陕北砖窑洞裂缝分析及加固技术概述

白 旭 杨虎城 霍治澎 孙 强

（延安大学， 陕西 延安 716000）

0 前言

窑洞时一种特殊形式的砌体结构，由于砌体结构本身具有易脆、易斜等缺陷，加之许多砌体结构建筑在设计、施工方面还存在一定的问题，从而导致裂缝问题频繁发生，不仅会影响建筑物的外观形象，还涉及到工程质量问题。随着我国建筑行业的不断发展进步，砌体结构新型加固技术已经取得了一定的成果。砌体结构的承载力、变形力等均有较大的提高，具体加固方式包括嵌筋加固、打包带加固、钢带加固等，提高了砌体结构建筑的工程质量。

1 砖窑洞裂缝成因

1.1 地基不均匀沉降

石窑和砖窑产生的裂缝主要以横向裂缝为主。其主要原因是由于窑洞地基产生不均匀沉降，其沉降面与裂缝走向有关[1]。许多砌体式窑洞的设计施工并不合理，部分窑洞建筑在开工前未能对工程地质进行细致的勘测，采集数据不能正确反映建筑物地下水，土层性质及各项物理化学指标参数。土体地基多呈现软硬分布不均的情况，地基柔软部分易下沉幅度过大，导致砌体结构发生自然倾斜，从而引起裂缝，其走向为平行于窑面，距窑面大约两米处。

1.2 局部部位压重过大

局部竖向裂缝主要产生在挑檐等局部受力较大的部位，由于窑洞顶部覆土过厚，在雨季时自重增加量过大，加之窑洞材料的强度低，整体性差导致裂缝出现，加之窑洞材料的强度低，整体性差导致裂缝出现。

1.3 砌体材料特性

砌体式窑洞容易因为热胀冷缩而发生形变，如若土体与墙体所采用的材料存在较大差异，不同部位的热胀冷缩情况也有所差异，接触表面自然容易产生位移，从而增大了砌体的剪应力，导致墙体出现裂缝。当前，砌体式窑洞所使用的墙体材料一般为灰砂砖，但由于大多数灰砂砖质量较差，容易受到外部环境的影响而发生化学反应，提高了内部结构的不稳定性。同时，灰砂砖光滑、粘性差，如若砂浆与灰砂砖接触不良，粘合效果不佳，则容易降低灰砂砖之间的抗拉强度，并引发砌体结构裂缝。

2 砌体结构加固技术研究概述

2.1 钢带加固技术

钢带加固技术的主要特点在于简便易行、成本低廉，现今，钢带加固技术在砌体结构加固方面已经得到了广泛的运用，主要是将钢带制成条形状或网形状后均匀铺在构件上，通过钢带来加紧、固定砌体结构，以降低砌体结构裂缝的发生率。有关研究显示，利用钢带加固技术对砌体结构进行加固以后，砌体的抗剪力、承载力以及抗震性能均有了较大的提高，而且全部结构均表现出对称稳定的性能，防止墙体发生脆性破坏[2]。砌体式窑洞对砌体的抗剪力、承载力和抗震性能有较高要求，钢带加固技术非常适合窑洞砌体结构的加固。

2.2 玻璃纤维复合材料加固技术

碳纤维增强复合材料是一种新型的建筑材料，利用此种材料对砌体结构进行加固，性能良好。近几年来，国内外有部分学者在研究过程中将玻璃纤维复合材料制成条状、网状，并均匀粘贴在砌体结构表面，结果发现砌体结构的抗震能力、粘结性能、抗拉能力等均有了较大的提高，从而在一定程度上提高了砌体结构的抗裂水平以及抗剪承载力，并改善了墙片累积损伤，墙体刚度退化速度也有所减缓。值得注意的是，碳纤维复合材料加固价格相对较为昂贵，增加了建筑施工的成本，从而限制了推广使用范围，而经过研究改良之后的玻璃纤维复合材料仅是碳纤维的1/6，加固成本有所降低，使用范围自然也会有所扩大，在砌体式窑洞的加固方面有广阔的前景。

2.3 嵌筋加固技术

嵌筋加固技术主要指的是运用配筋砌体原理将钢筋嵌入水平灰缝中，从而提高砌体结构的承载力与变形力，降低墙体耗能，此种加固技术不仅结构简单，而且施工极为方便，每平方米按所使用的钢筋重量约为2kg，加固成本低而运用价值高。业内学者曾经将钢筋嵌入水平灰缝后进行了低周反复试验，结果发现砌体开裂荷载与极限荷载分别提高了9%、18%。由于嵌筋加固技术低成本的特性，目前在砌体式窑洞加固过程中已经得到运用。

2.4 打包带加固技术

打包带加固技术主要是将打包带制成条状、网状以后再紧箍在墙体上，此种加固技术的主要优势在于价格低廉、抗拉能力强、使用年限长、施工简便。打包带抗拉强度与温度有着密不可分的联系，长期暴露在阳光下的打包带因室外温度过高而降低抗拉效果，而砖窑洞并不会暴露在阳光下，所以打包带加固技术可以在窑洞砌体加固中得到很好运用。

3 砖窑洞加固技术

窑洞是一种拱结构，而拱形结构最显著的受力特点就是对支座位移比较敏感，上述四种砌体式窑洞加固技术通过改变墙体的水平荷载作用、减小位移来提高抗震、抗变形性能，且具有施工简便、价格低廉等优势，社会与经济效益良好。

钢带加固技术主要是通过钢带的约束来提高砌体式窑洞的抗震性能与平面内剪力。但从另一方面来看，砌体结构已经由脆性破坏转变为延性破坏，在实际的施工过程中，为了改变破坏模式施工人员必须要严格把握配筋率（一般为0.27%），而且最好采用矩形网格形式的形式进行加固，其次优先采用单面加固模式。

玻璃纤维复合材料加固技术虽然抗震能力较好，但容易因为位移的增加而出现空鼓和剥离等情况，也容易发生侧面变形。因此，在实际施工的过程中可通过增加锚固的方式来推移空鼓和剥离情况的出现，为有效抑制侧面变形还需要在墙体两侧增加夹具。除此之外，玻璃纤维复合材料的加固层数一般不超过 2层，且加固时最好采用45°斜向粘贴。

在嵌筋加固技术中，配筋率与开裂荷载值往往呈正相关，因此，在实际的施工过程中应当选择较粗的钢筋与较大的嵌筋距离，而且与双面嵌筋相比，单面嵌筋可以适当提高开裂荷载值。还需要严格控制开槽位置和深度，深度一般大于50mm。

打包带加固的主要优势在于价格低廉，并且不会对窑洞的使用产生太大影响，因此，此种加固技术在农村地区具有较高的运用价值。但在实际的加固施工过程中，必须要将打包带拉紧紧贴墙面，横向拉结，并在打包带上增加砂浆保护层，充分发挥打包带的作用与价值。

4 结语

总而言之，我国在砌体结构新型加固技术研究方面已经取得了较大的进展，嵌筋加固技术、钢带加固技术等均在建筑工程中得到了较为广泛的运用。将现有砌体结构加固理论与陕北砖窑洞加固相结合，在加固过程中可以根据具体情况选择合理的加固技术，从而不断提高窑洞施工的整体质量，传承和发展具有陕北特色的窑洞建筑。