南京城墻內(nèi)部人防工事對城墻結(jié)構(gòu)影響的調(diào)查與研究

王天文（南京城墻保護(hù)管理中心，南京 210008）

南京城墻內(nèi)部人防工事對城墻結(jié)構(gòu)影響的調(diào)查與研究

王天文
（南京城墻保護(hù)管理中心，南京 210008）

針對目前南京城墻內(nèi)部人防工事展開文物保護(hù)工作過程中存在的問題與影響，文章以釣魚臺(tái)街道城墻工事為例，分析研究了南京城墻內(nèi)部人防工事對城墻結(jié)構(gòu)影響的重要性與檢查檢測方法，并對監(jiān)測結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析評價(jià)，旨在為保護(hù)南京城墻提供一些理論依據(jù)。

南京城墻；結(jié)構(gòu)影響；檢測方法；三維激光掃面技術(shù)；防排水

Abstract:In view of the existing problems and impacts in the process of cultural relics protection in civil defense fortifications for Nanjing city wall, taking the city walls of Diaoyutai Street as an example, this paper highlights the importance of civil defense fortifications to the wall structure and seeks to investigate its inspection methods. The monitoring structure is analyzed and evaluated, which aims to provide some theoretical basis for the protection of Nanjing city wall.

Key words:Nanjing City Walls; configuration effect; inspection method; 3D laser scanning technology; waterproof and drainage

隨著我國市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程的不斷加快，物質(zhì)生活的豐富使得人們對精神生活的需求越來越大。歷史文物作為傳承中華民族傳統(tǒng)品德重要組成部分，其已經(jīng)成為我國立于世界之林的根本之一。然而，20世紀(jì)六七十年代在城墻內(nèi)部修筑的人防工事對城墻整體結(jié)構(gòu)的影響研究卻十分有限，從而阻礙了對南京城墻保護(hù)措施的順利進(jìn)行。針對這一問題，相關(guān)文物保護(hù)人員以南京城墻內(nèi)部人防工事為例，充分利用了現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)，即三維掃描技術(shù)、地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)手段，研究了城墻本體內(nèi)部的人防工程對城墻結(jié)構(gòu)的影響，從而力求找出城墻保護(hù)與修繕的有效措施。這是保護(hù)我國具有歷史文化底蘊(yùn)代表色彩——南京城墻的重要課題，因此應(yīng)受到文物保護(hù)人員的高度重視與積極參與。

1 研究的重要性

南京城墻位于我國江蘇省南京市，城墻總長為35.267 km，保存完好25.091 km，其中包含遺跡與遺址共10.176 km。南京城墻作為國家級文物保護(hù)單位是明初建造的京城城墻，其根據(jù)不同地段地形與地貌，建造了外郭城、外城、宮城以及皇城。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，南京明城墻是目前世界上現(xiàn)存最長、規(guī)模最大且保存原真性最好的古代城垣。城墻作為歷史的文物，其雖隨著歷史的發(fā)展進(jìn)程，已完成了它的歷史使命，冷兵器時(shí)代那種防衛(wèi)功能早已消失。然而，由于自然和人為因素，許多具有重大歷史、藝術(shù)以及科學(xué)價(jià)值的古城墻遭受了破壞，還能尚留局部或殘好相間的古城墻也已不多，大多數(shù)古城墻已完全消失了。城市的城墻對于我國幾千年的社會(huì)發(fā)展歷史、政治經(jīng)濟(jì)、軍事防御工程技術(shù)等科學(xué)研究都有重要的意義，城墻在發(fā)展旅游事業(yè)中，更是起著重要的作用。保護(hù)歷史文化名城的重要標(biāo)志的古城墻尤為重要，已刻不容緩，即留住城墻就是留住歷史[1]。

為此，本次南京明城墻人防工事質(zhì)量檢測以釣魚臺(tái)街道城墻工事為試點(diǎn)，對人防工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測及安全性評估。這里檢測與評估的主要內(nèi)容有：人防工程的斷面檢測、襯砌外觀質(zhì)量檢測、鋼筋位置檢測、襯砌強(qiáng)度檢測以及襯砌內(nèi)部質(zhì)量檢測等。其目的是為南京城墻的歷史文物保護(hù)提供一些科學(xué)依據(jù)，從而提高文物保護(hù)工作的展開效率。

2 調(diào)查方法

2.1 人防工程的斷面檢測

本次進(jìn)行南京城墻人防工程斷面檢測主要采用三維掃描方法，從而為城墻人防工程的數(shù)字化檢測奠定基礎(chǔ)，以為城墻的文物申遺工作做好準(zhǔn)備。研究表明，三維掃描結(jié)構(gòu)是城墻及內(nèi)部人防工事真實(shí)尺寸的客觀反映，即能夠明確人防工事與城墻的位置關(guān)系，從而得到人防工事內(nèi)部任意斷面的實(shí)際尺寸。與此同時(shí)，通過三維掃描的點(diǎn)運(yùn)數(shù)據(jù)，繪制人防工事縱斷面圖確定洞內(nèi)標(biāo)高，對后期洞內(nèi)防排水處置方案的制訂及內(nèi)部襯砌改造具有重要的指導(dǎo)意義。此外，利用三維掃描技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)人防工事內(nèi)部三維實(shí)景的再現(xiàn)，即利用類似于目前市面上的VR功能。由于此項(xiàng)工程的工作量巨大，因此研究人員應(yīng)對其進(jìn)行更進(jìn)一步的完善。通過對人防工事和外部城墻進(jìn)行定期掃描，可實(shí)現(xiàn)對人防工事及外部城墻的變形觀測。

2.2 襯砌外觀質(zhì)量檢測

襯砌外觀質(zhì)量檢測包括防空洞內(nèi)部洞身和外部城墻外觀質(zhì)量檢查。外觀檢查方式為檢測人員抵近檢查，襯砌外觀質(zhì)量檢查內(nèi)容有：

(1)有無裂縫，利用鋼卷尺、測探儀對裂縫的長度、寬度、深度進(jìn)行檢測；

(2)起層剝落情況，記錄病害位置、程度、范圍等；

(3)滲水情況，記錄滲水位置、程度等；

(4)墻體施工縫、變形縫有無開裂、錯(cuò)臺(tái)。

2.3 鋼筋位置檢測

鋼筋保護(hù)層位置是影響人防結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素之一，通過對混凝土構(gòu)件保護(hù)層厚度的檢測，能夠更好地掌握混凝土保護(hù)層厚度對鋼筋銹蝕的影響程度。鋼筋位置、保護(hù)層厚度檢測是采用鋼筋探測儀檢驗(yàn)第一層鋼筋排列位置及鋼筋保護(hù)層是否符合規(guī)定，鋼筋分布檢測時(shí)，應(yīng)采用鋼筋探測儀掃描測區(qū)內(nèi)鋼筋的分布情況。根據(jù)電磁場理論，線圈是嚴(yán)格磁偶極子，當(dāng)信號源供給交變電流時(shí)，其向外界輻射出電磁場；鋼筋作為一個(gè)電偶極子，其接收外界電場，從而產(chǎn)生大小沿鋼筋分布的感應(yīng)電流，鋼筋的感應(yīng)電流重新向外界輻射出電磁場，進(jìn)而使原激勵(lì)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，從而使線圈的輸出的電壓產(chǎn)生變化。在此情況下，鋼筋位置測定儀就能確定鋼筋所在的位置及其保護(hù)層厚度。而在鋼筋的正上方時(shí)，線圈輸出的電壓受鋼筋產(chǎn)生二次磁場的影響最大。由于滲漏水情況的存在，使得鋼筋探測儀的測量范圍受到了限制。為此，南京城墻內(nèi)部人防工事鋼筋位置檢查人員，可采用地質(zhì)雷達(dá)配備1.5 GHz天線進(jìn)行檢測。與此同時(shí)，還要對其他測區(qū)進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)檢測，以提高檢測結(jié)構(gòu)獲取的準(zhǔn)確性。

2.4 襯砌強(qiáng)度檢測以及襯砌內(nèi)部質(zhì)量檢測

襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度的檢測主要利用回彈法進(jìn)行檢測。以100 m為一個(gè)節(jié)段進(jìn)行混凝土的強(qiáng)度測量，在每個(gè)節(jié)段內(nèi)邊墻上布置10個(gè)測區(qū)，每個(gè)測區(qū)內(nèi)測量16個(gè)回彈值，剔除3個(gè)最大值和3個(gè)最小值，然后將剩下的10個(gè)回彈值平均，求得測區(qū)平均回彈值。這里的回彈儀非水平方向檢測混凝土澆筑側(cè)面或回彈儀水平方向檢測混凝土澆筑表面時(shí)，應(yīng)對混凝土回彈值進(jìn)行修正。根據(jù)測區(qū)混凝土平均回彈值及平均碳化深度檢測，能更好地了解混凝土內(nèi)部鋼筋堿性鈍化的狀態(tài)，進(jìn)而判斷碳化對鋼筋銹蝕的影響，從而得出人防工事結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

3 檢測結(jié)果的分析與評價(jià)

以三維激光掃面技術(shù)與鋼筋位置檢測結(jié)果為例，利用三維激光對人防工事內(nèi)部及外圍城墻進(jìn)行了測掃，得到了人防工事內(nèi)部的走向與標(biāo)高、內(nèi)部輪廓以及人防工事與城墻的位置關(guān)系。如圖1、圖2所示為三維掃描技術(shù)應(yīng)用下，得出的南京城墻人防工事內(nèi)部測掃點(diǎn)云圖與人防工事內(nèi)部三維立體圖。

圖1 人防工事內(nèi)部測掃點(diǎn)云圖

圖2 人防工事內(nèi)部三維立體圖

圖2中所示的三維矢量數(shù)信息，精確定位了南京城墻人防工事的走向與洞內(nèi)斷面標(biāo)高，從而明確了內(nèi)部洞室與外部城墻的對應(yīng)關(guān)系。這就為城墻文物保護(hù)提供了基礎(chǔ)檔案數(shù)據(jù)，今后，在對城墻內(nèi)部進(jìn)行加固及防排水設(shè)施建設(shè)時(shí)，就不會(huì)影響其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最終起到真正保護(hù)的目的。

鋼筋保護(hù)層厚度檢測結(jié)果為：對于洞內(nèi)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)區(qū)域，共選取檢測樣本為9組，其中鋼筋保護(hù)層最小值為26.4 mm，最大值為57.5 mm。參照《人民防空工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50134—2004）中的要求，受力鋼筋的鋼筋保護(hù)層厚度要符合設(shè)計(jì)要求。當(dāng)設(shè)計(jì)沒有具體要求時(shí)，則應(yīng)在正常環(huán)境下，不能小于25 mm；在高濕度環(huán)境下，不能小于45 mm。由于洞內(nèi)襯砌表面普遍存在不同程度的滲水及滴水現(xiàn)象，因此，可判斷南京城墻鋼筋保護(hù)層為高濕度環(huán)境，且鋼筋保護(hù)層厚度不能小于45 mm。由此，可得出結(jié)論，檢測樣本中僅有3組滿足規(guī)范要求，6組未滿足規(guī)范要求。

造成上述問題出現(xiàn)的原因?yàn)殇摻钿P脹，人防工事主要為砼和磚結(jié)構(gòu)，由于襯砌與填料之間設(shè)置防水層，這就使地下水和上部覆蓋層裂隙水滲入混凝土內(nèi)部與鋼筋接觸，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，銹蝕鋼筋持續(xù)膨脹進(jìn)而使鋼筋保護(hù)層混凝土發(fā)生脹裂。針對這一問題，文物保護(hù)人員應(yīng)查明滲水原因，而后，根據(jù)滲水原因采取相應(yīng)的處置措施，即對富水地段進(jìn)行一系列的引水或是堵水處理，對于襯砌微小裂隙引起的現(xiàn)狀滴漏水，應(yīng)采用導(dǎo)水管，溝槽等方式，將滲流引入室外，或者采用止水材料填充溝槽進(jìn)行止水。這是控制南京城墻人防工事本身結(jié)構(gòu)問題的關(guān)鍵，研究人員應(yīng)將其重視起來，以提高文物的保護(hù)效果[2]。

4 結(jié)束語

南京明城墻作為我國乃至世界保存最為完好的古城墻，其申報(bào)世界文化遺的工作也在積極的推動(dòng)當(dāng)中。為保護(hù)南京城墻不受自然環(huán)境及內(nèi)部人防工事的影響，研究人員應(yīng)充分利用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)，以使其發(fā)揮出高效率、高成果以及高適用性的作用價(jià)值。盡可能地避免南京城墻受到因?yàn)閮?nèi)部人防工事的廢棄、老化而可能帶來的嚴(yán)重后果，為將來南京城墻的修繕及加固提供科學(xué)依據(jù)[3]。

[1]楊國慶,王志高.南京城墻志[M].南京:鳳凰出版社,2008.

[2]鄭必勇.淺議南京城墻損傷與防范[J].江蘇建筑,2001(2):6-9,29.

[3]王濱.芻議做好南京城市建設(shè)中的文物保護(hù)工作[J].新西部旬刊,2016,18(9):52.

Investigation and Research on the In fl uence of Civil Air Defense Works on the City Wall Structure in Nanjing City Wall

WANG Tianwen
（Nanjing Citywall Protection and Management Center, Nanjing 210008, China）

K928.77

A

王天文（1987-），男，助理館員，主要研究方向?yàn)槲奈锉Ｗo(hù)。E- mail:77930380@qq.com.