地震重災(zāi)區(qū)古跡受損應(yīng)急修復(fù)技術(shù)研究*

李冬薇

(開封大學(xué) 藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，河南 開封 475000)

地震不僅會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)厝嗣裆踩a(chǎn)生威脅，也會(huì)造成當(dāng)?shù)孛麆俟袍E受損或者直接坍塌損毀。在古建筑自身建立結(jié)構(gòu)上，同西方強(qiáng)調(diào)歷史可讀性和續(xù)接性不同，我國(guó)古代建筑更多崇尚韻律美，所以大多為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，在地震災(zāi)害來臨時(shí)更容易遭到大規(guī)模破壞。傳統(tǒng)的震后古跡修復(fù)方式不僅修復(fù)周期長(zhǎng)，而且沒有考慮短期抗震因素，很容易遭受二次損害[1]。針對(duì)傳統(tǒng)古跡修復(fù)方式的弊端，提出了古跡受損應(yīng)急修復(fù)技術(shù)。先對(duì)受損建筑進(jìn)行整體測(cè)繪，確定具體受損區(qū)域，對(duì)受損面進(jìn)行可溶鹽處理后對(duì)古跡受損面進(jìn)行裂紋處理和抗震鞏固處理，完成地震古跡應(yīng)急修復(fù)[2]。

1 地震重災(zāi)區(qū)受損古跡表面處理

1.1 古跡表面破損情況測(cè)繪分析

古跡表面材料破損情況測(cè)繪是災(zāi)后對(duì)古跡受損特征進(jìn)行明確鑒定的基礎(chǔ)方法。之所以用“表面”一詞，主要是為了將古跡“室內(nèi)”和“室外”進(jìn)行同化分析，以同樣的測(cè)繪方式對(duì)待古跡的一切表面[3]。

對(duì)災(zāi)后古跡的受損區(qū)域測(cè)繪需要獲取古跡材料、內(nèi)部破壞情況、材料破損演變以及破壞速率等參數(shù)，更好地反應(yīng)出古跡的修復(fù)程度以及視覺傳達(dá)的美感。因此需要在測(cè)繪系統(tǒng)中引入我國(guó)區(qū)域地理信息系統(tǒng)作為信息資料參考，在ADAMS/View軟件中以災(zāi)后古跡建筑表面材質(zhì)以及內(nèi)在破損的數(shù)據(jù)庫(kù)化參數(shù)為依據(jù)，在PC端建立的模擬古跡影像和區(qū)域標(biāo)識(shí)，對(duì)古跡中所包含復(fù)雜的歷史門類信息和建筑材料信息進(jìn)行系統(tǒng)化和圖形化成像[4]。之后通過成像可以直接對(duì)災(zāi)后古跡受損區(qū)域材料面積以及受損比例，進(jìn)行分析、比較和處理，并將圖形和數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，對(duì)后續(xù)應(yīng)急修復(fù)提供成因原因分析和應(yīng)急保護(hù)處理方案參數(shù)。

表1中，古跡的不同部位其受損程度不同，所需要的修復(fù)方法也不同。未受損或受損面積小于30%的區(qū)域進(jìn)行簡(jiǎn)單維護(hù)即可，受損超過30%的區(qū)域需要使用設(shè)計(jì)的古跡受損應(yīng)急修復(fù)技術(shù)進(jìn)行后續(xù)處理。此外，通過古跡破損測(cè)繪，可以獲取古跡結(jié)構(gòu)參數(shù)和相關(guān)材料，提高修復(fù)精度，在視覺上為人們帶來更多的美感。

表1 古跡受損程度及維護(hù)方式

1.2 古跡表面破損區(qū)清洗和可溶鹽處理

古跡表面存在的可溶鹽(NaCl)與硫酸鎂會(huì)產(chǎn)生直接置換，在水分子的作用下，將氯離子和鈉離子留在古跡表面，不會(huì)再對(duì)古跡產(chǎn)生任何威脅[10-14]。

利用涂抹敷劑粘土這種去鹽方式可以有效降低古跡表面在地震影響下，所形成的的可溶鹽含量，降低古跡表面易碎度。涂抹持續(xù)時(shí)間與受損情況、墻體構(gòu)造、墻體表面凹洞數(shù)量有關(guān)，通常情況下為3 d左右。此外，在涂抹古跡敷劑前后，均需要對(duì)古跡受損區(qū)域進(jìn)行明鹽度檢測(cè)。檢測(cè)深度一般分為0～25 mm、50～80 mm以及75～100 mm。敷劑移除后，一些未干燥的可溶鹽有可能會(huì)溶解在墻體表面的參與水溶液中，需要先進(jìn)行墻體干燥，然后檢測(cè)古跡墻體含鹽量。

2 災(zāi)后受損古跡應(yīng)急修復(fù)技術(shù)

2.1 災(zāi)后無裂紋古跡應(yīng)急修復(fù)

在對(duì)古跡表面進(jìn)行了上述全部準(zhǔn)備工作以后，即可正式進(jìn)行應(yīng)急修復(fù)工作。根據(jù)1.1的古跡建筑檢測(cè)參數(shù)，對(duì)受損程度小于1/3且未出現(xiàn)明顯裂紋的古跡受損區(qū)可以先進(jìn)行高壓水清洗，注意調(diào)節(jié)壓力幅度，以免對(duì)古跡表面破損區(qū)產(chǎn)生再次傷害。清洗后，涂抹古跡抗氧化增強(qiáng)劑。等到其完全風(fēng)干，使用木粉或磚粉或古跡專用的建筑材料，對(duì)古跡表面損壞程度在3 mm的部分進(jìn)行修補(bǔ)，并利用泥沙漿對(duì)接縫處進(jìn)行勾縫處理。

受損區(qū)完全修復(fù)后，在古跡表面涂抹完全無色透明滲透型憎水保護(hù)液，對(duì)古跡墻體進(jìn)行抗水修復(fù)。如果古跡墻體受損區(qū)受損程度超過1/3需要直接進(jìn)行掏砌和剔砌操作。

先拆除古跡受損磚體或木材結(jié)構(gòu)，用高壓水槍清洗剔孔雜質(zhì)和四周灰縫。選擇適合古跡結(jié)構(gòu)或建筑材料的替換材料和新灰泥，用大口鈍刀將其敷底，然后填充更新材料并進(jìn)行勾縫。如果古跡受損區(qū)為柱狀結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行墩接，就是將包括受損區(qū)在內(nèi)的原料柱直徑1/2的區(qū)域直接削去，開辟搭接空間，搭接長(zhǎng)度為圓柱直徑的1到1.5倍。搭接兩端設(shè)置半椽以免發(fā)生位移。也可以將原柱橫截面按十字線分割為平衡的四部分，削去對(duì)角的兩瓣，然后進(jìn)行搭接操作。如果受損原柱為明柱，墩接高度不能超過墩柱長(zhǎng)度1/5。當(dāng)古跡表面受損區(qū)超過1/3時(shí)，需要直接進(jìn)行材質(zhì)更換。

2.2 災(zāi)后有裂紋古跡應(yīng)急修復(fù)

災(zāi)后古跡裂紋通常有豎向裂紋和橫向裂紋兩種[15]。豎向裂紋通常是由地震導(dǎo)致的古跡墻體結(jié)構(gòu)承載力不足，如果不能及時(shí)修復(fù)，裂紋的開荷作用有可能會(huì)導(dǎo)致古跡墻體進(jìn)一步被破壞。修復(fù)豎向裂紋可以通過擴(kuò)大古跡裂紋區(qū)域上部構(gòu)件的整體體積，使其壓力作用點(diǎn)轉(zhuǎn)移到古跡中部，或者擴(kuò)大古跡墻體稱重體積進(jìn)行裂紋修復(fù)。此外古跡的豎向裂紋也有可能是地震引起的橫向拉力引起的。例如一個(gè)無內(nèi)筋的豎向砌柱開裂的原因有可能是地震時(shí)，其某一側(cè)相鄰構(gòu)件對(duì)它施加的橫向水平拉力，而另一側(cè)受到其他方向框架結(jié)構(gòu)的約束保持原狀態(tài)，從而產(chǎn)生豎向裂紋。對(duì)待這項(xiàng)裂紋需要使用U型鋼箍進(jìn)行裂紋收緊。U型鋼釘有埋入是錨頭，規(guī)格為3/4 in×6 in共計(jì)12個(gè)。裂縫閉灌注無縫收縮漿，消除裂縫。

古跡橫向裂紋，大多是在地震引發(fā)的古跡底部沉降所產(chǎn)生的應(yīng)力作用下形成的[16-17]。如果裂紋較小且穩(wěn)定可以不進(jìn)行修復(fù)，如果發(fā)現(xiàn)裂紋是古跡墻體過彎或框架結(jié)構(gòu)收縮的結(jié)構(gòu)，需要對(duì)古跡墻體按照固定距離間隔，切割水平接縫[18]。

此外對(duì)于古跡表面裂縫修復(fù)所使用材料的內(nèi)在組成成分、質(zhì)感、以及表面顏色要與原古跡表面材質(zhì)和色彩兼容[19]。所以需要使用環(huán)氧樹脂材料，根據(jù)裂縫實(shí)際大小選擇適合的注射方式，對(duì)裂縫進(jìn)行樹脂填補(bǔ)。盡量避免使用現(xiàn)代工業(yè)水泥，因?yàn)槠渑蛎浵禂?shù)與原始古跡表面用磚差異較大，很容易對(duì)古跡表面產(chǎn)生破壞效果。

3 地震重災(zāi)區(qū)古跡加固

由于地震重災(zāi)區(qū)時(shí)常發(fā)生余震，所以對(duì)修復(fù)完畢的古跡必須進(jìn)行地震加固，防止二次破壞。對(duì)古跡進(jìn)行整體加固時(shí)，首先需要考慮的問題是防止古跡二次傾倒[20]。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)來看，古跡開裂和傾倒大多產(chǎn)生于古跡頂部和中部，對(duì)此可以將古跡頂部而中部連成一體，并將底部與地錨固。在受損區(qū)需要增加構(gòu)件材料，補(bǔ)強(qiáng)地震承載強(qiáng)度。先用鉚釘支撐需要加固的古跡修復(fù)區(qū)，將加固材料錨固于古跡修復(fù)區(qū)，并整體用補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件進(jìn)行對(duì)接夾緊。夾緊就是將鉚接處與鋼板固定構(gòu)件相連，防止受損區(qū)再次開裂，同時(shí)錨接時(shí)不能將構(gòu)件收縮過緊，以免木質(zhì)構(gòu)件失去水分無法收縮。鉚接再進(jìn)行縫合操作，縫合是將之前錨緊的錨栓或螺旋鉚釘栓進(jìn)加固構(gòu)件的劈裂部分，從而起到連接作用。錨栓將古跡開裂區(qū)稍微閉合即可，如果強(qiáng)制完全閉合，有可能導(dǎo)致加固構(gòu)件另一側(cè)開裂。

4 仿真實(shí)驗(yàn)

為了保證設(shè)計(jì)的地震重災(zāi)區(qū)古跡受損應(yīng)急修復(fù)技術(shù)的有效性，設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)以某受地震影響的古跡進(jìn)行應(yīng)急修復(fù)，為了保證實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性和有效性以傳統(tǒng)古跡修復(fù)常用的原物重建法進(jìn)行修復(fù)時(shí)間和修復(fù)結(jié)果的修復(fù)效果比對(duì)。

4.1 古跡修復(fù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)

為了保證仿真試驗(yàn)過程的準(zhǔn)確性，對(duì)需要修復(fù)的古跡試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，本文試驗(yàn)對(duì)象是受損古跡，由于需要直接對(duì)比修復(fù)效果和修復(fù)時(shí)間，因此，試驗(yàn)過程中需要保證古跡受損情況和外環(huán)境參數(shù)的一致，方便兩種方式直接對(duì)比。古跡具體參數(shù)如表2

表2 修復(fù)古跡參數(shù)表

4.2 古跡修復(fù)實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)

古跡修復(fù)效果評(píng)價(jià)是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，需要在充分了解古跡損毀狀況的情況下，設(shè)計(jì)有針對(duì)性的評(píng)價(jià)因素指標(biāo)，在資料與數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上采用定性和定量結(jié)合的方式進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)。修復(fù)效果評(píng)價(jià)整體結(jié)構(gòu)為：在做好前期準(zhǔn)備的前提下，對(duì)所研究的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的同時(shí)將構(gòu)建評(píng)價(jià)因素以及方法的應(yīng)用進(jìn)行明確，收集效果參數(shù)，分析參數(shù)。在對(duì)參數(shù)進(jìn)行分析時(shí)可以利用攝影、問卷、觀察、文檔等采用定性與定量的方法進(jìn)行分析，最終得出評(píng)價(jià)的結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行反饋。

4.3 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)過程中，使用不同古跡受損應(yīng)急修復(fù)方式對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)定的受損古跡進(jìn)行修復(fù)實(shí)驗(yàn)，并利用模擬抗震演示儀，模擬余震效果，檢測(cè)古跡修復(fù)區(qū)抗震實(shí)際效果，獲取直觀參數(shù)對(duì)比如表3所示:

表3 實(shí)驗(yàn)效果參數(shù)對(duì)比

根據(jù)對(duì)比參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，本次設(shè)計(jì)的地震重災(zāi)區(qū)古跡受損應(yīng)急修復(fù)技術(shù)在修復(fù)時(shí)間上比傳統(tǒng)的原物重建法修復(fù)時(shí)間減少1/3，在修復(fù)地震引發(fā)的古跡破損橫紋和豎紋中，效果優(yōu)于傳統(tǒng)的原物重建法。墻體可溶鹽方面，運(yùn)用傳統(tǒng)的修復(fù)方法，墻體能夠看到明顯的可溶鹽，本文的方法能夠有效地避免可溶鹽的存在。此外在對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行余震模擬時(shí)，因?yàn)橛屑庸虡?gòu)件的存在，所以使用本次設(shè)計(jì)的修復(fù)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)古跡抗震性要明顯優(yōu)于對(duì)比對(duì)象，具有一定抵御重災(zāi)區(qū)余震的能力。在修復(fù)精度以及視覺傳達(dá)效果方面，傳統(tǒng)處理方法在美與經(jīng)典的表達(dá)上仍然存有欠缺。本文所提的地震重災(zāi)區(qū)古跡受損應(yīng)急修復(fù)優(yōu)化技術(shù)，能夠在古跡受損的第一時(shí)間將古跡恢復(fù)如初，不會(huì)在修復(fù)的過程中對(duì)古跡形成二次破壞。

5 結(jié)束語

此次涉及的地震重災(zāi)區(qū)古跡受損應(yīng)急修復(fù)技術(shù)可以有效針對(duì)古跡表面測(cè)繪參數(shù)，對(duì)古跡受損區(qū)先進(jìn)行清洗和可溶鹽處理，有效降低古跡脆化可能性，并在古跡修復(fù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加固處理，可以大大降低余震對(duì)古跡的二次傷害，提高古跡修復(fù)的精準(zhǔn)度，在視覺傳達(dá)上提升視覺美感。實(shí)驗(yàn)證明本次設(shè)計(jì)的應(yīng)急修復(fù)技術(shù)可以減少1/3的修復(fù)時(shí)間，使古跡在表面150 mm內(nèi)看不到明顯的可溶鹽，并能承受一定的余震破壞。