危險土窯洞加固改造技術(shù)研究

王茂桑 史明祥

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

1 概述

石樓縣隸屬于山西省呂梁市，位于呂梁山西麓，黃河?xùn)|岸，下轄4鎮(zhèn)5鄉(xiāng)，該縣農(nóng)村現(xiàn)存有大量危房，其中土窯洞居多，約占總數(shù)的40%?，F(xiàn)居住多為留村農(nóng)民和低保老人，家庭收入較低，窯洞存在不同程度的病害，存在一定安全隱患，個別居民對窯洞進行過維修改造，如窯臉采取磚砌接口，窯內(nèi)噴抹水泥砂漿、木梁柱支撐加固等措施，但未能有效解決窯洞安全問題，仍需對其采用有效加固措施。本次加固改造試點村選定的20戶危房改造試點戶，均分布在一個村，每戶多為3孔～5孔窯，窯寬和窯高多為3.3 m左右，窯深約9 m。

2 試點土窯洞主要病害

加固前選定的20戶危險土窯洞，建設(shè)年代為1975年—1997年，依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對20戶試點土窯洞鑒定均為二級，窯洞類型均為靠崖式、磚接口窯洞，經(jīng)鑒定危險土窯洞主要病害如下：

1)窯體拱頂縱向裂縫。裂縫多為沿窯進深方向直線通長分布，個別呈折線分布,見圖1。

2)窯體拱頂環(huán)向裂縫。裂縫多為沿拱線分布，且沿縱向平行分布多條，見圖2。

3)窯體拱頂縱向、環(huán)向交錯，不規(guī)則裂縫。裂縫沿窯體縱向、環(huán)向交錯分布，或獨立分布多條不規(guī)則裂縫。

4)窯腿裂縫。個別窯洞窯腿出現(xiàn)裂縫，裂縫多為窯體拱頂裂縫的延伸，少數(shù)窯腿裂縫獨立存在，見圖3。

5)窯體局部土體塌落。個別窯洞窯體裂縫較寬，局部出現(xiàn)土塊剝落，存在較大安全隱患，見圖4。

6)窯臉破損。個別窯洞窯臉未做接口處理，窯臉破損嚴(yán)重，局部土體坍塌，見圖5。

現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，選定的20戶試點戶，多數(shù)在近幾年對窯臉采取了接口處理，窯內(nèi)采用水泥砂漿抹面處理，個別住戶窯內(nèi)采用木架支撐加固措施，但是，接口和原窯洞交接處普遍存在較大縫隙，多發(fā)生漏雨滲水；窯內(nèi)已進行水泥砂漿抹面的，多處抹面層出現(xiàn)開裂，裂縫縱向、環(huán)向均有分布；木架支撐多為受損嚴(yán)重部位的局部支撐，窯體其他部位也分布有不同程度裂縫等病害。

3 土窯洞加固改造技術(shù)措施

危險土窯洞加固改造根據(jù)窯洞周圍場地、孔數(shù)、尺寸、病害情況選擇適當(dāng)?shù)募庸谈脑旆椒?，同時從窯體內(nèi)部加固、窯臉處理、崖面修整、排水、排風(fēng)等多方面綜合考慮。窯體內(nèi)部加固為重點，常用的加固方法為磚襯券加固，窯臉多采用磚砌、石砌接口處理，崖面因窯頂覆土較厚，主要以修整為主，多放坡處理或局部磚砌防護面層，崖面修整主要目的是防止崖面因雨水沖刷和植物根系影響，而導(dǎo)致崖面土體侵蝕剝落。

根據(jù)現(xiàn)場檢查鑒定結(jié)果，綜合考慮當(dāng)?shù)亟煌?、?jīng)濟和當(dāng)?shù)鼐用竦囊庠福瑢x定20戶土窯洞均采用磚襯券加固法進行加固。磚襯券加固是在土窯洞內(nèi)部用磚砌券拱形成拱券承重結(jié)構(gòu)，從而對窯體內(nèi)部起到支撐加固作用。

3.1 磚襯券加固施工工序

銑窯(臨時支撐)→窯腿、窯后墻基礎(chǔ)砌筑→窯腿、窯后墻墻體砌筑→碹拱→窯臉(接口)砌筑。

3.2 施工前準(zhǔn)備工作

1)磚襯券加固磚采用MU10燒結(jié)磚，砂漿采用M10水泥砂漿。

2)磚的品種、規(guī)格應(yīng)符合國家規(guī)范要求，并應(yīng)規(guī)格一致，水宜采用飲用水。當(dāng)采用其他水源時，水質(zhì)應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 63混凝土拌合物用水標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

3)主要工具：瓦刀、大鏟、鐵鍬、刨錛、手錘、鋼鑿、篩子、水推車、皮數(shù)桿等。

4)窯體基面清理干凈，定位墻身軸線、邊線、門窗洞口等位置線，并經(jīng)校核無誤后開始磚襯券施工。

5)在常溫狀態(tài)下砌筑磚砌體時，磚應(yīng)提前1 d～2 d澆水濕潤(氣溫在+5 ℃以下時，磚可以不澆水)。砌筑時，磚的含水率應(yīng)控制在10%～15%。

6)完成砌筑砂漿的試配工作，根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整施工配合比。砂漿用水泥采用礦渣硅酸鹽水泥P.S.A32.5，砂漿重量配合比可參考水泥∶砂子∶水=1.00∶5.00∶1.04進行配比。

3.3 磚襯券加固基本要求

1)磚襯券加固時，拱券可根據(jù)窯洞病害嚴(yán)重程度、窯體土質(zhì)情況、窯洞尺寸等情況，選擇采用一券一伏或一券一伏一券進行加固，窯腿不得小于240 mm，磚砌襯砌基礎(chǔ)寬度宜為490 mm，且不應(yīng)小于370 mm，埋深不宜小于500 mm，并應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗確定。

2)磚砌接口墻厚不宜小于370 mm，墻下應(yīng)設(shè)放腳基礎(chǔ)，基礎(chǔ)寬度每邊寬出墻不宜小于240 mm。接口應(yīng)與窯內(nèi)券拱和窯腿咬槎砌筑，并通過拉結(jié)筋進行拉結(jié)，拉結(jié)筋端頭應(yīng)采用L型或T型壓入灰縫中，接口墻與原窯臉間縫隙應(yīng)采用水泥砂漿填實。對已做接口的，窯內(nèi)券拱和窯腿砌至接口處時應(yīng)將已做接口鑿出馬牙槎，進行咬槎砌筑，并通過拉結(jié)筋進行拉結(jié)，對較大縫隙應(yīng)采用水泥砂漿填實。磚砌接口頂部應(yīng)設(shè)滴水檐和窯欄，做好組織排水。

3)土窯洞磚襯券加固時宜在窯頂沿縱向設(shè)排風(fēng)管，排風(fēng)管可采用直徑60 mm～80 mm的pvc管，有條件時可在排風(fēng)入口設(shè)置強制排風(fēng)扇。

4)磚砌襯券完后應(yīng)對崖面進行處理，并做好窯頂排水、防水措施，崖面處理可根據(jù)窯頂覆土厚度采用整體或局部處理，可采用崖面放坡或磚砌護坡。

5)對于已采用局部木架支撐加固的窯洞，可根據(jù)窯洞實際病害情況采取局部磚襯券進行加固。

6)窯洞磚襯券加固改造時宜同時對門、窗、墻進行修補砌筑，有條件時應(yīng)對門、窗進行更換。

7)窯內(nèi)磚砌襯砌完成晾干后應(yīng)對窯洞墻面進行抹灰處理。

3.4 施工要求

1)窯洞加固前，對窯洞進行碹型時，應(yīng)先對窯體進行臨時支護，防止施工期間洞體坍塌，若窯洞內(nèi)出現(xiàn)輕微坍塌時，宜對坍塌部位進行填充處理，處理完成后進行窯體加固。

2)砌筑磚砌體時，磚應(yīng)提前1 d～2 d澆水濕潤，小于1/4的磚體積的碎磚不得使用。

3)砌磚工程當(dāng)中采用鋪漿法砌筑時，鋪漿長度不得超過750 mm；施工期間氣溫超過30 ℃時，鋪漿長度不得超過500 mm。

4)磚砌體的轉(zhuǎn)角處和交接處應(yīng)同時砌筑，對不能同時砌筑而又必須留置的臨時間斷處，應(yīng)砌成斜槎。砌體的斜槎長度不應(yīng)小于高度的2/3。

5)磚砌體施工臨時間斷處補砌時，必須將斜槎處表面清理干凈，澆水濕潤，并填實砂漿，保持灰縫平直。

6)砂漿應(yīng)隨拌隨用，水泥砂漿應(yīng)在3 h內(nèi)使用完畢，當(dāng)施工期間的氣溫超過30 ℃時，應(yīng)在拌制2 h內(nèi)使用完畢。

7)磚砌體每日砌筑高度不宜超過1.2 m，當(dāng)日收工時應(yīng)覆蓋砌體表面。

8)拱形結(jié)構(gòu)砌筑前，應(yīng)按要求制作模板，模板的強度、剛度、穩(wěn)定性應(yīng)滿足施工要求。模板安裝應(yīng)穩(wěn)固，標(biāo)高應(yīng)準(zhǔn)確，拆裝簡易。

9)砌筑拱圈時應(yīng)自兩側(cè)向中心對稱進行，灰縫勻稱，拱中心位置正確，灰縫砂漿飽滿嚴(yán)密。應(yīng)采用退槎法砌筑，每塊砌塊應(yīng)退半塊留槎。

10)磚券拱頂與原窯體間空隙不宜大于60 mm，空隙應(yīng)采用素土或水泥砂漿邊碹拱邊邊填實。

11)砌筑砂漿強度達到設(shè)計抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值的75%后，方可拆除拱券支撐模板。

3.5 質(zhì)量要求

1)磚砌體灰縫應(yīng)橫平豎直，厚薄均勻。水平灰縫厚度宜為10 mm，不應(yīng)小于8 mm，也不應(yīng)大于12 mm。

2)砌筑要求：橫平豎直，砂漿飽滿，錯縫搭接，接槎可靠。

3)立皮數(shù)桿要保持標(biāo)高一致，盤腳時灰縫要均勻，砌磚時準(zhǔn)線要拉緊。

4 磚襯券加固效果

對選定的20戶危險土窯洞進行磚襯券加固改造試點，通過選用專業(yè)施工隊組織施工，編制了詳細的施工方案，現(xiàn)場做好質(zhì)量監(jiān)督和檢查工作，加固工作順利完成，加固現(xiàn)場及加固完成后如圖6～圖9所示。

磚襯券加固最大程度的減小了對周圍生土的擾動，避免了因加固而可能導(dǎo)致的原破壞，他從整體加固的思路出發(fā)，對原生土拱券結(jié)構(gòu)進行托換處理，既處理了現(xiàn)有的病害問題，又有效的防止了病害的繼續(xù)發(fā)展和出現(xiàn)，效果明顯。該技術(shù)充分利用窯洞拱形原生結(jié)構(gòu)特點，同時充分發(fā)揮磚的材料受力性能，操作施工簡單、質(zhì)量容易控制，材料分布廣泛且易購，工匠宜掌握，是一種值得大力推廣的危險土窯洞加固改造技術(shù)。通過加固改造施工，有效的提高了房屋整體安全性，對現(xiàn)有病害能起到加固處理的作用，住戶普遍反映效果較好。

5 對試點工作建議

1)危險土窯洞加固改造前應(yīng)先進行相關(guān)鑒定，確定其病害及危險程度情況，根據(jù)窯洞類型、病害狀況、交通經(jīng)濟、住戶意愿等多個因素，綜合制定具體加固改造實施方案。

2)磚襯券加固是利用拱形結(jié)構(gòu)的受力特征，通過磚襯券改變了其承重受力體系，是一種比較可靠、經(jīng)濟、合理、宜實施的危險土窯洞加固法，是適合大力推廣的一種危險土窯洞加固方法。

3)危險土窯洞加固應(yīng)統(tǒng)一組織施工，做好施工質(zhì)量管理，加強施工隊伍技術(shù)培訓(xùn)、交流和借鑒，以確保加固施工質(zhì)量；同時在施工過程中做好臨時支撐，防止施工階段的坍塌。

4)危險土窯洞加固改造完成后，在后續(xù)使用過程中應(yīng)注重日常維護和保養(yǎng)，特別是防水、通風(fēng)、抹灰，該理念應(yīng)灌輸給每一住戶。