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摘要：根据溶洞洞径、洞深、分布位置、地质条件的不同，分别采用四种处理措施，加强和改善石渠段基岩的整体性和强度，以保证石渠段衬砌混凝土的质量。
关键词：溶洞；回填混凝土；浆砌石；回填灌浆
Abstract: According to the cave, hole depth, diameter distribution, geological conditions, respectively, using four kinds of measures, strengthen and improve the Shiqu section of rock strength and integrity, to ensure the quality of concrete lining of Shiqu section.
Key words: cave; concrete; masonry; backfill grouting
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
工程概况：
南水北调中线元氏Ⅰ段工程位于河北省元氏县境内，总干渠起始桩号为186+900，终点桩号为196+997.1，总长10.097km。该工程石渠段设计桩号为190+000～190+550，长度550m，渠道设计底宽21m。石渠段总体地质条件：基岩风化程度不均，一定规模构造发育，裂隙充填红粘土，局部岩体溶蚀现象严重。渠基开挖后，出露洞径1.0～6.0m溶洞13个，由于地下水埋深较深，溶洞内干燥无水。为保证工程的安全，需要根据溶洞分布的不同位置、不同规模，分别采取不同的处理措施。。
2、施工技术措施：
2.1施工措施的确定
首先对石渠段溶洞按设计文件进行编号。对于洞径、洞深小于2.0m的溶洞，根据溶洞分布位置不同及溶洞部位地质条件不同，分别采用三种处理方式：①直接坐浆砌筑浆砌石至混凝土基面；②直接回填C10混凝土至原设计渠坡的基面；③浆砌石坐浆砌筑至混凝土基面，砌筑过程中预留灌浆管，砌筑完毕后进行回填灌浆。对于洞径、洞深大于2.0m的溶洞，采用向洞内投放碎石，粒径为5～20cm，然后在距离洞底1、3、5m等每间隔2m设一级灌浆管，每一级每根灌浆管控制2m2范围。①对于洞深在2.0～2.5m的溶洞，距混凝土基面1m处采用浆砌石坐浆砌筑；②对于洞深2.5m以上的溶洞，距混凝土基面1.2m处采用浆砌石坐浆砌筑，厚度1.0m；洞口周围向外扩宽50cm，与混凝土板一起浇筑（结构如图1所示）。
对于预埋灌浆管的溶洞，在浆砌石砌筑结束后进行回填灌浆。
综上所述，溶洞处理措施共有4种，施工工序分别为：
①清理→回填C10混凝土
②清理→浆砌石坐浆砌筑
③清理→浆砌石坐浆砌筑并预埋灌浆管→回填灌浆
④清理→投放碎石并分级预埋灌浆管→浆砌石坐浆砌筑→回填灌浆
图1溶洞口细部构造图（单位：mm）
2.2 回填C10混凝土
根据溶洞出露情况及设计通知有关要求，对4#、6#溶洞采取直接回填C10混凝土至原设计渠坡基面的处理方法。
（1）将基槽内的杂物清理干净，经监理验收合格。
（2）依据试验室出具的配合比，利用槐河（二）场区拌合站进行混凝土拌制，由混凝土罐车运送至施工现场，采用人工溜槽下料至溶洞内。
（3）根据现场实际情况分层浇筑回填混凝土，随浇筑随振捣。每层下料30cm用50型振捣棒进行振捣密实，直至回填至设计位置。
2.3 砌筑浆砌石
根据溶洞出露情况及设计通知有关要求，对3#、10#、11#溶洞采取坐浆砌石至渠道混凝土基面的处理方法。
（1）砌筑时先在基础上铺一层厚度为3cm的水泥砂浆，水泥砂浆要饱满。然后将砌石的大面朝下，平整地放置在砂浆上，砌石摆放稳定，在摆放好位置后要适当摇动或者敲击，保证它的稳定性。
（2）砌石采用错缝砌筑，避免出现竖向通缝，且相互之间用砂浆填充密实，防止砌石之间直接接触。竖缝填塞砂浆后使用工具进行插捣保证砂浆的密实，插捣至表面泛浆为止。
（3）砌筑层时要选择合适的石料，使砌石的上表面大致砌平，相邻的砌石块的高差小于20～30mm。
（4）砌石外露表面的砌缝处预留出4cm深的空隙，用指定标号的水泥砂浆勾缝，根据设计要求，勾缝为平缝。勾缝前先将缝槽用水冲洗湿润，分两次填塞，填塞过程中插捣密实。
（5）砌体完成后12～18h之间开始洒水养护，经常保持外露面湿润。养护时间为14d。
（6）施工过程中及时会同现场监理做好现场确认单。
2.4 砌石并预埋灌浆管灌浆
根据溶洞出露情况及设计通知有关要求，对1#、2#溶洞采取砌石、预埋1根灌浆管并进行灌浆处理的方法。
（1）浆砌石砌筑方法同2.3节。
（2）在砌石过程中，于溶洞中部预埋1根高压注浆管，灌浆管周围2cm范围内用砂浆填塞固定，注意保护灌浆管不损坏不移位。
（3）灌浆方法同2.5.4节。
2.5填碎石、砌石封堵并分级灌浆
根据溶洞出露情况及设计通知有关要求，对5#、7#、8#、9#、12#、13#溶洞采取填碎石、预埋灌浆管、砌石封堵并分级灌浆的处理方法。
2.5.1 基面清理
人工配合机械清理洞内浮渣及孤石，清除的土渣运至洞口外集中堆放，用挖掘机挖装、自卸车运往指定弃渣场。
每个溶洞清理完成后，通知监理工程师、设计人员、质检人员共同验收，验收合格方可进行下一步施工。
2.5.2 投放碎石、分级埋灌浆管
(1)投抛碎石粒径5～20cm，施工前将石料上的泥垢冲洗干净。
(2)采用装载机或挖掘机进行碎石投放，投放高度约1.0m时，预埋Ⅰ级灌浆管路，间距、排距约为1.4m，每根灌漿管控制范围2.0m2。
(3)人工配合挖掘机进行碎石投放铺筑，灌浆管周围采用人工码放石料，碎石铺筑过程中注意保护灌浆管不损坏不移位。
(4)对于较深的溶洞，投放碎石高度达到3.0m、5.0m时，分别预埋Ⅱ级、Ⅲ级灌浆管路，间距、排距均为1.4m，每根灌浆管控制范围2.0m2。
埋管及灌浆顺序如图3、图4所示。
图3：埋管示意图
（注：○为底层孔；●中层孔；◎顶层孔；⊕为检查孔）
图4:灌浆管编号及灌浆顺序图
（注：○Ⅰ级管；●Ⅱ级管；◎Ⅲ级管；⊕检查管）
2.5.3浆砌石
浆砌石砌筑方法同3.3节。
2.5.4回填灌浆
选取7#溶洞作为试验洞，进行灌浆试验，得出水泥浆搅拌时间、灌浆压力等适宜的施工参数，用于指导其它溶洞的灌浆施工；灌浆完毕后，进行灌浆质量检查，如不合格，在其它溶洞处理过程中，采取加密灌浆管等措施。
（1）灌浆设备
采用BW-150型注浆机，主要性能：最大流量150L/min，最大压力7.0Mpa，驱动功率7.5KW，总量560KG。注浆方式采用纯压式注浆。
注浆系统中安装灌浆自动记录仪。在灌浆过程中，由自动记录仪完成数据采集与处理，自动记录仪屏幕上显示灌浆压力、流量、水灰比及注入水泥总量，按设定时间间隔定时打印出时间、平均压力、最大压力、流量和水灰比，当灌浆结束时，自动计算并打印注入水泥总量、浆液总量和单耗水泥量，并且打印出灌浆压力和流量随时间变化的过程曲线。
灌浆自动记录仪按期率定校准，其记录精度要求达到：流量计0L/min ～100L/min范围，精度满足±1%；压力计0MPa ～10MPa范围，精度满足±1.5%。其率定结果报监理工程师审核。
（2）灌浆材料及灌浆管
①水泥采用PO.32.5普通硅酸盐水泥。
②灌浆管采用公称直径51mm的胶管（壁厚：内胶层≥2.3mm，外胶层≥1.2mm）。
③在5#、8#、12#、13#溶洞分層填碎石的过程中，采用直径50PVC管（壁厚4mm，耐压值≥7.5Mpa）袖阀管下到溶洞底面作为检查孔，在袖阀管的管壁上钻直径6@300的花眼作为出浆孔，外包橡皮箍作为单向阀。每个溶洞设置检查孔一个。
（3）制浆
①水泥采用PO.32.5普通硅酸盐水泥。
②制浆材料必须称量，称量误差要小于5%。
③水泥浆液的搅拌时间宜通过试拌确定，使用普通搅拌机时应不少于3min。
④搅拌机械保证均匀、连续制浆。水泥浆自制备至用完的时间不能大于2h。
（4）灌浆要求
①砌石及埋管验收合格后，浆砌石强度达到75%后再进行灌浆。
②孔内采用一次灌注法，按照先下层再上层、由洞内往洞外、先边缘后中间的顺序进行灌浆。
③灌浆浆液的浓度应由稀到浓，逐级变换。灌浆水灰比采用2:1、1:1、0.8:1、0.5:1四个比级，开灌水灰比为2:1，最后一级为0.5:1，灌浆压力应控制在0.1-0.2Mpa为宜。
④浆液变换
当灌浆压力保持不变而注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。
当某一级浆液纯消耗水泥达5吨以上或灌注时间已达2h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级。
⑤施工时必须严格按要求分级分层进行灌注。灌浆时，止浆塞要止塞好，随时观察有无串浆、冒浆情况。如果串浆，必须将串浆孔止塞封闭，对灌浆孔继续灌注，直至灌浆结束，立即扫开被串孔，洗净后进行灌注；如果地层冒浆，要及时降压，限量灌入，采用浓浆闭浆法施工。
⑥灌浆作业必须连续。若因故中断，应尽快恢复灌浆；否则要立即冲洗孔，再恢复灌浆；若无法冲洗或冲洗无效，则进行扫孔再恢复灌浆。
恢复灌浆时，应使用开灌比级的水泥浆进行灌注，如注入率与中断前相近，即可采用中断前水泥浆的比级继续灌注；如注入率较中断前减少较多，应逐级加浓浆液继续灌注；如注入率较中断前减少很多，且在短时间内停止吸浆，应采取补救措施。
⑦灌浆结束标准
在设计压力下，注入率小于1L/min，延续灌注30min即可结束该段灌浆。当长时间达不到结束标准时，报请监理工程师共同研究处理。
⑧灌浆过程中详细做好灌浆记录（灌浆记录表样见附表），及时填写现场确认单。
（5）灌浆质量检查
①灌浆结束7天后，对5#（190+319.3）、8#（190+372）、12#（190+309.3）、13#（190+336.56）溶洞进行灌浆质量检查，每个溶洞设1个检查孔。
②检查孔采用预埋袖阀管注浆法。
向预埋的检查管内注入水灰比2:1的浆液，在规定的压力下，初始10min内注入量不超过10L，认为合格。若检查不合格，可将检查孔视为灌浆孔进行补强灌浆，之后再采取钻打检查孔并灌浆的方法进行检查。
3、结语
南水北调工程建设对缓解北方地区缺水，推进国民经济有着重大意义，工程施工质量和工程安全性成为工程建设的重中之重。南水北调工程沿线各种不良地质极大提高了工程的建设风险和施工难度，不良地质必须采取必要的措施进行处理，确保工程安全。在众多不良地质中，风化的岩层加上分部不确定的溶洞处理，情况较为复杂，不确定性较大，需要认真对待。工程处理中通过开挖和勘探全面了解风化岩层和溶洞地质详细情况，采取混凝土、浆砌石封堵，回填灌浆等综合处理措施，进行输水渠道段岩体补强加固，在处理完成后，进行钻心取样来检查处理效果，满足南水北调工程建设工程安全要求。
参考文献
[1]南水北调中线邢石界至古运河南渠段工程设计通知：（设知字[2011]第03号）。
[2]工程所在地地形、地质、水文、气象、河流的自然条件等相关资料。
[3]《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148-2001。
关键词：溶洞；回填混凝土；浆砌石；回填灌浆
Abstract: According to the cave, hole depth, diameter distribution, geological conditions, respectively, using four kinds of measures, strengthen and improve the Shiqu section of rock strength and integrity, to ensure the quality of concrete lining of Shiqu section.
Key words: cave; concrete; masonry; backfill grouting
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
工程概况：
南水北调中线元氏Ⅰ段工程位于河北省元氏县境内，总干渠起始桩号为186+900，终点桩号为196+997.1，总长10.097km。该工程石渠段设计桩号为190+000～190+550，长度550m，渠道设计底宽21m。石渠段总体地质条件：基岩风化程度不均，一定规模构造发育，裂隙充填红粘土，局部岩体溶蚀现象严重。渠基开挖后，出露洞径1.0～6.0m溶洞13个，由于地下水埋深较深，溶洞内干燥无水。为保证工程的安全，需要根据溶洞分布的不同位置、不同规模，分别采取不同的处理措施。。
2、施工技术措施：
2.1施工措施的确定
首先对石渠段溶洞按设计文件进行编号。对于洞径、洞深小于2.0m的溶洞，根据溶洞分布位置不同及溶洞部位地质条件不同，分别采用三种处理方式：①直接坐浆砌筑浆砌石至混凝土基面；②直接回填C10混凝土至原设计渠坡的基面；③浆砌石坐浆砌筑至混凝土基面，砌筑过程中预留灌浆管，砌筑完毕后进行回填灌浆。对于洞径、洞深大于2.0m的溶洞，采用向洞内投放碎石，粒径为5～20cm，然后在距离洞底1、3、5m等每间隔2m设一级灌浆管，每一级每根灌浆管控制2m2范围。①对于洞深在2.0～2.5m的溶洞，距混凝土基面1m处采用浆砌石坐浆砌筑；②对于洞深2.5m以上的溶洞，距混凝土基面1.2m处采用浆砌石坐浆砌筑，厚度1.0m；洞口周围向外扩宽50cm，与混凝土板一起浇筑（结构如图1所示）。
对于预埋灌浆管的溶洞，在浆砌石砌筑结束后进行回填灌浆。
综上所述，溶洞处理措施共有4种，施工工序分别为：
①清理→回填C10混凝土
②清理→浆砌石坐浆砌筑
③清理→浆砌石坐浆砌筑并预埋灌浆管→回填灌浆
④清理→投放碎石并分级预埋灌浆管→浆砌石坐浆砌筑→回填灌浆
图1溶洞口细部构造图（单位：mm）
2.2 回填C10混凝土
根据溶洞出露情况及设计通知有关要求，对4#、6#溶洞采取直接回填C10混凝土至原设计渠坡基面的处理方法。
（1）将基槽内的杂物清理干净，经监理验收合格。
（2）依据试验室出具的配合比，利用槐河（二）场区拌合站进行混凝土拌制，由混凝土罐车运送至施工现场，采用人工溜槽下料至溶洞内。
（3）根据现场实际情况分层浇筑回填混凝土，随浇筑随振捣。每层下料30cm用50型振捣棒进行振捣密实，直至回填至设计位置。
2.3 砌筑浆砌石
根据溶洞出露情况及设计通知有关要求，对3#、10#、11#溶洞采取坐浆砌石至渠道混凝土基面的处理方法。
（1）砌筑时先在基础上铺一层厚度为3cm的水泥砂浆，水泥砂浆要饱满。然后将砌石的大面朝下，平整地放置在砂浆上，砌石摆放稳定，在摆放好位置后要适当摇动或者敲击，保证它的稳定性。
（2）砌石采用错缝砌筑，避免出现竖向通缝，且相互之间用砂浆填充密实，防止砌石之间直接接触。竖缝填塞砂浆后使用工具进行插捣保证砂浆的密实，插捣至表面泛浆为止。
（3）砌筑层时要选择合适的石料，使砌石的上表面大致砌平，相邻的砌石块的高差小于20～30mm。
（4）砌石外露表面的砌缝处预留出4cm深的空隙，用指定标号的水泥砂浆勾缝，根据设计要求，勾缝为平缝。勾缝前先将缝槽用水冲洗湿润，分两次填塞，填塞过程中插捣密实。
（5）砌体完成后12～18h之间开始洒水养护，经常保持外露面湿润。养护时间为14d。
（6）施工过程中及时会同现场监理做好现场确认单。
2.4 砌石并预埋灌浆管灌浆
根据溶洞出露情况及设计通知有关要求，对1#、2#溶洞采取砌石、预埋1根灌浆管并进行灌浆处理的方法。
（1）浆砌石砌筑方法同2.3节。
（2）在砌石过程中，于溶洞中部预埋1根高压注浆管，灌浆管周围2cm范围内用砂浆填塞固定，注意保护灌浆管不损坏不移位。
（3）灌浆方法同2.5.4节。
2.5填碎石、砌石封堵并分级灌浆
根据溶洞出露情况及设计通知有关要求，对5#、7#、8#、9#、12#、13#溶洞采取填碎石、预埋灌浆管、砌石封堵并分级灌浆的处理方法。
2.5.1 基面清理
人工配合机械清理洞内浮渣及孤石，清除的土渣运至洞口外集中堆放，用挖掘机挖装、自卸车运往指定弃渣场。
每个溶洞清理完成后，通知监理工程师、设计人员、质检人员共同验收，验收合格方可进行下一步施工。
2.5.2 投放碎石、分级埋灌浆管
(1)投抛碎石粒径5～20cm，施工前将石料上的泥垢冲洗干净。
(2)采用装载机或挖掘机进行碎石投放，投放高度约1.0m时，预埋Ⅰ级灌浆管路，间距、排距约为1.4m，每根灌漿管控制范围2.0m2。
(3)人工配合挖掘机进行碎石投放铺筑，灌浆管周围采用人工码放石料，碎石铺筑过程中注意保护灌浆管不损坏不移位。
(4)对于较深的溶洞，投放碎石高度达到3.0m、5.0m时，分别预埋Ⅱ级、Ⅲ级灌浆管路，间距、排距均为1.4m，每根灌浆管控制范围2.0m2。
埋管及灌浆顺序如图3、图4所示。
图3：埋管示意图
（注：○为底层孔；●中层孔；◎顶层孔；⊕为检查孔）
图4:灌浆管编号及灌浆顺序图
（注：○Ⅰ级管；●Ⅱ级管；◎Ⅲ级管；⊕检查管）
2.5.3浆砌石
浆砌石砌筑方法同3.3节。
2.5.4回填灌浆
选取7#溶洞作为试验洞，进行灌浆试验，得出水泥浆搅拌时间、灌浆压力等适宜的施工参数，用于指导其它溶洞的灌浆施工；灌浆完毕后，进行灌浆质量检查，如不合格，在其它溶洞处理过程中，采取加密灌浆管等措施。
（1）灌浆设备
采用BW-150型注浆机，主要性能：最大流量150L/min，最大压力7.0Mpa，驱动功率7.5KW，总量560KG。注浆方式采用纯压式注浆。
注浆系统中安装灌浆自动记录仪。在灌浆过程中，由自动记录仪完成数据采集与处理，自动记录仪屏幕上显示灌浆压力、流量、水灰比及注入水泥总量，按设定时间间隔定时打印出时间、平均压力、最大压力、流量和水灰比，当灌浆结束时，自动计算并打印注入水泥总量、浆液总量和单耗水泥量，并且打印出灌浆压力和流量随时间变化的过程曲线。
灌浆自动记录仪按期率定校准，其记录精度要求达到：流量计0L/min ～100L/min范围，精度满足±1%；压力计0MPa ～10MPa范围，精度满足±1.5%。其率定结果报监理工程师审核。
（2）灌浆材料及灌浆管
①水泥采用PO.32.5普通硅酸盐水泥。
②灌浆管采用公称直径51mm的胶管（壁厚：内胶层≥2.3mm，外胶层≥1.2mm）。
③在5#、8#、12#、13#溶洞分層填碎石的过程中，采用直径50PVC管（壁厚4mm，耐压值≥7.5Mpa）袖阀管下到溶洞底面作为检查孔，在袖阀管的管壁上钻直径6@300的花眼作为出浆孔，外包橡皮箍作为单向阀。每个溶洞设置检查孔一个。
（3）制浆
①水泥采用PO.32.5普通硅酸盐水泥。
②制浆材料必须称量，称量误差要小于5%。
③水泥浆液的搅拌时间宜通过试拌确定，使用普通搅拌机时应不少于3min。
④搅拌机械保证均匀、连续制浆。水泥浆自制备至用完的时间不能大于2h。
（4）灌浆要求
①砌石及埋管验收合格后，浆砌石强度达到75%后再进行灌浆。
②孔内采用一次灌注法，按照先下层再上层、由洞内往洞外、先边缘后中间的顺序进行灌浆。
③灌浆浆液的浓度应由稀到浓，逐级变换。灌浆水灰比采用2:1、1:1、0.8:1、0.5:1四个比级，开灌水灰比为2:1，最后一级为0.5:1，灌浆压力应控制在0.1-0.2Mpa为宜。
④浆液变换
当灌浆压力保持不变而注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。
当某一级浆液纯消耗水泥达5吨以上或灌注时间已达2h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级。
⑤施工时必须严格按要求分级分层进行灌注。灌浆时，止浆塞要止塞好，随时观察有无串浆、冒浆情况。如果串浆，必须将串浆孔止塞封闭，对灌浆孔继续灌注，直至灌浆结束，立即扫开被串孔，洗净后进行灌注；如果地层冒浆，要及时降压，限量灌入，采用浓浆闭浆法施工。
⑥灌浆作业必须连续。若因故中断，应尽快恢复灌浆；否则要立即冲洗孔，再恢复灌浆；若无法冲洗或冲洗无效，则进行扫孔再恢复灌浆。
恢复灌浆时，应使用开灌比级的水泥浆进行灌注，如注入率与中断前相近，即可采用中断前水泥浆的比级继续灌注；如注入率较中断前减少较多，应逐级加浓浆液继续灌注；如注入率较中断前减少很多，且在短时间内停止吸浆，应采取补救措施。
⑦灌浆结束标准
在设计压力下，注入率小于1L/min，延续灌注30min即可结束该段灌浆。当长时间达不到结束标准时，报请监理工程师共同研究处理。
⑧灌浆过程中详细做好灌浆记录（灌浆记录表样见附表），及时填写现场确认单。
（5）灌浆质量检查
①灌浆结束7天后，对5#（190+319.3）、8#（190+372）、12#（190+309.3）、13#（190+336.56）溶洞进行灌浆质量检查，每个溶洞设1个检查孔。
②检查孔采用预埋袖阀管注浆法。
向预埋的检查管内注入水灰比2:1的浆液，在规定的压力下，初始10min内注入量不超过10L，认为合格。若检查不合格，可将检查孔视为灌浆孔进行补强灌浆，之后再采取钻打检查孔并灌浆的方法进行检查。
3、结语
南水北调工程建设对缓解北方地区缺水，推进国民经济有着重大意义，工程施工质量和工程安全性成为工程建设的重中之重。南水北调工程沿线各种不良地质极大提高了工程的建设风险和施工难度，不良地质必须采取必要的措施进行处理，确保工程安全。在众多不良地质中，风化的岩层加上分部不确定的溶洞处理，情况较为复杂，不确定性较大，需要认真对待。工程处理中通过开挖和勘探全面了解风化岩层和溶洞地质详细情况，采取混凝土、浆砌石封堵，回填灌浆等综合处理措施，进行输水渠道段岩体补强加固，在处理完成后，进行钻心取样来检查处理效果，满足南水北调工程建设工程安全要求。
参考文献
[1]南水北调中线邢石界至古运河南渠段工程设计通知：（设知字[2011]第03号）。
[2]工程所在地地形、地质、水文、气象、河流的自然条件等相关资料。
[3]《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148-2001。