Защита населения, проживающего на прилегающей к магистралям территории г. Екатеринбурга от антропогенного шума

«Когда-нибудь человечество принуждено будет бороться с шумом так же, как борется оно с холерой и чумой»

Роберт Кох

Проблема защиты населения городов от шума актуальна в наше время в связи с ростом количества транспорта, развитием промышленности и рядом других причин. Миллионы людей по всей России живут в условиях акустического дискомфорта.

Реакция на шум со стороны нервной системы человека начинается при уровне шума 40 дБ, а нарушение сна — при 35 дБ. При 70 дБ происходят глубокие изменения в нервной системе вплоть до психических заболеваний, а также изменения зрения, слуха, состава крови. Неожиданный сильный шум может привести даже к смертельному исходу от паралича сердца.

По итогам исследования санитарно-эпидемиологического положения, по влиянию на здоровье населения, шумовая нагрузка вышла на третье место вслед за комплексной химической и биологической нагрузкой.

Шум — фактор не только биологический, но и экономический: он наносит урон производительности труда. Подсчитано, что повышение шума с 75 до 95 дБ снижает работоспособность человека на 25%. [4]

Защита от шума представляет весьма сложную задачу, решение которой в настоящее время сдерживается рядом причин.

К источникам техногенного шума, прежде всего, относятся средства автомобильного, железнодорожного и воздушного транспорта, промышленные предприятия, открытые трансформаторные подстанции, погрузочно-разгрузочные работы у магазинов, а также различные виды жизнедеятельности населения. В перспективе, в связи с активным развитием транспорта, увеличением объема междугородних перевозок, возрастанием производственных мощностей промышленных предприятий прогнозируется дальнейшее ухудшение шумового режима.

Очевидно, что в краткосрочной перспективе решить проблемы шума невозможно. Но все же, в целом, это осуществимо. Поэтому необходимо создавать программы и проекты обеспечения санитарно-гигиенического и экологического благополучия селитебных территорий в части снижения уровня шума.

Целью данного исследовательского проекта является защита населения, проживающего на прилегающей к магистралям территории г. Екатеринбурга от антропогенного шума. Рассматривается участок объездной дороги, который расположен между улицами Амундсена и С. Дерябиной, параллельно улице Онуфриева. Данная дорога имеет по 6 полос движения в обоих направлениях с общей интенсивностью движения более 5000 автомобилей в час.

Для решения поставленной задачи необходимо изучить возможные методы защиты от шума и определить уровень звука на территории, непосредственно прилегающей к жилым домам. Далее, следует выбрать способ защиты территории от шума, рассчитать ожидаемое снижение уровня звука вследствие проведения шумозащитных мероприятий, представить технико-экономическое обоснование предлагаемых в проекте решений.

1. Теоретические основы защиты населения от шума

1.1 Географическая и климатическая характеристики Свердловской области Свердловская область расположена на северо-востоке Уральского региона, по площади занимаемой территории ей принадлежит первое место среди других областей региона. По территории области проходит граница между Европой и Азией. Свердловская область граничит: на юге — с Курганской, Челябинской областями и Республикой Башкортостан, на западе — с Пермской областью, на северо-западе — с Республикой Коми, на северо-востоке — с Ханты-Мансийским АО, на востоке — с Тюменской областью.

Свердловская область расположена в пределах Среднего и Северного Урала (высшая точка — гора Конжаковский Камень, 1569 м) и на прилегающей окраине Западно-Сибирской равнины.

Климат региона континентальный короткое, довольное теплое, но дождливое лето и холодная зима. Холодный период длится 7 месяцев, средняя температура января составляет -16−20°С, но иногда температура достигает значений менее -35°С. Летняя погода бывает неустойчиой: дневная температура 21−22°С может меняться на 10−12°С или подниматься до 35 °C. Уральские горы, незначительные по высоте, преграждают путь массам воздуха, поступающим с запада, из европейской части континента.

Екатеринбург — административный, промышленный, транспортный, торговый, научный и культурный центр Урала. Екатеринбург, основанный в 1723 году, находится в центральной части Евразийского материка, на границе Европы и Азии, в срединной части Уральского хребта, на 56є 51' северной широты, 60є 36' восточной долготы. Город расположен на восточном склоне Уральских гор, в пойме реки Исеть.

1.2 Сущность проблемы загрязнений и защиты от шума Миллионы людей в городах России живут в условиях акустического дискомфорта. Причем многие из них вынуждены жить в комнатах, относимых к числу аварийных по условиям внешнего шума. Такие помещения следует в экстренном порядке переводить в разряд нежилых, либо подвергать шумозащитной реконструкции.

В комнатах, окна которых выходят на крупные загруженные автомагистрали, поток шумовой энергии, поступающей извне через оконные проемы, в сотни и даже в тысячи раз превышает санитарные нормы. По результатам проводившихся исследований 30—50% населения современных городов подвергаются постоянному или периодическому (в течение суток) воздействию шума сверхнормативных уровней.

Шум влияет на нас на протяжении всей нашей жизни. Например, есть данные о влиянии на будущего ребенка, когда матери подвергаются промышленной и экологической шума. Во младенчестве и детстве, люди подвергаются воздействию высоких уровней шума и могут испытывать трудности в обучении и в целом имеют более низкий уровень здоровья. Позже, пожилые люди могут иметь проблемы с засыпанием и получения необходимых количеств отдыха. United States Environmental Protection Agency Office of Noise Abatement and Control Washington, DC 20 460 August 1978

В перспективе в связи с развитием автомобильного и рельсового транспорта, увеличением объема междугородних перевозок, возрастанием производственных мощностей предприятий прогнозируется дальнейшее ухудшение шумового режима. Шкала силы звука приведена на рис. 2.1.1. По данным ВОЗ, реакция на шум со стороны нервной системы начинается при уровне шума 40 дБ, а нарушение сна — при 35 дБ. При 70 дБ происходят глубокие изменения в нервной системе вплоть до психического заболевания, а также изменение зрения, слуха, состава крови.

Шум обуславливает гипертонию, язву желудка, расстройство эндокринной системы. Уровень шума свыше 130 дБ может вызвать акустические травмы.

Неожиданный сильный шум может привести даже к смерти от паралича сердца. В таких случаях замечен интенсивный падеж кроликов и голубей, куры снижают яйценоскость почти в два раза. Многие из них гибнут от кровоизлияния в мозг. Из-за шума снижаются надои коров.

Звук пролетающего сверхзвукового самолета угнетающе действует на пчел (они теряют ориентировку и прекращают полеты), от него лопается скорлупа яиц в птичьих гнездах.

Шум — фактор не только биологический, но и экономический: он наносит ущерб производству. По вине шума в промышленности теряется 5% трудовых ресурсов. Подсчитано, что повышение шума с 75 до 95 дБ снижает работоспособность человека на 25%. Уменьшение шума на 1 дБ повышает производительность рабочего на 0,3—1,0%.

Шум нарушает сон, который становится поверхностным, уменьшается его продолжительность, после пробуждения люди чувствуют усталость, головную боль, а нередко и сердцебиение.

Повышенное содержание холестерина в крови, ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь встречаются чаще у лиц, проживающих в шумных районах города. Шум в 150 дБ становится непереносимым, возможен разрыв барабанной перепонки, в 180 — вызывает усталость металла, в 190 — вырывает заклепки из конструкций. Шкала силы звука для различных источников шума приведена на рисунке 2.

Рис. Шкала силы звука

1.3 Основные понятия о природе шума и его физических свойствах Шумом называют всякий неприятный, нежелательный звук или совокупность звуков, мешающих восприятию полезных сигналов, нарушающих тишину, оказывающих вредное или раздражающее воздействие на организм человека, снижающих его работоспособность.

Звук как физическое явление представляет собой волновое колебание упругой среды. Звуковые волны возникают в том случае, когда в упругой среде имеется колеблющееся тело, или когда частицы упругой среды (газообразной, жидкой или твердой) приходят в колебательное движение (в продольном или поперечном направлениях) в результате воздействия на них какой-либо возмущающей силы.

Как физиологическое явление звук определяется ощущением, воспринимаемым органом слуха при воздействии на него звуковых волн. В газообразной среде (воздухе) могут распространяться только продольные волны, в которых частицы колеблются вдоль направления распространения волн. Направление распространения звуковой волны называют звуковым лучом.

Фронт волны перпендикулярен звуковому лучу. В общем случае фронт волны имеет сложную форму, но в практических случаях ограничиваются распространением трех видов волн: плоской, сферической и цилиндрической.

Звуковые волны распространяются с определенной скоростью, называемой скоростью звука ©. В газообразных средах скорость звука зависит в основном от их плотности и атмосферного давления. Скорость звука в воздухе при температуре 20 °C и нормальном атмосферном давлении равна 344 м/с.

Область пространства, в котором распространяются звуковые волны, называют звуковым полем. Физическое состояние среды в звуковом поле (точнее, изменение этого состояния) характеризуется звуковым давлением (Р), т. е. разностью между значением полного давления и средним статистическим давлением, которое наблюдается в воздухе при отсутствии звукового поля.

Звуковое давление, изменяющееся от нуля до максимальной величины, оценивают не мгновенной величиной, а среднеквадратичным значением за период колебания. Среднеквадратичное значение звукового давления в точке измерения определяется через мгновенные значения:

где tтекущее время, с;

Тпериод колебаний, с (в математической теории Т>?, в практических вопросах борьбы с шумом Т=50ч100 мс).

Звуковое давление представляет собой силу, действующую на единицу поверхности. Единица измерения звукового давления — Паскаль (1 Па = 1Н/м2).

Длиной звуковой волны (л) называют расстояние, измеряемое вдоль направления распространения звуковой волны между двумя ближайшими точками звукового поля, в которых фаза колебаний частиц среды одинакова. В изотропных средах длина волны связана с частотой (f) и скоростью звука © зависимостью:

.

Частоты акустических колебаний от 20 до 20 000 Гц называют звуковыми, ниже 20 Гц — инфразвуковыми, а выше 20 000 Гц — ультразвуковыми. Примерная граница между низкими и средними частотами составляет 200—300 Гц, между средними и высокими 1000—1250 Гц.

При распространении звуковых волн происходит перенос звуковой энергии в пространстве. Отдельные источники шума характеризуются звуковой мощностью (Р). Звуковой мощностью называют общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума за единицу времени (единица измерения — Вт). Важной характеристикой всякого источника шума (источника звуковых волн) является направленность излучения. Обычно реальные источники шума имеют неравномерное излучение по различным направлениям.

Звуковое давление и звуковая мощность источников шума изменяются в очень широких пределах. Например, звуковое давление практически может составлять примерно от до Па. Отношение этих значений звукового давления составляет 109.

Пользоваться абсолютными значениями таких сильно разнящихся между собой величин крайне неудобно. Кроме того, орган слуха человека различает не разность, а кратность изменения абсолютных значений звуковых давлений. В технической акустике принято измерять звуковое давление и звуковую мощность не в абсолютных, а в относительных логарифмических единицах — децибелах. Поэтому шум оценивают не абсолютной величиной (звуковым давлением), а его уровнем, т. е. отношением создаваемого звукового давления к давлению, принятому за единицу сравнения. Единицей сравнения служит пороговое значение звукового давления р0, равное Па.

Уровень звукового давления L, дБ, определяется по формуле:

где р — звуковое давление, Па;

р0 — пороговое звуковое давление, равное Па.

Каждому удвоению звукового давления соответствует изменение уровня звукового давления на 6 дБ. Логарифмические единицы уровней звукового давления являются не абсолютными, а относительными и потому безразмерными единицами. Однако после того как пороговое значение р0 было стандартизовано, определяемые относительно него уровни звукового давления приобрели смысл абсолютных значений, так как они однозначно характеризуют соответствующее значение звукового давления. В табл. 2.2.1 приведены средние значения уровней звукового давления ряда источников шума.

Уровень звуковой мощности Lр, дБ, определяется по формуле:

где Р — звуковая мощность, Вт;

Р0 — пороговая звуковая мощность, равная Вт.

Значения уровней звукового давления источников шума

Звуковая энергия, излучаемая источником шума, распределяется по частотам.

Чувствительность человека к звукам разной частоты разнородна. Она максимальна к звукам частотой около 4 кГц, стабильна в диапазоне от 200 до 2000 Гц, и снижается при частоте менее 200 Гц.

Громкость шума зависит от силы звука и его частоты. Громкость звука оценивают, сравнивая его с громкостью простого звукового сигнала частотой 1000 Гц.

При малом уровне громкости человек менее чувствителен к звукам очень низких и высоких частот. При большом звуковом давлении ощущение звука перерастает в болевое ощущение. На частоте 1 кГц болевой порог соответствует давлению 20 Па и силе звука 10 Вт/кв.м.

Шум большинства городских источников включает звуки почти всех полос частот слухового диапазона, но отличается разным распределением уровней звукового давления по частотам и неодинаковым изменением их по времени. Классификация шумов, действующих на человека, производится по их спектральным и временным характеристикам.

1.4 Критерии оценки шума Шумовой режим селитебных территорий в городах определяется воздействием целого ряда источников внешнего шума. К таким источникам, прежде всего, относятся средства автомобильного, железнодорожного и воздушного транспорта, ряд промышленных предприятий и установок, открытые трансформаторные подстанции глубокого ввода, погрузочно-разгрузочные работы у магазинов, а также различные виды жизнедеятельности населения, связанные с эмиссией шума (спортивные игры, игры детей). Подавляющее большинство этих источников создают непостоянный шум, уровни звука которого значительно изменяются во времени.

В качестве основной величины для оценки шумового режима в местах отдыха, проживания и работы населения установлен эквивалентный уровень звука. Эквивалентным (по энергии) уровнем звука называется значение уровня звука длительного постоянного шума, который в пределах регламентируемого интервала времени Т имеет то же самое среднеквадратическое значение уровня звука, что и рассматриваемый непостоянный шум, уровень звука которого изменяется во времени. Эта величина определяется по формуле:

где — эквивалентный уровень звука, полученный для интервала времени Т, начинающегося в t1 и заканчивающегося в t2, дБА;

р0 — пороговое значение звукового давления, равное Па;

pA (t) — мгновенное значение звукового давления, корректированного по кривой корреляции, А шумового сигнала, Па.

К весьма важным вопросам относится установление интервала времени, в течение которого должны проводиться измерения и оценка непостоянного шума. Интервалом времени измерений является интервал времени, в течение которогоосуществляются интегрирование и осреднение уровней звука. Этот интервал зависит от типа временной характеристики шума.

Базисным интервалом времени считается интервал, к которому может быть отнесен эквивалентный уровень звука. Он должен устанавливаться в национальных и международных стандартах или компетентными органами и охватывать все типичные периоды деятельности человека, а также вариации в работе источников шума (например, изменения интенсивности движения транспорта или часов работы промышленных предприятий). В отношении деятельности людей к базисным интервалам относят периоды дневного и ночного времени суток.

Длительный интервал времени — это регламентируемый интервал, для которого результаты измерений шума являются репрезентативными (представительными). Длительный интервал времени состоит из серии базисных интервалов времени; он определяется для описания шума окружающей среды и обычно устанавливается компетентными органами. В соответствии с этим определением средний уровень звука за длительный интервал времени представляет собой осредненные в течение длительного интервала времени, эквивалентные уровни звука для серии базисных интервалов времени, заключенных в пределах длительного интервала времени. Осреднение должно проводиться по формуле:

где N — число базисных интервалов времени оценки;

— эквивалентный уровень звука в i-м базисном интервале времени оценки.

Наиболее важным является оценочный уровень звука, представляющий собой эквивалентный уровень звука в течение определенного регламентированного интервала времени с учетом установленных поправок на тональный характер и импульсность шума.

В некоторых случаях может оказаться желательным описать шумовой режим, используя как эквивалентный длительный уровень звука, так и распределение уровней звука во времени. Для этого определяются процентные уровни звука, например или Процентным уровнем звука называется уровень звука, полученный при использовании временной характеристики «F» (быстро), который превышается в N% рассматриваемого интервала времени.

Для оценки, нормирования и экономических расчетов ущерба, причиненного воздействием шума, можно использовать в первую очередь оценочный уровень звука за определенный регламентированный интервал времени и оценочный уровень звука за длительный регламентированный интервал времени.

1.5 Нормирование шума Для защиты населения от шума решающее значение имеют санитарно-гигиенические нормативы допустимых уровней шума, поскольку они определяют необходимость разработки тех или иных мер по шумозащите в городах. Цель гигиенического нормирования — профилактика функциональных расстройств и заболеваний, развития чрезмерного утомления и снижения трудоспособности населения при кратковременном или продолжительном действии шума в окружающей среде. В зависимости от своего назначения помещения зданий и селитебные территории должны быть соответственно защищены от шума. Степень щумозащищенности в первую очередь определяется нормами допустимого шума для помещения или территории данного назначения. Проникающие в помещения или на территорию шумы от любых источников не должны превышать нормативных величин.

Такие нормы устанавливаются в главах СНиП, стандартах или санитарных нормах.

Допустимые уровни звука в помещениях жилых и общественных зданий и на территории застройки следует принимать по табл. 2.4.1 с поправками по табл. Следует учитывать, что допустимые уровни шума от внешних источников в помещениях устанавливаются при условии обеспечения нормативной вентиляции помещений (для жилых помещений, палат больниц и санаториев, классных помещений при открытых форточках, фрамугах, узких створках окон).

Допустимые уровни звука для помещений и территорий

1.6 Источники шума в городе, их шумовые характеристики В процессе расчета и проектирования средств защиты застройки от транспортного шума, как правило, рассматривают не отдельные средства транспорта, а комплексные источники шума — транспортные потоки. Шумовой характеристикой потоков автомобилей, автобусов и троллейбусов является эквивалентный уровень звука, дБА, на расстоянии 7,5 м от оси первой полосы движения. На стадиях технико-экономического обоснования города и разработки проекта генерального плана города шумовую характеристику потоков средств автомобильного транспорта допускается принимать по табл.

Шумовые характеристики потоков средств транспорта

На стадиях разработки проектов детальной планировки и проектов застройки, когда известны характеристики движения и состава транспортных потоков, параметры поперечного и продольного профиля магистральных улиц и дорог, тип покрытия проезжей части улицы или дороги, шумовая характеристика потоков средств автомобильного транспорта определяется по табл. 2.5.1, а — 2.5.1, г.

Таблица а

Таблица б

Таблица в

При размещении между полосами проезжей части разных направлений движения бульваров и пешеходных аллей шумовая характеристика потоков автомобилей, автобусов и троллейбусов определяется раздельно для каждого направления движения.

В местах пересечения магистральных улиц регулируемого движения на расстояниях до 50 м от оси перекрестка шумовая характеристика потоков автомобилей, автобусов и троллейбусов определяется путем суммирования (по энергии) эквивалентных уровней звука, определенных раздельно для каждой магистральной улицы с учетом поправки согласно табл. 2.5.1, г.

Таблица г

На улицах с интенсивностью движения менее 500 автомобилей/час и значительной долей троллейбусов в общем числе транспортных средств в потоке отдельно определяются шумовые характеристики потока автомобилей и автобусов и потока троллейбусов с последующим их энергетическим суммированием.

В тех случаях, когда источниками шума являются не транспортные потоки, а отдельные средства транспорта, эквивалентный уровень звука за дневной период суток принимает столь малое значение, что не позволяет адекватно отразить субъективную реакцию населения. Для таких и подобных им случаев санитарными нормами предусмотрено нормирование шума по максимальному значению уровня звука.

При размещении на территориях микрорайонов, кварталов и групп жилых домов, физкультурных и детских игровых площадок, хозяйственных площадок, хозяйственных дворов магазинов и других локальных источников шума необходимо оценивать их вклад в шумовой режим застройки. С учетом кратковременного функционирования таких источников шума представляется целесообразным проводить акустические расчеты, используя максимальный уровень звука.

Источниками шума на территориях застройки могут быть также промышленные и энергетические предприятия, предприятия по обслуживанию средств транспорта, станции и другие объекты автомобильного, железнодорожного и водного транспорта. Шумовой характеристикой этих объектов является корректированный уровень звуковой мощности, дБА, определяемый по картам шума города или промышленных зон (узлов), или путем натурных измерений в соответствии с «Рекомендациями по измерению и оценке внешнегошума промышленных предприятий».

1.7 Методы борьбы с шумовой нагрузкой

1.7.1 Общие методы борьбы с шумовой нагрузкой Защита от шума — это все меры защиты от шумового загрязнения, представляющего опасность для здоровья человека. Методы борьбы с производственным и бытовым шумом определяются его интенсивностью, спектральным составом и диапазоном граничных частот. В России действует специальный ГОСТ 12.1.003−83 «Шум. Общие требования безопасности». Он устанавливает максимально допустимые уровни акустических шумов, ограничивает предельные акустические параметры машин и оборудования.

Различают активные и пассивные противошумовые мероприятия. Активные меры защиты от шума направлены на уменьшение уровня шума в самом источнике за счет соответствующих конструктивных решений, технологий производства и методов организации труда (например, капсулирование двигателя). Пассивные меры защиты направлены на уменьшение уровня шума (создающие препятствия) на пути распространения шума от источника звука до уха человека. Пассивные меры защиты (такие, как звукозащитные стенки вдоль дорог, звукозащитные окна, меры по урегулированию уличного движения, индивидуальная защита слуха и др.) снижают уровень шумовой нагрузки. Однако они часто оказывают отрицательное побочное воздействие, прежде всего, на окружающую среду.

Противошумовые мероприятия можно подразделить на административные, планово-организационные, технические, градостроительные.

К административным мероприятиям относится правовое урегулирование противошумовой защиты посредством федерального законодательства, а также предписаний и указаний. Планово-организационные мероприятия представляют собой меры путем соответствующего планирования в максимальной степени призванные предупредить возникновение шума (особенно это относится к транспортным шумам) или предпринять надлежащие дополнительные меры к уменьшению шума (например, путем ограничения движения). Технические методы основаны на снижении акустического шума в месте его возникновения и ограничении зоны распространения, создании звукопоглощающей среды. Уменьшение шума в самом источнике его возникновения (активная звуковая защита, например, путем капсулирования двигателей или разработки менее шумных силовых установок и моторов) более эффективна, чем пассивные меры защиты. К градостроительным мероприятиям по защите населения от шума относятся:

1) правильная ориентация источника шума или места излучения шума по отношению к расчетной точке;

2) увеличение расстояния между источником шума и защищаемым объектом;

3) уменьшение шума на пути его распространения от источника до расчетной точки;

4) использование различных приемов планировки, рационального размещения микрорайонов, функциональное зонирование территории;

5) рациональная застройка магистральных улиц, максимальное озеленение территории микрорайонов и разделительных полос, использование рельефа местности.

1.7.2 Озеленяемые шумозащитные стены Шумозащитные стены, предназначенные в первую очередь для защиты от шума автотранспорта, играют также положительную роль в ограждении жилой застройки от поступления воздушных загрязнений (они служат отражающей стеной), создают положительный зрительный барьер между жителями и потоками транспорта, формируют позитивную зрительную среду для водителей.

Шумозащитная стена (экран) состоит обычно из двух железобетонных элементов — стоек и плит, соединенных таким образом, чтобы после монтажа образовались полости, заполняемые грунтом с частично открытыми для озеленения поверхностями. В грунт высаживают разнообразные травы, цветы, вьющиеся растения, кустарник, небольшие деревья. При этом необходим периодический полив растений; если растения имеют длинные корни (дикий виноград) и укореняются в грунте под экраном, — полив не нужен.

Эффект шумогашения таких стен (экранов) складывается из нескольких факторов (рис. 3.2.1):

1. Удлинение пути звукового луча от источника шума (двигателя автомобиля) к объекту — наружной стене здания. Обычно это удлинение, вследствие которого происходит затухание шума, более всего сказывается на гашении шума для нижних этажей, для которых оно наиболее актуально.

2. Небольшое затухание шума в массивном грунтовом заполнении экрана.

3. Переориентация звуковых волн в пространстве вследствие неровной поверхности экрана.

4. Поглощение звуковых колебаний растительностью на поверхности экрана; особенно эффективно сплошное озеленение верха экрана, затрудняющее прохождение звукового луча, огибающего экран сверху.

5. Высота экрана и наличие на его верху козырька, удлиняющего путь звукового луча.

Звуковые колебания распространяются в пространстве, огибая все препятствия на своем пути и медленно затухая. Существенную роль в затухании играет проходимое звуковыми волнами расстояние, а также степень шероховатости поверхности земли (наличие озеленения).

Рис. Схема шумозащиты: 1 — удлиненный путь звукового луча от двигателя автомобиля; 2 — затухание шума в массиве грунта; 3 — переориентация звука неровной поверхностью экрана; 4 — затухание за счет озеленения верха и лицевой поверхности; 5 — влияние высоты экрана С учетом наибольшей эффективности шумозащиты и простоты возведения на магистралях целесообразны озеленяемые (биопозитивные) шумозащитные стены (экраны). Их рекомендуется проектировать таким образом, чтобы отношение высоты к толщине поперечного сечения в нижней части стены составляло 3:1—5:1. Разработаны различные конструкции шумозащитных озеленяемых подпорных стен из сборного или монолитного железобетона. Конструктивно они представляют собой железобетонные емкости с отверстиями, заполненные естественной или искусственной грунтовой смесью с высаженными в нее растениями. Корни проникают через отверстия в естественный грунт, поэтому не требуется специальная поливка.

На фасадах озеленяемой шумозащитной стены, после того как растения укрепятся и вырастут, видна сплошная завеса из листьев (в теплое время года) или вьющиеся ветки растений на фоне железобетонных плоскостей (в холодное время). Для архитектурной выразительности рекомендуется предусматривать шумозащитные стены волнообразного рельефа и др. Варианты конструкций шумозащитных озеленяемых стен таковы:

1. Стойки с шагом 4—6 м, защемленные в фундаменте или грунте, с введенными в их пазы наклонными плоскими плитами с декоративной рельефной поверхностью. В них могут быть выполнены сквозные отверстия диаметром 5—10 см, в которые также можно высадить растения.

2. Коробчатые элементы, установленные один на другой и заполненные грунтом, причем на фасадных частях видны естественные откосы грунте, на которых высаживают растения.

3. Составные элементы, выполняемые из отдельных складок, монтируемых одна на другую, с заполнением внутреннего пространства грунтом. В конструктивном отношении они подобны коробчатым.

4. Треугольные рамы с шагом 4—6 м, в пазы которых помещают вертикально расположенные плоские плиты с рельефной фасадной поверхностью. В этой конструкции грунтовая засыпка представляет собой объем, сечение которого увеличивается сверху вниз.

Шумозащита осуществляется в этих стенах, во-первых, за счет глушения звука массивными железобетонными стенами с грунтовым заполнением; во-вторых, переориентацией звука неплоской поверхностью стен; в-третьих, глушением шума озеленением. Озеленяемые (биопозитивные) шумозащитные экраны — это многофункциональные конструкции, в которых усилены шумозащитные функции путем озеленения лицевой поверхности и верха стены, а также улучшен внешний вид стен и добавлена экологичность конструкций — способность абсорбировать загрязнения и таким образом очищать воздух.

Практически все типы шумозащитных экранов являются грунтозаполненными стенами, в которых почвенно-растительный грунт заполняет полости, образованные железобетонными стенками, причем этот грунт в нижней части контактирует непосредственно с естественным грунтом. Это позволяет высаживать траву, вьющиеся растения и небольшие кустарники без необходимости постоянного специального полива, так как корни растений могут располагаться в естественном грунте (рекомендуется подбирать растения с длинными корнями, проникающими в естественный грунт). Но возможны шумозащитные экраны традиционных типов, выполняемые с нишами в плане, в которые высаживают деревья. Для этого экран должен иметь ломаную форму в плане с длиной горизонтальных участков около 3 м, чтобы через 3 — 6 м можно было высадить крупные деревья.

Основными особенностями конструктивных решений озеленяемых шумозащитных экранов являются:

1. Наличие горизонтальных или слегка наклонных поверхностей растительного грунта, расположенных с постоянным шагом по высоте экрана; объединение всех объемов грунта внутри экрана между собой и с естественным грунтом под экраном.

2. Многослойность конструкции экрана, положительно влияющая на эффективность шумогашения.

3. Создание неплоской лицевой поверхности экрана, хорошо отражающей и переориентирующей звуковые потоки.

4. Возможность устройства густого озеленения по верху экрана, хорошо препятствующего прохождению звука через верх.

5. Возможность устройства наклонной плиты (козырька) в верхней части экрана, препятствующей прохождению звука к объекту защиты.

6. Экологичность новых типов экранов, заключающаяся в очистке загрязненного воздуха (абсорбция загрязнений озеленением в летний период, принудительная очистка через проемы в нижней части экранов в любое время года), а также в достаточно высокой архитектурной выразительности экранов с вертикальным и горизонтальным озеленением.

7. Сравнительно небольшая ширина экранов, позволяющая монтировать их в условиях существующей застройки при дефиците свободных площадей.

По работе конструкции делятся на:

а) Свободно стоящие (рис. 3.2.2), выполняемые из бездонных железобетонных коробов (емкостей), заполненных растительным грунтом и имеющих на боковых поверхностях открытые участки грунта для высаживания растений.

Железобетонные короба могут иметь разную форму, чтобы получить свободные горизонтальные участки грунта: боковые «карманы», консольные выступы, что дает возможность создать достаточно выразительную лицевую поверхность. Неплоская лицевая поверхность стенки переориентирует и разбивает звуковые потоки. Необходимо устраивать под этими экранами фундаменты со сквозными проемами, чтобы грунт внутри экранов контактировал с естественным грунтом, и корни растений могли свободно проникать в толщу естественного грунта.

Рис. Свободно стоящие биопозитивные шумозащитные экраны:

а — с боковыми «карманами» для озеленения; б — д — со сдвижкой элементов для образования открытых поверхностей грунта.

б) Контрфорсные (рис. 3.2.3), состоящие из вертикальных железобетонных контрфорсов, к которым прикреплены горизонтальные плиты или оболочки, образующие, заполненные грунтом, полости с открытыми участками грунта.

Плоские железобетонные контрфорсы устанавливают через 4—6 м по длине стены. В пазы на боковых поверхностях контрфорсов монтируют лицевые плиты, которые могут иметь рельефный рисунок на поверхности. Контрфорсы заделываются в грунт или в столбчатые фундаменты. Контрфорсные стенки могут иметь небольшую толщину (40 — 60 см), что позволяет рекомендовать такие конструкции для установки в местах расположения защищаемых зданий рядом с магистралями.

Рис. Контрфорсные стены: а, б — вертикальный разрез; в — д — перспективное изображение; 1 — плоские контрфорсы; 2 — лицевые плиты различной формы (плоские и оболочки); 3 -грунт; 4 — озеленение; 5 — плоская поверхность открытого грунта в) Гравитационные (рис. 3.2.4), представляющие собой террасированные с помощью железобетонных удерживающих конструкций (плит, коробов) массивы грунта с достаточно большой шириной в основании (до 4—8 м), на террасах которых высажены различные растения (цветы, кустарники, деревья и пр.). Для создания террас можно установить плоские рамы с шагом 4—6 м, в пазы, на боковой поверхности которых смонтировать плоские плиты высотой до 60 см.

Внутреннее пространство заполняется грунтом с уплотнением (чтобы не было значительной осадки после полива), затем на горизонтальных террасах высаживают растения. Для хорошего роста растительности на шумозащитных экранах необходим периодический полив с помощью специально оборудованных машин.

Рис. Массивные (гравитационные) биопозитивные шумозащитные стены (экраны): а — в — с массивными контрфорсами для крепления горизонтальных плит; г, диз бездонных ящиков с рельефной лицевой поверхностью; 1 — контрфорсы; 2 — лицевые удерживающие грунт плиты; 3 — грунт; 4 — озеленение; 5 — пространственные блоки; 6 — козырек для улучшение гашения шума; 7 — фонарь

2. Анализ шумовой нагрузки

2.1 Характеристика участка Объездной автодороги г. Екатеринбурга Территория, анализируемая в данном проекте, находится в Юго-Западном районе г. Екатеринбурга. Рассматриваемый квадрат ограничен улицами: С. Дерябиной, Репина, Московская, Н.Онуфриева. Юго-Западный район располагается неподалеку от центра города.

До начала застройки Юго-Западного района в 1960 году на этом месте был лесной массив. На текущий момент район считается спальным: на территории нет промышленных предприятий, заводов, с точки зрения экологии район считается чистым, дома окружены множеством кустарниковых и одиночно расположенных деревьев.

Однако, не смотря на внешнее благополучие, проблемы загрязнения окружающей среды не обошли данный район: увеличивающееся количество автотранспорта ухудшает шумовой режим и негативно влияет с точки зрения выбросов вредных веществв атмосферу.

Шумовое воздействие транспорта в крупных городах постоянно увеличивается. Это связано с тем, что проектирование застроек в прошлом веке не учитывало того количества автотранспорта, которое мы имеем в настоящее время, автомагистрали теперь проходят вблизи жилых домов, при этом не проводится дополнительных мероприятий по защите населения от шумовой нагрузки.

Информация о рассматриваемом участке г. Екатеринбурга приведена в таблице, схема изображена на рисунке 1.

Исходные данные для проекта

2.2 Определение уровней шума в застройке города от транспортных источников шума Расчет уровней звука в застройке выполняется с целью:

1) Оценки ожидаемого шумового режима застраиваемых или реконструируемых территорий, лежащих вблизи магистралей;

2) Проектирования и выбора наиболее целесообразных, эффективных и экономичных средств снижения транспортного шума.

Исходными условиями для акустических расчетов являются санитарные нормы допустимых уровней шума в различных помещениях и на территории жилых микрорайонов. Степень защиты от шума определяется санитарными нормами допустимого шума, при этом нормируемыми параметрами постоянного шума в расчетных точках являются уровни звукового давления L, дБ в октавных полосах частот 63…8000 Гц, или уровни звука, дБА для ориентировочных расчетов. Для непостоянного шума нормируются эквивалентные уровни звука, дБА и максимальные уровни звукового давления L, дБ.

Для выполнения акустического расчета необходимы следующие исходные данные:

1) проект вертикальной планировки территории жилого района или микрорайона с привязкой существующих (опорных) и проектируемых зданий с указанием их этажности и назначения;

2) вертикальная планировка и поперечные профили улиц и дорог с указанием продольных уклонов и типа дорожного покрытия проезжей части;

3) характеристики движения и состава потоков автомобилей, автобусов, троллейбусов (интенсивность движения в обоих направлениях, ед./ч, средняя скорость движения, км/ч, доля грузовых и общественных транспортных средств от общего числа транспортных средств в потоке) на магистральных улицах, а также на жилых улицах с систематическим движением транспорта;

4) интенсивность движения потоков трамваев, пар/ч;

5) интенсивность движения потоков железнодорожных поездов, пар/ч, с выделением числа пар пассажирских, грузовых и электропоездов и указанием скорости их движения;

6) роза ветров на данной местности.

Акустический расчет состоит из следующих этапов:

1) выделение источников шума и определение их шумовых характеристик;

2) установление расчетных точек;

3) разбивка территории застройки на участки, отличающиеся по условиям распространения шума;

4) определение уровней звука в расчетных точках;

5) определение допустимых уровней звука в расчетных точках;

6) определение требуемого снижения уровней звука в расчетных точках;

7) выбор мероприятий для обеспечения требуемого снижения уровней звука или звукового давления в расчетных точках;

8)проверочный расчет акустической эффективности запроектированных мероприятий и конструкций.

Эффективным средством шумозащиты от транспортных шумов являются шумозащитные стенки — экраны. Их шумозащита обеспечивается подбором высоты, длины, расстояния между источником шума и экраном. Снижение уровня звука шумозащитной стенкой в расчетных точках, расположенных на границе звуковой тени, то есть на продолжении прямой линии, соединяющей акустический центр источника шума с вершиной экрана, составляет около 5 дБА. Поэтому для обеспечения более высокой акустической эффективности вершина экрана должна возвышаться над прямой линией, соединяющей акустический центр источника шума с расчетной точкой. При проектировании экрана вдоль транспортной магистрали для ориентировочных расчетов повышение его эффективности с увеличением высоты можно принимать равным в среднем 1,5 дБА на 1 м.

Для увеличения акустической эффективности экрана и уменьшения его высоты расстояние между источниками шума и экраном рекомендуется принимать минимальным с учетом обеспечения безопасности движения и нормальной эксплуатации дороги и транспортных средств. Ориентировочные значения снижения уровня звука протяженными экранами-стенками на высоте 1,5 м от уровня поверхности территории при расстоянии между краем проезжей части дороги и экраном, равном 3 м, приведены в табл. 3.3.1. Такие значения акустической эффективности сохраняются при угле видимости экранированного участка улицы из расчетной точки не менее 160°.

Снижение уровня звука протяженными экранами—стенками

Расчетные точки на территориях, непосредственно прилегающих к жилым и общественным зданиям, следует намечать на расстоянии 2 м от ограждающих конструкций этих зданий, ориентированных на источник шума, на уровне середины окон, как правило, первого и верхнего этажей зданий. При необходимости расчет производится для промежуточных этажей зданий. В тех случаях, когда защищаемое от шума здание расположено на расстоянии свыше 100 м от источника шума, расчетные точки допускается располагать только на уровне середины окон верхнего этажа. В тех случаях, когда здание частично находится в зоне звуковой тени, а частично в зоне видимости источника шума, расчетные точки должны располагаться вне зоны звуковой тени.

Расчетные точки на площадках отдыха микрорайонов, кварталов и групп жилых домов, на площадках детских дошкольных учреждений, на участках школ следует намечать на ближайшей к источнику шума границе площадок на высоте 1,5 м от поверхности предпочтительно в зоне видимости источника шума.

Разбивка территории застройки на отдельные участки, отличающиеся по шумовым характеристикам или условиям распространения шума, производится в следующих случаях:

1) между источником шума и расчетной точкой расположены какие-либо экраны;

2) шум в расчетную точку поступает с двух или более улиц или дорог;

3) улица или дорога в пределах застраиваемого участка изменяет свое направление.

В этих случаях из расчетной точки (РТ) на плане застраиваемого или реконструируемого участка проводят лучи через края экранов, через точки пересечения улиц или дорог, а также через вершины углов поворота улиц или дорог до пересечения с осью первой полосы движения транспортных средств.

Эквивалентный уровень звука, дБА, в расчетной точке от i-гo неэкранированного участка улицы или дороги определяют по формуле:

где — шумовая характеристика транспортного потока или потока железнодорожных поездов, дБА;

— снижение уровня звука, дБА, в зависимости от расстояния между источником шума и расчетной точкой;

— снижение уровня звука, дБА, вследствие влияния покрытия территории;

— снижение уровня звука, дБА, вследствие затухания звука в воздухе;

— снижение уровня звука, дБА, полосами зеленых насаждений;

— снижение уровня звука, дБА, вследствие ограничения угла видимости улицы или дороги из расчетной точки.

Эквивалентный уровень звука, дБА, в расчетной точке от i-гo экранированного участка улицы или дороги определяют по формуле:

где — снижение уровня звука, дБА, i-м экраном.

Максимальный уровень звука, дБА, транспортных средств в расчетной точке на селитебной территории определяют по формуле:

где — расчетный максимальный уровень звука источника шума, дБА.

Уровни звука, дБА, в расчетных точках на территориях, непосредственно прилегающих к жилым и общественным зданиям (в 2 м от ограждающих конструкций), определяют по формуле:

где — поправка, дБА, учитывающая вклад звуковой энергии, отраженной от ограждающих конструкций зданий.

Требуемое снижение уровней звука, дБА, в расчетных точках на селитебной территории определяют для каждого источника шума раздельно по формуле:

где — эквивалентный или максимальный уровень звука в расчетной точке, дБА;

— допустимый эквивалентный или максимальный уровень звука, дБА, на селитебной территории.

При распространении шума над акустически жестким покрытием территории (плотный грунт, асфальт, бетон, вода) его влиянием можно пренебречь.

Рис. Поперечные профили транспортных магистралей и прилегающих участков при различном расположении проезжей части относительно уровня поверхности территории: 1 — отражающая плоскость Эффективность снижения уровня звука шумозащитными полосами зеленых насаждений

Примечание. Плотность посадок не менее 0,8—0,9, считая наивысшую плотность за 1.

Поправку, дБА, учитывающую вклад звуковой энергии, отраженной от ограждающих конструкций зданий, располагаемых вдоль магистральных улиц, автомобильных и железных дорог, можно определять по табл. 3.3.7 в расчетных точках на расстоянии 2 м от фасадов зданий, обращенных в сторону источников шума.

Учет звуковой энергии, отраженной от зданий улиц

Примечание. hpт — высота расчетной точки, м; В — ширина улицы между фасадами зданий, м.

2.2 Акустический расчет шумозащитных экранов Источниками шума на рассматриваемой территории жилого микрорайона г. Екатеринбурга являются транспортные потоки на магистральной дороге городского значения с шумовой характеристикой, равной 82 дБА (табл. 2.5.1). Ширина проезжей части улиц составляет 22,5 м, число полос движения в обоих направлениях — 6.

Вдоль магистральной улицы городского значения на расстоянии 62−66 м от края проезжей части расположены девяти-, десятии двенадцатиэтажные жилые дома высотой 27, 31 и 36 м соответственно. Ширина домов составляет 12 м.

Отметка уровня проезжей части дороги и отметка территории застройки совпадают — 100 м. Территории между домами в основном покрыты травой. Исключение составляют проезды к жилым домам и тротуар шириной соответственно 4 и 3 м. Территория между магистральной дорогой городского значения и жилыми домами в основном покрыта асфальтом. Вдоль улицы имеются полосы зеленых насаждений с редкой посадкой деревьев и кустарников. Также вдоль магистральной дороги на расстоянии 46 м от нее проходит дорога шириной 7,5 м, число полос в обоих направлениях — 2. Вдоль магистральной дороги на расстоянии 26 м от нее располагаются одноэтажные капитальные гаражи.