陜北磚窯洞裂縫分析及加固技術概述

白 旭 楊虎城 霍治澎 孫 強

（延安大學， 陜西 延安 716000）

0 前言

窯洞時一種特殊形式的砌體結構，由于砌體結構本身具有易脆、易斜等缺陷，加之許多砌體結構建筑在設計、施工方面還存在一定的問題，從而導致裂縫問題頻繁發生，不僅會影響建筑物的外觀形象，還涉及到工程質量問題。隨著我國建筑行業的不斷發展進步，砌體結構新型加固技術已經取得了一定的成果。砌體結構的承載力、變形力等均有較大的提高，具體加固方式包括嵌筋加固、打包帶加固、鋼帶加固等，提高了砌體結構建筑的工程質量。

1 磚窯洞裂縫成因

1.1 地基不均勻沉降

石窯和磚窯產生的裂縫主要以橫向裂縫為主。其主要原因是由于窯洞地基產生不均勻沉降，其沉降面與裂縫走向有關[1]。許多砌體式窯洞的設計施工并不合理，部分窯洞建筑在開工前未能對工程地質進行細致的勘測，采集數據不能正確反映建筑物地下水，土層性質及各項物理化學指標參數。土體地基多呈現軟硬分布不均的情況，地基柔軟部分易下沉幅度過大，導致砌體結構發生自然傾斜，從而引起裂縫，其走向為平行于窯面，距窯面大約兩米處。

1.2 局部部位壓重過大

局部豎向裂縫主要產生在挑檐等局部受力較大的部位，由于窯洞頂部覆土過厚，在雨季時自重增加量過大，加之窯洞材料的強度低，整體性差導致裂縫出現，加之窯洞材料的強度低，整體性差導致裂縫出現。

1.3 砌體材料特性

砌體式窯洞容易因為熱脹冷縮而發生形變，如若土體與墻體所采用的材料存在較大差異，不同部位的熱脹冷縮情況也有所差異，接觸表面自然容易產生位移，從而增大了砌體的剪應力，導致墻體出現裂縫。當前，砌體式窯洞所使用的墻體材料一般為灰砂磚，但由于大多數灰砂磚質量較差，容易受到外部環境的影響而發生化學反應，提高了內部結構的不穩定性。同時，灰砂磚光滑、粘性差，如若砂漿與灰砂磚接觸不良，粘合效果不佳，則容易降低灰砂磚之間的抗拉強度，并引發砌體結構裂縫。

2 砌體結構加固技術研究概述

2.1 鋼帶加固技術

鋼帶加固技術的主要特點在于簡便易行、成本低廉，現今，鋼帶加固技術在砌體結構加固方面已經得到了廣泛的運用，主要是將鋼帶制成條形狀或網形狀后均勻鋪在構件上，通過鋼帶來加緊、固定砌體結構，以降低砌體結構裂縫的發生率。有關研究顯示，利用鋼帶加固技術對砌體結構進行加固以后，砌體的抗剪力、承載力以及抗震性能均有了較大的提高，而且全部結構均表現出對稱穩定的性能，防止墻體發生脆性破壞[2]。砌體式窯洞對砌體的抗剪力、承載力和抗震性能有較高要求，鋼帶加固技術非常適合窯洞砌體結構的加固。

2.2 玻璃纖維復合材料加固技術

碳纖維增強復合材料是一種新型的建筑材料，利用此種材料對砌體結構進行加固，性能良好。近幾年來，國內外有部分學者在研究過程中將玻璃纖維復合材料制成條狀、網狀，并均勻粘貼在砌體結構表面，結果發現砌體結構的抗震能力、粘結性能、抗拉能力等均有了較大的提高，從而在一定程度上提高了砌體結構的抗裂水平以及抗剪承載力，并改善了墻片累積損傷，墻體剛度退化速度也有所減緩。值得注意的是，碳纖維復合材料加固價格相對較為昂貴，增加了建筑施工的成本，從而限制了推廣使用范圍，而經過研究改良之后的玻璃纖維復合材料僅是碳纖維的1/6，加固成本有所降低，使用范圍自然也會有所擴大，在砌體式窯洞的加固方面有廣闊的前景。

2.3 嵌筋加固技術

嵌筋加固技術主要指的是運用配筋砌體原理將鋼筋嵌入水平灰縫中，從而提高砌體結構的承載力與變形力，降低墻體耗能，此種加固技術不僅結構簡單，而且施工極為方便，每平方米按所使用的鋼筋重量約為2kg，加固成本低而運用價值高。業內學者曾經將鋼筋嵌入水平灰縫后進行了低周反復試驗，結果發現砌體開裂荷載與極限荷載分別提高了9%、18%。由于嵌筋加固技術低成本的特性，目前在砌體式窯洞加固過程中已經得到運用。

2.4 打包帶加固技術

打包帶加固技術主要是將打包帶制成條狀、網狀以后再緊箍在墻體上，此種加固技術的主要優勢在于價格低廉、抗拉能力強、使用年限長、施工簡便。打包帶抗拉強度與溫度有著密不可分的聯系，長期暴露在陽光下的打包帶因室外溫度過高而降低抗拉效果，而磚窯洞并不會暴露在陽光下，所以打包帶加固技術可以在窯洞砌體加固中得到很好運用。

3 磚窯洞加固技術

窯洞是一種拱結構，而拱形結構最顯著的受力特點就是對支座位移比較敏感，上述四種砌體式窯洞加固技術通過改變墻體的水平荷載作用、減小位移來提高抗震、抗變形性能，且具有施工簡便、價格低廉等優勢，社會與經濟效益良好。

鋼帶加固技術主要是通過鋼帶的約束來提高砌體式窯洞的抗震性能與平面內剪力。但從另一方面來看，砌體結構已經由脆性破壞轉變為延性破壞，在實際的施工過程中，為了改變破壞模式施工人員必須要嚴格把握配筋率（一般為0.27%），而且最好采用矩形網格形式的形式進行加固，其次優先采用單面加固模式。

玻璃纖維復合材料加固技術雖然抗震能力較好，但容易因為位移的增加而出現空鼓和剝離等情況，也容易發生側面變形。因此，在實際施工的過程中可通過增加錨固的方式來推移空鼓和剝離情況的出現，為有效抑制側面變形還需要在墻體兩側增加夾具。除此之外，玻璃纖維復合材料的加固層數一般不超過 2層，且加固時最好采用45°斜向粘貼。

在嵌筋加固技術中，配筋率與開裂荷載值往往呈正相關，因此，在實際的施工過程中應當選擇較粗的鋼筋與較大的嵌筋距離，而且與雙面嵌筋相比，單面嵌筋可以適當提高開裂荷載值。還需要嚴格控制開槽位置和深度，深度一般大于50mm。

打包帶加固的主要優勢在于價格低廉，并且不會對窯洞的使用產生太大影響，因此，此種加固技術在農村地區具有較高的運用價值。但在實際的加固施工過程中，必須要將打包帶拉緊緊貼墻面，橫向拉結，并在打包帶上增加砂漿保護層，充分發揮打包帶的作用與價值。

4 結語

總而言之，我國在砌體結構新型加固技術研究方面已經取得了較大的進展，嵌筋加固技術、鋼帶加固技術等均在建筑工程中得到了較為廣泛的運用。將現有砌體結構加固理論與陜北磚窯洞加固相結合，在加固過程中可以根據具體情況選擇合理的加固技術，從而不斷提高窯洞施工的整體質量，傳承和發展具有陜北特色的窯洞建筑。