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[摘要]通過對三門峽等地的生土窯洞進行實地調查,介紹了生土窯居的營造技術,以研究其結構和力學原理。

1生土窯居概述

生土窯居是世界上少有的,最具地方特色的建筑,是在原始土中經人工挖鑿而形成的穴居居住形式,迄今已有幾千年的歷史,我國目前仍有3000萬人口居住在窯居中[1]。生土窯居具有因地制宜、施工簡便、造價低廉、適應氣候、可再生性強等特點;深藏于土層之中,充分利用地下熱能和覆土的儲熱能力“冬暖夏涼”,具有保溫、隔熱、儲能、調解洞室小氣候的功能,符合生態原則,是天然的節能建筑[2]。

1•1窯居的結構特點生土窯居的結構體系完全由挖鑿成型的純原狀土拱體作為窯居的自支承體系,沒有任何其它支護。窯居建造大多以當地匠人的經驗為依據,對所選窯址的土質特征和力學性質沒有經過理論分析;對窯居沒有進行正規設計;窯居力學結構性能更是缺乏科學計算。但卻能夠居住百年甚至數百年而不坍塌,即使在地震多發區(我國在役窯居大多分布于地震多發地帶,45%的窯居區地震烈度在7度以上),建造年代百年以上窯居也很普遍。其建造經驗具有長久的保存價值。

1•2窯居面臨的問題生土窯居也存在一些弱點如交通不便、公共設施缺少;窯居室內通風不良、自然采光不足、潮濕陰暗;缺乏整體抗震措施,部分窯居存在安全隱患等。因此,近期很少建造,窯居營造工藝瀕臨失傳。

1•3生土窯居的分類

1)靠崖式位于山坡、土塬溝崖地帶,平伸挖掘形成窯洞。從側面看,呈靠背椅的形式。窯門在山崖邊,窯身在崖里,前面有較開闊的平地。窯洞依山勢隨等高線布置;也有隨臺梯層層后退布置幾層窯洞,下層的窯頂就是上層的前廳。

2)下沉式也稱為地坑院式窯洞或天井式窯洞。利用黃土的邊坡穩定性,就地向下挖一個方形的地坑,形成四面封閉的地下四合院,再沿四壁向里挖橫穴。這種窯洞從遠處看不到,就像是平地一樣,只有走近才能看到地上一個個的凹坑,向坑里一看,下面是一戶戶的人家。下沉式窯洞是窯洞最為奇特的一種。

3)獨立式實質上是一種掩土的拱形房屋,常見的有土基土坯拱窯洞和土基磚拱窯洞。主要材料仍為黃土,類似于國外的半地下掩土建筑。在土崖高度不夠的情況下,保留原狀土作窯腿和拱券模胎,砌半磚厚磚拱后,四周夯筑土墻,窯頂再分層夯土1~1•5m厚。也稱為人造土堡式窯洞。

2生土地坑窯居建造的幾個關鍵問題開挖窯洞十分講究,從開挖到建成,大致要經定方位、挖界溝、整窯臉、畫窯券、挖窯、修窯、上窯間子、裝修等過程。

2•1窯院的方位建窯之前,要請當地擅長天文地理的先生根據八卦上的方位依“風水流脈”來確定窯院主方向的朝向。根據每個院落周圍區域的地形高度和地貌特征來確定院落的方位。2•2窯院的布局一般情況下,正窯的對面為下正窯;背對主窯,左手位置的角部部位為進出口通道,右手位置的角窯為衛生間。出入通道要包抄著院子,只要不存在通道路線“翹尾巴”、“甩尾”現象,走向可以自由布置。窯院的通道是在窯洞成型后由下向上開挖的。窯院通過滲井排水,滲井直徑1m左右,根據經驗,深度和地坑院的深度相等。例如,6m深的地坑院滲井打6•5m深,多出的0•5m用煤渣鋪底,這樣可以加速地坑院的污水雨水滲漏,獲得較好的滲水效果。

2•3窯居的構筑尺寸常見的窯院深度一般為6m,院坑平面尺寸為12m×12m及8m×12m,其中前者窯坑內可挖12孔窯洞,后者挖10孔或8孔窯洞。正窯比其他窯洞要寬大,洞口高3•2m,寬3•5m;后部高3m,寬3•2m;其他窯洞口高2•8m,后部約2•6m;洞口寬3•0m,后部2•8m。窯洞的深度一般7~8m,可根據需要和宅基大小確定。窯腿尺寸的大小受窯院大小(宅基地)影響。窯腿尺寸和窯臉的關系:3m窯臉,窯腿最小2•5m;3•5m窯臉,窯腿最小3m。窯背厚度≥3m,厚度太小的話,則不能承受上面的車輛荷載。最小厚度為2•7~2•8m。太厚也不好,窯洞可能比較潮濕,通風、采光會存在問題。相鄰兩孔窯自洞口窯臉開始向兩側傾斜,使得窯腿的寬度沿進深方向越來越大,這樣有利于受力。

3窯居的開挖過程建造前,按照道家陰陽平衡原理選方位、定座向、下線樁,擇吉日奠基之后動工。

3•1挖院坑開挖時,比預先定好的院坑稍小一點的尺寸開始往下開挖。院子的其中一邊要留成斜坡,以便往外運土。在挖到4m深之前都是用人挑土從坡道往上運土;挖至4m以下時,在院坑邊支起一個絞車裝置向上提土。對于較小的院坑,可整體開挖,邊開挖邊整理,對于較大的院坑,從安全和縮短工期方面考慮,在院面上劃好院坑范圍后,可分次開挖,先沿邊開挖3m寬的深槽,直到所需深度,然后修整外側土壁,開挖中心環島。院坑大致挖成后,開始進行表面修理平整。

3•2打窯打窯的過程由打窯、剔窯和泥窯3部分組成。1)打窯窯院挖好土壁晾干后,便可打窯,所謂打窯就是把窯洞的形狀挖出。窯匠先在坑壁上起券,券的形狀有拋物線形、半圓形、尖券形,還有方、圓結合形,是由當地窯匠根據窯址的土質條件根據經驗確定的。打窯時,窯匠先挖一個樣板,深約50cm左右,接著由主家沿著窯匠起好的券形往里挖,開挖的洞口只能比券形小,不能大,但不必整齊。當挖到2~3m后停下,將洞晾一段時間,使洞壁新土風干堅硬。晾干之后,再繼續往深處挖2~3m,再晾。重復2~3次,直到窯洞尺寸接近預定深度。打窯時不能操之過急,否則洞壁土中水分大,容易坍塌。2)剔窯依照窯券小尺寸開挖,窯洞粗挖完成后,洞壁凹凸不平,且略小于窯匠最初畫的券形,這時還要請窯匠來,從窯頂開始進行修削剔出券形,然后把窯幫刮光,使內壁平整。這個過程叫做“剔窯”或“銑窯”。3)泥窯等窯洞晾干之后,接著用黃土和碎的麥草和泥用來泥窯。

3•3安門窗、扎山墻窯洞的多數部位都有特定的名稱:窯口的前臉稱窯臉,窯口的門、窗及窗下土坯檻墻統稱為窯間子,起封護窯洞的作用;窯洞深處稱窯底,窯洞之上的黃土崖體稱窯背,窯背厚度通常≥3m。1)修窯臉打窯完成后,首先砌窯洞的前墻———窯臉。通常窯臉用一層磚包砌,上面還挑出一層磚或形成完美的線腳等。墻面用磚拼成圖案,清晰美觀。由于窯臉略向后傾斜,磚面很穩定,拼砌磚花也要由專業窯匠做才能平整美觀。2)安門窗窯臉的窗下墻建起后,安裝門窗抱框、門檻、中檻等,然后裝上門和窗。窗多以木條訂成幾何形窗欞,或鑲玻璃,或以紙糊窗花。門多為木框板門無任何雕飾;還有實板門、上部為透空的窗格式的門,門的上部有做成實板橫批,也有做成格柵的橫批,并與窗連成一體;有的窯洞對門墻稍作處理。3)扎山墻由于地坑院較深,考慮到安全方面以及防止雨水流向地坑院內,窯頂上沿崖壁邊緣筑有80cm高的護墻,稱之為攔馬墻。攔馬墻有實墻,也有鏤空花的。一般情況下,主窯的攔馬墻要比其他四面墻體高出一皮磚左右,并且墻上有起裝飾作用的圓形構造,根據這個特點可以快速判定主窯的位置及宅院的類型。

4生土窯居的維護(以地坑窯為例)窯居建成后,需要經常維護。維護得好,可住上一二百年,維護不好,住上十幾年就廢了。

4•1窯背的維護黃土窯洞最怕水患和潮濕,因為黃土多為垂直肌理,在此肌理下,水的滲透能力比水平滲透力要大50倍,因此對水患要慎之又慎。通常的做法是使窯背上面與窯洞進深相同的寬度內不再種樹、耕作;窯洞頂部需要經常或定期用石磙碾壓,不能有雜草生長,尤其是在雨季;且使窯背向窯外方向有所傾斜,便于排水。一般情況下,麥收前碾壓2~3次,用做曬場;每下一次雨就碾壓一次,并且及時清理上面的雜草。公務員之家

4•2裂縫的處理窯洞在使用過程中可能會出現和窯臉平行方向(垂直于進深方向)的裂縫,這種裂縫相當危險,它使土體有向院內倒塌的傾向,可能堵塞出口,因而危險性較大。采用類似于基坑支護的方法來約束土體的移動,限制裂縫的發展。用若干短槽鋼焊接在一長槽鋼兩側,分別在窯洞前面拱頂土層的中間部位以及窯洞后部的相應位置開槽,再用鉆打洞,穿入鋼筋。鋼筋兩端過絲,一端和槽鋼相連,另一端和窯洞后部埋入土體中的錨固構件相連,擰緊螺栓使土體夾緊,同時給土體施加預應力,再對開槽、洞位置作相應技術處理即可。

4•3局部發生坍塌的處理如果只是洞口部位或者洞內局部倒塌,則可以通過修復解決。具體方法:清理后先用大約40cm長、26•67cm寬,3•33cm厚的土胚,用摻加秸桿的泥做漿體砌筑出窯腿,上部弧段用楔形土坯做出拱頂,然后用摻加秸桿的泥拱頂表面涂抹一層,再往上面加層土以便使砌好的拱圈均勻受力,再往上面加土,逐層夯實。到窯頂標高附近時,采用上面敘述過的方法處理窯頂。最后再對窯洞內部進行美化處理即可。對于大面積坍塌的窯洞,可以整體填平后,恢復為耕地。此外,窯洞的小修年年有,如鼠、蟲都愛在黃土中打洞,造成向窯內注水的孔道,因此需及時補豁、堵洞,補砌土坯,重新抹面。

5結語

生土窯居作為一種民居建筑形式,其營造合理、構筑巧妙、存在自然、居住和諧,體現了勞動人民的智慧,帶給我們的不僅是豐厚的建筑文化,更是一種生態精神。雖然它的存在受制于當地的科學技術和生產力水平,且受到當今城鎮增長和社會經濟發展的挑戰,但是其中蘊含的生態學思想和寶貴的建筑經驗,以及特定的文化傳統卻具有長久的價值,值得繼承和發揚。

參考文獻:

[1]靳亦冰,王軍.新農村建設帶給窯洞民居的機遇與挑戰[A]//第十四次中國民居學術會議論文集[C].澳門,2006,115-120.

[2]侯繼堯,王軍.中國窯洞[M].鄭州:河南論文科學技術出版社.1999