创新岩体加固方法探究

现行加固岩体的方法，几乎所有钻孔都是按一种模式即所谓的与岩坡（壁）走向线正交的最优角度布置，如是砂浆锚杆和灌浆的钻孔，多按倾角0°～15°方向布置；如是排水钻孔则多按仰角0°～15°方向布置。

从加固孔的方位来看，尽管也有些小的变化，但最主要的布置方式是同一方位。在不同地质体内，岩体裂隙的产状和发育程度是千差万别的。岩体加固件（灌浆、排水钻孔、锚杆、锚索）在某一个固定方向上和在一定深度内可能遇不到一条裂隙，而在另一个方向上可能穿过最多的裂隙。因此。岩体加固设计新方法的主要原则，就是要在被加固岩体内，搜索出能穿过最多缺陷面（带）的加固钻孔方位和倾角。

（一）岩体加固原则

为了加固岩体，从调查点辐射出去，在平面上，可以有360 个方位（一度为一个方位），在剖面上，可以有90个倾角的变化。这样就可以组合成32400个不同方位和倾角的辐射。这64800 个三维方向是我们优选岩体加固方向的基础。

当然，根据实际需要，可以用较大的角度作为计算单位进行分割。在一般情况下，以10°为分割单位的计算精度就足够了。

在平面和剖面的三维空间内，可以拟定出相当数量的比选孔群。对每一比选孔群，都可以计算出与标准孔相比的效益系数，从中选择效益系数最大者作为加固岩体的钻孔矢量。

（二）边坡岩体三维加固方向的选择

按边坡坡度的不同，可将其分为直立边坡与倾斜边坡两类。每类边坡的加固措施主要有边坡灌浆、地下水排水、锚杆与锚索等。

1.直立边坡（墙）灌浆、锚固钻孔方位与倾角的选择

直立边坡加固孔的方位与岩壁走向夹角常大于60°（否则不易施工），常规倾角为0°、5°或10°。以与边坡走向线正交、倾角5°的斜孔为标准孔。利用边坡岩体结构面的编录资料，计算与边坡岩壁走向夹角大于60°的各个三维方向钻孔的效益系数。标准孔的效益系数为一次效益系数。一次效益系数与其它比选斜孔的效益系数的比值为二次效益系数。二次效益系数的大小，标志着比选孔比标准孔穿过裂隙的能力，比值愈大，穿裂隙的能力亦愈大，反之则愈小。

2.直立边坡（墙）排水钻孔方位与倾角的选择

直立边坡（墙）的排水孔常采用仰角以利于排水。以钻孔方位与边坡走向正交，仰角为5°的孔为标准孔，计算一次效益系数。再取仰角0°～30°的不同方位和倾角钻孔，计算二次效益系数，由此选择排水孔的方位和倾角。

3.倾斜边坡灌浆、锚固钻孔方法与倾角的选择

设倾斜边坡的坡角为α，标准钻孔常与边坡面正交，即它的倾角为90°-α。利用边坡岩体结构面资料，计算各种方位、倾角斜孔的效益系数。取方位与坡面走向线正交、倾角为90°-α的斜孔效益系数为标准效益系数，用ηs表示；η为除标准孔以外的各个比选孔的效益系数。η与ηs的比值为二次效益系数，用λ表示，即λ=η/ηs，λ值愈大，表示穿越裂隙的能力就愈大，反之则愈小。应选用λ值最大的钻孔。

4.倾斜边坡排水钻孔方位、倾角的选择

倾斜边坡的倾角为α，排水斜孔仰角α1。这种排水孔的倾角常向坡外倾斜5°以上。取方位与边坡走向线正交、倾向坡外5°的倾斜孔为标准孔；取钻孔方位与边坡走向线夹角等于大于60°的各个倾斜孔为比选孔。前者的效益系数为一次效益系数，后者的效益系数为比选效益系数，二者的比值为二次效益系数。选用二次效益系数最大的钻孔，为优选排水钻孔。

（三）地下洞室岩体三维加固方向的选择

地下洞室包括各类引水洞和地下厂房等。目前的做法是，对地下洞室围岩无论是灌浆孔、排水孔或锚固孔，都是与开挖面正交并均匀布置，甚至连岩性也不考虑，这就是所谓的系统加固方法。(www.xing528.com)

应该根据岩性及其结构面的发育程度和岩体加固的需要，采取非系统加固方法。例如在缓倾角层状地层区，由于垂直裂隙发育，洞子两侧面水平加固是必须的；洞顶的缓倾角层状地层常因开挖而沿层面向洞底方向松弛，这里的垂直加固亦是必须的。其它孔则应因地而异。

根据钻孔孔口位置的不同，岩体三维加固方向的选择方法也不一样：

1.Ⅰ1 型加固斜孔（组）

该型斜孔是经常用来防止底板回弹变形的（图8-5）。把常规采用的铅直孔的效益系数假定为1，把与底板面交角等于、大于60°的范围作为斜孔的比选范围。计算出斜孔倾角等于、大于60°时的一系列效益系数，从中选择最大效益系数者为选定加固斜孔。

图8-5　地下洞室比选孔群布置示意图

2.Ⅰ2 型加固斜孔

该型斜孔是加固洞顶层状地层松弛裂隙的最有效方法。把与顶拱面交角等于大于60°的范围作为比选的范围。在比选范围内找出最佳斜孔的方位和倾角。

3.Ⅱ1、Ⅱ2 型加固斜孔

在洞室区，该位置是经常进行加固的地方。把钻孔孔向与岩壁走向线交角等于大于60°夹角的范围作为斜孔比选区，计算各类斜孔的效益系数，从中选择效益系数最大的作为最佳加固岩体的斜孔方位和倾角。

4.Ⅲ1、Ⅲ2 型加固斜孔

从图8-5中可以看出，Ⅲ1、Ⅲ2 组与Ⅰ、Ⅱ组不同，它们既不是重力方向，又不是水平方向，而是倾斜方向。首先确定各个比选孔的方位与倾角；其次计算出各个比选孔的效益系数；最后，根据水工要求和计算的效益系数，推荐出较优的加固钻孔方位和倾角。

5.Ⅳ1、Ⅳ2 型加固斜孔

该型加固斜孔的优选方法与Ⅲ1、Ⅲ2 型加固斜孔的优选方法完全相同。

（四）地下厂房岩壁加固锚杆与岩壁吊车梁支撑锚杆

常规的计算地下厂房岩壁加固锚杆和岩壁吊车梁支撑锚杆时，多不考虑岩壁内结构面的发育情况以及锚杆与结构面的交角大小将影响加固锚杆的数量及其它参数的情况。

应当把地下厂房岩壁的加固锚杆与吊车梁的支撑锚杆结合起来考虑，特别是当吊车梁附近岩体内有影响岩壁稳定的结构面存在时，一定要把两类锚杆结合起来计算。优算出来的锚杆钻孔方位和倾角，应是支撑与加固效果较好的方位与倾向。