陜西關中典型廢舊窯洞的變形特性及防治對策

仵大磊 董國良 周 毅

(機械工業勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710043)

?

陜西關中典型廢舊窯洞的變形特性及防治對策

仵大磊 董國良 周 毅

(機械工業勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710043)

通過分析陜西關中地區典型廢舊窯洞的變形特性，總結了窯洞不同部位的變形特點和致災規律，研究了其變形破壞的影響因素及作用方式，提出了針對性的防治對策，為同類地區廢舊窯洞的日常維護工程提供借鑒。

窯洞，變形特征，裂縫，坍塌，防治對策

窯洞是中國西北黃土高原地區居民的古老居住形式，因其具有冬暖夏涼、堅固耐用、簡單易修等優點而備受推崇。窯洞建造形式有靠崖式窯洞、下沉式窯洞、獨立式窯洞等，其中下沉式窯洞又稱地坑院，多建造于上覆土層較厚且地勢相對平坦的干旱塬區；獨立式窯洞又稱錮窯，不受地形限制，多建造于交通、用水、采光等便利的平坦地帶；靠崖式窯洞受地形限制明顯，多建造于塬邊斜坡的中下部，常依地勢呈臺階狀密集分布。基于地理條件和居民生活習慣，陜西關中地區以靠崖式窯洞應用居多。

近年來，隨著經濟的快速發展，居民的物質生活水平顯著提高，窯洞已不能滿足日益豐富的電氣化、自動化日常用品的空間需求，居民多在窯洞前平整土地擴建院落，而窯洞往往因不及時維護，年久失修瀕臨倒塌，逐漸破損廢舊甚至廢棄停用；加之自然環境的惡化，窯洞所處坡體災害頻發，嚴重威脅廣大窯居人民的生命財產安全。西安灞橋區窯洞失穩變形尤為突出，本文通過對該區典型廢舊窯洞的變形特性分析研究，提出相應的防治對策，為今后廢舊窯洞的日常防護和工程治理提供經驗。

1 西安灞橋區典型廢舊窯洞變形特征

1.1 地理地質條件

灞橋區地處陜西關中盆地中部，西安城東部，屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候區。該區四季分明，雨熱同期；多年平均降雨量574 mm，降水年際變化很大，季節分配也極不均勻，有75%的雨量集中在5月份～10月份。該區窯洞主要分布于浐河、灞河兩岸階地及東南部的白鹿塬塬邊斜坡地帶，周邊發育有長安—臨潼斷裂及北西向灞河斷裂、浐河斷裂，總體上受地質構造影響程度輕。區域地層以第四系中上更新統風積黃土及淺表層人工堆積填土為主，窯洞區地下水主要為黃土孔隙裂隙潛水，富水性弱。

1.2 變形部位及特征分析

1)窯頂。窯洞頂部的變形主要表現為橫向的開裂及縱向的貫通。橫向上，廢舊窯洞的頂部多出現沿窯洞軸線方向發育的羽狀拉張裂縫，部分窯頂也發育斜向的剪切裂縫或不規則放射性裂縫，多條裂縫交叉、分叉、尖滅，切割土體使窯頂開裂掉塊；縱向上，廢舊窯洞的頂部多出現向上貫通的裂縫，貫通深度一般2 m～3 m，個別可延伸至窯洞頂面，使窯頂土層較薄地段多產生明顯變形。據調查，貫通裂縫到達地表后，窯頂常見小型落水洞，僅有一孔窯洞發生上下貫通性陷落。

2)窯壁。窯洞兩側墻壁的變形主要為剪切裂縫，多以斜向或X形剪切裂縫出現，裂縫斷面粗糙，兩側齒狀咬合。一般主裂縫寬約5 cm～10 cm，延伸較遠，大多伴有上部窯體的下錯；主裂縫沿線分支裂縫及次生裂縫多呈樹枝狀分布，破壞窯體較嚴重。

3)窯口。窯口處的變形主要為坍塌，窯口上部土體在長期的失重影響下，易產生垂向裂縫，破壞了周邊土體結構，縱向上進一步延伸切割，橫向上會出現環狀切割，使窯口上部土體失去支撐而坍塌，且窯口坍塌又分為零星掉落土塊和整體垮塌兩種方式。據調查，廢舊窯口常呈現緩慢消退的特征。

4)窯面。窯面的變形主要為沖蝕溝縫(槽)，窯面往往植被裸露，坡體陡立，在長期風吹日曬雨淋等自然應力作用下，光滑的窯面上往往產生一系列縱向為主的沖蝕溝縫(槽)，侵蝕破壞土體加劇，使窯面呈現凹凸不平的小土坎，小土柱，易在雨季發生塌落掉塊，為威脅窯前民眾的主要致災體。

1.3 影響因素分析

廢舊窯洞變形破壞與人類工程活動密切相關，修建窯洞時開挖取土形成空洞是其失穩變形的根本原因，組成窯體的黃土特性是窯體變形的內在原因，降雨是變形加劇的促發因素。具體如下：

1)人類工程活動。窯洞建設開挖取土會使窯頂土體失重產生卸荷裂縫，而窯內的不及時支護或長期的放任處置進一步加劇窯體變形；窯面修建時若放坡坡度過大，遭雨水長期沖刷后，窯體滑塌變形會時有發生；窯洞上方往往整平處理甚至種植農作物，使坡頂排水不暢，浸潤窯頂土體易產生落水洞及貫通裂縫。

2)黃土特性。該區窯洞所在坡體主要由第四系中上更新統風積黃土組成，黃土垂直節理發育，使窯洞所在坡體中垂向裂隙密布，切割窯體形成開裂、掉塊、坍塌；黃土具有濕陷性，使窯體上覆土體中大孔隙發育，降水極易下滲，會進一步破壞土體結構。

3)降雨。降雨沿黃土裂隙不斷下滲，不僅破壞土體結構，還降低窯體的力學強度；同時，雨水增加了窯頂土體重度，共同促使窯頂自承能力下降，窯洞發生垮塌。雨水沖刷窯面坡體，形成一系列沖蝕溝槽、溝縫，切割破壞窯體。

2 西安灞橋區典型廢舊窯洞防治對策

2.1 廢舊窯洞的維護

1)窯面及上部坡體放坡：廢舊窯洞的窯面多形成沖蝕溝縫(槽)，首先對該部分危土體進行清運，之后按照一定坡比對窯面及上部坡體進行放坡處置，可采取一坡到底或臺階式多級放坡，具體坡率及臺階留設可參考《建筑邊坡工程技術規范》。

2)窯頂坡體修整：夯實、修整窯頂坡體，使之與上方坡體自然順接，并保持一定的流水坡向窯洞兩側自然散水，也可在窯體前緣留設排水溝，水流匯集后排至兩側。

3)窯內支撐及防滲處置：對窯頂及窯壁的裂縫及時充填、抹面，并做好防水處置；在窯內四周可砌筑支撐墻加固窯體，局部危險地段視具體實際情況做支撐柱。

2.2 廢棄窯洞的防治

1)設立警戒，注意避讓：廢棄危險窯體前緣設置警戒標志，拉警戒紅線；后緣影響范圍外設鐵絲網圍護。2)加強監測，安排專人定期對廢棄窯洞所在坡體周邊進行巡查，查看有無裂縫產生，若發現異常，應立即加密觀測次數，縮小觀測時間間隔，監測其變化。3)進一步完善治理：包括窯體前緣坡腳的支擋防護、窯洞填充、窯面的放坡、頂部的硬化及排水措施。

3 結語

1)陜西關中廢舊窯洞多因不合理改造建設、窯體黃土特性及降雨沖刷而發生不同程度的變形，對其變形部位、變形特征進行綜合研究，總結規律，分析其成因及其破壞過程是十分必要的。

2)針對具體變形特性，結合廢舊窯洞的后期利用情況，提出針對性的維護措施和防治對策，為陜西關中地區廢舊窯洞的日常維護和廢棄窯洞的下一步工程治理提供借鑒。

[1] 繆祥生，韓許恒.榆林地區黃土窯洞崩塌災害的多發性原因及其防治對策研究[J].西安地質學院學報，1993，15(3)：62-69.

[2] 王維升.陜北宅基邊坡傷亡性黃土崩塌的形成機制與防治方案[D].西安：西北大學，2001.

[3] 許方義.用ADINA軟件對慶陽地區黃土窯洞的模擬計算與分析[D].蘭州：蘭州理工大學，2010.

[4] 劉小軍.黃土窯洞的病害調查及凍融作用試驗研究[D].西安：西安建筑科技大學，2008.

[5] 劉國煜，申紅軍，任秀芳.淺析關中某邊坡廢棄窯洞及黃土陷穴處理措施[J].山西建筑，2011，37(16):74-75.

[6] 米海珍，許方義，胡燕妮.慶陽地區黃土窯洞的病害分析及防治[J].低溫建筑技術，2010，147(9)：115-117.

The deformation characteristics and control measures of typical waste cave in Shaanxi Guanzhong

Wu Dalei Dong Guoliang Zhou Yi

(Machinery Industry Survey and Design Institute Limited Company, Xi’an 710043, China)

Through the analysis on the deformation characteristics of typical waste cave in Shaanxi Guanzhong, this paper summarized the deformation characteristics and disaster regularity of different parts of cave, researched the influence factors and action mode of its deformation and failure, put forward specific countermeasures, to provide reference for similar engineering maintenance engineering of waste cave.

cave, deformation characteristic, crack, collapse, prevention and control measure

1009-6825(2017)08-0066-02

2017-01-03

仵大磊(1983- )，男，工程師； 董國良(1984- )，男，工程師； 周 毅(1987- )，男，工程師

TU241.5

A