危险土窑洞加固改造技术研究

王茂桑 史明祥

(山西省建筑科学研究院，山西 太原 030001)

1 概述

石楼县隶属于山西省吕梁市，位于吕梁山西麓，黄河东岸，下辖4镇5乡，该县农村现存有大量危房，其中土窑洞居多，约占总数的40%。现居住多为留村农民和低保老人，家庭收入较低，窑洞存在不同程度的病害，存在一定安全隐患，个别居民对窑洞进行过维修改造，如窑脸采取砖砌接口，窑内喷抹水泥砂浆、木梁柱支撑加固等措施，但未能有效解决窑洞安全问题，仍需对其采用有效加固措施。本次加固改造试点村选定的20户危房改造试点户，均分布在一个村，每户多为3孔～5孔窑，窑宽和窑高多为3.3 m左右，窑深约9 m。

2 试点土窑洞主要病害

加固前选定的20户危险土窑洞，建设年代为1975年—1997年，依据有关标准对20户试点土窑洞鉴定均为二级，窑洞类型均为靠崖式、砖接口窑洞，经鉴定危险土窑洞主要病害如下：

1)窑体拱顶纵向裂缝。裂缝多为沿窑进深方向直线通长分布，个别呈折线分布,见图1。

2)窑体拱顶环向裂缝。裂缝多为沿拱线分布，且沿纵向平行分布多条，见图2。

3)窑体拱顶纵向、环向交错，不规则裂缝。裂缝沿窑体纵向、环向交错分布，或独立分布多条不规则裂缝。

4)窑腿裂缝。个别窑洞窑腿出现裂缝，裂缝多为窑体拱顶裂缝的延伸，少数窑腿裂缝独立存在，见图3。

5)窑体局部土体塌落。个别窑洞窑体裂缝较宽，局部出现土块剥落，存在较大安全隐患，见图4。

6)窑脸破损。个别窑洞窑脸未做接口处理，窑脸破损严重，局部土体坍塌，见图5。

现场调研发现，选定的20户试点户，多数在近几年对窑脸采取了接口处理，窑内采用水泥砂浆抹面处理，个别住户窑内采用木架支撑加固措施，但是，接口和原窑洞交接处普遍存在较大缝隙，多发生漏雨渗水；窑内已进行水泥砂浆抹面的，多处抹面层出现开裂，裂缝纵向、环向均有分布；木架支撑多为受损严重部位的局部支撑，窑体其他部位也分布有不同程度裂缝等病害。

3 土窑洞加固改造技术措施

危险土窑洞加固改造根据窑洞周围场地、孔数、尺寸、病害情况选择适当的加固改造方法，同时从窑体内部加固、窑脸处理、崖面修整、排水、排风等多方面综合考虑。窑体内部加固为重点，常用的加固方法为砖衬券加固，窑脸多采用砖砌、石砌接口处理，崖面因窑顶覆土较厚，主要以修整为主，多放坡处理或局部砖砌防护面层，崖面修整主要目的是防止崖面因雨水冲刷和植物根系影响，而导致崖面土体侵蚀剥落。

根据现场检查鉴定结果，综合考虑当地交通、经济和当地居民的意愿，对选定20户土窑洞均采用砖衬券加固法进行加固。砖衬券加固是在土窑洞内部用砖砌券拱形成拱券承重结构，从而对窑体内部起到支撑加固作用。

3.1 砖衬券加固施工工序

铣窑(临时支撑)→窑腿、窑后墙基础砌筑→窑腿、窑后墙墙体砌筑→碹拱→窑脸(接口)砌筑。

3.2 施工前准备工作

1)砖衬券加固砖采用MU10烧结砖，砂浆采用M10水泥砂浆。

2)砖的品种、规格应符合国家规范要求，并应规格一致，水宜采用饮用水。当采用其他水源时，水质应符合现行行业标准JGJ 63混凝土拌合物用水标准的规定。

3)主要工具：瓦刀、大铲、铁锹、刨锛、手锤、钢凿、筛子、水推车、皮数杆等。

4)窑体基面清理干净，定位墙身轴线、边线、门窗洞口等位置线，并经校核无误后开始砖衬券施工。

5)在常温状态下砌筑砖砌体时，砖应提前1 d～2 d浇水湿润(气温在+5 ℃以下时，砖可以不浇水)。砌筑时，砖的含水率应控制在10%～15%。

6)完成砌筑砂浆的试配工作，根据现场情况调整施工配合比。砂浆用水泥采用矿渣硅酸盐水泥P.S.A32.5，砂浆重量配合比可参考水泥∶砂子∶水=1.00∶5.00∶1.04进行配比。

3.3 砖衬券加固基本要求

1)砖衬券加固时，拱券可根据窑洞病害严重程度、窑体土质情况、窑洞尺寸等情况，选择采用一券一伏或一券一伏一券进行加固，窑腿不得小于240 mm，砖砌衬砌基础宽度宜为490 mm，且不应小于370 mm，埋深不宜小于500 mm，并应根据当地经验确定。

2)砖砌接口墙厚不宜小于370 mm，墙下应设放脚基础，基础宽度每边宽出墙不宜小于240 mm。接口应与窑内券拱和窑腿咬槎砌筑，并通过拉结筋进行拉结，拉结筋端头应采用L型或T型压入灰缝中，接口墙与原窑脸间缝隙应采用水泥砂浆填实。对已做接口的，窑内券拱和窑腿砌至接口处时应将已做接口凿出马牙槎，进行咬槎砌筑，并通过拉结筋进行拉结，对较大缝隙应采用水泥砂浆填实。砖砌接口顶部应设滴水檐和窑栏，做好组织排水。

3)土窑洞砖衬券加固时宜在窑顶沿纵向设排风管，排风管可采用直径60 mm～80 mm的pvc管，有条件时可在排风入口设置强制排风扇。

4)砖砌衬券完后应对崖面进行处理，并做好窑顶排水、防水措施，崖面处理可根据窑顶覆土厚度采用整体或局部处理，可采用崖面放坡或砖砌护坡。

5)对于已采用局部木架支撑加固的窑洞，可根据窑洞实际病害情况采取局部砖衬券进行加固。

6)窑洞砖衬券加固改造时宜同时对门、窗、墙进行修补砌筑，有条件时应对门、窗进行更换。

7)窑内砖砌衬砌完成晾干后应对窑洞墙面进行抹灰处理。

3.4 施工要求

1)窑洞加固前，对窑洞进行碹型时，应先对窑体进行临时支护，防止施工期间洞体坍塌，若窑洞内出现轻微坍塌时，宜对坍塌部位进行填充处理，处理完成后进行窑体加固。

2)砌筑砖砌体时，砖应提前1 d～2 d浇水湿润，小于1/4的砖体积的碎砖不得使用。

3)砌砖工程当中采用铺浆法砌筑时，铺浆长度不得超过750 mm；施工期间气温超过30 ℃时，铺浆长度不得超过500 mm。

4)砖砌体的转角处和交接处应同时砌筑，对不能同时砌筑而又必须留置的临时间断处，应砌成斜槎。砌体的斜槎长度不应小于高度的2/3。

5)砖砌体施工临时间断处补砌时，必须将斜槎处表面清理干净，浇水湿润，并填实砂浆，保持灰缝平直。

6)砂浆应随拌随用，水泥砂浆应在3 h内使用完毕，当施工期间的气温超过30 ℃时，应在拌制2 h内使用完毕。

7)砖砌体每日砌筑高度不宜超过1.2 m，当日收工时应覆盖砌体表面。

8)拱形结构砌筑前，应按要求制作模板，模板的强度、刚度、稳定性应满足施工要求。模板安装应稳固，标高应准确，拆装简易。

9)砌筑拱圈时应自两侧向中心对称进行，灰缝匀称，拱中心位置正确，灰缝砂浆饱满严密。应采用退槎法砌筑，每块砌块应退半块留槎。

10)砖券拱顶与原窑体间空隙不宜大于60 mm，空隙应采用素土或水泥砂浆边碹拱边边填实。

11)砌筑砂浆强度达到设计抗压强度标准值的75%后，方可拆除拱券支撑模板。

3.5 质量要求

1)砖砌体灰缝应横平竖直，厚薄均匀。水平灰缝厚度宜为10 mm，不应小于8 mm，也不应大于12 mm。

2)砌筑要求：横平竖直，砂浆饱满，错缝搭接，接槎可靠。

3)立皮数杆要保持标高一致，盘脚时灰缝要均匀，砌砖时准线要拉紧。

4 砖衬券加固效果

对选定的20户危险土窑洞进行砖衬券加固改造试点，通过选用专业施工队组织施工，编制了详细的施工方案，现场做好质量监督和检查工作，加固工作顺利完成，加固现场及加固完成后如图6～图9所示。

砖衬券加固最大程度的减小了对周围生土的扰动，避免了因加固而可能导致的原破坏，他从整体加固的思路出发，对原生土拱券结构进行托换处理，既处理了现有的病害问题，又有效的防止了病害的继续发展和出现，效果明显。该技术充分利用窑洞拱形原生结构特点，同时充分发挥砖的材料受力性能，操作施工简单、质量容易控制，材料分布广泛且易购，工匠宜掌握，是一种值得大力推广的危险土窑洞加固改造技术。通过加固改造施工，有效的提高了房屋整体安全性，对现有病害能起到加固处理的作用，住户普遍反映效果较好。

5 对试点工作建议

1)危险土窑洞加固改造前应先进行相关鉴定，确定其病害及危险程度情况，根据窑洞类型、病害状况、交通经济、住户意愿等多个因素，综合制定具体加固改造实施方案。

2)砖衬券加固是利用拱形结构的受力特征，通过砖衬券改变了其承重受力体系，是一种比较可靠、经济、合理、宜实施的危险土窑洞加固法，是适合大力推广的一种危险土窑洞加固方法。

3)危险土窑洞加固应统一组织施工，做好施工质量管理，加强施工队伍技术培训、交流和借鉴，以确保加固施工质量；同时在施工过程中做好临时支撑，防止施工阶段的坍塌。

4)危险土窑洞加固改造完成后，在后续使用过程中应注重日常维护和保养，特别是防水、通风、抹灰，该理念应灌输给每一住户。