丁繼輝，張 聰，趙 拓，張計(jì)濤，甘 雨

(1.河北大學(xué) 建筑工程學(xué)院， 河北 保定 071002；2.河北建研科技有限公司， 河北 石家莊 050021；3.中建七局第四建筑有限公司， 陜西 西安 710000)

為推動(dòng)各地如期實(shí)現(xiàn)貧困戶住房安全有保障的目標(biāo)任務(wù)，要求決戰(zhàn)決勝脫貧攻堅(jiān)，以實(shí)際行動(dòng)堅(jiān)決完成脫貧攻堅(jiān)住房安全有保障任務(wù)[1]。既有建筑，特別是部分老舊房屋達(dá)到一定的使用年限或由于受周圍環(huán)境影響，會(huì)不同程度地出現(xiàn)地基沉降、主體結(jié)構(gòu)傾斜、墻體開裂等現(xiàn)象[2]。我國對(duì)農(nóng)村進(jìn)行大規(guī)模危房改造已經(jīng)持續(xù)了10 a左右，有很多危舊房屋都得到了妥善處理，但仍有較大規(guī)模的危房尚未改造完成。早期房屋大多并未進(jìn)行相應(yīng)承載力和沉降的計(jì)算，地基部分隨著時(shí)間的進(jìn)展逐步沉降完成，不均勻沉降是地基部分最大的危險(xiǎn)因素[3]。

張北縣地處河北省西北部，屬于內(nèi)蒙古高原南緣構(gòu)造剝蝕堆積的壩上地區(qū)，地質(zhì)多為濕陷性黃土，存在大量危房。黃土的濕陷性十分復(fù)雜，與土的生成時(shí)代、成因類型、土體結(jié)構(gòu)、干密度、孔隙比及附加荷載等有著十分密切的關(guān)系[4]。非飽和黃土含水率的變化，其強(qiáng)度、穩(wěn)定性也會(huì)隨之產(chǎn)生較大變化，從而為黃土地區(qū)的工程建設(shè)帶來巨大的隱患[5]。劉洋等[6]通過數(shù)值模擬研究了黃土高陡邊坡的穩(wěn)定性和破壞機(jī)理；在黃土中加入水泥和粉煤灰來穩(wěn)定黃土的凍融性能[7]。Arash等[8]用3%的石灰和5%的納米材料使黃土的濕陷性得到了極大的改善。翟帥男等[9]對(duì)關(guān)山村的穿斗式木結(jié)構(gòu)農(nóng)房進(jìn)行實(shí)地調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明承重結(jié)構(gòu)應(yīng)選用較好的木材，采用涂漆的方式防潮防蛀；郭光玲[10]對(duì)漢中市農(nóng)村房屋實(shí)地調(diào)查統(tǒng)計(jì)，給出了當(dāng)?shù)匚７扛脑旌涂拐鸺庸檀胧?/p>

危房改造是逐步進(jìn)行的，改造的方法、方式也是逐步完善的，對(duì)張北縣危房的主要病害進(jìn)行研究分析，并對(duì)危房改造提出了相關(guān)處理措施。

1 房屋危險(xiǎn)性評(píng)定原則和方法

1.1 房屋危險(xiǎn)性評(píng)定原則

現(xiàn)場定性評(píng)估的順序是首先檢查房屋的外部條件，然后確定房屋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。對(duì)于嚴(yán)重?fù)p壞的房屋，如果從外面看到損壞，就不再需要檢測其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。房屋危險(xiǎn)性等級(jí)具體劃分主要考慮地基基礎(chǔ)、承重墻、木柱及梁、木屋架和屋面等因素，根據(jù)分析房屋各構(gòu)件的損壞狀況評(píng)定危房整體的危險(xiǎn)等級(jí)。圖1為評(píng)級(jí)為D級(jí)的房屋。

根據(jù)危房改造認(rèn)定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)危房進(jìn)行認(rèn)定，對(duì)危房的破損情況評(píng)定等級(jí)，當(dāng)至少有一項(xiàng)為C級(jí)、D級(jí)時(shí)，才能評(píng)為C級(jí)、D級(jí)，而磚木類危房最高只能評(píng)為B級(jí)，評(píng)為C級(jí)的危房一般選擇加固維修，評(píng)為D級(jí)的危房無加固維修價(jià)值的，應(yīng)選擇拆除重建[11]。

圖1 房屋外觀和內(nèi)部部分構(gòu)造

1.2 房屋危險(xiǎn)性評(píng)定方法

房屋組成部分評(píng)定，函數(shù)如下，

(1)

(2)

(3)

(4)

其中，p代表危險(xiǎn)構(gòu)件的百分?jǐn)?shù)，計(jì)算如下，

pfdm=nd/n×100%

(5)

式中：pfdm為地基基礎(chǔ)危險(xiǎn)構(gòu)件的百分?jǐn)?shù)；nd為危險(xiǎn)的構(gòu)件數(shù)量；n為構(gòu)件的總數(shù)。

(6)

式中：psdm為承重結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)構(gòu)件的百分?jǐn)?shù)；ndc、ndw、ndmb、ndrt、ndsb、nds為危險(xiǎn)柱數(shù)、危險(xiǎn)墻段數(shù)、危險(xiǎn)主梁數(shù)、危險(xiǎn)屋架構(gòu)件榀數(shù)、危險(xiǎn)次梁數(shù)、危險(xiǎn)板數(shù)；nc、nw、nmb、nrt、nsb、ns為柱數(shù)、墻段數(shù)、主梁數(shù)、屋架榀數(shù)、次梁數(shù)、板數(shù)。

pesdm=nd/n×100%

(7)

式中：pesdm為地基基礎(chǔ)危險(xiǎn)構(gòu)件的百分?jǐn)?shù)；nd為危險(xiǎn)的構(gòu)件數(shù)量；n為構(gòu)件的總數(shù)。

房屋整體危險(xiǎn)性評(píng)定，函數(shù)如下，

μA=max[min(0.3，μaf)]，max(0.6，μas)，

min(0.1，μaes)]

(8)

μB=max[min(0.3，μbf)]，min(0.6，μbs)，

max(0.1，μbes)]

(9)

μC=max[min(0.3，μcf)]，min(0.6，μcs)，

max(0.1，μces)]

(10)

μD=max[min(0.3，μdf)]，min(0.6，μds)，

min(0.1，μdes)]

(11)

max(μA，μB，μC，μD)=μA說明是A級(jí)危房；

max(μA，μB，μC，μD)=μB說明是B級(jí)危房；

max(μA，μB，μC，μD)=μC說明是C級(jí)危房；

max(μA，μB，μC，μD)=μD說明是D級(jí)危房。

μdf≥0.75時(shí)，為D級(jí)危房；μds≥0.75時(shí)，為D級(jí)危房。

2 張北縣危房病害現(xiàn)狀調(diào)查

2.1 危險(xiǎn)房屋數(shù)量和等級(jí)的統(tǒng)計(jì)

根據(jù)張北縣18個(gè)鄉(xiāng)危險(xiǎn)房屋數(shù)量和危房總數(shù)及危房等級(jí)的分布情況的統(tǒng)計(jì)，張北縣18個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)存在大量符合國家現(xiàn)行危房改造標(biāo)準(zhǔn)且急需改造的危房，并且以土房類危房居多。調(diào)查數(shù)據(jù)經(jīng)過房屋危險(xiǎn)性等級(jí)評(píng)定，結(jié)果見圖2。

圖2 兩類危房等級(jí)比例圖

此次所調(diào)查的2 446戶土房危房中D級(jí)危房數(shù)量為1 762戶，占比72.1%；C級(jí)危房數(shù)量為617戶，占比25.2%；B級(jí)危房數(shù)量為67戶，占比2.7%；A等級(jí)危房0戶。在165 4戶磚木類危房中，D級(jí)危房數(shù)量為1 154戶，占比69.8%；C級(jí)危房數(shù)量為455戶，占比27.5%；B級(jí)危房數(shù)量為45戶，占比2.7%；A等級(jí)危房0戶。張北縣危房中D類危房占比71.1%，比重最大，說明結(jié)構(gòu)失效、需要拆除重建的危房最多。C類房屋需要維修加固，占比26.2%。A、B類房屋最少，暫時(shí)不需要進(jìn)行維修和重建。

從調(diào)查統(tǒng)計(jì)的情況得出，張北縣農(nóng)村危房病害情況較為嚴(yán)重，大部分危房都需要進(jìn)行維修加固或拆除重建。維修重建的危房要嚴(yán)格按照施工的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，要具備正常的使用功能，符合國家驗(yàn)收危房的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 具體危房病害案例及分析

2.2.1 土房危房病害案例

以張北縣白廟灘鄉(xiāng)為例，白廟灘鄉(xiāng)位于縣境東北部，通過對(duì)該鄉(xiāng)農(nóng)村土房的現(xiàn)場勘查、數(shù)據(jù)記錄，進(jìn)行分析該鄉(xiāng)的土房情況。本次共調(diào)查了240戶危房，其中土房類的危房有145戶。圖3是各構(gòu)件危險(xiǎn)等級(jí)及數(shù)量統(tǒng)計(jì)情況，該鄉(xiāng)土房危險(xiǎn)等級(jí)主要為D級(jí)，占危房總數(shù)66.9%，其次為C級(jí)為26.9%，B級(jí)為6.2%。

圖3 白廟灘鄉(xiāng)土房結(jié)構(gòu)構(gòu)件危險(xiǎn)等級(jí)及數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖

2.2.2 磚木類危房病害案例

以單晶河鄉(xiāng)為例，分析磚木類危房構(gòu)件的損壞情況。單晶河鄉(xiāng)位于河北省張家口市張北縣西部，共調(diào)查了123戶磚木類危房，其中B級(jí)危房6戶，占比4.9%；C級(jí)危房80戶，占比65%；D級(jí)危房37戶，占比30.1%。圖4為單晶河鄉(xiāng)危房構(gòu)件損壞情況，圖5為該鄉(xiāng)各構(gòu)件危險(xiǎn)等級(jí)及數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖。

圖4 單晶河鄉(xiāng)磚木類危房構(gòu)件損壞情況

圖5 單晶河鄉(xiāng)磚木類危房結(jié)構(gòu)構(gòu)件危險(xiǎn)等級(jí)及數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖

二泉井鄉(xiāng)共調(diào)查了139戶磚木類危房，其中B級(jí)危房3戶，占比2.1%；C級(jí)危房11戶，占比7.9%；D級(jí)危房125戶，占比90%。危房的損壞情況如圖6所示，各構(gòu)件危險(xiǎn)等級(jí)及數(shù)量統(tǒng)計(jì)情況如圖7所示。

圖6 二泉井鄉(xiāng)磚木類危房危房構(gòu)件損壞情況

圖7 二泉井鄉(xiāng)磚木類危房結(jié)構(gòu)構(gòu)件危險(xiǎn)等級(jí)及數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖

2.2.3 案例分析

由圖3可以看出白廟灘鄉(xiāng)地基基礎(chǔ)的破壞對(duì)于D級(jí)土房危房的影響最大，該鄉(xiāng)D級(jí)土房危房占比為66.9%；木屋架對(duì)于C級(jí)土房危房的影響較大，而該鄉(xiāng)C級(jí)土房危房占比為26.9%，相對(duì)較小，該鄉(xiāng)土房危房的病害原因主要是地基基礎(chǔ)的破壞。單晶河鄉(xiāng)的磚木類危房C級(jí)危房占比最大，為65%，D級(jí)危房占為30.1%，根據(jù)圖5可以看出對(duì)于該鄉(xiāng)磚木類C級(jí)危房影響最大的是地基基礎(chǔ)。對(duì)比圖3、圖5、圖7，區(qū)別于土房危房，磚木類危房的承重墻和木梁、檁條對(duì)于房屋的影響也較大，并且黃土地基對(duì)于土房的影響比磚木類房屋的影響更大。對(duì)于D級(jí)危房，濕陷性黃土地基基礎(chǔ)的破壞對(duì)于土房和磚木類危房的影響最大。

3 病害分析及處理措施

3.1 砌筑工藝較差

如圖8所示，在現(xiàn)場鑒定分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)造成房屋變成危房的一個(gè)常見問題就是這種結(jié)構(gòu)不具備咬槎能力，特別是縱橫墻之間的連接不牢固，再加上木梁直接和墻體接觸，在屋頂荷載作用下，應(yīng)力集中導(dǎo)致壓裂，所以出現(xiàn)了裂縫。

圖8 縱橫墻裂縫和縱墻裂縫

對(duì)于裂縫采用的主要有兩種措施：一種是采用在墻頂標(biāo)高處加木圈梁，加強(qiáng)房屋的整體性和縱橫墻體的協(xié)同工作能力，以此減少墻體交接處的應(yīng)力集中；另一種是采用在縱橫墻交接處每隔一定高度設(shè)置荊條等編制的拉結(jié)網(wǎng)片，這樣可以有效地抵抗墻體交接處的應(yīng)力集中。

對(duì)于農(nóng)村危房避免縱橫墻的裂縫處理，建議采用第一種措施，既可以使新建房屋對(duì)裂縫有一定的預(yù)防，又能使已建房屋起到加固處理。

3.2 未設(shè)圈梁構(gòu)造柱

圈梁和構(gòu)造柱的目的都是用來加強(qiáng)建筑物的整體性和抗震設(shè)防，針對(duì)張北縣的設(shè)防烈度為7度(大于6度的均應(yīng)設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱)，所以應(yīng)該設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱防止由于地基不均勻沉降或較大振動(dòng)荷載等對(duì)房屋造成不利影響。

但是如圖9所示，這些土房雖然都屬于單層房屋，由于農(nóng)戶基本上是憑借經(jīng)驗(yàn)或者模仿其他農(nóng)戶的房屋來建造的，并沒有正規(guī)的建造圖紙，導(dǎo)致房屋的開間過大，但并未設(shè)置圈梁以及構(gòu)造柱來保證房屋的整體性和延性，從而房屋承壓結(jié)構(gòu)不足，使得房屋開裂或變形，從而形成了危房。

圖9 橫向裂縫和房屋變形

張北縣的土房屋蓋的材料有90%的為黏土平瓦，8%的為草泥頂還有2%的茅草頂，依據(jù)張北的氣候和地理?xiàng)l件，建議選用更為輕型的材料，避免暴雪等惡劣天氣下，屋面壓力過大，屋架不足以支撐；土房屋架采用的硬山擱檁形式，選用的屋面也是雙坡屋面，這一點(diǎn)符合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，但是采用這種形式的全部將檁條直接擱在木梁上，建議檁條支承處須加設(shè)墊木，內(nèi)墻上檁條要采取滿搭或夾板對(duì)接；木屋蓋各構(gòu)件有的采用的是木榫式，建議用鐵釘加固連接；木屋架和木梁搭在外墻上時(shí)采用滿搭的形式有利于木屋架和梁的穩(wěn)定性，支承處加固圈梁以保證墻體受力均勻；木墊板替換尺寸為長度不小于500 mm、寬度不小于370 mm和厚度不小于60 mm。

3.3 受壓不均勻

如圖10所示，現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，房屋的梁和檁條基本上都是直接擱置在承重墻上，沒有加設(shè)梁墊或者連接措施，不滿足傳力的要求，容易形成局部受壓產(chǎn)生裂縫，也會(huì)使房屋失去承載能力和抗震性能。產(chǎn)生這種情況的原因主要是木梁與梁接觸，屋頂荷載作用下，應(yīng)力集中導(dǎo)致墻體壓裂。

圖10 受壓不均勻墻體豎向裂縫和梁下局部受壓產(chǎn)生裂縫

處理措施可以在局部受壓部位設(shè)置尺寸合理的梁墊，能夠起到減少墻體局部受力的作用，以此來避免墻體在集中應(yīng)力的作用下產(chǎn)生裂縫。墊板的尺寸寬度宜控制在2倍～3倍梁(檁條或屋架)寬的范圍內(nèi)。

3.4 承重墻裸露

如圖11所示，由于農(nóng)戶資金有限，所以大多數(shù)房屋的承重墻結(jié)構(gòu)并沒有做保護(hù)面層處理，而是直接裸露在外，在風(fēng)化侵蝕長期的作用下，使墻體根部或截面等部位的破壞較嚴(yán)重，有一些甚至脫落下來，導(dǎo)致墻體的承載能力嚴(yán)重下降?？梢圆捎脙煞N處理方式：

(1) 當(dāng)?shù)赜械霓r(nóng)戶對(duì)于裸露的承重墻采用外表用磚包裹住的方法避免墻體遭受風(fēng)化作用的侵蝕。

(2) 采用石灰砂漿、水泥砂漿等砂漿面層材料設(shè)置砂漿面層來增加生土墻的耐久性，而不是不斷用新的泥漿增加墻體的厚度，導(dǎo)致墻體的重量越來越大。

但是從經(jīng)濟(jì)、安全的角度考慮，建議采取第二種方式進(jìn)行保護(hù)處理。

圖11 后墻表皮和側(cè)墻表皮受風(fēng)雨侵蝕脫落

3.5 基礎(chǔ)埋深過淺

由圖3、圖5和圖7可以看出張北縣危房產(chǎn)生的主要原因是黃土地基基礎(chǔ)的破壞。在所調(diào)查的這些房屋中，大部分是由于房屋基礎(chǔ)埋深過淺、選址不當(dāng)、當(dāng)?shù)赝临|(zhì)屬于濕陷性黃土等原因，其中的土房的建造時(shí)間大致在80年前到30年前之間，甚至有100年前的房屋，如此長的年限所累積的黃土地基凍融和濕陷性變形也是不可忽略的因素[12]。變形引起地基基礎(chǔ)的不均勻沉降，造成了房屋基礎(chǔ)開裂、外墻開裂或倒塌，如圖12所示。

圖12 基礎(chǔ)開裂、墻體開裂和墻體倒塌

張北縣年平均氣溫較低。當(dāng)?shù)鼗辽蠈拥臏囟冉档?℃以下時(shí)，上部形成凍結(jié)層，下部土層的水由于毛細(xì)作用而上升，下部水在上升的過程中凍結(jié)成冰后體積膨脹。地基土由于體積膨脹會(huì)將房屋的某一局部頂起來，從而引起房屋開裂[13]。這種現(xiàn)象在較為寒冷地區(qū)的小型建筑中較為常見，由于基礎(chǔ)埋深不夠，常造成墻體開裂。因此在重建要考慮預(yù)防地基凍脹。可以將基礎(chǔ)底面埋置在土壤冰凍線以下，動(dòng)工的建筑物要在土壤凍結(jié)期前交工，否則應(yīng)考慮取暖條件；當(dāng)?shù)鼗荒苈裰玫奖鶅鼍€以下時(shí)，可以采取換土的方法，將凍脹土換成非凍脹土。

4 結(jié) 論

(1) 調(diào)查了張家口市張北縣4 100戶危房，并根據(jù)房屋危險(xiǎn)狀況與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)與農(nóng)村危險(xiǎn)房屋鑒定技術(shù)導(dǎo)則評(píng)定了危房損壞等級(jí)，其中土房類D級(jí)危房占土房危房總數(shù)72.1%，磚木類D級(jí)危房占磚木類危房總數(shù)69.8%，危房病害情況較為嚴(yán)重，大部分危房都需要進(jìn)行維修加固或拆除重建。

(2) 張北縣白廟灘鄉(xiāng)土房、單晶河鄉(xiāng)和二泉井鄉(xiāng)磚木類危房主要病害原因是濕陷性黃土地基基礎(chǔ)的破壞，且地基基礎(chǔ)的破壞對(duì)于D級(jí)危房的影響最大。磚木類危房的承重墻和木梁、檁條對(duì)于房屋的影響也較大，而黃土地基對(duì)于土房的影響比磚木類房屋的影響更大。

(3) 產(chǎn)生張北縣危房病害因素有砌筑工藝較差、未設(shè)圈梁構(gòu)造柱、受壓不均勻、承重墻裸露、基礎(chǔ)埋深過淺，每種因素給出了相關(guān)的處理措施。

(4) 張北縣年平均氣溫較低，為預(yù)防地基凍脹，應(yīng)將基礎(chǔ)底面埋置在土壤冰凍線以下；當(dāng)?shù)鼗荒苈裰玫奖鶅鼍€以下時(shí)，可以采取換土的方法，將凍脹土換成非凍脹土。