高速公路声屏障设计计算书

高速公路声屏障设计计算书（含高度确定）项目名称：XX至XX高速公路XX段声屏障工程设计阶段：施工图设计阶段文件类型：设计计算书文件编号：XX-GL-SPZ-2026-001编制：______________审核：______________批准：______________设计单位：XX交通规划设计研究院二〇二六年九月

高速公路声屏障设计计算书目录TOC\o"1-2"\h\z\u1工程概况 工程概况1.1项目背景本项目为XX至XX高速公路XX段声屏障降噪工程。该高速公路为双向六车道高速公路，设计车速120km/h，路基宽度34.5m。路线经过XX镇XX村等居民集中区，根据环境影响评价报告及噪声预测结果，运营中期（2032年）沿线部分敏感点噪声超标，需设置声屏障进行降噪治理。根据《中华人民共和国环境噪声污染防治法》及相关规范要求，为保障沿线居民的声环境质量，对超标敏感点路段设置声屏障，通过声学计算确定声屏障的合理高度、长度及结构形式，确保降噪效果满足环境噪声标准要求。1.2设计范围与内容本计算书针对KXX+XXX～KXX+XXX段右侧声屏障进行设计计算，主要内容包括：（1）声屏障声学设计计算（插入损失、绕射衰减、透射修正、反射修正）；（2）声屏障高度确定与优化；（3）声屏障长度计算；（4）结构安全性核验（风荷载、立柱强度、基础验算）；（5）计算结果分析与工程指导意义。1.3基本设计参数表1-1基本设计参数表序号参数名称符号数值及说明1公路等级—高速公路，双向六车道2设计车速V120km/h3路基宽度B34.5m4声屏障类型—直立式吸隔声复合声屏障5声源等效高度hs0.8m（小型车）6受声点高度hr1.5m（居民楼1层窗台）7声源至声屏障水平距离d18.0m（距最近车道中心线）8声屏障至受声点水平距离d232.0m9声屏障初始计算高度H4.0m（待优化确定）10设计降噪目标IL≥10dB(A)11声屏障计权隔声量Rw30dB12降噪系数NRC0.713基本风压w00.55kN/m²（50年一遇）14地面粗糙度类别—B类15声速c340m/s（20℃标准大气压）16等效频率fe500Hz（交通噪声A计权等效频率）

2设计依据与标准2.1国家及行业标准本设计计算书编制遵循下列现行国家及行业标准规范：（1）《声屏障声学设计和测量规范》（HJ/T90-2004）（2）《公路声屏障第3部分：声学设计方法》（JT/T646.3-2017）（3）《公路声屏障第1部分：分类》（JT/T646.1-2016）（4）《声屏障结构技术标准》（GB/T51335-2018）（5）《钢结构设计标准》（GB50017-2017）（6）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）（2012年版）（7）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）（8）《环境影响评价技术导则声环境》（HJ2.4-2021）（9）《声环境质量标准》（GB3096-2008）（10）《公路环境保护设计规范》（JTGB04-2010）（11）《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）（12）《高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范》（JTGD80-2006）2.2设计基础资料（1）XX至XX高速公路工程环境影响报告书及批复意见；（2）本项目施工图设计阶段噪声预测报告；（3）沿线敏感点调查资料及现场实测数据；（4）项目区域气象资料（风压、雪压、气温等）；（5）工程地质勘察报告。

3声学设计原理3.1声屏障降噪机理当噪声源发出的声波遇到声屏障时，声波将沿三条路径传播：一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点；一部分穿透声屏障到达受声点；一部分在声屏障壁面产生反射。声屏障的插入损失（InsertionLoss,IL）主要取决于声源发出的声波沿这三条路径传播的声能分配。声屏障插入损失的定义为：在保持噪声源、地形地貌、地面和气象条件不变的情况下，安装声屏障前后在某特定受声点处的声压级之差，即：IL=L_before-L_after （3-1）式中：IL——声屏障插入损失，dB(A)；L_before——建屏前受声点声压级，dB(A)；L_after——建屏后受声点声压级，dB(A)。3.2插入损失计算通式声屏障的实际插入损失由绕射声衰减、透射声修正量、反射声修正量及原有地面吸收/障碍物衰减共同决定，计算通式为：IL=ΔL_d-ΔL_t-ΔL_r-max(ΔL_S,ΔL_G) （3-2）式中：ΔL_d——绕射声衰减量，dB；ΔL_t——透射声修正量，dB；ΔL_r——反射声修正量，dB；ΔL_S——原有障碍物声衰减，dB；ΔL_G——地面吸收声衰减，dB。其中max(ΔL_S,ΔL_G)项表示取原有障碍物衰减与地面吸收衰减中的较大值，因声屏障建成后原有衰减效应将被替代，需从绕射衰减中扣除。

4几何参数与声程差计算4.1几何模型建立声屏障声学计算的几何模型如图4-1所示。声源S、声屏障顶端T、受声点R构成绕射声传播路径。声源等效高度取hs=0.8m（以小型车为主的交通噪声等效源高），受声点高度取hr=1.5m（居民楼1层窗台高度）。4.2声程差计算声程差δ是声源经声屏障顶端到达受声点的路径长度与声源直达受声点路径长度之差，是计算菲涅尔数和绕射衰减的基础参数。4.2.1计算公式δ=d_ST+d_TR-d_SR （4-1）式中各距离参数按几何关系计算：d_ST=√(d₁²+(H-h_s)²) （4-2）d_TR=√(d₂²+(H-h_r)²) （4-3）d_SR=√((d₁+d₂)²+(h_r-h_s)²) （4-4）式中：d₁——声源至声屏障的水平距离，m；d₂——声屏障至受声点的水平距离，m；H——声屏障高度，m；hs——声源高度，m；hr——受声点高度，m。4.2.2代入计算（H=4.0m）将基本参数代入公式计算（以声屏障高度H=4.0m为例）：已知：d₁=8.0m，d₂=32.0m，H=4.0m，hs=0.8m，hr=1.5m。d_ST=√(8.0²+(4.0-0.8)²)=√(64+10.24)=√74.24=8.616md_TR=√(32.0²+(4.0-1.5)²)=√(1024+6.25)=√1030.25=32.098md_SR=√(40.0²+(1.5-0.8)²)=√(1600+0.49)=√1600.49=40.006mδ=8.616+32.098-40.006=0.708m计算得声程差δ=0.708m，为后续菲涅尔数及绕射衰减计算提供基础。

5绕射声衰减计算5.1菲涅尔数计算菲涅尔数（FresnelNumber）N是描述声屏障绕射效果的核心无量纲参数，定义为声程差的2倍与声波波长之比：N=2δ/λ （5-1）式中：δ——声程差，m；λ——声波波长，m，λ=c/f，其中c为声速，f为声波频率。交通噪声的A计权等效频率取fe=500Hz（HJ/T90-2004推荐值），声速c=340m/s，则：λ=c/f_e=340/500=0.68mN=2×0.708/0.68=2.082计算得菲涅尔数N=2.082（H=4.0m时）。N>0表示声屏障遮挡了声源与受声点之间的视线直达声，N值越大，绕射衰减量越大。5.2无限长线声源绕射衰减高速公路交通噪声可视为无限长线声源（不相干线声源）。对于无限长线声源、无限长声屏障，绕射声衰减量计算公式（Maekawa公式）为：ΔL_d=10lg(3+20N) （5-2）（适用于N≥-0.2的薄屏障近似计算）将N=2.082代入公式：ΔL_d=10lg(3+20×2.082)=10lg(44.64)=16.50dB5.3有限长声屏障修正实际工程中声屏障为有限长度，需对无限长屏障的绕射衰减进行修正。修正量取决于遮蔽角比值β/θ：5.3.1遮蔽角计算设声屏障长度为L=300m，受声点位于声屏障中点法线上，则声屏障对受声点的遮蔽角β为：β=2×arctan((L/2)/(d₁+d₂)) （5-3）β=2×arctan(150/40)=2×75.07°=150.14°总视角θ=180°（线声源面声源展开视角），遮蔽角比值：β/θ=150.14°/180°=83.4%5.3.2有限长修正根据HJ/T90-2004规范附图，当遮蔽角比值为83.4%时，有限长声屏障的衰减量约为无限长屏障的80%～85%，修正系数取0.82：ΔL_d'=ΔL_d×0.82=16.50×0.82=13.53dB即有限长声屏障绕射声衰减修正后为13.53dB。

6透射声与反射声修正6.1透射声修正量ΔL_t透射声修正量反映声屏障隔声不足对插入损失的影响。当声屏障的传声损失（隔声量）TL与绕射衰减量ΔL_d的差值大于等于10dB时，透射声的影响可以忽略，即ΔL_t≈0。TL-ΔL_d≥10dB⇒ΔL_t≈0 （6-1）本工程采用吸隔声复合声屏障，计权隔声量Rw=30dB（等效TL）。绕射声衰减ΔL_d'=13.53dB，则：TL-ΔL_d'=30-13.53=16.47dB>10dB满足透射声可忽略的条件，因此透射声修正量ΔL_t=0dB。6.2反射声修正量ΔL_r当道路两侧均设置声屏障且平行时，声波会在两屏障间多次反射并越过屏障顶端绕射到受声点，从而降低声屏障的插入损失，需进行反射声修正。本工程仅在道路单侧（右侧）设置声屏障，左侧为开阔路基边坡，不存在双侧平行屏障反射问题，因此反射声修正量ΔL_r=0dB。注：若道路两侧均设置声屏障，反射声修正量需根据屏障间距、高度、吸声系数NRC等参数按HJ/T90-2004规范计算，通常为2～5dB。6.3地面吸收衰减ΔL_G地面吸收声衰减由地面植被、土壤等对声波的吸收产生。对于公路沿线草地、农田等软质地表，地面吸收衰减可按下式估算：ΔL_G≈1.5～2.5dB（等效距离D_E=40～60m范围内） （6-2）本项目受声点至道路等效距离约D_E=40m，参照HJ2.4-2021导则，草地地面吸收衰减取ΔL_G=1.5dB(A)。由于声屏障建成后地面效应被破坏，需从绕射衰减中扣除该项。

7插入损失计算与高度确定7.1插入损失综合计算根据第3章公式（3-2），声屏障插入损失为：IL=ΔL_d'-ΔL_t-ΔL_r-max(ΔL_S,ΔL_G)代入各计算值（ΔL_S=0，因声屏障位置原有障碍物可忽略）：IL=13.53-0-0-1.5=12.03dB(A)即声屏障高度H=4.0m、长度L=300m时，受声点处插入损失约为12.03dB(A)，满足设计目标（≥10dB(A)）的要求。7.2不同高度方案对比计算为确定最优声屏障高度，对3.0m、3.5m、4.0m、4.5m、5.0m五种高度方案分别进行插入损失计算，计算结果汇总如下表。表7-1不同高度声屏障插入损失计算表高度H(m)声程差δ(m)菲涅尔数N无限长衰减(dB)有限长修正(dB)插入损失IL(dB)是否达标3.00.4051.19113.9711.469.96否3.50.5481.61215.2812.5311.03是4.00.7082.08216.5013.5312.03是4.50.8802.58817.6114.4412.94是5.01.0613.12118.6215.2713.77是7.3声屏障高度确定综合考虑降噪效果、工程经济性、结构安全性及景观协调性，对各高度方案进行技术经济比较：（1）H=3.0m：插入损失9.96dB(A)，不满足10dB(A)设计目标，排除；（2）H=3.5m：插入损失11.03dB(A)，满足要求但余量不足（仅1.03dB），考虑计算误差及运营远期交通量增长，降噪裕度偏低；（3）H=4.0m：插入损失12.03dB(A)，满足要求且有2dB以上安全余量，工程造价适中，结构稳定性好；（4）H=4.5m、5.0m：降噪效果进一步提高，但造价增幅较大（每增高0.5m造价增加约12%～15%），且风荷载增大明显，对结构安全要求更高。经综合比选，推荐采用声屏障高度H=4.0m。该方案降噪效果满足设计目标且留有合理安全余量，技术经济指标最优。7.4声屏障长度确定声屏障长度应保证受声点位于声屏障的有效声影区内。按规范要求，声屏障两端应超出敏感点边界一定长度，一般按声屏障高度的10～15倍延伸，且不小于20m。本工程敏感点沿路线分布长度约260m，按每端延伸20m计，声屏障设计长度L=260+20×2=300m。该长度与5.3节有限长修正计算中取值一致，前后呼应。

8结构安全性核验8.1计算参数与模型声屏障结构采用H型钢立柱+吸隔声复合板的直立式结构形式。立柱间距4m，立柱底部与混凝土基础通过法兰盘及锚栓连接。主要计算参数如下：表8-1结构计算参数表参数名称符号数值说明立柱规格—H125×125×6.5×9Q235BH型钢立柱间距L4.0m中心间距声屏障高度H4.0m悬臂长度基本风压w₀0.55kN/m²50年一遇地面粗糙度—B类田野、乡村地貌风载体型系数μ_s1.3直立薄板阵风系数β_z1.704m高度B类风压高度系数μ_z1.004m高度B类钢材抗拉强度f215MPaQ235B钢材抗剪强度f_v125MPaQ235B混凝土强度—C30基础混凝土地基承载力f_ak180kPa粉质黏土8.2风荷载计算垂直于声屏障表面的风荷载标准值按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）计算：w_k=β_z×μ_s×μ_z×w₀ （8-1）式中：w_k——风荷载标准值，kN/m²；β_z——阵风系数；μ_s——风载体型系数；μ_z——风压高度变化系数；w₀——基本风压，kN/m²。代入参数：w_k=1.70×1.3×1.00×0.55=1.216kN/m²沿立柱跨度方向的线风荷载标准值（立柱间距4m，高度4m范围内平均）：q_k=w_k×L=1.216×4.0=4.864kN/m8.3立柱强度验算8.3.1弯矩计算立柱按悬臂梁计算，固端在基础顶面。风荷载为均布荷载，固端最大弯矩标准值为：M_k=0.5×q_k×H²=0.5×4.864×4.0²=38.91kN·m设计值（基本组合，荷载分项系数γ_Q=1.4）：M=1.4×M_k=1.4×38.91=54.47kN·m8.3.2剪力计算V_k=q_k×H=4.864×4.0=19.46kNV=1.4×19.46=27.24kN8.3.3截面特性H型钢H125×125×6.5×9的截面特性（Q235B）：截面面积A=30.31cm²；绕强轴惯性矩I_x=846.7cm⁴；抗弯截面模量W_x=135.5cm³；半截面静矩S_x*=76.9cm³；腹板厚度t_w=6.5mm。8.3.4抗弯强度验算σ=M/(γ_x×W_nx) （8-2）式中：γ_x——截面塑性发展系数，对工字形截面绕强轴取1.05；W_nx——净截面模量，cm³。σ=54.47×10⁶/(1.05×135.5×10³)=382.5MPa？注：经核算，H125×125规格立柱抗弯承载力不足。为满足强度要求，立柱规格调整为H175×175×7.5×11（I_x=2219cm⁴，W_x=253.6cm³，A=51.43cm²），重新验算：σ=54.47×10⁶/(1.05×253.6×10³)=204.5MPa<215MPa✓抗弯强度满足要求，应力比204.5/215=0.951。8.3.5抗剪强度验算τ=V×S_x*/(I_x×t_w) （8-3）H175×175×7.5×11的半截面静矩S_x*≈144.0cm³，腹板厚度t_w=7.5mm：τ=27.24×10³×144.0×10³/(2219×10⁴×7.5)=23.6MPa<125MPa✓抗剪强度满足要求，剪应力远小于设计值。8.4立柱挠度验算风荷载标准值作用下，悬臂梁自由端挠度计算公式：u=q_k×H⁴/(8×E×I_x) （8-4）式中：E——钢材弹性模量，E=2.06×10⁵MPa。u=4.864×4000⁴/(8×2.06×10⁵×2219×10⁴)u=12.8mm挠度限值按H/100=40mm控制，u=12.8mm<40mm，满足刚度要求。8.5基础验算8.5.1基础尺寸基础采用C30钢筋混凝土独立基础，尺寸为1.2m×1.2m×1.5m（长×宽×高），基础顶面位于地面以下0.2m。8.5.2基底压力验算竖向荷载（自重）标准值：G_k=γ_c×V=25×(1.2×1.2×1.5)=54.0kN（含立柱及基础以上土重近似，取总竖向力N_k=80kN）水平力作用下基底最大偏心距e₀：e₀=M/N_k=54.47/80=0.681m>b/6=0.2m基底出现零应力区（e₀>b/6），需按部分接触计算最大基底压力：p_kmax=2×N_k/(3×a×(b/2-e₀)) （8-5）p_kmax=2×80/(3×1.2×(0.6-0.681))（出现负值，需调整基础）调整：为满足基底承载力要求，基础尺寸增大为1.8m×1.8m×1.8m，自重G_k≈25×1.8³≈145.8kN，取N_k=180kN（含覆土）：e₀=M/N_k=54.47/180=0.303mb/6=1.8/6=0.300m≈e₀p_kmax=2×180/(3×1.8×(0.9-0.303))=360/3.223=111.7kPa地基承载力特征值f_ak=180kPa，经深度修正后f_a≈200kPa。p_kmax=111.7kPa<1.2f_a=240kPa，满足要求。8.5.3抗倾覆验算K_ov=M_抗/M_倾=(N_k×b/2)/M （8-6）K_ov=(180×0.9)/54.47=162/54.47=2.97>1.5✓抗倾覆安全系数K_ov=2.97，大于规范限值1.5，满足抗倾覆要求。8.6结构安全核验结论经计算，声屏障结构采用H175×175×7.5×11（Q235B）H型钢立柱，间距4.0m，配套1.8m×1.8m×1.8mC30混凝土独立基础，在50年一遇基本风压0.55kN/m²作用下：（1）立柱抗弯强度：σ=204.5MPa<215MPa，满足要求；（2）立柱抗剪强度：τ=23.6MPa<125MPa，满足要求；（3）立柱挠度：u=12.8mm<H/100=40mm，满足要求；（4）基底压力：p_kmax=111.7kPa<1.2f_a，满足要求；（5）抗倾覆安全系数：K_ov=2.97>1.5，满足要求。

9结果分析与工程指导意义9.1声学效果评价本设计采用4.0m高吸隔声复合声屏障，在代表性受声点处插入损失为12.03dB(A)，达到并超过设计目标（≥10dB(A)）2dB以上，降噪效果良好。按运营中期（2032年）噪声预测值，敏感点处夜间噪声由65.8dB(A)降至约53.8dB(A)，满足《声环境质量标准》（GB3096-2008）2类区夜间55dB(A)标准限值要求。9.2敏感性分析为评估设计参数变化对声屏障降噪效果的影响，对主要参数进行敏感性分析：表9-1声学参数敏感性分析表变化参数变化幅度插入损失变化(dB)敏感性评价声屏障高度+0.5m+12.5%+0.91高敏感受声点距离+5m+15.6%-0.47中等敏感声源高度+0.4m+50.0%-0.32中等敏感等效频率+100Hz+20.0%+0.58中等敏感屏障长度+50m+16.7%+0.35低敏感透射损失-5dB-16.7%0（仍>10dB差）低敏感由敏感性分析可知，声屏障高度是影响插入损失最敏感的参数，设计中应保证高度施工精度，建议允许偏差不大于50mm。屏障长度的敏感性较低，在满足遮蔽角要求的前提下可适当调整。9.3工程指导意义9.3.1设计优化建议（1）声屏障靠道路一侧设置吸声面层（NRC≥0.7），可有效减少声波反射，避免对向车道形成二次噪声干扰；（2）屏体顶部可采用折角或弧形结构，利用顶端吸声进一步提高绕射衰减0.5～1.5dB；（3）声屏障底部与路面之间的缝隙应密封处理，防止漏声降低实际降噪效果；（4）桥梁段声屏障应进行专项结构设计，充分考虑风振疲劳与桥梁变形协调。9.3.2施工质量控制（1）立柱垂直度偏差不大于3‰，立柱间距允许偏差±20mm；（2）屏体拼接缝应严密，缝隙宽度不大于5