夯土施工

背景

夯土本质上是人造沉积岩。它不是在深层土壤下被压缩数千年，而是通过机械压实适当准备的污垢在几分钟内形成。压实可以用类似锤子的装置手动完成，用杠杆操作的制砖机机械完成，或用气动夯实工具气动完成。使用手动或动力夯实机进行的强夯不仅可以压缩土壤，还可以振动单个污垢颗粒，将它们转移到尽可能紧密的排列中。完成后，夯土与混凝土一样坚固。

与木结构建筑相比，用夯土建造的房屋有几个优点。墙壁防火、耐腐，并且不受白蚁的侵害。 18-24 英寸（45.72-60.96 厘米）厚的坚固墙壁几乎隔音。巨大的墙壁有助于保持房屋内舒适的温度，抑制通常在炎热的夏日或寒冷的冬夜发生的温度波动。当设计和定位以充分利用太阳能时，夯土房屋可以舒适地使用，能耗比木结构房屋低 80%。另一方面，初始建造比木框架建造贵约 5%，因为它是非常劳动密集型的。

历史

数千年来，人类一直利用地球本身建造房屋和其他结构。耶利哥是历史上最早的城市，是用泥土建造的。在整个古代中东地区，寺庙、清真寺和教堂都是用泥砖和夯土建造的。埃及法老统治着用夯土建造的城市。在远东，这项技术不仅用于房屋，甚至还用于建造中国长城的古代先行者。罗马人和腓尼基人将这项技术带到了欧洲，并在那里使用了 2000 多年。

在美国，夯土建筑在 1780 年至 1850 年左右盛行，当时大量生产的烧制砖和锯材变得容易获得。用砖和木材可以更快、更容易地建造房屋，这些材料被认为比泥土更现代、更优雅。第一次世界大战后和大萧条期间经历的供应短缺使夯土建筑重新流行了二十年。弗兰克·劳埃德·赖特 (Frank Lloyd Wright) 设计的房屋由夯土制成。

二战结束时，该国面临着巨大的住房需求，战时工厂转向制造可用于更快建筑类型的建筑材料。夯土被搁置一旁，直到它在具有环保意识的 1970 年代重新流行。该技术的改进版本由迈克尔雷诺兹发明，使用填满泥土的废弃汽车轮胎构建块。这些房屋不仅可以让废旧轮胎远离垃圾填埋场，而且还可以由没有经验的初次建造者建造。当房主使用自己和亲戚朋友的无偿劳动，并且可以免费获得许多建筑材料时，建筑成本可以控制在木结构房屋的一半以下。

千百年来，夯土建筑由一代建筑师亲自传授给下一代。在 20 世纪早期的美国，这样一个由经验丰富的建设者组成的网络并不存在。美国农业部制定并出版了一本名为建筑物夯土墙的手册 这向人们展示了如何建造自己的房屋。旨在改进夯土施工方法和质量的研究项目在学术期刊上有所报道，1926 年至 1950 年间，在贸易和流行杂志上发表了 100 多篇关于夯土的文章。

最近的几项创新提高了施工的速度和难度，并增强了最终产品的结构完整性。例如，气动夯实机可以比传统的手动方法更快地压实土壤。易于组装的形式允许将墙壁建造为实心面板，而不是将它们建造为一次一两英尺的连续层。使用历史悠久的手工方法，四人组每天可以建造 40-50 平方英尺（12.19-15.24 平方米）的夯土墙；使用电动工具，同一工作人员每天可以建造 300 平方英尺（91.44 平方米）。 Rammed Earth Works 的创始人大卫·伊斯顿 (David Easton) 开发了几种抗震设计来加固墙壁并在结构上整合；设计方案的选择取决于几个考虑因素，包括到最近的地震断层的距离。

原材料

顾名思义，夯土建筑中使用的主要材料是地球本身。土壤有五种基本类型（砾石、沙子、淤泥、粘土和有机土壤），给定位置的污垢通常是这些类型的全部或大部分的某种组合。从历史上看，最持久的夯土墙是由 70% 的沙子和 30% 的粘土制成的。对来自新建筑工地的土壤进行测试以确定其适用性。必须从土壤中去除有机物质，如有必要，可以用卡车运入不同类型的土壤并与现有污垢混合以形成有效的混合物。水泥可以添加到土壤中以增加其强度和抗湿性——通常是用于制造混凝土的比例的四分之一。

钢筋放置在地基中，有时放置在墙壁中。胶合板用于制作标准夯土建筑的可移动模板。四分之三英寸（1.9 厘米）的胶合板足够厚。高密度覆盖 (HDO) 面板的一侧有一层薄薄的塑料涂层，效果特别好，因为它们在施工后更容易从墙上脱落。这不仅在刚刚完成的墙壁上留下了干净的饰面，而且使模板处于良好状态以用于未来的项目。

除了压实的土壤外，夯土轮胎结构还使用废弃的汽车轮胎、铝罐和纸板。大约 1,000 个轮胎用于建造 2,000 平方英尺（609.6 平方米）房屋的墙壁。

设计

夯土房屋是定制设计的，以最高效地利用场地。它们可以成功设计用于许多气候区域，包括冬季寒冷的潮湿地区。窗户的大小和位置是利用冬季太阳能供暖和夏季凉爽微风的重要因素。这座房子的位置可以利用可以抵御风暴的山丘。遮荫树或格子藤蔓可以缓解夏季炎热，但可以在冬季接受温暖的阳光。

制造
过程

夯土房屋可以通过三种基本方式之一建造。单独的夯土砖可以通过标准建筑技术形成和使用；事实上，这种砖可以用来在用其他技术建造的夯土房屋中形成地板。标准的夯土施工涉及竖立木模板和压实 标准的夯土建筑包括竖立木模并将准备好的土壤压实到这些模具中，在墙壁后移除完成。 在轮胎法中，一排用过的汽车轮胎简单地铺在混凝土地基上，可能以钢为中心延伸到基础之外的钢筋。然后轮胎被土壤填满。大约 1,000 个轮胎用于建造 2,000 平方英尺（1609.6 平方米）房屋的墙壁。将准备好的土壤放入这些模具中，在墙壁完成后将其移除。夯土轮胎法是一种常用的替代方法。以下描述是标准方法和轮胎方法的概述。

准备网站

• 1 从建筑工地移除一两英寸（2.5-5 厘米）的表土并储存起来，以便在完成的结构周围更换。去除杂草和根等有机物质，并可以进行堆肥，用于建筑后的景观美化。清理场地后，放样房屋轮廓。土壤被挖掘到保证水平表面的深度；挖掘包括建筑物的建筑面积以及 3 英尺 (1 m) 的周围缓冲区。可以挖一条沟渠，使墙壁固定在地下，深度低于冬季冻结线。

奠定基础

• 2 由钢筋混凝土制成的基础包括一个基础，该基础可能与墙的厚度一样窄，也可能是墙的厚度的三倍，具体取决于下层土壤的强度。地基延伸到地面以上，形成一个短的“茎墙”，将夯土墙连接到地基。根据建筑设计，也可以浇筑平板地板。

土壤分析

• 3 进行了各种测试以确定当地土壤是否适合用作建筑材料。例如，颗粒测定测试揭示了样品中沙子和淤泥的相对比例。压实测试是通过形成一个泥球并将其从 3 英尺（1 m）的高度掉下来进行的；球在撞击时分解的程度揭示了它对建筑的有用性。其他更精确的测试可以在岩土实验室进行。如果原生土壤不适合或不适合建筑，可以将其与其他来源的土壤混合或替换。土壤可以从采石场购买，也可以从附近的建筑工地作为垃圾获得，在这种情况下，可以免费或以最低成本运送。

构筑墙壁

• 4 传统上，木模板一次用于建造 2 英尺 (0.6 m) 的墙壁。模具填满完全压实的土壤后，将其移除并重新设置以形成下一段墙。更有效的方法现在允许为整个墙的高度（甚至不止一层）构建表格。在水平方向上，框架可以形成墙的整个长度，也可以形成由 6 英寸（15 厘米）间隙隔开的较短面板 [例如，8 英尺（2.44 米）长]，可以用钢筋混凝土填充以增强结构强度。就重要性和时间而言，框架是施工过程的主要组成部分；填充和压实模板内的土壤通常比设置、对齐和移除框架所需的时间更少。

  在夯土轮胎结构的情况下，不使用木结构。一排用过的汽车轮胎只是简单地放在混凝土地脚上，可能以从地脚伸出的钢筋为中心。在每一层轮胎被填充和压实后，将添加另一层，从下面的层偏移轮胎直径的一半。

夯实土壤

• 5 传统的夯锤由沉重的木块制成，手柄向上延伸穿过其中心。更紧凑的版本可以由一块 4 英寸（10 厘米）的方形钢板焊接到一段 1 英寸（2.5 厘米）的管道上制成。将 4-6 英寸（10-15 厘米）的湿润土壤层放置在模板内部，一名工人从 12-18 英寸（30-46 厘米）的高度放下夯锤。事实上，现在大部分工作都是用气动夯锤快速完成的，手动装置仅用于电气箱或管道周围的狭小空间。在整个层的整个表面上反复多次使用夯锤后，冲击夯所产生的噪音从沉闷的砰砰声变为响亮的声音。当土壤被压实到其原始体积的一半左右时，就会发生这种情况。此时，添加另一层准备好的土壤，并重复夯实过程。夯实完成后，木模被移走。

  使用轮胎作为骨架时，夯实过程有所不同。在这种情况下，将一张纸板放在轮胎孔的底部，然后将潮湿的土壤铲入轮胎中。用手将污垢填入轮胎内部，然后用大锤反复敲击将其压实。使用这种技术，可以将大约三个手推车负载（350 磅或 158.9 千克）的土壤装入每个轮胎。撞击泥土会导致轮胎壁鼓起，将轮胎与下面的一排联锁。随着附加层的增加和墙壁变得更高，必须建造脚手架，以便工人在填充和敲打轮胎时有一个站立的地方。

完成墙壁

• 6 墙壁的内表面通常用灰泥完成。如果不使用此类涂层，则应使用透明的渗透性密封剂对墙壁进行处理，以防止灰尘脱落。由于石头（即使是用夯土制成的）有些多孔，因此在某些气候区域，可能需要使用密封剂来使墙壁的外表面不受天气影响。

  夯土轮胎墙是通过将铝罐插入轮胎之间的间隙并用土坯（稻草增强泥）填充剩余空隙来完成的。泥土紧贴墙壁的外表面，形成一个完全隐藏轮胎的平坦表面。墙壁内部用 2-4 英寸（5-10 厘米）的灰泥或灰泥完成。

副产品/废物

夯土结构有效利用自然资源。那些由包装好的轮胎制成的甚至可以有效地利用一些社会垃圾。由于轮胎密封在 3 英尺 (0.9 m) 厚的墙壁内，因此氧气和太阳紫外线都无法与它们发生反应。这意味着它们不会着火，也不会释放有毒化学物质。与木结构建筑相比，这些结构有资格获得更好的防火等级，而且它们没有橡胶味。

未来

在 1700 年代后期，一位名叫 Francois Cointeraux 的法国建筑师在巴黎创办了一所学校，研究和宣传夯土建筑，他称之为 pise' de terre （泥泞的泥土）。今天，David Easton 开发了一种新版本的夯土结构，他称之为 PISE（气动冲击稳定地球）。它涉及在高压下对单面形式喷洒准备好的土壤。这种技术每天可以生产 1,200 平方英尺（365.76 平方米）的 18 英寸（45.72 厘米）厚的墙，这比典型的四人工作人员可以用电源夯填充盒状形式和压实土的速度快四倍。