Приложение 5. Акустическое обоснование применения шумозащитного экрана

Приложение 5

Акустическое обоснование
применения шумозащитного экрана

Пример расчета

Целью настоящей работы является расчет вариантов размещения шумозащитных экранов, предназначенных для защиты от транспортного шума территории населенного пункта Мушковичи, и определение их генеральных размеров по условиям максимальной эффективности шумозащиты.

Необходимая эффективность экранов обеспечивается варьированием их высоты, длины, расстояния между источником шума и экраном.

Для увеличения акустической эффективности экрана, уменьшения его высоты расстояние между источником шума и экраном рекомендуется принимать минимальным с учетом необходимости обеспечения безопасности движения и нормальной эксплуатации дороги и транспортных средств.

Для получения более точных результатов расчета эффективности экрана автотранспортные потоки в противоположных направлениях рассматриваются как самостоятельные источники шума.

Формирование шумового режима в области звуковой тени за экраном определяется дифракционной составляющей, которая существенно зависит от расстояния между источником шума и экраном, и, следовательно, чем ближе к действительному положению вещей используемая модель расчета, тем точнее его результат.

При расчете дифракционной компоненты поля за экраном автотранспортный поток моделируется "звучащей" ниткой, располагающейся на дальней (от экрана) полосе движения.

Конструкции отдельных элементов экранов должны обеспечивать плотное их примыкание друг к другу и к поверхности земли.

Шумовая характеристика автотранспортного потока

Автодорога Москва - Смоленск на данном участке прямолинейная, с небольшим продольным уклоном 0,5-1%, имеет по 2 полосы движения в каждом направлении (рис. 1). Посредине дороги проходит разделительная полоса шириной 2,5 м, оснащенная разделительным барьером. Ширина одной полосы движения составляет 3,8 м. Общая ширина дороги 17,7 м. По краям дорожного полотна имеются обочины шириной по 5,6 м.

С правой стороны (при движении из Москвы) на расстоянии 58 м от границы обочины расположен первый эшелон жилых зданий, представляющих собой одноэтажные деревянные дома деревенского типа (рис. 2).

Протяженность этого эшелона вдоль дороги составляет около 350 м. Второй эшелон жилой застройки расположен на расстоянии около 200 м от дороги и с нее не просматривается, ввиду сложного профиля местности, поэтому как объект шумозащиты он не рассматривался. Остальные здания вдоль указанного участка дороги являются нежилыми и как объект шумозащиты не рассматриваются.

Ситуационный план рассматриваемого участка дороги и прилегающей к ней застройки населенного пункта Мушковичи показан на рис. 3.

Для определения шумовых характеристик автотранспортного потока на данном участке автодороги Москва - Смоленск (эквивалентного и максимального уровней звука в 7,5 м от оси ближайшей полосы движения транспорта и на высоте 1,5 м над уровнем проезжей части) ДГУП ИТЦ были проведены в марте 2003 г. натурные измерения. Измерения выполнялись в соответствии с методикой ГОСТ 20444-85 [1]. Для измерений применялся шумомер фирмы "Октава" типа "Октава 101A" N 01А016 (свидетельство о госповерке N 232/2002 до 01.04.03). Перед началом и после окончания каждой серии измерений шумомер калибровался с помощью акустического калибратора.

Измерения шумовых характеристик транспортного потока проводились в дневное время в часы пик. Погода во время измерений была ясная, безветренная, без осадков. Результаты измерений приведены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты измерений уровней шума

N п/п	Место проведения измерений	Интенсивность автотранспортного потока в дневной час пик	Уровни шума
1.	В 7,5 м от оси первой полосы движения транспорта (т. 1 на рис. 1)	477	76,7	88,9	52,7
2.	В 12 м от фасада жилого дома (т. 2 на рис. 1)	438	57,3	66,2	38,5
3.	В 12 м от фасада жилого дома (т. 3 на рис. 1)	531	58,1	67,5	39,4
4.	В 15 м от фасада жилого дома (т. 4 на рис. 1)	498	60,0	70,8	46,2
5.	В 15 м от фасада жилого дома (т. 5 на рис. 1)	475	61,4	76,8	41,2

В строке 1 табл. 1 содержится шумовая характеристика транспортного потока в час пик [1], равная: , дБА, дБА.

Таблица 2

Замеренные уровни шума на прилегающей территории, дБА

Источник шума	Расчетные точки
	2	3	4	5
Автомагистраль,	57,3	58,1	60,0	61,4

Значения превышений замеренных уровней шума над допускаемыми санитарными нормами на прилегающей территории приведены в табл. 3

Таблица 3

Превышение расчетных уровней звука над допустимыми санитарными нормами

Источник шума	Расчетные точки
	2	3	4	5
Автомагистраль,	2,3	3,1	5,0	6,4

Анализ полученных данных указывает на наличие превышений уровней шума над допустимыми санитарными нормами на территории нас. п. Мушковичи. Для улучшения акустической обстановки и удовлетворения санитарных требований необходимо проведение акустическо-строительных мероприятий по снижению уровня шума на территории. Наиболее эффективным мероприятием, является установка шумозащитного экрана.

В ночной период суток интенсивность автотранспортного движения по данным многочисленных натурных измерений, проводившихся ранее на различных дорогах и по данным института "Союздорпроект", составляет не более 10% от дневной интенсивности в час пик при тех же значениях соотношения количества грузовых автомобилей и автобусов к общему количеству автомобилей в транспортном потоке (Р) и средней скорости потока (V).

При этих условиях ожидаемая шумовая характеристика автотранспортного потока на рассматриваемом участке автодороги Москва - Смоленск в ночное время будет равна в соответствии с [2]:

, дБА. (1)

Так как разность между шумовой характеристикой автотранспортного потока в дневное и ночное время, согласно формуле (1), равна 10 дБА, а разность между допустимым уровнем звука в жилой застройке и на селитебных территориях в дневное и ночное время также равна 10 дБА [3], то достаточно рассмотреть данные только для дневного периода суток. Полученные выводы и рекомендации относительно ожидаемых уровней автотранспортного шума и мероприятий по его снижению будут справедливы и для ночного периода суток.

Так как разница между допустимыми максимальным и эквивалентным уровнями шума по санитарным нормам [3] составляет 15 дБА, а по результатам натурных измерений она составила дБА < 15 дБА, то достаточно рассмотреть только эквивалентные уровни шума; рассмотрение максимальных уровней шума для данной ситуации не внесло бы никаких корректив в оценку шумовой ситуации и в намечаемые шумозащитные мероприятия.

С учетом того, что все дома первого эшелона застройки расположены на одинаковом расстоянии от дороги, достаточно выбрать одну расчетную точку для оценки ожидаемого шумового режима на фасадах жилых домов в 2 м от фасадов домов, обращенных к дороге, и на уровне середины окон 1-го этажа. Высота этой расчетной точки над уровнем территории составляет м. Для оценки ожидаемого шумового режима внутри жилых помещений домов расчетная точка выбиралась в центре помещения на высоте м над уровнем пола [4].

В соответствии с [5], ожидаемый уровень шума в расчетной точке составляет

, дБА, (2)

где - шумовая характеристика транспортного потока на рассматриваемом участке автодороги;

- снижение уровня шума с расстоянием;

R - расстояние от оси ближней полосы движения транспорта до расчетной точки, м;

- снижение уровня шума вследствие затухания звука в воздухе ;

- снижение уровня шума вследствие его поглощения поверхностью территории (трава, кустарник - летом, снег - зимой);

- снижение уровня шума из-за поглощения его полосами зеленых насаждений на пути звуковых лучей;

- снижение уровня шума экраном или экранирующими элементами местности;

- снижение уровня шума в случае ограничения угла видимости дороги из расчетной точки.

Для рассматриваемого населенного пункта величина (нет специальных шумозащитных полос зеленых насаждений).

(первоначально нет экранов).

(обзор дороги из расчетной точки неограничен, ).

Величина , в соответствии с [5], равна:

, (3)

где (4)

R - то же, что и в формуле (2), м;

- высота акустического центра транспортного потока над проезжей частью, м, (согласно [5], принято м);

- высота расчетной точки над уровнем территории, м.

Так как шумовая характеристика транспортного потока при прочих равных условиях пропорциональна 10lg N (см. формулу 1), то для случаев 2-5 по табл. 1 можно найти:

1. дБА, дБА;

2. дБА, дБА;

3. дБА, дБА;

4. дБА, дБА;

5. дБА, дБА;

Разброс значений не превышает 0,9 дБА. Поэтому для расчетов принимаем наибольшее экспериментальное значение дБА ( дБА).

Из анализа рис. 1, 2, 3 следует, что расстояние (R) равно 63,5 м (R = 63,5 м).

Тогда дБА.

На основании формул (4) и (3)

;

дБА,

Запишем в виде

.

Тогда формулу (2) можно переписать в виде.

дБА. (5)

Для определения коэффициента (К) поступим следующим образом. Подставим в формулу (5) вместо значения по табл. 1, а вместо R - значения, определенные в соответствии с табл. 1 и рис. 3. Тогда на основании (5) можно получить

Отсюда для позиций 2-5 табл. 1 получим

Поз. 2: ; К = 14,4.

Поз. 3: ; К = 13,5.

Поз. 4: ; К = 11,6.

Поз. 5: ; К = 9,9.

.

Из рис. 3 следует, что расстояние от оси первой полосы движения транспорта до расчетной точки в 2 м от фасада дома составляет 63,5 м. С учетом Кср. из формулы (5) получим

дБА.

Так как, согласно [3], допустимый уровень шума для территорий, непосредственно прилегающих к жилым домам, составляет в дневное время дБА, то превышения фактических уровней шума у фасадов жилых домов населенного пункта Мушковичи составляют

дБА

Согласно [6], ожидаемые уровни шума в расчетной точке внутри жилых помещений домов первого эшелона застройки составляют

, дБА, (6)

где - снижение шума окном с открытой для вентиляции форточкой (узкой створкой, фрамугой). Согласно [6], дБА. Тогда

дБА.

Согласно [3], допустимый уровень шума в жилых помещениях домов в дневное время составляет дБА. Поэтому ожидаемые превышения уровней шума внутри жилых помещений домов составят

дБА.

Таким образом, результаты измерений и расчетов говорят о необходимости осуществления шумозащитных мероприятий.

Для выполнения санитарных норм по шуму в помещениях жилых домов населенного пункта Мушковичи и на прилегающей к ним территории необходимо соорудить вдоль рассматриваемого участка автодороги Москва - Смоленск шумозащитный экран, снижающий шум от транспортного потока на автодороге не менее чем на 9 дБА.

Расчет акустической эффективности шумозащитного экрана, выполненный в соответствии с методикой раздела 4 из [5], приведен ниже.

Перед расчетом акустической эффективности экрана необходимо было выбрать его месторасположение. Известно, что чем ближе расположен экран к источнику шума, тем выше его эффективность и ниже требуемая высота. Исходя из этого, а также из анализа профиля территории, рекомендуется расположить шумозащитный экран на расстоянии 2 м от границы полосы движения, ближайшей к защищаемой застройке. Схема расположения экрана с указанием необходимых расстояний приведена на рис. 4.

Вначале были рассчитаны вспомогательные расстояния А, В и С:

, м (7)

, м (8)

, м, (9)

где - расстояние по горизонтали от акустического центра транспортного потока (по оси дальней полосы движения транспорта и на высоте 1 м над уровнем проезжей части) до экрана, м,

- расстояние по горизонтали от экрана до расчетной точки, м,

- высота экрана, м,

- высота акустического центра транспортного потока, м,

- высота расчетной точки, м.

Далее определялась разность длин путей звуковых лучей :

, м, (10)

и по ней с помощью графика на рис. 6 из [5] определялось искомое снижение шума экраном.

При расчетах высота экрана задавалась в пределах от 3 до 6 м.

м:

м;

м;

м;

м;

дБА.

м:

м;

м;

м;

м;

дБА.

м:

м;

м;

м;

м;

дБА.

м:

м;

м;

м;

м;

дБА.

Из анализа расчетов следует, что необходимое снижение шума обеспечивается уже при высоте экрана, равной м ( дБА > 9 дБА = ).

Однако следует учесть, что вышеприведенные результаты измерений шума получены в марте. В летний период года интенсивность автомобильного потока может значительно возрасти (приблизительно вдвое). Тогда требуемое снижение шума экраном составит: 8,2 дБА + 10lg2 = 11,2 Н 12 дБА. В этом случае потребуется экран высотой Нэ = 5 м.

При экране высотой Нэ = 6 м снижение шума экраном составит 18,5 дБА, что значительно больше требуемого по расчету снижения.

Таким образом, с экономической точки зрения наиболее целесообразным, а с акустической точки зрения вполне достаточным является сооружение экрана высотой 5 м, расположенного на расстоянии 2 м от границы полосы движения, наиболее близкой к защищаемым от шума домам.

Длина экрана должна составлять L = 348 м (параллельно дороге). Для защиты от шума крайних домов первого эшелона застройки по краям указанного участка экрана должны быть установлены боковые отгоны (тот же экран, но расположенный под углом к дороге).

Правый отгон должен быть расположен под углом примерно 45° к оси основной части экрана и иметь длину м.

Левый отгон должен быть расположен под углом примерно 50° к оси основной части экрана так, чтобы не пересекать трассы прохождения силового электрического кабеля, и иметь длину м.

Боковые отгоны возможно выполнить с "изломом" в плане (варианты I и II на рис. 5).

На рисунке синим цветом обозначена трасса прохождения шумозащитного экрана (вариант I). Синим пунктиром обозначен вариант прохождения боковых отгонов с "заломом" (вариант II).

Таким образом, общая длина экрана должна составлять

м, при 1-м варианте (боковые отгоны прямые), или

м, при II-м варианте (боковые отгоны с "изломом").

Акустическая эффективность шумозащитного экрана

В результате проведенных акустических расчетов в контрольных расчетных точках получены следующие значения эквивалентных уровней звука на территории рассматриваемого объекта с учетом установки шумозащитных экранов вдоль автомагистрали (см. табл. 1.4).

Таблица 1.4

Расчетные уровни звука (дБА) на рассматриваемой территории при наличии шумозащитных экранов

Источник шума	Расчетные точки
	2	3	4	5
Автомагистраль,	46,1	46,9	48,8	50,2

Величины превышений допустимых санитарных норм представлены в табл. 1.5.

Таблица 1.5

Превышение расчетных уровней звука над допускаемыми санитарными нормами при наличии шумозащитных экранов, дБА

Источник шума	Расчетные точки
	2	3	4	5
Автомагистраль,	-8,9	-8,1	-6,2	-4,8

Анализ полученных значений показывает, что установка шумозащитных экранов позволит снизить уровень шума от транспортных потоков на рассматриваемой территории до допустимых значений.