山西省某地聯(lián)排土坯窯重大危險(xiǎn)點(diǎn)加固改造技術(shù)的研究

王茂桑 史明祥

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

1 概述

《中共中央國務(wù)院關(guān)于打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)三年行動(dòng)的指導(dǎo)意見》明確了我國在2020年要確保全面脫貧，根據(jù)意見精神，山西省住建廳、省發(fā)改委、省財(cái)政廳聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于下達(dá)2017年農(nóng)村危房改造任務(wù)的通知》(晉建村字〔2017〕37號(hào))文件，對省內(nèi)現(xiàn)存農(nóng)村危險(xiǎn)房屋展開加固改造工作，并委托我院對某示范村現(xiàn)存的大量土坯窯洞進(jìn)行改造加固技術(shù)指導(dǎo)。

2 項(xiàng)目概況

該示范村有30余戶危房，主要為聯(lián)排土坯窯。土坯窯多為聯(lián)排布置，每戶3孔～5孔窯，窯寬和窯高多為2.6 m～2.8 m，如圖1，圖2所示為該村聯(lián)排土坯窯的典型示意圖。

3 聯(lián)排土坯窯主要危險(xiǎn)點(diǎn)分析

經(jīng)過調(diào)查走訪，該村土坯窯主要存在的危險(xiǎn)點(diǎn)包括：窯內(nèi)過道開裂、窯拱裂縫變形、窯腿受損、外墻受損、地基基礎(chǔ)不穩(wěn)、窯體滲水等。其中室內(nèi)變形開裂嚴(yán)重影響了房屋的安全性，威脅使用者人身安全，隨時(shí)可能發(fā)育成為局部或整體坍塌事故，屬于重大危險(xiǎn)點(diǎn)。

3.1 窯內(nèi)過道開裂

窯內(nèi)過道門洞頂兩側(cè)環(huán)向裂縫，該裂縫多為沿門洞兩側(cè)平行分布，裂縫兩側(cè)拱券土坯發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，在土坯窯中該裂縫較普遍存在，如圖3所示。該裂縫主要由過道門洞頂土坯券拱及土坯間抗剪承載力不足引起，已嚴(yán)重影響窯體整體承載。

3.2 窯拱裂縫變形

窯拱縱向裂縫、縱橫向交錯(cuò)裂縫，拱曲面明顯變形，見圖4。該危險(xiǎn)主要因窯頂排水不暢，窯體土坯券拱受潮、浸水，土坯強(qiáng)度降低，造成窯拱承載力不足、發(fā)生變形；另外，少部分是因地基不均勻沉降、窯腿寬度不足所造成的。該類危險(xiǎn)嚴(yán)重影響窯體整體承載。

4 聯(lián)排土坯窯加固維修方法

根據(jù)該村選定的試點(diǎn)土坯窯的病害情況，針對性提出以下加固維修處理辦法。

4.1 過道門洞磚拱券托換加固處理辦法

該方法是在過道門洞內(nèi)新砌磚拱券托換原門洞土坯拱券，對過道門洞周圍窯體起到支撐托換加固作用，如圖5所示。

施工要求：

1)施工時(shí)應(yīng)對窯拱券進(jìn)行可靠支撐，確保結(jié)構(gòu)安全；

2)磚砌拱券承重體系墻采用120 mm磚墻，門洞兩側(cè)采用240 mm磚墻，拱券采用一券磚拱，砌筑墻磚強(qiáng)度MU10燒結(jié)磚，砂漿采用M10水泥砂；

3)砌磚施工前，應(yīng)對門洞周邊墻體鑿出砌墻厚度，磚墻底應(yīng)設(shè)磚放腳基礎(chǔ)，基礎(chǔ)寬300 mm，高240 mm；

4)砌筑磚墻在120磚墻和240磚墻交接處應(yīng)咬槎砌筑；

5)當(dāng)過道門洞拱高小于300 mm時(shí)，拱頂可用預(yù)制鋼筋混凝土過梁代替券拱，混凝土過梁截面高度不小于180 mm，寬250 mm，梁底3φ12、梁頂2φ12、箍筋φ6@200；過梁可延墻厚方向設(shè)置3道，過梁與窯體間空隙應(yīng)用水泥砂漿填實(shí)。

4.2 過道門洞鋼架支撐加固法

該方法是在過道門洞兩端設(shè)置鋼架，對過道門洞頂窯體起到支撐加固作用，加固示意圖如圖6所示。

施工要求：

1)立柱采用120 mm×60 mm×4 mm矩形薄壁方鋼管，橫梁采用120 mm×80 mm×4 mm矩形薄壁方鋼管。

2)立柱下設(shè)配筋混凝條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)高宜為200 mm，配筋為上下各3根φ12鋼筋，箍筋φ6@200；基礎(chǔ)頂設(shè)預(yù)埋板，立柱焊于預(yù)埋板上，預(yù)埋板錨筋4根φ12鋼筋，埋板-8×220×100 mm。

3)施工應(yīng)先做基礎(chǔ)，后安裝立柱，最后橫梁置于立柱頂與立柱焊接，橫梁與原拱頂空隙用120 mm厚磚墻砌筑填實(shí)。

4)施工時(shí)應(yīng)對過道門洞及周邊窯體進(jìn)行可靠支撐。

5)立柱應(yīng)緊貼原窯壁安裝，橫梁安裝時(shí)可局部伸入窯體內(nèi)，鋼架安裝完成后，鋼架與窯體間空隙應(yīng)采用細(xì)石混凝土或泥漿灌實(shí)。

6)有條件時(shí)在立柱頂部宜設(shè)橫向拉結(jié)，拉結(jié)構(gòu)件可采用120 mm×60 mm×4 mm矩形薄壁方鋼管。

4.3 鋼架加鋼絲網(wǎng)復(fù)合加固法

該方法是在窯洞內(nèi)部設(shè)置小截面拱形鋼管支架，并在鋼管支架上沿窯內(nèi)壁輔設(shè)鋼絲網(wǎng)，在土坯窯洞內(nèi)部形成鋼架支撐承重體系的加固方法，可提高土坯窯承載能力和改善土坯窯抗震性能，該方法可用于整體或局部窯體加固，加固示意圖如圖7所示。

施工要求：

1)根據(jù)窯洞實(shí)際情況確定拱型鋼架榀數(shù)、桿件截面尺寸、鋼架彎曲弧線，確定安放位置，拱型鋼架可采用焊接薄壁鋼管或熱軋無縫鋼管，鋼管截面不宜小于80 mm，壁厚不宜小于2 mm，每榀間距不宜大于1.8 m。

2)拱型鋼架應(yīng)在工廠加工好后現(xiàn)場安裝，鋼架安裝前應(yīng)放線，鋼架腳部應(yīng)設(shè)基礎(chǔ)，基礎(chǔ)宜采用混凝土，設(shè)預(yù)埋板，鋼架腳部焊于預(yù)埋板上，混凝土基礎(chǔ)可預(yù)制，截面長300 mm，寬200 mm，高300 mm，基礎(chǔ)上表面標(biāo)高不宜高于地面。

3)拱鋼架之間應(yīng)設(shè)置檁條，檁條應(yīng)沿拱圈均勻布置，沿拱圈方向設(shè)置不宜小于7道，間距不宜大于700 mm，鋼架底部應(yīng)沿縱向設(shè)置檁條。檁條可采用薄壁方鋼管，鋼管截面不宜小于60 mm×60 mm，壁厚不宜小于2 mm，檁條與鋼架采用焊接連接。

4)鋼架頂部沿窯洞頂拱圈方向鋪設(shè)鋼網(wǎng)片，鋼網(wǎng)片鋪設(shè)應(yīng)拉緊，與支架采用點(diǎn)焊搭配綁扎連接。

5)鋼架安裝完成后，應(yīng)在鋼網(wǎng)片表面采用草泥灰或水泥砂漿進(jìn)行抹面處理，并在鋼構(gòu)件表面涂刷防銹漆。

6)鋼架安裝時(shí)應(yīng)與窯墻壁留設(shè)10 mm左右空隙，以便鋼網(wǎng)片的鋪設(shè)，鋼架安裝完成后空隙應(yīng)采用草泥灰或水泥砂漿填實(shí)。

7)采用內(nèi)鋼架加固前，應(yīng)對窯體裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)可采用草泥漿塞縫、抹灰處理。

8)鋼架用鋼材質(zhì)量應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，鋼材焊接應(yīng)符合規(guī)范要求。

4.4 鋼筋網(wǎng)混凝土內(nèi)襯加固法

該方法是在土窯內(nèi)設(shè)鋼筋混凝土面層，形成鋼筋混凝土殼體，從而對窯體起到整體支撐加固作用。鋼筋網(wǎng)混凝土內(nèi)襯加固法示意圖如圖8所示。

施工要求：

1)鋼筋網(wǎng)宜采用HPB300鋼筋，直徑不小于8 mm，間距不宜超過250 mm，雙向組合分布；

2)鋼筋網(wǎng)與窯體間宜設(shè)錨固錨筋，用以固定鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)與窯體間距宜控制在20 mm，錨固筋可采用φ8鋼筋壓漿錨入窯體內(nèi)，錨固深度不宜小于150 mm,錨固筋應(yīng)梅花布置，間距不宜大于750 mm；

3)噴射混凝土面層厚度宜控制在60 mm～80 mm，鋼筋保護(hù)層厚度20 mm，噴射用混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C25;

4)鋼筋混凝土面層底部應(yīng)設(shè)基礎(chǔ)，基礎(chǔ)可采用素混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)寬度不宜小于500 mm，深度不宜小于300 mm;

5)混凝土面層及基槽分層噴射或支模澆筑。對土窯應(yīng)先噴兩遍水泥漿掛面再進(jìn)行細(xì)石混凝土分層噴射或支模澆筑；

6)混凝土表面應(yīng)密實(shí)、平整，無裂縫、脫落、空鼓等現(xiàn)象。澆筑完成后應(yīng)對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4.5 窯體裂縫局部修復(fù)法

當(dāng)土坯窯窯體內(nèi)局部出現(xiàn)裂縫時(shí)，可針對性的對裂縫進(jìn)行局部修復(fù)或加固處理。當(dāng)裂縫為局部單條分布時(shí)，可沿裂縫分布壓設(shè)鋼絲網(wǎng)，然后抹面處理；當(dāng)裂縫為局部多條分布或縱橫向交錯(cuò)分布時(shí)，宜在裂縫分布范圍內(nèi)增設(shè)焊接鋼筋拱架進(jìn)行局部支撐加固，見圖9。

施工要求：

1)采用鋼絲網(wǎng)修復(fù)窯體裂縫時(shí)，應(yīng)鑿除裂縫兩側(cè)1 m范圍抹灰，并對土坯砌塊表面進(jìn)行清理，鋼絲網(wǎng)沿裂縫分布進(jìn)行鋪設(shè)，鋼絲網(wǎng)每邊寬出裂縫不小于400 mm，鋼絲網(wǎng)應(yīng)采用錨固筋與窯體進(jìn)行錨固，固筋可采用φ6鋼筋沿裂縫兩側(cè)均勻壓漿錨入窯體內(nèi)，錨固深度不宜小于120 mm,鋼絲網(wǎng)表面用草泥灰或水泥砂漿進(jìn)行抹面。

2)采用焊接鋼筋拱架局部支撐加固時(shí)，可根據(jù)裂縫分布范圍均勻布置2榀～3榀鋼筋拱，每榀鋼筋拱間距宜為1 m左右，鋼筋拱可采用φ25的鋼筋制作，鋼筋拱間采用縱向短筋進(jìn)行連接，形成鋼筋拱架，縱向短筋沿拱圈方向均勻布置，間距控制在500 mm左右，直徑不小于φ16。

3)采用焊接鋼筋拱架局部支撐加固時(shí)，宜將增設(shè)鋼筋網(wǎng)開槽安裝于窯體土坯砌塊內(nèi)，安裝前應(yīng)清除裂縫范圍內(nèi)抹灰，并對土坯砌塊表面進(jìn)行清理，根據(jù)鋼筋拱架布置進(jìn)行放線開槽，后焊接安裝鋼架拱架，最后表面采用草泥灰或水泥砂漿進(jìn)行抹面處理。

4)鋼筋拱腳部應(yīng)設(shè)素混凝土基礎(chǔ)，尺寸可根據(jù)實(shí)際情況確定。

5)窯體裂縫修復(fù)、加固時(shí)，應(yīng)對窯體局部進(jìn)行可靠支撐，確保施工安全。

5 結(jié)論與建議

本文針對山西省某試點(diǎn)村的現(xiàn)存聯(lián)排土坯窯危險(xiǎn)房屋的主要重大危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行了成因分析。在對試點(diǎn)房屋加固改造的過程中根據(jù)房屋病害情況針對性選擇加固改造處理辦法，當(dāng)同種病害有多種加固改造方法時(shí)，將各種加固改造方法試點(diǎn)實(shí)施，以便后續(xù)農(nóng)村危房改造借鑒、選擇，對日后的危險(xiǎn)土窯洞加固改造工作有一定的參考意義。