一种窑洞加固系统技术方案

本发明专利技术提供了一种窑洞加固系统，包括拱圈支撑机构，拱圈支撑机构紧贴设置在窑洞的拱顶；锚索机构贯穿设置在窑洞的拱顶上部土体内，锚索机构的下端与拱圈支撑机构固定连接，锚索机构的上端与锚索固定架固定连接；锚索固定架设置在窑洞顶面上方，锚索固定架用于固定安装锚索；锚索固定架的四角与立柱固定连接，立柱设置在窑洞的四周；本发明专利技术通过将拱圈支撑机构设置在窑洞拱顶，窑洞拱顶上部土体的变形通过拱圈支撑机构限制，由外部荷载或窑洞变形产生的附加土压力通过固定于拱圈支撑机构底部的锚索机构传递至锚索固定架，然后通过锚索固定架传递至立柱，最后由立柱将荷载传递至地面；从而有效释放窑洞拱顶上部土体压力，实现了对窑洞变形的限制。

A cave reinforcement system

The invention provides a cave reinforcement system, which includes an arch ring support mechanism, the arch ring support mechanism is closely arranged on the cave vault; the anchor cable mechanism is penetrated in the upper soil body of the cave vault, the lower end of the anchor cable mechanism is fixedly connected with the arch ring support mechanism, the upper end of the anchor cable mechanism is fixedly connected with the anchor cable fixed frame; the anchor cable fixed frame is arranged above the cave top surface, and the anchor cable is fixedly connected The fixed frame is used for fixing and installing the anchor cable; the four corners of the anchor cable fixed frame are fixedly connected with the column, and the column is arranged around the cave; the invention sets the arch ring support mechanism on the cave vault, and the deformation of the soil body at the upper part of the cave vault is limited by the arch ring support mechanism, and the additional earth pressure generated by the external load or the cave deformation is through the anchor cable mechanism fixed at the bottom of the arch ring support mechanism It is transmitted to the anchor cable fixing frame, then to the column through the anchor cable fixing frame, and finally the column transmits the load to the ground, so as to effectively release the earth pressure on the upper part of the arch roof of the cave and realize the limitation of the deformation of the cave.

【技术实现步骤摘要】
一种窑洞加固系统
本专利技术属于窑洞加固
，特别涉及一种窑洞加固系统。
技术介绍
窑洞建筑文物主要分布于我国陕甘宁边区，数量众多且分布广泛，然而在风雨侵蚀和地震等自然营力作用下，这些窑洞文物多存在不同程度的变形、裂缝、局部坍塌等病害，如不及时加以保护，将面临永久损毁的威胁。当前我国对窑洞文物的保护技术尚不成熟，相关规范标准也不健全，所采取的加固方法多为拱圈内部支撑、墙体内外部锚杆拉结、表部填补修复等方法，上述方法既不能从根本上解决窑洞本体的稳定问题，又会大幅改变文物建筑原貌，不利于革命文物的传承和展示。主要缺陷体现在以下方面：(1)拱圈内部支撑通常采用预弯木条内嵌入拱圈内部，或用锚杆将窑洞屋面与拱圈内支撑结构拉结。前者能一定程度调整拱圈顶部的土压力分布，避免局部应力过大发生破坏，后者能对拱圈顶部黄土紧密压实，避免裂缝持续扩展，但两种方法均无法从本质上降低拱圈顶部土体对窑洞两侧墙体的压力。(2)现有加固技术采用的锚固拉结系统一般通过水泥砂浆直接将钢筋与土体粘结，但由于钢筋与土体材料性质差异较大，难以充分发挥其抗拉强度；其次，钢筋遇水易锈蚀，其合理使用年限相比文物的传承时间极为短暂，耐久性难以满足要求；最后，水泥砂浆无法二次溶解，不符合文物建筑加固保护的可逆性要求。(3)现有各类加固技术均是针对窑洞的某一特定病害问题研发的，各类加固技术间无合理的衔接措施，窑洞各部分的变形不能有效协调，可能导致加固措施间的衔接部位成为新的薄弱点。(4)现有窑洞加固技术中支撑、替换、补砌等方式，主要以某个特定的非文物窑居建筑为加固对象，主要考虑造价与安全性要求，忽略了对其原貌的保持，且加固结构不具备通用性，不利于规模化应用。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种窑洞加固系统，解决了现有加固技术中无法有效释放窑洞拱顶上部土体压力的问题，从而达到限制窑洞的变形，增强其整体稳定性的目的。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：本专利技术提供了一种窑洞加固系统，包括拱圈支撑机构、锚索机构、锚索固定支架及立柱，拱圈支撑机构紧贴设置在窑洞的拱顶；锚索机构贯穿设置在窑洞的拱顶上部土体内，锚索机构的下端与拱圈支撑机构固定连接，锚索机构的上端与锚索固定架固定连接；锚索固定架设置在窑洞顶面上方，锚索固定架用于固定安装锚索；锚索固定架的四周与立柱固定连接，立柱设置在窑洞的四周。进一步的，还包括X型支撑架和X型支撑架对穿锚固系统，X型支撑架对称设置在窑洞的侧墙上部两侧，窑洞侧墙内侧的X型支撑架的上端与拱圈支撑机构的末端固定连接；X型支撑架对穿锚固系统贯穿设置在窑洞的侧墙上，X型支撑架对穿锚固系统的一端与窑洞侧墙内侧的X型支撑架固定连接，另一端与窑洞侧墙外侧的X型支撑架固定连接；X型支撑架包括矩形框架和X型支撑，X型支撑沿矩形框架的对角线设置，X型支撑与矩形框架之间铰接固定；设置在窑洞侧墙内侧的X型支撑架的矩形框架的上端通过螺栓与拱圈支撑机构的末端固定连接。进一步的，还包括型钢固定装置和型钢固定装置对穿锚固系统，型钢固定装置对称设置在窑洞的侧墙下部两侧；型钢固定装置为L形型钢固定体，L形型钢固定体的竖直边紧贴窑洞侧墙设置，L形型钢固定体的竖直边的上端与X型支撑架固定连接；L形型钢固定体的水平边埋设在地下，且朝向远离窑洞侧墙的方向延伸；型钢固定装置对穿锚固系统贯穿设置在窑洞的侧墙上，型钢固定装置对穿锚固系统的一端与窑洞侧墙内侧的L形型钢固定体的竖直边固定连接，型钢固定装置对穿锚固系统的另一端与窑洞侧墙外侧的L形型钢固定体的竖直边固定连接。进一步的，还包括防水屋面，防水屋面倾斜设置在锚索固定架的上方，防水屋面的四周固定设置在立柱的顶端；防水屋面较低一边设置排水沟槽，排水沟槽与设置在立柱上的落水管连通。进一步的，拱圈支撑机构包括若干个拱圈支撑架和若干根纵向连接板，若干个拱圈支撑架沿窑洞的进深方向间隔均匀布设，拱圈支撑架的外形尺寸与窑洞拱顶尺寸相配合；相邻两个拱圈支撑架之间通过若干根纵向连接板拉结。进一步的，锚索机构包括若干排锚索组，若干排锚索组沿窑洞的进深方向间隔均匀布设；同一排锚索组包括若干根锚索，同一排锚索组的若干根锚索均匀布设在窑洞拱顶上部土体内；每根锚索贯穿窑洞拱顶设置，锚索的下端与拱圈支撑机构固定连接，锚索的上端与锚索固定架固定连接；锚索采用钢绞线楠竹复合锚索结构。进一步的，钢绞线楠竹复合锚索结构包括钢绞线、锚索环氧树脂胶层、楠竹锚索套筒、锚索锚固层、锚板及锚索固定螺栓，楠竹锚索套筒贯穿设置在窑洞拱顶内，楠竹锚索套筒的长度与窑洞拱顶上部土体厚度相同；楠竹锚索套筒与窑洞拱顶土体之间设置锚索锚固层；钢绞线贯穿设置在楠竹锚索套筒内；钢绞线与楠竹锚索套筒之间设置有锚索环氧树脂胶层，钢绞线的下端贯穿拱圈支撑机构，通过锚板及锚索固定螺栓固定设置在拱圈支撑机构上；钢绞线的上端与穿过锚索固定架，通过锚板及锚索固定螺栓固定设置在锚索固定架上。进一步的，钢绞线楠竹复合锚索结构还包括局部防水层，局部防水层设置在锚索露出窑洞顶面处。进一步的，X型支撑架对穿锚固系统或型钢固定装置对穿锚固系统均采用楠竹锚杆复合锚固系统；楠竹锚杆复合锚固系统包括钢筋、锚杆环氧树脂胶层、楠竹锚杆套筒、锚杆锚固层及锚杆固定螺栓；楠竹锚杆套筒贯穿设置在窑洞侧墙上；楠竹锚杆套筒与窑洞侧墙土体之间设置锚杆锚固层，钢筋贯穿设置在楠竹锚杆套筒内，钢筋与楠竹锚杆套筒之间设置锚杆环氧树脂胶层；钢筋的一端贯穿窑洞侧墙内侧的X型支撑架或型钢固定装置，并通过锚杆固定螺栓固定连接；钢筋的另一端贯穿窑洞侧墙外侧的X型支撑架或型钢固定装置，并通过锚杆固定螺栓固定连接。进一步的，锚索固定架采用纵向槽钢和横向槽钢交错焊接制作，纵向槽钢和横向槽钢的腿部垂直地面向下设置，锚索固定架的上表面为平面；纵向槽钢和横向槽钢交错部位设置锚索固定孔，锚索固定孔用于固定锚索机构。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种窑洞加固系统，通过将拱圈支撑机构、锚索机构及锚索固定支架组合设置在窑洞拱顶，窑洞拱顶上部土体的变形通过拱圈支撑机构限制，由外部荷载或窑洞变形产生的附加土压力通过固定于拱圈支撑机构底部的锚索机构传递至锚索固定架，然后通过锚索固定架传递至立柱，最终通过立柱将其荷载传递至地面；当窑洞拱圈上部土体由于外力作用产生附加荷载而发生变形时，锚索机构随之张紧，确保了拱圈支撑机构保持在原位；本专利技术有效释放了窑洞拱顶上部土体压力，实现了限制窑洞的变形及其增强窑洞整体性的目的。进一步的，通过设置于窑洞侧墙上部两侧的X型支撑架，并通过X型支撑架对穿锚固系统拉结，有效限制墙体横向位移和裂缝，同时有效限制墙体进深方向的纵向位移。进一步的，通过将型钢固定装置背靠背设置在窑洞侧墙墙脚两侧，型钢固定装置的水平边埋设在地下，竖直边紧贴侧墙墙壁，并用型钢固定装置对穿锚固系统将窑洞侧墙两侧型钢固定装置拉结，从而将窑洞侧墙墙脚的无侧限受压状态转变为三向受压状态，大大提高窑洞侧墙墙角的抗压能力；避免了由于窑洞的侧墙墙脚需要承受窑洞上部的绝大部分压力，而使其产生的裂缝、变形甚至压溃破坏现象。进一步的，通过设置防水屋面，实现了对窑洞顶面雨水的集中收集排除，避免了雨水对窑洞顶面的冲刷，同时避免了雨水渗入窑洞拱顶土体产生裂缝或削弱土体强度。进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种窑洞加固系统，其特征在于，包括拱圈支撑机构(1)、锚索机构(2)、锚索固定支架(3)及立柱(4)，拱圈支撑机构(1)紧贴设置在窑洞(9)的拱顶；锚索机构(2)贯穿设置在窑洞(9)的拱顶上部土体内，锚索机构(2)的下端与拱圈支撑机构(1)固定连接，锚索机构(2)的上端与锚索固定架(3)固定连接；锚索固定架(3)设置在窑洞(9)顶面上方，锚索固定架(3)用于固定安装锚索；锚索固定架(3)的四周与立柱(4)固定连接，立柱(4)设置在窑洞(9)的四周。

【技术特征摘要】
1.一种窑洞加固系统，其特征在于，包括拱圈支撑机构(1)、锚索机构(2)、锚索固定支架(3)及立柱(4)，拱圈支撑机构(1)紧贴设置在窑洞(9)的拱顶；锚索机构(2)贯穿设置在窑洞(9)的拱顶上部土体内，锚索机构(2)的下端与拱圈支撑机构(1)固定连接，锚索机构(2)的上端与锚索固定架(3)固定连接；锚索固定架(3)设置在窑洞(9)顶面上方，锚索固定架(3)用于固定安装锚索；锚索固定架(3)的四周与立柱(4)固定连接，立柱(4)设置在窑洞(9)的四周。2.根据权利要求1所述的一种窑洞加固系统，其特征在于，还包括X型支撑架(5)和X型支撑架对穿锚固系统(701)，X型支撑架(5)对称设置在窑洞(9)的侧墙上部两侧，窑洞(9)侧墙内侧的X型支撑架(5)的上端与拱圈支撑机构(1)的末端固定连接；X型支撑架对穿锚固系统(701)贯穿设置在窑洞(9)的侧墙上，X型支撑架对穿锚固系统(701)的一端与窑洞(9)侧墙内侧的X型支撑架(5)固定连接，另一端与窑洞(9)侧墙外侧的X型支撑架(5)固定连接；X型支撑架(5)包括矩形框架(51)和X型支撑(52)，X型支撑(52)沿矩形框架(51)的对角线设置，X型支撑(52)与矩形框架(51)之间铰接固定；设置在窑洞(9)侧墙内侧的X型支撑架(5)的矩形框架(51)的上端通过螺栓与拱圈支撑机构(1)的末端固定连接。3.根据权利要求2所述的一种窑洞加固系统，其特征在于，还包括型钢固定装置(6)和型钢固定装置对穿锚固系统(702)，型钢固定装置(6)对称设置在窑洞(9)的侧墙下部两侧；型钢固定装置(6)为L形型钢固定体，L形型钢固定体的竖直边紧贴窑洞(9)侧墙设置，L形型钢固定体的竖直边的上端与X型支撑架(5)固定连接；L形型钢固定体的水平边埋设在地下，且朝向远离窑洞侧墙的方向延伸；型钢固定装置对穿锚固系统(702)贯穿设置在窑洞(9)的侧墙上，型钢固定装置对穿锚固系统(702)的一端与窑洞(9)侧墙内侧的L形型钢固定体的竖直边固定连接，型钢固定装置对穿锚固系统(702)的另一端与窑洞(9)侧墙外侧的L形型钢固定体的竖直边固定连接。4.根据权利要求1所述的一种窑洞加固系统，其特征在于，还包括防水屋面(8)，防水屋面(8)倾斜设置在锚索固定架(3)的上方，防水屋面(8)的四周固定设置在立柱(4)的顶端；防水屋面(8)较低一边设置排水沟槽，排水沟槽与设置在立柱(4)上的落水管连通。5.根据权利要求1所述的一种窑洞加固系统，其特征在于，拱圈支撑机构(1)包括若干个拱圈支撑架(11)和若干根纵向连接板(12)，若干个拱圈支撑架(11)沿窑洞(9)的进深方向间隔均匀布设，拱圈支撑架(11)的外形尺寸与窑洞(9)拱顶尺寸相配合；相...

【专利技术属性】
技术研发人员：芦苇，李东波，毛筱霏，艾宇，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61