側向木質支撐技術在地震災害建筑坍塌救援中的應用

馬江濤 唐虎瀟

0 引言

我國面積廣闊，位于環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，地震斷裂帶十分活躍，地震頻發(fā)，是世界上地震災害最嚴重的國家之一[1]。近十年來（2011年1月-2021年8月），根據(jù)中國地震局官網(wǎng)大震目錄公布數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國及周邊地區(qū)5級以上地震319次；世界7級以上地震173次，我國2次（四川雅安、新疆于田）。據(jù)統(tǒng)計，在建筑坍塌后有30%受災人員被困于坍塌后的混凝土樓板、墻體、柱子、梁等構成狹小受限空間內[2]。消防救援人員在進行搜救時，為保障救援工作時的安全，防止發(fā)生二次坍塌，減小被困人員和救援人員的危險，通常需要對那些局部受到破壞或者不穩(wěn)定的建筑結構做臨時的支撐。救援支撐技術包括木質支撐、金屬支架支撐、重型支撐套具支撐等。在救援現(xiàn)場木材作為常見建筑材料，容易獲得且成本較低，使得木質支撐技術成為地震救援技術中非常重要和常用的救援技術之一。木質支撐可以在多種救援環(huán)境使用，保障進入廢墟作業(yè)的救援人員及被困人員的生命安全[3]。同時需要注意，木質支撐是一個臨時性技術措施，在支撐環(huán)境開展救援時，要對支撐建筑和木質支撐系統(tǒng)進行不間斷監(jiān)測。

1 木支撐材料性能分析

木材是一種天然材料又是當今世界主要工業(yè)材料中唯一可再生的材料，符合當今人類社會可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略構想，還是一種傳統(tǒng)材料，具有廣泛的用途和適用性。大部分木材能通過彈性變形來儲藏與釋放能量，在木支撐救援中能有效地承受沖擊荷載；木支撐構件在損壞前往往會產生諸如開裂、變形、發(fā)響的預兆，以此發(fā)出信號，能有效地保障救援人員的安全[4]。

1.1 國內外常用樹種

國內外各地區(qū)可供選用的常用樹種多樣。往往各地對同一樹種，有不同的稱呼，國內外常用樹種見表1。

表1 國內外常用樹種

1.2 木結構用材主要特征

木建筑承重構件多采用針葉材，一般要求為：樹干長直、紋理平順、材質均勻、木節(jié)少、扭紋少、能耐腐朽和蟲蛀、易干燥、少開裂和變形、具有較好的力學性能，并便于加工[5]。以上要求同樣適用木支撐救援構件用材要求，但能完全符合這些條件的木材是有限的。在救援中，應按就地取材的原則，結合實際經驗，在確保木支撐結構安全的前提下，進行木支撐救援。常用建筑木材的主要特性見表2。

表2 常用建筑木材的主要特性

1.3 木材缺陷主要因素

根據(jù)我國國家標準GB155.1-1984《針葉樹木材缺陷分類》，木材缺陷是降低其質量、影響其使用的各種缺點。木材中存在的天然缺陷，是由于樹木生長的生理過程、遺傳因子的作用或在生長期中受外界環(huán)境的影響所形成，主要包括：斜紋、節(jié)子、應力木、立木裂紋、樹干的干形缺陷等，以及在使用過程中出現(xiàn)的蟲害、裂紋、腐朽等木材加工缺陷，這些缺陷會降低木材的強度和利用價值，甚至使木材完全不能使用[5]。

通過對國內外常用樹種、木結構用材主要特征、木材缺陷主要因素綜合分析，進行木支撐救援時宜選用紅松、花旗松等強度較高、不易開裂、易切割加工、分布廣易獲得的木材。特性優(yōu)越的木材所制成的木支撐結構能更有效地保障救援人員及被困人員安全。

2 側向木質支撐實用技術

側向木質支撐是木質支撐中一個大類，用于消防救援人員搜救行動中穩(wěn)定傾斜或損壞的墻壁[3]。通常設置于受損或傾斜墻壁一側，將側向所有受到的荷載通過側向木質支撐都轉移至地面，側向木質支撐通常成組設立。

2.1 側向木質支撐分類

目前國內外通常用的側向木質支撐類型，如圖1，主要有：懸空型、固定型、底板分離型側向木質支撐。

圖1 側向木質支撐類型

2.2 側向木質支撐基本信息

2.2.1 側向木質支撐制作程序

側向木質支撐制作與垂直木質支撐一樣，可以按一定的邏輯順序制作建造，首先是懸空型側向木質支撐和一些臨時支撐穩(wěn)固墻體，然后是一組固定型側向木質支撐。由于固定型側向木質支撐大多是預制的，也可以不安裝懸空型側向木質支撐，直接安裝固定型側向木質支撐。

2.2.2 墻板、防滑板與釘子

（1）墻板一般選用10cm×10cm或15cm×15cm方木，高度由支撐墻壁決定。

（2）防滑板選擇與固定：

墻板選用10cm×10cm方木時，60cm防滑板用于45°側向木質支撐，用14-16顆釘子固定；75cm防滑板用于60°側向木質支撐，用20-16顆釘子固定。

墻板選用15cm×15cm方木時，60cm防滑板用于45°側向木質支撐，用20-16顆釘子固定；75cm防滑板用于60°側向木質支撐，用29-16顆釘子固定。防滑板釘子固定方式，如圖2。

圖2 防滑板釘子固定方式

（3）釘子的選擇：

在木支撐救援中，釘子的主要作用是連接各部件，并不直接承擔荷載。通常使用兩種型號的釘子：固定護板使用6.5cm×3.3mm圓 釘、固 定5cm×10cm方木使用9cm×3.8mm圓釘。如使用直徑更粗的釘子容易造成木材開裂。

2.2.3 底板與防滑板

底板選用10cm×10cm方木時，60cm防滑板用14-16顆釘子固定；底板選用15cm×15cm方木時，60cm防滑板用20-16顆釘子固定。

2.2.4 護板

護板通常選用厚度為1.6cm或1.9cm，長寬為30cm的膠合板。在環(huán)境干燥的救援現(xiàn)場也可以使用刨花板，尺寸參照膠合板。護板固定方式，如圖3。

圖3 護板固定方式

2.2.5 斜支柱角度和長度

（1）斜支柱與底板之間的夾角通常在30°～60°之間，夾角越小支撐效率越大。

（2）最常用的角度是45°和60°，在側向木質支撐中斜支柱與底板之間最大安全角度為60°。

（3）測量需要支撐的墻壁，確定墻板高度及斜支柱插入點位置，確定斜支柱角度并計算所需木材長度。斜支柱采用45°時比60°時使用更多的方木。斜支柱插入點距墻板頂端最小60cm。

（4）斜支柱與底板長度計算見表3、表4。

表3 斜支柱長度計算表

表4 底板長度計算表

2.2.6 斜支柱的拼接

使用兩塊90cm×1.9/1.6cm×10/15cm膠合板對10cm×10cm或15cm×15cm方木兩側進行固定，對接處每邊使用8顆釘子固定，如圖4。

圖4 斜支柱拼接示意圖

2.2.7 U型槽制作

U型槽，如圖5，一般作為懸空型和底板分離型側向木質支撐基礎使用，在U型槽底下通常放置45cm×45cm墊板。U型槽材料清單見表5。

表5 U型槽材料清單

圖5 U型槽示意圖

2.2.8 防滑固定錨

為防止整個側向木質支撐系統(tǒng)受力后遠離受損或傾斜墻壁，在側向木質支撐系統(tǒng)后設置支撐固定錨，如圖6。固定錨通常使用10cm×10cm方木，長度不小于1.2m，方木后側打入鋼釬。如果救援現(xiàn)場有強風或者余震，使用15cm×15cm方木，并在方木內部打入鋼釬，其他情況鋼釬均置于方木后側。在底板與方木之間打入楔子加固，楔子通常使用5cm×10cm或10cm×10cm型號。鋼釬規(guī)格為2.5cm×100cm，每個固定錨通常設置4根鋼釬。

圖6 防滑固定錨示意圖

2.3 固定型側向木質支撐

用于消防救援人員搜救行動中穩(wěn)定傾斜或損壞的墻壁，如圖7。它的特點是完整的底板與墻板構成全三角形，斜支柱與底板夾角一般為45°或60°，2個為一組，中間增加橫向加固，穩(wěn)定性更好。固定型側向木質支撐材料清單見表6。

圖7 固定型側向木質支撐示意圖

表6 固定型側向木質支撐材料清單

2.3.1 固定型側向木質支撐制作過程

（1）確定側向木質支撐位置，測量傾斜或受損墻壁高度，確定插入點高度。

（2）如果支撐區(qū)域有建筑廢墟，也可以考慮使用底板分離型側向木質支撐。

（3）確定斜支柱角度，然后切割墻板、底板、斜支柱、全護板。墻板、底板切割時注意留出余量，斜支柱切割后保證斜角與防滑板和楔子接觸充分。

（4）預制墻板與底板，底板頂住墻板底端，夾角為90°，在墻板與底板相交處一側安裝一塊全護板。墻板上側安裝防滑板，一側安裝全護板。

（5）預制斜支柱與墻板，透過墻板上側全護板釘一顆釘子到斜支柱上，不要釘緊，之后有可能還需要調整。在底板上標出楔子的位置，以便安裝全護板。在斜支柱底部一側安裝全護板，護板與底板先不進行連接，打緊楔子后再固定。

（6）將預制部件小心地靠在傾斜或者損壞的墻壁上，確保墻板與地面垂直。確保墻板與墻壁充分接觸，如果墻壁不平整，可以添加墊片。

（7）打緊底板上防滑板與斜支柱之間的楔子，在打緊楔子后，有可能還需調節(jié)墻板與墻壁之間的墊片，確保充分接觸。

（8）安裝其余全護板。

（9）安裝墻板防滑鋼釬或者膨脹螺絲，透過墻板安裝兩根鋼釬或者膨脹螺絲到墻壁上，防止支撐滑動。

（10）安裝斜支柱中點撐，在斜支柱使用10cm×10cm方木長度大于3.3m時，在斜支柱中點與墻角全護板位置上安裝中點撐。

（11）安裝水平加固支撐。通常使用1條5cm×15cm方木或者2條并排5cm×10cm方木安裝在斜支柱上下兩端。斜支柱使用10cm×10cm方木長度大于3.3m時，在斜支柱中點位置再加一條水平加固支撐。

（12）安裝X型或V型加固支撐。

（13）安裝底板防滑鋼釬，透過底板安裝兩根鋼釬到地面90cm以下，防止支撐滑動。如果支撐現(xiàn)場地面不是混凝土或者瀝青地面時，每組支撐需要4根鋼釬。

2.3.2 技術要點及注意事項

（1）當斜支柱使用10cm×10cm方木長度小于3.3m或15cm×15cm方木長度小于4.8m時不用安裝中點支撐加固。

（2）墻板貼靠于混凝土墻壁上進行加固時，固定型側向木質支撐使用45°斜支柱，在墻板上安裝2根直徑1.25cm長20cm鋼釬進行固定；固定型側向木質支撐使用60°斜支柱，在墻板上安裝3根直徑1.25cm長20cm鋼釬進行固定。

（3）支撐混凝土墻壁如果使用膠合板增大墻板受力面積時，要將膠合板與墻板連接固定，同時將膠合板釘于混凝土或磚墻上。也可使用混凝土膨脹螺絲固定。

（4）墻板貼靠于木結構墻壁上進行加固時，使用120cm×60cm×1.9cm膠合板增大墻板受力面積時，要將膠合板與墻板連接固定，同時將膠合板釘于木結構墻體上。

（5）在土地上進行側向木質支撐時，在底板楔子處下方，放置45cm×45cm墊板，3塊5cm×15cm×45cm方木或者2張1.9cm×45cm×45cm膠合板。

（6）防滑錨的制作。木材防滑錨，通常使用10cm×10cm方木，長度不小于1.2m，方木后側打入直徑2.5cm長1.2m鋼釬，釘入地面至少90cm，每根鋼釬間隔30cm?；炷恋孛嫔峡梢灾皇褂?根鋼釬固定。金屬防滑錨，使用金屬支撐桿底板時，用2根直徑1.25cm長10cm混凝土膨脹螺絲固定在混凝土地面上。

（7）固定型側向木質支撐斜支柱使用10cm×10cm方木時單個支撐承載重量為1100kg；斜支柱使用15cm×15cm方木時承載重量為1600kg。

2.4 底板分離型側向木質支撐

用于消防救援人員搜救行動中穩(wěn)定傾斜或損壞的墻壁，如圖8。它的特點是當墻角有廢墟不能安裝固定型側向木質支撐時，采用底板分離型側向木質支撐，斜支柱與U型槽夾角一般為45°或60°，2個或2個以上為一組，中間增加橫向加固，提高穩(wěn)定性。底板分離型側向木質支撐材料清單見表7。

圖8 底板分離型側向木質支撐示意圖

表7 底板分離型側向木質支撐材料清單

2.4.1 底板分離型側向木質支撐制作過程

（1）確定側向木質支撐位置，測量傾斜或受損墻壁高度，確定插入點高度。制作這種支撐不用清理大量廢墟，必要時還需要臨時支撐。

（2）確定斜支柱角度，然后切割墻板、底撐、斜支柱、全護板。墻板切割時注意留出余量，斜支柱切割后保證斜角與防滑板接觸充分。

（3）預制斜支柱與墻板，透過墻板上側全護板釘一顆釘子到斜支柱上，不要釘緊，之后有可能還需要調整。預制墻板與底撐，兩側底撐釘于距墻板底端15cm處，夾角為90°，另一端釘于斜支柱上。

（4）組裝U型槽。將斜支柱與U型槽連接固定。

（5）將預制部件小心地靠在傾斜或者損壞的墻壁上，確保墻板與地面垂直。確保墻板與墻壁充分接觸，如果墻壁不平整，可以添加墊片。

（6）在U型槽底部放置墊板，調整U型槽角度，在U型槽后部設置木材防滑錨，并在它倆之間輕輕敲入楔子。確保墻板與墻壁充分接觸，如果墻壁不平整，可以添加墊片。

（7）打緊U型槽與木材防滑錨之間的楔子，在打緊楔子后，有可能還需調節(jié)墻板與墻壁之間的墊片，確保充分接觸。

（8）安裝其余全護板。

（9）安裝墻板防滑鋼釬或者膨脹螺絲，透過墻板安裝兩根鋼釬或者膨脹螺絲到墻壁上，防止支撐滑動。

（10）安裝斜支柱中點撐，在斜支柱使用10cm×10cm方木長度大于3.3m時，在斜支柱中點與墻角全護板位置上安裝中點撐。

（11）安裝水平加固支撐。通常使用1條5cm×15cm方木或者2條并排5cm×10cm方木安裝在斜支柱上下兩端。斜支柱使用10cm×10cm方木長度大于3.3m時，在斜支柱中點位置再加一條水平加固支撐。

（12）安裝X型或V型加固支撐。

2.4.2 技術要點及注意事項

（1）當斜支柱使用10cm×10cm方木長度小于3.3m或15cm×15cm方木長度小于4.8m時不用安裝中點支撐加固。

（2）墻板貼靠于混凝土墻壁上進行加固時，底板分離型側向木質支撐使用45°斜支柱，在墻板上安裝2根直徑1.25cm長20cm鋼釬進行固定；底板分離型側向木質支撐使用60°斜支柱，在墻板上安裝3根直徑1.25cm長20cm鋼釬進行固定。

（3）支撐混凝土墻壁如果使用膠合板增大墻板受力面積時，要將膠合板與墻板連接固定，將膠合板釘于混凝土或磚墻上。也可以使用混凝土膨脹螺絲固定。

（4）墻板貼靠于木結構墻壁上進行加固時，使用120cm×60cm×1.9cm膠合板增大墻板受力面積時，要將膠合板與墻板連接固定，同時將膠合板釘于木結構墻體上。

（5）在安裝底板分離型側向木質支撐時，在U型槽下方放置45cm×45cm墊板，3塊5cm×15cm×45cm方木或者2張1.9cm×45cm×45cm膠合板。

（6）防滑錨的制作。木材防滑錨，通常使用10cm×10cm方木，長度不小于1.2m，方木后側打入直徑2.5cm長1.2m鋼釬，釘入地面至少90cm，每根鋼釬間隔30cm。混凝土地面上可以只使用2根鋼釬固定。

（7）底板分離型側向木質支撐斜支柱使用10cm×10cm方木時單個支撐承載重量為1100kg；斜支柱使用15cm×15cm方木時單個支撐承載重量為1600kg。

2.5 懸空型側向木質支撐

這是一種快速組裝和安裝的側向支撐，如圖9，用于消防救援人員搜救行動中穩(wěn)定傾斜或損壞的墻壁，最好作為最初始的臨時支撐，直到一個更可靠的支撐系統(tǒng)完成。它的特點是不用清理廢墟，直接安裝懸空型側向木質支撐，可以單獨支撐，也可以成對建立。懸空型側向木質支撐材料清單見表8。

表8 懸空型側向木質支撐材料清單

圖9 懸空型側向木質支撐示意圖

2.5.1 懸空型側向木質支撐制作過程

（1）確定懸空型側向木質支撐位置，測量傾斜或受損墻壁高度，確定插入點高度。制作這種支撐不用清理廢墟，作為臨時支撐設置。

（2）確定斜支柱角度，然后切割墻板、底撐、斜支柱、全護板。墻板切割時注意留出余量，斜支柱切割后保證斜角與防滑板接觸充分。

（3）組裝U型槽。將斜支柱與U型槽連接固定。

（4）預制斜支柱與墻板，透過墻板上側全護板固定斜支柱。預制墻板與底撐，兩側底撐釘于距墻板底端15cm處，夾角為90°，另一端釘于斜支柱上。

（5）將預制部件小心地靠在傾斜或者損壞的墻壁上，確保墻板與地面垂直。確保墻板與墻壁充分接觸，如果墻壁不平整，可以添加墊片。

（6）安裝墻板防滑鋼釬或者膨脹螺絲，透過墻板安裝兩根鋼釬或者膨脹螺絲到墻壁上，防止支撐滑動。

（7）在U型槽底部放置墊板，調整U型槽角度，在U型槽后部設置木材防滑錨，并在它倆之間輕輕敲入楔子。確保墻板與墻壁充分接觸，如果墻壁不平整，可以添加墊片。

（8）打緊U型槽與木材防滑錨之間的楔子，在打緊楔子后，有可能還需調節(jié)墻板與墻壁之間的墊片，確保充分接觸。

（9）安裝其余全護板。

2.5.2 技術要點及注意事項

（1）懸空型側向木質支撐通常使用在極度危險的區(qū)域，作為臨時支撐使用。

（2）懸空型側向木質支撐可以作為單個支撐使用，也可以兩個支撐成對安裝，在兩個支撐之間添加水平加固支撐和X型加固支撐。

（3）墻板貼靠于混凝土墻壁上進行加固時，懸空型側向木質支撐使用45°斜支柱，在墻板上安裝2根直徑1.25cm長20cm鋼釬進行固定；懸空型側向木質支撐使用60°斜支柱，在墻板上安裝3根直徑1.25cm長20cm鋼釬進行固定。

（4）支撐混凝土墻壁如果使用膠合板增大墻板受力面積時，要將膠合板與墻板連接固定，同時將膠合板釘于混凝土或磚墻上，也可使用混凝土膨脹螺絲固定。

（5）墻板貼靠于木結構墻壁上進行加固時，使用120cm×60cm×1.9cm膠合板增大墻板受力面積時，要將膠合板與墻板連接固定，同時將膠合板釘于木結構墻體上。

（6）如果混凝土或磚墻頂部有突出部分，可以將懸空型側向木質支撐安裝在突出以下，可以省略墻板打孔固定。不能在光滑墻壁上依賴摩擦力支撐。

（7）懸空型側向木質支撐支撐沒有嚴重破裂的混凝土或磚墻窗沿時，在窗沿處安裝一條或兩條5cm×10cm×1.2m方木。

（8）在安裝懸空型側向木質支撐時，在U型槽下方放置45cm×45cm墊板，3塊5cm×15cm×45cm方 木 或 者2張1.9cm×45cm×45cm膠合板。

（9）防滑錨的制作。木材防滑錨，通常使用10cm×10cm方木，長度不小于1.2m，方木后側打入直徑2.5cm長1.2m鋼釬，釘入地面至少90cm，每根鋼釬間隔30cm?；炷恋孛嫔峡梢灾皇褂?根鋼釬固定。

（10）懸空型側向木質支撐單個支撐承載重量為450kg。

2.6 側向木質支撐系統(tǒng)

一個完整的側向木質支撐系統(tǒng)，如圖10，是由多個側向支撐構成，并且沿著損壞或傾斜的墻壁搭建。

圖10 側向木質支撐系統(tǒng)

這是一個由4個固定型側向木質支撐組成的側向木質支撐系統(tǒng)，整個系統(tǒng)中間要進行加固支撐，加固方式有X型和V型，通常X型加固安裝于整個系統(tǒng)兩端。

2.6.1 側向木質支撐系統(tǒng)基本信息

（1）每個側向支撐之間最大距離為2.4m，實際救援時間距更小。

（2）側向木質支撐系統(tǒng)通常采用5cm×15cm方木進行水平和對角支撐加固。

（3）水平支撐通常使用1條5cm×15cm方木或者2條并排5cm×10cm方木。一般長度大于4.8m，如果使用短方木可以通過連接固定后使用，連接固定方法，如圖11。

圖11 水平支撐連接固定示意圖

2.6.2 側向木質支撐系統(tǒng)加固

木質支撐系統(tǒng)加固通常分為兩類：X型加固和V型加固，具體加固方式見表9。

表9 木質支撐系統(tǒng)加固分類

2.6.3 側向木質支撐系統(tǒng)墻體支撐

（1）對混凝土墻和磚墻進行支撐，如果墻體開裂嚴重，可以在墻板和墻面之間安裝膠合板，分散受力。

（2）對土墻和木結構進行支撐。將膠合板安裝于土墻和墻板之間，并靠近插入點的位置；支撐木結構時，墻板支撐于木柱處，用釘子將墻板和柱子進行連接固定。

3 結語

筆者總結了國內外常用的側向木質支撐的3類結構類型及其應用環(huán)境，并對制作過程和技術要點進行了詳細敘述，可以有效幫助消防救援人員實戰(zhàn)中制作側向木質支撐，保障救援人員作戰(zhàn)安全。開展救援支撐訓練中，使救援人員更加快速準確地理解側向木質支撐類型及其使用環(huán)境，提高救援水平?？傊?，側向木質支撐技術，在地震災害建筑坍塌救援中保障救援人員人身安全和成功營救被困人員具有十分重要的意義。