陜西關(guān)中典型廢舊窯洞的變形特性及防治對(duì)策

仵大磊 董國(guó)良 周 毅

(機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710043)

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陜西關(guān)中典型廢舊窯洞的變形特性及防治對(duì)策

仵大磊 董國(guó)良 周 毅

(機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710043)

通過(guò)分析陜西關(guān)中地區(qū)典型廢舊窯洞的變形特性，總結(jié)了窯洞不同部位的變形特點(diǎn)和致災(zāi)規(guī)律，研究了其變形破壞的影響因素及作用方式，提出了針對(duì)性的防治對(duì)策，為同類(lèi)地區(qū)廢舊窯洞的日常維護(hù)工程提供借鑒。

窯洞，變形特征，裂縫，坍塌，防治對(duì)策

窯洞是中國(guó)西北黃土高原地區(qū)居民的古老居住形式，因其具有冬暖夏涼、堅(jiān)固耐用、簡(jiǎn)單易修等優(yōu)點(diǎn)而備受推崇。窯洞建造形式有靠崖式窯洞、下沉式窯洞、獨(dú)立式窯洞等，其中下沉式窯洞又稱地坑院，多建造于上覆土層較厚且地勢(shì)相對(duì)平坦的干旱塬區(qū)；獨(dú)立式窯洞又稱錮窯，不受地形限制，多建造于交通、用水、采光等便利的平坦地帶；靠崖式窯洞受地形限制明顯，多建造于塬邊斜坡的中下部，常依地勢(shì)呈臺(tái)階狀密集分布?；诘乩?xiàng)l件和居民生活習(xí)慣，陜西關(guān)中地區(qū)以靠崖式窯洞應(yīng)用居多。

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，居民的物質(zhì)生活水平顯著提高，窯洞已不能滿足日益豐富的電氣化、自動(dòng)化日常用品的空間需求，居民多在窯洞前平整土地?cái)U(kuò)建院落，而窯洞往往因不及時(shí)維護(hù)，年久失修瀕臨倒塌，逐漸破損廢舊甚至廢棄停用；加之自然環(huán)境的惡化，窯洞所處坡體災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重威脅廣大窯居人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。西安灞橋區(qū)窯洞失穩(wěn)變形尤為突出，本文通過(guò)對(duì)該區(qū)典型廢舊窯洞的變形特性分析研究，提出相應(yīng)的防治對(duì)策，為今后廢舊窯洞的日常防護(hù)和工程治理提供經(jīng)驗(yàn)。

1 西安灞橋區(qū)典型廢舊窯洞變形特征

1.1 地理地質(zhì)條件

灞橋區(qū)地處陜西關(guān)中盆地中部，西安城東部，屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。該區(qū)四季分明，雨熱同期；多年平均降雨量574 mm，降水年際變化很大，季節(jié)分配也極不均勻，有75%的雨量集中在5月份～10月份。該區(qū)窯洞主要分布于浐河、灞河兩岸階地及東南部的白鹿塬塬邊斜坡地帶，周邊發(fā)育有長(zhǎng)安—臨潼斷裂及北西向灞河斷裂、浐河斷裂，總體上受地質(zhì)構(gòu)造影響程度輕。區(qū)域地層以第四系中上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土及淺表層人工堆積填土為主，窯洞區(qū)地下水主要為黃土孔隙裂隙潛水，富水性弱。

1.2 變形部位及特征分析

1)窯頂。窯洞頂部的變形主要表現(xiàn)為橫向的開(kāi)裂及縱向的貫通。橫向上，廢舊窯洞的頂部多出現(xiàn)沿窯洞軸線方向發(fā)育的羽狀拉張裂縫，部分窯頂也發(fā)育斜向的剪切裂縫或不規(guī)則放射性裂縫，多條裂縫交叉、分叉、尖滅，切割土體使窯頂開(kāi)裂掉塊；縱向上，廢舊窯洞的頂部多出現(xiàn)向上貫通的裂縫，貫通深度一般2 m～3 m，個(gè)別可延伸至窯洞頂面，使窯頂土層較薄地段多產(chǎn)生明顯變形。據(jù)調(diào)查，貫通裂縫到達(dá)地表后，窯頂常見(jiàn)小型落水洞，僅有一孔窯洞發(fā)生上下貫通性陷落。

2)窯壁。窯洞兩側(cè)墻壁的變形主要為剪切裂縫，多以斜向或X形剪切裂縫出現(xiàn)，裂縫斷面粗糙，兩側(cè)齒狀咬合。一般主裂縫寬約5 cm～10 cm，延伸較遠(yuǎn)，大多伴有上部窯體的下錯(cuò)；主裂縫沿線分支裂縫及次生裂縫多呈樹(shù)枝狀分布，破壞窯體較嚴(yán)重。

3)窯口。窯口處的變形主要為坍塌，窯口上部土體在長(zhǎng)期的失重影響下，易產(chǎn)生垂向裂縫，破壞了周邊土體結(jié)構(gòu)，縱向上進(jìn)一步延伸切割，橫向上會(huì)出現(xiàn)環(huán)狀切割，使窯口上部土體失去支撐而坍塌，且窯口坍塌又分為零星掉落土塊和整體垮塌兩種方式。據(jù)調(diào)查，廢舊窯口常呈現(xiàn)緩慢消退的特征。

4)窯面。窯面的變形主要為沖蝕溝縫(槽)，窯面往往植被裸露，坡體陡立，在長(zhǎng)期風(fēng)吹日曬雨淋等自然應(yīng)力作用下，光滑的窯面上往往產(chǎn)生一系列縱向?yàn)橹鞯臎_蝕溝縫(槽)，侵蝕破壞土體加劇，使窯面呈現(xiàn)凹凸不平的小土坎，小土柱，易在雨季發(fā)生塌落掉塊，為威脅窯前民眾的主要致災(zāi)體。

1.3 影響因素分析

廢舊窯洞變形破壞與人類(lèi)工程活動(dòng)密切相關(guān)，修建窯洞時(shí)開(kāi)挖取土形成空洞是其失穩(wěn)變形的根本原因，組成窯體的黃土特性是窯體變形的內(nèi)在原因，降雨是變形加劇的促發(fā)因素。具體如下：

1)人類(lèi)工程活動(dòng)。窯洞建設(shè)開(kāi)挖取土?xí)垢G頂土體失重產(chǎn)生卸荷裂縫，而窯內(nèi)的不及時(shí)支護(hù)或長(zhǎng)期的放任處置進(jìn)一步加劇窯體變形；窯面修建時(shí)若放坡坡度過(guò)大，遭雨水長(zhǎng)期沖刷后，窯體滑塌變形會(huì)時(shí)有發(fā)生；窯洞上方往往整平處理甚至種植農(nóng)作物，使坡頂排水不暢，浸潤(rùn)窯頂土體易產(chǎn)生落水洞及貫通裂縫。

2)黃土特性。該區(qū)窯洞所在坡體主要由第四系中上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土組成，黃土垂直節(jié)理發(fā)育，使窯洞所在坡體中垂向裂隙密布，切割窯體形成開(kāi)裂、掉塊、坍塌；黃土具有濕陷性，使窯體上覆土體中大孔隙發(fā)育，降水極易下滲，會(huì)進(jìn)一步破壞土體結(jié)構(gòu)。

3)降雨。降雨沿黃土裂隙不斷下滲，不僅破壞土體結(jié)構(gòu)，還降低窯體的力學(xué)強(qiáng)度；同時(shí)，雨水增加了窯頂土體重度，共同促使窯頂自承能力下降，窯洞發(fā)生垮塌。雨水沖刷窯面坡體，形成一系列沖蝕溝槽、溝縫，切割破壞窯體。

2 西安灞橋區(qū)典型廢舊窯洞防治對(duì)策

2.1 廢舊窯洞的維護(hù)

1)窯面及上部坡體放坡：廢舊窯洞的窯面多形成沖蝕溝縫(槽)，首先對(duì)該部分危土體進(jìn)行清運(yùn)，之后按照一定坡比對(duì)窯面及上部坡體進(jìn)行放坡處置，可采取一坡到底或臺(tái)階式多級(jí)放坡，具體坡率及臺(tái)階留設(shè)可參考《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》。

2)窯頂坡體修整：夯實(shí)、修整窯頂坡體，使之與上方坡體自然順接，并保持一定的流水坡向窯洞兩側(cè)自然散水，也可在窯體前緣留設(shè)排水溝，水流匯集后排至兩側(cè)。

3)窯內(nèi)支撐及防滲處置：對(duì)窯頂及窯壁的裂縫及時(shí)充填、抹面，并做好防水處置；在窯內(nèi)四周可砌筑支撐墻加固窯體，局部危險(xiǎn)地段視具體實(shí)際情況做支撐柱。

2.2 廢棄窯洞的防治

1)設(shè)立警戒，注意避讓：廢棄危險(xiǎn)窯體前緣設(shè)置警戒標(biāo)志，拉警戒紅線；后緣影響范圍外設(shè)鐵絲網(wǎng)圍護(hù)。2)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，安排專人定期對(duì)廢棄窯洞所在坡體周邊進(jìn)行巡查，查看有無(wú)裂縫產(chǎn)生，若發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)立即加密觀測(cè)次數(shù)，縮小觀測(cè)時(shí)間間隔，監(jiān)測(cè)其變化。3)進(jìn)一步完善治理：包括窯體前緣坡腳的支擋防護(hù)、窯洞填充、窯面的放坡、頂部的硬化及排水措施。

3 結(jié)語(yǔ)

1)陜西關(guān)中廢舊窯洞多因不合理改造建設(shè)、窯體黃土特性及降雨沖刷而發(fā)生不同程度的變形，對(duì)其變形部位、變形特征進(jìn)行綜合研究，總結(jié)規(guī)律，分析其成因及其破壞過(guò)程是十分必要的。

2)針對(duì)具體變形特性，結(jié)合廢舊窯洞的后期利用情況，提出針對(duì)性的維護(hù)措施和防治對(duì)策，為陜西關(guān)中地區(qū)廢舊窯洞的日常維護(hù)和廢棄窯洞的下一步工程治理提供借鑒。

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The deformation characteristics and control measures of typical waste cave in Shaanxi Guanzhong

Wu Dalei Dong Guoliang Zhou Yi

(Machinery Industry Survey and Design Institute Limited Company, Xi’an 710043, China)

Through the analysis on the deformation characteristics of typical waste cave in Shaanxi Guanzhong, this paper summarized the deformation characteristics and disaster regularity of different parts of cave, researched the influence factors and action mode of its deformation and failure, put forward specific countermeasures, to provide reference for similar engineering maintenance engineering of waste cave.

cave, deformation characteristic, crack, collapse, prevention and control measure

1009-6825(2017)08-0066-02

2017-01-03

仵大磊(1983- )，男，工程師； 董國(guó)良(1984- )，男，工程師； 周 毅(1987- )，男，工程師

TU241.5

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