西什庫教堂皇亭整體提升技術(shù)應(yīng)用

【摘要】近年來，隨著世界各國對文物古建筑保護(hù)及修復(fù)意識的不斷提高，各地相繼開展了著名建筑的評估、保護(hù)及修復(fù)工作。目前，國內(nèi)外對于古建筑物的保護(hù)及修建都堅持以原真性為基本原則，并且最大限度的避免對傳統(tǒng)建筑物的毀壞。這些鉛筆字跡記錄成為研究歷史變遷的重要文字依據(jù)，也成為研究記錄內(nèi)容中的人物與機構(gòu)的重要確切憑證。古代建筑反映了中國的文化藝術(shù)與科學(xué)技術(shù)的偉大成就，它是文化精神的載體，是歷史記憶的符號。文物古建筑具有不可再生的特性，對其進(jìn)行保護(hù)顯得尤為迫切和重要，一旦遭到破壞，就再難以恢復(fù)和持續(xù)，是不可再生的珍貴文物。有效的保護(hù)及修復(fù)文物古建筑，同時加以實現(xiàn)及推廣，對于提高文物古建筑的研究與社會價值有著極為關(guān)鍵的重要作用，保護(hù)和傳承先人留存的歷史文化遺產(chǎn)是我們義不容辭的責(zé)任，更是我們古建筑施工人員的責(zé)任。本文對于文物古建筑的修復(fù)及施工方法做出了一系列的說明，對其保護(hù)工作的實施提出有效建議，以供其他文物古建筑保護(hù)工作人員參考。

【關(guān)鍵詞】文物古建筑；教堂皇亭；柱頂石下沉；整體提升

1、緒論

西什庫教堂是北京市最大的教堂，也是現(xiàn)存建筑最古老的教堂，是北京市西城區(qū)重要的宗教活動場所。至今仍承擔(dān)著實際的宗教用途，每周有大量的教民在此集會。教堂歷經(jīng)上百年風(fēng)雨歷程，是中國近代史的見證，更是義和團(tuán)庚子事變的發(fā)生地，在這種環(huán)境下保護(hù)的如此完好更加難能可貴。此次修繕的皇亭除建筑尺度完美符合清工部做法，是清官式建筑的又一例證外，西式的涉及圣經(jīng)及天主教內(nèi)容的彩畫更是珍貴，是同類彩畫中僅存的實例，有較高研究價值。

皇亭現(xiàn)已有多處破損，地面沉降嚴(yán)重，首先應(yīng)先提升皇亭柱頂石標(biāo)高。由于文物監(jiān)督站、設(shè)計要求不讓揭瓦卸荷，需帶荷頂升，采用對皇亭整體進(jìn)行抬升?！段魇矌旖烫没释ふw提升技術(shù)應(yīng)用》難易程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的“打牮撥正”。傳統(tǒng)的“打牮撥正”正是在木基層（望板）以上的荷載（瓦面、泥灰背、脊等）去掉情況進(jìn)行，此《西什庫教堂皇亭整體提升技術(shù)應(yīng)用》的實施采用帶著荷載整體提升、歸安，解決皇亭柱礎(chǔ)下沉，達(dá)到有效保護(hù)文物的目的，并對今后修繕文物工程的大木柱礎(chǔ)傾斜下沉供參考資料和起到指導(dǎo)作用。

2、項目簡介

皇亭共東、西兩座，單側(cè)皇亭臺明面積為57.76平米，兩側(cè)共計151.52平米，亭高9.305米。為重檐歇山黃琉璃瓦屋面，面寬進(jìn)深均為5.76米，內(nèi)各置石碑一座。

2016年9月22日，我公司技術(shù)人員對東西皇亭柱頂石標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測，東亭最大沉降為49mm，西亭最大沉降為25mm。本工程采用8個20噸千斤頂整體頂升的方法，東亭頂升8cm，西亭頂升5cm，每次頂升行程不超過3mm。

3、修繕原則

1）遵照《中華人民共和國文物保護(hù)法》第十四條之規(guī)定核定為文物保護(hù)單位的古建筑在進(jìn)行修繕、保養(yǎng)、遷移的時候必須遵守不改變文物原狀的原則。

2）遵循文物建筑維修、四保存的原則，即：保存原形制、原結(jié)構(gòu)、原材料、原工藝。

3）保證古建文物安全為主的原則。

4）施工遵守的原則及方針：保護(hù)文物 繼承傳統(tǒng) 循法守規(guī) 營造精品。

5）遵守《中華人民共和國文物保護(hù)法》的規(guī)定，遵照《中國文物古跡保護(hù)準(zhǔn)則》的相關(guān)原則。

6）真實完整地保存該區(qū)建筑物的歷史原貌和建筑特征，嚴(yán)格遵循設(shè)計意圖、遵循使用傳統(tǒng)材料和傳統(tǒng)工藝施工。

4、頂升基本思路

1）皇亭原結(jié)構(gòu)受力特點分析：重檐上部結(jié)構(gòu)荷載通過童柱傳遞到四角抹角梁上（抹角梁以上為上部結(jié)構(gòu)，抹角梁以下為下部結(jié)構(gòu)），荷載通過抹角梁傳遞到明間大額枋上，再通過額枋最終傳遞到結(jié)構(gòu)木柱上。以下為皇亭原結(jié)構(gòu)受力示意圖，箭線表示傳力方向。

2）頂升思路設(shè)計：按原結(jié)構(gòu)受力路徑反向加荷，采用柱網(wǎng)（槽鋼）整體圈箍抬升。經(jīng)計算單個亭子重量、支撐架體自重70噸，設(shè)計選配8臺不小于20噸千斤頂，每角兩柱之間布置，能承受荷載160噸。以下為皇亭頂升受力示意圖，箭線表示傳力方向。

3）頂升詳細(xì)設(shè)計：緊貼木柱子兩側(cè)分別采用4根100mm*100mm木方（黃花松），明間上頂大額枋、次間上頂大額枋下穿插枋（替代原柱子受力），100mm*100mm木方坐落在22#槽鋼（水平方向柱子內(nèi)外側(cè)布置2道，距地面600mm），在槽鋼中間布置千斤頂（次間穿插枋下面各設(shè)一臺20噸千斤頂），千斤頂下鋪設(shè)20mm厚鋼板，千斤頂與槽鋼接觸面放置22#工字鋼。結(jié)構(gòu)荷載通過豎向100mm*100mm木方傳遞到水平槽鋼上，再通過水平槽鋼傳遞到千斤頂上。為了防止千斤頂回油，亭子下降，在千斤頂兩側(cè)以及兩柱之間隨著頂升增加馬蓮垛（硬木楔）。為了防止個別柱子與柱頂石面懸空難以歸安，在豎向木方上側(cè)放置200mm（長）*100mm（寬）*50mm（厚）抄手楔，方便歸安時使用。

4）為了保證受力架體的穩(wěn)定性，在穿插枋下500mm處水平方向設(shè)置18#槽鋼（柱子內(nèi)外側(cè)2道），確保亭子頂升時整體穩(wěn)定性。所有槽鋼內(nèi)外側(cè)采用20M高強螺栓緊固抱柱，節(jié)點處適當(dāng)配合焊接，槽鋼上側(cè)采用抱箍抱住木柱子，或在槽鋼與柱子之間增加硬膠皮，增加柱子與槽鋼的摩擦力。為了增加豎向受力木方的穩(wěn)定性，在上下水平槽鋼中間增加兩道拉桿（50mm*100mm木方），用于固定豎向受力木方，采用4寸釘子固定。

5）為了保證大木構(gòu)架整體安全性，在柱與柱、梁枋與柱等榫卯連接部位，用繩索、鐵箍、扒鋸子等方法，增加輔助鏈接，下檐大額枋與抹角梁扒鋸子鏈接，抹角梁與童柱采用扒鋸子鏈接，童柱與小額枋采用扒鋸子鏈接，童柱與上重檐大額枋鏈接。為了增加上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在抹角梁及以上共三處水平方向增加拉結(jié)（材料為50*100mm木方）。

6）為了保證受力結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在豎向受力木方對角采用鋼管或木方進(jìn)行拉結(jié)。

5、難點分析

1）提升皇亭的柱頂石標(biāo)高，按照以往的修繕經(jīng)驗，無論是“打牮撥正”還是“偷梁換柱”均需要卸除屋面荷載，拆除瓦面、泥背、灰背、脊等，有效減輕部分屋面荷載，保障施工安全。由于文物監(jiān)督站、設(shè)計要求不讓揭瓦卸荷，需帶荷頂升，采用對皇亭整體進(jìn)行抬升，皇亭整體抬升歸安后，再按圖紙施工拆瓦檐頭，檢修檐口木構(gòu)件。經(jīng)計算單個亭子瓦面、泥背、灰背重量及架體自重70噸，大大增加了頂升難度，存在一定的安全隱患，并對屋面及大木結(jié)構(gòu)有一定影響。為了保證皇亭提升工程的安全性，分析結(jié)構(gòu)的受力形式，采用槽鋼配合千斤頂?shù)姆椒ㄟM(jìn)行頂升，并加大頂升系數(shù)，嚴(yán)格控制頂升高度，以每次3mm為限。

2）皇亭歸安：考慮皇亭本身已沉降多年，榫卯受力構(gòu)件逐漸形成一種新的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，很難同步歸安，亭子歸安時會出現(xiàn)三種情況，第一種情況部分低點柱子先接觸柱頂石面；第二種情況當(dāng)部分柱底與柱頂石面出現(xiàn)虛點時，采用松動螺栓，并采用震、撬、拉、壓等方式輔助歸安；第三種情況當(dāng)出現(xiàn)個別柱子與柱頂石面懸空難以歸安時，為了解決此種情況，可向外移動豎向木方上側(cè)放置200mm（長）*100mm（寬）*50mm（厚）抄手楔， 兩側(cè)抄手楔交替緩慢拉動，直到柱子落實到柱頂石上。

6、頂升施工方法

施工準(zhǔn)備→千斤頂選用→千斤頂整體抬升布置→整體抬升→柱頂石檢修→歸安→頂升設(shè)施拆除→ 屋面瓦檢修

6.1施工準(zhǔn)備

1）遵照文物保護(hù)法規(guī)定的“不改變文物原狀”的原則，在本次修復(fù)工程前，對現(xiàn)存兩座碑亭上面的油飾彩畫，首先做測量、拍照、記錄備案，并同時對現(xiàn)存舊彩畫做認(rèn)真的拓、描取樣工作。

2）對皇亭內(nèi)文物進(jìn)行成品保護(hù)，尤其是石碑及漢白玉欄桿等。

3）頂升施工開始前，地仗應(yīng)基本清除完畢，能直接觀察架體聯(lián)接構(gòu)造，運用整體抬升的施工方法，使構(gòu)件準(zhǔn)確歸位，保證架體安全。頂升前，打開木構(gòu)架的脹眼，防止榫卯折斷、開裂。

4）施工前，繪制柱網(wǎng)圖，統(tǒng)一編號，用測量儀器對柱頂石標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測，記錄原始數(shù)據(jù)。在皇亭四角設(shè)置龍門樁，標(biāo)注50線，柱身貼好標(biāo)尺，拉好十字線。根據(jù)測量數(shù)據(jù)，確定好±0.00基準(zhǔn)點，保證修復(fù)后的所有柱頂石標(biāo)高均控制在（0—5）mm之內(nèi)，不得出現(xiàn)負(fù)值。

5）材料及工具準(zhǔn)備：提升工具采用8個千斤頂將大木架打起（單個不小于20噸），在柱頂石下襯墊鋼墊，使柱頂石頂部達(dá)到同一標(biāo)高。應(yīng)提前備足尺寸適宜的優(yōu)質(zhì)鋼板，并做好防腐處理。千斤頂、鋼板必須具備相關(guān)檢驗合格證明。

6）認(rèn)真學(xué)習(xí)有關(guān)的施工及安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，根據(jù)擬定的施工方案，分別做好技術(shù)交底和安全交底。制定以崗位責(zé)任制為核心的各項管理制度，管理制度的制定都要針對項目的具體情況和施工現(xiàn)場的實際需要，做到嚴(yán)密、細(xì)致、行之有效，便于操作，避免空洞的口號。對施工所需的各種儀器、計量器具進(jìn)行認(rèn)真的檢查，是否經(jīng)過檢測及標(biāo)定，是否符合要求，需檢測的應(yīng)到有關(guān)部門予以檢測。

7）開工前全面組織施工人員進(jìn)行質(zhì)量、安全生產(chǎn)和文明施工方面的教育。消除各種隱患，杜絕發(fā)生安全事故。進(jìn)入施工現(xiàn)場后做好場地清理，安排好施工道路，為施工做好必要準(zhǔn)備工作。檢查施工現(xiàn)場用電是否符合《施工現(xiàn)場臨時用電規(guī)范》?，F(xiàn)場設(shè)置消火栓，消除各類消防隱患。

6.2千斤頂?shù)倪x用

1）方法一：頂升設(shè)備由8臺液壓千斤頂組成，由一臺油泵機控制。8臺液壓千斤頂使用1臺油泵控制，從而保證8臺千斤頂同步頂起所有架體，用同時控制油表壓力和頂升位移的方法（即所謂“雙控法”）對整個頂升過程進(jìn)行控制。就千斤頂組的整體頂升能力，千斤頂頂升荷載不小于自重的兩倍以上時，千斤頂行程一致，提升時系統(tǒng)的壓強值應(yīng)滿足要求。

2）方法二：頂升設(shè)備選用8臺手動千斤頂，安排8人操作千斤頂，8名輔助人員，頂升過程由專人指揮，專人觀測頂升高度并嚴(yán)格控制。保證千斤頂壓桿行程一致，提升時系統(tǒng)的壓強值應(yīng)滿足要求。

方法一適用于多臺大型工程頂升，方法二適用于相對較小的項目，皇亭規(guī)模、頂升高度相對較小，因此最好選用方法二進(jìn)行選配千斤頂。

6.3千斤頂整體抬升布置

1）為保證能順利進(jìn)行起落，經(jīng)過計算決定使用標(biāo)定好的20噸位千斤頂共8臺。首先在千斤頂下放置特制2cm厚的鋼板，上置標(biāo)定好的千斤頂。柱礎(chǔ)之間為攔土，鋼板放置在攔土之上，經(jīng)計算能滿足千斤頂承受荷載。

2）在柱子（內(nèi)外側(cè)）上下安裝兩排槽鋼，槽鋼內(nèi)外側(cè)采用20M高強螺栓緊固抱柱，下排為 22#槽鋼（距地面600mm），為主要受力構(gòu)件，在槽鋼中間布置千斤頂（次間穿插枋下面各設(shè)一臺20噸千斤頂），千斤頂下鋪設(shè)20mm厚鋼板，千斤頂與槽鋼接觸面采用22#工字鋼。達(dá)到結(jié)構(gòu)荷載通過豎向100mm*100mm木方傳遞到水平槽鋼上，再通過水平槽鋼傳遞到千斤頂上，千斤頂?shù)某惺艿暮奢d最終傳遞到攔土上。

3）為了保證架體的穩(wěn)定性，在穿插枋下500mm處水平方向設(shè)置18#槽鋼（柱子內(nèi)外側(cè)），槽鋼內(nèi)外側(cè)采用20M高強螺栓緊固抱柱，確保亭子頂升時整體穩(wěn)定性。

4）在木柱子兩側(cè)分別安裝4個100mm*100mm木方（黃花松），明間上頂大額枋、次間上頂額枋下穿插枋（替代原柱子受力），100mm*100mm木方坐落在22#槽鋼（水平方向，距地面600mm）。

5）以保證千斤頂垂直作用于工字鋼梁底支點，同時保證千斤頂中心線與承重架中心線接近在同一條中心軸上，將工字鋼與橫向槽鋼進(jìn)行焊接連接。

6）為了防止千斤頂回油，亭子下降，在千斤頂兩側(cè)以及兩柱之間放置馬連垛并隨著頂升增加馬連垛（硬木楔）高度。

7）為了增加上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，抹角梁以上為上部結(jié)構(gòu)，將童柱和坐斗與抹角梁采用扒鋸子連接，抹角梁與檁采用扒鋸子連接，并將抹角梁以上水平方向采用50*100mm木方進(jìn)行拉結(jié)。

8）為了增加柱子與槽鋼的摩擦力，在槽鋼與柱子之間增加硬膠皮。

9）在柱與柱、梁枋與柱等榫卯連接部位，增加了輔助鏈接，抹角梁一下為下部結(jié)構(gòu)，為了保證下部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，下檐大額枋與抹角梁采用扒鋸子連接，大額枋與柱子采用扒鋸子連接，穿插枋與柱子采用扒鋸子連接，從而保證了大木構(gòu)架整體安全性。

6.4整體抬升

1）本工程設(shè)有8個千斤頂，安排8名施壓人員、8名輔助人員（補充墊板、木楔填充）全部就位，根據(jù)填充高度及時填充適宜的墊板，防止千斤頂工作狀態(tài)失穩(wěn)。另外設(shè)置測量人員、觀察員6名，負(fù)責(zé)現(xiàn)場結(jié)構(gòu)的測量、結(jié)構(gòu)架體的檢查、外圍的安保人員，為確保施工安全，禁止一切與本工程無關(guān)的人員進(jìn)入。

2）頂升期間，嚴(yán)格控制頂升速率，以1mm/分鐘為限，嚴(yán)禁超限施壓。每提升3mm為一個提級，以千斤頂、墊板、木楔為多重支撐，確保架體不回落。穩(wěn)荷20min，檢查人員、測量人員進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢查，確認(rèn)架體、屋面安全后，方可進(jìn)行第二級加荷，直至達(dá)到設(shè)計頂升高度，對千斤頂及支撐體系鎖緊，使之穩(wěn)定。

3）預(yù)頂升（以架體頂起3mm為準(zhǔn)）

預(yù)頂升主要目的為消除頂升系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題，同時消除頂升過程中可能出現(xiàn)的非彈性變形。預(yù)頂升以千斤頂頂至設(shè)計荷載為控制荷載，要確保在頂升中梁體同步被頂起，并應(yīng)持荷20min以上卸載。卸載后應(yīng)認(rèn)真檢查系統(tǒng)的各自控制系統(tǒng)及表觀現(xiàn)象，檢查重點有：所有千斤頂有無異常現(xiàn)象、架體有無異?，F(xiàn)場等。 卸載后同時還應(yīng)認(rèn)真檢查千斤頂上下鋼板有無變形現(xiàn)象，必要時可調(diào)整鋼板的厚度以滿足頂升要求；認(rèn)真檢查千斤頂放置位置下的結(jié)構(gòu)物有無區(qū)別于頂升前的現(xiàn)象，如存在，應(yīng)認(rèn)真查出原因后方可正式頂升，嚴(yán)禁情況未明時繼續(xù)進(jìn)行頂升。卸載后還應(yīng)立即組織溝通會議，把出現(xiàn)的問題及時協(xié)調(diào)處理，明確對于組織機構(gòu)、信息傳遞及反饋等過程控制中有無需再次強調(diào)及改進(jìn)等。所有各項均核對無誤后可再次頂升一個量程，即3mm，頂升到位后應(yīng)及時加上輔助支撐（千斤頂兩側(cè)放置硬雜木）。

4）頂升

頂升過程中，不需要歸安的柱子，在柱子與柱頂石之間應(yīng)放置抄手楔。需要歸安的柱子，直接將柱子頂起。

5）頂升至設(shè)計位置

經(jīng)現(xiàn)場再次確認(rèn)千斤頂無移位等現(xiàn)象后可統(tǒng)一繼續(xù)頂升工作。根據(jù)不同墩號頂升工作需要不同頂升循環(huán)才能頂升至設(shè)計高度，應(yīng)嚴(yán)格控制過程中的換頂作業(yè)等工序。為了增加頂升安全儲備控制在有效之內(nèi)，應(yīng)注意頂升過程中千斤頂不可頂升至最大的行程高度，應(yīng)不超過千斤頂?shù)淖畲笥行Ц叨鹊?0%，如頂升高度不夠，可在千斤頂下增加鋼板。

頂升至設(shè)計高度位置過程中，頂升過程應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定分級加載控制程序執(zhí)行。

6）抬升柱頂石

沿亭子面寬方向兩側(cè)挖50mm寬工作面，向外側(cè)開挖100mm作業(yè)面，向亭內(nèi)方向挖作業(yè)面600mm寬；將柱頂石下皮灰漿、渣土清理干凈，順時針?biāo)慕遣捎们斯鲏|100mm*100mm鋼板，內(nèi)側(cè)留灌漿槽口，外側(cè)留排氣孔。

6.5檢修柱頂石（灰漿澆灌）

檢修柱頂石，基層按要求進(jìn)行處理，按設(shè)計要求放置鋼板（鋼板需做防腐處理），四角固定鋼板，將灰漿灌滿密實養(yǎng)護(hù)，將柱頂石按設(shè)計要求放在指定位置調(diào)整各個支座高度達(dá)到設(shè)計標(biāo)高，并保持一致。方可進(jìn)行歸安。

6.6亭子歸安

歸安程序與頂升程序相反，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行其程序。支點承載以后應(yīng)注意位移數(shù)據(jù)，各墩減速是否一致，位移變化是否一致，相差過大時應(yīng)找出原因處理后重新歸安。歸安前應(yīng)保證柱頂石下灰漿強度達(dá)到設(shè)計要求。亭子歸安時出現(xiàn)三種情況，

第一種情況部分低點柱子先接觸柱頂石面；第二種情況當(dāng)部分柱底與柱頂石面出現(xiàn)虛點時，采用松動螺栓，并采用震、撬、拉、壓等方式輔助歸安；

第三種情況當(dāng)出現(xiàn)個別柱子與柱頂石面懸空難以歸安時，為了解決此種情況，可向外移動豎向木方上側(cè)放置200mm（長）*100mm（寬）*50mm（厚）抄手楔， 兩側(cè)抄手楔交替緩慢拉動，直到柱子落實到柱頂石上。

歸安時要檢查柱頂石、柱子水平位置保持原狀。

6.7提升設(shè)施的安全拆移

提升設(shè)施的拆移應(yīng)注意安全、有序，采用與頂升時相同的保障措施進(jìn)行監(jiān)控，同時應(yīng)注意成品保護(hù)和拆除時的施工安全。

7、皇亭重量計算

7.1屋面荷載計算

（1）瓦面89.89㎡ ，317kg/㎡，共28.5噸。

（2）正脊3.4m，321kg/m，共1.1噸。

（3）垂脊2.6m*4個，209kg/m，共2.18噸。

（4）戧脊3m*8個，173kg/m，共4.2噸。

（5）圍脊4.2m*4個，210kg/m，共3.6噸。

（6）正吻2個，774kg，共1.6噸。

（7）垂獸4個，256kg，共1噸。

（8）戧獸8個，143kg，共1.2噸。

（9）木材12m3，共7.2噸。

（10）槽鋼及木方自重約6噸.

重量共56.58噸。

參考文獻(xiàn)：

[1]古建筑屋面荷載編匯（上）（下）劉大可 著.北京市古代建筑設(shè)計研究所的施工圖紙.工程測量規(guī)范GB50026-2007.

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[3]古建筑修建工程施工及驗收規(guī)范（JGJ159-2008）.

[4]《木結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50206-2012.

[5]《古建筑修建工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)（北方地區(qū)）》CJJ39-91.

[6]建筑防腐蝕工程施工規(guī)范（GB50212-2014）.

[7]建筑機械使用安全技術(shù)規(guī)范（JGJ33-2012）.

結(jié)語：

通過這次文物古建皇亭整體提升的理論與實踐成功結(jié)合，不僅解決了皇亭柱頂石沉降的問題，達(dá)到有效保護(hù)文物的目的，并且對未來文物古建修繕將起到寶貴的參考價值，甚至該技術(shù)在未來修繕古建文物能夠再次得到應(yīng)用。