從搶救性保護(hù)到預(yù)防性保護(hù)
——古月橋保護(hù)修繕工程實(shí)踐分析

張 榮（北京國(guó)文琰文化遺產(chǎn)保護(hù)中心有限公司 北京 100192）

王 麒（北京國(guó)文琰文化遺產(chǎn)保護(hù)中心有限公司 北京 100192）

王 帥（北京國(guó)文琰文化遺產(chǎn)保護(hù)中心有限公司 北京 100192）

李玉敏（北京國(guó)文琰文化遺產(chǎn)保護(hù)中心有限公司 北京 100192）

呂 寧（清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司文化遺產(chǎn)保護(hù)研究中心 北京 100084）

黃美燕（義烏市文物保護(hù)管理辦公室 浙江義烏 322000）

一、預(yù)防性保護(hù)的概念辨析

“預(yù) 防性保護(hù)”是我國(guó)文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域里面近幾年較流行的一個(gè)語匯?！邦A(yù)防性保護(hù)一詞來自英文‘Preventive Conservation’的直譯，該概念最早提出是在1930年于羅馬召開的第一屆藝術(shù)品保護(hù)科學(xué)方法研究國(guó)際會(huì)議上”[1]。國(guó)際文化遺產(chǎn)保護(hù)界對(duì)“預(yù)防性保護(hù)”已經(jīng)研究多年，并逐漸發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科，該學(xué)科研究領(lǐng)域涵蓋了遺產(chǎn)保護(hù)、遺產(chǎn)防災(zāi)、遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)、館藏文物環(huán)境控制等方向。

在我 國(guó)的法規(guī)和行業(yè)規(guī)范文件中， 2015版《中國(guó)文物古跡保護(hù)準(zhǔn)則》（以下簡(jiǎn)稱《準(zhǔn)則》）①《中國(guó)文物古跡保護(hù)準(zhǔn)則》是由國(guó)際古跡遺址理事會(huì)中國(guó)國(guó)家委員會(huì)制定，國(guó)家文物局推薦的行業(yè)規(guī)范，2000年制訂第1版，2015年修訂完成第2版。率先提出“預(yù)防性保護(hù)”概念②《中國(guó)文物古跡保護(hù)準(zhǔn)則》2015版第12條：“最低限度干預(yù)：應(yīng)當(dāng)把干預(yù)限制在保證文物古跡安全的程度上。為減少對(duì)文物古跡的干預(yù)，應(yīng)對(duì)文物古跡采取預(yù)防性保護(hù)?！薄?/p>

而最近兩年內(nèi)，一系列重要文件的精神，將“預(yù)防性保護(hù)”納入了中國(guó)文化遺產(chǎn)保護(hù)事業(yè)的快車道，將這個(gè)名詞從概念帶到了實(shí)踐的最前沿。2017年《國(guó) 家文物事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確提出，要從以 往單純注重?fù)尵刃员Ｗo(hù)，向搶救性與預(yù)防性并重的保護(hù)方式轉(zhuǎn)變，在館藏文物保護(hù)、革命文物保護(hù)、文物保護(hù)裝備上都提到了“預(yù)防性保護(hù)”的理念，并明確要求“推動(dòng)文物預(yù)防性保護(hù)常態(tài)化、標(biāo)準(zhǔn)化，出臺(tái)日常養(yǎng)護(hù)、歲修、巡查和監(jiān)測(cè)工作規(guī)范。”2018年中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳先后印發(fā)了《關(guān) 于實(shí)施革命文物保護(hù)利用工程（2018-2022年）的意見》和《關(guān)于加強(qiáng)文物保護(hù)利用改革的若干意見》兩個(gè)文件，都提出了“預(yù)防性保護(hù)”的概念，前者要求“統(tǒng)籌推進(jìn)搶救性與預(yù)防性保護(hù)”；后者提出“支持文物保護(hù)由搶救性保護(hù)向搶救性與預(yù)防性保護(hù)并重、由注重文物本體保護(hù)向文物本體與周邊環(huán)境整體保護(hù)并重轉(zhuǎn)變?！?019年財(cái)政部、國(guó)家文物局印發(fā)的《國(guó)家文物保護(hù)專項(xiàng)資金管理辦法》中，將“預(yù)防性保護(hù)”作為文物保護(hù)資金的一個(gè)專項(xiàng)支出內(nèi)容。

2015版《準(zhǔn)則》中提出，“預(yù)防性保護(hù)”目的是為減少保護(hù)工程對(duì)文物古跡的干預(yù)，并給出“預(yù)防性保護(hù)”的定義：預(yù)防性保護(hù)是指通過防護(hù)和加固的技術(shù)措施和相應(yīng)的管理措施減少災(zāi)害發(fā)生的可能、災(zāi)害對(duì)文物古跡造成損害、以及災(zāi)后需要采取的修復(fù)措施的強(qiáng)度[2]。從預(yù)防性保護(hù)的目標(biāo)與定義上來看，預(yù)防性保護(hù)有三個(gè)要點(diǎn)內(nèi)容：1.預(yù)防性保護(hù)要滿足最低限度干預(yù)原則；2.預(yù)防性保護(hù)要通過技術(shù)措施和管理措施共同實(shí)施；3.預(yù)防性保護(hù)要減少或避免文物古跡遭受的威脅與災(zāi)害。

本文希望通過古月橋保護(hù)修繕工程案例的闡釋，在“預(yù)防性保護(hù)”理念的指引下，提出“預(yù)防性保護(hù)”的中國(guó)解決方案，以推動(dòng)預(yù)防性保護(hù)這一理論在中國(guó)文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的發(fā)展與實(shí)踐落地。

預(yù)防性保護(hù)的概念要求，改變以往“頭疼醫(yī)頭，腳疼醫(yī)腳”的臨時(shí)性“搶救”概念，要在破壞最終發(fā)生前，通過科學(xué)系統(tǒng)的分析，找到對(duì)文化遺產(chǎn)最根本的威脅因素，并以“最小干預(yù)”的方式，科學(xué)有效地對(duì)文化遺產(chǎn)進(jìn)行保護(hù)，并且要對(duì)保護(hù)過程與成果進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)估。

二、古月橋預(yù)防性保護(hù)修繕工程

古月 橋位于浙江省義烏市赤岸鎮(zhèn)龍溪之上，為我國(guó)迄今可考最早出現(xiàn)的折邊拱橋。橋頂南側(cè)石梁面上刻有“皇宋嘉定葵酉季秋閏月建造”題刻，建于宋嘉定六年（1213年），相傳為南宋工部侍郎、邑人徐僑（文清公）所筑。1982年在全國(guó)文物普查時(shí)首次發(fā)現(xiàn)該橋，2001年公布為全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。

（一）基于價(jià)值研究的數(shù)字化測(cè)繪

折邊形拱橋作為我國(guó)拱橋發(fā)展史上的一種特殊形制，今僅在浙江及周邊地區(qū)有實(shí)例留存，具有鮮明的地方特色③“可喜的是在浙江保存著較多從三邊形到圓弧拱演變軌跡的具有早期構(gòu)造特征的橋梁，為研究這一轉(zhuǎn)變提供了實(shí)物例證?！眳⒁姡簭垥? 浙江宋代橋梁研究[C]//浙江省文物考古研究所.浙江省文物考古研究所學(xué)刊（2）.北京：科學(xué)出版社，1993：320.。不少學(xué)者認(rèn)為，折邊拱是曲拱結(jié)構(gòu)發(fā)展的過渡階段。中國(guó)漢代墓葬考古發(fā)現(xiàn)也證明了這一點(diǎn)：由磚拱疊澀逐漸發(fā)展為三、五、七折拱，最終發(fā)展為圓拱。這恰與西方普遍認(rèn)為的由金字塔“假拱”到折邊拱再到圓拱的發(fā)展歷程相符（圖3）。

古月橋采用單拱縱聯(lián)分節(jié)并列砌置，橋身分四層。

作為主要承重結(jié)構(gòu)的橋身底層由六列肋梁組成五邊形折拱形制，每列石梁5根，拱段之間以橫鎖石相連，橫鎖石上鑿出凹槽，使拱條石與橫鎖石緊密相接；同時(shí)，為了使橋整體保有一定的靈活性，橫鎖石并非貫穿整體六列石梁，而是以每排兩根、錯(cuò)開排列的方式，連接六列石梁。

橋身第二層為鋪設(shè)于承重層上的底板層，該層由石板在石梁之間垂直橋身方向平鋪而成。

橋身第三層為底板層之上的填充層，該層由大小不一的碎石、黃土填充而成。

橋身第四層為填充層上的橋面層，該層中央鋪有長(zhǎng)條石，折拱橫鎖石位置垂直于橋身方向鋪有條石，其余橋面部分平行于橋面方向錯(cuò)落鋪設(shè)石板。

為深入研究古月橋的構(gòu)造做法，以及準(zhǔn)確測(cè)量橋體的變形情況，勘察設(shè)計(jì)方采用三維激光掃描的方式對(duì)橋梁進(jìn)行整體測(cè)繪。使用 FARO Focus3D X 330三維激光掃描設(shè)備，最小點(diǎn)間距可達(dá)1毫米，單點(diǎn)測(cè)量誤差不超過2毫米，滿足對(duì)橋體進(jìn)行測(cè)量精度和分辨率要求（圖4）。

根據(jù)掃描測(cè)繪結(jié)果，古月橋全長(zhǎng)31.20米，底拱長(zhǎng)14.67米，拱矢高4.99米，橋面兩側(cè)寬約4.91米，中部寬4.45米，東西兩側(cè)引橋各為7.65米，坡度約為25°；自起拱處至拱最高處約為3.745米，按照宋代1尺④宋尺與今尺寸的計(jì)算有多種方式，本文中采用《尺錄》及鞏縣出土宋代鐵尺實(shí)物的計(jì)算方式，即1尺=31.186厘米。約合31.186厘米計(jì)算，整橋?yàn)?0丈，引橋部分約50尺，橋體部分約50尺；橋身軸線跨度48尺，與起拱處至最高處的12尺，恰為一底與高之比為4∶1的三角形。結(jié)合宋代造橋技術(shù)特點(diǎn)，該三角形應(yīng)與古月橋建造之初的放樣關(guān)系相合[3]（圖5）。

同時(shí)，根據(jù)掃描實(shí)測(cè)結(jié)果，以六列石梁梁底為基準(zhǔn)繪制軸線。雖然目前六列石梁都發(fā)生了一定程度的偏移，但整體的收分明顯。橋基支撐的最端頭肋梁間距最寬，軸線間距為86厘米，合宋代2尺7寸5分，橋身正中肋梁間距最窄，軸線間距應(yīng)為78厘米，約合宋代2尺5寸。整體軸線間距由13尺7寸5分向內(nèi)逐漸收分至12尺5寸，橋體由橋基兩側(cè)最寬處的4.836米（約合13尺7寸5分）收至橋中最窄處的4.446米（約合14尺2寸5分）。這說明，古月橋在建造之初就保有向內(nèi)的預(yù)應(yīng)力，古月橋的力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常合理，古月橋穩(wěn)定地保存、使用超過800年，也證明了其橋體力學(xué)設(shè)計(jì)成功（圖6）。

結(jié)合《宋史》中所載宋代已經(jīng)掌握了橋梁模型和試驗(yàn)技術(shù)，以古月橋如此精密巧妙的設(shè)計(jì)，極有可能在建橋之初先建有模型，再根據(jù)模型放樣建橋。古月橋橋體收分的設(shè)計(jì)，使橋梁更加輕巧美觀，無論從側(cè)面還是正面看，古月橋都具有優(yōu)美的曲線。更加重要的是，古月橋的收分設(shè)計(jì)，使橋體依靠自重產(chǎn)生了向內(nèi)的預(yù)應(yīng)力，這種現(xiàn)代力學(xué)設(shè)計(jì)理念，在800年前的古月橋設(shè)計(jì)上就巧妙地體現(xiàn)出來，這種設(shè)計(jì)保證了古月橋經(jīng)歷800年的風(fēng)雨侵襲、洪水襲擊也依舊屹立不倒。

在三維激光數(shù)字化精細(xì)測(cè)量分析研究的幫助下，我們對(duì)古月橋的構(gòu)造做法和結(jié)構(gòu)體系有了更加清晰的認(rèn)識(shí)。古月橋在中國(guó)科技史、橋梁建筑史上具有重要地位，橋體結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系是其最重要的價(jià)值所在，也是在保護(hù)工程中要保護(hù)和延續(xù)下去的重要價(jià)值點(diǎn)。

表1 代表性樣品的孔隙率測(cè)定

（二）殘損勘察研究

在對(duì)古月橋的殘損勘察過程中，發(fā)現(xiàn)目前除了表面生物與微生物病害、石塊之間的灰漿缺失外，橋體的主要威脅為橫鎖石斷裂，以及部分肋梁端頭的壓潰與位移；同時(shí)，橋體風(fēng)化表現(xiàn)出明顯的規(guī)律：兩側(cè)風(fēng)化輕微而中間風(fēng)化嚴(yán)重；橋面板缺失嚴(yán)重，尤其是南側(cè)橋面，局部甚至出現(xiàn)了透天的現(xiàn)象，下雨時(shí)由橋面向橋底結(jié)構(gòu)構(gòu)件滲漏水情況嚴(yán)重（圖7）。

1.微觀材料檢測(cè)分析

為了研究石材的特質(zhì)、病害的情況及對(duì)橋整體結(jié)構(gòu)的影響，取得巖石、苔蘚、石灰、附近土壤共18個(gè)樣品，采用多種實(shí)驗(yàn)方法對(duì)樣品進(jìn)行分析，以期獲得石材的特質(zhì)、病害機(jī)理以及微觀和宏觀之間的內(nèi)在聯(lián)系。

（1）礦物組成分析。通過對(duì)采集到的巖石樣品分析，橋體所用石材為火山碎屑巖，主要為火山角礫巖。

（2）顯微觀察分析微觀殘損。使用高倍電子顯微鏡觀察巖石樣品，風(fēng)化情況與宏觀勘察結(jié)果一致，位于中央部位的樣品風(fēng)化程度較兩側(cè)深。同時(shí)，高倍率下樣品上可見大量絲狀、片狀、膠裝附著物，并散布有微生物殘骸（圖8），說明微生物存在并對(duì)巖石風(fēng)化有影響。

（3）孔隙率測(cè)定。取三個(gè)分別位于橋頭底部、橋身中部和橋身正中的樣品進(jìn)行壓汞孔隙率測(cè)定，由表1可知，三處不同位置的石材樣品孔隙率均在10%左右，高于一般火山角礫巖2%～9%的孔隙率，應(yīng)是風(fēng)化所致；同時(shí)，8號(hào)樣品位于橋中央，風(fēng)化最嚴(yán)重，亦與宏觀勘察結(jié)果一致。

結(jié)合微觀樣品的檢測(cè)，印證了宏觀勘察的結(jié)論，即越往橋中央風(fēng)化越嚴(yán)重，靠近兩側(cè)風(fēng)化程度較輕。同時(shí)，石構(gòu)件發(fā)生化學(xué)風(fēng)化的機(jī)理經(jīng)分析，主要原因是橋面滲水、微生物及植物生長(zhǎng)，加之氣候潮濕，橋體結(jié)構(gòu)材料長(zhǎng)期處于陰暗潮濕的環(huán)境，在水、微生物的共同作用下發(fā)生嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性石梁差異性風(fēng)化。

2.結(jié)構(gòu)計(jì)算

針對(duì)古月橋的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性檢測(cè)，采用計(jì)算機(jī)模擬分析計(jì)算的方式，并比較分析了前輩學(xué)者在2004年[4]和2014年兩次測(cè)算結(jié)果，從而作出綜合判斷。

結(jié)構(gòu)計(jì)算采用有限元方法，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和綜合分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將縱肋條石梁和橫鎖石交接處簡(jiǎn)化為僅X軸單方向變形約束的鉸接受力體系。模型所有節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)都是依據(jù)本次測(cè)繪三維掃描后的實(shí)際位置點(diǎn)確定的，因此模型本身完全反映了橋體現(xiàn)狀。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的巖石樣品進(jìn)行超聲波速測(cè)試和力學(xué)實(shí)驗(yàn)，測(cè)得其縱波速度、橫波速度、彈性模量及單軸抗壓強(qiáng)度等參數(shù)。其中，附近采石場(chǎng)的新鮮巖樣彈性模型平均為19.58GPa（注：GPa為壓力單位），泊松比⑤泊松比是指材料在單向受拉或受壓時(shí)，橫向正應(yīng)變與軸向正應(yīng)變的絕對(duì)值的比值，也叫橫向變形系數(shù)，是反映材料橫向變形的彈性常數(shù)。為0.17；現(xiàn)場(chǎng)采集的風(fēng)化巖樣平均彈性模量為14.41GPa，泊松比為0.171。在計(jì)算中，取風(fēng)化巖石的平均數(shù)據(jù)來表征橋體材料的殘損。經(jīng)過結(jié)構(gòu)計(jì)算，初步可知，古月橋在沒有外力作用下，自身結(jié)構(gòu)體系基本穩(wěn)定（圖9）。

根據(jù)水文地質(zhì)資料，龍溪10年一遇的洪峰流量是224立方米每秒，5年一遇的洪峰流量是167立方米每秒。古月橋段5年一遇的洪峰流量是110立方米每秒，水務(wù)局于上游設(shè)四個(gè)分洪管后，每個(gè)分洪管設(shè)計(jì)流量是10.1立方米每秒，故分洪后古月橋段五年一遇的洪峰流量是69.66立方米每秒。通過計(jì)算得知，鑒于橋體自身Z向變形已經(jīng)十分嚴(yán)重，雖然龍溪已經(jīng)經(jīng)過分流泄洪，但洪峰仍然對(duì)脆弱的橋體有較嚴(yán)重威脅，會(huì)引發(fā)橋體Z向持續(xù)變形。

根據(jù)本次結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果，對(duì)比2004年和2014年的結(jié)構(gòu)計(jì)算，可以看出幾次計(jì)算的結(jié)果基本一致。古月橋在沒有外力作用下，目前自身結(jié)構(gòu)體系基本穩(wěn)定。但由于承載結(jié)構(gòu)的差異性風(fēng)化和形變位移嚴(yán)重，在外力作用下，比如嚴(yán)重的洪水、通過橋面的較大荷載都可能影響橋體穩(wěn)定性。

3.勘察結(jié)論

綜合上述，古月橋在水以及生物病害的共同作用下，橋體目前出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的殘損，主要表現(xiàn)為不均勻風(fēng)化、石梁斷裂等病害，尤其是應(yīng)力集中的梁頭、橫鎖石部位，大部分梁頭由于風(fēng)化，與橫鎖石接觸面積變得很小，并且石構(gòu)件之前缺少墊層緩沖，導(dǎo)致梁頭應(yīng)力集中，加之該區(qū)域又是風(fēng)化病害集中區(qū)域，石構(gòu)件端點(diǎn)的破壞已經(jīng)形成了惡性循環(huán)。

由于橋面板部分缺失和墊層防排水能力失效，橋體下部結(jié)構(gòu)肋梁、橫鎖石長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境，植物、微生物生長(zhǎng)繁盛。橋體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的風(fēng)化與生物病害呈加速狀態(tài)。

根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算，由于橋體結(jié)構(gòu)的科學(xué)合理性，雖然橋體風(fēng)化嚴(yán)重，但古月橋橋身結(jié)構(gòu)目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。但是如果其結(jié)構(gòu)構(gòu)件繼續(xù)風(fēng)化破壞，或遭遇較大洪水側(cè)推，或受到外加超過一定限制的不均勻荷載等問題，則有可能引起橋梁局部倒塌甚至全部垮塌。

根據(jù)以上勘察結(jié)論，工作組對(duì)古月橋預(yù)防性保護(hù)提出的初步建議是：延緩古月橋的風(fēng)化破壞，改善目前結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力集中部位的受力狀態(tài)；并通過監(jiān)測(cè)和管理的方式，減少洪水、人為破壞等外因?qū)旁聵虻挠绊憽?/p>

（三）設(shè)計(jì)方案制定

根據(jù)勘察結(jié)論，工作組提出了兩套修繕設(shè)計(jì)方案。兩個(gè)方案的區(qū)別在于是否對(duì)橋體整體進(jìn)行落架，是否對(duì)斷裂的橫鎖石采用鋼筋或碳纖維等現(xiàn)代材料進(jìn)行加固。經(jīng)與項(xiàng)目評(píng)審專家組深入討論后，決定采用最小干預(yù)的方案：不進(jìn)行結(jié)構(gòu)落架，不采用鋼筋或碳纖維等材料改變現(xiàn)有結(jié)構(gòu)體系和材料強(qiáng)度⑥石刻保護(hù)專家黃克忠先生、古建筑保護(hù)專家張之平先生建議：古月橋已經(jīng)存在了800多年，既然結(jié)構(gòu)計(jì)算證明，它自身結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，就不要輕易改變它的受力體系。古月橋的結(jié)構(gòu)體系是橋梁類文化遺產(chǎn)最重要的價(jià)值點(diǎn)，要嚴(yán)格保護(hù)。。

在這個(gè)原則指導(dǎo)下，工作組制定了古月橋的保護(hù)方案如下（圖10）：

1.在不改變古月橋現(xiàn)有結(jié)構(gòu)體系的前提下，針對(duì)性地研制補(bǔ)強(qiáng)材料，增強(qiáng)承重結(jié)構(gòu)整體剛性，限制結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移，改善端頭節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中和受力不均狀態(tài)。

2.清除和抑制微生物和植物生長(zhǎng)，重新鋪設(shè)夯實(shí)填充層，補(bǔ)配缺失橋面板，改善橋面和兩側(cè)的排水狀況，改善石質(zhì)風(fēng)化加劇的現(xiàn)狀，減緩其風(fēng)化速率。

3.建立對(duì)古月橋保存狀態(tài)、本體及環(huán)境的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)古月橋修繕過程中的結(jié)構(gòu)體系是否有變化。并在修繕工程完成后，長(zhǎng)期對(duì)古月橋的風(fēng)化、生物病害及洪水等災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（四）工程技術(shù)研究

1.保護(hù)材料研發(fā)

根據(jù)方案，古月橋保護(hù)工程最核心要解決的一項(xiàng)任務(wù)，就是為古月橋針對(duì)性地研發(fā)修補(bǔ)和構(gòu)件間的墊層材料。

為了完成方案中限制節(jié)點(diǎn)位移的目的，工作組提出使用犧牲性材料進(jìn)行節(jié)點(diǎn)強(qiáng)化的方法。這種方式既可滿足防止節(jié)點(diǎn)繼續(xù)弱化的目的，又滿足修繕“最少干預(yù)”的原則。首先古月橋節(jié)點(diǎn)的問題體現(xiàn)在梁頭截面變小而產(chǎn)生了梁頭的壓潰與壓裂，而這又造成梁頭截面進(jìn)一步縮小的惡性循環(huán)。那么緩解梁頭受力狀況、充分發(fā)揮殘余截面的受力性能就成了不外加其他結(jié)構(gòu)而維持現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)的最佳方法。其次保護(hù)風(fēng)化后的表層石材，不僅是為了保護(hù)文物原狀，也成為了維持梁體截面的重要一環(huán)。選擇犧牲性材料作為受力墊層，能有效地使梁頭接觸面受力更加均勻，同時(shí)也能對(duì)節(jié)點(diǎn)的位移進(jìn)行限制，而犧牲性材料低于風(fēng)化石材的強(qiáng)度則可以作為風(fēng)化部分石材的“軟保護(hù)”，一旦破壞發(fā)生時(shí)，先于被保護(hù)的石材破壞，起到預(yù)警作用。

本著犧牲性材料應(yīng)與古月橋原有火山角礫巖性質(zhì)相近的原則，天然水硬性石灰材料吸引了我們的注意。首先其礦物成分與原石材相近；其次它具有收縮變形性小、孔隙率大、透水性及透氣性良好的基本性質(zhì)，以及較強(qiáng)的抗凍融、水穩(wěn)定性、耐溫濕度循環(huán)變化影響，且具有抵抗堿性介質(zhì)侵蝕的能力。在以往的研究與工程應(yīng)用中，它也體現(xiàn)出比水泥和有機(jī)樹脂高分子材料更可靠的性能。因此我們決定以天然水硬性石灰材料為基材進(jìn)行改性研究，使其能夠滿足犧牲性材料的指標(biāo)（圖11）。

根據(jù)古月橋保護(hù)工程的要求，對(duì)該種基于水硬性石灰研發(fā)的犧牲性材料設(shè)定了以下性能要求：

（1）材料強(qiáng)度必須低于古月橋現(xiàn)狀風(fēng)化后的石構(gòu)件強(qiáng)度，以保證在發(fā)生破壞時(shí)，補(bǔ)強(qiáng)材料先于石構(gòu)件破壞，從而保護(hù)已風(fēng)化石構(gòu)件的完整性；根據(jù)勘察報(bào)告中古月橋石材強(qiáng)風(fēng)化部位的單軸抗壓強(qiáng)度為20～30MPa的結(jié)論，確定該犧牲性補(bǔ)強(qiáng)材料的單軸抗壓強(qiáng)度應(yīng)在10～20MPa之間。

（2）與石質(zhì)文物本體很好地兼容、耐久而不易產(chǎn)生剝離。在化學(xué)成分、性質(zhì)上與古月橋的火山角礫巖較為接近，防止因所含鹽分不同而在結(jié)合處發(fā)生析鹽等病害，而對(duì)本體石材產(chǎn)生破壞。

（3）易于清理，在石材上基本無殘留，具有較強(qiáng)的可逆性。

（4）考慮到施工的要求，材料應(yīng)該具有較好的可灌性，所以材料的強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)以凈漿為準(zhǔn)，不應(yīng)添加集料。

經(jīng)過不同的材料組份的配比實(shí)驗(yàn)，工作組最終得到了由水硬性石灰、火山角礫巖礦粉和少量聚乙烯醇纖維組成的犧牲性保護(hù)材料[5]。材料通過強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、老化實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，能夠良好地達(dá)到設(shè)計(jì)性能指標(biāo)（圖12）。該材料在2017年2月獲得了國(guó)家發(fā)明專利。

2.施工技術(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，施工單位精心組織了科學(xué)的施工順序：

（1）搭設(shè)腳手架和鋼梁架（圖13）。該鋼梁架并不直接支撐橋體，所有節(jié)點(diǎn)與橋體結(jié)構(gòu)部位保持5毫米距離，鋼架的作用是在施工過程中或者雨季洪水作用下，一旦結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，鋼架對(duì)現(xiàn)有橋體結(jié)構(gòu)起到預(yù)防保護(hù)作用。

（2）對(duì)橫鎖石與梁頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行局部歸安以限制位移，并用犧牲性材料將梁頭缺失面積補(bǔ)充完整，在橋體結(jié)構(gòu)穩(wěn)固并且犧牲性補(bǔ)強(qiáng)材料達(dá)到抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)后，再進(jìn)行后續(xù)工序施工。

（3）拆卸橋面板。橋兩頭同時(shí)對(duì)稱揭起（防止橋體偏心受力），從橋面上移除的石板、壓闌石按位置順序予以明確編號(hào)和詳細(xì)記錄，妥善保存于干燥場(chǎng)所，以便后期歸安。

（4）清理橋面、側(cè)面橋身、側(cè)塘石及壓闌石底面的植物及微生物。

（5）補(bǔ)配已缺失或更換嚴(yán)重破損的橫鋪石底板。在古月橋附近村莊采集相同材質(zhì)的火山角礫巖石材，采用傳統(tǒng)工藝手工加工石板，并補(bǔ)配在缺失部位。

（6）填充層補(bǔ)充。將角礫巖碎巖，均勻地鋪在底板層之上；以河砂、黃土與石灰體積以5∶2∶3的比例加水充分?jǐn)嚢?，整堆密?～15天，使生石灰完全熟化，再進(jìn)行二次攪拌，干濕度控制以用手捏能結(jié)塊、落地能散開為標(biāo)準(zhǔn)。然后鋪設(shè)于碎石層之上，壓實(shí)、找平后按照傳統(tǒng)三合土地面施工、保養(yǎng)方法進(jìn)行多次人工拍打，拍打至10厘米左右，待干結(jié)后沖水進(jìn)行防滲檢驗(yàn)。[6]

（7）橋身壓闌石和金剛墻整理歸安，并用紙筋灰勾縫防止側(cè)向滲水。

（8）橋面板補(bǔ)配，在附近村落收集火山角礫巖舊石板，用傳統(tǒng)工藝手工加工成與原石板一致的橋面板，參照保存較為完整的北側(cè)橋面，補(bǔ)配安裝南側(cè)橋面缺失面板。

整個(gè)工程施工體現(xiàn)了高科技保護(hù)技術(shù)與傳統(tǒng)工藝的緊密結(jié)合。以傳統(tǒng)工藝為基礎(chǔ)，使用當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)配比的三合土墊層作為防水層（圖14），用傳統(tǒng)工藝加工補(bǔ)配缺失石構(gòu)件。在傳統(tǒng)工藝無法解決的問題上使用新技術(shù)，特別是材料技術(shù)，用針對(duì)性研發(fā)的犧牲性水硬性石灰材料修補(bǔ)破損石梁節(jié)點(diǎn)，并用現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)手段——色差儀、紅外熱像儀、砂漿強(qiáng)度檢測(cè)分析等設(shè)備及方法對(duì)材料性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)（圖15）。使用現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)為古月橋搭建了一個(gè)預(yù)防性支撐保護(hù)結(jié)構(gòu)，預(yù)防結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的發(fā)生，該支撐體也為工程實(shí)施與監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的施工平臺(tái)。

3.監(jiān)測(cè)技術(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行了全程的工程監(jiān)測(cè)。重點(diǎn)對(duì)橋體穩(wěn)定性與位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在橋梁周圍設(shè)置了永久觀測(cè)點(diǎn)，在所有橫鎖石端頭以及結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位都設(shè)置了監(jiān)測(cè)標(biāo)靶與實(shí)時(shí)位移監(jiān)測(cè)儀（圖16），并在部分開裂構(gòu)件上粘貼石膏條，用傳統(tǒng)方式監(jiān)測(cè)裂隙的變化。通過定期的全站儀測(cè)量與實(shí)時(shí)位移數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，確保施工過程中，橋體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。數(shù)據(jù)表明，在整個(gè)施工過程中以及工程結(jié)束至今，橋體結(jié)構(gòu)始終保持穩(wěn)定，原有結(jié)構(gòu)體系沒有任何改變，很好地達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

監(jiān)測(cè)還對(duì)古月橋的氣象環(huán)境和水文環(huán)境、尤其是對(duì)洪水狀況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。義烏每年春、夏季節(jié)下雨頻繁且雨量較大，龍溪洪水湍急。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，近兩年施工過程中，龍溪洪水未對(duì)古月橋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生穩(wěn)定性的影響。并且近幾年，龍溪已經(jīng)采取了分流限洪的措施。根據(jù)初步監(jiān)測(cè)成果判斷，龍溪洪水未對(duì)古月橋的安全穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

結(jié)語

古月橋保護(hù)工程的“預(yù)防性”，體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1.通過高科技勘察手段與結(jié)構(gòu)計(jì)算，科學(xué)評(píng)價(jià)“古月橋”的穩(wěn)定性，真正做到將保護(hù)工程對(duì)文物本體的影響“最小干預(yù)”。

2.搭建預(yù)防性保護(hù)鋼梁，預(yù)防施工過程中的橋體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

3.采用針對(duì)性研發(fā)的犧牲性材料作為構(gòu)件間的墊層，增強(qiáng)了原結(jié)構(gòu)的整體性，保護(hù)了所有的原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件。并且該材料的強(qiáng)度略小于風(fēng)化構(gòu)件的表面強(qiáng)度，一旦風(fēng)化繼續(xù)發(fā)生，會(huì)首先集中于受力集中并且強(qiáng)度較小的犧牲性材料，從而對(duì)文物本體起到預(yù)防保護(hù)的作用。

4.通過傳統(tǒng)工藝，修復(fù)橋面板與三合土墊層，防止雨水下滲，減弱風(fēng)化與生物病害的影響。

5.古月橋保護(hù)工程實(shí)施了全過程監(jiān)測(cè)，對(duì)施工過程中橋體結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行控制，對(duì)保護(hù)材料的實(shí)施效果進(jìn)行鑒定，預(yù)防工程過程中對(duì)文物產(chǎn)生的破壞。

6.通過管理要求，對(duì)修繕后的洪水以及橋梁的使用進(jìn)行規(guī)范，預(yù)防未來自然與人為破壞對(duì)古月橋的影響。

義烏古月橋保護(hù)修繕整個(gè)工程從勘察設(shè)計(jì)到 竣工驗(yàn)收歷時(shí)5年，項(xiàng)目管理和技術(shù)團(tuán)隊(duì)重視前期勘察研究工作，專門委托團(tuán)隊(duì)進(jìn)行勘察分析研究，并創(chuàng)造性地在施工過程中引入了監(jiān)測(cè)和技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)（圖17）。

以價(jià)值評(píng)估為判斷依據(jù)，重視拱橋原有的結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系的真實(shí)性，系統(tǒng)分析了古月橋現(xiàn)有結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性，以及面臨的危害情況，設(shè)計(jì)方案提出了研究性、預(yù)防性的系統(tǒng)解決方案。

工程采用最小干預(yù)原則，整個(gè)工程過程未進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件落架，完整保留了原有橋梁力學(xué)體系，沒有更換任何結(jié)構(gòu)性構(gòu)件。并通過監(jiān)測(cè)，科學(xué)地控制這個(gè)工程的實(shí)施進(jìn)程與質(zhì)量⑦2019年1月，古月橋工程通過了浙江省文物局組織的竣工驗(yàn)收，工程實(shí)施效果得到了專家與當(dāng)?shù)鼐用褚恢焙迷u(píng)。2019年4月，古月橋保護(hù)修繕工程榮獲“全國(guó)優(yōu)秀古跡遺址保護(hù)特別推薦項(xiàng)目”。2019年10月14日，在馬來西亞檳城舉行的聯(lián)合國(guó)教科文組織亞太地區(qū)遺產(chǎn)論壇大會(huì)上，古月橋修繕工程榮獲“聯(lián)合國(guó)教科文組織亞太地區(qū)文化遺產(chǎn)優(yōu)異項(xiàng)目獎(jiǎng)（UNESCO Asia-Pacific Awards for Cultural Heritage Conservation-Award of Merit）”。。

古月橋修繕工程從設(shè)計(jì)到施工，體現(xiàn)了高新測(cè)繪技術(shù)、材料技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)工藝的完美結(jié)合，是我國(guó)文化遺產(chǎn)保護(hù)工作，從搶救性保護(hù)向預(yù)防性保護(hù)發(fā)展的一項(xiàng)重要成功實(shí)踐（圖18-20）。