陜北磚窯洞裂縫分析及加固技術(shù)概述

白 旭 楊虎城 霍治澎 孫 強(qiáng)

（延安大學(xué)， 陜西 延安 716000）

0 前言

窯洞時(shí)一種特殊形式的砌體結(jié)構(gòu)，由于砌體結(jié)構(gòu)本身具有易脆、易斜等缺陷，加之許多砌體結(jié)構(gòu)建筑在設(shè)計(jì)、施工方面還存在一定的問題，從而導(dǎo)致裂縫問題頻繁發(fā)生，不僅會(huì)影響建筑物的外觀形象，還涉及到工程質(zhì)量問題。隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展進(jìn)步，砌體結(jié)構(gòu)新型加固技術(shù)已經(jīng)取得了一定的成果。砌體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)建筑的工程質(zhì)量。

1 磚窯洞裂縫成因

1.1 地基不均勻沉降

石窯和磚窯產(chǎn)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(chǎn)生不均勻沉降，其沉降面與裂縫走向有關(guān)[1]。許多砌體式窯洞的設(shè)計(jì)施工并不合理，部分窯洞建筑在開工前未能對(duì)工程地質(zhì)進(jìn)行細(xì)致的勘測(cè)，采集數(shù)據(jù)不能正確反映建筑物地下水，土層性質(zhì)及各項(xiàng)物理化學(xué)指標(biāo)參數(shù)。土體地基多呈現(xiàn)軟硬分布不均的情況，地基柔軟部分易下沉幅度過大，導(dǎo)致砌體結(jié)構(gòu)發(fā)生自然傾斜，從而引起裂縫，其走向?yàn)槠叫杏诟G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(chǎn)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(shí)自重增加量過大，加之窯洞材料的強(qiáng)度低，整體性差導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)，加之窯洞材料的強(qiáng)度低，整體性差導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。

1.3 砌體材料特性

砌體式窯洞容易因?yàn)闊崦浝淇s而發(fā)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(chǎn)生位移，從而增大了砌體的剪應(yīng)力，導(dǎo)致墻體出現(xiàn)裂縫。當(dāng)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(shù)灰砂磚質(zhì)量較差，容易受到外部環(huán)境的影響而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，提高了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性。同時(shí)，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(qiáng)度，并引發(fā)砌體結(jié)構(gòu)裂縫。

2 砌體結(jié)構(gòu)加固技術(shù)研究概述

2.1 鋼帶加固技術(shù)

鋼帶加固技術(shù)的主要特點(diǎn)在于簡(jiǎn)便易行、成本低廉，現(xiàn)今，鋼帶加固技術(shù)在砌體結(jié)構(gòu)加固方面已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用，主要是將鋼帶制成條形狀或網(wǎng)形狀后均勻鋪在構(gòu)件上，通過鋼帶來加緊、固定砌體結(jié)構(gòu)，以降低砌體結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生率。有關(guān)研究顯示，利用鋼帶加固技術(shù)對(duì)砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jié)構(gòu)均表現(xiàn)出對(duì)稱穩(wěn)定的性能，防止墻體發(fā)生脆性破壞[2]。砌體式窯洞對(duì)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(shù)非常適合窯洞砌體結(jié)構(gòu)的加固。

2.2 玻璃纖維復(fù)合材料加固技術(shù)

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是一種新型的建筑材料，利用此種材料對(duì)砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，性能良好。近幾年來，國內(nèi)外有部分學(xué)者在研究過程中將玻璃纖維復(fù)合材料制成條狀、網(wǎng)狀，并均勻粘貼在砌體結(jié)構(gòu)表面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)砌體結(jié)構(gòu)的抗震能力、粘結(jié)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(jié)構(gòu)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(fù)合材料加固價(jià)格相對(duì)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(jīng)過研究改良之后的玻璃纖維復(fù)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(huì)有所擴(kuò)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(shù)

嵌筋加固技術(shù)主要指的是運(yùn)用配筋砌體原理將鋼筋嵌入水平灰縫中，從而提高砌體結(jié)構(gòu)的承載力與變形力，降低墻體耗能，此種加固技術(shù)不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yùn)用價(jià)值高。業(yè)內(nèi)學(xué)者曾經(jīng)將鋼筋嵌入水平灰縫后進(jìn)行了低周反復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(shù)低成本的特性，目前在砌體式窯洞加固過程中已經(jīng)得到運(yùn)用。

2.4 打包帶加固技術(shù)

打包帶加固技術(shù)主要是將打包帶制成條狀、網(wǎng)狀以后再緊箍在墻體上，此種加固技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于價(jià)格低廉、抗拉能力強(qiáng)、使用年限長(zhǎng)、施工簡(jiǎn)便。打包帶抗拉強(qiáng)度與溫度有著密不可分的聯(lián)系，長(zhǎng)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(huì)暴露在陽光下，所以打包帶加固技術(shù)可以在窯洞砌體加固中得到很好運(yùn)用。

3 磚窯洞加固技術(shù)

窯洞是一種拱結(jié)構(gòu)，而拱形結(jié)構(gòu)最顯著的受力特點(diǎn)就是對(duì)支座位移比較敏感，上述四種砌體式窯洞加固技術(shù)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(jiǎn)便、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益良好。

鋼帶加固技術(shù)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(nèi)剪力。但從另一方面來看，砌體結(jié)構(gòu)已經(jīng)由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)檠有云茐模趯?shí)際的施工過程中，為了改變破壞模式施工人員必須要嚴(yán)格把握配筋率（一般為0.27%），而且最好采用矩形網(wǎng)格形式的形式進(jìn)行加固，其次優(yōu)先采用單面加固模式。

玻璃纖維復(fù)合材料加固技術(shù)雖然抗震能力較好，但容易因?yàn)槲灰频脑黾佣霈F(xiàn)空鼓和剝離等情況，也容易發(fā)生側(cè)面變形。因此，在實(shí)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(xiàn)，為有效抑制側(cè)面變形還需要在墻體兩側(cè)增加夾具。除此之外，玻璃纖維復(fù)合材料的加固層數(shù)一般不超過 2層，且加固時(shí)最好采用45°斜向粘貼。

在嵌筋加固技術(shù)中，配筋率與開裂荷載值往往呈正相關(guān)，因此，在實(shí)際的施工過程中應(yīng)當(dāng)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(dāng)提高開裂荷載值。還需要嚴(yán)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(yōu)勢(shì)在于價(jià)格低廉，并且不會(huì)對(duì)窯洞的使用產(chǎn)生太大影響，因此，此種加固技術(shù)在農(nóng)村地區(qū)具有較高的運(yùn)用價(jià)值。但在實(shí)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(jié)，并在打包帶上增加砂漿保護(hù)層，充分發(fā)揮打包帶的作用與價(jià)值。

4 結(jié)語

總而言之，我國在砌體結(jié)構(gòu)新型加固技術(shù)研究方面已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展，嵌筋加固技術(shù)、鋼帶加固技術(shù)等均在建筑工程中得到了較為廣泛的運(yùn)用。將現(xiàn)有砌體結(jié)構(gòu)加固理論與陜北磚窯洞加固相結(jié)合，在加固過程中可以根據(jù)具體情況選擇合理的加固技術(shù)，從而不斷提高窯洞施工的整體質(zhì)量，傳承和發(fā)展具有陜北特色的窯洞建筑。