DB15 T 2425-2021 高纬度多年冻土区公路路基监测规程.pdf
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1、 ICS 93.080.01 CCS P66 15 内蒙古自治区地方标准 DB15/T 24252021 高纬度多年冻土区公路路基监测规程 Technical specification for highway subgrade monitoring in high-latitude permafrost regions 2021-10-15发布 2021-11-15实施 内蒙古自治区市场监督管理局 发布 DB15/T 24252021 I 目次 前言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 基本规定 . 2 5 路基地温监测 . 3 5.1 一般规
2、定 . 3 5.2 布设要求 . 3 5.3 安装与保护 . 4 5.4 数据采集与验收 . 5 6 路基水分监测 . 5 6.1 一般规定 . 5 6.2 布设要求 . 5 6.3 安装与保护 . 6 6.4 数据采集与验收 . 7 7 路基沉降变形监测 . 7 7.1 一般规定 . 7 7.2 布设要求 . 8 7.3 安装与保护 . 8 7.4 数据采集与验收 . 8 8 路域气象监测 . 9 8.1 一般规定 . 9 8.2 气象监测项目与数据采集 . 10 8.3 气象设备安装与保护 . 11 附录 A(资料性) 地温(水分)、变形监测断面传感器布设位置示意图 . 12 附录 B(资
3、料性) 传感器保护管安装示意图 . 15 DB15/T 24252021 II 前言 本文件按照GB/T 1.12020 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。 本文件起草单位:内蒙古自治区交通运输科学发展研究院、绵阳铭宇电子有限公司、东北林业大学、 呼伦贝尔市交通运输综合行政执法支队、哈尔滨工业大学。 本文件主要起草人:张洪伟、叶伟、刘恒、侯仰慕、单炜、王学营、方学武、郭远生、蔡力、夏敏、 董泽蛟、何东明、郭颖、赵晓亮、魏相荣、马宪勇、贾金星、鲍建华。 DB15/T 24252021 1 高纬度多年冻土区公路路基监测规程 1
4、 范围 本文件规定了高纬度多年冻土区公路路基的地温、水分、变形和路域气象监测的仪器设备、安装布 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 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件, 仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本 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 G
5、B 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 permafrost regions 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 range of ground temperature 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 of zero annual amplitude of ground temperature DB
6、15/T 24252021 2 地温年较差为零处的深度。 3.5 年平均地温 mean annual ground temperature 地温年变化深度处的温度。 3.6 多年冻土上限 permafrost 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 temperature 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 l
7、ayered settlement 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 effective 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 24252021 3 4.2 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 三级
8、及以下公路可根据情况开展路基长期监测,已运营冻土区公路宜根据道路等级、多年冻土退化状况、 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 供电要求。 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; 场
9、地监测断面信息包括钻孔和电缆编号、断面布置图(钻孔位置、传感器布设方式与间距)、 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
10、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 -50 +50 ,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; 对于高速及一级
11、公路整体式路基,宜适当加密。地温监测孔的布设原则可按表 1 选择,表中具体位置示 意图见附录 A 中图 A.1、图 A.2、图 A.3 所示。 DB15/T 24252021 4 表1 地温监测孔布设位置 位置 高速及一级公路 二级公路 三级及以下公路 坡脚 应测 a 应测 a - 路肩 应测 应测 应测 路中 应测 应测 应测 左右行车道中心 宜测 - - a 路基高度小于2.0 m时,根据工程情况选择。 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 1 个 天然地温监测孔。平原区相邻路段可共用 1 个天然地温监测孔。监测孔内传感器纵向布设密度应
12、根据工 程情况具体确定。 5.2.3 天然地温监测孔的布置应符合 GB 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 m25.0 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 2.0 m,在路基本体和活动层内温度传 感器竖向间隔
13、小于 0.5 m,在冻土上限以下传感器间隔小于 1.0 m; 在路桥过渡段、冻土与融区过渡段、地表植 被显著变化区等路段传感器竖向间隔可设为 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
14、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 保护箱,必要时可安装栅栏。对于地势较高、空旷易遭受雷击的区域,按照 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 PVC 等软质管进行电缆保护时,宜在进场前将电缆线穿插到位,管底采用热融头进行封堵, 并
15、在预定地表深度处做好相应标记;采用钢管等硬质管进行保护时,宜在现场进行电缆保护、封堵、刻 DB15/T 24252021 5 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 98 %; 施工完成一年后,温度传感器成活率应大于 95 %; 施工完成一年后,温度传感
16、器的数据有效采集率应大于 96 %。 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 +60 ; 当土壤体积未冻水含水率小于 65 %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:
17、工作温度范围为 -30 +60 ; 量程不小于 1 kPa 500 kPa; 精度小于等于 0.1 % 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 项目 高速及一级公路 二级及以下公路 含水率 应测 应测 孔隙水压力 应测 宜测 6.2.2 冻土区地下水测量宜在水分钻孔结束后统一量测,应根据地层含水层渗透性的差异,按地层的 渗透性确定稳定水位的间隔时间 ,对砂土和碎石土,不少于 0.5 h,对粉土和粘性土不少于 8 h。 DB15/T 24252021 6 6.2.3 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
18、。 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 基,水分监测点在路基横断面方向应布设在左、右路肩和路中等位置;对于高速及一级公路整体式路基, 宜适当加密。水分监测孔的布设原则可按表 3进行选择,表中具体位置示意图见附录 A中图 A.1、图 A.2、 图 A.3 所示。 表3 水分监测孔布设位置 位置 高速及一级公路 二级公路 三级及以下公路 坡脚 应测 a 应测 a - 路肩 应测 应测 应测 路中 应测 应测 应测 行车道 宜测 - - 路基穿越岛状冻土时,在冻融交界处宜适当加密。 a 路基高度小于2.0 m 时,根据工程情况选择。 6.2
19、.5 应根据工程需要,结合路基地温监测点布设位置选择布设水分监测点。天然水分监测孔应避开 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 3.0 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
20、挖土层回填,人工分层压实; 埋深大于 3.0 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 B.2 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
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