CN105133850B - 一种既有黄土窑洞的加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种既有黄土窑洞的加固方法，包括步骤：一、窑洞拱圈合理拱轴线确定：对待加固黄土窑洞中拱圈的合理拱轴线进行确定；二、测量放线：根据所确定的合理拱轴线方程y＝f(x)，在待加固黄土窑洞的窑洞口外侧进行测量放线，测出所述拱圈的合理拱轴线；三、窑洞拱圈土体切削：根据步骤二中测出的合理拱轴线，采用切削设备对待加固黄土窑洞中拱圈上部的黄体进行切削，获得切削后窑洞。本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便、快速对黄土窑洞进行有效加固。

Description

一种既有黄土窑洞的加固方法

技术领域

本发明涉及一种窑洞加固方法，尤其是涉及一种既有黄土窑洞的加固方法。

背景技术

窑洞是中国西北黄土高原上居民的古老居住形式，这一“穴居式”民居的历史可以追溯到四千多年前。窑洞一般有靠崖式窑洞、下沉式窑洞、独立式等形式，其中靠山窑应用较多，靠山窑指靠山挖的黄土窑洞。目前，采用的窑洞多为拱形窑洞，拱形窑洞包括拱圈和左右两个分别支撑于拱圈的两个拱脚下方的侧墙。实际使用过程中，黄土窑洞的拱圈拱顶易出现黄土局部塌落的问题，因而需对窑洞拱圈进行定期维护，维护工作量且维护成本较高，同时影响窑洞的使用寿命，存在较大的安全隐患。另外，根据拱结构的受力理论，当窑洞拱圈的拱轴线曲率较小时，拱圈的两个拱脚会产生较大的水平推力，相应会导致窑洞的两侧侧墙发生一定程度的倾斜，甚至失去稳定性并发生倒塌。因而，需设计一种方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好的既有黄土窑洞的加固方法，能简便、快速对黄土窑洞进行有效加固。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种既有黄土窑洞的加固方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便、快速对黄土窑洞进行有效加固。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种既有黄土窑洞的加固方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、窑洞拱圈合理拱轴线确定：结合待加固黄土窑洞的结构参数，且根据公式对所述待加固黄土窑洞中拱圈的合理拱轴线进行确定；所述待加固黄土窑洞为已投入使用的拱形窑洞；

所述待加固黄土窑洞的结构参数包括待加固黄土窑洞中拱圈的矢高f和跨度l；

公式(1)中，函数y＝f(x)为合理拱轴线方程；γ为所述待加固黄土窑洞中拱圈上覆黄土的平均容重；其中h为所述待加固黄土窑洞中左右两个侧墙的高度；

步骤二、测量放线：根据步骤一中所确定的合理拱轴线方程y＝f(x)，在所述待加固黄土窑洞的窑洞口外侧进行测量放线，测出所述拱圈的合理拱轴线，并对测出的合理拱轴线进行标记；

步骤三、窑洞拱圈土体切削：根据步骤二中测出的合理拱轴线，采用切削设备对所述待加固黄土窑洞中拱圈上部的土体进行切削，获得切削后窑洞；所述切削后窑洞中拱圈的拱轴线为步骤一中所确定的合理拱轴线。

上述一种既有黄土窑洞的加固方法，其特征是：步骤二中进行测量放线时，先以所述待加固黄土窑洞的窑洞口底部中点为坐标原点，以所述窑洞口底部所处直线作为Y轴且以所述窑洞口的竖向中心线为X轴建立平面直角坐标系；之后，利用所建立的平面直角坐标系，且根据步骤一中所确定的合理拱轴线方程y＝f(x)，测出所述拱圈的合理拱轴线。

上述一种既有黄土窑洞的加固方法，其特征是：步骤二中对测出的合理拱轴线进行标记时，采用墨斗在待加固黄土窑洞的窑脸上弹出所述合理拱轴线。

上述一种既有黄土窑洞的加固方法，其特征是：步骤三中完成窑洞拱圈土体切削后，还需采用加固装置对切削后窑洞进行加固；

所述加固装置包括左右两道加固梁和多个连接于两道所述加固梁之间的横向连接机构，两道所述加固梁呈平行布设且二者均沿切削后窑洞的纵向长度方向进行布设，两道所述加固梁分别布设在切削后窑洞中拱圈与左右两个侧墙之间的连接处；多个所述横向连接机构的结构均相同且其沿切削后窑洞的纵向长度方向由前至后进行布设，两道所述加固梁和多个所述横向连接机构均布设在同一平面上，多个所述横向连接机构均与加固梁呈垂直布设；所述横向连接机构包括左右两个布设在同一直线上的预应力拉杆，两个所述预应力拉杆的外端分别固定在两道所述加固梁上，两个所述预应力拉杆的内端之间通过连接件进行连接。

上述一种既有黄土窑洞的加固方法，其特征是：所述预应力拉杆的外端通过第一紧固螺栓固定在加固梁；所述加固梁通过多个第二紧固螺栓固定在所述拱圈与侧墙之间的连接处。

上述一种既有黄土窑洞的加固方法，其特征是：两个所述预应力拉杆的内端与所述连接件之间均以螺纹方式进行连接，两个所述预应力拉杆的内端均为螺纹连接端，所述连接件的左右两侧分别开有一个供所述螺纹连接端安装的内螺纹口。

上述一种既有黄土窑洞的加固方法，其特征是：所述连接件为花篮螺丝，两个所述内螺纹口分别为花篮螺丝的花篮螺丝腔体两端开设的螺口。

上述一种既有黄土窑洞的加固方法，其特征是：所述横向连接机构中的两个所述预应力拉杆呈对称布设，且所述连接件上的两个所述内螺纹口呈对称布设；两道所述加固梁和多个所述横向连接机构均布设在同一水平面上。

上述一种既有黄土窑洞的加固方法，其特征是：所述预应力拉杆为钢筋或圆柱形金属杆。

上述一种既有黄土窑洞的加固方法，其特征是：所述加固梁为槽钢。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、方法步骤简单、设计合理且实现方便，投入施工成本低，所采用的施工设备少。

2、施工简便且施工周期短、施工效率高，主要包括窑洞拱圈合理拱轴线确定、测量放线、窑洞拱圈土体切削和加固装置安装四个步骤，经窑洞拱圈土体切削，将待加固黄土窑洞的拱圈拱形变成合理拱轴线的形状，即可达到加固拱圈顶部(即拱顶)塌落的黄土窑洞的目的，加固后的窑洞稳定性好且成本低。

3、所采用的加固装置结构简单且设计合理，投入成本较低。

4、所采用的加固装置安装方便，安装周期短且安装效率高，省工省时。

5、所采用的横向连接机构结构简单、设计合理且加工制作及安装布设方便、使用效果好，通过连接件对两个预应力拉杆内端之间的间距进行调节，对两个预应力拉杆的预应力进行相应调节，并相应对两个预应力拉杆施加在两道加固梁的作用力大小进行调节，从而达到平衡拱圈的两个拱脚处产生不同大小水平推力的目的，达到防止窑洞侧墙发生倾斜的作用。

6、所采用的加固装置加固效果好且经济实用，推广应用前景广泛，尤其适用于拱圈的拱曲线曲率较小的黄土窑洞加固。通过两道分别布设在窑洞拱圈两个拱脚处的加固梁以及多个连接于两道加固梁之间且能对施加在两道加固梁的作用力大小进行调节的横向连接机构，对黄土窑洞进行有效加固，能有效防止窑洞侧墙发生倾斜，能保证窑洞的结构稳定性，防止发生倒塌。实际使用时，因而，该加固装置通过拧紧连接件施加预应力来担负拱脚两端产生的水平推力，简便、快速对黄土窑洞进行有效加固。

7、推广应用前景广泛，能对既有黄土窑洞进行简便、快速加固，并且投入成本低，经济实用。

综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便、快速对黄土窑洞进行有效加固。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的方法流程框图。

图2为采用本发明加固后的窑洞结构示意图。

图3为本发明加固装置中加固梁的布设位置示意图。

附图标记说明:

1—加固梁； 2—切削后窑洞； 2-1—侧墙；

3—预应力拉杆； 4—第一紧固螺栓； 5—花篮螺丝腔体；

6—第二紧固螺栓。

具体实施方式

如图1所示的一种既有黄土窑洞的加固方法，包括以下步骤：

步骤一、窑洞拱圈合理拱轴线确定：结合待加固黄土窑洞的结构参数，且根据公式对所述待加固黄土窑洞中拱圈的合理拱轴线进行确定；所述待加固黄土窑洞为已投入使用的拱形窑洞；

所述待加固黄土窑洞的结构参数包括待加固黄土窑洞中拱圈的矢高f和跨度l；

公式(1)中，函数y＝f(x)为合理拱轴线方程；γ为所述待加固黄土窑洞中拱圈上覆黄土的平均容重；其中h为所述待加固黄土窑洞中左右两个侧墙2-1的高度；

步骤二、测量放线：根据步骤一中所确定的合理拱轴线方程y＝f(x)，在所述待加固黄土窑洞的窑洞口外侧进行测量放线，测出所述拱圈的合理拱轴线，并对测出的合理拱轴线进行标记；

步骤三、窑洞拱圈土体切削：根据步骤二中测出的合理拱轴线，采用切削设备对所述待加固黄土窑洞中拱圈上部的土体进行切削，获得切削后窑洞2；所述切削后窑洞2中拱圈的拱轴线为步骤一中所确定的合理拱轴线。

其中，既有窑洞指的是已投入使用的窑洞。公式(1)中，ch( )表示双曲余弦函数，也记作cosh( )。

本实施例中，结合图2，所述待加固黄土窑洞中拱圈的拱轴线为曲线L1，所述合理拱轴线为曲线L2。其中，合理拱轴线是指能使拱体所有截面上的剪力和弯矩均为0的拱轴线。

根据拱结构的受力理论，窑洞上部拱圈受力机制为剪力、轴力和弯矩，当拱圈的拱轴线为一特定曲线时，拱圈所受剪力和弯矩理论值为零，仅承受轴力，此时为拱圈的最佳受力机制，拱结构最安全。因此，基于此原理，对于既有黄土窑洞来说，当由于拱圈的拱轴线不合理导致拱顶上部土体出现拉应力时，采用改变黄土窑洞拱圈的拱轴线形状，通过削土的方式，使得既有黄土窑洞拱圈的拱轴线达到一种最佳的合理拱轴线，使得拱圈土体仅仅承受轴向压力，从而保证窑洞拱圈土体的稳定性，并且施工成本很低。

本实施例中，步骤二中进行测量放线时，先以所述待加固黄土窑洞的窑洞口底部中点为坐标原点，以所述窑洞口底部所处直线作为Y轴且以所述窑洞口的竖向中心线为X轴建立平面直角坐标系；之后，利用所建立的平面直角坐标系，且根据步骤一中所确定的合理拱轴线方程y＝f(x)，测出所述拱圈的合理拱轴线。

实际操作时，先采用数据处理设备调用AutoCAD软件，绘制出所述待加固黄土窑洞的窑洞口底部所处直线和两个所述侧墙2-1的边缘线，再以所述待加固黄土窑洞的窑洞口底部中点为坐标原点，以所述窑洞口底部所处直线作为Y轴且以所述窑洞口的竖向中心线为X轴建立平面直角坐标系；之后，利用所建立的平面直角坐标系，且调用AutoCAD软件绘制出y＝f(x)对应的双曲线，再将绘制出的双曲线位于下方的一条曲线向上平移，直至该曲线与绘制出的两个所述侧墙2-1的边缘线上端相交，并且该曲线中位于两个所述侧墙2-1的边缘线上端之间的曲线段为所述拱圈的合理拱轴线。然后，根据调用AutoCAD软件绘制出的所述拱圈的合理拱轴线，在所述待加固黄土窑洞的窑洞口外侧进行测量放线，测出所述拱圈的合理拱轴线并进行标记。

并且，步骤二中对测出的合理拱轴线进行标记时，采用墨斗在待加固黄土窑洞2的窑脸上弹出所述合理拱轴线。

本实施例中，步骤三中所述切削设备为土体切割刀具。

本实施例中，步骤三中完成窑洞拱圈土体切削后，还需采用加固装置对切削后窑洞2进行加固。

如图2、图3所示，所述加固装置包括左右两道加固梁1和多个连接于两道所述加固梁1之间的横向连接机构，两道所述加固梁1呈平行布设且二者均沿切削后窑洞2的纵向长度方向进行布设，两道所述加固梁1分别布设在切削后窑洞2中拱圈与左右两个侧墙2-1之间的连接处；多个所述横向连接机构的结构均相同且其沿切削后窑洞2的纵向长度方向由前至后进行布设，两道所述加固梁1和多个所述横向连接机构均布设在同一平面上，多个所述横向连接机构均与加固梁1呈垂直布设；所述横向连接机构包括左右两个布设在同一直线上的预应力拉杆3，两个所述预应力拉杆3的外端分别固定在两道所述加固梁1上，两个所述预应力拉杆3的内端之间通过连接件进行连接。

因而，步骤三中完成窑洞拱圈土体切削后，还需对所述加固装置进行安装。

实际施工时，两道所述加固梁1分别布设在切削后窑洞2中拱圈的两个拱脚处。

本实施例中，所述预应力拉杆3的外端通过第一紧固螺栓4固定在加固梁1上。

实际施工时，两个所述预应力拉杆3的内端与所述连接件之间均以螺纹方式进行连接，两个所述预应力拉杆3的内端均为螺纹连接端，所述连接件的左右两侧分别开有一个供所述螺纹连接端安装的内螺纹口。

本实施例中，所述连接件为花篮螺丝，两个所述内螺纹口分别为花篮螺丝的花篮螺丝腔体5两端开设的螺口。

实际使用时，通过所述连接件对两个所述预应力拉杆3内端之间的间距进行调节，对两个所述预应力拉杆3的预应力进行相应调节，并相应对两个所述预应力拉杆3施加在两道所述加固梁1的作用力大小进行调节，达到平衡切削后窑洞2中拱圈的两个拱脚处产生不同大小水平推力的目的，实际操作非常简便且使用效果好。

本实施例中，两道所述加固梁1和多个所述横向连接机构均布设在同一水平面上。

并且，所述横向连接机构中的两个所述预应力拉杆3呈对称布设，且所述连接件上的两个所述内螺纹口呈对称布设。

本实施例中，所述预应力拉杆3为钢筋或圆柱形金属杆。

实际使用时，所述加固梁1为型钢。

本实施例中，所述加固梁1为槽钢。实际使用过程中，所述加固梁1也可以采用其它类型的型钢杆件，如角钢等。

本实施例中，所述加固梁1通过多个第二紧固螺栓6固定在切削后窑洞2中拱圈与侧墙2-1之间的连接处。

并且，一道所述加固梁1通过两个所述第二紧固螺栓6进行固定，两个所述第二紧固螺栓6分别布设在加固梁1的两端。

实际加工时，所述加固梁1上开有供第一紧固螺栓4和第二紧固螺栓6安装的螺栓安装孔。

本实施例中，相邻两个所述横向连接机构之间的间距为1m～3m。

实际施工时，可根据具体需要，对所述横向连接机构的数量以及相邻两个所述横向连接机构之间的间距进行相应调整。

实际施工时，先在切削后窑洞2中拱圈与左右两个侧墙2-1之间的连接处分别固定一道所述加固梁1，再在已固定好的两道所述加固梁1之间安装多个所述横向连接机构。实际使用时，通过多个所述横向连接机构施加作用力来承担拱脚两端产生的水平推力，从而能有效避免待加固黄土窑洞2发生倾斜甚至失稳倒塌的问题，施工简便，且造价低。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种既有黄土窑洞的加固方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、窑洞拱圈合理拱轴线确定：结合待加固黄土窑洞的结构参数，且根据公式对所述待加固黄土窑洞中拱圈的合理拱轴线进行确定；所述待加固黄土窑洞为已投入使用的拱形窑洞；

所述待加固黄土窑洞的结构参数包括待加固黄土窑洞中拱圈的矢高f和跨度l；

公式(1)中，函数y＝f(x)为合理拱轴线方程；γ为所述待加固黄土窑洞中拱圈上覆黄土的平均容重；其中h为所述待加固黄土窑洞中左右两个侧墙(2-1)的高度；

步骤二、测量放线：根据步骤一中所确定的合理拱轴线方程y＝f(x)，在所述待加固黄土窑洞的窑洞口外侧进行测量放线，测出所述拱圈的合理拱轴线，并对测出的合理拱轴线进行标记；

步骤三、窑洞拱圈土体切削：根据步骤二中测出的合理拱轴线，采用切削设备对所述待加固黄土窑洞中拱圈上部的土体进行切削，获得切削后窑洞(2)；所述切削后窑洞(2)中拱圈的拱轴线为步骤一中所确定的合理拱轴线；

步骤二中进行测量放线时，先以所述待加固黄土窑洞的窑洞口底部中点为坐标原点，以所述窑洞口底部所处直线作为Y轴且以所述窑洞口的竖向中心线为X轴建立平面直角坐标系；之后，利用所建立的平面直角坐标系，且根据步骤一中所确定的合理拱轴线方程y＝f(x)，测出所述拱圈的合理拱轴线。

2.按照权利要求1所述的一种既有黄土窑洞的加固方法，其特征在于：步骤二中对测出的合理拱轴线进行标记时，采用墨斗在待加固黄土窑洞(2)的窑脸上弹出所述合理拱轴线。

3.按照权利要求1或2所述的一种既有黄土窑洞的加固方法，其特征在于：步骤三中完成窑洞拱圈土体切削后，还需采用加固装置对切削后窑洞(2)进行加固；

所述加固装置包括左右两道加固梁(1)和多个连接于两道所述加固梁(1)之间的横向连接机构，两道所述加固梁(1)呈平行布设且二者均沿切削后窑洞(2)的纵向长度方向进行布设，两道所述加固梁(1)分别布设在切削后窑洞(2)中拱圈与左右两个侧墙(2-1)之间的连接处；多个所述横向连接机构的结构均相同且其沿切削后窑洞(2)的纵向长度方向由前至后进行布设，两道所述加固梁(1)和多个所述横向连接机构均布设在同一平面上，多个所述横向连接机构均与加固梁(1)呈垂直布设；所述横向连接机构包括左右两个布设在同一直线上的预应力拉杆(3)，两个所述预应力拉杆(3)的外端分别固定在两道所述加固梁(1)上，两个所述预应力拉杆(3)的内端之间通过连接件进行连接。

4.按照权利要求3所述的一种既有黄土窑洞的加固方法，其特征在于：所述预应力拉杆(3)的外端通过第一紧固螺栓(4)固定在加固梁(1)；所述加固梁(1)通过多个第二紧固螺栓(6)固定在所述拱圈与侧墙(2-1)之间的连接处。

5.按照权利要求3所述的一种既有黄土窑洞的加固方法，其特征在于：两个所述预应力拉杆(3)的内端与所述连接件之间均以螺纹方式进行连接，两个所述预应力拉杆(3)的内端均为螺纹连接端，所述连接件的左右两侧分别开有一个供所述螺纹连接端安装的内螺纹口。

6.按照权利要求5所述的一种既有黄土窑洞的加固方法，其特征在于：所述连接件为花篮螺丝，两个所述内螺纹口分别为花篮螺丝的花篮螺丝腔体(5)两端开设的螺口。

7.按照权利要求5所述的一种既有黄土窑洞的加固方法，其特征在于：所述横向连接机构中的两个所述预应力拉杆(3)呈对称布设，且所述连接件上的两个所述内螺纹口呈对称布设；两道所述加固梁(1)和多个所述横向连接机构均布设在同一水平面上。

8.按照权利要求3所述的一种既有黄土窑洞的加固方法，其特征在于：所述预应力拉杆(3)为钢筋或圆柱形金属杆。

9.按照权利要求3所述的一种既有黄土窑洞的加固方法，其特征在于：所述加固梁(1)为槽钢。