень звука при увели-
чении расстояния от источника
Lr =A0-101g(/?7?0). (1.13)
Автомобили можно рассматривать как точечные источники
шума н уровень их звука при увеличении расстояния устанав-
ливать по формуле (1.12). Транспортный поток, состоящий из
точечных источников, будет представлять собой прерывистый
источник шума.
Распространение звука в атмосфере вызывает обмен им-
пульсами молекул в -различных частях звуковой волны, движу-
щихся с различными скоростями (классическое поглощение по
теории Стокса — Кирхгофа). При этом потери звуковой энер-
гии происходят также из-за ее перехода в энергию внутримоле-
кулярных движений. Классическое поглощение имеет относи-
тельно малое значение для общего коэффициента поглощения;
большую роль играет молекулярное поглощение [9].
Поглощение зависит от частоты источника звука, влажности
и температуры воздуха. Поскольку уровни звука определяются
уровнями звукового давления на частоте около 500 Гц, то для
19
температур воздуха от —10° С до 4- 40° С и влажности возду-
ха от 50% до 70% максимальное снижение уровня звукового
давления за счет поглощения в воздухе достигает 1,5 дБ на рас-
стоянии 300 м при температуре воздуха —10°С и относительной
влажности 50% [9]. Отсюда можно сделать (вывод, что потери
звуковой энергии за счет поглощения звука в атмосфере неве-
лики для частот, определяющих уровни звука потоков и для
расстояний, которые встречаются в практике проектирования.
Большое значение на распространение звука, (шума) оказы-
вает рефракция — искривление звуковых лучей в неоднородной
среде. Рефракция звука в атмосфере обусловлена пространст-
венными изменениями температуры воздуха (днем воздух у
поверхности земли прогревается быстрее, чем на высоте), ско-
ростью н направлением ветра. Пока нет теоретического обосно-
вания и методов определения влияния этих факторов, и в каче-
стве расчетного принимают случай отсутствия ветра и градиен-
та температуры над поверхностью земли.
Кроме параметров атмосферы, иа распространение шума над
поверхностью земли оказывают влияние поглощение звуковой
энергии поверхностным покровом и отражение звука от поверх-
ности.
На основании натурных исследований распространения тран-
спортного шума, выполненных в 1959—1962 гг. Б. Г. Прутковым
[21], получено уравнение для описания снижения уровней звука
на высоте до 5—7 м над поверхностью земли:
ZR = Z.„-2OKnIg (/?//?„), (1.14)
где коэффициент, учитывающий поглощение звука поверхностным по-
кровом и равный:
Для асфальтобетона . 0,9 Для земляного газона . ],]
» вспаханного грунта 1,0 » снега .... . 1,25
Коэффициент Кп является обобщающим коэффициента аб-
сорбций р и отражения 0. Расчетные коэффициенты поглощения
звука поверхностным покровом позволяют выбирать расчетный
период времени года и условия для прогнозирования транспорт-
ного шума, когда наибольшая интенсивность движения на авто-
мобильной дороге соответствует наименьшему значению Kv и
уровни звука в районах жилой застройки будут максималь-
ными.
Влияние поглощения шума поверхностным покровом отме-
чается при высоте точки измерения в пределах угла 10° между
поверхностью земли и точкой расчета. При расположении точки
в зоне выше 10° значения снижения пикового уровня звука
можно принимать, как для распространения шума при —
= 1. Измерения показали, что до высоты 9 м наименьшее из-
менение уровней звука наблюдается прн расстоянии от оси по-
20
Рис. 1.7. График для определения
дополнительного снижения уровня
звука поверхностным покровом при
Ли = 1,25 по отношению к поверх-
ности с Кп = 1,0;
Н — высота точки измерения шума над
.уровнем проезжей части; I— расстояние
до оси ближайшей полосы движения
лосы движения точечного источника шума в пределах 30—
€0 м; далее при 120—180 м изменение уровня звука по высоте
превышает 1 дБА. Для наглядности был построен график,
учитывающий разницу снижения шума поверхностным покро-
вом от точечного источника при различной высоте измерения.
Угол наклона прямых линий установили аналогично резуль-
татам экспериментальных исследований для высоты 1,2 м. Если
.линия с уровнем снижения звука на 5 дБА (рис. 1.7) пересекает
на расстоянии от источника шума 120 м высоту 8,7 м, то сни-
жение уровня звука в данной точке
A L = 20 lg(120’7,5) — 5 = - 5 4- ig 15,1. (1.15
Зона выше нулевой линии иа номограмме соответствует рас-
пространению шума прн коэффициенте его снижения поверхно-
стным покровом Дп = 1,0. Угол наклона линии дополнительно-
го снижения уровня звука равен 10°. Номограмма (см.
рис. 1.7) может быть также использована для определения ко-
эффициента снижения шума поверхностным покровом при угле
между поверхностью земли и точкой расчета меиее 10°.
Глава 2
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ШУМА НА ДОРОГАХ
“2 А. Анализ методов прогнозирования шума на дорогах
При проектировании автомобильных дорог необходимость
точной оценкн транспортного шума в районах застройки—•
серьезная проблема из-за большого числа факторов, определя-
ющих эквивалентный уровень звука. Кроме рассмотренных па-
раметров, воздействующих иа пиковый уровень звука автомоби-
лей (скорость движения, продольный уклон, шероховатость до-
рожного покрытия), на эквивалентный уровень звука оказыва-
ют значительное влияние интенсивность движения н состав тран-
спортного потока, характер прилегающей территории, геоме-
трия-участка дороги. Оценить характеристики транспортного
шума можно двумя различными путями: выявить основные за-
4—1243 21
кономерности изменения эквивалентного уровня звука от до-
рожных условий и характеристик транспортного потока на ос-
нове многочисленных натурных измерений; прогнозировать ха-
рактеристики транспортного шума на основе теории движения
транспортных потоков и измерений пиковых уровней звука от-
дельных автомобилей.
Основу большинства методов прогнозирования транспортно-
го шума составляет расчетный эквивалентный уровень звука,
представляющий собой функцию изменения эквивалентного
уровня звука от интенсивности движения на расстоянии 7,5 м
от оси ближайшей полосы движения. Изменение характеристик
транспортного потока (состав и скорость) и дорожных условий
учитывают введением поправок в расчетный уровень звука. Та-
ким образом, для прогнозирования шума в застройке, прилега-
ющей к дороге, необходимо определить: расчетный эквивалент-
ный уровень звука; снижение шума за счет увеличения расстоя-
ния до застройки, шумозащитных сооружений и зеленых на-
саждений.
Использование в качестве математического аппарата корре-
ляционного и регрессионного анализа экспериментальных дан-
ных приводит подчас к необоснованным выводам, искажению
физической сущности формирования эквивалентного уровня
звука. Так, некоторые исследователи [7] поправку, учитываю-
щую тнп дорожного покрытия, вводят при любом составе тран-
спортного потока, хотя шероховатость покрытия не оказывает
влияния на внешний шум грузовых автомобилей (см. п. 1.2),
другие [5] вводят эту поправку в виде функции средней скоро-
сти движения транспортного потока.
Вместе с тем ограниченное число факторов, определяющих
внешний шум автомобиля, движущегося по дороге, и простота
измерения пикового уровня звука позволили разработать мате-
матическую модель формирования шума транспортных потоков.
Несмотря на использование одинаковых предпосылок расчеты
по разным моделям давали разные результаты из-за отличия в
зависимостях между скоростью движения и пиковым уровнем
звука.
Основные недостатки, которые не удалось преодолеть в эле-
ментарных моделях: бесконечный участок дороги; скорость дви-
жения всех автомобилей, равная средней; автомобили в транс-
портном потоке, представленные одной моделью; автомобили,
движущиеся по одной полосе. Однако применение аналитиче-
ских методов исследования транспортного шума на простейших
моделях необходимо для оценки качественной картины его фор-
мирования и распространения, так как позволяет вскрыть
основные закономерности происходящих процессов, не-
смотря на упрощение реальных условий движения транспорт-
ных потоков.
22
2.2. Детерминистическая модель формирования
характеристик шума
Для исследования формирования и распространения транс-
портного шума все большее признание получают методы физи-
ческого и математического моделирования. Под моделью в этом
случае понимается такая мысленно представляемая или мате-
риально реализованная система, которая, отображая или вос-
производя объект исследования, способна замещать его так, что
ее изучение дает новую информацию об этом объекте.
Физическое моделирование применяется для определения
снижения шума при его распространении от источника шума
(имитирующего транспортный поток) в сложной композиции
препятствий (городская застройка) и в условиях, когда тради-
ционные методы расчета мало применимы. Распространение
шума в этом случае изучают ие в натуре, а на модели меньше-
го масштаба на акустических полигонах [20]. хМатематическое
моделирование с использованием натурных исследований изме-
нения уровней звука автомобилей в различных дорожных ус-
ловиях, характера распространения шума от одиночных авто-
мобилей, полученных на основе натурных измерений или на фи-
зических моделях, положений и достижений теории транспорт-
ных потоков позволяет исследовать характеристики транспорт-
ного шума и его распространение в реальных дорожных усло-
виях.
Детерминистическая модель — это аналитическое представ-
ление закономерности, системы или операции, при котором для
данного множества входных значений может быть получен на
выходе только одни результат. Основные предпосылки создания
детерминистической модели транспортного шума можно сфор-
мулировать в следующем виде: 1) все автомобили представля-
ют собой точечные источники шума с расположением центра
сферы на оси полосы движения и пиковым уровнем звука на
расстоянии 7,5 м, равном Lq‘, 2) интервалы между автомобиля-
ми равны среднему интервалу между автомобилями в транс-
портном потоке исходя из загрузки полосы движения; 3) ско-
рость движения всех автомобилей постоянна и равна средней
скорости движения транспортного потока [23, 28, 31, 38].
Для излучателя шума — материальной точки, имитирующей
автомобиль, можно воспользоваться формулой распространения
шума звука в сферическом полупространстве от точечного ис-
точника:
tw = I.0-2OK„lg(r/7,5). (2.1)
где Lq — пиковый уровень звука автомобиля на расстоянии 7,5 м от оси по-
лосы движения, дБА; Кп. — коэффициент, учитывающий снижение шума
поверхностным покровом (при распространении шума над грунтом
Кп=1,0); г* — расстояние от автомобиля до точки расчета в произволь-
ный момент времени, м.
23
4*
Если принять, что в момент времени i = 0 автомобиль нахо-
дится в точке А и расстояние до точки расчета равно 7,5 м, то
в момент времени t путь, пройденный автомобилем от точки А,
составит
St-=vt/3fi
(2.2)
н формула (2.1) примет вид:
= tOlgTl + (——ТТ (2.3}
где v — скорость движения автомобиля, км/ч.
Как известно, средний интервал между автомобилями
I, = (1000г>/М ,
где (V, — интенсивность движения на одну полосу, авт./ч.
Интервал во времени
Т„ = 3600,W, .
(2.4}
(2.5}
Из расчетной схемы для определения эквивалентного уровня
звука от движущегося транспортного потока (рис. 2.1) следу-
ет, чт'о функцию изменения уровня звука во времени за период
от i = 0 до t = 0,5 TG (половина интервала между автомоби-
лями) можно рассматривать как функцию распределения уров-
ней звука во времени за достаточно длительный период. Фор-
мулу для определения эквивалентного уровня звука при задан-
ной функции распределения уровня звука во времени можно
представить в интегральной форме
t8™=101gyf lOMLmdt,
t^O (2.<
где Т — период времени • расчета эк-
вивалентного уровня звука,,
равный 1800/Wi, с; L(t)— функ-
ция изменения уровня звука
во времени.
Рис. 2.1. Расчетная схема для опре-
деления эквивалентного уровня звука
от транспортного потока
24
Следует отметить, что на принципе интегрирования функ-
ции изменения уровней звука во времени основываются все при-
боры, предназначенные для непосредственного измерения экви-
валентного уровня звука.
Прн движении автомобиля №0 (см. рис. 2.1) функция изме-
нения уровня звука, во времени определяется формулой (2.3).
Для автомобиля № i', движущегося слева от № 0, формула бу-
дет иметь вид:
Д, = lOlgfl +|—!°-
[ [ о.и-7.
(2.7)
а при i > 1
Lu = До — Ю 1g {И- [^-5 (^° (i - 1) + <)]2} (2.8а)
Для автомобиля № j, находящегося вправо от № 0, при />1
- lO.gfl + 1)-^)П- (2.86)
Уровень звука в любое произвольное время необходимо оп-
ределять не только для ближайшего к точке автомобиля, но и
для всех автомобилей, находящихся на участке дороги. Этот
суммарный уровень звука можно вычислить по формуле энерге-
тического сложения уровней звука от нескольких источников:
Lt= 101g(10V°+ • • • + 10£ft'10+ - • • + 10*“ + - • +
+ 1OL”'10) . (2.9)
После интегрирования формула для описания эквивалентно-
го уровня звука примет внд:
(1800
агаёзДУ +
о
1800
+ arctg
(2.10)
25
Аналогично изложенным предпосылкам нетрудно получить
формулы для вычисления уровней звука Lqo, £50 и Lio. При вы-
числении уровня -звука Loo расстояние от точки 0 до автомоби-
ля № 0 по оси полосы движения должно составить /п/20, для
£50—4/4, для А1с—94/20. Например, для описания Lq0:
£M==£0-101gp^® + . +
+ (Sj + S,W + 7,y _1 (2
Формулы для расчетов эквивалентного уровня звука и ха-
рактеристик транспортного шума выведены с учетом располо-
жения точки расчета на расстоянии 7,5 м от оси полосы дви-
жения, но, подставив любое произвольное расстояние, нетрудно
получить нужную формулу для вычисления распространения
•шума от транспортного потока. Формулы (2.10) и (2.11) можно
преобразовать, если принять длину для участка при расчете
транспортного шума бесконечной. Вычислив сумму членов бес-
конечно убывающего ряда (при увеличении порядкового номе-
ра автомобиля его доля в формировании суммарного уровня
звука быстро уменьшается), можно получить удобную форму
записи. Такое построение позволяет исследовать формирование
шума при различной-.длине участка. Для длины участка дороги
2 км число автомобилей, находящихся на полосе движения
й = 2000/п. (2.12)
В случае расположения точки расчета в середине участка
число автомобилей слева и справа будет одинаковым. Прн рас-
чете характеристик для транспортного потока с различным сос-
тавом значение пикового уровня звука автомобилей [18]
г __ flj L1 + • • " -j- • • + Пп 1-п (П 1
100 ’ v '
где ni — процент автомобилей данной модели в транспортном потоке; £< —
средний уровень звука данной модели.
При рассмотрении транспортного потока, состоящего из
восьми различных моделей автомобилей (4 грузовых -и 4 легко-
вых) иа горизонтальном участке дороги, формула (2.13) при-
мет вид:
= 1
У lg Олеги “Ь У ni ’301g ОГр
_1___________________1____________
100
(2-14)
где Кг — параметр, зависящий от модели автомобиля, шероховатости и со-
стояния дорожного покрытия (см. ГЛ. 1); Олеги— скорость движения в
потоке автомобилей легковых: огр — то же, грузовых.
26
Скорости движения автомобилей рекомендуется определять
в соответствии с Методическими рекомендациями [8] для задан-
ных интенсивностей движения. Значения пиковых уровней зву-
ка определяют, считая, что автомобили всех моделей (легковые
или грузовые) в транспортном потоке представлены одинако-
вым числом, т. е. если расчетное значение Lo определяли для
20% легковых автомобилей в транспортном потоке, то из них
5% были автомобили ВАЗ, 5%—«Москвич», 5%—ГАЗ-24 и
5% — ЗАЗ. Исключение составляли только автомобили с ди-
зельными двигателями, число которых независимо от состава
потока принимают равным 5%.
Для перехода к многополосной проезжей части необходимо:
1) определить интенсивность движения на каждой полосе для
грузовых и легковых автомобилей и рассчитать средние скоро-
сти движения [8]; 2) рассчитать средние пиковые уровни звука
автомобилей на каждой полосе движения; 3) в соответствии с
предложенной моделью вычислить характеристики транспортно-
го -шума в точке расчета от каждой полосы движения; 4) опре-
делить характеристики транспортного шума от многополосной
проезжей части путем сложения их от каждой полосы движе-
ния по формуле (2.9).
Изменение характеристик транспортного шума при увели-
чении интенсивности движения на основании модели показыва-
ет (рис. 2.2), что, несмотря на ряд допущенных упрощений при
выводе, она хорошо описывает качественную сторону форми-
рования характеристик транспортного шума. Если при интен-
сивности движения 100 авт./ч разница между Lso и £]0 состави-
ла 16,6 дБА, то при интенсивности движения 1200 авт./ч эта
разница уменьшается до 8,9 дБА, т. е. изменение £ю происхо-
дит быстрее, чем Б90 прн увеличении интенсивности движения.
Модель также хорошо описывает распространение шума от
транспортного потока, позволяет оцепить влияние состава пото-
ка па изменение характеристик шуча.
Основные достоинства мо-
дели: простота описания харак-
теристик транспортного шума,
достаточно полно отражающая
качественную сторону нх фор-
мирования; невысокая трудо-
емкость расчетов на ЭВМ, поз-
воляющая быстро рассчитать
все характеристики транспорт-
ного шума. Однако модель
имеет и целый ряд недостат-
ков, которые касаются осред-
нения уровней звука автомо-
билей хи характеристик транс-
фертного потока. Так, рассчн-
i00 Z00 400 ООО 800 А',аёт
Рис. 2.2. Зависимость характеристик
L транспортного шума от интенсив-
ности движения N прн 60% легковых
автомобилей в транспортном потоке
27
тывая характеристики шума для разных типов дорожного пок-
рытия, получим лннейиую связь с составом потока всех харак-
теристик шума, поскольку изменится только величина Lo. Мо-
дель не учитывает, что при следовании легкового автомобиля за
грузовым иа незначительном расстоянии легковой вообще не
оказывает влияния на уровень звука (функция распределения
интервалов в потоке принята постоянной).
Сопоставление результатов расчетов на ЭВМ с использова-
нием детерминистической модели и расчетов с помощью имита-
ционной модели транспортного шума (программа «NOISE» —
см. п. 2.3) показало существенное различие в значениях харак-
теристик транспортного шума, достигающее в отдельных слу-
чаях 3—4 дБА, хотя характер зависимостей характеристик шу-
ма с возрастанием интенсивности движения одинаков. Некото-
рое совпадение отмечается только для уровня шумового фона
Цо при интенсивности 1000—1200 авт/ч. Разница в результа-
тах расчетов объясняется различным подходом к определению
пикового уровня звука Lo [формула (2.17)].
Рассмотрим ошибку в определении Lo на примере двух ав-
томобилей с пиковыми уровнями звука Lj = 80 дБА и Lz =
= 90 дБ А. Уровень звука точечного источника L на расстоянии
R от центра излучателя связан с условной звуковой мощностью:
L = 101g (Р/Ро) — 201g Я 4- 101g (4<2), (2.15)
гре Р — условная звуковая мощность (условная при расчетах с уровнем зву-
ка, но не звукового давления), Вт; Ро—пороговая звуковая мощность,
равная 10-12 Вт; Q — пространственный угол излучения (в полупростран-
стве Q=2n), ср.
Прн уровне звука Lt — 80 дБА условная звуковая мощность
р, = 0,0355 Вт, для уровня звука Lz = 90 дБА имеем Р* =
—0,355 Вт. Нетрудно показать, что если определить средний
уровень звука как среднее арифметическое двух уровней Li н
Z.2, то его значение будет ЪСр=85 дБА, а если по формуле
для среднего значения условной звуковой мощности РСР —
= 0,195 Вт, то средний уровень звука будет ср = 87,4 дБА.
Расчеты по среднему значению L{cp дали бы в данном примере
заниженные характеристики транспортного шума на 2,4 дБА.
Это нашло отражение в детерминистической модели, где рас-
хождение между расчетными значениями уровней звука легко-
вых и грузовых автомобилей достигало еще больших значений.
Уточнение расчетных значений Lo ие позволяет существенно
повысить уровень количественной оценки характеристик транс-
портного шума при движении в транспортном потоке автомо-
билей разных моделей. Только описание всего поля изменения
уровней звука каждой модели автомобилей, функции распреде-
ления интервалов между автомобилями по полосам и функции
распределения скоростей движения в транспортном потоке по-
зволит правильно оценивать прогнозируемые уровни звука.
28
2.3. Моделирующий алгоритм имитационной модели
Поскольку получить аналитическое решение формирования
характеристик транспортного шума не удается в виде единого
уравнения для всех характеристик транспортного потока и до-
рожных условий, а упрощение задачи приводит к недопустимо
грубым результатам, от аналитического исследования количе-
ственных характеристик формирования транспортного шума
приходится отказываться и переходить к другим способам ис-
пользования математической модели.
При построении имитационной модели формирования транс-
портного шума модель должна быть как можно более гибкой,
без значительных дополнительных изменений хорошо описывать
любые дорожные условия (проложение дороги в плайе и про-
дольном профиле, изменение типа дорожного покрытия и ха-
рактера распространения шума), а также соответствовать ос-
новным закономерностям движения транспортных потоков
(распределение автомобилей по полосам движения), функ-
ции распределения интервалов и скоростей движения авто-
мобилей.
Поток автомобилей и комплекс условий, в которых он дви-
жется, представляет собой типичный пример сложной системы,
характеризующейся: наличием большого числа взаимосвязан-
ных и взаимодействующих между собой элементов; сложностью
функции, выполняемой системой; возможностью разбиения сис-
темы на подсистемы; наличием управления; наличием взаимо-
действия с внешней средой и функционирования в условиях воз-
действия случайных факторов.
Типичным методом исследования сложных систем является
нх моделирование на ЭВМ с использованием имитационных мо-
делей
Имитационная модель — формализованное описание в
ЭВМ изучаемого явления во всей его полноте и на гра^и на-
шего понимания [19].
В зависимости от целей моделирования, уровня решаемых
задач имитационная модель может быть построена по принцн'
пам: 1) «особых состояний»; 2) анализа изменения потока через
выбранное время (принцип или отрезок пути (принцип Д5)..
Моделирование по принципу «особых состояний» отличается,
от принципа А/ тем, что включает в себя процедуру опре-
деления времени, соответствующего следующему «особому со-
стоянию».
При выборе схемы формализации функционирования сложной
системы имеет значение только обеспечение требуемой точности
решения и простоты решения задачи. Наиболее удобная, уни-
фицированная схема для описания таких процессов — это агре-
5—1243 Я»
гат, предложенный чл.-корр. АН СССР Н. П. Бусленко, теория
которого качественно развита д-ром физ.-мат. наук В. В. Ка-
лашниковым. Кусочно-л инейные агрегаты разработаны чл.-корр.
АН СССР И. Н. Коваленко и его учениками [2].
Одним из вариантов реализации модели формирования
транспортного шума как сложной системы является программа
NOISE, разработанная на кафедре проектирования дорог
МАДИ [11].
Распространение уровня -шума от точечного источника (оди-
ночного автомобиля) описывается формулой
Z. = До — 20Кп 1g (£/7,5), (2.161
где £0 — расчётное значение уровня звука автомобиля на расстоянии 7,5 м
от осн полосы движения, дБА; Ап — коэффициент, учитывающий погло-
щение звука поверхностным покровом; В — расстояние автомобиля до
точки расчета, м.
При расположении на участке п автомобилей суммарный
уровень звука от п источников определяется на основании фор-
мулы энергетического сложения.
Вычисление уровня звука транспортного потока происходит
каждую секунду и, чтобы время расчета уровней звука состави-
ло, например, 30 мин, т. е. 1800 отсчетов, в программу должно
быть введено расчетное время
TAU = TAU1 + TR = 1800 -К TR , (2.17)
где ТАШ — расчетное время работы модели, с; TR— время «разогрева»
модели, принимаемое равным времени достижения самым медленным
автомобилем конца участка дороги, с.
Во время 'работы модели, когда TAU > 1800, уровень звука
не рассчитывается. После отработки моделью времени разогре-
ва (TAU=1800) транспортный поток заполняет весь рассмат-
риваемый участок дороги, начинается расчет уровня звука тран-
спортного шума, который затем подвергается анализу в блоке
статистической обработки. Далее модель принимает новое со-
стояние в момент времени TAU = TAU—1, каждую секунду
автомобили принимают новые координаты, кроме того, на
участке могут появиться новые автомобили с интервалами, от-
вечающими заданной функции распределения. Модель заканчи-
вает работу при TAU = О, на печать выдаются результаты рас-
-чета
^60» ^*90» ^99» ^экв> FNI И Lftp.
В программу вводят следующие данные:
1) NOISE (N 1, 2), где ANOISE (/, /)—уровни звука в
диапазоне от 18 до 133 дБА с интервалом 5 дБА (Nl=25), а
ANOISE (/,2)—число секунд с уровнем звука, соответствую-
30
щим заданным диапазонам {в момент времени TAU = TAUI +
+TJR в массив вносятся нули);
2) BNOISE (N 1, 2), где BNOISE (/, 1)—уровни звука в
диапазоне от 33,75 дБА до 93,75 дБА с интервалом 2,5 дБА
(Nl=25), a BNOISE (Л 2) аналогичен ANOISE (/, 2);
3) PERC (М, N2), где N2 — заданное число моделей авто-
мобилей в транспортном потоке, а М — число полос движения
на рассматриваемом участке дороги; PERC (1, /) — состав ав-
томобилей данной модели / на первой (ближней к точке расче-
та) полосе движения; PERC (2, /) — то же, на второй и т. д.;
4) AUTO (N2, М), где AUTO (/, 4) — средняя скорость
движения автомобилей модели / на первой полосе движения,
AUTO (/, 2) то же, на второй и т. д.;
5) АК (N2), где АК (/) — характеристика К внешнего шу-
ма автомобилей модели /;
6) SIG (N2), SIG (/) — среднее квадратичное отклонение’
уровня звука модели / в зависимости от заданной скорости’,,
позволяющее рассчитывать уровень звука автомобилей через
его мгновенную скорость.
Кроме того, в качестве исходных данных вводят: S — длину
участка дороги, на котором определяется шум, м; Гц, Г12, ...г
Ти — время появления первого автомобиля на /-й полосе дви-
жения, с; Pi, У?2, ..Rj, — расстояния от точки расчета до
оси каждой /-и полосы движения, м; TAUI —время расчета шу-
ма в модели, с; FLOW — интенсивность движения на автомо-
бильной дороге, авт./ч.
В соответствии с массивом PERC формируется модель поя-
вившегося автомобиля, AUTO — средняя скорость движения на
участке, АК и SIG — характеристика шума и его среднее ква-
дратичное отклонение. В модели транспортный поток, движу-
щийся по полосе, представляет собой движение дискретных
объектов в одномерной системе. Важная характеристика такого
движения, определяющая точность прогнозирования шума — рас-
пределение интервалов между движущимися друг за другом ав-
томобилями. Для реализации функции распределения интерва-
лов между автомобилями в начале участка автомобильной до-
роги могут быть использованы рекомендации В. В. Сильяно-
ва [15].
Время появления очередного автомобиля на полосе движе-
ния формируется посредством датчиков случайных чисел, гене-
рирующих случайные величины различных законов распределе-
ния. Уровень звука от транспортного потока рассчитывается
следующим образом:
1. В соответствии с нормальным законом распределения и
средней скоростью движения AUTO (/) определяется скорость
движения 7-го автомобиля:
vt — AUTO (/) + х-sigma, (2.18)
5* 31
где х — случайная величина нормально распределенная с |А«1; sigma —
среднее квадратичное отклонение скорости движения для заданных до-
рожных условий и характернстнк транспортного потока [15].
2. Рассчитывается пиковое значение уровня звука каждого
автомобиля, находящегося на участке дороги, на расстоянии
7,5 м от оси его полосы движения (рис. 2.3):
— 301g AKt Ч-х-sigma, (2-19)
где Vi — скорость i-ro автомобиля, км/ч; AKt — соответствующая характери-
стика К внешнего шума автомобиля.
При этом среднее квадратичное отклонение рассчитывается
для полученного значения скорости движения на горизонталь-
ном участке по формуле (см. п. 1.2).
SIGM = SIG(/)-0,01q.
(2.20)
'Такое построение расчета пикового уровня звука позволяет
не только задать его значение по средним значениям уравнения
связи уровня звука н скорости движения автомобиля, но и
описать все поле изменения уровней звука данной модели (см.
рис. 2.3).
3. Определяется расстояние каждого /-го автомобиля до
точки, для которой рассчитывается шум, при его расположении
в середине участка дороги:
Bt = V Rj2 + (S, - S/2)2, (2.21)
где Si — путь, пройденный i-м автомобилем от начала участка, м.
4. Вычисляется уровень звука от каждого автомобиля в точ-
ке расчета по формуле (2.16).
5. По формуле для энергетического сложения уровней звука
рассчитывается суммарный уровень звука от всех автомобилей,
Рис. 2.3. Схема расчета пикового
уровня звука автомобиля.
32
находящихся на участке в пе-
риод времени TAU. Прн этом
сначала рассчитываются сум-
марные уровни звука от каж-
дой полосы движения, а затем
от всей дороги.
После расчета уровня зву-
ка его значение анализируют в
блоке статистической обработ-
ки, который состоит из двух
массивов. Первый массив
(ANOISE) представляет собой
25 диапазонов уровней зву-
ка от 17,5 до 137,5 дБ А, каждый шириной 5 дБ А (ГОСТ
20444—75); при этой же ширине диапазона анализируются
переменные во времени шумы анализаторами статистиче-
ской обработки шума. Каждому значению диапазона соот-
ветствует свое значение массива TIME. В первоначальный
момент времени в массив TIME заносятся нули. Рассчитан-
ные уровни звука сравниваются с граничными интервалами
массива ANOISE. Если уровень звука оказался меньше чем
17,5 дБА, то его значение заносится в этот диапазон, т. е. в со-
ответствующем ему массиве TIME прибавится 1 — свидетель-
ство тому, что в течение этой секунды уровень звука оказался
менее 17,5 дБА. Если уровень звука был более 17,5 дБ А, то его
значение сравнивается со следующим граничным интервалом
22,5 дБА и так далее пока не попадет в интервал, соответству-
ющий этому значению, после чего в массиве TIME появится
еще одна единица. Так, если в строке записано: NOISE *= 48,0
и TIME — 50,0, то это означает, что в диапазоне от 42,5 до
47,5 дБ А (0,5 дБ А добавлено к значению 47,5 дБ А, чтобы гра-
ницы диапазонов соответствовали ГОСТ 20444—75) данный
транспортный поток производил шум в течение 50 с за время
расчета. Граничному интервалу 48 дБА соответствует среднее
значение уровня 45 дБА. После анализа в блоке статистической
.обработки происходит изменение состояния транспортного по-
тока на участке за время 1 с транспортный поток создает оче-
редной уровень звука.
Недостатком требований ГОСТа и конструкций анализато-
ров статистического распределения уровней звука можно счи-
тать слишком широкий диапазон (5 дБА), при котором в от-
дельных случаях статистическая обработка затруднена. Напри-
мер, при интенсивности движения 1000 авт./ч при 40% легко-
вых автомобилей в транспортном потоке и расстоянии до оси
-ближайшей полосы движения 7,5 м динамический диапазон из-
менения уровней звука составляет всего 30 дБА, а все время
измерения в блоке расположилось в пределах шести диапазо-
нов массива ANOISE. Поэтому для повышения точности расче-
тов в блоке статистической обработки параллельно блоку
ANOISE введены два массива BNOISE и BTIME с шириной
диапазона 2,5 дБА.
После отработки программой всего заданного времени счета
•в массивах TIME и BTIME сумма числа отсчетов должна быть
равна числу секунд работы модели TAU—TR. На следующем
•этапе массив TIME трансформируется в массив PER, который
получается путем деления каждой строки массивов TIME на
значение времени счета TAU1. Таким образом, в массиве PER
представлена доля нахождения уровня звука в данном интерва-
ле от общего времени счета. После расчета гистограммы в мо-
дели рассчитывается кумулятивная кривая распределения на-
копленных частостей попадания в разряды, которые представ-
33
лены в массивах У и ВУ Далее вычисляются значения уровней
звука Lю, /-5о, Л90 и А99.
Результаты расчетов при интенсивности движения 1000
авт./ч на расстоянии 7,5 м от оси ближайшей полосы движения:
Характеристики транспортного
шума, дБА................. Ею Lqq 1L99 <Lnp Еэкв TNI
Блок ANOISE . . 67,72 74,27 83,13 87,30 95,38 78,18 92,32
» BNOISE .... 68,06 73,96 81,94 87,32 93,57 77,96 91,63
Даже прн динамическом диапазоне изменения уровней зву-
ка 30 дБА разница между уровнями, рассчитанными в двух
массивах, значительна н достигает 1,5 дБА, а при удалении
точки расчета от дороги для эквивалентного уровня звука эта
разница может достигать 2 дБА. Поэтому возникает необходи-
мость оценки результатов моделирования только в блоке
BNOISE.
Основные достоинства модели по сравнению с другими:
1) возможна оценка всех характеристик транспортного шума на
участке дороги, а также прогнозирование характеристик транс-
портного шума в заданной точке; 2) возможен учет перспектив-
ной программы планомерного снижения максимальных уровней
звука автомобилей без трудоемких дополнительных измерений
эквивалентных уровней звука; 3) обеспечивается оценка меро-
приятий по организации движения, направленных на снижение
транспортного шума, а также оптимизации средств защиты от
шума и учет всех факторов, определяющих его снижение; 4) на-
глядность представляемых результатов.
2.4. Оптимизация рабочих параметров модели
Для проверки соответствия модели реальным процессам
формирования транспортного шума на автомобильных дорогах
необходимо было обеспечить статистическую устойчивость по-
лучаемых при моделировании результатов. Поскольку входны-
ми параметрами в модели являются случайные величины, сама
функция изменения уровней звука во времени тоже случайна
и необходима сравнительно большая выборка (время измере-
ния) для получения надежной выходной информации.
ГОСТ 20444—75 [4], кроме методики измерения и вычисле-
ния эквивалентного уровня звука, устанавливает необходимое
число отсчетов уровня звука и минимальное время измерения.
Так, при интенсивности движения более 1000 авт./ч отсчетов
должно быть 300, а время измерения не менее 10 мин; при ин-
тенсивности движения 500—1000 авт./ч отсчетов 600, время
измерения не менее 20 мни; при интенсивности движения менее
500 авт./ч отсчетов — 900, время измерения не менее 30 мин.
Поскольку уровни звука значительно изменяются при движе-
34
нии транспортных потоков, то нормирование числа отсчетов не-
обходимо для обеспечения достаточной точности измерения. Чи-
сло отсчетов уровня звука необходимо нормировать при исполь-
зовании любого измерительного тракта, так как это позволит
сократить продолжительность не только работы с приборами,
но и обработки результатов измерения.
Результаты, полученные методом имитационного моделиро-
вания на ЭВМ, неизбежно носят случайный характер. Для обе-
спечения статистической устойчивости их соответствующие
оценки вычисляют как средние значения большого числа реа-
лизаций. Поведение модели соответственно транспортному по-
току накладывает на минимальное число измерений те же ус-
ловия, что н на реальных объектах.
Для оценки минимально необходимого времени измерения
эквивалентного уровня звука на ЭВМ был рассчитан транс-
портный шум прн различном времени работы модели. Для оп-
тимизации были приняты наиболее неблагоприятные условия:
транспортный поток состоит из 80% легковых автомобилей и
20% грузовых; расстояние от оси ближайшей полосы движения
до точки расчета равно 7,5 м (при удалении от дороги транс-
портный шум становится более стационарным и время измере-
ния для получения той же точности будет меньшим). В каче-
стве критерия точности была принята величина 0,25 дБА, т. е.
половина той, с которой обычно выполняют все расчеты транс-
портного шума.
Переменный фактор в модели — расчетное время TAU.
В первом варианте задавалось TAU=36004-TR, транспортный
поток в модели двигался в течение 3600 с .и уровни звука вы-
числялись каждую секунду. В остальных вариантах расчетное
время изменялось с интервалом в 200 с, начиная с 200 с. Если
отклонение эквивалентного уровня звука при расчете отлича-
лось от значения уровня при времени счета 3600 с (это значе-
ние эквивалентного уровня условно названо точным) более чем
на 0,25 дБА, то время счета в следующем варианте увеличива-
лось на 200 с. Если же отклонения находились в пределах
0,25 дБА, то рядом с полученным значением времени выбира-
лись еще две точки и а 100 с больше и на 100 с меньше, и это
расчетное время еще раз уточнялось. Расчеты были выполнены
для интенсивностей движения от 100 до 1200 авт./ч. При задан-
ном составе транспортного потока, интенсивности движения
100 авт./ч, четырех рассматриваемых моделях грузовых автомо-
билей в потоке и времени счета 3600 с мимо расчетной точки
проехало по 5 автомобилей каждой модели. Однако, несмотря
на малую выборку числа автомобилей, заданная точность была
обеспечена. Наибольшее отклонение от «точных» значений по-
лучены для шумового фона и пиковых уровней Ls&. Для
всех интенсивностей движения диапазон отклонений ДЬэкв ока-
зался равные 2 дБА (рис.’ 2.4).
35
Рис. 2.4. Отклонения .Д£акв эквива-
лентного уровня звука от «точного»
значения при различной продолжи-
тельности Т счета при интенсивности*
О ООО 8001200 1600 2000Ы!026003200Т.с 600 авт./ч
Минимальное время счета (при частоте 1 отсчет в секунду)
для интенсивности движения 100 авт./ч составило 3600 с. Пре-
увеличении интенсивности до 1200 авт./ч значение э?ого време-
ни уменьшается до 1100 с; в интервале же от 1000 до*
1200 авт./ч его значение изменяется только на 100 с, тогда как
при небольших интенсивностях прирост более значителен. Сле-
довательно, уже при интенсивности движения 1200 авт./ч и бо-
лее можно принимать расчетное время равным 1100 с.
Рекомендуемое расчетное время счета для измерения экви-
валентного уровня при любых составах транспортного потока и*
расстоянии точки расчета:
Интенсивность движения,
авт./ч ......................... 100 200 400 600 800 1000 1200'
Расчетная продолжительность.
3600 2900 2200 1800 1300 1200 И00<
2.5. Метод прогнозирования шума на основании
имитационных экспериментов
Основными задачами исследования (синтеза) сложной сис-
темы формирования транспортного шума являются: 1) задача,
связанная с изучением свойств и поведения системы, в зависи-
мости от ее структуры и значений параметров; 2) исследование-
тенденций изменения характеристик транспортного шума яри
изменении параметров системы. Для получения основных зави-
симостей изменения характеристик транспортного шума на
ЭВМ по программе NOISE были выполнены имитационные экс-
перименты, под которыми понимается процесс осуществления
имитации с целью получения результата в планируемых усло-
виях. Второй этап — интерпретация — построение выводов пс«
данным, полученным путем имитации, объяснение соотношений
между переменными величинами и контролируемыми в ходе
эксперимента факторами.
Пиковый уровень звука отдельного автомобиля определяет-
ся скоростью движения, продольным уклоном и шероховатостью-
покрытия.
Переход к прогнозированию уровней транспортного шума
(от потока движущихся автомобилей) требует учета целого ря-
да факторов, которые условно можно разделить на две группы.
Первая группа связана с изменением пикового уровня звука?
36
^отдельных автомобилей и характеристик транспортного потока.
Это интенсивность движения, состав транспортного потока, на-
личие продольного уклона, шероховатость дорожного покрытия.
Вторая группа определяется наличием разделительной полосы
на проезжей части, поверхностным покровом прилегающей тер-
ритории, а также длиной участка, открытого до точки, для ко-
торой рассчитывается шум. Факторы первой группы взанмо-
'Связаны между собой. Увеличение интенсивности движения при-
•водит к снижению скорости, перераспределению автомобилей
по полосам движения, а переход от горизонтального участка к
подъему, кроме снижения скоростей движения, требует измене-
ния функции, связывающей пиковый уровень звука автомобилей
и скорость движения. Факторы второй группы можно вводить в
модель транспортного шума последовательно, так как их изме-
нение требует в каждом случае учета только одной переменной.
Все перечисленные факторы, как показывают исследования
[6, 12, 21], а также расчеты на ЭВМ, могут быть учтены в виде
поправок в основную функцию:
= (2.22)
Построение такой функции, на которой можно было бы осно-
вывать анализ воздействия факторов обеих групп, потребовало
на первом этапе исследований принять такие постоянные значе-
ния второй группы:
расстояние до оси ближайшей полосы движения 7,5 м, шири-
на каждой полосы 3,75 м;
для многополосных дорог проезжая часть без разделитель-
ной полосы (например, для четырехполосиой проезжей части
расстояния до каждой из полос соответственно равнялись 7,5;
11,25; 15; 18,75 м);
точка расчета находится посередине участка дороги длиной
42 км (см. п. 3.2). Такая длина обеспечивает непрерывность
функции изменения уровней звука во времени и сопоставимость
результатов прн исследованиях распространения транспортного
шума;
поверхностному покрову, окружающему дорогу, соответству-
ет коэффициент, учитывающий снижение шума поверхностным
покровом Лп = 1,0.
Из факторов первой группы были зафиксированы следующие
параметры: 1) участок дороги горизонтальный и прямолиней-
ный; 2) дорожное покрытие из мелкозернистого асфальтобето-
на, при котором значение уровней звука легковых автомобилей
имеет минимальное значение; 3) транспортный поток состоит из
60% легковых автомобилей (15%—ЗАЗ, 15%—ВАЗ, 15% —
ГАЗ, 15% — «Москвич») и 40% грузовых (12% — ГАЗ, 12% —
ЗИЛ, 11% — КАЗ, КамАЗ, 5% — МАЗ).
«6—1243 37
Рис. 2.5. Гистограммы частости т распределения уровней звука L на рас-
стоянии 7,5 м от оси ближайшей полосы движения при 60% легковых авто-
мобилей в транспортном потоке, покрытии из мелкозернистого асфальтобето-
на, коэффициенте поглощения шума поверхностным покровом Кп = 1,0 для
интенсивности движения:
а — 100 авт./ч; 6—1200 авт./ч
Отличительная особенность имитационного исследования на
ЭВМ — жесткая фиксация исходных данных, в то время как
при натурных измерениях состав транспортного потока постоян-
но меняется и характеристики его при нескольких измерениях
на одном участке неидентичны. Колебания состава транспорт-
ного потока при моделировании очень незначительны и опреде-
ляются работой датчика случайных чисел
Еще в 1964 г. экспериментальными исследованиями измерен-
ных гистограмм распределения уровней звука было установле-
но [5], что функция соответствует нормальному закону распре-
деления. Внешний вид гистограмм распределения уровней звука
(рис. 2.5) и проверка соответствия экспериментальных данных
нормальному закону распределения показала их близость.
Форма гистограммы распределения в условиях свободного
движения транспортного потока изменяется при увеличении ин-
тенсивности движения. Модальное значение уровня звука сме-
щено ближе к минимальным уровням. С увеличением интенсив-
ности движения значительно изменяется динамический диапа-
зон уровней звука: для 100 авт./ч колебание от максимальных
до минимальных уровней составляло 60 дБА, а для
1200 авт./ч — 30 дБА. Такое резкое изменение динамического
диапазона уровней звука сказывается на возрастании характе-
ристик транспортного шума (рис. 2.6). Наибольшее изменение
характеристик транспортного шума происходит при N = 100-5-
4-600 авт./ч. Среди характеристик транспортного шума актив-
нее всех возрастает шумовой фон £J0. При дальнейшем увели-
лении интенсивности движения рост £sg практически прекраща-
38
ется, а темпы увеличения всех
характеристик шума уменьша-
ются.
Изменение характеристик
транспортного шума при нор-
мальном законе распределения
уровней звука характеризует
среднее квадратичное отклоне-
ние о уровня звука. Уменьша-
ясь при -V =5^ 1000 авт./ч (соот-
ветственно изменению динами-
ческого диапазона уровней зву-
ка) величина с при больших
Рнс. 2.6. Зависимость характеристик
L транспортного шума от интенсив-
ности N движения при 60% легко-
вых автомобилей в транспортном по-
токе
интенсивностях остается прак-
тически постоянной, шум до-
стигает своей наибольшей ста-
бильности. При расстоянии до
оси ближайшей полосы движе-
ния 7,5 м остаточное среднее квадратичное отклонение
о=4 дБ А.
Введение в Санитарных нормах [14] эквивалентного уровня
звука в качестве допустимого привело к тому, что в первые го-
ды для перехода к нему от ранее нормируемых 190 вычитали
2 дБА. Неправомочность этого видна из графика (см. рис. 2.6).
Так, при N =100 авт./ч обе характеристики имеют практически
одно значение и лишь в интервале от 200 до 400 авт./ч отлича-
ются на 2 дБ А. Затем эта разница возрастает до 4,2 дБ А, хо-
тя теоретически при очень высоких интенсивностях движения
и однородном составе транспортного потока все характеристики
шума должны быть одинаковы. Такое положение объясняется
несколькими причинами: грузовые автомобили экранируют шум
легковых, а легковой автомобиль, занимая место на полосе дви-
жения, увеличивает интервал между шумными автомобилями,
сам практически не влияя на формирование транспортного шу-
ма; на многополосных дорогах увеличение интенсивности дви-
жения приводит к лучшему использованию каждой полосы. Ес-
ли при двухполосной проезжей части дальняя полоса, по кото-
рой идет поток встречного движения, оказывает значительное
влияние иа формирование шума, то на многополосных это вли-
яние меньше и его компенсирует только увеличение скорости
движения автомобилей.
Все это позволило установить непрерывную связь расчетного
эквивалентного уровня звука с интенсивностью движения. Для
определения расчетной функции принимали на двухполосных
дорогах Лг= 1004-1200 авт./ч, на четырех- и шестиполосных
N = 200-^-3000 авт./ч. Если на двухполосной дороге интенсив-
ность движения на каждой полосе была вдвое меньше, чем на
всей дороге, то на многополосной исходными данными были:
6*
39
интенсивность и состав транспортного потока, скорость движе-
ния легковых и грузовых автомобилей на каждой полосе в за-
висимости от общей интенсивности движения.
В полулогарифмическом масштабе результаты моделирова-
ния расчетной функции эквивалентного уровня звука представ-
ляют собой прямую линию для == 50-^-1500 авт./ч, после чего
рост происходит медленнее и отклонение прогнозируемых уров-
ней звука от прямой . линии при N = 3000 авт./ч составляет
1 дБА. Для N = 60-J-1500 авт./ч прямая роста эквивалентного
уровня звука соответствует уравнению:
Лтрп = 50 + 8,81g Л/, (2.23)
где £трП — расчетный эквивалентный уровень звука транспортного потока
на расстоянии 7,5 м от оси ближайшей полосы движения автомобильной
дороги, дБА, для условий отсутствия: разделительной полосы; на высоте
1,2 м над уровнем проезжей части прямолинейного горизонтального
участка дороги с покрытием из мелкозернистого асфальтобетона; в ра-
диусе 50 м застройки и других отражающих препятствий; распростране-
ния шума иад грунтом.
Значение коэффициента 8‘,8 при lg N несколько отличается
от теоретического для транспортного потока, представляющего
точечные источники шума одинаковой звуковой мощности, дви-
жущиеся на равных расстояниях друг от друга и с постоянной
скоростью. Эта разница — следствие введения функции измене-
ния скорости движения автомобилей от интенсивности движе-
ния. Ранее же все расчеты в моделях выполнялись из предполо-
жения постоянства скорости движения. Результаты моделирова-
ния расчетной функции представлены следующими данными:
Интенсивность движения,
авт./ч .......................... 50 60 80 100 140 170 230 300 400
Расчетный эквивалентный уро-
вень звука, дБА............... 65 66 67 68 69 70 71 72 73
Интенсивность движения,
авт./ч ......................... 500 660 880 1150 1660 2400 3000
Расчетный эквивалентный уро-
вень звука. дБА........... 74 75 76 77 78 79 80
Для исследования влияния дорожных условий, состава тран-
спортного потока была использована функция прогнозирования
транспортного шума в расчетной точке:
£р ~ Атрп Д L-ткж -f- A Lдиз A LrK 4- L Кук 4- A Lnt)K -f- А £рп 4-
+ МК + Х1Ж, ' (2.24)
где Ар—эквивалентный уровень звука в расчетной точке на расстоянии1
7,5 м от оси ближайшей полосы движения; ЛАтя® — поправка, учитыва-
ющая изменение числа грузовых автомобилей с карбюраторными двига-
телями в транспортном потоке по сравнению с расчетными; ААДИЗ —
то же, с дизельными двигателями; ДАСк — поправка на изменение сред-
ней скорости движения по сравнению с расчетной; ДАуК — поправка на
40
продольный уюфи; Д^нок — то,
же, на шероховатость дорожного по-
крытия; ДДрп — то же, на ширину
разделительной полосы иа проезжей
части; ДДК—то же, на снижение
расчетного уровня звука поверхност-
ным покровом; ДДзас — поправка,
учитывающая влияние прилегающей
к автомобильной дороге застройки
[5, 6].
Построение модели NOISE
позволяет в одном пакете ис-
ходной информации вводить
последовательно данные о раз-
личном составе транспортного
потока. Так, если предполага-
ется получить значение харак-
теристик шума при раз-
личном числе легковых авто-
мобилей, то должны быть
Рис. 2.7. Зависимость поправки ДДГ
учитывающей состав транспортного
потока, от числа легковых авто-
мобилей в нем:
100 -5-3000 — интенсивность движения по-
тока, авт./ч
изменены массивы состава
транспортного потока и средней скорости движения и а каждой
полосе дороги. Наибольший интерес для исследования пред-
ставляет изучение поправки, учитывающей состав транспортно-
го потока, при наличии 20—80% легковых автомобилей
(рис. 2.7). В случае изменения числа легковых автомобилей в
потоке одно условие остается неизменным — автомобили разных
моделей должны быть представлены одинаковой долей. Исклю-
чение нужно сделать только для автомобилей с дизельными
двигателями (МАЗ), число которых принимается всегда 5%
от интенсивности движения.
Поправка, учитывающая изменение числа грузовых автомо-
билей с карбюраторными двигателями:
^-тяж — ^-ртяж ^-трп
(2.25)
где £Ртяж—эквивалентный уровень звука в расчетной точке прн заданном
числе грузовых автомобилей (и автобусов) с карбюраторными двигате-
лями:
Число грузовых
автомобилей и
автобусов в по-
токе, % . . . <5 5—20 20—35 35—50 50—60 65—85 85—100
Поправка ДДтяж
дБА —3 —2 —1 0 +1 +2 +3
Поправки ,Д£тяж ие зависят от интенсивности движения в
пределах 100—3000 авт./ч, но насыщение потока грузовыми ав-
томобилями по-разному влияет на эквивалентный уровень зву-
ка. При постепенном увеличении числа грузовых автомобилей
$ потоке темпы роста поправки уменьшаются. Если сначала
грузовые автомобили воздействуют на все уровни звука, а осо-
бенно на L90, то при большом проценте грузовых автомобилей
•они определяют только шумовой фон.
Такой же подход был использован при оценке влияния чи-
сла автомобилей с дизельными двигателями 1 на изменение эк-
вивалентного уровня звука и получены следующие данные:
Число грузовых автомобилей в потоке, % <5 5—10 10—20 20—35
Поправка Д£дИз, дБА................ 0 +1 4-2 4-3
Скорость движения транспортного потока в
различных дорожных условиях, кроме продольных уклонов,
влияющих на функцию изменения пиковых уровней звука оди-
ночного автомобиля, зависит от ширины проезжей части, со-
стояния и ширины обочин, наличия кривых в плане и участков
с ограниченной видимостью и т. д. Отличительная особенность
этих участков —- неизменность зависимости пикового уровня
звука автомобилей от их скорости v, н отсюда возможность
расчета эквивалентного уровня звука в расчетных точках толь-
ко путем введения поправки Д£ск на изменение скорости дви-
жения:
V, км/ч —20 —17 —12 —7 +7 4-15 4-20
ДДси, дБА —3,5 —3 —2—1 4-1 4-2 4-2.5
Построение этой зависимости диктуется первоначальной
предпосылкой о соответствии скорости и интенсивности движе-
ния транспортного потока; однако при прогнозировании транс-
портного шума оно требует расчета скорости движения на кон-
кретном элементе дороги и горизонтальном участке.
Продольный уклон оказывает воздействие не только
на изменение скорости движения, но на функцию пикового уров-
ня звука; для грузовых автомобилей на горизонтальном участке
и спуске он пропорционален SOlgn, на подъеме в 20%0 —
17 Igv и 40%q — 6 1g и. Вариант модели NOISE для исследова-
ния изменения эквивалентного уровня звука в расчетной точке
при наличии продольного уклона -имел следующие особенности:
I) на полосе подъема пиковый уровень звука для легковых ав-
томобилей пропорционален 301gv, для грузовых определяется
в зависимости от продольного уклона (см. п. 1.2); 2) скорость
движения автомобилей на полосе спуска равна скорости иа
горизонтальном участке (таким же образом имитировали ко-
нец затяжного подъема); 3) кроме массива AUTO, в котором
скорости движения на подъеме и спуске различны, различны
и массивы АК и SIG (см. п. 1.2).
1 Автомобили КамАЗ п’о своим акустическим данным отнесены к группе
карбюраторных.
42
Построение модели участка дороги в ЭВМ позволило более
детально изучить изменение ДАук при -различном составе транс-
портного потока1:
ДГ — Г _________J
-» £^уК i-yK ^трп ,
(2.26)
где Лук — эквивалентный уровень звука транспортного потока при движении
на продольном уклоне.
Вычисление А£ук по формуле (2.26) не требует введения по-
правки ДАСК при расчете эквивалентного уровня звука иа участ-
ке с продольным уклоном. Характер зависимости между поп-
равкой при различном продольном уклоне и числом грузовых:
автомобилей в общем транспортном потоке аналогичен поправ-
ке (см. рис. 2.7), так как при большом проценте грузовых авто-
мобилей происходит насыщение транспортного потока шумны-
ми источниками.
Поправка ДАук не зависит от интенсивности движения в пре- _
делах 100—3000 авт./ч, а ее значения для использования в фор-
муле (2.26) следующие:
Число грузовых автомобилей в потоке,
% <25 25—50 50—85 85—100
Поправка ДДук, дБА, при уклоне 2О%о +2 +2 +3 +3
То же, 40%о - +2 4-3 +4 +5
Шероховатость дорожного покрытия определяет
шум только легковых автомобилей. Уровень звука пропорцио-
нален 301g v для всех покрытий; поэтому поправка ДАпок при
заданной шероховатости зависит от состава транспортного по-
тока. Для исследования величины ДЬпок при интенсивности дви-
жения 100—3000 авт./ч и составе транспортного .потока
вводили массивы АК, характеризующие шероховатость пок-
рытия.
В случае незначительного числа легковых автомобилей в
транспортном потоке и изменения шероховатости в широких пре-
делах (от мелкозернистого асфальтобетона до крупнозернистой
поверхностной обработки) эквивалентные уровни звука, опре-
деляемые шумом грузовых автомобилей, не увеличиваются. При
80—100% легковых автомобилей в потоке поправки составят
4 дБА.
Средние значения поправок для различной шероховатости
покрытия следующие:
Шероховатая поверхность обработки
Число легковых автомо-
билей в потоке, % .
Поправка ААлок, дБА .
10 10—30 30—55 55—75 75—90 90—100
О +0,5 +1 42 +3 +4
1 Ранее считалось, что поправка зависит только от продольного уклона.
43
Рис. 2.8. Зависимость изменения (по-
правка ,Л£рП) эквивалентного уровня
звука от ширины I разделительной
полосы:
600 -J-3000 — интенсивность движения по-
тока, авт./ч
Гладкий асфальтобетон
Число легковых автомобилей
в потоке, % . . . <15 15—45 45—65 65—90 90—100
Поправка Д£Пок, дБА . 0 +0,5 +1 +1,5 +2
Увеличение ширины разделительной полосы
приводит к снижению эквивалентного уровня звука независимо
ст характеристик транспортного потока и дорожных условий.
Для изучения этого вопроса при фиксированных значениях фак-
торов первой группы (см. выше) в ЭВМ вводили различные
расстояния до оси полосы движения; например, для четырехпо-
лосной проезжей части и ширины разделительной полосы 5 м
расстояния до осей полос движения составили 7,5; 11,25; 18,0 и
21,75 м.
Установлено, что при наличии на проезжей части раздели-
тельной полосы до 5 м эквивалентный уровень звука необходи-
мо уменьшать на 0,5 дБА, а при ширине более 5 м — на 1 дБА
(рнс. 2.8).
Исследованием влияния поверхностного покрова
прилегающей территории на эквивалентный уровень
звука (см. гл. 3) выявлено, что значение эквивалентного уровня
звука необходимо увеличивать на 1 дБА прн распространении
шума цад асфальтобетонными и другими отражающими шум
поверхностями и уменьшать при распространении над зеленым
газоном на 1 дБА, «ад снегом на 1,5 дБ А.
Влияние прилегающей к дороге застройки
на формирование эквивалентного уровня звука {5, 6, 9, 20, 21]
при расстоянии между красными линиями застройки 20—10 м
может достигать 4—6 дБА.
Для оценки точности прогнозирования эквивалентного уров-
ня звука в расчетной точке было проведено исследование соот-
ветствия прогнозируемых уровней звука измеренным в анало-
гичных условиях. Установлено, что если прогнозирование шума
на модели NOISE не превышает’ погрешность ± 1 дБА со сред-
ним квадратичным отклонением измеренных эквивалентных
уровней звука от прогнозируемых о — 0,3 дБА, то расхождение
между расчетами по формуле (2.24) и измеренными уровнями
будет составлять до ±2,5 дБА и о — 1,5 дБА. Такая точность
достаточна для проектирования пгумозащиты на стадии проект-
ного задания.
44
Глава 3
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ШУМА ОТ ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ
3.1. Изменение характеристик транспортного шума
с увеличением расстояния от дорог
Изучение закономерностей изменения уровней звука от оди-
ночного автомобиля позволило перейти к прогнозированию
распространения шума от транспортных потоков на автомо-
бильных дорогах. Методы расчета снижения шума от потока
автомобилей исходят из предположения, что любой источник
шума ограниченных размеров можно представить как точечный
для точки, расположенной иа значительном расстоянии.
Рассмотрим распространение шума от серии источников, об-
ладающих одинаковой звуковой мощностью (уровень звука
на расстоянии 7,5 м от осп полосы движения) и расположен-
ных на равных расстояниях друг от друга [34]. Расстояние до
любого i-ro источника (рис. 3.1):
(ib)\ (3.1)
где а — расстояние от оси полосы движения до точки расчета; b — расстоя-
ние между источниками шума.
Уровень звука в точке 0 определяется как суммарный уро-
вень звука от всех источников [см. формулу (2.9)].
Прн расстояниях до оси полосы движения менее Ь/л сни-
жение Д-с0 уровня звука будет пропорционально 201g а, при
больших расстояниях эта величина составит 101g а. Если для
точечного источника шума снижение уровня звука при увели-
чении расстояния составляет 6 дБА, а для линейного всего
3 дБА, то в данном случае имеет смысл в расчетах переходить
от точечного источника со сферической волной распространения
к линейному с цилиндрической волной. Аналогичную картину
можно видеть при выделении линейного источника шума огра-
ниченной длины, когда в силу вступает такой принцип — источ-
ник при больших расстояниях можно представить в качестве
точечного.
Изучив модель транспортного потока, состоящего из источ-
ников одинаковой звуковой мощности, Б. Г. Прутков [21] в ре-
зультате энергетического сложения уровней звука получил фор-
мулы для расчета снижения пикового уровня звука от беско-
нечного по длине участка:
при а 0,5#
\ I — <24 1g 6—30,2) (241g а — 20,3).
241g 6-27,5
(3.2)
45
ЫЛ tga.
Рнс. 3.1. Схема для определения сни-
жения пикового уровня звука при
увеличении расстояния а
Рис. 3.2. Расчетная схема для опре-
деления снижения уровня звука
при увеличении расстояния
при c>0,5Z>
= 151g а — 33,3. (3.3)
Эти формулы справедливы только при распространении пи-
кового уровня звука, когда источник шума расположен в точке
пересечения перпендикуляра, опущенного из точки расчета иа
ось полосы движения.
Рассмотрим особенности снижения характеристик транспорт-
ного шума, когда на одной полосе дороги движется транспорт-
ный поток с интенсивностью 100 авт./ч и средней скоростью
67,2 км/ч, а все автомобили имеют одинаковые уровни звука
До=80,1 дБ As
Интервалы между автомобилями
ICXXtoW = 1000-67.2:100 = 672 м. (3.4)
Аналогично схеме для расчета Аэкв (см. рис. 2.1) схема для
Ljo представлена на рнс. 3.2. Снижение уровня звука
Lio с увеличением расстояния будем рассчитывать, как и в слу-
чае распространения шума от одиночного автомобиля для рас-
стояний 7, 5, 15, 30, 60, 120, 240, 480 и 960 м. Расстояние 7,5 м
назовем для удобства модульным. Тогда, например, расстояние
120 м будет кратным 16 модулям. Снижение уровня звука Ll0
определим в виде разницы уровней звука в двух смежных точ-
ках.
Из результатов расчета (табл. 3.1) видно, что при увеличе-
нии расстояния от оси полосы движения с 7,5 м до 15 м рас-
стояние до ближайшего автомобиля увеличится с 304 до 305 м.
Поэтому снижение ДТ10 уровня звука весьма незначительно,
при дальнейшем увеличении расстояния уровень звука снижает-
ся быстрее и при увеличении расстояния с 480 до 960 м ДД10
достигает максимального значения, равного 2,99 дБА; источник
с точки зрения акустики становится линейным.
Для сопоставления с этими данными рассмотрим снижение
ДЛ90 уровня звука при заданных условиях движения (см.
46
Т а б л и ц a 3.1
Расстояние ДО ОСИ ПОЛОСЫ Z-sn. Л Б А ДД». 1БА л Б А дБ А
движения, м
7.5 15 30 60 120 66.89 66.31 64,57 60.94 55,97 0,58 1.74 3,63 4,97 5,15 4.61 3.03 50,46 50,45 50,42 50.32 49,93 0.01 0,03 0,10 0,39 1,24 2,84 2,99
240 50.32 48,69
480 960 46,21 43,18 45,85 42,84
табл. 3.1). Здесь до 30 м уровень звука снижается незначитель-
но, так как увеличение расстояния вдвое от полосы движения
не увеличивает расстояния до ближайшего автомобиля. Затем
до 480 м происходит интенсивное снижение уровня звука, а по-
сле 480 м можно считать, что заданный источник шума стал
линейным, так как все характеристики транспортного шума по-
стоянны в данной модели (Lj0 = L50 = L90) и снижение равно
3 дБА при увеличении расстояния вдвое.
Анализ простейшей модели позволяет сделать вывод, что
снижение уровня звука транспортного шума зависит от: вы-
бранной характеристики транспортного шума (LI0, Ь5о« £90,
ь99), расстояния от дороги до точки расчета, интенсивности
движения, длины участка дороги (открытого для точки расче-
та), характера поверхностного покрова, высоты расчетной точ-
ки над поверхностью.
При интенсивности движения 600 авт./ч на двухполосной
дороге при различных расстояниях до оси ближайшей полосы
движения (рис. 3.3) динамический диапазон изменения уровней
и средние квадратичные их отклонения следующие:
Расстояние
до оси по-
лосы дви-
жения, м
Динамиче-
ский диапа-
зон измене-
ния уровней
звука, дБА.
Среднее
квадратич-
ное откло-
нение уров-
ней звука,
дБА < .
7,5 15 30 60 120 240 480 960
35 32,5 25 25 20 22.5 15 15
6.13 5.23 4.31 3,56 2.94 2.53 2.22 2.16
47
т
щ
цз -
0,2
50 ОС 70 80LJM
Рнс. 3.3. Гистограммы
распределения частостей
т уровней’звука при ин-
тенсивности движения
600 авт./ч и расстояниях
I до осн ближайшей по-
лосы движения
С увеличением расстояния среднее квадратичное отклонение
значительно уменьшается, шум становится более стабильным, а
пики уровней звука не различимы. При расстоянии до оси 480 м
разница между £90 и £10 составляет всего 4,57 дБА. О характе-
ре изменения уровней транспортного шума при увеличении рас-
стояния до оси ближайшей полосы движения можно судить по
рис. 3.4. Характерная особенность — наличие точки, после кото-
рой снижение уровней звука постоянное для всех характери-
стик шума. Из определения линейного источника шума, от ко-
торого распространяется цилиндрическая волна, следует, что
источник шума, характеризуемый средним квадратичным от-
клонением уровня звука, равным нулю, есть источник со сни-
жением уровня звука на 3 дБА при удвоении расстояния до
оси движения. Чем выше интенсивность движения, тем транс-
портный поток имеет меньшую величину од; источник шума
становится более стационарным, динамический диапазон изме-
нения уровней звука уменьшается и по своим показателям ис-
точник звука приближается к линейному. При увеличении рас-
стояния до оси полосы движения любой транспортный поток
проходит точку перехода, когда изменение его характеристик
определяется не условиями распространения сферической вол-
ны, а условиями распространения шума от линейного источ-
ника.
Переход к цилиндрической волне объясняется как увеличе-
нием фронта сферической волны, так и взаимным влиянием
автомобилей на формирование уровня звука за счет энергети-
ческого сложения уровней.
При интенсивности движения 100 авт./ч источник становится
линейным на расстоянии 480 м, при 600 авт./ч — на 120 м и при
1200 авт./ч — на 60 м. А на расстояниях, превышающих эти,
уровни звука всех характеристик транспортного потока умень-
шаются на 3 дБ А с увеличением расстояния вдвое.
Представление о количественном снижении характеристик
транспортного шума можно получить из рис. 3.5 и табл. 3.2, по-
казывающей разницу уровней на расстояниях 7,5 и 960 м.
Исследованиями снижения характеристик транспортного шу-
ма занимались многие, однако комплексных данных (при уве-
личении расстояния} пока еще мало, а отдельные результаты
приведены в табл. 3.3, где представлены средине значения сни-
48
Рис. ЗА Зависимости уровней L зву-
ка от расстояния I до оси ближай-
шей полосы движения при интенсив-
ности 1200 авт./ч
Рис. 3.5. Зависимость снижения Д£&э
уровней звука от расстояния I до оси
ближайшей полосы движения при
интенсивности движения Л' = 10(Й>
1200 авт./ч
жени я уровней звука на. расстоянии от 7,5 до 100 м от оси по-
лосы движения. Наиболее полную картину снижения характе-
ристик шума приводит Р. М. Нельсои [36]. Однако все его ра-
боты относятся к однополосной проезжей части.
Теоретические исследования подтверждают, что эквивалент-
ный уровень звука независимо от интенсивности движения и
Таблица 3.2“
Снижение характеристик транспортного шума, дБ А
Интенсивность движения, авт.,ч Д L,.i л Lso Д L®o Д £-99
100 5,98 10,66 19,48 29,53
600 13.24 17,92 24.73 29,66
1200 16.16 20,01 25,01 29.33
Таблица 3.3-
Источник Интенсив- ность, авт 'ч Снижение характеристик транспортного- шума с увеличением расстояния в 2 раза. дБА
А£1о Д Lso А Бяо
Данные СССР (П. И. 100 0,02 0,16 1.7
Поспелов) 600 0,56 1,33 2.92
1200 1,44 1,89 3.27
Зарубежные данные [36] 200 0,1 0,1 4.7
500 — — 4.0
2000 2,3 4,3 4.7
То же, - [391 700—4000 2,4 3,4 4.4
49
функции распределения интервалов в транспортном потоке
уменьшается на 3 дБА при увеличении вдвое расстояния от
бесконечного участка автомобильной дороги.
Существует расхождение между теоретической зависимо-
стью снижения эквивалентного уровня звука и зависимостью,
полученной для двухполосной проезжей части. При расстоянии
до оси первой полосы движения 7,5 м (модуль 7,5 м) снижение
уровня звука на 15 м должно теоретически составить 3 дБА,
однако оно составляет всего лишь 2,48 дБА. Если для первой
полосы модуль расстояния от расчетной точки 7,5 м, то для
второй он равен 11,25 м и эквивалентный уровень звука для
нее должен снизиться на 3 дБА только на расстоянии 21,25 м
от оси первой полосы. При удалении на 120 м и более расхож-
дение между экспериментальной кривой снижения эквивалент-
ного уровня звука и теоретической достигает 3 дБА.
Для удобства и точного описания функции снижения экви-
валентного уровня звука с увеличением расстояния было введе-
но понятие эквивалентной полосы движения, которая может
рассматриваться как одна полоса, на которой сосредоточена вся
интенсивность движения. Тогда в качестве модуля -расстояния
можно использовать расстояние до эквивалентной полосы дви-
жения.
Задача о нахождении модуля расстояния для двухполосной
дороги до эквивалентной полосы движения была решена сле-
дующим образом:
вычислены размеры снижения эквивалентного уровня звука
при расстояниях от оси ближайшей полосы движения 15, 30,
60, 120, 240, 480 и 960 м и интенсивностях движения 100, 600
и 1200 авт./ч;
получено уравнение регрессии для описания снижения ха-
рактеристик транспортного шума с увеличением -расстояния:
AL=Alg(/?/7,5), (3.5)
где А — параметр, зависящий от интенсивности движения и характеристики
транспортного шума (табл. 3.4); R—расстояние до оси эквивалентной
полосы движения, м.
Для этого уравнения вычисляли среднее квадратичное от-
клонение вводимых в ЭВМ значений снижения эквивалентного
уровня звука;
Таблица 3.4
Интенсивность движения, авт./ч Параметр А в формуле (5.6)
Lio Lso ^экв
100 1.8 4,0 9.6 10,0
600 4.8 8,5 12.2 10,0
1200 5,6 9,1 12,5 10.6
30
1
1
-У У
Рис. 3.6. Схемы для определения расстояния до оси эквивалентной полосы
движения:
1 — ось эквивалентной полосы движения; 2 — то же, ближайшей полосы; 3 — точка
фиксации звука; 4—точка расчета
в ЭВМ вводили новое значение модуля расстояния для вы-
численных величин снижения эквивалентного уровня -звука.
Так, для модуля 10,5 м вводили расстояния до оси эквивалент-
ной полосы движения, равные 10,5, 18, 33, 63, 123, 483 и 963 м
(рис. 3.6), и вычисляли значения параметра А и среднее ква-
дратичное отклонение.
При решении задачи за модуль расстояния до оси эквива-
лентной полосы движения было принято расстояние, отвечаю-
щее минимальному значению среднего квадратичного отклоне-
ния (рис. 3.7).
В качестве модуля расстояния для двухполосной проезжей
части вводили следующие значения: 7,5; 8,0; 8,5; 9,0; 9,5;
10; 10,5; 11,0 м. Минимальное значение среднего квадратич-
ного отклонения эквивалентного уровня звука (см. рис. 3.7) на-
ходится в пределах 9—9,5 м и составляет 0,39 дБА. Остаточное
отклонение s возникает из-за вероятностного определения само-
го эквивалентного уровня звука, точности его вычисления в бло-
ке статистической обработки и т. д Для двухполосной проез-
жей части лучшее описание распространения эквивалентного
уровня звука соответствует значению модуля 9,2 м.
Анализ значений модулей расстояния свидетельствует о том,
что их можно принимать равными среднему геометрическому
Рис. 3'.7. Зависимость среднего ква-
дратичного отклонения о эквивалент-
ного уровня звука от расстояния I
расчетной точки до оси эквивалент-
ной полосы движения для двухпо-
лоской проезжей части
51
расстояний до оси каждой полосы движения. При двухполосной
проезжей части значение модуля
/?„ = //?,/?, = j/7,5-11,25 = 9,19 м. (3.6)
Таким образом, снижение'эквивалентного уровня звука при
увеличении расстояния от оси ближайшей полосы движения от
7,5 м до 100 м для двухполосной дороги
= 101g |(1004- RM —7,5).. Ям] - 10.6 дБА. (3.7)
Таб л и и а 3.5
д £экв» дБА> для Д°Р°ГИ Д£экв, дБА, для дороги
Расстояние дс оси ближайше полосы движе НИЯ, м двухполоспой 1 5 g шестиполос- ной S S g « 2 „ 5 3 g и g к дпухполосной 1 четырехполос- ной шестиполос- ной
25 50 75 100 ,150 200 300 400 500 4,7 7,5 9.2 10,4. 12,2 13,4 15,2 16,4 17.4 3,6/3,4 6,1/5,7 7,7/7,2 8,8/8,3 10.5/10,0 11,7/11,1 13,4/12,8 1-4,6/14,0 15.5/1'5.0 3.2/3,0 5,5/5,2 7,0/6,7 8,1/7,7 9,7/9,3 10,9/10,5 12,6/12,1 1.3,8/13,3 Г4.7/14.3 600 700 800 900 1000 1250 1500 1750 2000 18.2 18,8 19,4 19,9 .20,4 21,4 22,2 22,8 23,4 16,3/15,7 17,0/16,4 17,6/17,0 18,1/17,5 18,5/18,0 19,5/18,9 20,3/19,7 21,0/20,4 21,5/20,9 15,5/15,0 16.2/15,7 16,7/16,3 17,3/16,8 17,7/17,2 18,7/18,2 19,5/19,0 20,1/19,6 20,7/20,2
Примечание. В числителе приведены ЛСЭК8 при разделительной полосе ши-
Й?ииой 5 м, в знаменателе—12.5 м.
Т а б л и ц а 3.6
6 Расстояние до оси ближайшей полосы движения, м. для дороги Е < Расстояние до оси полосы движения, ближайшей , для дороги
4. к
i О 3 2 О 2 ХО 2 С Eg
* §ое = s г. Ь? о Я о
=t = > Е
2 13 15/17 17/19 14 229 350/400 422/475
3 ’16 21/24 24/27 15 289 442/506 534/601
4 21 28/32 33/37 16 365 560/540 675/760
5 27 38/43 44/49 17 459 •705/808 852/955
6 34 49/56 /58/65 18 579 890/1020 1075/1212
7 44 64/73 76/65 19 729 1121/1286 1356/1529
8 56 82/94 98/110 20 918 1410/1621 1710/1928
9 71 106/120 127/142 21 1156 1781/2043 2155/ —
10 90 135/154 162/182 22 1465 2240/ —
11 114 172/196 207/232 23 1833
12 144 218/246 263/295 24 2300
13 182 276/316 333/375
Примечание. В числителе приведено расстояние при разделительной полосе
шириной 5 м. в знаменателе — 12,5 м.
252
Обычно при проектировании автомобильных дорог решают
два вида задач: 1) определяют расстояние до объекта, защища-
емого от шума, если известен эквивалентный уровень звука на
расстоянии 7,5 м от оси большей полосы движения, и допусти-
мый уровень звука в застройке; 2) зная расстояние от оси бли-
жайшей полосы движения до объекта, определяют снижение
эквивалентного уровня звука. Для удобства решения этих за-
дач результаты расчетов представлены в виде табл. 3.5, 3.6.
3.2. Влияние акустической шероховатости поверхностного
покрова и длины участка дороги на транспортный шум
Исследование поглощения шума одиночного автомобиля и
распространения эквивалентного уровня звука от транспортно-
го потока позволили на ЭВМ по результатам имитационного
моделирования установить совместное влияние этих факторов.
В расчетах распространения транспортного шума необходи-
мо учитывать длин)' участка автомобильной дороги, открытого
для точки расчета; при увеличении расстояния от автомобиль-
ной дороги н уменьшении длины участка транспортный поток
можно представить как точечный источник шума. При исследо-
вании фактора снижения транспортного -шума переменной вели-
чиной в каждой серии расчетов служила длина I участка, при-
нятая в качестве эталонной, равная 2 км. Снижение транспорт-
ного шума за счет уменьшения длины участка принимали:
AL, L2 L,, (3.8)
где L-2 — уровень звука характеристики транспортного шума при длине
участка автомобильной дороги, открытого для точки расчета, равной
2 км; Lt — то же, при произвольной длине ? — участка автомобильной
дороги.
Уменьшение длины участка автомобильной дороги, с кото-
рого доносится шум, по-разному сказывается иа снижении ха-
рактеристик транспортного шума. Так, при интенсивности дви-
жения 1200 авт./ч н расстоянии до полосы движения, равном
480 м, наибольшее изменение при переходе от 2000 м до 200 м
происходит с шумовым фоном (рис. 3.8,а). Если при уменьше-
нии I до 1000 м снижение ДА10 составило 2,21 дБА, то на следу-
ющие 800 м— 10,14 дБА. Максимальное уменьшение ДЕ99 уров-
ня достигает 5,02 дБА. При данной интенсивности движения
иа участке дороги постоянно находится хотя бы один автомо-
биль, так как средний интервал между автомобилями в по-
токе составляет 50 м. При меньшнх интенсивностях движе-
ния, когда участок автомобильной дороги свободен от ав-
томобилей, уровню звука присваивалось в модели значение шу-
мового фона, т. е. 33,75 дБА. Это обеспечивало непрерывность
изменения функции распределения уровней звука во времени.
63
zz; -<—
2000ШИБО01400 f200 WOO BOO SOO 4001,>
.Рис. 3.8. Номограммы для расчета снижения уровней звука:
а — Д L в зависимости от длины I участка дороги при расстоянии до оси ближайшей
полосы, равном 480 м, и интенсивности движения 1200 авт./ч; б — Тэкв в зависимости
от длины I участка дороги при расстоянии до оси ближайшей полосы движения, рав-
ном 30—960 м
Дальнейшие исследования позволили установить, что:
снижение эквивалентного уровня звука не зависит от интен-
сивности движения, но при различной длине участка автомо-
бильной дороги зависит от расстояния до оси ближайшей по-
лосы движения (рис. 3.8, б);
при расстоянии точки расчета шума от ближайшей полосы
движения менее 30 м и длине участка дороги более 200 м его
длина не оказывает влияния на формирование транспортного
шума.
Номограмма (см. рис. 3.8) построена для Кп = 1,0; при из-
менении акустической шероховатости поверхностного покрова
значения Д£экв необходимо умножить на коэффициент погло-
щения шума поверхностным покровом. Наибольшее снижение
эквивалентного уровня звука, равное 8,7 дБА, наблюдается на
расстоянии 960 м от оси ближайшей полосы движения и длине
участка дороги 200 м.
Снижение эквивалентного уровня звука за счет геометри-
ческого распространения шума, поглощения шума поверхност-
ным покровом и длины участка дороги, открытого для точки
расчета, позволяет рекомендовать формулу
A L, = 10Я„ 1g (/?;/?„) - Д L„ (3.9)
где АД — снижение эквивалентного уровня звука за счет уменьшения дли-
ны участка автомобильной дороги, открытого для точки расчета шума
(см. рис. 3.8. б), дБА.
54
Глава 4
СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО ШУМА В ЖИЛОЙ
ЗАСТРОЙКЕ, ПРИЛЕГАЮЩЕЙ К ДОРОГЕ
4.1. Основные направления снижения шума
Транспортный .шум — результат взаимодействия транспорт-
ных потоков и автомобильной дороги.
В связи с этим мероприятия по обеспечению акустического
комфорта в районах жнлой застройки разрабатывают в трех
направлениях: снижение шума в его источнике, на пути его
распространения от источника к жилой застройке и в жилой
застройке.
Наиболее эффективно с н и ж ен н е шума в его источ-
нике, т. е. снижение шума автомобилей. Однако высокие тем-
пы автомобилизации привели к тому, что уже сейчас источни-
ком шума становится сама автомобильная дорога, а не отдель-
ные автомобили. И потому шум надо связывать с расчетным
уровнем звука на дорогах. Снижению шума, производимого ав-
томобильными дорогами, будет способствовать использование
средств организации движения, таких, как: снижение скоростей
движения автомобилей на участках автомобильных дорог,
проходящих в районе населенных пунктов, уменьшение задер-
жек на пересечениях и их рациональное расположение; разде-
ление потоков автомобилей по параллельным маршрутам до-
рожной сети для сокращения интенсивности движения; обеспе-
чение постоянной скорости движения автомобилей по дороге без
переключения передач и остановок с последующим разгоном;
строительство дорожных покрытий, при проезде по которым ав-
томобилей шум возникает минимальный; проектирование до-
рожных условий в районах жилой застройки для обеспечения
минимальных уровней звука от отдельных автомобилей.
Снижение шума на пути его распростране-
ния от источника к жилой застройке предполагает рациональ-
ные проектирование плана автомобильной дороги, поперечных
профилей и использование полосы отвода.
В этом случае при невозможности обеспечения буферной зо-
ны от автомобильных дорог до застройки, учитывая требования
санитарных норм [14], можно выделить следующие варианты
снижения транспортного шума (рис. 4.1, а—к):
а — шумозащитный барьер на полосе отвода автомобильной
дороги;
б — сочетание шумозащитного барьера на полосе отвода и
барьера, расположенного на разделительной полосе (при малой
ширине разделительной полосы он совмещается с огражде-
ниями) ;
55
Рис. 4.1. Схемы защиты жилой
застройки от транспортного шума
на дороге
в — подпорная стенка со стороны, расположенной близко к
застройке;
г —зеленые насаждения в пределах буферной зоны;
д — защитные грунтовые валы;
е—-дорога в выемке в пределах населенных пунктов;
ж—-дорога на эстакаде с устройством на разделительной
полосе и по краям шумозащитных барьеров из прозрачного пла-
стика. Пространство под эстакадой может быть использовано
для стоянки автомобилей. Для лучшей защиты можно возвести
невысокий грунтовой вал;
з — галерея с естественным освещением;
и — открытая в противоположную от застройки зон)' гале-
рея с использованием пространства над галереей для стоянки
автомобилей н дополнительной защиты от шума зелеными на-
саждениями;
к—-тоннель с полной изоляцией от транспортного шума и
использованием пространства над тоннелем для местного дви-
жения.
Варианты по рис. 4.1, ж, з,и,к наиболее пригодны для глу-
боких вводов автомобильных дорог в города ц городских ско-
ростных магистралей.
Снижение шума в жилой застройке находит
широкое применение в градостроительстве, в существующей жи-
лой застройке, расположенной в зонах дискомфорта. Основные
решения —- улучшение звукоизоляции оконных проемов и пере-
56
городок, переход на механическую вентиляцию. При двойном
оконном переплете с толщиной стекол 6—8 мм и воздушным
промежутком между стеклами 20—25 см с глухим остеклением
эффективность снижения уровней звука может достигать
48 дБА [5]. Но, поскольку все нормативы требуют обязатель-
ного соблюдения акустического комфорта при открытой фор-
точке, когда снижение уровней звука наружными ограждения-
ми с оконными проемами составляет всего лишь 10 дБА, то для
перехода от прогнозируемых уровней звука снаружи жилой за-
стройки к расчетным уровням звука внутри помещения необхо-
димо это учесть.
При проектировании автомобильных дорог нужно обеспечи-
вать акустический комфорт на территориях, непосредственно
прилегающих к жилым домам и в первой линии застройки. Не-
зависимо' от размера превышения уровня звука над допустимым
в первую очередь нужно рассмотреть вопрос об увеличении
расстояния до застройки, кроме того, для снижения уровня
звука на 15 дБА можно использовать специальные шумоза-
щитные сооружения, а до 5 дБА — шумозащитные зеленые на-
саждения и изменить отдельные геометрические элементы до-
роги.
Акустическую оценку проектируемых автомобильных дорог
и выбор наиболее эффективных мероприятий по защите жилой
застройки необходимо проводить на основании специального ли-
нейного графика изменения эквивалентного уровня звука
(рис. 4.2), Такой график составляют по данным прогноза ин-
тенсивности движения и состава транспортных потоков, попе-
речных профилей на разных участках дороги, продольных
уклонов, планы трассы, о типе дорожного покрытия и
характере прилегающей территории с учетом перспективы ее
развития.
Построение графика и сопоставление эквивалентного уровня
звука с допустимым нужно проводить следующим образом:
1) иа линейном графике дороги выделить участки изменения
«скоростей движения и зоны их влияния; 2) вычислить среднюю
«скорость движения транспортного потока в пределах выделен-
ных участков, пользуясь «Методическими рекомендациями по
оценке пропускной способности автомобильных дорог» [8];
3) для данных о дорожных условиях, интенсивности движения,
составе и скорости транспортного потока, типе дорожного по-
крытия определить расчетный эквивалентный уровень звука на
расстоянии 7,5 м от оси полосы движения ближайшей к за-
стройке; 4) определить уровень звука в застройке, учитывая
характер распространения транспортного шума; 5) построить
.линейный график изменения эквивалентного уровня звука;
•б) выделить участки с эквивалентными уровнями звука, превы-
шающими допустимый уровень и разработать мероприятия по
«его снижению.
57
Линейный график изменения эквивалентного уровня звука
дает возможность: выявить динамику изменения уровня звука
вдоль автомобильной дороги; установить возможность снижения
уровня звука путем изменения отдельных геометрических эле’
ментов дороги; разработать наиболее эффективные меры по За-
щите окружающей территории от транспортного шума.
Эквивалентный уровень
звука на территории,
прилегающей к жилой
застройке, дбД
Эквивалентный уровень звука, дбЯ % О1 69 Чз | Q‘9S 57,5 75,0
Средняя скорость движе- ния транспортного потока, км/ч 57,0 ИЯ 55,5 17,5 S‘£9
Интенсивность движения, авт./и, и число легковых автомобилей
Продольные уклоны, °/оо 0 0
1000 900
Тип дорожного покрытия Цементо- бетон Мелкозерни стый асфальтобетон Шероховатая обработка
Прямые и кривые 1—1
100м
Расстояние до застройки, м 15 50 Z00
План дороги
Ииламетры 90 91 4Z
Рис. 4.2. Линейный график изменения эквивалентного уровня звука в рай-
оне жилой застройки вдоль автомобильной дороги (пример)
58
4.2. Снижение транспортного шума в жилой застройке
Перспектив)' снижения шума в источнике на автомобильных
дорогах связывают со снижением внешнего шума отдельных
автомобилей путем конструктивных мероприятий. Особое вни-
мание уделяют шуму грузовых автомобилей, так как для легко-
вых, шум которых определяется взаимодействием шины с до-
рожными покрытиями, заметного снижения шума добиться
сложно. Шум грузовых автомобилей снижают путем совершен-
ствования системы «двигатель — глушитель», являющейся ис-
точником 90% акустической мощности автомобиля. Расценивая
перспективы в США [27], пришли к выводу, что при снижении
уровней звука до 80 дБА* на расстоянии 15 м от оси движения
стоимость одного грузового автомобиля увеличится на 400—
700 долл., а до 75 дБА— на 1400—2200 долл. В настоящее вре-
мя технически осуществим грузовой автомобиль с уровнем зву-
ка 72 дБА.
Пути снижения шума для условий эксплуатации необходимо
искать, обеспечивая снижение среднего квадратичного отклоне-
ния уровней звука автомобилей (см. рис. 1.3) при движении в
реальных условиях, добиваясь уменьшения максимальных уров-
ней звука в кривой распределения их при движении в одном
интервале скоростей. Одна из причин относительно малого вли-
яния снижения шума от отдельных автомобилей связана с их
ролью в составе транспортного потока и в формировании тран-
спортного шума, которая была исследована по модели форми-
рования шума. Для ввода исходных данных были приняты сле-
дующие предпосылки: пиковые уровни звука легковых автомо-
билей остаются неизменными, а пиковые уровни звука грузо-
вых (независимо от модели) за счет совершенствования конст-
рукции уменьшились на 5 дБА. Изменение эквивалентного уров-
ня звука за счет снижения пиковых уровней
д L, = Лр — Лрг, (4.1)
где Др — расчетный эквивалентный уровень звука транспортного потока при
существующих условиях, дБА; £рг — то же, при снижении пиковых уров-
ней звука грузовых автомобилей на 5 дБА.
Установлено, что при любой интенсивности движения авто-
мобилей изменение состава транспортного потока приводит к
изменению эквивалентного уровня звука на постоянное значе-
ние:
Число грузовых
автомобилей в
потоке, % . Ю 20 30 40 50 60 70 80 9 0
Снижение эквива-
лентного уровня
звука А Аг, дБ А 0,2 0,4 0.6 0,8 1,1 1,4 1,7 2,3 3,2
* Из расчета 86 дБА на расстоянии 7,5 м
59
Таблица 4.1
Уровни звука, дБА,' при ускорении. м/с2
Скорость движения
автомобиля, км ч 0 1 2
20 62 64 68
40 66 68 71
60 66—68 67—70 72
90 73 73 —
При перспективном составе транспортных потоков на рас-
четный период, равном 60% легковых автомобилей, снижение
эквивалентного уровня звука от снижения шумности грузовых
автомобилей составит всего 1,4 дБА. Увеличение эквивалентных
уровней звука только за счет роста интенсивности, скорости
движения и мощности двигателей составило за последние
10 лет 10—12 дБА [6].
Анализ тенденции снижения уровней звука отдельных авто-
мобилей пока не дает оснований ожидать уменьшения в бли-
жайшие 10 лет расчетных характеристик транспортного шума.
Только массовый выпуск менее шумных автомобилей должен
привести к пересмотру программ снижения шума на автомо-
бильных дорогах.
Влняине повышения скорости движения автомобилей на из-
менение пиковых уровней звука еще недостаточно хорошо изу-
чено. Из табл. 4.1 зарубежных данных [22] видно, что большое
изменение уровня звука легкового автомобиля происходит толь-
ко при разгоне, начиная с малой скорости, когда уровни звука
невелики; при увеличении скорости движения разница стано-
вится незначительной. Поэтому на магистральных дорогах нуж-
но считать рациональным строительство пересечений автомо-
бильных дорог в разных уровнях, переходно-скоростных полос
для уменьшения ускорений разгона.
Кардинальной мерой борьбы с шумом в -источнике нередко
считают строительство обходов городов н крупных населенных
пунктов. Однако эта мера эффективна только при отсутствии
внешнего транзитного движения по дороге в пределах города.
Анализируя влияние снижения интенсивности движения на рас-
четные значения эквивалентных уровней звука (см. рис. 2.6),.
можно видеть, что при интенсивности движения 400 авт./ч для
снижения расчетного уровня звука на 3 дБА (что приведет к
сокращению буферной зоны вдвое) необходимо перебросить на
обход города интенсивность движения 210 авт./ч, оставив
190 авт./ч внутригородскому движению. При интенсивности дви-
жения на подходе к городу 2000 авт./ч обход должен принять
при тех же условиях 1200 авт./ч, т. е. 60% общей интенсивно-
сти движения. Эффективность строительства обхода в крупных
60
городах только с позиций транспортного шума' невелика,
так как интенсивность движения на пригородных участках в ос-
новном определяет внешний городской транзит, а на участках
дорог вблизи городов она в 2—5 раз выше, чем на перегонах.
Соотношение между внутригородским движением и внешним
транзитным, которое может увеличить расчетный эквивалент-
ный уровень звука на 1 дБА на городских магистралях, харак-
теризуется следующими данными для потоков одного состава:
Интенсивность внутригород-
ского движения, авт./ч . . 50 100 200 400 600 800 1000 2000
Допустимая интенсивность
транзитного движения,
-авт./ч ..................... 20 50 100 150 170 300 400 1000
При интенсивности внутригородского движения 2000 авт./ч
прохождение через город магистрали с интенсивностью движе-
ния 1000 авт./ч не приведет к значительному ухудшению аку-
стического комфорта. В случае повышения процента грузового
транзитного движения в потоке увеличение эквивалентного
уровня звука будет более заметным. Рассматривая эффектив-
ность постройки обхода города, необходимо комплексно учиты-
вать преимущества — увеличение скорости перевозок, уменьше-
ние дорожно-транспортных происшествий, улучшение условий
труда и отдыха населения при снижении транспортного шума.
4.3. Методика расчета буферных зон
Автомобильные дороги I—III категорий прокладывают в об-
ход населенных пунктов [16]. Расстояние от бровки земляного
полотна до линии застроек принимают с учетом их генеральных
планов, но не менее 200 м. В отдельных случаях для проложе-
ния дорог I—III категорий через населенные пункты выбира-
ют улицы, наименее загруженные местным движением, а также
не имеющие большого развития подземных коммуникаций. От-
сутствие в этих рекомендациях СНнПа требований контроля
шума приводит к значительному превышению уровней звука в
жилой застройке. Эквивалентный уровень звука на территории,
прилегающей к жилой застройке в 2 м от ее фасада
^экв — ^R ^бар» \4.2)
где £р — эквивалентный уровень звука от транспортного потока на расстоя-
нии 7,5 м от оси ближайшей полосы движения, дБА; ALj?— снижение
эквивалентного уровня звука при увеличении расстояния до застройки
(см. табл. 3.5); ДЬзел—снижение эквивалетного уровня звука, обуслов-
ленное наличием шумозащитиых зеленых насаждений на пути распрост-
ранения транспортного шума: ALoap— то же, шумозащитными сооруже-
ниями.
61
Санитарные нормы [14] и СНиП П-12—77 1[17] определяют
допустимые эквивалентные уровни звука в условиях движения-
транспортного потока в час пик. Для наиболее распространен-
ного (типового) случая защиты территорий, 'непосредственно
прилегающих к жилым домам (в 2 м от ограждающих конст-
рукций), площадок отдыха микрорайонов н групп жилых до-
мов, площадок детских дошкольных учреждений и участков
школ допустымый эквивалентный уровень звука ЬДоп=45 дБА.
К уровню вносят поправки днем с 7 до 23 ч, т. е. в период пи-
ка интенсивности—10 дБА (см. п. 1Д); в ночное время интен-
сивность, как правило, незначительна. Таким образом, наиболее
типичен для дорог допустимый эквивалентный уровень звука-
55 дБА.
Для автомобильных дорог, находящихся в эксплуатации^
расчетную часовую интенсивность движения при разработке ме-
роприятий по снижению транспортного шума необходимо опре-
делять на основании данных учета движения, проводимого до-
рожно-эксплуатационной службой в часы пик. В качестве рас-
четной рекомендуется максимальная часовая интенсивность
движения на пятый год после постройки защиты прилегающей
застройки от транспортного шума [8]:
д = 0,076А, (4.3>
где п — расчетная интенсивность движения, авт./ч; 7V — то же, среднегодо-
вая суточная в двух направлениях, авт./сут
Расчетную часовую интенсивность движения для проектиру-
емых автомобильных дорог рекомендуется принимать в соот-
ветствии с технико-экономическим обоснованием по формуле
(4.3) на 20-й год, считая начальным год завершения строи-
тельства автомобильной дороги.
Расчетными условиями для определения рекомендуемых
средних значений минимальных расстояний до застройки с уче-
том интенсивности движения нужно принимать: транспортный
поток при 60% легковых автомобилей [1], открытый для точки
расчета участок дороги, длиной 2 км; коэффициент снижения
шума поверхностным покровом Кп = 1,0.
Для этих средних условий минимальные расстояния до
жилого дома или участка для отдыха на территории микро-
района, обеспечивающие акустический комфорт, зависят от ин-
тенсивности движения:
Интенсивность движе-
ния, авт./ч........ 50 100 200 400 600 800 1000 1500 2000
Минимальное расстоя-
ние до застройки по
Санитарным нормам
[14J, м............ 90 170 320 580 800 1050 1300 1800 2100
То же, по СНиП 11-12—
77 [17}............ — 15 30 55 80 100 120 180 230
62
Независимо от категории дороги н числа полос движения
для рассмотренных средних условий размеры буферной зоны
будут постоянными.
При проектировании автомобильной дороги необходимые раз-
меры минимальных буферных зон должны определяться на
основании технико-экоиомических расчетов. Несмотря на то, что
минимальное расстояние до застройки по расчетам достигает
2100 м при интенсивности движения 2000 авт./ч, оптимальное
значение буферной зоны для дорог I технической категории не
должно превышать 500 м. Обеспечить минимальное расстояние
до застройки возможно лишь функциональным зонированием
придорожных территорий с учетом допустимых уровней звука
для зданий различного назначения.
При проложении трассы автомобильных дорог для обеспе-
чения акустического комфорта и как следствие этого уменьше-
ния минимального необходимого расстояния до застройки необ-
ходимо использовать элементы рельефа в качестве естественных
преград на пути распространения шума. С этой целью автомо-
бильные дороги вблизи населенных пунктов целесообразно
трассировать по возможности в естественных выемках, по дну
оврагов и ложбин и т. п.
4.4. Шумозащитные сооружения
Шум от движущегося по дороге автомобиля будет распро-
страняться прн наличии шумозашитного сооружения по четы-
рем качественно различным направлениям (рис. 4.3): по пря-
мому I к точке, из которой источник шума виден через верх
шумозащитного сооружения; по направлению II к точке наблю-
дения (путь дифракции) через край этого сооружения в зону
акустической тени; в зону тени III, проникая непосредственно
Рис. 4.3. Схема распространения шума:
1 — автомобиль; 2—шумозащитное сооружение; 3 — граница звуковой тени; 4—~
эетхчета
через сооружение; по направлению IV после отражения от по-
верхиости сооружения.
При проектировании шумозащиты. определяющий фактор —
это шум за счет дифракции звуковых волн.
Поскольку распространение шума через сооружение приво-
дит к снижению эффективности шумозащиты за счет дифракции,
необходимо предусматривать меры, направленные на увеличе-
ние потерь при передаче звуковой энергии через сооружение.
Параметр, определяющий звукоизоляционные качества соору-
жения, коэффициент звукопроницаемости [9]
/’пр ( Рпр 1
А,ад \ Риад /
(4.4)
где Рпр, рпад — Прошедшая и
р'пад — звукоьые давления
Вт/м2.
падающая звуковые мощности, Вт; р'пР,
в прошедшей и падающей звуковых волнах.
Изоляция сооружения от передаваемого шума зависит от
его массы на единицу поверхности, жесткости и размеров кон-
.струкции. Для практических целей расчета шумозащиты доста-
точно, чтобы уровни звука, передаваемые через сооружение,
были иа 3—6 дБА меньше уровней, создаваемых шумом, попа-
дающим в зону акустической тени по пути дифракции. Требуе-
мое условие звукоизоляции достигается увеличением массы со-
оружения в зависимости от требуемого снижения уровней зву-
ка [27]:
5 10 12 14 16 18 20 22 24
14,5 17 17 17 19,5 22 24,5 32 30
Размер снижения уровня зву-
ка (по расчету), дБА . . .
Минимальная масса сооруже-
ния, кг/м2 . ...
Рис. 4.4. График для расчета сни-
жения Д£ уровня звукового дав-
ления шумозащитным сооруже-
нием
64
Точное описание дифракци-
онного поля за тонкой полубес-
конечной плоскостью впервые
получено в 1896 г. для плоской
волны и в 1899 г. для сфери-
ческой, а окончательная фор-
мула и ее упрощенное выраже-
ние были опубликованы в
1915 г. [5, 35]. На основе этих
данных был разработан в
1940 г. [5] практический метод
расчета снижения уровня зву-
кового давления при дифрак-
ции сферической волны. Для
определения снижения уровня
звукового давления от точечно-
го источника, расположенного в плоскости, перпендикулярной к
плоскости шумозащитного сооружения, предложен график (рис.
4.4), в соответствии с которым эффективность шумозащиты оп-
ределяется эффективной высотой шумозащитного сооружения,
поделенной на длину волны источника шума, т. е. йэффА, и уг-
лом 0 звуковой тени (см. рис. 4.3).. После построения попереч-
ного профиля ^эфф и 0 можно легко измерить [5, 6, 9, 12]. Метод
нашел широкое распространение ввиду его простоты.
Особое место занимает зависимость снижения уровня звуко-
вого давления в зоне акустической тени, выведенная на основе
многочисленных лабораторных исследований акустических мо-
делей шумозащитных сооружений и анализа теоретических ре-
шений [32]. Она позволяет оценить снижение уровня звукового
давления при различных значениях чисел Френеля;
'А = 2&г, (4.5)
где б = а 4- b— с—разница в длине отрезка, соединяющего источник шума,
вершину сооружения и точку расчета, а также отрезка между источни-
ками шума н точкой расчета, м; Л — длина волны источника шума, м.
Один из наиболее сложных вопросов расчета снижения шу-
ма придорожными сооружениями — переход от точечного источ-
ника шума, расположенного в плоскости, перпендикулярной к
поверхности шумозащитного сооружения, к любой произвольной
плоскости расположения источника шума. Такой переход позво-
ляет не только определять снижение пиковых уровней звуково-
го давления за счет краевой дифракции, но и в дальнейшем пе-
рейти к расчету снижения всех характеристик транспортного
шума.
На основании упрощенной зависимости точного решения
геометрической теории дифракции получено [30, 34] уравнение,
описывающее снижение уровня звукового давления:
Д£ = 5 -ь 201g
(2яЛр1/2
ianh (2 ^Л01/2
(4.6)
Таким образом был сделан вывод о практической целесооб-
разности применения метода [29] для расчета снижения уровня
звукового давления от точечного источника (сферическая волна)
для любого сечения.
Недостаток всех предложенных методов — они описывают
снижение уровней звукового давления (в децибелах), а не уров-
ней звука, в то время как нормируемыми параметрами колеб-
лющегося во времени шума в расчетных точках следует считать
эквивалентные уровни звука (в децибелах-А) [17]. Здесь воз-
можны два направления в решении вопроса описания снижения
уровней звука.
Первое направление состоит в определении расчетной волны
(частоты) шума транспортных потоков, описанне снижения
65
Рис. 4.5. Зависимость снижения ДЛ
уровней звука шумозащитиыми со-
оружениями от величины 6 = а +
4-6 — с [см. формулу (4.8)]
уровней звукового давления
которого соответствовало бы
-реальному снижению уров-
ней звука. Поскольку фор-
ма спектра шума транспор-
тных потоков не зависит от
его характеристик [20], то
определить длину -волны
для этой цели несложно.
Рекомендуемые расчетные
длины волн -различаются
более чем в 4 раза, а по-
скольку шумозащитные
свойства сооружений опре-
деляются отношением ДэффД, то при расчетах необходимая вы-
сота шумозащитного сооружения также будет отличаться бо-
лее чем в 4 раза.
Второе направление представляется более перспективным и
получает все большее признание. Смысл его заключается в
представлении расчетной функции не для уровней звукового
давления, а для уровней звука. Поскольку снижение уровней
звукового давления зависит от числа Френеля N = 26/Х, то в
качестве параметра, характеризующего снижение уровня шу-
мозащитным сооружением, была использована величина 6 [37].
Анализируя изменение спектров октавных частот для пиков
шума отдельных автомобилей, получили зависимость снижения
пикового уровня звука автомобилей от величины 6 (рис. 4.5).
Эту зависимость (сферическая волна) можно принимать не
только для плоскости, перпендикулярной к поверхности шумо-
защитного сооружения, но и для других.
Для автомобилей; движущихся в транспортном потоке в сво-
бодном состоянии, были проведены измерения [37] методом «до
и после»: на участке до строительства экспериментального шу-
мозащитного сооружения, затем после строительства. При этом
снижение уровней звука сооружениями
Д Lf, — LK — Д Lr — Lp,
(4.7)
где Lt, — пиковый уровень звука контрольного автомобиля на расстоянии
7,5 м от оси полосы движения; ДЛв — снижение уровня звука при уве-
личении расстояния до точки измерения, расположенной иа расстоянии
R от оси движения [Z,K=20Knlg(/?/7,5)]; £Р— пиковый уровень звука
контрольного автомобиля в точке измерения.
На основании натурных измерений [37] получено снижение
уровней звука
ДДб = 18,2 4-2,81g(а4-Ь — с + 0,02). (4.8)
Отклонение результатов вычислений по формуле (4.8) от
данных, получаемых по графику, не превышает 0,1 дБА. По-
66
скольку во всех методах расчета снижения шума шумозащит-
ными сооружениями реальные источники шума заменяют иде-
альными (точечными), то, следовательно, снижение шума и
точность оценки этого снижения будут определяться высотой
расположения идеального источника над уровнем проезжей ча-
сти.
Принимать для легковых автомобилей расположение источ-
ника шума на уровне проезжей части нерационально. Он будет
распространяться и от двигателя и от выхлопной трубы. Поэто-
му, чтобы обеспечить некоторый запас в расчетах, высота ис-
точника шума над уровнем проезжей части для легковых авто-
мобилей принята равной 0,4 м, для грузовых— 1,0 м.
Особенность проектирования шумозащит-
ных сооружений в условиях автомобильных дорог в отли-
чие от градостроительных заключается в выборе расчетной точ-
ки, для которой необходимо выполнить расчеты по обеспечению
акустического комфорта во всей прилегающей застройке. Реше-
ние этой задачи методами построения кривых одинаковых уров-
ней звука за шумозащитными сооружениями крайне затрудни-
тельно; только для одиночного автомобиля их эффективность
определяется: 1) высотой сооружения и точки расчета шума;
2) расстоянием сооружения от оси полосы движения и точки
расчета.
Рассмотрение элементарной модели приводит к заключению,
что характеристики транспортного шума Лю и Л90 уменьшаются
на разные значения, которые определяются средним квадратич-
ным отклонением уровней звука транспортного шума (в основ-
ном интенсивностью движения) и величиной б.
Кроме факторов, определяющих снижение шума одиночных
автомобилей, при переходе к транспортным потокам перемен-
ными факторами служат: интенсивность движения, количество
полос движения, длина шумозащитного сооружения и располо-
жение точки расчета в плане относительно сооружения. Про-
стота расчета снижения уровня звука одиночного автомобиля
позволила перейти к моделированию снижения шума шумоза-
щитными сооружениями от транспортных потоков в модели
NOISE.
В модель вводят следующие характеристики автомобилей и
шумозащитных сооружений (на примере барьера):
НА — высота источника шума над уровнем проезжей части
для легкового автомобиля, равная 0,4 м, для грузового — 1 м;
HN — высота точки расчета шума над уровнем проезжей ча-
сти, м;
НВ — высота шумозащитного барьера над уровнем проезжей
части, м;
GO — длина шумозащитного барьера, м;
G2 — расстояние от левого конца барьера до перпендикуля-
-- ра, опущенного на его ось из точки расчета (рис. 4.6), м;
67
Т)2— расстояние от оси ближайшей полосы движения до оси
•шумозащитного барьера, м.
При расчетах ,шумозащнтной эффективности
барьера конечной длины возникает необходимость опреде-
лить, .находится лн автомобиль в зоне действия этого сооруже-
ния, и постоянно хранить информацию о расположении автомо-
биля. Задача о вычислении снижения уровней звука автомоби-
ля на примере ближайшей полосы движения при расположении
точки расчета в середине участка автомобильной дороги реша-
ется в такой последовательности:
1. На ЭВМ вычисляется зона действия барьера на полосе
движения (см. рис. 4.6):
AZ1 =
Rl— D2
71 — <GP —G2) Rl
“ Rl - D2
(4.9)
(4.10)
2. i-й автомобиль будет в зоне действия барьера, если прой-
денный им путь St находится в интервале (рис. 4.7)
(S/2 - AZ1)< St < (S/2 + Z1). (4,11)
3. Данному автомобилю присваивается высота источника шу-
ма над уровнем проезжей части, что удобно делать через пара-
метр К внешнего шума:
если К < 24, то НА = 0,4;
если К>.24, то НА = 1,0.
4. Определяются геометрические размеры пути дифракции
/-го автомобиля, движущегося за барьером:
Рис. 4.6. Схема шумозащитного ба-
рьера в модели NOISE:
J — шумозащитное сооружение; 2 — точ-
ка расчета
1!+(D2)2 + (HB —НА)2;
Рис. 4.7. Схема к расчету снижения
уровня звука:
J — источник шума; 2 — шумозащитное
сооружение; 3 — точка расчета; а. Ь, с —
расстояния
68
b - j/"( tS/2-^(Ri-p2jy + (R] _ D2)2 + (HB _ HN)2.
с = У(S’2 — SJ2 + R12 + (HN - HA)2 . (4.12>
5. Вычисляется снижение уровня звука i-ro автомобиля:
= 18,2 4-2,8 lg (« + & — <?+0,02). (4.13>
6. От пикового уровня звука автомобиля в точке О вычи-
тается дополнительное снижение уровня звука барьером.
Затем вычисление идет обычным ‘порядком: рассчитываются
уровни звука от всех автомобилей, расположенных на участке
автомобильной дороги, и вычисляется суммарный уровень зву-
ка, который подвергается анализу в блоке статистической обра-
ботки.
Введение в модель NOISE подпрограммы расчета эффектив-
ности шумозащитных сооружений позволяет исследовать влия-
ние таких факторов, как высота барьера, его расстояние до до-
роги и точки расчета, а также влияние длины барьера на фор-
мироваиие транспортного шума
зировать капиталовложения в
новное достоинство модели —
возможность исследования эк-
вивалентного уровня звука.
Для иллюстрации измене-
ния характеристик транспорт-
ного шума рассмотрим пример
при следующих данных: ин-
тенсивность движения на двух-
полосной дороге 600 авт./ч при
60% легковых автомобилей в
транспортном потоке; высота
бесконечного в плане шумоза-
щнтного барьера при его рас-
положении в 9 м от оси бли-
жайшей полосы движения из-
меняется от 2 до 8 м; точка
расчета шума располагается
на расстоянии 100 м и на вы-
соте 1,2 м над уровнем проез-
жей части (рис. 4.8).
Зависимость снижения пи-
кового уровня звука от пути
дифракции 6 определяет зако-
номерности изменения харак-
теристик транспортного шума.
При 6=0 снижение уровня зву-
в зоне звуковой тени, и оптнми-
стронтельство сооружения. Ос-
Рис. 4.8. Зависимость снижения ДД
уровней звука транспортного потока
и снижении среднего квадратичного
отклонения с от высоты h 'шумоза-
щитного барьера при расположении
точки расчета в 100 м от оси бли-
жайшей полосы движения и интен-
сивности 600 авт./ч
69
ка из уравнения (4.13) равно 5 дБА, и, следовательно, все ха-
рактеристики транспортного шума должны измениться на посто-
янное чнсло. При высоте шумозащитного барьера 2 м (.6 мала)
снижение уровня звука .ALg9=7,87 дБА, а ДЬю=7,43 дБА. По ме-
ре увеличения высоты барьера разница .а£99 — ДБю начинает
быстро расти н при высоте барьера 5 м достигает 1,68 дБА.
Разница в снижении характеристик транспортного шума (см.
рнс. 4.13) при высоте барьера от 5 м до 8 м практически посто-
янна. Наибольшие изменения характеристик транспортного шу-
ма происходят прн увеличении высоты барьера от 2 до 5 м.
На 1 м высоты барьера приращение снижения эквивалентного
уровня звука составляет 3,49 дБА, при увеличении барьера от
7 до 8 м — всего 0,97 дБА. При увеличении высоты шумозащит-
ного барьера до 5 м изменяется и среднее квадратичное откло-
нение уровней звука, которое при отсутствии барьера равно
3,13 дБА, прн высоте барьера более 5 м это отклонение остает-
ся постоянным, так как все характеристики транспортного шума
изменяются на постоянное значение. Данные графика рнс. 4.8
свидетельствуют о высокой эффективности шумозащитных ба-
рьеров на автомобильных дорогах, достигающей в приведенном
примере 19 дБА.
Из рассмотрения зависимости снижения характеристик тран-
спортного шума при увеличении высоты шумозащитного барье-
ра следует вывод: зависимость снижения пикового уровня
звука от пути дифракции неприменима для описания снижения
его эквивалентного уровня.
Это происходит не только нз-за трудности отыскать центр
источника шума, но и различного вида кривых зависимости сни-
жения характеристик транспортного шума (см. рис. 4.8). Уро-
вень звука Адэ на дорогах формируют автомобили, наиболее
близко расположенные к точке расчета, и вид кривой снижения
Рис. 4.9. Зависимость снижения AL
уровней звука транспортного шума
на расстоянии 100 м от оси бли-
жайшей полосы движения шумоза-
щитным барьером высотой 5 м при
различной интенсивности N движения
bgg должен лучше всего со-
ответствовать зависимости
для пикового уровня. Рас-
хождение в прогнозировании
Lqq н Аэкв при 6=9 отсут-
ствует, а при высоте барьера
8 м достигает 1 дБА; при
менее плотных транспорт-
ных потоках оно возрастает
еще больше (рис. 4.9). Сни-
жение характеристик транс-
портного шума в большой
степени определяется интен-
сивностью движения. Так,
при высоте барьера 5 м и
расстоянии от оси ближай-
шей полосы движения 100 м
70
наибольшее изменение происходит с уровнем звука £99 и нзме-
няется от 16,32 дБ А прн 2V= 100 авт./ч до 16,93 дБА при
А=1200 авт./ч. Быстро нарастает и снижение уровня звука £ю-
Например, если для А=100 авт./ч уровень звука £ю уменьша-
ется за счет шумозащитного барьера на 12,87 дБА, то при
М=1200 авт./ч снижение достигает 14,74 дБА. Назначение вы-
соты шумозащнтных сооружений облегчается постоянством сни-
жения эквивалентного уровня звука при любой интенсивности
движения. Из-за точности построения блока статистической об-
работки BNOISE для данного примера снижение эквивалентных
уровней звука находится в пределах 15,18—15,48 дБ А.
Об изменении среднего квадратичного отклонения за шумо-
защитным сооружением при различной интенсивности движения
можно судить по разности снижения характеристик транспорт-
ного шума AL90 — А£ю (рис. 4.10), наибольшее изменение кото-
рой наблюдается для N — 100-г 800 авт./ч. При дальнейшем
увеличении интенсивности движения в практических расчетах
можно принимать, А£до—А£ю постоянно.
Для практических расчетов
удобно оценивать эффектив-
ность сооружений по графикам
(рис. 4.11) при шумозащитном
барьере, расположенном в 9 м
от оси ближайшей полосы дви-
жения двухполосной проезжей
части автомобильной дороги,
и точке расчета, находящейся
на высоте 1,2 м иад уровнем
проезжей части. Характер за-
висимости снижения эквива-
Рис. 4.10. Зависимость разности
ДДо—Д£10 снижения уровней звука
транспортного шума шумозащитным
барьером высотой 4 м при различной
интенсивности движения
лентного уровня звука от рас-
стояния до застройки для раз-
личных высот шумозащитных
барьеров неизменен и для дан-
ных условий может достигать
31 дБ А. С помощью графика
можно определить высоту шу-
мозащитного барьера, зная
превышение уровня звука в
расчетной точке над допусти-
мым эквивалентным уровнем
звука. Так, если Д£Экв—20дБА
прн 1= 100 м, то рекомендуе-
мая минимальная высота шу-
мозащнтного барьера будет
£=2,6 м (см. рнс. 4.11).
При проектировании
шумозащнтных соору-
Рис. 4.11. Зависимость снижения
АЬэкв эквивалентного уровня звука
от расстояния I от оси ближайшей
полосы движения до застройки при
разной высоте h шумозащитного ба-
рьера
71
же и ий, кроме обеспечения акустического комфорта, к ним
предъявляются общие требования по рациональному размеще-
нию на полосе отвода, по применяемым материалам и т. д.
Об щне требования: шумозащитные барьеры должны
•быть непрерывными и без проемов; при расстоянии от автомо-
бильной дороги до застройки менее 100 м через каждые 80 м
барьеры должны иметь легкосъемные элементы для проезда
специальных машин.
Шумозащитные барьеры и их стойки должны быть устой-
чивы против ветровых нагрузок и воздействий от снега во вре-
мя снегоочистки.
Минимальная высота шумозащитных барьеров —
1 м, максимальная1 для обеспечения лучшего впнсывання р
ландшафт, как правило, не более 3 м. Оптимальное расстоя-
ние до оси ближайшей полосы движения до барьера составляет
9—11 м, прн допустимом эквивалентном уровне звука 55 дБ А,
Таблица 4.2
я и •п> «в « s «о g ® ££ 2 « о о а « о ® « О.СЙ Этаж застройки Высота барьера, м. при интенсивности движения, авт./ч
50 100 300 600 1000 1500 3000
25 1 1.7 2,2 3,1 И.О 5,1 6.0 7,8
3 4,5 5,0 6,1 7,0 8.0 >8,0 >8,0
5 7.0 7,5 >8,0 8,0 >8,0 >8,0 >8,0
9 >8,0 >8,0 >8,0 8,0 >8,0 >8,0 >8.0
50 1 <1,0 1,7 2,6 ‘3,3 4,0 4,8 6,0
3 12,7 3,1 .4.9 >4.6 5,4 6,2 7,6
5 3,8 4,3 5,1 5,9 6.7 7.5 >8,0
9 •5,6 6,1 7,0 •7,9 >8,0 >8.0 >8,0
75 1 1,0 1,3 2,2 2,8 3,4 4.0 5.0
3 1,6 2,2 3,1 3,8 4.4 5,0 6,0
5 .2,8 3,2 '4,0 4,6 52 5,9 7,0
9 3.5 4,1 5,0 •5,7 6,5 7.2 >8,0
100 1 1+ 1.0 2.0 2,5 3.0 3.6 4,4
3 + 2,0 2,6 :з,1 3,8 4,3 5,2
5 н- 2,6 3,3 ’4,2 3,8 4,5 5,0 5,8
9 }+ '3,6 1'4,7 5.4 5,9 6,8
125 1 1+. 1.0 1.6 2,2 2,8 3,3 4,0
3 -J- 1,7 2,4 '2.9 13.3 3.5 3.9 4,7
5 '+ 12,4 2,9 3,8 4.3 5.1
9 + 2,9 3.5 '4.1 4.7 5.2 6,0
Примечание. Знак плюс соответствует условиям, при которых акустический
комфорт обеспечен.
1 В некоторых странах максимальная высота баоьепа достигает 8 м
[36}.
72
рекомендуемые высоты шумозащитных барьеров представлены
в табл. 4.2.
Значения высот барьеров могут быть использованы при лю-
бом числе полос движения, если на разделительной полосе рас-
положен дополнительный шумозащитный барьер.
Длина шумозащитного барьера должна обеспе-
чивать снижение эквивалентных уровней звука до расчетных
значений. Минимальная длина зависит от расстояния оси бли-
жайшей полосы движения до застройки, а также от прогнози-
руемого снижения эквивалентного уровня звука. Но более точ-
но процесс формирования снижения эквивалентного уровня зву-
ка описывает график на рис. 4.12, предложенный на XV Ме-
ждународном дорожном конгрессе в 1975 г. [41].
Размещение шумозащитных барьеров должно:
не способствовать снегоз а носи мости земляного полотна автомо-
бильной дороги, не затруднять уборку снега с проезжей части,
удачно вписываться в ландшафт, не создавать опасности воз-
никновения дорожно-транспортных происшествий, занимать по
возможности меньшую ширину полосы отвода.
Для защиты от транспортного шума с использованием шумо-
защитных барьеров и грунтовых валов разработаны поперечные
профили земляного полотна, предназначенные для дорог I—
III категорий обшей сети СССР, которые включены в Рекомен-
дации по снижению шума [13]. Некоторые поперечные профили
земляного полотна, сооружаемого на устойчивых естественных
основаниях в равнинной и пересеченной местности, приведены
на рнс. 4.13.
Барьеры и .валы рекомендуется размещать на одном земля-
ном полотне с проезжей частью прн проложении автомобильной
дороги в ценных землях, когда обеспечить большую буферную
зону невозможно и полоса отвода минимальна.
С учетом работ по снегоочистке минимальное расстояние от
бровки земляного полотна до дна водоотводного лотка для до-
рог I технической категории принимают по расчету, но не менее
-3 м, для дорог П и III категории не менее 2 м. При наличии
разделительной полосы дополнительный шумозащитный барьер
высотой не менее 2 м устанавливают на ее оси, обеспечивая
дополнительную эффективность до 2 дБА.
При необходимости разместить шумозащитный барьер бли-
же к проезжей части для повышения эффективности в случае
чрезмерной высоты барьера можно дать барьер на грунтовом
валу, или обеспечить ступенчатое увеличение высоты шумоза-
щитного сооружения.
Для длинных участков дорог, на которых горизонт восприни-
мается сплошной линией, предпочтение нужно отдавать барье-
рам постоянной высоты или с плавным постепенным ее измене-
нием, чтобы подчеркнуть общее направление дороги. Для го-
родских участков различные по высоте участки шумозащитного
73
Рис. 4.12. Зависимость минимальной длины 1Отг отгона шумозащитного соо-
ружения от расстояния I ближайшей полосы движения до застройки
Рис. 4.13. Рекомендуемые поперечные профили земляного полотна для разме-
щения шумозащитных сооружений:
а—шумозащитный барьер на поперечном профиле земляного пологна в насыпи до
2 м с продольным трубчатым дренажом; б — то же, в насыпи более 2 м с дренирую-
щим слоем на всю ширину земляного полотна; в—грунтовый вал на поперечном про-
филе земляного полотна с продольным трубчатым дренажом без бокового кювета; а —
устройство шумозащитного барьера на грунтовом валу для большей эффективности
защиты; а > 3 м — уширение земляного полотна для дорог I технической категории;
О 2 — то же, для других категорий
сооружения должны подчеркивать характер прилегающей за-
стройки. Б обоих случаях минимальная высота назначается с
учетом необходимости обеспечения акустического комфорта.
Отгон высоты барьера должен заканчиваться нлн грунтовым
валом, или изменяться по высоте, при которой внешне форма
должна восприниматься как законченная, уходящая в зеленый
массив, в ограждение автомобильной дороги.
Выбор материалов для строительства шумозащитных со-
оружений определяется технологичностью строительства и эсте-
тическими соображениями. Различают две группы барьеров —
шумоотражающие и шумопоглощающие. От шумоотражающнх
барьеров звуковая энергия отражается в противоположную от
защищаемого объекта сторону; шумопогдощающими звуковая
энергия поглощается в пористых прокладках, ие вызывая уве-
личения уровней звука на противоположной стороне дороги и в
салонах проезжающих автомобилей (рис. 4.14).
74
'Рис. 4.14. Схема образования области Об звуковой тени за барьером:
а — шумоотражающим, б — шумопоглощающим
Прн строительстве шумоотражающих барьеров используют-
ся железобетон, дерево, бутовый камень, кирпич, габионная
кладка и прозрачный акриловый пластик. Шумопоглощающие
-барьеры в основном строятся из пластмасс, алюминия и черных
металлов. Поглощающими материалами могут быть пористые
заполнители, минеральное волокно, стекловата и стеклоткань
и др. Пример металлического сборного шумопоглощающего ба-
рьера приведен на рис. 4.15. Такая конструкция выдерживает
«нагрузки от навала снега при снегоуборке и не способствует
повышению шума в проезжающих автомобилях.
75
Проектирование шумозащитных сооружений должно преду-
сматривать обеспечение -не только акустического комфорта, но
и снегонезаносимости, безопасности движения и эстетические1
качества. Шумозащитные барьеры должны быть законченными
инженерными сооружениями. Нужно предусмотреть как цвет
барьера, подчеркивая направление движения, текстуру приме-
няемого материала, расчленение длинных барьеров на короткие
элементы, так н форму, учитывая, что нельзя рассматривать
барьеры как плоскость, расположенную рядом с дорогой без
учета окружающей застройки. Эти требования и рекомендации
направлены на то', чтобы все шумозащитные сооружения по
своей форме, протяженности н цвету сливались с окружающим
ландшафтом.
В приведенных на рнс. 4.16, а, в вариантах предусматрива-
ется в первом случае строительство барьера периодического
ступенчатого профиля, во втором — криволинейного в плайе шу-
мозащитного барьера с отсыпкой грунтовых валов. Такое раз-
мещение позволяет отодвинуть элементы барьеров от проезжей
части для размещения зеленых насаждений, устранить моно-
тонность восприятия барьера прн движении по дороге. Отсыпка
грунтовых валов также позволит уменьшить видимую высоту
барьера, которая не будет восприниматься как высокий забор.
Форма барьера может изменяться не только в плане, но н по
высоте. Кроме окружающего ландшафта, который определяет
изменение высоты сооружения, нужно учитывать также н до-
рожные условия. Пример обеспечения лучшего восприятия ба-
рьера дан на рис. 4.16, б. Ступенчатое изменение высоты барье-
ра должно подчеркивать наличие продольного уклона.
Прн разработке мер по обеспечению акустического комфор-
та необходимо исходить из конкретных условий и экономиче-
ской целесообразности. Варианты улучшения акустического ком-
форта на скоростной магистрали г. Парижа представлены на
рнс. 4.17. Прн нх разработке сложность заключалась в необхо-
димости значительного снижения уровней транспортного звука
от магистрали, построенной с использованием подпорных стеи,
так как шум в жилую застройку проникал, кроме того, н от
местного движения автомобилей. Принятый вариант, предусма-
тривающий перекрытие всей проезжей части дороги, обеспечил
снижение нормируемых средних уровней на 20 дБА от магист-
рали, а с учетом оставшегося местного движения в зависимо-
сти от времени суток — от 9 до 12 дБА.
Расширение темпов строительства шумозашитных сооруже-
ний на автомобильных дорогах мнра вызывает необходимость
обеспечения безопасности движения. Строительство шумоза-
щитных сооружений, не обеспечивающих зрительную плавность
трассы, возможное ухудшение освещенности проезжей части в
дневное время суток, появление резких теней на покрытии, по-
вышение утомляемости из-за однообразия окружающей обета-
Рис. 4.16. Схема расположения вдоль автомобильной дороги шумозащитного
барьера:
а — периодического профиля (в плане); б —при продольном уклоне дороги (фасад я
план); в—криволинейного в плане с отсыпкой грунтовых валов (фасад и план)
77
Рис. 4,17. Варианты улучшения акустического комфорта в жилой застройке
вдоль автомобильной дороги в Париже:
а — первоначальный вариант; б — устройство шумопоглощающей облицовки стен и
барьепа па разделительной полосе' е— устройство перекрытия двух полос движения;
г —принятый вариант с перекрытием всех полос движения
новки — все это является причиной увеличения числа дорожно-
транспортных происшествий. Наиболее тяжелые последствия
связаны с наездом на массивные шумозащитные сооружения,
так как угол наезда автомобилей при увеличении расстояния от
•оси проезжей части резко возрастает.
Обязательным элементом шумозащитных сооружений долж-
ны быть ограждения; причем для металлических планочных и
тросовых ограждений максимальный прогиб должен быть мень-
ше расстояния до сооружения.
4.5. Зеленые насажденип
Одно из направлений снижения транспортного шума на пути
его распространения от автомобильной дороги в селитебные зо-
*ны — посадка специальных шумозащитных насаждений. Все ви-
ды зеленых насаждений на автомобильных дорогах можно раз-
делить на несколько категорий: 1) технические — снегозадер-
живающие посадки, укрепление склонов, откосов, закрепление
песков и т. д.; 2) обеспечение безопасности движения н зри-
тельное восприятие ориентирования — создание направляющих
ориентиров, защита от бокового ветра и т. д.; 3) санитарно-ги-
гиенические— улучшение микроклимата, защита от шума, пы-
ли, загрязнения воздуха; 4) архитектурно-ландшафтные и эсте-
тические.
Необходимо стремиться, чтобы посадки зеленых насаждений
на дорогах были многоцелевыми н во всех случаях удовлетво-
ряли архитектурно-ландшафтным требованиям.
'78
Для защиты от транспортного шума зеленые насаждения мо-
гут быть использованы самостоятельно или в комплексе шумо-
защитных сооружений в качестве дополнительного или вспомо-
гательного средства.
Шумозащитные свойства зеленых насаждений при прохож-
дении через них шума определяются многократным отражением
звуковой энергии от листьев, веток и стволов, а также погло-
щением и переходом звуковой энергии в тепловую. Таким обра-
зом, основной параметр, определяющий эффективность зеленых
насаждений, — плотность среды, через которую происходит рас-
пространение шума, т. е. дендрологический состав посадки.
Исследования шумозащитных качеств зеленых насаждений сви-
детельствуют об эффективности этого вида защиты, которая
определяется: 1) плотностью, густотой кроны и видом полос
лиственных, смешанных и особенно хвойных; 2) плотностью
смыкания крон; 3) конструкцией посадки (шахматная более
эффективна, чем рядовая); 4) более медленным снижением
уровней звукового давления на низких частотах пр сравнению
с высокими.
В последние годы в градостроительстве широкое распростра-
нение [5—7, 9] получил метод, предложенный [33] для прогноза
снижения уровней звука, согласно которому уровень звука от
точечного источника
Lr^L0- 20К„ lg (RiR„) l,5z (4.14)
1
где г — число полос зеленых насаждений; Bz — ширина каждой полосы зе-
леных насаждений, м; 0 — снижение уровня звука на 1 м в зеленых на-
саждениях, дБА/м, с учетом породы и типа насаждений, равное:
Для кроны сосен..................................... 0,14
» молодого соснового леса . 0.12
» кроны пихтовых деревьев . .0,16
» густой лиственной посадки 0,08
» плотной живой изгороди . 0,26
Снижение уровня звука [33] происходит за счет поглощения
шума насаждениями [р] и отражения шума от каждой полосы
(снижение шума на 1,5 дБА).
Поскольку формула описывает снижение уровня звука от
шума насаждениями (R) и отражения шума от каждой полосы
NOISE.
Формула (4.14) снижения уровня звука от одиночного авто-
мобиля при движении по автомобильной дороге (рис. 4.18) и
распространении шума через z полос зеленых насаждений при-
мет вид:
Zz-Z0i-20Xnlg(Bz7,5) Е l,5z —3VB.., (4,15)
1
гце Bzi — расстояние распространения звукового луча через полосу зеленого
" насаждения, м.
79
I
Рис. 4.18. Схема к расчету снижения эквивалентного уровня звука зеленых
насаждений:
Bi и Вг- ширина соответственно первой и второй полос насаждения
Для полосы насаждений:
первой Ви = В, (К#/ + ($, - SI2y)lRj, (4.16)
второй В2г = В, (//?/+($)-S/2)2)/fy. (4.17)
Расчеты на ЭВМ позволили выявить влияние интенсивности
движения на эффективность зеленых насаждений н фактор, оп-
ределяющий разницу в снижении уровней звука, характеристик
транспортного шума. Таким фактором служит поглощение, так
как снижение шума за счет его отражения от насаждений бу-
дет постоянным для всех характеристик и равным 1,5 дБА для
каждой полосы.
Поглощение уровней звука для характеристик — £ю, £50, Lqo
и Дэкв транспортного шума зависит от интенсивности движения.
Наибольшее поглощение происходит при ннтенси-виостн N —
= 100 авт./ч, при увеличении пути поглощения уровень звука
£ю только за счет этого фактора уменьшается на 10,1 дБА по
сравнению с пиковым уровнем, изменение которого составляет
всего 2,2 дБА; для L&) поглощение равно 6,0 дБА, £д0 —3,1,цБА.
£Вкв — 4,3 дБА. Максимальное поглощение происходит для ха-
рактеристики £ю, отвечающей максимальному пути поглощения.
При увеличении интенсивности движения поглощение резко
уменьшается н стремится к значению поглощения от точечного
80
источника, равному 2,2 дБА. Следовательно, для данной кон-
струкции насаждений, если первая полоса шириной, 18 м нахо-
дится в 18 м от оси первой полосы движения с pi=0,075 дБА/м,
вторая полоса шириной 13 м — в 52 м с р2 = 0,083 дБА/м при
расстоянии от осн эквивалентной полосы движения 84,2 м и
#=800 авт./ч, то размер поглощения эквивалентного уровня
звука можно принимать равным поглощению пикового уровня
звука одиночного автомобиля; путь поглощения при дальней-
шем увеличении интенсивности движения не возрастает. Наи-
большему изменению поглощения характеристик транспортного
шума соответствует #=100-^-200 авт./ч. По результатам толь-
ко экспериментальных исследований очень трудно установить
влияние интенсивности движения на изменение поглощения, так
кац< при малых интенсивностях точно измерить уровни звука
.нельзя из-за их невысоких значений, а при больших интенсив-
ностях движения, когда защита от шума наиболее актуальна,
поглощение уровней звука не зависит от интенсивности движе-
ния.
Отличительная особенность распространения уровней звука
транспортного шума для одиночного автомобиля и характери-
стик транспортного шума — нх независимость от местоположе-
ния посадки между точкой измерения (расчета) н источником
{см. рис. 4.18) (прн различном расположении путь поглощения
изменяется на одну величину). Это обстоятельство позволило
разработать метод расчета снижения эквивалентного уровня
звука за полосами зеленых насаждений. Параметрами, опреде-
ляющими различия в поглощении пикового уровня звука оди-
ночного автомобиля и эквивалентного уровня звука, будут:
интенсивность движения, расстояние точки расчета эквивалент-
ного уровня звука от осн эквивалентной полосы движения,
удельное снижение уровня звука в зеленых насаждениях, ши-
рина насаждения.
В качестве эталонных расчетных условий принимались: # =
= 100-^-1200 авт./ч, удельное поглощение для наиболее распро-
страненных густых лиственных посадок р = 0,08 дБА/м, шири-
на всех полос насаждений — 20 м, расстояния от оси эквива-
лентной полосы движения —25, 50, 75, 100, 150 и 200 м. По-
правки для перехода от одиночного автомобиля к транспортно-
му потоку определяли по формуле
AI„,„ = 20? —(Z.SK,.R—Lse„9KB.R — 1,5), (4.18)
где Дэкв.в — эквивалентный уровень звука транспортного потока на рассто-
янии /? от осн эквивалентной полосы движения при условии его распро-
странения без защитных насаждений, дБА; Ьзел-экв-л — то же, за за-
щитными насаждениями, дБА.
Результаты расчета на модели NOISE позволили построить
график поправки для расчета снижения эквивалентного уровня
звука при эталонных условиях. Чем дальше точка расчета уда-
81
Рис. 4.19. Номограмма для расчета
поправки Д£экв, учитывающей по-
глощение эквивалентного уровня зву-
ка лиственной посадкой шириной
20 м с учетом интенсивности /V дви-
жения при расстоянии от оси бли-
жайшей полосы движения 25—200 м
лена от дороги, тем лучше формула (4.14) для описания сни-
жения уровня звука (за счет поглощения шума от точечного
источника) отражает снижение эквивалентного уровня звука
транспортных потоков. В соответствии с графиком (рис. 4.19}
рассчитать снижение эквивалентного уровня звука зелеными
насаждениями с произвольным удельным снижением |3У уров-
ней звука и шириной Ву насаждения можно по формуле
ААзел = Зу2ВУ4-1,5г-Д £пзел(Ру/3) (В/В). (4.19)
Возрастание удельного снижения уровня звука от ₽ до ру
увеличивает поправку в ру/₽ раз, а возрастание ширины полос
защитных насаждений от В до Ву увеличивает поправку в
ByjB раз.
Определим, например, снижение эквивалентного уровня звука одной по-
лосой защитных насаждений из молодого соснового леса шириной 30 м при
расположения точки расчета на расстояинн 50 м от оси эквивалентной поло-
сы движения при интенсивности движения 200 авт./ч. По номограмме (см.
рис. 4.19) найдем поправку, которая для данной интенсивности движения и
расстояния составит 2 дБА. Снижение эквивалентного уровня звука:
А £зел= 0,12-30+1,5 + ^| • = 6 ДБА.
и,ио 20
Механизированная посадка насаждений и обработка между-
рядий не позволяет дорожным организациям эффективно ис-
пользовать шахматные посадки и поэтому распространение по-
лучили рядовые. К конструкциям специальных шумозащитных
насаждений предъявляют те же требования, что и к снегоза-
щитным: 1) плотное смыкание крон между собой и заполнение
пространства под кронами до поверхности земли густым кустар-
ником; 2) деревья должны быть с густым ветвлением и плотно-
стью крон, неподвержены снеголому и с хорошим порослевым
возобновлением, быстрым ростом в первые годы после посадки.
Высота деревьев в шумозащитных посадках должна быть не ме-
нее 5—8 м, а ширина .каждой полосы не менее 8 м. Шумозащит-
ные зеленые насаждения желательно устраивать в виде одной
82
или нескольких полос с разрывом между ними. Насаждения нз
нескольких чередующихся друг за другом (вдоль дороги) полос
обладают более высокой эффективностью, чем сплошные, в ре-
зультате отражения звуковых волн от каждой полосы. Рассто-
яния между соседними полосами (с одной стороны дороги) зе-
леных насаждений во избежание снеголомкостн рекомендуется
оставлять равными не менее одной средней высоты деревьев. По-
лосы зеленых насаждений нужно располагать как можно
ближе к источнику шума, но не менее 5 м от кромки проезжей
части.
Число полос необходимо определить с учетом фактической
ширины полосы постоянного отвода земли. Минимальные рас-
стояния от бровки земляного полотна до зеленых насаждений
на снегозаносимых участках зависят от объема снегопереноса:
Рис. 4 20. Декоративное озеленение шумозашнтного барьера, расположенного
на уширении земляного полотна:
о —схема расположения барьера: б—возможные конструкции озеленения
83
Расчетный объем снегопереноса на
км дороги, м8 ............... 10—25 50 75 100 125 150 200
Расстояние до насаждений, м . . . 15—25 30 40 50 60 65 70
Ограничения на размещение насаждений ведут к снижению
их эффективности, которая и так не очень высока. Распростра-
нению зеленых насаждений в качестве основного средства сни-
жения шума в жилой застройке препятствует то обстоятельство,
что их эффективность на высоте, превышающей высоту насаж-
дений, мала н они применимы только для защиты территорий
жилой застройки, прилегающей к автомобильным дорогам.
Недостаток лиственных шумозащнтных насаждений — отсутст-
вие эффекта снижения шума в осенний, зимний и весенний пе-
риоды. Исследование снижения шума насаждениями в эти пе-
риоды года, на тех же створах, что н летом, подтверждает пол-
ное отсутствие эффектов поглощения и отражение шума. Не-
смотря на это, зеленые насаждения могут использоваться на до-
рогах, где летом наблюдается явно выраженный пик интенсив-
ности движения, например на дорогах в зонах отдыха, в сель-
скохозяйственных районах. Незаменимы ‘зеленые насаждения
для улучшения эстетики шумозащитных грунтовых валов, ба-
рьеров; посадка зелени около этих сооружений создает у их
поверхности определенный эффект поглощения шумов, тем са-
мым снижая их в салонах автомобилей и на противоположной
от защищаемой стороне (рис. 4.20).
Для южных районов СССР могут найти широкое примене-
ние сборные объемные железобетонные конструкции барьеров
(рис. 4.21). Середину такого барьера заполняют грунтом, в ко-
торый высаживают вьющиеся растения, устойчивые к выхлоп-
ным газам автомобилей.
Рнс. 4.21. Примеры конструкции объемного железобетонного шумозащитного
сооружения
84
Иногда при использовании нешироких шумозащитных насаж-
дений наблюдается психологический эффект снижения шума,
так как изоляция источника шума от наблюдателя снижает су-
бъективное раздражение человека. Увеличение полосы отвода
земли под сравнительно широкие насаждения также приводит
к тому, что зеленые шумозащнтные насаждения могут рассма-
триваться ие как средство, достаточное для обеспечения аку-
стического комфорта, а как вспомогательная мера для сниже-
ния шума и улучшения качеств других шумозащитных соору-
жений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
I. Автомобильные транспортные средства/Под ред. Д. П. Великанова.
М., Транспорт, 1977. 326 с.
2. Бусленко Н. П.э Калашников В. В., Коваленко И. Н. Лек-
тин по теории сложных систем. М., Советское радио, 1973. 439 с.
3. ГОСТ 19358—74. Автомобили, автопоезда, автобусы, мотоциклы, мото-
роллеры, мопеды и мотовелосипеды. (Внешний и внутренний шум. Предельно
допустимые уровни. Методы измерений). М., 1975. 12 с.
4. ГОСТ 20444—75. Потоки транспортные в населенных пунктах. Метод
определения шумовой характеристики. М., 1976. 23 с.
5. Градостроительные меры борьбы с шумом / Г. Л. Осипов, Б. Г. Прут-
ков, И. А. Шишкин, И. Л. Карагодина. М., Стройиздат, 1975. 215 с.
6. Карагодина И. Л., Осипов Г. Л., Шишкин И. А Борьба с
шумом в городах. М., Медицина, 1972. 159 с.
7. Методические рекомендации по защите жилой застройки от транспорт-
ного шума. Тбилиси, 1972. '56 с. (Сборник научных трудов Тбилисского зо-
нального НИИПИ типового и экспериментального проектирования жилых и
общественных зданий, № 3, вып. 2).
8. Методические рекомендации по оценке пропускной способности авто-
мобильных дорог/Минавтодор. М., Транспорт, 1974. 72 с.
9. Осипов Г. Л. Защита здании от шума. М., Стройнздат, 1972. 215 с.
10. Поспелов П. И. Влияние дорожных условий на уровень транс-
портного шума. — В ки.: Проектирование дорог н безопасность движения.
М., 1974, с. 99—115 (Тр. МАДИ, вып. 72).
11. Поспелов II. И., Еремин В. М. Прогнозирование шума на ав-
томобильных дорогах в районах населенных пунктов. — В кн.: Проектирова-
ние автомобильных дорог, М., 1979, с. 47—62 (Тр. МАДИ, вып. 163).
12. Проект технических условий по расчету шумового режима в жилой
застройке.—В кн.: ‘Исследования по микроклимату и шумовому режиму
населенных мест. М., Стройиздат, 1965, с. 137—159.
13. Рекомендации по снижению -шума иа автомобильных магистралях/
Мииавтодор Каз.ССР н Мннавтодор РСФСР. Алма-Ата, 1979. 60 с.
14. Санитарные нормы допустимого шума в помещениях жилых и обше-
•ствеиных зданий и иа территории жилой застройки. М., Стройиздат, 1971.
33 с.
15. Сильянов В. В. Теория транспортных потоков в проектировании
дорог и организации движения. М., Транспорт, 1977. 303 с.
16. СНиП П-Д.Б-72. Нормы проектирования. Автомобильные дороги. М„
"Стройиздат, 1973. 111 с.
17. СНиП П-12-77. Нормы проектирования. Защита от шума. М., Строй-
издат, 1978. 49 с.
18. Тамура Кохиса. Методы расчета шума от дорожного движе-
ния.— Добеку сэко. 4972, 13, № 6, с. 65—75 (на японск. яз.).
19. Тейлор Т. Машинные имитационные эксперименты с моделями
экономических систем. М., Мир, 1975. 500 с.
20. Шишкин 'И. А., ’К о р о б к о в В. Е„ Самойлюк Е. П. Исследо-
ваине закономерностей распространения шума в жилой застройке методом
«6
моделирования.—- В кн.: Строительная акустика. М., издание'НИИСФ 1979_
с. 75—84. (Тр. НИИСФ, вып. 21).
21. Шумозащита в градостроительстве / Б. Г. Прутков, И. А. Шишкин»
Г. Л. Осипов, И. Л. Карагодина. М., Стройиздат, 1966. 1»15 с.
22. F a v г е В. Noise at the approach to traffic lights: result of simula-
tion programme. — J. Sound and Vibr., 1978, N 4, p. 563—578.
23. Galloway W. J. Motor vehicle noise. — Pollut. Eng. and Sci.
Sollut, 1973, p. 587—593.
24. G r i f f i t h s I. D., Langdon F. J. Subjective responce to road
traffic noise. — J. Sound and Vibr., 1968, N 1, p. 16—32.
25. Harland D. G. Rolling noise and vehicle noise. — TRRL laboratory
Report 652, Crowthorne, 1974, 17 p.
26. Harman D. M. The role of the dBA. — Applied Acoustics, 1969;
N 2, p. 101—109.
27. Highway noise. A design guide for prediction and control/National
cooperative highway research program, Report 174, 1976, 193 p.
28. J о h n s о n D. R., S a u n d г e s E. G. The evaluation of noise from
freely flowing road traffic.— J. Sound and Vibr., 1968, N 2, p. 287—309.
29. Jonasson H. G. A theory of traffic noise propagation with appli-
cation to Leg. — J. Sound and Vibr., 1973, N 3, p. 289—304.
30. К u г z e U. J., Anderson G. S. Sound attenuation by barriers —
Applied Acoustics, 1971, N 4, p. 35—53.
31. Ljunggren S. A design guide for road traffic noise. — National
Swedish Building Research, 1973, 41 p.
32. M a e k a w a Z. Noise reduction by screens. — Applied Acoustics. —
1968, N 1, p. 157—173.
33. M e i s t e r F., R u h r b e г g W. Die Dammung von Verkehrsgeraushen
durch Griinanlagen. •— VD1—Z 101, 1959, p. 527—535.
34. Rathe E. J. Note on two common problems of sound propagation.—
J. Sound and Vibr., 1969, N 3, p. 472—479.
35. R e 11 i n g e г M. Noise level reduction of barriers. — Noise control,
1957, N 5, p. 50—52.
36. Road traffic moise/A. Alexandre, J.— Ph. Barde, C. Lamure, F. J. Lang-
don. New York — Toronto, 1975, 219 p.
37. S c h о 1 e s W. E., S a I v i d g e A. C„ Sargent J. W. Motorway
noise propagation and screening. — J. Sound and Vibr., 1975, N 3, p. 281—
303.
38. Stephenson R. J., Vulkan G. H. Traffic noise. •— J. Sound and
Vibr., 1968, N 2, p. 247—262.
39. The prediction of noise levels Lio due to road traffic/M. E. Delany,
D. G. Harland, R. A. Hood, W. E. Scholes.— J. Sound and Vibr., 1976, N 3,
p. 305—325.
40. Williams A. R., Major D. J., Walker J. C. The influence of
the road surface on safety and environment aspects of tyre performance.—
The transport engineer, 1977, N 1, p. 3—6.
41. XV-th World Road Congress, Mexico, Question VI. Report by Federal
Republic of Germany, 1975, 35p.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие........................... ... 3
Глава 1. Дорожные условия и формирование внешнего шума авто-
мобилей . ....................: 5
1.1. Характеристики транспортного шума............................ 5
1.2. Влияние скорости движения автомобилей продольного уклона
и шероховатости дорожных покрытий на уровень звука .... 12
Глава 2. Прогнозирование шума на дорогах . 21
2.1. Анализ методов прогнозирования шума на дорогах .... 21
2.2. Детерминистическая модель формирования характеристик шума 23
2.3. Моделирующий алгоритм имитационной модели . . 29
2.4. Оптимизация рабочих параметров модели .... . . 34
2j5. Метод прогнозирования шума на основании имитационных экспе-
риментов . . ...................................- 36
Глава 3. Распространение шума от транспортных потоков ... 45
.3.1. Изменение характеристик транспортного шума с увеличением рас-
стояния от дорог.........................................: : 45
3.2. Влияние акустической шероховатости поверхностного покрова и
длины участка дороги на транспортный шум.......................53
‘Глава 4. Способы снижения транспортного шума в жилой застройке,
прилегающей к дороге . .... 55
4.1. Основные направления снижения шума ... ... 55
4.2. Снижение транспортного шума в жилой застройке ... .59
4.3. Методика расчета буферных зон.............................. 61
4.4. Шумоаащитные сооружения .63
4.5. Зеленые насаждения ... : 78
Список литературы : 86
Павел Иванович Поспелов
Борьба с шумом иа автомобильных дорогах
Редактор £. С. Голубкова
Обложка художника И. Н. Аникушина
Технический редактор Р. А. Иванова
Корректор В. Я. Кинареевская
ИБ № 1604
Формат 60X90‘/ie. Бум. тип А"» 2. Гарнитура литературная. Высокая печать.
Усл. печ. л. 5,5. Усл. кр.-отт. 5,88 Уч.-изд. л. 5,91. Тир. 5600 экз. Зак. 1243 Цена 30 коп
Изд. № 1-3-1/15 Ка 9557
Издательство «ТРАНСПОРТ». 107174, Москва, Басманный туп., 6а
Московская типография № 19 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли,
107078, Москва, Каланчевский туп., 3/5