基于截排水保持坡地软粘土基坑边坡稳定的施工方法与流程

本发明属于基坑施工技术领域，尤其是涉及一种基于截排水保持坡地软粘土基坑边坡稳定的施工方法。

背景技术：

为充分利用土地资源，大量作为地上建筑物配套使用的建(构)筑物转入地下。在施工周期和项目总投资控制的前提下，前期往往对场地地质条件和自然条件等估计不足，尤其当两者均异常复杂的情况下，给基坑施工带来非常大的困难。例如对位于山区的群体工程进行施工时，该群体工程由一栋多层框架办公楼和多栋带一层地下室的四层砖混住宅楼组成，并散落在多个场址；选址基本在山脚下或半山坡，坡度在10°～15°之间，建筑物布置依据山势或仅对场地略加平整。场地地质条件复杂，地表自下而上依次为原农村住宅地基或农田、非常浅的小河和树林，基坑开挖正处于当地传统雨季，造成上部粘性粉土含水率极高，一般在20％～25％，地表、地下水异常丰富，局部类似沼泽地带。开挖揭示该选址处土层自上而下依次为植耕土、粉质粘土(湖积相)和断续的泥岩，其中多个地带在地下10m～12m处存在一道泥岩形成不透水层，该不透水层不仅阻止水向地下渗透，还易造成上部山体向下滑动，且开挖后边坡高度大，平均超过5.0m，局部达9m。由于上述群体工程地基处理均采用1.0m厚级配砂石换填，可保证建成后不截断地下水通路，且后期需进行地质灾害治理，为此需解决基坑施工过程中的边坡稳定问题。

软粘土也称软土，是软弱粘性土的简称。现如今，对坡地软粘土基坑边坡(即位于坡地的软粘土基坑边坡)进行稳定控制时，通常采用的是传统的井点降水、排桩支护控制方案，但是上述传统的控制方案存在施工过 程复杂、施工工期长、投入成本高、边坡稳定性控制效果较差等问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于截排水保持坡地软粘土基坑边坡稳定的施工方法，其方法步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好，能简便、快速且有效控制坡地软粘土基坑边坡的稳定性，并且投入成本较低。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于截排水保持坡地软粘土基坑边坡稳定的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、地下截水沟与地面截水沟开挖：由上至下在所施工基坑的边坡上开挖地下截水沟，并在所述边坡的坡面上开挖地面截水沟；

所述边坡内存在含水层，所述含水层下方为不透水层；所述地下截水沟位于含水层的内侧，所述地下截水沟底部伸入至不透水层内；所述地面截水沟位于地下截水沟外侧；

步骤二、地下截水沟内渗水状况观察：所述地下截水沟施工完成后，对地下截水沟内的渗水状况进行观察，并根据观察出的渗水状况判断是否需对地下截水沟的结构进行调整：当观察出地下截水沟内地下水的渗出位置逐渐下移并稳定至一个固定位置、地下截水沟内侧壁的渗水量逐渐减少且2天～3天后地下截水沟内侧壁无渗水现象时时，判断为无需对地下截水沟的结构进行调整，进入步骤三；否则，进入步骤四；

步骤三、地下水实际水位观测：通过预先在所施工基坑所处施工区域上开挖形成的探坑对地下水的实际水位进行观测，并根据观测结果判断是否需对地下截水沟的结构进行调整：当观测出地下实际水位低于预先设定的水位时，判断为无需对地下截水沟的结构进行调整，进入步骤五；否则，进入步骤四；

步骤四、地下截水沟结构调整：对地下截水沟的宽度和/或深度进行增大调整，调整完成后返回步骤二；

步骤五、地下截水沟回填：对地下截水沟内进行回填，获得由下至上布设的下部卵石填充层、中部卵石填充层和上部粗砂填充层。

上述基于截排水保持坡地软粘土基坑边坡稳定的施工方法，其特征是：步骤一中所述地下截水沟开挖完成后，需将地下截水沟内的渗出水及时排出；并且，所述地面截水沟开挖完成后，需将地面截水沟内的水及时排出；

步骤一中所述地面截水沟沿所述边坡的长度方向进行布设，所述地下截水沟与含水层内地下水的流向呈垂直布设。

上述基于截排水保持坡地软粘土基坑边坡稳定的施工方法，其特征是：步骤一中进行地下截水沟与地面截水沟开挖时，还需在所施工基坑外侧施工排水沟，并将地下截水沟的一端或两端与所述排水沟连接，同时将地面截水沟的一端或两端与所述排水沟连接。

上述基于截排水保持坡地软粘土基坑边坡稳定的施工方法，其特征是：步骤一中进行地下截水沟与地面截水沟开挖时，还需在所施工基坑外侧施工集水井，并在所述集水井内设置有抽水泵；再将地下截水沟的一端或两端与所述集水井连接，同时将地面截水沟的一端或两端与所述集水井连接，并通过所述抽水泵将地下截水沟和地面截水沟内的水抽至所述集水井内。

上述基于截排水保持坡地软粘土基坑边坡稳定的施工方法，其特征是：步骤二中进行地下截水沟内渗水状况观察过程中，当观察出地下截水沟内地下水的渗出位置逐渐下移并稳定至一个固定位置、地下截水沟内侧壁的渗水量逐渐减少且2天～3天后地下截水沟内侧壁仍存在渗水现象时，判断为需对地下截水沟的宽度进行增大调整；并且步骤四中进行地下截水沟结构调整时，由外向内对地下截水沟的内侧壁进行开挖。

上述基于截排水保持坡地软粘土基坑边坡稳定的施工方法，其特征是：步骤三中预先设定的水位为所施工基坑的底部标高；

步骤三中当观测出地下实际水位不低于预先设定的水位时，判断为需 对地下截水沟的宽度和深度分别进行增大调整；

步骤五中地下截水沟回填完成后，由上至下对所施工基坑进行开挖。

上述基于截排水保持坡地软粘土基坑边坡稳定的施工方法，其特征是：步骤五中所述下部卵石填充层为由填充于地下截水沟内侧下部且直径为Ф80mm～Ф120mm的卵石形成的填充层，中部卵石填充层为由填充于地下截水沟内侧中部且直径为Ф40mm～Ф60mm的卵石形成的填充层；

所述下部卵石填充层的下部位于不透水层内。

上述基于截排水保持坡地软粘土基坑边坡稳定的施工方法，其特征是：步骤一中所述地下截水沟为对含水层内的地下水进行拦截的截水沟，所述地下截水沟的宽度由上至下逐渐缩小；

所述地下截水沟的内侧壁由上至下逐渐向外倾斜，所述地下截水沟的外侧壁由上至下逐渐向内倾斜，所述地下截水沟的内侧壁与水平面之间的夹角小于地下截水沟的外侧壁与水平面之间的夹角；

所述地面截水沟为对所述边坡坡面上的地表水进行拦截的地面截水沟，所述地面截水沟位于含水层上方且宽度由上至下均相同。

上述基于截排水保持坡地软粘土基坑边坡稳定的施工方法，其特征是：步骤五中所述下部卵石填充层、中部卵石填充层和上部粗砂填充层的高度均相同。

上述基于截排水保持坡地软粘土基坑边坡稳定的施工方法，其特征是：步骤三中当观测出地下实际水位不低于预先设定的水位时，步骤四中进行地下截水沟结构调整的同时，还需采用轻型井点降水方法进行降水。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、方法步骤简单、设计合理且投入的施工成本较低。

2、施工简便，只需在由上至下在所施工基坑的边坡上开挖地下截水沟，并在边坡坡面上开挖地面截水沟，同时对地下截水沟进行分层填充即可。

3、所采用的地下截水沟结构简单、施工简便且使用效果好，地下截 水沟内由下至上填充有下部卵石填充层、中部卵石填充层和上部粗砂填充层，截水效果非常好，内部填充的下部卵石填充层、中部卵石填充层和上部粗砂填充层不仅能有效保证地下截水沟的长期排水效果，同时能有效承担边坡上位于地下截水沟上方的土体滑动荷载，进一步保证边坡的稳定性。

4、使用效果好，能简便、快速且有效控制坡地软粘土基坑边坡的稳定性，确保施工安全。通过地下截水沟对含水层内的地下水进行拦截并及时排出，同时通过地面截水沟为对边坡坡面上的地表水进行拦截并及时排出，能简便、快速且有效控制坡地软粘土基坑边坡的稳定性，确保施工安全。本发明充分考虑施工场地地表水和地下水的流向，采取在基坑外靠近山体侧施工地面排水沟和地下截水沟，将水引至外围排水沟，减少直至消除进入基坑的水，通过基坑壁与截水沟之间土体排水固结，增加土体直立性以保证基坑壁安全。同时，由于截水沟周围土体排水固结，土粒之间摩阻力加大，能对上部土体施加阻力，减缓下滑趋势，保证上部土体稳定。

由于地下水的补给、排泄以及在土体中的渗透速度与土的渗透性有关。受组成成分影响，各类土体之间的渗透系数变化极大，土体不同的渗透系数，对水的毛细吸附作用也不同，造成水在其中的流速不同，尤其在两种渗透系数不同介质接触面，水流会发生明显变化。基于上述原理，本发明利用卵石与粘土之间的渗透系数差异达到汇集并排水的目的，具体是通过地表和地下截排水措施，降低拟开挖场地的地下水位，使软粘土自然排水固结，达到满足开挖条件和基坑稳定的目的。本发明借助地形地势，取消了基坑边坡支护及全过程降水，利用土体自稳能力保证基坑安全，能节省大量投资成本。即使与采用最简单的土钉墙和轻型井点降水组合支护比较，本发明节省的费用也非常可观。另外，在节省工期方面，本发明的效果更为明显，短时间内降水效果非常明显。因而，采用本发明无需采取基坑支护方案，能减少采取传统的井点降水、排桩支护等施工方案造成的工期损失及不必要的投入，能充分利用场地地址条件，采取截排水措施， 保证了基坑边坡安全和后续施工。

5、适用面较广，本发明适用于地表水、地下水流向明确，土体通过固结排水后可保证有一定直立性的施工场地。同时，基坑距周围建筑物较远，开挖和降水时不采取其他的支护措施不致对周边建筑物造成危害，并且由于基坑壁基本无支护，因此要求地下施工工期不宜太长。

综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好，能简便、快速且有效控制坡地软粘土基坑边坡的稳定性，并且投入成本较低，通过地面截水沟和地下截水沟进行截水与排水，能简便、快速且有效控制坡地软粘土基坑边坡的稳定性。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的方法流程框示意图。

图2为本发明的施工状态示意图。

附图标记说明:

1—所施工基坑； 2—地下截水沟； 3—地面截水沟；

4—含水层； 5—不透水层； 6—下部卵石填充层；

7—中部卵石填充层； 8—上部粗砂填充层。

具体实施方式

如图1所示的一种基于截排水保持坡地软粘土基坑边坡稳定的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、地下截水沟与地面截水沟开挖：由上至下在所施工基坑1的边坡上开挖地下截水沟2，并在所述边坡的坡面上开挖地面截水沟3；

所述边坡内存在含水层4，所述含水层4下方为不透水层5；所述地下截水沟2位于含水层4的内侧，所述地下截水沟2底部伸入至不透水层5内；所述地面截水沟3位于地下截水沟2外侧；

步骤二、地下截水沟内渗水状况观察：所述地下截水沟2施工完成后，对地下截水沟2内的渗水状况进行观察，并根据观察出的渗水状况判断是否需对地下截水沟2的结构进行调整：当观察出地下截水沟2内地下水的渗出位置逐渐下移并稳定至一个固定位置、地下截水沟2内侧壁的渗水量逐渐减少且2天～3天后地下截水沟2内侧壁无渗水现象时，判断为无需对地下截水沟2的结构进行调整，进入步骤三；否则，进入步骤四；

步骤三、地下水实际水位观测：通过预先在所施工基坑1所处施工区域上开挖形成的探坑对地下水的实际水位进行观测，并根据观测结果判断是否需对地下截水沟2的结构进行调整：当观测出地下实际水位低于预先设定的水位时，判断为无需对地下截水沟2的结构进行调整，进入步骤五；否则，进入步骤四；

步骤四、地下截水沟结构调整：对地下截水沟2的宽度和/或深度进行增大调整，调整完成后返回步骤二；

步骤五、地下截水沟回填：对地下截水沟2内进行回填，获得由下至上布设的下部卵石填充层6、中部卵石填充层7和上部粗砂填充层8。

本实施例中，步骤一中所述地面截水沟3沿所述边坡的长度方向进行布设，所述地下截水沟2与含水层4内地下水的流向呈垂直布设。

实际施工时，所述地下截水沟2也可以沿所述边坡的长度方向进行布设。

本实施例中，步骤一中进行地下截水沟与地面截水沟开挖之前，先对施工区域进行地表清理，清除表面垃圾、植被等，并对拟开挖场地的标高测量，初步定位并进行测量放线。

同时，还需阅读、理解施工区域的地质勘察报告，了解拟开挖场地的地下情况，包括土质情况、地下水埋深及变化、土体渗透系数及排水固结情况。尤其需要探明地下水的流向和流速，对地下截水沟2与地面截水沟3的布设位置和结构参数至关重要。并且，通过现场踏勘，了解开挖场地周边地表水流向、流量和受季节影响情况以及开挖场地与周边建筑物间 距，必要时可开凿简易探井，了解地下水位实际变化情况与地质勘察报告的符合情况。

实际使用过程中，通过地面截水沟3对地表径流进行拦截、排泄，并且通过地下截水沟2对浅层地下水进行拦截、排泄，因而地下截水沟2与地面截水沟3的布设位置和结构参数至关重要，所述地面截水沟3的排水量满足能够将地表水及时、完全排走即可，所述地下截水沟2的排水量满足能够将地下水及时、完全排走即可。

实际施工时，所述地面截水沟3布设在所述边坡的坡面下部，且地面截水沟3的排水量需满足能够将地表水的完全、及时排出要求。因而，根据预先获取地表水(即地表径流)的流向和流速，对地面截水沟3的布设位置和结构参数进行确定。

对地下截水沟2的结构参数进行确定时，需根据所述边坡的各土层土质情况与渗透系数以及地下水的流向和流速，并结合含水层4和不透水层5的位置，对地下截水沟2的布设位置和结构参数进行确定。同时，结合含水层4的宽度，对地下截水沟2的走向和开挖长度进行确定，确保能将含水层4内的地下水完全、及时排出。并且，还需考虑所述地下截水沟2是否承担所述边坡上位于其上方的土体滑动荷载；同时还需考虑采用地下截水沟2进行降水后的降水影响线与所施工基坑1底部的相互关系，防止对所施工基坑1底部造成任何不良影响。其中，采用地下截水沟2进行降水后的降水影响线采用轻型井点降水的影响线进行估计。

本实施例中，步骤一中所述地下截水沟2开挖完成后，需将地下截水沟2内的渗出水及时排出；并且，所述地面截水沟3开挖完成后，需将地面截水沟3内的水及时排出。

实际使用时，当地下截水沟2和地面截水沟3能采用直排方式将内部的水直接排出时，步骤一中进行地下截水沟与地面截水沟开挖时，还需在所施工基坑1外侧施工排水沟，并将地下截水沟2的一端或两端与所述排水沟连接，同时将地面截水沟3的一端或两端与所述排水沟连接。

当地下截水沟2和地面截水沟3不能采用直排方式将内部的水直接排出时，步骤一中进行地下截水沟与地面截水沟开挖时，还需在所施工基坑1外侧施工集水井，并在所述集水井内设置有抽水泵；再将地下截水沟2的一端或两端与所述集水井连接，同时将地面截水沟3的一端或两端与所述集水井连接，并通过所述抽水泵将地下截水沟2和地面截水沟3内的水抽至所述集水井内。

本实施例中，所述地下截水沟2和地面截水沟3均采用直排方式，因而步骤一中进行地下截水沟与地面截水沟开挖时，在所施工基坑1外侧施工排水沟，并将地下截水沟2的一端或两端与所述排水沟连接，同时将地面截水沟3的一端或两端与所述排水沟连接。

本实施例中，步骤二中进行地下截水沟内渗水状况观察过程中，当观察出地下截水沟2内地下水的渗出位置逐渐下移并稳定至一个固定位置、地下截水沟2内侧壁的渗水量逐渐减少且2天～3天后地下截水沟2内侧壁仍存在渗水现象时，判断为需对地下截水沟2的宽度进行增大调整；并且步骤四中进行地下截水沟结构调整时，由外向内对地下截水沟2的内侧壁进行开挖。也就是说，通过向内开挖增大地下截水沟2的宽度。

所述地下截水沟2开挖完成后，当土质允许，不立即出现上部大面积滑坡或沟壁大面积坍塌时，对地下截水沟2暂不回填。

在对地下截水沟2进行回填之前，地下水会从地下截水沟2的沟壁四周渗出，并汇集在地下截水沟2内。因而，地下截水沟2开挖完成后且回填之前，对地下截水沟2内地下水的渗出桩孔进行观察。通常情况下，初期地下截水沟2的沟壁两侧与沟底均会出现渗水现象，随着土体内水位下降，地下水的渗出位置不断下移并逐渐稳定到一个位置，且靠近基坑侧(即地下截水沟2的内侧壁)会逐渐停止排水。为保证安全，所述地下截水沟2内的渗出水需及时导走。

因而，步骤二中进行地下截水沟内渗水状况观察时，在所述地下截水沟2开挖完成后2天～3天内进行。

并且，所述地下截水沟2开挖完成后，均能起到截水作用，因而所述地下截水沟2内地下水的渗出位置均逐渐下移并稳定至一个固定位置，并且地下截水沟2内侧壁的渗水量逐渐减少。因而，步骤二中进行地下截水沟内渗水状况观察时，只需判断2天～3天后地下截水沟2内侧壁是否仍存在渗水现象即可。

为密切观察渗水量，应在所施工基坑1的施工区域内开挖多个所述探坑，以观察地下水的实际水位变化情况。

本实施例中，步骤三中预先设定的水位为所施工基坑1的底部标高；

步骤三中当观测出地下实际水位不低于预先设定的水位时，判断为需对地下截水沟2的宽度和深度分别进行增大调整；

本实施例中，步骤五中地下截水沟回填完成后，由上至下对所施工基坑1进行开挖。

本实施例中，步骤一中对地下截水沟2进行挖时，所采用的挖掘机型号根据沟深进行选择，必要时选用长臂挖掘机。挖掘机沿地下截水沟2的设计开挖线进行后退开挖，一次开挖到位。

当地下截水沟2比较深时，开挖过程中需同步进行变形观测，考虑沟壁稳定性不可预测且为临时设施，主要以放坡为主，出现少许坍塌可后期用机械设备进行清理。

为保证后期排水效果，开挖时地下截水沟2的沟底需进行放坡，坡度应在3％～5％之间，根据排水出口(即与所述排水沟或所述集水井连接的出口)采用一侧或两侧找坡。

本实施例中，步骤三中当观测出地下实际水位不低于预先设定的水位时，步骤四中进行地下截水沟结构调整的同时，还需采用轻型井点降水方法进行降水。并且，所采用的轻型井点降水方法为常规的轻型井点降水方法。

因而，本实施例中，步骤三中当观测出地下实际水位不低于预先设定的水位时，采用调整地下截水沟2结构与轻型井点降水方法相结合的方式 进行降水。

实际施工时，也可以仅采用调整地下截水沟2结构的方式进行降水。

本实施例中，步骤一中所述地下截水沟2为对含水层4内的地下水进行拦截的截水沟，所述地下截水沟2的宽度由上至下逐渐缩小。

本实施例中，所述下部卵石填充层6、中部卵石填充层7和上部粗砂填充层8的高度均相同。

并且，步骤五中所述下部卵石填充层6、中部卵石填充层7和上部粗砂填充层8的高度均为地面截水沟3高度的三分之一。

实际施工时，可根据具体需要，对下部卵石填充层6、中部卵石填充层7和上部粗砂填充层8的高度进行相应调整。

步骤五中所述下部卵石填充层6为由填充于地下截水沟2内侧下部且直径为Ф80mm～Ф120mm的卵石形成的填充层，中部卵石填充层7为由填充于地下截水沟2内侧中部且直径为Ф40mm～Ф60mm的卵石形成的填充层。

本实施例中，所述下部卵石填充层6为由填充于地下截水沟2内侧下部且直径为Ф100mm的卵石形成的填充层，中部卵石填充层7为由填充于地下截水沟2内侧中部且直径为Ф50mm的卵石形成的填充层。

实际使用时，所述下部卵石填充层6的作用在于排水，所述中部卵石填充层7的作用在于排水与滤水，所述上部粗砂填充层8的作用在于滤水。

由于地下截水沟2内由下至上的填充物级配不连续，这样能有效保证地下截水沟2内的长期排水效果。

实际施工过程中，由于所施工基坑1的开挖施工过程以及后续地下基础施工的施工周期相对较长，采用下部卵石填充层6、中部卵石填充层7和上部粗砂填充层8对地下截水沟2进行填充或，能有效避免两侧土体坍塌并堵塞地下截水沟2，填充完成后形成一道对地下水进行截断的截水盲沟。

本实施例中，步骤一中所述地面截水沟3为对所述边坡坡面上的地表 水进行拦截的地面截水沟3，所述地面截水沟3位于含水层4上方且宽度由上至下均相同。

本实施例中，所述地下截水沟2的内侧壁由上至下逐渐向外倾斜，所述地下截水沟2的外侧壁由上至下逐渐向内倾斜，所述地下截水沟2的内侧壁与水平面之间的夹角小于地下截水沟2的外侧壁与水平面之间的夹角。

实际施工过程中，所述地下截水沟2的内侧壁与水平面之间的夹角大于60°。

本实施例中，所述下部卵石填充层6的下部位于不透水层5内。

实际使用时，当地下截水沟2和地面截水沟3能采用直排方式将内部的水直接排出时，所述地下截水沟2的一端或两端与位于所施工基坑1外侧的排水沟连接，所述地面截水沟3的一端或两端与位于所施工基坑1外侧的所述排水沟连接。

当地下截水沟2和地面截水沟3不能采用直排方式将内部的水直接排出时，所述地下截水沟2一端或两端与位于所施工基坑1外侧的集水井连接，所述地面截水沟3的一端或两端与位于所施工基坑1外侧的所述集水井连接，所述集水井内设置有抽水泵。

本实施例中，所述地下截水沟2和地面截水沟3均采用直排方式，并且地下截水沟2和地面截水沟3均采用单侧排水。因而，只需在所施工基坑1一侧施工排水沟，并将地下截水沟2和地面截水沟3的排水出口均与所述排水沟连接。

为防止地下截水沟2和地面截水沟3的排水出口处淤塞，在地下截水沟2和地面截水沟3的排水出口埋设一段双壁波纹管。同时，在地下截水沟2和地面截水沟3的排水出口上方均修建排水通道，避免山上泥沙随水进入地下截水沟2和地面截水沟3，影响排水效果。整个施工期间，应保持排水顺畅，不得随意截断或破坏地下截水沟2和地面截水沟3。

实际施工时，当地下截水沟2的内水量特别丰富时，在地下截水沟2的 沟底埋设花管进行导水，并且参照GB50108-2008中图6.2.5-2的具体做法进行施工。

采用本发明所述的地下截水沟2进行截水后，由于所施工基坑1的基坑壁与地下截水沟2之间有一段距离，所施工基坑1的基坑壁与地下截水沟2之间的土体排水固结后，与其下部土体之间的摩阻力加大；同时地下截水沟2外侧的土体随着水力坡度线的降低，部分土体也能排水固结。这样，通过排水固结能有效增加边坡的整体直立性，减缓土体滑动趋势，提高基坑开挖时的稳定性，保证基坑及周围土体的稳定。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。