[发明专利]一种独立式窑洞加固系统

说明书

本发明公开了一种独立式窑洞加固系统，包括锚拉约束机构、支撑架机构及悬吊摇摆机构；锚拉约束机构沿窑洞本体的进深方向间隔设置，用于对窑腿产生反向压力，以使窑腿处于三向受压平衡状态；支撑架机构包括两个对称设置在窑顶本体两侧的窑侧支撑架；悬吊摇摆机构包括拱圈支撑架，拱圈支撑架紧贴窑洞本体的拱顶设置；竖向锚杆单元贯穿设置在窑洞本体的拱顶上部土体内；竖向锚杆单元的下端与拱圈支撑架固定，上端通过两根拉索分别与两个窑侧支撑架柔性铰接；本发明能够有效增强了窑洞本体的整体性和稳定性，有效防止因拱圈上部承载力过大而产生窑腿外鼓或坍塌，通过拉索和窑侧支撑架提供了释放变形和能量的空间，有效减轻了地震作用造成的危害。

技术领域

本发明属于窑洞加固技术领域，特别涉及一种独立式窑洞加固系统。

背景技术

窑洞作为一种特有的建筑形式，其具有构造简单、节能保温、造价低廉、取材方便且易于依靠地形修建等优势，成为西北地区存量巨大、分布广泛的一种重要建筑形式。根据窑洞结构形式的不同，可将其分为靠崖式窑洞、地坑式窑洞以及独立式窑洞等；其中，独立式窑洞分布最为广泛，除现有的大量窑洞民居以外，还有成百上千处的革命窑居文物建筑。

在长期风雨侵蚀、地震作用及人员活动等因素的影响下，这些独立式窑洞民居或文物多存在不同程度的墙体变形、拱圈开裂、局部坍塌等病害，严重威胁居民的人身财产安全，亦可能造成革命窑居文物的永久损毁；因此，如何在保持独立式窑洞建筑原有使用功能和外观特征的前提下提升结构的整体稳定性，并给出科学合理的加固方案，是当前亟待解决的问题。

独立式窑洞主要由内部夯土和外包砖石砌筑而成，仅底部与基础刚性连接，其他侧面均无约束；其中，拱圈主要由砖石斜砌挤密夯实而成，主要承担上部覆土压力，拱圈内呈轴力、弯矩、剪力的复合作用的受力状态，拱脚对两侧窑腿墙体有水平推力作用，易造成窑腿倾斜变形或开裂破坏；由于砖石、夯土材料均为典型的脆性材料，且窑洞顶面在降雨时易发生自上而下的渗水，增大拱圈所需承担的附加压力，削弱夯土结构强度，加之地震等外力作用影响，窑洞的侧墙、拱顶等部位易发生局部开裂、坍塌等破坏。因此，如何降低拱圈所需承担的附加荷载，提升窑腿及侧墙抵抗变形和开裂的能力，并将地震对独立式窑洞的不利影响减小至最低限度，是进行独立式窑洞加固结构设计的关键。但是目前我国对独立式窑洞的保护理论和技术尚不成熟，没有相关规范标准可供参考，加固方案设计主要凭借经验，难以从本质上解决上述问题。

主要技术问题包括：

(1)中国专利申请“一种黄土窑洞加固装置”(申请号：CN201610638629.8)中公开的曲梁类拱圈内部支撑主要采用预弯制品(如柳枝、钢板条等)紧贴窑洞拱圈内嵌安装，提高拱圈的支撑能力和抵抗变形能力，但该结构难以有效限制拱圈对两侧窑腿的挤压外推作用，也无法从本质上降低拱圈所需承担的覆土压力荷载。

(2)在上述拱圈支撑结构的基础上，相关人员提出可利用锚杆将窑洞屋面(顶面)与拱圈内嵌的支撑结构进行拉结的方案；例如：中国专利申请“一种窑洞的抗震结构”(申请号：CN201820251284.5)，该方案虽能有效压紧窑顶夯土，增强拱圈至窑顶区域结构的整体性，协调该区域变形，但同样无法从本质上降低拱圈所需承担的覆土压力荷载；

(3)中国专利申请“一种窑洞加固系统”(申请号：201910690440.7)中公开的采用在窑洞顶部增设承载架，锚杆两端分别连接拱圈支撑架和承载架的方式，将拱圈所需承担的荷载通过锚杆传递至承载架承担，能够大幅降低拱圈变形和应力，但该方案中支撑架体与窑洞通过锚杆半刚性连接，在地震作用时，支撑架体产生的变形和应力也有可能反向传递至窑洞，进一步加重窑洞的开裂变形，对窑洞安全造成威胁。

综上，上述方案均未能有效限制独立式窑洞拱圈由于受顶部覆土压力而产生向两侧窑腿的水平推力，难以避免窑腿发生倾斜、变形、开裂破坏；未能从本质上降低窑洞拱圈所承担的压力，且在地震作用时，可能使支撑架等附加承载结构产生的变形、应力等经由锚杆等连接件传递至窑洞本体，进一步加重窑洞的破坏。

发明内容