不同刻槽纹理的水泥混凝土路面行车噪声特性分析
徐 峻1，杨松立2，叶周景2，汪林兵3，魏 亚4，杨碧宇1，孟 雄5，崔 通6，何春伟7*
(1.昭通市高速公路投资发展有限责任公司，云南 昭通 657099;2.北京科技大学 国家材料服役安全科学中心，北京 100083;3.佐治亚大学 工程学院，美国 佐治亚洲 30602;4.清华大学 土木工程系，北京 100084;5.昭通昭阳绕城高速公路投资开发有限公司，云南 昭通 657099;6.保利长大工程有限公司，广东 广州 510640;7.昭通市交通建设工程质量安全监督局，云南 昭通 657000)
作者介绍
通讯作者：何春伟，男，高级工程师，硕士，主要从事公路工程质量安全监督与技术研究工作。
摘 要：为了优化路表刻槽纹理，有效降低行车过程中轮胎/路面噪声，依托实际工程，开展了车载声强测试，分析了等间距横向刻槽、不等间距横向刻槽、拉毛深度和不同刻槽纹理类型对路面噪声强度的影响。研究结果表明：应关注不同刻槽工况下噪声强度的频谱分布，需重点关注连续噪声强度达85 dbA以上且介于2 000～4 000 Hz的噪声;可适当增大刻槽间距，减小刻槽深度，将噪声能量分散到更大的频率范围内，但需确保在人耳敏感的噪声强度范围内降低噪声强度;不等间距横向刻槽和浅刻槽虽然减少了轮胎/路面的声调尖峰，但增加了2 000～4 000 Hz的噪声强度;拉毛工艺对轮胎/路面噪声的影响很小，纵向刻槽相比于横向刻槽，没有明显的声调尖峰，整体噪声强度较为平缓。该研究成果可为优化城市水泥混凝土路面的刻槽方案提供借鉴，对减少城市交通噪声具有重要意义。
城市噪声污染是一个全球性的问题，交通噪声作为城市噪声的主要来源之一，对城市居民的健康造成了不可忽视的危害。
近年来，车载声强测试法(On-Board Sound Intensity, OBSI)作为一种新兴的噪声测试方法备受关注。基于此，笔者通过梳理不同刻槽纹理类型对轮胎/路面噪声的影响，提出轮胎/路面噪声测试方案，并依托实际工程，对不同路表刻槽纹理的车载声强进行测试，分析等间距横向刻槽、不等间距横向刻槽、拉毛深度和不同刻槽纹理类型对路面噪声强度的影响。
1 横向刻槽方法对比分析
梳理横向刻槽水泥混凝土路面的噪声强度与槽深、槽宽、槽间距的关联性，结果如表1所示[5-9]。
2 轮胎/路面噪声强度测试试验
2.1 试验工况
该研究依托云南省昭通市西环高等级水泥混凝土路面工程，设计了7种刻槽纹理工况并开展噪声测试。测试路面刻槽工况如表2所示。
现场刻槽工况如图1所示。
2.2 测试设备
为获得车辆在水泥混凝土路面行驶时的噪声，采用OBSI噪声测试系统测量轮胎/路面噪声。测试系统如图2所示。
在保障行车安全的基础上对测试路段开展噪声测试，试验参照AASHTO T 360—2016规范[10]。
3 轮胎/路面噪声强度测试结果分析
3.1 等间距横向刻槽对噪声强度的影响(如图6所示）
虽然所有工况在2 000～4 000 Hz的噪声强度均低于85 dBA，但当车速由60 km/h提升到80 km/h后，槽间距分别为13、25 mm的等间距横向刻槽声调尖峰逐渐由1 000 Hz下降到1 250 Hz。研究表明：车速增加后由路面纹理和轮胎旋转产生的振动效应频率也在改变。因此，可以通过调整槽间距，将噪声强度能量分散到更大的频率范围内，以消除声调尖峰，最终达到降低最高噪声强度的目的。
3.2 不等间距横向刻槽对噪声强度的影响
由图7可知，等间距横向刻槽会在1 000 Hz左右产生声调尖峰，而不等间距横向刻槽可以有效降低声调尖峰，但不等间距横向刻槽在不同频率下会产生较高的振动效应噪声，导致整体噪声强度较大。表明不等间距横向刻槽更容易产生使人耳不适的噪声。
3.3 不同刻槽纹理类型对噪声强度的影响
在永丰隧道测试路段使用双层叠合粗麻布工艺对路面进行纵向纹理化拉毛处理，可视为正纹理工艺;在高家营隧道测试路段使用矩形刻槽工艺对路面进行硬性刻槽，形成沿着行车方向的槽间距为25 mm的等间距纵向槽，可视为负纹理工艺。试验结果分别如图10、11所示。
当车速为80 km/h时，刻槽路面产生的噪声强度在所有频率下均高于拉毛纹理路面，这是由于刻槽工艺产生了额外的空气动力学噪声。值得注意的是，由于是纵向刻槽，2种路面工艺都没有明显的声调尖峰，相较于横向刻槽工况下，在630～2 500 Hz产生的整体噪声强度较为平缓。因此，可以通过适当的横向刻槽增加1 000 Hz左右的噪声强度，从而降低2 000～4 000 Hz内人耳较为敏感的噪声强度。
4 结 论
1)当槽间距由19 mm增加至25 mm时，可将噪声强度能量分散到更大的频率范围内，以消除声调尖峰，进而降低最高噪声强度。
2)不等间距横向刻槽虽然能够显著减少轮胎/路面噪声的声调尖峰，但当车辆高速行驶(>80 km/h)时会产生更大的整体噪声强度，且不等间距横向刻槽更容易产生使人耳不适的噪声。
3)相比于横向刻槽，纵向刻槽没有明显的声调尖峰，在630～2500 Hz产生的整体噪声强度较为平缓，且当车速为100 km/h时，大于85 dBA的噪声频率范围较小。
4)虽然不同拉毛深度对不同车速下的噪声影响不大，但当拉毛深度为1.5 mm、车辆高速行驶(>80 km/h)时，可获得更大范围的噪声频率分布，并消除声调尖峰。
基金项目：云南省交通运输厅科技创新示范项目：高品质长寿命水泥混凝土路面修筑关键技术研究及应用示范(云交科教便(2021)25号)
其他作者：
杨松立 男，在读博士研究生,主要研究方向为路面快速养护技术。
叶周景 男，助理研究员，博士，主要研究方向为传感器开发、物联网监检测技术和基础设施服役安全评估。
汪林兵 男，教授，博士，主要研究方向为多尺度表征、建模和仿真、智能和可持续技术、能源收集和传感器开发等。
魏 亚 女，教授，博士，主要研究方向为水泥路面结构优化设计与服役能力提升、路面传感监测与低成本、快速修复技术等。
杨碧宇 男，正高级工程师，硕士，主要从事高速公路建设技术管理工作。
孟 雄 男，工程师，学士，主要从事高速公路建设技术管理工作。
崔 通 男，高级工程师，博士，主要从事高速公路建设和高性能机制砂混凝土技术研究。
引文格式：徐峻, 杨松立, 叶周景, 等. 不同刻槽纹理的水泥混凝土路面行车噪声特性分析[J].市政技术,2023, 41(5):27-35.(XU J, YANG S L, YE Z J, et al. Analysis of driving noise characteristics on cement concrete pavement with different groove textures[J]. Journal of municipal technology, 2023, 41(5):27-35.)
注 ：文章有删节，全文刊登在《市政技术》杂志2023年第5期P27-35。