DB15-T 2425-2021 高纬度多年冻土区公路路基监测规程

93.080.01CCS

P6615 DB15/T

2425—2021高纬度多年冻土区公路路基监测规程Technical

specification

for

highway

subgrade

monitoring

permafrost

regions2021-10-15

发布 2021-11-15

实施内蒙古自治区市场监督管理局 发

布DB15/T

2425—2021 前言

.................................................................................

II1

范围

...............................................................................

12

规范性引用文件

.....................................................................

13

术语和定义

.........................................................................

14

基本规定

...........................................................................

25

路基地温监测

.......................................................................

35.1

一般规定

.......................................................................

35.2

布设要求

.......................................................................

35.3

安装与保护

.....................................................................

45.4

数据采集与验收

.................................................................

56

路基水分监测

.......................................................................

56.1

一般规定

.......................................................................

56.2

布设要求

.......................................................................

56.3

安装与保护

.....................................................................

66.4

数据采集与验收

.................................................................

77

路基沉降变形监测

...................................................................

77.1

一般规定

.......................................................................

77.2

布设要求

.......................................................................

87.3

安装与保护

.....................................................................

87.4

数据采集与验收

.................................................................

88

路域气象监测

.......................................................................

98.1 一般规定

.......................................................................

98.2 气象监测项目与数据采集

........................................................

108.3 气象设备安装与保护

............................................................

11附录

A（资料性） .......................

12附录

B（资料性） 传感器保护管安装示意图..............................................

15DB15/T

2425—2021 本文件按照GB/T

《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件由内蒙古自治区交通运输厅归口。呼伦贝尔市交通运输综合行政执法支队、哈尔滨工业大学。董泽蛟、何东明、郭颖、赵晓亮、魏相荣、马宪勇、贾金星、鲍建华。IIDB15/T

2425—20211 范围设方法，以及数据采集与验收等相关内容。本文件适用于高纬度多年冻土区各等级公路,其它多年冻土区参照执行。2 规范性引用文件文件。GB/T

12897 国家一、二等水准测量规范GB/T

12898 国家三、四等水准测量规范GB/T

33703 自动气象站观测规范GB/T

35221 地面气象观测规范

总则GB

50324 冻土工程地质勘察规范QX

4 气象台(站)防雷技术规范3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1多年冻土 permafrost冻结状态持续两年及两年以上的土（岩）。3.2高纬度多年冻土区 high-latitude

我国东北北纬46°以北、存在多年冻土的地区。3.3地温年较差 annual

of

地温在一年中最高与最低温度的差值。3.4地温年变化深度 depth

zero

annual

amplitude

of

ground

temperatureDB15/T

2425—2021地温年较差为零处的深度。3.5年平均地温 mean

ground

地温年变化深度处的温度。3.6多年冻土上限

table天然条件或人为条件影响下形成的多年冻土层顶面。3.7活动层active

layer覆盖于多年冻土之上暖季融化且寒季能完全回冻的岩土层。3.8温度传感器

sensor用来测量温度变化的传感器。3.9土壤水分传感器water

content

sensor埋设于土壤中，可对土壤体积未冻水含水率进行定点测量的传感器。3.10沉降计

meter测量层位与相对不动点（基岩）之间相对位移变化的传感器。3.11传感器成活率 data

survival

rate能够正常工作的传感器数量占传感器总数量的百分率。3.12数据有效采集率

data

collection

rate采集到有效数据的传感器数量占正常工作传感器数量的百分率。4 基本规定4.1 高纬度多年冻土区公路路基监测的内容主要包括场地地温、水分、沉降变形和路域气象。DB15/T

2425—20214.2 新建、改（扩）建冻土区高速、一级和二级公路应开展路基长期监测，新建、改（扩）建冻土区公路病害程度等综合考虑开展路基长期监测。4.3 监测点的布设位置和数量应满足反映路基本体和周边环境冻土变化特征的要求，应便于数据采集与设施维护，且不应影响路基的安全与正常运营。4.4 传感器在使用前应进行检定/校准，并确认满足使用要求。4.5 监测应结合建设场地区域气候条件，配制多种供电形式，满足

24

h

4.6 冻土路基长期监测站点建设结束后应提供完整的验收评价报告，报告应提供以下内容：——场地工程勘察信息包括地形地貌、地层岩性、岩芯照片、地质编录、冻土类型和水文地质条件等；——转换公式、传感器型号、设备使用说明等；——场地监测数据信息包括已监测的所有数据。5 路基地温监测5.1 一般规定5.1.1 温度监测应选择具有代表性的地貌单元进行，每个地貌单元应根据具体路基类型、场地状况、地层岩性、冻土类型等布设监测断面。在特殊路基结构，桥梁、隧道等重点工程部位附近应适当加密。5.1.2 应根据工程特点分析冻土上限、活动层厚度、融化夹层、冻土升温率（冻土退化率）、年平均地温、地面冻结（融化）指数等信息。5.1.3 路基地温监测范围涵盖路基本体、受路基路面工程吸热影响的扰动地温以及路基影响区域外的天然地温，主要监测项目包括：——路基及下伏多年冻土层地温；——路基热影响区域、工程相互热影响区域地温。5.1.4 冻土地温监测应采用稳定性好、耐低温的热敏电阻传感器，其主要参数应符合下列要求：——测量范围

℃～

℃，测量精度

0.1

℃；——具有良好的抗压强度，抗压强度大于等于

1.0

MPa；——具有良好的防水性，在恒定温度条件下，浸水

120

h

后电阻率变化率小于

1

%。5.1.5 冻土地温监测应配置电阻数据采集仪，数据采集能力应满足工程需要。5.2 布设要求5.2.1 对于二级及以下公路路基，地温监测孔在路基横断面上应至少布设在左右路肩和路中等位置；

1

意图见附录

A

中图

、图

A.2、图

A.3

所示。aaa

DB15/T

2425—2021表1地温监测孔布设位置5.2.2 对于不同地貌单元区以及气候、水文及地层岩性差别较大的路段，每个路基横断面应布置

表1地温监测孔布设位置

1

程情况具体确定。5.2.3 天然地温监测孔的布置应符合

50324

中地温测点布置要求。5.2.4 路基温度监测传感器的布设应符合下列规定：——监测路基温度分布规律与传热特性时，应结合路面结构层、路基填料等综合布设；——路基本体、路基下伏冻土地基、影响区域内天然地面以及天然地温监测断面，应结合当地气温升温率、路基吸热特性、岩土热物理参数等预估工程使用年限内冻土人为（天然）上限下限深度,地温监测深度应大于冻土年平均地温变化深度，一般位于

10.0

m～

m

范围内；——路基中心测温孔深度应不小于预估冻土人为上限深度下

m感器竖向间隔小于

m，在冻土上限以下传感器间隔小于

m；——0.3

m。5.3 安装与保护5.3.1 地温传感器的埋设应采用钻孔法。5.3.2 当采用钻孔法进行传感器埋设时，应符合以下规定：——宜采用低速、干钻钻进，钻探时勤提钻，钻进深度应大于预定深度

200

mm～300

mm，并应做好相应的地质编录与取样工作；——钻进至预定深度后，将保护管下至预定地表标识处，然后进行钻孔封堵；——对于钢管等硬质管，应逐节连结，逐级下管，做好管间封堵，当电缆下降至预定深度后方可封堵；——采用中、粗砂等材料回填钻孔，施工期间应安排专人进行检查、封堵。5.3.3 钻孔完成后，应及时设置保护箱，安装供电装置并定期维护。数据采集仪宜加装耐久性较好的

QX

4

的要求设置防雷设施。5.3.4 传感器电缆宜采用钢管或

PVC

管等进行保护。保护管长度应根据电缆长度调整，且露出地表长度大于等于

200

mm；在季节性积水和沼泽湿地路段保护管露出地表超出

300

mm，在保护管外部可设置滑套防止冻胀拔起，具体示意图见附录

B

中图

B.1

所示。5.3.5 采用

DB15/T

2425—2021识等工作；地表附近电缆应放入保护箱防止损坏。5.3.6 钻孔封堵完成后，应采用万用表对温度传感器进行检查。对于故障率大于

5

%的传感器应进行更换，故障率小于等于

5

%的传感器可根据故障位置评估可用性。5.4 数据采集与验收5.4.1 地温监测宜在钻孔结束

7

d

后进行。5.4.2 温度传感器的成活率和数据有效采集率应符合下列规定：——施工完成后，温度传感器成活率应大于

%；——施工完成一年后，温度传感器成活率应大于

%；——施工完成一年后，温度传感器的数据有效采集率应大于

%。6 路基水分监测6.1 一般规定6.1.1 路基水分监测点的布置应考虑地下水渗流流向。6.1.2 公路路基通过多年冻土时宜加密布设水分监测点，应在特殊结构路基部位进行重点监测。6.1.3 水分监测应根据工程特点分析土壤含水率、孔隙水压力等信息。6.1.4 多年冻土区含水率的监测应采用电流式土壤水分传感器，其主要参数应符合下列要求：——工作温度范围为-30

℃～

℃；——当土壤体积未冻水含水率小于

%时，测量误差小于±6

%（体积含水率）；6.1.5多年冻土区孔隙水压力监测应采用可持续测量的压阻式孔隙水压力计，其主要参数应符合下列要求：——工作温度范围为-30

℃～

℃；——量程不小于

1

～500

；——精度小于等于

%

F.S。6.2 布设要求6.2.1 路基工程水分监测项目应根据表

2

选择。表2 水分监测项目表2 水分监测项目渗透性确定稳定水位的间隔时间，对砂土和碎石土，不少于

h，对粉土和粘性土不少于

8

h。

a

aa

DB15/T

2425—20216.2.3 路基水分监测数据采集应配置电压或电流采集仪，数据采集能力满足工程需要。6.2.4 多年冻土区公路工程重点监测路基本体与影响区域内活动层水分。对于二级及以下等级公路路3A中图A.1、图、图

A.3

所示。表3 水分监测孔布设位置表3 水分监测孔布设位置路基影响区域，同时宜远离构筑物。6.2.6 水分传感器安装前应根据当地气候条件、水文资料、地层信息、路基结构、道路设计年限等进行冻土人为上限深度预估，水分监测深度不应小于人为上限预估深度。6.2.7 土壤水分传感器的竖向布设间距宜为

1.0

m，地下水位可在钻孔、探井或测压管内直接测量。6.3 安装与保护6.3.1 土壤水分传感器的埋设土壤水分传感器的埋设应采用人工开挖或钻孔法，同时满足下列要求：——埋深小于等于

m

的水分传感器安装，采用人工开挖，手工侧向插入探头的方式安装，然后将开挖土层回填，人工分层压实；——埋深大于

m

的水分传感器安装，采用钻孔法安装，安装时将传感器放入钻孔内，传感器部分钻孔用细砂填实，同时应符合

5.3.2

中的相关规定；——将传感器电缆穿入保护管内，具体示意图见附录

B

中图

所示。6.3.2 孔隙水压传感器的埋设监测路基体内部孔隙水压力时应根据路基施工进度分层布设。埋设过程中遵循以下步骤：a)

路基填筑至分层高度时，将孔隙水压力传感器缓慢压入土层；土质较硬时，可人工挖至预设深度，先在孔底填入部分干净的砂，然后将探头放入，再在探头周围填砂，最后采用膨胀性黏土球或干燥黏土球将传感器上部封好；b)

将传感器电缆穿入保护钢管内，放置于分层刻槽中，将电缆引至路基外，做好标志；c)

开始下一层填筑，并重复

a)～b)步骤，直至路基填筑完成。d)

填筑、压实过程中应安排专人，注意对钢管的保护，防止施工机械破坏电缆和传感器。DB15/T

2425—20216.4 数据采集与验收6.4.1 应根据工程建设阶段及监测目的、手段等及时进行相关信息的监测。地下水监测宜在钻孔结束后统一进行。6.4.2 水分传感器的成活率和数据有效采集率应符合下列规定：a)

施工完成后，水分传感器成活率应大于

%；b)

施工完成一年后，水分传感器成活率应大于

%；c)

施工完成后，水分传感器的有效数据采取率应大于

96

%。7 路基沉降变形监测7.1 一般规定7.1.1 路基沉降变形包括路基表面变形、路基填料分层变形以及地表（地基）沉降变形。7.1.2 沉降基准点设置沉降监测应设置沉降基准点，且沉降基准点应与大地基准点进行联系。同时基准点的设置应满足下列要求：——基准点应布设在路基沉降影响范围以外的稳定区域，当基准点距离监测路基较远致使作业不方便时，宜布设工作基点；——防止人为破坏或其他自然损坏；——基准点应在路基施工前埋设，并应埋设在相对稳定的土层内，经观测稳定后再使用，稳定期不少于

1

个完整监测周期；——监测期间，基准点应定期复测。当发现基准点因冻胀融沉可能发生变动时，应及时进行更换或采取稳定加固措施。7.1.3 路基表面变形采用水准监测时应符合下列规定：——采用精密水准仪；——沉降变形观测等级不应低于三等，测量精度应符合

GB/T

和

GB/T

12898

的要求。7.1.4 路基本体分层变形应采用单点沉降计，其主要参数应符合下列要求：——工作温度范围为-30

℃～

℃；——量程大于

；——分辨率小于等于

0.1

mm。7.1.5 对同一工程，现场监测作业宜符合下列规定：——采用相同的监测方法，使用同一类型监测仪器和设备；——固定监测人员，且在基本相同的时段和环境下工作。7.1.6 监测过程中，应做好监测点和传感器等的维修、保护和更换工作。DB15/T

2425—20217.2 布设要求7.2.1 路基表面变形监测断面的布设应根据监测内容选择合适的地段，并应符合下列规定：——路面冻胀变形监测重点布设在冻土沼泽（湿地）、山脚、林地、河流等冰楔、冰锥、冻胀丘等多发地段；——路面融沉变形监测重点布设在高温高含冰量地段；——对变形有特殊要求的地段，如路桥过渡段、特殊路基过渡段以及涵洞等区域。7.2.2 路基填料分层变形包括冻胀与融沉两个方面，沉降计应布设于路基中心及左右线中心，且应符合下列规定：——监测不同深度处地基沉降变形规律时，按

1.0

m

的深度间距布设沉降计；——监测不同层位路基本体沉降变形时，在每层层底布设沉降计；——监测路基整体沉降变形时，在路基基底布设沉降计。7.2.3 地表（地基）沉降变形监测网宜设置在线路两侧，且符合下列规定：——监测路基热影响范围内的地表沉降，沉降监测网应覆盖整个运营期内的热影响区域；——监测路基热扰动诱发的热融滑塌、融冻泥流等地质灾害时，沉降监测网应覆盖山坡整体；——监测多年冻土退化引发的大面积地面沉降时，宜根据公路工程等级、危害程度综合确定。7.3 安装与保护7.3.1 基准点标识埋设应满足以下要求：——基准点标石应使用抗寒冻、抗风化的混凝土水准标石；——基准点应远离路基热影响区域，避免埋设施工对路基和地基造成热扰动；——埋设至基岩层或原状土层中，且不宜小于公路运营年限内的冻土上限深度；——采取防冻胀措施，避免产生冻拔破坏；标志应清晰明确。7.3.2 单点沉降计埋设新建、改（扩）建公路工程单点沉降计埋设宜采用分层预埋式安装，已运营公路宜采用钻孔预埋。封层预埋式安装的具体步骤如下：a)

地面平整完成后，将带刻槽的钢管放置于变形监测点，同时开始第

1

层填筑、压实，直至第一层填筑完成；b)

将单点沉降计放入保护钢管内，调制位置，回填中砂，并加水密实，直至与第一层齐平；c)

将电缆从保护钢管刻槽中引入，用钢管保护后，放置于第一层填料表层刻槽中，将电缆引至路基外，同时做好标志，具体示意图见附录

B

中图

B.3

所示；d)

开始下一层填筑，并重复

a)～c)步骤，直至路基填筑完成。e)

填筑、压实过程中应安排专人注意对钢管的保护，防止施工机械破坏电缆和传感器。7.3.3 电缆埋于地表下的深度应大于

m，当电缆应横跨构造物时，应采取相应的保护措施。7.4 数据采集与验收7.4.1 定点水准测量时应选择晴朗、无风、微风天气下测量，测量时段宜在午后进行，避免温度差异

DB15/T

2425—2021引发的系统测量误差。7.4.2 施工期路基沉降变形数据采集要求如下：——施工期监测周期为整个路基施工期，直至工程交工验收；——施工期路基填料分层变形监测应从分层单点沉降计安装完毕时开始进行，路基表面变形监测应从路面施工完毕时开始进行；——施工期路基沉降变形监测频率不宜低于表

4

的规定；表4 施工期路基沉降监测频次——表4 施工期路基沉降监测频次——极端天气（暴雨、寒流、暴风雪）与数据异常时，应提高监测频率。——监测周期应起于工程交工验收，与施工监测阶段衔接；——高速、一级及二级公路监测周期应为整个运营期，三级及以下公路可根据实际情况选择；——运营开始后前

5

年至

8

年期路基沉降监测频率不应低于

2

次/月，5

年后可适当调整；——极端天气（暴雨、寒流、暴风雪）与数据异常时，应提高监测频率。7.4.4 地基沉降监测宜每半年观测一次。对于多年冻土退化速率或沉降变化较快的地区，应适当增加观测频次。7.4.5 当沉降变形速率过大或工后沉降超过允许值时，应及时报于相关部门。对于地基变形较大路段宜适当加大监测频率，并做好相关冻土地质灾害预警预报工作。7.4.6 路基表面变形、路基本体分层变形监测应全年全天候连续开展。地基沉降监测宜根据监测的目的选择合适的监测时间，监测地表融沉特性宜在

7

月至

9

月，监测地表的冻胀信息宜在

1

月至

3

月。7.4.7 路基沉降变形监测数据的成活率和数据有效采集率应符合下列规定：a)

施工期路基沉降变形监测数据成活率应大于

%；b)

运营开始后第

3

年的路基沉降变形监测数据成活率应大于

95

%；c)

运营开始后第

6

年路基沉降变形监测数据成活率应大于

%；d)

路基沉降变形监测数据有效采集率应大于

95

%。8 路域气象监测8.1 一般规定450

1100

0.1

±0.3

50

0.1

±0.2

5%1%±3%（≤80%）±5%（＞0°360°3°±5°

60

0.1

a0.5

0.1

0.1

±0.4mm（≤10

10

0.1

±0.4mm（≤10mm）±4%（＞50

0.1

±0.2℃（≤50℃）±0.2℃（＞50℃）40

0.1

±0.3℃30

0.1

±0.3℃50

0.1

±0.2℃（≤50℃）±0.2℃（＞50℃）10

±10

m）±20

%（＞

0.1

0.1

±0.2

10mm）

%（＞10

24

60

±0.1

2

2

2

2000

0%0.1%≤±5%

a

DB15/T

2425—20218.1.1 应结合温度、水分、沉降变形监测点布设位置，增加高纬度多年冻土区不同地貌单元路域环境下的气象监测，补充和修正区域气象环境特征。8.1.2 应根据监测内容选择多要素高精度野外自动气象站，布设位置不宜距离温度、水分、沉降变形监测点太远，且应避开道路、建筑物、林木、电力线路等局部因素影响。8.1.3 监测期间，应定期维护观测场地和仪器设备。8.2 气象监测项目与数据采集8.2.1 气象监测项目应能监测气压、气温、相对湿度、风向、风速、降水量、地温、能见度、雪深、蒸发量、日照、总辐射、二氧化碳、甲烷等以及其他气象要素。8.2.2 自动气象站包括传感器、采集器、供电单元、结构和安装附件等，测量性能符合表

5

的要求。表5表5 自动气象站测量性能要求606010DB15/T

2425—20218.2.3 自动气象站观测的各要素采样频率应符合表

6

的要求。表6 气象要素采样频率8.2.4自动气象站应具备数据存储、数据传输功能并满足

GB/T

表6 气象要素采样频率8.2.5 气象站应具有自动校时功能，以北京时间为准，误差不大于

s。8.3气象设备安装与保护8.3.1 观测场的建设应按照

GB/T

35221

的要求进行。8.3.2 观测场内仪器的布置应按照

GB/T

35221

的要求进行。8.3.3 应安排专人对线路自动气象观测站进行不定期的巡查与检修。11DB15/T

2425—2021

附录 A（资料性）地温（水分）、变形监测断面传感器布设位置