傳統(tǒng)磚石窯洞鑒定改造技術(shù)調(diào)查研究

王 矗

(太原市建筑工程質(zhì)量檢測站有限公司，山西 太原 030000)

1 概述

窯洞是我國西北地區(qū)的一種古老而重要的傳統(tǒng)居住建筑形式，廣泛分布于黃土高原的山西、陜西、河北、內(nèi)蒙古、甘肅等省。窯洞有就地取材，堅(jiān)固耐用，冬暖夏涼的優(yōu)點(diǎn)，在歷史的發(fā)展中，窯洞一直被保留了下來。石窯洞作為窯洞的一種形式，是主要由毛石、料石或毛料石砌筑而成的窯洞，窯腿一般用毛料石或毛石砌筑，拱券一般由片石(片狀毛石)砌筑，窯面一般用料石砌筑，并采用石灰漿或水泥砂漿勾縫。磚窯則是以機(jī)制燒結(jié)磚砌筑而成。石窯洞和磚窯洞主要是以獨(dú)立窯洞或聯(lián)排式窯洞存在。

隨著我國農(nóng)村危房改造政策的實(shí)施，農(nóng)村居民住房安全得到了極大地改善。經(jīng)過近幾年的政策持續(xù)完善和改造工作經(jīng)驗(yàn)的積累，在各地危房改造實(shí)施過程中已經(jīng)形成一套科學(xué)、合理的完整實(shí)施程序。如山西省各地目前已經(jīng)形成改造前危險(xiǎn)性鑒定、改造后質(zhì)量驗(yàn)收的精準(zhǔn)改造、科學(xué)改造、改在實(shí)處的科學(xué)保障措施。

窯洞作為西北農(nóng)村地區(qū)常見的居住建筑，在房改造中最常見的就是磚石窯洞，而且占比很大，在部分地區(qū)甚至達(dá)改造數(shù)量的八九成。我國目前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中關(guān)于窯洞這類建筑形式的技術(shù)要求、技術(shù)指標(biāo)幾乎是空白，在窯洞的鑒定改造過程中很難做到有據(jù)可依，有標(biāo)可參，和建造窯洞一樣，僅僅是依據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行。所以，為了能夠更加真實(shí)地鑒定磚石窯洞的危險(xiǎn)程度，并且采取可靠的改造措施，對磚石窯洞進(jìn)行專門的調(diào)查研究是很有必要的，也是很有實(shí)際指導(dǎo)意義的一項(xiàng)工作。根據(jù)房屋結(jié)構(gòu)專業(yè)理論知識，并結(jié)合我單位近幾年來關(guān)于農(nóng)村危房改造鑒定的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)和一些典型的病害，做了關(guān)于磚石窯洞鑒定改造的初步調(diào)查研究工作。

2 磚石窯洞結(jié)構(gòu)體系介紹

磚石窯洞的結(jié)構(gòu)體系比較簡單，承重結(jié)構(gòu)是由豎向的墻體(窯腿)與拱頂(拱券)組成，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為前后墻體，一般前墻主要由門窗構(gòu)成。磚石窯洞的受力體系主要為拱體與窯腿組成，傳力路線為窯洞拱體頂部荷載(包括覆土、防水、排水面層自重，雜草等恒荷載和人為活動引起的活荷載)由拱券承擔(dān)，并傳遞至窯腿，由窯腿向下傳遞至基礎(chǔ)，直至地基土。根據(jù)窯洞結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，窯洞能夠很好的傳遞豎向荷載，并且豎向荷載對拱結(jié)構(gòu)的牢固性有利，窯洞基本為單層建筑，受壓承載力能夠滿足使用要求。但是窯洞拱券幾乎不能傳遞水平荷載，整體性靠拱券砌石的牢固性決定，所以窯洞的抗震能力非常弱，抗震性能差(如圖1～圖3所示)。

3 常見病害調(diào)查

磚石窯洞大多建于二十世紀(jì)七八十年代，使用年限大多已經(jīng)達(dá)三四十年，使用時(shí)間較久。通過大量的調(diào)查，磚石窯洞主要有以下幾類病害：

1)拱頂滲水嚴(yán)重，甚至泥皮脫落。此類病害主要是由于農(nóng)村窯洞頂部一般僅為覆土，表面找坡排水，使用時(shí)間較長后，覆土雜草叢生，導(dǎo)致屋頂排水不及時(shí)造成覆土長期滲水。為了保溫效果和拱頂牢固，窯洞拱頂覆土較厚，約為1 m，甚至更厚。在長期使用過程中維護(hù)不到位，最容易造成窯頂滲水，泥皮脫落，甚至砌石外露，砌筑砂漿粉化脫落，如圖4所示。

2)窯體開裂。窯洞裂縫多見于拱體，一類裂縫為沿拱券弧向的橫裂縫，見圖5；二類裂縫為沿拱券母線的縱裂縫，見圖6；另外還有拱券與背墻或窯臉連接處的開裂現(xiàn)象，見圖7。

3)窯洞地基基礎(chǔ)下沉引起的窯體開裂變形現(xiàn)象。此類現(xiàn)象的發(fā)生主要是窯體周邊排水不暢導(dǎo)致地表水滲入或周邊管道跑水等事故，造成窯洞地基土浸水下沉，地基基礎(chǔ)不均勻沉降導(dǎo)致的窯洞開裂、變形，與常見的房屋不均勻沉降而受損情況類似。

4)窯洞冒頂。此類現(xiàn)象為窯洞拱頂砌石由于滲水、石塊風(fēng)化，石塊間砂漿或泥漿粉化，在自然條件或人為因素影響下，拱券頂部局部坍塌的現(xiàn)象。

4 危險(xiǎn)點(diǎn)判別

磚石窯洞承重結(jié)構(gòu)是由豎向的墻體(窯腿)與拱頂(拱券)組成，窯腿的危險(xiǎn)點(diǎn)判別可根據(jù)JGJ 125—2016危險(xiǎn)房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)[1]以及JGJ/T 363—2014農(nóng)村住房危險(xiǎn)性鑒定標(biāo)準(zhǔn)[2]中砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相關(guān)規(guī)定判定是否屬于危險(xiǎn)點(diǎn)。其中窯洞拱券可參考JGJ 125—2016危險(xiǎn)房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)以及JGJ/T 363—2014農(nóng)村住房危險(xiǎn)性鑒定標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于“磚筒拱、扁殼、波形拱筒”的缺陷特征判別。

需要說明的是，一般窯洞很少有受壓承載力不足引起的受力裂縫或變形，窯腿的危險(xiǎn)點(diǎn)判別主要是根據(jù)非受力裂縫(包括不均勻沉降、收縮裂縫等)進(jìn)行判別，對于地基基礎(chǔ)變形引起的開裂，判別標(biāo)準(zhǔn)為承重墻體產(chǎn)生單條寬度大于10 mm的沉降裂縫，或產(chǎn)生寬度大于5 mm的多條裂縫(兩條及以上)。對于非沉降裂縫可參考GB 50292—2015民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)[3]中5.4.6條規(guī)定，承重墻體墻身開裂嚴(yán)重，且最大裂縫寬度大于5 mm進(jìn)行判別。對于拱券來說，拱券為拱結(jié)構(gòu)，根據(jù)其受力特點(diǎn)，若出現(xiàn)沿拱券母線的縱向通長裂縫，則可直接判定該窯洞為危險(xiǎn)窯洞，若沿母線開裂，但未通長時(shí)，裂縫寬度大于2 mm，或裂縫長度超過拱券總長的1/2，則可判定為危險(xiǎn)點(diǎn)；拱券曲面有明顯變形，或拱腳處產(chǎn)生明顯位移或錯(cuò)位，則可判定為危險(xiǎn)點(diǎn)。根據(jù)大量的調(diào)查顯示，窯洞拱頂?shù)臐B水是最為突出的病害，并且農(nóng)村大多數(shù)窯洞時(shí)間較久，甚至多數(shù)采用泥漿砌筑，拱券砌石之間的泥漿散落嚴(yán)重，在大面積、嚴(yán)重滲水的情況下可能發(fā)生拱頂坍塌事故，所以，窯洞拱頂大面積滲水，泥皮大面積脫落，并且拱券砌石有風(fēng)化，砌筑砂漿或泥漿散落嚴(yán)重的現(xiàn)象時(shí)，也可將窯洞拱券判定為危險(xiǎn)構(gòu)件。

5 改造加固技術(shù)研究

由于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中無窯洞的加固改造相應(yīng)規(guī)定，對于窯洞的加固改造根據(jù)GB 50702—2011砌體結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[4]中砌體裂縫處理措施，對于大于5 mm的裂縫，可采用壓力注漿，并采用釘掛鋼筋網(wǎng)噴射混凝土法加固處理，鋼筋直徑宜為6 mm，網(wǎng)片網(wǎng)格不大于200 mm，噴射混凝土厚度不小于50 mm，注漿料可選用水泥基注漿料或改性環(huán)氧類注漿料。對于裂縫寬度小于5 mm，大于2 mm的裂縫，可采用壓力注漿，并采用釘掛鋼絲網(wǎng)噴射混凝土法加固處理，鋼絲網(wǎng)直徑宜為2 mm，網(wǎng)格尺寸不大于50 mm，厚度不小于30 mm。對于小于2 mm，大于0.5 mm的裂縫可僅采用注漿處理。對于小于0.5 mm的裂縫裝飾性修復(fù)即可。

當(dāng)拱券出現(xiàn)大面積滲水，泥皮脫落，砌石風(fēng)化嚴(yán)重現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)對窯洞拱券整體加固，可采用釘掛鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土法整體進(jìn)行加固。加固時(shí)應(yīng)清理抹灰層，鋼筋網(wǎng)采用L形鋼筋錨固于石砌拱券或磚砌拱券，梅花形布置，間距不大于500 mm，鋼筋直徑宜為6 mm或8 mm，鋼筋網(wǎng)格尺寸不大于250 mm，混凝土強(qiáng)度不低于C20，厚度不小于50 mm，但不宜超過80 mm，加強(qiáng)層應(yīng)另設(shè)基礎(chǔ)，鋼筋網(wǎng)應(yīng)錨固于基礎(chǔ)，加強(qiáng)層基礎(chǔ)與原基礎(chǔ)牢固連結(jié)。采用整體加固法加固拱券時(shí)，開裂部位不需另加鋼絲網(wǎng)或鋼筋網(wǎng)加強(qiáng)層。

窯洞屋面應(yīng)采取防水措施，屋面防水改造時(shí)應(yīng)注意將原覆土層中水分晾干后進(jìn)行處理施工。舊窯洞改造時(shí)應(yīng)增設(shè)窯洞排氣措施，在窯洞拱頂增設(shè)排氣孔或在背墻開窗洞口，以保證窯洞內(nèi)空氣流通，有助于窯洞保持干燥狀態(tài)，維持或延長使用壽命。

6 結(jié)語

本文通過大量的調(diào)查，從磚石窯洞的介紹，結(jié)構(gòu)體系和傳力路線的簡述，常見病害的調(diào)查，鑒定時(shí)危險(xiǎn)點(diǎn)的判別，至最后加固改造技術(shù)的探究進(jìn)行了簡單研究，總結(jié)了以下幾點(diǎn)：

1)磚石窯洞受力特征比較簡單，受壓承載力能夠滿足正常使用要求，但是抗震能力較差。

2)與窯洞開裂、變形相比，拱頂滲水，泥皮脫落，甚至砌石裸露、風(fēng)化的病害占比較大，也較為突出，在長期滲水的情況下有安全隱患。

3)磚石窯洞危險(xiǎn)性鑒定時(shí)，危險(xiǎn)點(diǎn)的判別在參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，應(yīng)根據(jù)窯洞的整體病害、損傷程度綜合性判定。

4)磚石窯洞的加固改造主要是參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造性的采取加強(qiáng)措施，并應(yīng)結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，做到安全、可靠。