CN105239701B - 一种夯土墙体施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种夯土墙体施工工艺，从与接触地面的底层夯筑层开始，逐层夯筑至夯土墙设计高度；在每一所述夯筑层中包括模板架设、墙体夯筑和模板拆卸；对每个夯筑层的夯筑：倒：倾倒夯筑土料时将其甩向模板的内壁，使其中的石子向模板中部反弹；平：将新加入的夯筑土料表面抹平；量：每个子层虚铺的夯筑土料厚度100～200mm；夯筑完成后的土层为虚铺厚度的2/3；通过参考模板内侧的刻度线控制土料厚度和水平度；踏：夯筑前，人工将虚土踩踏平实，以避免夯筑过程中的虚土上翻；夯：连续且均匀地对新添土料进行夯击。本发明适用于我国村镇地区传统夯土危旧房改造和更新、传统村落及民居保护修缮、夯土民用建筑工程的夯筑施工。

Description

一种夯土墙体施工工艺

技术领域

本发明属于建筑技术领域，具体涉及一种夯土墙体施工工艺。

背景技术

夯土是我国农村应用历史最为悠久和广泛的传统房屋建造技术，主要用于房屋承重墙体和围墙的建造，具有可就地取材、施工简易、造价低廉、低能耗低污染等优点。根据住房和城乡建设部2010-2011年的调查统计，目前中国尚有至少5000万人口居住在多种形式的传统夯土民居中。然而，传统夯土在力学和耐久性能方面的固有缺陷，使得传统夯土民居难以满足农民居民改善居住质量和房屋安全性的迫切需求。

随着近年国家对传统建筑文化的传承和建筑节能的关注和投入不断加大，传统建筑修缮和传统建造技术的更新应用，已成为当前亟须研究的课题。尤其自2011年，住房和城乡建设部、文化部、国家文物局、财政部等多个部门先后启动了与传统村落和传统民居保护与更新相关的一系列政策和工作计划。其中，由于传统夯土建筑所蕴含的大量生态潜力和广泛的传统应用基础，传统夯土建造技术的改良和现代化应用，已被住房和城乡建设部列为当前我国农村建设工作的重点研究和示范推广任务。于2014年初启动的国家十二五农村领域科技支撑计划，也将夯土建造技术列为重点科技攻关内容。

自1970年代第一次全球能源危机开始，以法国为代表的欧美发达国家针对传统夯土材料的改良和现代化应用，进行了系统深入的基础研究。尤其在夯土材料改良的科学机理方面，取得了突破性成果，其可概括为：根据原土土质构成的不同，通过配比测算添加相应比例细砂和石子，使混合物形成与混凝土相近的骨料构成，利用机械将混合料强力夯击成形，干燥后形成的夯筑体平均抗压强度可达到1.5MPha，与粘土砖墙的强度相当，并且其防水、防蛀、防潮等耐久性能也得到极大的提升。基于这一材料优化原理，过去30年间欧美发达国家进行了大量拓展研究，已形成了适用于绝大多数土质类型，具有广泛应用价值的一系列现代夯土建造技术，并通过世界范围内的大量工程实践的验证，至今已走向成熟。然而，这些成果和经验，多基于当地相对发达的现代工业体系、特定的经济和资源条件。具体而言，其在土质构成、资源条件、经济发展现状、施工技术水平、工业加工体系、房屋建设面临的问题和实际需求等方面，与我国尤其是广大贫困农村地区的发展现状存在着巨大的差异，因此，难以直接引入我国。尤其是以夯土模板为代表的施工机具，更是直接制约夯土材料现代化应用的直接瓶颈。

根据相关研究，国际上机械夯筑多采用铝镁合金与wisa板制作而成的模板，强度及灵活性较高，但造价也十分高昂，在我国即便是在城市中造价较高的混凝土建筑中也很少采用，更不用说引入我国农村地区。

目前国内也就较多的夯土材料及夯筑施工技术的研究。夯土材料局限于利用水泥、固化剂等工业原料对夯土进行改性优化，尽管夯土材料的力学和耐久性能得以大幅度提升，但其可降解性较差，失去生土自身特有的生态优势。而施工工艺方面，多沿用以人力为主的传统施工模式，且使用传统的夯筑模板进行施工。传统夯筑模板主要有两类。第一类是采用3块木板制作而成，两侧模板长1.5米左右，端部挡板的宽度同墙厚，侧模之间采用可拆卸的木棍夹住，侧模与端部挡板之间通过榫卯连接并卡紧，模板高度一般为30～33厘米，使用这种模板夯筑的墙体通常叫做“板筑墙”；第二类是采用表面光滑顺直的圆木代替两侧木模板，一般每侧有3～5根圆木，当一层夯筑完成后，将最下层的圆木翻上来固定好，用同样的方法继续夯筑，依次一根一根上翻，循序进行，使用这种模板夯筑的墙体叫做“椽打墙”。然而，第一类模板系统虽然操作简单，但是受本身结构形式所限，模板尺寸无法做大，导致每版完成墙体高度、长度尺寸均较小，影响了墙体的整体性，且由于采用纯木制作，木板易变形易损坏。第二类模板由于采用圆木，因此夯筑的墙体表面凹凸不一，极不平整。由于其自身形式问题，不得不采用收分的办法以保证墙体的稳定性，即墙体断面自下往上尺寸逐渐减小。同时由于没有固定的端头模，导致夯筑时墙体尺寸误差较大。而且这两类模板还存在一个共同缺点，即只能夯筑一字型墙体，无法解决相邻墙体的一次性夯筑，使得相邻墙体间会产生明显的竖缝，对房屋的整体性造成很大影响(如图1、2所示)。另外，气动夯锤的引入，对夯筑模板的抗冲击能力要求较高，传统的竹、木模板，甚至用混凝土浇筑的钢模板也无法很好满足要求。

综上，传统夯筑施工技术由于材料、夯筑模板以及施工工艺的制约，使得施工效率低，施工质量和精细度相对较差。因此，需要解决目前夯土墙体施工工艺的几个技术关键：①根据我国土质粒径构成的特点确定混合土料中土、砂、石三者的合理级配范围；②混合土料所需的理想含水率；③能带来高夯击强度、易操作的机械化夯击工具；④能抵御高强度夯击、满足多种形式墙体夯筑要求的模板系统；⑤高效且易执行的夯筑施工流程。

发明目的

本发明要解决的技术问题是：传统夯筑工艺灵活性及施工效率低下，完成的墙体精度差、整体性及耐久性能欠佳，表观质量粗糙。

为了解决上述问题，本发明提供一种夯土墙体施工工艺，包括如下步骤：

步骤一、材料准备；

步骤二、工具准备；

步骤三、夯筑流程；所述夯筑流程包括：

从与接触地面的底层夯筑层开始，逐层夯筑至夯土墙设计高度；在每一所述夯筑层中包括模板架设、墙体夯筑和模板拆卸；

(一)模板架设；

(二)对每个夯筑层的夯筑，每个夯筑层包括多个子层，每个子层的夯筑流程如下：

倒：倾倒夯筑土料时将其甩向模板的内壁，使其中的石子向模板中部反弹；

平：将新加入的夯筑土料表面抹平；

量：每个子层虚铺的夯筑土料厚度为100～200mm；夯筑完成后的土层厚度为虚铺厚度的2/3；通过参考模板内侧的刻度线控制土料厚度和水平度；

踏：夯筑前，人工将虚土踩踏平实，以避免夯筑过程中的虚土上翻；

夯：连续且均匀地对新添土料进行夯击。

(三)模板拆卸。

进一步的，所述(二)对每个夯筑层的夯筑中，对于新添土料的夯击包括：

第一遍夯击：保持夯锤竖直并利用其自身冲跳力，沿之字形路线匀速夯击中，将虚土初步夯实；

第二遍夯击：沿回字形线路由模板边缘向中部夯击；

第三遍夯击：沿模板围成区间的边缘、构造柱边缘以及对拉镙杆两侧用力下压匀速夯击，夯击过程中确保夯土层边缘的水平。

进一步的，所述(三)模板拆卸包括：

第一步：利用羊角锤、螺杆等工具拆除所有对拉螺母；

第二步：1～2人快速将对拉镙杆旋转出来，这个过程中，2～4人分站在模板两侧将模板顶在墙面，防止墙面松动。

第三步：对拉镙杆全部拆除后，将各板紧贴墙面并顺墙面滑动至少10cm，然后抽离，以避免墙体表面因水分过多而被板局部粘接脱落。

进一步的，上、下相邻的夯筑层的模板采用类似砌体结构的错缝搭接，使得同一夯筑层的各夯筑段之间接缝位置与其上、下层夯筑段的接缝均错开至少400mm的距离，以避免竖向通缝产生。

进一步的，所述步骤一的材料准备包括准备夯筑土料：所述夯筑土料由以下质量百分比的黏粒、粉粒、细砂、石子混合而成：5～15％:3～17％：40～60％：15～45％，上述四种组分的质量之和为100％；其中，石子最大粒径小于30mm，10mm～20mm粒径的石子应不少于70％；细砂含泥量不大于5％；夯筑土料中水分质量比为15-25％。

进一步的，所述步骤二的工具准备包括：准备施工过程中采用气动夯锤，所述气动夯锤包括夯头为方形和半球形两种。

进一步的，所述(一)模板架设中采用的组合式夯筑模板系统，包括两块Ai板、一块Ao板、两块Bi板、一块Bo板、三块DC端头板、三块DD端头板和多个对拉螺杆；其中，Ai板、Ao板、Bi板、Bo板、DC端头板和DD端头板均为由钢架和挡板固定在一起的板状体；挡板处于竖直状态时的上、下两边沿上均开有多个用以穿过对拉螺杆的螺杆孔，且位于上方和位于下方的螺杆孔位于同一竖直线上；钢架上开有螺杆孔且与挡板的螺杆孔一一对应；Ai板、Ao板、Bi板、Bo板和DC端头板的高度均相等且大于DD端头板的高度；Ao板与Ai板的长度差，以及Bo板与Bi板的长度差均等于墙体厚度与挡板的厚度之和；DC端头板和DD端头板的长度相等，且均等于夯筑墙的厚度；Ai板、Ao板、Bi板、Bo板、DC端头板和DD端头板中的一部分拼装形成一字型模板、L型模板或T型模板，其中，Ai板、Ao板、Bi板、Bo板均属于侧板，DC端头板和DD端头板均属于端头板；端头板通过上、下两个对拉螺杆固定在两个平行的侧板之间或者两者的末端之间；两块相对平行设置的侧板之间设置有多个对拉螺杆，且两块相对设置的侧板之间的距离等于墙体厚度。

进一步的，所述一字型模板由两块Ai板、一块Ao板、两块Bi板、一块Bo板、两块DC端头板、两块DD端头板和多个对啦螺杆中的一部分拼装而成；根据所要求的墙体的长度不同，有如下三种组合方式：

1)一字型模板包括两块Ai板、两块DC端头板、两块DD端头板和多个对拉螺杆；两块Ai板平行设置，DC端头板或者DD端头板通过对拉螺杆安装在两块Ai板之间或者两端；上述所有部件围成一字型闭合区间；两块Ai板之间设有多个对拉螺杆；

2)一字型模板与1)中所述一字型模板的结构相同，区别仅在于由两块Bi板代替两块Ai板作为侧模；

3)一字型模板包括Ai板、Ao板、Bi板、Bo板、DC端头板、DD端头板和多个对拉螺杆；其中，Ai板和Bo板连接为第一整体板，Ao板和Bi板连接为第二整体板，第一整体板和第二整体板平行设置形成一通道，DC端头板或者DD端头板通过对拉螺杆安装在上述通道之间或者两端；第一整体板、第二整体板和两个DC端头板或者两个DD端头板围成闭合的一字型区间。

进一步的，所述L型模板包括Ai板、Ao板、Bi板、Bo板、两块DC端头板和两块DD端头板、两个斜撑和多个对拉螺杆、顶杆；其中，Ai板和Ao板相互平行且一端平齐设置形成第一通道，Bi板和Bo板相互平行且一端平齐设置形成第二通道，第一通道和第二通道的非平齐的一端相接形成两端开口的L型通道；一块DC端头板或DD端头板设置在第一通道的平齐端或者第一通道内；另一块DC端头板或DD端头板设置在第二通道的平齐端或者第二通道内；Ai板、Ao板、Bi板、Bo板和两块DC端头板或者和两块DD端头板形成闭合的L型闭合区间；Ai板、Ao板之间以及Bi板、Bo板之间均安装有多个对拉螺杆。

进一步的，所述T型模板包括两块Ai板、一块Ao板、两块Bi板、一块Bo板、三块端头板、四个斜撑和多个穿墙螺杆；其中，Ao板和Bo板连接为一整体板；两块Ai板镜像架设在整体板的对面且平行于整体板；两块Ai板的一端分别与整体板的两端平齐；Ai板与Ao板以及Bo板通过多个对拉螺杆相连；在两块Ai板的另一端分别安装一块Bi板，两块Bi板相互平行且垂直于Ai板；两块Bi板通过多个对拉螺杆相连；一块DC端头板或者DD端头板通过安装在Ao板与其对应的Ai板的端部或者它们之间；第二块DC端头板或者DD端头板安装在Bo板与其对应的Ai板的端部或者它们之间；第三块DC端头板或者DD端头板安装在两个Bi板的端部或者它们之间；Ai板、Ao板、Bi板、Bo板和端头板之间形成闭合的T型区间。

本发明相对传统夯土建造体系，一是基于现代夯土材料优化原理，科学选择、配置夯土原料，以提高其可夯实性能；二是以气动或电动夯锤代替传统手工夯锤，以获得充分的夯击能量；三是使用坚固且安装、拆卸便利的夯筑模板系统，以适应多种设计建造需求；四是施工流程人员分工清晰，形成高效且施工质量稳定的施工组织模式。该建造技术体系对于村镇地区房屋统一建设与村民自建的施工组织模式，均具有十分优良的适用性。本发明适用于我国村镇地区传统夯土危旧房改造和更新、传统村落及民居保护修缮、现代夯土民用建筑等工程的夯筑施工作业。本发明具体有以下效果：

1)安全耐久：根据团队实验测算，采用该技术完成墙体抗压强度为1.3-1.5Mpa，远优于传统夯土墙体(0.3-0.5Mpa)，与常规烧结砖砌筑墙体(1.5-2.0Mpa)基本持平。同时，由于其较大的密实度(2吨/立方米)，以及砾石骨料的加入，使得墙体表面的防水、防蛀性能得到大幅度的提升。

2)节能环保：土墙夯筑全部采用土砂石等自然材料，未经任何化学改性，具有可再生和可降解性，房屋拆除后生土材料可反复利用，甚至可作为肥料回归农田；加工过程低能耗、无污染。

3)就地取材：房屋墙体施工所需土料实现就地取材(甚至免费)，砂、石就地或就近取材。与常规砖混结构房屋施工相比，极大地降低了建筑材料成本和由材料加工-运输-施工所导致的能耗和污染。

4)操作简易：新型夯筑技术操作简单易学，尤其农村房屋自建户，仅需雇佣1-2名技术工(门窗、屋架制作)，便可在邻里亲朋互助下完成房屋施工，极大降低人力成本。

5)经济适用：可就地或就近取材，以及操作简易带来的技术工人的减少，使得房屋的造价大大降低。以夯土农房为例，根据目前在全国五个地区已完成的50余栋示范房测算，现代夯土农房造价平均仅为当地常规砖混农房的2/3。

附图说明

图1是传统夯筑工艺得到的板筑墙。

图2是传统夯筑工艺得到的椽打墙。

图3是侧板的结构示意图。

图4是侧板的组成部分示意图。

图5是端头板的结构示意图。

图6是端头板的组成部分示意图。

图7是一字型模板的结构示意图。

图8是L型模板的结构示意图。

图9是L型模板拼装方法示意图。

图10是T型模板的结构示意图。

图11是T型模板拼装方法示意图。

图12是实施例中的AO模板立面图。

图13是实施例中的BO模板立面图。

图14是实施例中的Ai模板立面图。

图15是实施例中的Bi模板立面图。

图16是实施例中DC端头模板立面图。

图17是实施例中DD端头模板立面图。

图18是底层夯筑剖面图。

图19是非底层夯筑剖面图。

图20是启动夯锤示意图。左边的为方形夯锤，右边的为半球形夯锤。

图21是夯筑墙施工工艺的试验照片。

图22是马岔村现代夯土绿色民居实验项目。

图23是试验夯土农宅与常规农宅冬季温度对比图。

图24是试验夯土农宅与砖混结构农宅碳排放对比图。

图25是试验夯土农宅与砖混结构农宅蕴藏能耗对比图。

以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步解释说明。

具体实施方式

本发明的夯土墙的施工工艺的研究内容包括夯筑原料的准备、夯筑模板系统的设计以及夯筑工艺的确定。

一、夯土料准备

1、原状土选择：现代夯土材料优化原理原则上适用于绝大多数土质类型。根据团队在我国大量具有夯土建造传统的地区进行的土样分析和试验发现，该优化原理同样适用于我国，仅需在原状土选择上满足两个要求：a.尽可能利用建筑基槽挖掘或周边沟坎修整产生的原状土，腐殖土、植物茎叶、淤泥等有机质含量不能大于5％；b.与其他骨料混合前的含水率应低于15％。

2、土质分析与级配设计：就粒径构成而言，通常原状土包含黏粒、粉粒、细砂、石子四种构成，各地区原状土中各构成比例存在一定差异。需要通过粒径构成分析确定其构成，并依据现代夯土材料优化原理，通过在其中加入砂、石使其构成达到以下级配范围：黏粒、粉粒、细砂、石子的质量百分比：5～15％:3～17％：40～60％：15～45％(10±5％:10±7％:50±10％:30±15％)，上述四种组分的质量之和为100％。其中，石子最大粒径小于30mm，10mm～20mm粒径的石子应不少于70％(质量比)；细砂含泥量不大于5％。

3、将符合上述质量百分比的混合土料加入搅拌机，在搅拌过程中匀速加水，得到夯筑土料。申请人通过大量试验发现，含水率过高会导致墙体干缩产生大量裂缝，含水率过低会导致墙体夯筑不实降低其力学性能。本发明通过试验确定夯筑土料含水率为8～12％(含水率为水的质量占夯筑土料的质量百分比)。

夯土材料性能提升机理：就粒径构成而言，通常随处可得的原状土包含黏粒、粉粒、细砂、石子四种基本构成。尽管各地区土质粒径构成不尽相同，但各地传统夯筑工艺往往选用本地黏粒含量较高的原状土，水分控制在15-25％之间便直接用于夯筑。由于土质中起吸水作用的黏粒含量较高、缺乏起力学固化作用的骨料，加之采用手工夯击，传统夯土墙的耐久性能(耐水、耐候、耐蚀等)和力学性能普遍较差。根据现代夯土材料优化理论，依据原状土土质构成的不同，添加一定比例细砂和石子，使混合物形成与混凝土相近的骨料构成(即：以原土中的黏粒取代水泥成分，形成黏粒、细砂、石子的骨料配比构成)，通过控制水分和高强度的夯击，可使其产生一系列的水合作用，干燥后形成的夯筑材料的耐久性能和力学性能均可得到极大地提升。

二、夯筑工具

1、气动夯锤：为实现高夯击强度，经过市场遴选与试验，选用工矿施工常用的D9型气动捣固机作为机械夯锤基础设备。但其捣固头夯击面过小(仅有50-60mm)，夯击作业效率较低，因此捣固头进行改造，即在捣固头端部焊接金属件：一种为10cm*10cm*40mm的方形钢板，该形式适用于大面夯筑和边角夯筑；另一种为130mm直径的半球形铸件，夯击后的夯土表面成波浪形态，尤其适用于对各夯土层之间咬接抗剪性能高的高地震设防地区。通常，传统的手工夯锤提供的夯击强度仅为0.2Mpa左右；上述改造后的气动夯锤的优点：夯击强度可达到手工夯锤的3～4倍；夯击频率达50～60次/分钟，单位时间内对夯土作业面的夯击能量为手工夯锤的150倍以上；仅需手持操作，高效省力。

2、空压机：与气动夯锤相连，提供夯筑动力。经前期大量市场调研及应用试验，以同时带动两个气动夯锤为例，理想空压机排气压力不小于0.6MPa，排气量不应小于0.8m³/min，即：平均每个D9型改造的气动夯锤需至少需要具有0.3MPa排气压力、0.4m³/min排气量的空压机提供动力。

3、其他工具：除上述夯筑专用改造设备，还有部分常规施工机具，包含搅拌机、推车、脚手架等。其搅拌机用于将土砂石等原材料混合搅拌均匀，平口搅拌机或滚筒搅拌机均可。水桶由常规水桶改造而来，控制混合土料含水率，推车则用于运送混合料及原材料，脚手架用于高位夯筑。

三、模板系统

气夯锤的引入，对夯筑模板的抗冲击能力要求高，传统的竹、木模板，甚至用于混凝土浇筑的钢模板也无法满足此要求。为了满足气动夯锤的高冲击力，针对现有夯筑工艺及传统模板存在的夯筑墙体竖向裂缝导致整体性差、稳定性差的缺陷，本发明的夯土墙体的施工工艺中引入了一套组合式模板系统。

组合式夯筑模板系统包括两块Ai板1、一块Ao板2、两块Bi板3、一块Bo板4、三块DC端头板5、三块DD端头板6和多个对拉螺杆7。其中，如图3～6所示，Ai板1、Ao板2、Bi板3、Bo板4、DC端头板5和DD端头板6均为由钢架和挡板固定在一起的板状体；挡板处于竖直状态时的上、下两边沿上均开有多个用以穿过对拉螺杆7的螺杆孔8，且位于上方和位于下方的螺杆孔8位于同一竖直线上；钢架上开有螺杆孔8且与挡板的螺杆孔8一一对应；Ai板1、Ao板2、Bi板3、Bo板4和DC端头板5的高度均相等且大于DD端头板6的高度；Ao板2与Ai板1的长度差，以及Bo板4与Bi板3的长度差均等于墙体厚度与挡板的厚度之和；DC端头板5和DD端头板6的长度相等，且均等于墙的厚度；Ai板1、Ao板2、Bi板3、Bo板4、DC端头板5和DD端头板6中的一部分拼装形成一字型模板、L型模板或T型模板，其中，Ai板1、Ao板2、Bi板3、Bo板4均属于侧板，DC端头板5和DD端头6板均属于端头板；端头板通过上、下两个对拉螺杆7固定在两个平行的侧板之间或者两者的末端之间；两块相对平行设置的侧板之间设置有多个对拉螺杆7，且两块相对设置的侧板之间的距离等于墙体厚度。

上述方案中，Ai板1、Ao板2、Bi板3、Bo板4、DC端头板5和DD端头板6均为钢架和挡板固定在一起的板状体；其中的钢架作为力学骨架，挡板作为夯筑面板。采用钢框架能够使模板保持良好刚度，有效抵御夯筑冲击力。同时，使用与其固定在一起的板体配合能够实现高精度施工。

另外，方案中，挡板处于竖直状态时的上、下两边沿上均开有多个用以穿过对拉螺杆7的螺杆孔8，且位于上方和位于下方的螺杆孔8位于同一竖直线上；钢架上与挡板的螺杆孔8的对应位置处也开有螺杆孔8；对拉螺杆7的三个作用：1)用于固定端头板；2)用于使模板搁置在夯筑面之上，对模板起到全部支撑的作用；3)用于对相对设置的两个侧板进行由外向内的拉紧，提高两侧模板之间的连接性能，避免现有技术中存在的由于夯筑导致模板变形的现象，尤其对于冲击力较大的气动夯筑能够有效抵抗其冲击力，保证墙体的夯筑精度。同时拆卸时可将对拉螺杆轻松的从夯土墙内拧出。

另外，方案中，Ai板1、Ao板2、Bi板3、Bo板4和DC端头板5的高度均相等且大于DD端头板6的高度；Ao板2与Ai板1的长度差，以及Bo板4与Bi板3的长度差均等于墙体厚度与挡板的厚度之和；DC端头板5和DD端头板6的长度相等，且均等于墙的厚度。上述这些尺寸关系的设置，与钢架和挡板固定在一起的板状体共同作用，能够有效控制夯筑的墙体的各尺寸的精度。

其中，DD端头板6和DC端头板5分别用于底层以及其他层的夯筑。底层夯筑时，需要用到高度与侧板相等的DD端头板；而除了底层夯筑，则会将侧板下端一定长度与下方墙体进行90mm的搭接，而端头板则直接放置在已完成夯筑面上，因此会用到比侧模高度低90mm的DC端头板，DC端头板的上端此时与侧板的上端平齐。除此之外，同层夯筑第一版时会用到两块或三块端头板，而第一版夯筑已完成往后续接夯筑则可直接将侧模与已完成墙体搭接到一起，省掉部分端头板。

可选的，设置在Ai板1、Ao板2、Bi板3、Bo板4的板体下边沿上的多个螺杆孔8位于同一条直线，且它们距离板体下边沿的长度相等，以便在夯筑墙体的底层以上的其他层时，能够使得侧板与下方的已夯筑的墙体有一定距离的搭接，使得对拉螺杆7能够直接搁置在已完成的夯筑面上，保证夯筑时模板的稳定性。可选的，该距离为至少90mm。

可选的，对拉螺杆7上的螺帽为圆形螺帽，其直径为至少70mm。这样的形状以及尺寸的组合，使其与侧板的有着适宜的接触面积，能够更有效的防止模板变形，从而更好地控制墙体夯筑精度。

可选的，架体和挡板间通过沉头螺丝固定，使夯筑面板尽量成为一平正面；

可选的，Ai板1、Ao板2、Bi板3和Bo板4之间的连接通过L型销11穿过架体上的销孔12实现。使用L型销11对两块板进行连接，其优点是能够在拆开时使用硬物向上敲击L型销11的水平边，从而避免了其连接的两个部分之间由于连接过紧而不易拆开的问题。

可选的，本发明还包括四个斜撑9，斜撑9用于L型模板或T型模板的转角的内侧，能够有效地对L型模板或T型模板进行直角校正，避免了直角变形影响夯筑精度。

可选的，本发明还包括多个顶杆10，顶杆10的长度等于墙的厚度，用于顶置在两块侧板之间，避免由于对拉螺杆过紧导致的模板向内凹陷，从而保证夯筑墙厚度的精确性；

可选的，架体采用焊接为一体的角钢架，挡板采用竹胶板。采用钢木组合设计，外侧用小截面尺寸型钢加强，提高模板自身强度与刚度。

可选的，Ao板、Ai板、Bi板和Bo板的板体内壁上，每隔一定距离刻有一水平线状凹槽，用以控制每夯筑层的加土量，从而提高夯土质量与精细度。

可选的，两相邻的水平线状凹槽之间的距离为100mm。

可选的，模板设计以200mm为模数(也即是相邻对拉螺杆7之间的距离为200mm)，可通过在端头板内侧设置竹胶板或木龙骨实现墙体长度200mm以下尺寸的调整，通过加工的精确性来达到施工精度。按照该模数合理设计侧板的长度及钻孔位置，增强模板的通用性，达到以尽可能少的侧板型号完成不同开间、进深房屋的目的。

上述模板系统能够通过不同部件的组合，分别拼装成一字型模板、T型模板和L型模板，完成墙体不同部位的夯筑。

1、一字型模板

一字型模板用于直墙夯筑。可根据待夯筑的长度需要，由两块Ai板1、一块Ao板2、两块Bi板3、一块Bo板4、两块DC端头板5、两块DD端头板6和多个穿墙螺杆7中的一部分拼装而成；其中，根据所要求的墙体的长度不同，有如下三种组合方式：

1)包括两块Ai板1、两块DC端头板5、两块DD端头板6和多个对拉螺杆7。两块Ai板1平行设置，端头板5或者DD端头板6通过对拉螺杆7安装在两块Ai板1之间或者两端；上述所有部件围成一字型区间；两块Ai板1之间设置有多个对拉螺杆7。该种形式的模板拼装方式夯筑墙体长度最长为1620mm，模数为200mm。

2)与情况1)相同，区别仅在于由两块Bi板3代替两块Ai板1作为侧模。该种形式的夯筑墙体长度最长为1220mm，模数为200mm。

3)如图7所示，包括Ai板1、Ao板2、Bi板3、Bo板4、DC端头板5、DD端头板6和多个对拉螺杆。其中，Ai板1和Bo板4连接为第一整体板，Ao板2和Bi板3连接为第二整体板，第一整体板和第二整体板平行设置形成一通道，端头板5或者DD端头板6通过对拉螺杆7安装在上述通道之间或者两端；第一整体板、第二整体板和两个DC端头板5或者两个DD端头板6围成闭合的一字型区间。该种组合方式下，夯筑墙体长度最长为3615mm，模数为200mm。

2、L型模板

L型模板用于山墙与前后墙拐角处夯筑，其结构如图8所示，包括Ai板1、Ao板2、Bi板3、Bo板4、两块DC端头板和两块DD端头板6、两个斜撑9和多个穿墙螺杆7；其中，Ai板1和Ao板2相互平行且一端平齐设置形成第一通道，Bi板3和Bo板4相互平行且一端平齐设置形成第二通道，第一通道和第二通道的非平齐的一端相接形成两端开口的L型通道；一块DC端头板5或DD端头板6设置在第一通道的平齐端或者第一通道内；另一块DC端头板5或DD端头板6设置在第二通道的平齐端或者第二通道内；Ai板1、Ao板2、Bi板3、Bo板4和两块DC端头板或者和两块DD端头板6形成闭合的L型闭合区间。Ai板1、Ao板2之间以及Bi板3、Bo板4之间均安装有多个对拉螺杆7。

可选的，位于Ai板1和Bi板3之间的L型闭合空间的阴角上、下两侧各安装有一斜撑9，斜撑9的两端分别连接在Ai板1和Bi板3上；斜撑9能够有效地对L型区间进行直角校正，避免了直角变形影响夯筑精度。

可选的，Ai板1、Ao板2之间以及Bi板3、Bo板4之间均安装有顶杆10。

L型模板的拼装方法如图9所示：a.先架设Ai板1与Ao板2,利用对拉镙杆7进行连接；b.再完成Bi板3与Bo板4的架设,利用对拉镙杆7进行连接；c.将直角相接部位对齐，用L型销子11连接固定；d.在Ai板1与Ao板2之间以及Bi板3与Bo板4之间分别间隔插入穿墙镙杆7，以临时稳固模板；e.将一块DC端头板5或者一块DD端头板6安装在其所在的通道内或者通道端部；f.安装L型区间内、外转角上的L型销子11，以及斜撑9；g.在Ai板1与Ao板2之间以及Bi板3与Bo板4之间分别设置顶杆10，并上紧对拉螺杆7上的螺母；h.用水平尺校核侧板竖直度，以及L型模板的水平度。

3、T型模板：

T型模板用于山墙拐角处的夯筑，其结构如图10所示，包括两块Ai板1、一块Ao板2、两块Bi板3、一块Bo板4、三块端头板、四个斜撑9和多个穿墙螺杆7；其中，Ao板2和Bo板4连接为一整体板；两块Ai板1镜像架设在整体板的对面且平行于整体板；两块Ai板1的一端分别与整体板的两端平齐；Ai板1与Ao板2以及Bo板4通过多个对拉螺杆7相连；在两块Ai板1的另一端分别安装一块Bi板3，两块Bi板3相互平行且垂直于Ai板1；两块Bi板3通过多个对拉螺杆7相连；第一块DC端头板5或者DD端头板6通过安装在Ao板2与其对应的Ai板1的端部或者它们之间；第二块DC端头板5或者DD端头板6安装在Bo板4与其对应的Ai板1的端部或者它们之间；第三块DC端头板5或者DD端头板6安装在两个Bi板3的端部或者它们之间。Ai板1、Ao板2、Bi板3、Bo板4和端头板之间形成闭合的T型区间；Ai板1与Bi板1相接的两个拐角的内侧上、下均安装有一斜撑9。

T型模板的拼装方式如图11所示：a.先架设Ao板2、Bo板4将其连成一直线成为一整体板，同时将两块Ai板1镜像放置架设在与整体板对面且与整体板平行，利用用穿墙镙杆7临时固定Ai板1和Ao板2以及Bo板4；b.将两块Bi板3镜像放置，垂直于整体板；c.将Ai板1与Bi板3对应相接形成直角，直角相接部位对齐，用销子连接固定；d.在两块Bi板3之间间隔插入穿墙镙杆7，以临时稳固；e.架设三侧的端头板形成T型闭合区间；f.安装内、外转角插销，以及用于直角校正的斜撑9；g.用顶杆10顶在T性闭合区间的三个分支的中部，以保证墙体厚度的精确度；h.用水平尺校核模板板身竖直度，以及模板基面的水平度。

四、夯筑工艺

从与接触地面的底层夯筑层开始，逐层夯筑至夯土墙设计高度。每一个夯筑层的夯筑包括：模板架设、墙体夯筑、模板拆卸。

(一)模板架设

底层夯筑层的模板拼接时，将各块板直接置于地面，使用侧模和与之高度相等的DD端头模进行拼接；底层以上的其他夯筑层的模板拼接时，将侧板下端与其下方的夯筑层进行90mm高度的搭接，侧模下部的对拉螺杆直接搁置在夯筑面上，端头模放置在夯筑面上，因此使用比侧模高度少90mm的DC端头模。尽管与下层夯筑层搭接的对拉镙杆尺寸较小，但由于下层的夯筑层密实度高，且模板自重较轻，因此不会造成破坏。

除此之外，同层夯筑第一版时会用到两块或三块端头板，而第一版夯筑完成后，后续夯筑直接将侧模与已完成墙体在水平方向上搭接，省掉部分端头板。

为保持墙的平行竖直，通常将与墙厚等长的顶杆(采用木龙骨)顶在两个平行的侧板之间。但当夯筑到此标高时，应及时取出龙骨。

(二)每个夯筑层的夯筑流程

每个夯筑层中包括多个子层。每个子层的高度为10cm，每个夯筑层最大有效夯成高度为400mm。每个夯筑层中的子层的夯筑流程如下：

倒：因夯土墙表面外露石子极易脱落，因此倾倒夯筑土料时应将其甩向模板的内壁，使其中的石子向模板中部反弹；

平：将新加入的夯筑土料表面抹平，以便评估土料厚度并保证逐层夯筑的水平度；

量：为同时保证逐层夯筑密实度和施工效率，每个子层虚铺的夯筑土料厚度为100-200mm；夯筑完成后的土层厚度为虚铺厚度的2/3，以保证达到所需强度；通过参考模板内侧的刻度线控制土料厚度和水平度。

踏：夯筑前，人工将虚土踩踏平实，以避免夯筑过程中的虚土上翻。

夯：使用气动夯筑工具，连续且均匀地对新添土料进行夯击。

可选的，对每次的新添土料进行三遍夯击：

第一遍夯击：保持夯锤竖直并利用其自身冲跳力，沿之字形路线匀速夯击中，将虚土初步夯实；之字形路线能够避免夯筑用力不均导致虚土泛起。

第二遍夯击：沿回字形线路由模板边缘向中部夯击；这样能与第一遍夯击路径交叉成网状，以确保无遗漏，进一步增强土层密实度。

第三遍夯击：沿模板围成区间的边缘、构造柱边缘以及对拉镙杆两侧用力下压匀速夯击，夯击过程中确保夯土层边缘的水平。这是由于模板围成区间的边缘、构造柱边缘以及拉镙杆两侧的密实度要求高。

优选的，第三遍夯击采用圆头夯锤重点夯击非边缘部分；这样能够形成模板围成区间的中部凹凸不平、边缘平整的夯筑层表面效果，以增强各夯筑土层之间的咬合抗水平力作用能力。

可选的，子层的夯筑流程还包括：补：对子层边缘、转角、构造柱连接处等边角处进行补充夯击，以进一步增强该子层的整体性和密实度。

(三)模板拆卸

新夯筑完成的墙体尚未干燥达到理论强度，因此在卸除模板时需采取相应措施，以免损伤墙面。模板拆卸通常需要3-5人(视模板大小而定)协作。

第一步：利用羊角锤、螺杆等工具拆除所有对拉螺母。

第二步：1～2人快速将对拉镙杆旋转出来，这个过程中，2～4人分站在模板两侧将模板顶在墙面，防止墙面松动。

第三步：对拉镙杆全部拆除后，将各板紧贴墙面并顺墙面滑动至少10cm，然后抽离，以避免墙体表面因水分过多而被板局部粘接脱落。

优选的，夯筑层的换层处理如下：换层夯筑前，主要对两个夯筑层结合表面(即已完成的夯筑层的上表面)做适当处理，以增强层间结合强度，进而提升墙体抗水平力作用的性能。具体步骤如下：

第一步，用钢刷刷去表面浮土，将角做成倒角形式以避免接缝部位酥软。

第二步，架设模板，注意避免砂粒或石子夹在模板与下层夯筑面的咬合处。

第三步，用夯锤或羊角锤斜向捶打夯筑层表面，形成齿状凹凸，如采用圆头夯锤做第三遍夯击，可无需此过程。

第四步，喷洒少量水，使衔接面湿度与待铺的夯筑土料一致。注意避免水喷溅倒模板内壁而导致土料粘板。

此步骤完成后即可添加土料夯筑下一层。

优选的，在地震设防要求高的地区，为增强房屋结构的整体性，上下相邻的夯筑层的模板采用类似砌体结构的错缝搭接，保证同一夯筑层的各夯筑段之间接缝位置与其上、下层夯筑段的接缝均错开至少400mm的距离，这样能够有效避免竖向通缝的产生。

(四)墙面处理

因夯土墙表面密实度高，可根据住户需要采用草泥、涂料、水泥砂浆等常规材料进行表面效果处理，处理方法与烧结砖墙等常规墙体的处理一致。

工程实例：

如图21、22所示，发明人于2010年7月在甘肃省会宁县马岔村利用本发明施工完成的我国首栋现代夯土农宅示范房。并进行了夯土农房抗震台实验。

土料准备：选用当地常规原状土、细沙与卵石作为配比原材料，经实验室检测，得出土：砂：石为5:2:3的材料配比。在此情况下其黏粒、粉粒、细砂、石子的构成比例分别为12％、15％、47％、26％，符合前文所述10±5％:10±7％:50±10％:30±15％标准。

模板系统设计：Ao板为2295mm*600mm，Ai板为1880mm*600mm，Bo板为1865mm*600mm，Bi板为1450mm*600mm，DC端头板为400mm*510mm，DD端头板为400mm*600mm。以上尺寸仅按照竹胶板进行计算，不包括其外壁上的型钢的尺寸。

钢架采用角钢制成，竹胶板厚15mm，型钢框架采用50*50*3mm角钢，二者之间采用沉头螺丝连接，为提高钢框架与竹胶板之间连接的稳定性，沉头螺丝布置宜错位交替进行(见模板立面图)。穿对拉螺杆预留孔洞水平间距多为200mm，个别为100mm。端头板的宽度为400mm，与夯筑墙体的宽度一致。

Ao板、Ai板、Bi板和Bo板的内侧壁上每隔10cm刻有一水平线状凹槽，用以控制每个夯筑流程加土量，从而提高夯土质量与精细度。

表1 L型模板组成部件

内容	数量
		Ao	1
Ai	1
		Bi	1
Bo	1
		DC端头板	2
DD端头板	2
		穿墙螺杆	12套
斜撑	2
		L型销子	6

顶杆

2

表2 T型模板组成部件

内容	数量
		Ao	1
Ai	2
		Bi	2
Bo	1
		DC端头板	3
DD端头板	3
		穿墙螺杆	24套
斜撑	4
		L型销子	12
顶杆	3

发明人对试验房屋模型进行测试实验，结果如下：

1)根据振动台试验模拟结果，该房屋模型在7度、8度多遇水准地震作用阶段结构基本没有出现明显的破坏；在7度(0.15g)设防、7度罕遇和7度(0.15g)罕遇水准地震作用阶段结构出现轻微的破坏，但是并不影响继续使用；在8度罕遇、8度(0.3g)罕遇水准地震作用阶段结构出现较严重破坏，但房屋没有出现整体倒塌甚至局部倒塌的情况。由此可以看到，采取一定抗震构造措施的现代夯土民居可以很好满足我国8度设防烈度地区规范规定的小震不坏，中震可修，大震不倒的抗震性能目标。

2)如图23所示，根据团队针对马岔村现代夯土示范农宅为期近两年的观测，可以看到，其热工性能远优于当地传统夯土民居和砖混结构房屋。在冬季不住人且无采暖的条件下，现代夯土房屋室内气温比当地砖混结构房屋平均高5℃以上。

3)建筑材料因加工和运输导致的能源消耗(蕴含能耗)和碳排放，是影响建筑全生命周期内生态效益的另一关键因素。如图24、25所示，根据施工阶段的现场统计和测算，试验夯土农宅与等同节能设计标准的砖混结构房屋相比，其全部材料的蕴含能耗和碳排放分别仅为后者的25％和20％，具有极其优越的生态性价比。

4)根据目前在全国五个地区完成50余栋的示范建设统计，现代夯土农宅建设所需建材30-50％就地取材，加之施工简单易学，仅需雇佣1-2名屋架门窗木作大工或屋面铺设瓦工，其他人工可采用邻里互助模式，因此其造价最低仅为当地常规砖混民居的1/4。即使需要支付所有人工工资，其平均造价也仅为当地常规砖混房屋的2/3。

5)就地取材：房屋建设所需建材60％以上实现就地(甚至免费)取材，如土料、砂石、稻草、芦苇等，仅少量水泥、熟石灰、钢筋等工业化材料需在乡级市场购买，与常规砖混结构房屋施工相比，极大地降低了建筑材料成本和由材料加工-运输-施工所导致的能耗和污染。

Claims (5)

1.一种夯土墙体施工工艺，包括：

步骤一、材料准备；

步骤二、工具准备；

步骤三、夯筑流程；所述夯筑流程包括：

从与接触地面的底层夯筑层开始，逐层夯筑至夯土墙设计高度；在每一所述夯筑层中包括模板架设、墙体夯筑和模板拆卸；

其特征在于，

（一）模板架设；该过程中所采用的组合式夯筑模板系统，包括两块Ai板、一块Ao板、两块Bi板、一块Bo板、三块DC端头板、三块DD端头板和多个对拉螺杆；其中，Ai板、Ao板、Bi板、Bo板、DC端头板和DD端头板均为由钢架和挡板固定在一起的板状体；挡板处于竖直状态时的上、下两边沿上均开有多个用以穿过对拉螺杆的螺杆孔，且位于上方和位于下方的螺杆孔位于同一竖直线上；钢架上开有螺杆孔且与挡板的螺杆孔一一对应；Ai板、Ao板、Bi板、Bo板和DC端头板的高度均相等且大于DD端头板的高度；Ao板与Ai板的长度差，以及Bo板与Bi板的长度差均等于墙体厚度与挡板的厚度之和；DC端头板和DD端头板的长度相等，且均等于夯筑墙的厚度；Ai板、Ao板、Bi板、Bo板、DC端头板和DD端头板中的一部分拼装形成一字型模板、L型模板或T型模板，其中，Ai板、Ao板、Bi板、Bo板均属于侧板，DC端头板和DD端头板均属于端头板；端头板通过上、下两个对拉螺杆固定在两个平行的侧板之间或者两者的末端之间；两块相对平行设置的侧板之间设置有多个对拉螺杆，且两块相对设置的侧板之间的距离等于墙体厚度；

所述一字型模板由两块Ai板、一块Ao板、两块Bi板、一块Bo板、两块DC端头板、两块DD端头板和多个对啦螺杆中的一部分拼装而成；根据所要求的墙体的长度不同，有如下三种组合方式：

1）一字型模板包括两块Ai板、两块DC端头板、两块DD端头板和多个对拉螺杆；两块Ai板平行设置，DC端头板或者DD端头板通过对拉螺杆安装在两块Ai板之间或者两端；上述所有部件围成一字型闭合区间；两块Ai板之间设有多个对拉螺杆；

2）一字型模板与1）中所述一字型模板的结构相同，区别仅在于由两块Bi板代替两块Ai板作为侧模；

3）一字型模板包括Ai板、Ao板、Bi板、Bo板、DC端头板、DD端头板和多个对拉螺杆；其中，Ai板和Bo板连接为第一整体板，Ao板和Bi板连接为第二整体板，第一整体板和第二整体板平行设置形成一通道，DC端头板或者DD端头板通过对拉螺杆安装在上述通道之间或者两端；第一整体板、第二整体板和两个DC端头板或者两个DD端头板围成闭合的一字型区间；

所述L型模板包括Ai板、Ao板、Bi板、Bo板、两块DC端头板和两块DD端头板、两个斜撑和多个对拉螺杆、顶杆；其中，Ai板和Ao板相互平行且一端平齐设置形成第一通道，Bi板和Bo板相互平行且一端平齐设置形成第二通道，第一通道和第二通道的非平齐的一端相接形成两端开口的L型通道；一块DC端头板或DD端头板设置在第一通道的平齐端或者第一通道内；另一块DC端头板或DD端头板设置在第二通道的平齐端或者第二通道内；Ai板、Ao板、Bi板、Bo板和两块DC端头板或者和两块DD端头板形成闭合的L型闭合区间；Ai板、Ao板之间以及Bi板、Bo板之间均安装有多个对拉螺杆；

所述T型模板包括两块Ai板、一块Ao板、两块Bi板、一块Bo板、三块端头板、四个斜撑和多个穿墙螺杆；其中，Ao板和Bo板连接为一整体板；两块Ai板镜像架设在整体板的对面且平行于整体板；两块Ai板的一端分别与整体板的两端平齐；Ai板与Ao板以及Bo板通过多个对拉螺杆相连；在两块Ai板的另一端分别安装一块Bi板，两块Bi板相互平行且垂直于Ai板；两块Bi板通过多个对拉螺杆相连；一块DC端头板或者DD端头板通过安装在Ao板与其对应的Ai板的端部或者它们之间；第二块DC端头板或者DD端头板安装在Bo板与其对应的Ai板的端部或者它们之间；第三块DC端头板或者DD端头板安装在两个Bi板的端部或者它们之间；Ai板、Ao板、Bi板、Bo板和端头板之间形成闭合的T型区间；

（二）对每个夯筑层的夯筑，每个夯筑层包括多个子层，每个子层的夯筑流程如下：

倒：倾倒夯筑土料时将其甩向模板的内壁，使其中的石子向模板中部反弹；

平：将新加入的夯筑土料表面抹平；

量：每个子层虚铺的夯筑土料厚度为100~200mm；夯筑完成后的土层厚度为虚铺厚度的2/3；通过参考模板内侧的刻度线控制土料厚度和水平度；

踏：夯筑前，人工将虚土踩踏平实，以避免夯筑过程中的虚土上翻；

夯：连续且均匀地对新添土料进行夯击，包括：

第一遍夯击：保持夯锤竖直并利用其自身冲跳力，沿之字形路线匀速夯击中，将虚土初步夯实；

第二遍夯击：沿回字形线路由模板边缘向中部夯击；

第三遍夯击：沿模板围成区间的边缘、构造柱边缘以及对拉镙杆两侧用力下压匀速夯击，夯击过程中确保夯土层边缘的水平；

（三）模板拆卸。

2.如权利要求1所述的夯土墙体施工工艺，其特征在于，所述步骤三中（三）模板拆卸包括：

第一步：利用羊角锤、螺杆等工具拆除所有对拉螺母；

第二步：1~2人快速将对拉镙杆旋转出来，这个过程中，2~4人分站在模板两侧将模板顶在墙面，防止墙面松动；

第三步：对拉镙杆全部拆除后，将各板紧贴墙面并顺墙面滑动至少10cm，然后抽离，以避免墙体表面因水分过多而被板局部粘接脱落。

3.如权利要求1所述的夯土墙体施工工艺，其特征在于，上、下相邻的夯筑层的模板采用类似砌体结构的错缝搭接，使得同一夯筑层的各夯筑段之间接缝位置与其上、下层夯筑段的接缝均错开至少400mm的距离，以避免竖向通缝产生。

4.如权利要求1所述的夯土墙体施工工艺，其特征在于，所述步骤一的材料准备包括准备夯筑土料：所述夯筑土料由以下质量百分比的黏粒、粉粒、细砂、石子混合而成：5~15%:3~17%：40~60%：15~45%，上述四种组分的质量之和为100%；其中，石子最大粒径小于30mm，10mm～20mm粒径的石子应不少于70%；细砂含泥量不大于5%；夯筑土料中水分质量比为15-25%。

5.如权利要求1所述的夯土墙体施工工艺，其特征在于，所述步骤二的工具准备包括：准备施工过程中采用气动夯锤，所述气动夯锤包括夯头为方形和半球形两种。