陕西关中典型废旧窑洞的变形特性及防治对策

仵大磊 董国良 周 毅

(机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710043)



陕西关中典型废旧窑洞的变形特性及防治对策

仵大磊 董国良 周 毅

(机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710043)

通过分析陕西关中地区典型废旧窑洞的变形特性，总结了窑洞不同部位的变形特点和致灾规律，研究了其变形破坏的影响因素及作用方式，提出了针对性的防治对策，为同类地区废旧窑洞的日常维护工程提供借鉴。

窑洞，变形特征，裂缝，坍塌，防治对策

窑洞是中国西北黄土高原地区居民的古老居住形式，因其具有冬暖夏凉、坚固耐用、简单易修等优点而备受推崇。窑洞建造形式有靠崖式窑洞、下沉式窑洞、独立式窑洞等，其中下沉式窑洞又称地坑院，多建造于上覆土层较厚且地势相对平坦的干旱塬区；独立式窑洞又称锢窑，不受地形限制，多建造于交通、用水、采光等便利的平坦地带；靠崖式窑洞受地形限制明显，多建造于塬边斜坡的中下部，常依地势呈台阶状密集分布。基于地理条件和居民生活习惯，陕西关中地区以靠崖式窑洞应用居多。

近年来，随着经济的快速发展，居民的物质生活水平显著提高，窑洞已不能满足日益丰富的电气化、自动化日常用品的空间需求，居民多在窑洞前平整土地扩建院落，而窑洞往往因不及时维护，年久失修濒临倒塌，逐渐破损废旧甚至废弃停用；加之自然环境的恶化，窑洞所处坡体灾害频发，严重威胁广大窑居人民的生命财产安全。西安灞桥区窑洞失稳变形尤为突出，本文通过对该区典型废旧窑洞的变形特性分析研究，提出相应的防治对策，为今后废旧窑洞的日常防护和工程治理提供经验。

1 西安灞桥区典型废旧窑洞变形特征

1.1 地理地质条件

灞桥区地处陕西关中盆地中部，西安城东部，属于暖温带半湿润大陆性季风气候区。该区四季分明，雨热同期；多年平均降雨量574 mm，降水年际变化很大，季节分配也极不均匀，有75%的雨量集中在5月份～10月份。该区窑洞主要分布于浐河、灞河两岸阶地及东南部的白鹿塬塬边斜坡地带，周边发育有长安—临潼断裂及北西向灞河断裂、浐河断裂，总体上受地质构造影响程度轻。区域地层以第四系中上更新统风积黄土及浅表层人工堆积填土为主，窑洞区地下水主要为黄土孔隙裂隙潜水，富水性弱。

1.2 变形部位及特征分析

1)窑顶。窑洞顶部的变形主要表现为横向的开裂及纵向的贯通。横向上，废旧窑洞的顶部多出现沿窑洞轴线方向发育的羽状拉张裂缝，部分窑顶也发育斜向的剪切裂缝或不规则放射性裂缝，多条裂缝交叉、分叉、尖灭，切割土体使窑顶开裂掉块；纵向上，废旧窑洞的顶部多出现向上贯通的裂缝，贯通深度一般2 m～3 m，个别可延伸至窑洞顶面，使窑顶土层较薄地段多产生明显变形。据调查，贯通裂缝到达地表后，窑顶常见小型落水洞，仅有一孔窑洞发生上下贯通性陷落。

2)窑壁。窑洞两侧墙壁的变形主要为剪切裂缝，多以斜向或X形剪切裂缝出现，裂缝断面粗糙，两侧齿状咬合。一般主裂缝宽约5 cm～10 cm，延伸较远，大多伴有上部窑体的下错；主裂缝沿线分支裂缝及次生裂缝多呈树枝状分布，破坏窑体较严重。

3)窑口。窑口处的变形主要为坍塌，窑口上部土体在长期的失重影响下，易产生垂向裂缝，破坏了周边土体结构，纵向上进一步延伸切割，横向上会出现环状切割，使窑口上部土体失去支撑而坍塌，且窑口坍塌又分为零星掉落土块和整体垮塌两种方式。据调查，废旧窑口常呈现缓慢消退的特征。

4)窑面。窑面的变形主要为冲蚀沟缝(槽)，窑面往往植被裸露，坡体陡立，在长期风吹日晒雨淋等自然应力作用下，光滑的窑面上往往产生一系列纵向为主的冲蚀沟缝(槽)，侵蚀破坏土体加剧，使窑面呈现凹凸不平的小土坎，小土柱，易在雨季发生塌落掉块，为威胁窑前民众的主要致灾体。

1.3 影响因素分析

废旧窑洞变形破坏与人类工程活动密切相关，修建窑洞时开挖取土形成空洞是其失稳变形的根本原因，组成窑体的黄土特性是窑体变形的内在原因，降雨是变形加剧的促发因素。具体如下：

1)人类工程活动。窑洞建设开挖取土会使窑顶土体失重产生卸荷裂缝，而窑内的不及时支护或长期的放任处置进一步加剧窑体变形；窑面修建时若放坡坡度过大，遭雨水长期冲刷后，窑体滑塌变形会时有发生；窑洞上方往往整平处理甚至种植农作物，使坡顶排水不畅，浸润窑顶土体易产生落水洞及贯通裂缝。

2)黄土特性。该区窑洞所在坡体主要由第四系中上更新统风积黄土组成，黄土垂直节理发育，使窑洞所在坡体中垂向裂隙密布，切割窑体形成开裂、掉块、坍塌；黄土具有湿陷性，使窑体上覆土体中大孔隙发育，降水极易下渗，会进一步破坏土体结构。

3)降雨。降雨沿黄土裂隙不断下渗，不仅破坏土体结构，还降低窑体的力学强度；同时，雨水增加了窑顶土体重度，共同促使窑顶自承能力下降，窑洞发生垮塌。雨水冲刷窑面坡体，形成一系列冲蚀沟槽、沟缝，切割破坏窑体。

2 西安灞桥区典型废旧窑洞防治对策

2.1 废旧窑洞的维护

1)窑面及上部坡体放坡：废旧窑洞的窑面多形成冲蚀沟缝(槽)，首先对该部分危土体进行清运，之后按照一定坡比对窑面及上部坡体进行放坡处置，可采取一坡到底或台阶式多级放坡，具体坡率及台阶留设可参考《建筑边坡工程技术规范》。

2)窑顶坡体修整：夯实、修整窑顶坡体，使之与上方坡体自然顺接，并保持一定的流水坡向窑洞两侧自然散水，也可在窑体前缘留设排水沟，水流汇集后排至两侧。

3)窑内支撑及防渗处置：对窑顶及窑壁的裂缝及时充填、抹面，并做好防水处置；在窑内四周可砌筑支撑墙加固窑体，局部危险地段视具体实际情况做支撑柱。

2.2 废弃窑洞的防治

1)设立警戒，注意避让：废弃危险窑体前缘设置警戒标志，拉警戒红线；后缘影响范围外设铁丝网围护。2)加强监测，安排专人定期对废弃窑洞所在坡体周边进行巡查，查看有无裂缝产生，若发现异常，应立即加密观测次数，缩小观测时间间隔，监测其变化。3)进一步完善治理：包括窑体前缘坡脚的支挡防护、窑洞填充、窑面的放坡、顶部的硬化及排水措施。

3 结语

1)陕西关中废旧窑洞多因不合理改造建设、窑体黄土特性及降雨冲刷而发生不同程度的变形，对其变形部位、变形特征进行综合研究，总结规律，分析其成因及其破坏过程是十分必要的。

2)针对具体变形特性，结合废旧窑洞的后期利用情况，提出针对性的维护措施和防治对策，为陕西关中地区废旧窑洞的日常维护和废弃窑洞的下一步工程治理提供借鉴。

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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，工程师； 董国良(1984- )，男，工程师； 周 毅(1987- )，男，工程师

TU241.5

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