古建筑修復(fù)與加固技術(shù)的應(yīng)用研究

馬春雷，崔 琦

（中交一公局集團(tuán)華中工程有限公司，湖北 武漢 430021）

0 引言

古建筑見證了歷史的更替，承載著文化，更承載著中華民族的民族精神與情感。時(shí)光賦予了古建筑文化生命，同時(shí)也帶來了傷害，很多古建筑都或多或少存在問題需要修復(fù)和加固。以史為鏡，可以知興替，人們重視歷史，也重視古建筑的保護(hù)工作，過去，很多單位都對(duì)古建筑進(jìn)行了一定的修繕，但是很少?gòu)氐椎亻_展系統(tǒng)性修復(fù)加固工作，現(xiàn)今更應(yīng)該采取新型設(shè)備和技術(shù)，通過科學(xué)合理地方案提升古建筑修復(fù)保護(hù)水平。

1 古建筑修復(fù)加固措施分析

1.1 木質(zhì)結(jié)構(gòu)技術(shù)

為了保證古建筑修復(fù)工作能夠有效的實(shí)現(xiàn)古建筑的保護(hù)目標(biāo)，需要在開展古建筑修復(fù)的全部流程中嚴(yán)格遵守與古建筑修復(fù)相關(guān)的法律法規(guī)。在眾多的古建筑修復(fù)類別中，針對(duì)木質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)時(shí)，為了保證古建筑的安全性需要采用水平拆卸的方法開展施工，拆卸過程應(yīng)當(dāng)依照由上至下的原則進(jìn)行拆線，每拆卸一件結(jié)構(gòu)組成部分就需要對(duì)其進(jìn)行命名和編號(hào)，并將其存放至較為干燥的區(qū)域。完成修改流程之后，需要先在地面對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的架梁進(jìn)行安裝，安裝過程應(yīng)當(dāng)依據(jù)編號(hào)進(jìn)行，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤。完成梁架的安裝之后再進(jìn)行柱的安裝，安裝柱結(jié)構(gòu)時(shí)也需要嚴(yán)格依照編號(hào)對(duì)應(yīng)的順序開展。所有的結(jié)構(gòu)在進(jìn)行安裝時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行檢查，如果結(jié)構(gòu)部件自身出現(xiàn)了損壞，就需要通過各種措施和手段來對(duì)損壞部位進(jìn)行修復(fù)。如果修復(fù)之后的結(jié)構(gòu)仍然存在安全隱患，就需要對(duì)該構(gòu)件進(jìn)行更換，制作新構(gòu)件時(shí)盡量選擇與原構(gòu)件木質(zhì)相同的材料，并保證構(gòu)件的尺寸參數(shù)與原構(gòu)件保持一致，避免因尺寸差錯(cuò)影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[1]。

1.2 瓦頂修復(fù)技術(shù)

在對(duì)我國(guó)某地區(qū)的古建筑進(jìn)行調(diào)查分析可以發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)的古建筑屋面部分主要結(jié)構(gòu)材料為瓦片?？赡芤院笤诤罄m(xù)修復(fù)的過程中有效的還原該古建筑的原貌，在針對(duì)該古建筑進(jìn)行修復(fù)時(shí)，主要工作是為了對(duì)建筑屋面的瓦片進(jìn)行修復(fù)。在具體的修復(fù)過程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格依照該建筑的木質(zhì)結(jié)構(gòu)形態(tài)以及科學(xué)的加固方法來開展修復(fù)過程。在以該建筑為單位的建筑群進(jìn)行研究分析后可以制定出相應(yīng)的修復(fù)方案。之所以將該古建筑的屋面部分進(jìn)行重點(diǎn)修復(fù)，這是提升古建筑壽命的重要途徑，如果不能夠有效的對(duì)古建筑進(jìn)行必要的防水措施，長(zhǎng)時(shí)間的深度就可能導(dǎo)致古建筑屋面功能的缺失甚至可能出現(xiàn)坍塌問題。所以在對(duì)屋面進(jìn)行修復(fù)的過程中應(yīng)當(dāng)慢慢的揭開屋面的瓦片然后對(duì)損壞的區(qū)域進(jìn)行有效的修復(fù)。如果承擔(dān)瓦片的木質(zhì)結(jié)構(gòu)存在較為嚴(yán)重的損傷，就需要對(duì)木質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，然后再對(duì)破損的瓦片進(jìn)行更換，使得古建筑恢復(fù)有效的屋面結(jié)構(gòu)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)古建筑的保護(hù)目標(biāo)。

1.3 地基加固和改良策略

在開展古建筑修復(fù)的過程中，除了對(duì)古建筑自身的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行修復(fù)之外，還需要加強(qiáng)古建筑周邊環(huán)境的修復(fù)和加固，特別是對(duì)于古建筑物地基的土質(zhì)進(jìn)行改良，提升地基土質(zhì)的密實(shí)度，來增強(qiáng)古建筑地基的承載能力，就能夠有效的降低古建筑的沉降問題。與現(xiàn)代建筑相同古建筑的地基是保證古建筑能夠有效延長(zhǎng)壽命的重要手段，如果古建筑的地基出現(xiàn)了明顯的沉降就可能導(dǎo)致古建筑的穩(wěn)定性受到影響，從而引發(fā)裂縫或不均勻塌陷。為了能夠有效的降低這些病害的發(fā)生概率。就需要通過改善古建筑的地基質(zhì)量來提升建筑物的穩(wěn)定性。但在具體的地基改良施工之前應(yīng)當(dāng)對(duì)古建筑的地基進(jìn)行有效的測(cè)繪，如果古建筑的地基本身沒有較為明顯的，就不需要對(duì)其進(jìn)行地基改良措施。大多數(shù)情況下針對(duì)古建筑的修復(fù)工作，多為古建筑所在區(qū)域發(fā)生了較為嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，在發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害之后應(yīng)當(dāng)對(duì)古建筑進(jìn)行全面的病害評(píng)估，然后制定相應(yīng)的修復(fù)計(jì)劃。針對(duì)古建筑破壞較為明顯或嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害大多集中于滑坡或塌陷等問題。當(dāng)古建筑的地基存在明顯的塌陷情況時(shí)，可以通過填充或灌漿等手段來對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。如果古建筑周邊出現(xiàn)了明顯的滑坡災(zāi)害時(shí)可以建立擋土墻，或者對(duì)周邊山體進(jìn)行護(hù)坡工作來降低出現(xiàn)滑坡的概率。同時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)古建筑周邊設(shè)置有效的排水措施降低對(duì)于建筑地基的影響[2]。

2 古建筑木結(jié)構(gòu)加固修復(fù)常見技術(shù)形式

2.1 嵌補(bǔ)

在古建筑的建造過程中，其選擇的木料引起水分含量的不同，加之其長(zhǎng)久在自然環(huán)境中受到各種因素的影響，木料本身存在較為明顯的收縮現(xiàn)象，這也是導(dǎo)致木料出現(xiàn)開裂問題的主要原因。在對(duì)木料開裂情況進(jìn)行檢查的過程中，如果木料的裂縫深度沒有達(dá)到木料直徑的1/3，那么可以直接采用嵌布的方式對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)。通過對(duì)裂縫進(jìn)行寬度測(cè)量，如果其寬度低于3mm，則可以用膩?zhàn)訉?duì)斷白區(qū)域進(jìn)行填充。如果木料的裂縫超過3mm 且低于30mm，則可以通過木條和粘膠的方式對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)。

2.2 剔補(bǔ)

如果木料的中心完好程度較高，就是木料的淺表區(qū)存在一定的腐朽問題，通過對(duì)腐朽進(jìn)行有效的測(cè)量和計(jì)算，確定該腐朽區(qū)域不會(huì)對(duì)立柱產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞，那么可以將該腐朽區(qū)域進(jìn)行整體剔除然后再加入防腐措施，選擇干燥程度較高的木材對(duì)剔除的腐朽區(qū)進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)過程中可以通過粘膠的方式來提高新材料與舊材料之間的有效連接。如果采用這種方法進(jìn)行修補(bǔ)時(shí)柱表面周圍都需要進(jìn)行剔補(bǔ)時(shí)，則需要通過鐵箍作為輔助措施幫助加固[3]。

2.3 下?lián)问嚼瓧U

古建筑修復(fù)加固的過程中會(huì)對(duì)梁枋構(gòu)件進(jìn)行撓度測(cè)試，如果測(cè)試結(jié)果高于正常標(biāo)準(zhǔn)，表明該梁枋構(gòu)件這承載能力存在問題，如果不對(duì)其進(jìn)行有效的修復(fù)，未來出現(xiàn)斷裂的概率就會(huì)大幅上升，針對(duì)撓度不足的問題可以通過下?lián)问嚼瓧U加固的方法進(jìn)行加固，下?lián)卫瓧U能夠有效的提供承載能力，再采用這種方法進(jìn)行加固時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)梁枋的腐朽情況進(jìn)行判定，如果存在明顯的腐朽現(xiàn)象就需要先處理腐朽問題，以保證加固質(zhì)量。

2.4 墩接法

古建筑修復(fù)過程中如果柱角存在明顯的腐朽現(xiàn)象，并且柱底面向上的腐朽程度已經(jīng)達(dá)到或超過柱體高度的1/4，就可以選擇蹲接法來進(jìn)行加固。具體的加固方法首先需要對(duì)哺乳小區(qū)進(jìn)行有效的去除，然后通過木料墩接的方法來制定對(duì)接樣式。在某種情況下還可以采用鋼筋混凝土的對(duì)接方法，采用鋼筋混凝土只針對(duì)于低于1m 且沒有明顯裸露的柱體，完成修復(fù)的柱徑應(yīng)不低于圓柱徑的200mm，并采用鋼板螺栓來進(jìn)行輔助加固[4]。

3 古建筑修復(fù)與加固案例分析

3.1 工程描述

某古建筑由物質(zhì)結(jié)構(gòu)作為主要結(jié)構(gòu)組成，針對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)其承重部分主要由木質(zhì)結(jié)構(gòu)承擔(dān)，承重部分由不同的物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合而形成完整的承重系統(tǒng)。傳統(tǒng)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)通常由木架構(gòu)來承擔(dān)屋頂?shù)妮d荷，這些木質(zhì)結(jié)構(gòu)通常有傳統(tǒng)的榫卯方式進(jìn)行連接，因?yàn)樵趹?yīng)用尋寶的過程中設(shè)置了相應(yīng)的伸縮結(jié)構(gòu)，這時(shí)的古建筑在長(zhǎng)期存在的過程中雖然經(jīng)過了多次的地震仍然能夠保持結(jié)構(gòu)的完整性和相應(yīng)的功能，在利用現(xiàn)代建筑技術(shù)進(jìn)行升級(jí)的過程中，為了能夠有效的提升古建筑的穩(wěn)定性，通過鋼木結(jié)構(gòu)提升建筑物的變形能力，使得古建筑物的結(jié)構(gòu)獲得了當(dāng)代建筑工程技術(shù)的增強(qiáng)，有效的提升了建筑物的穩(wěn)定性[5]。

3.2 技術(shù)流程

3.2.1 施工方案

通過在工字鋼內(nèi)部將固定尺寸的鍍鋅方鋼焊接，完成焊接過程之后需要對(duì)焊點(diǎn)施加有效的防銹措施。然后通過定制以樟子松為材質(zhì)的2cm 厚板，并對(duì)其進(jìn)行有效的打磨處理。完成打磨處理之后對(duì)樟子松木板施加有效的防腐措施以及涂刷多次的阻燃材料。晾曬木板保證防腐劑以及阻燃材料自然晾干。完成晾干的木板采用燕尾固定的方法與鍍鋅方鋼進(jìn)行有效的連接，同時(shí)需要在樟子木木板接頭通過粘膠以及釘槍的方式進(jìn)行有效的固定。在對(duì)立柱和領(lǐng)條進(jìn)行處理的過程中采用成品是基于工字鋼保持良好的連接再用燕尾釘使其與鍍鋅方鋼進(jìn)行有效的連接。同時(shí)需要用槍釘和粘膠的方式進(jìn)行加固。最后針對(duì)圓椽的處理過程同樣需要事先定制的成品圓椽通過自攻釘進(jìn)行連接，為了能夠有效的保證連接牢固度，需要用白膠和槍釘進(jìn)行固定。

3.2.2 木包鋼加固技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

首先，通過不斷優(yōu)化、深化設(shè)計(jì)圖紙，研制出本項(xiàng)目木包鋼仿古木柱細(xì)化做法，成功解決了現(xiàn)代建筑的仿古難題，滿足建筑和結(jié)構(gòu)規(guī)范要求，同時(shí)達(dá)到建筑師所要求的理想效果。此種做法有別于常規(guī)的加釘固釘方法。其次，防火棉包鋼防火施工技術(shù)，成功解決了木包鋼防火問題。

3.2.3 修復(fù)效果

針對(duì)古建筑的承重系統(tǒng)進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)古建筑企業(yè)承重與維護(hù)通過不同的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各自的分工，大多數(shù)屋頂?shù)某兄叵到y(tǒng)來自木結(jié)構(gòu)，這使得建筑物的結(jié)構(gòu)分布呈現(xiàn)出較為靈活的狀態(tài)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)連接的過程中所采用的卯榫結(jié)構(gòu)能夠預(yù)留相應(yīng)的收縮空間，使得古建筑在地震等自然災(zāi)害時(shí)能夠保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[6]。隨著現(xiàn)代技術(shù)對(duì)于古建筑的修復(fù)經(jīng)驗(yàn)逐漸提升現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用于古代建筑的加固方法也越來越豐富。而古建筑其木結(jié)構(gòu)仍然存在一些缺點(diǎn)使其無法滿足當(dāng)代建筑所需要的建筑特性。首先木結(jié)構(gòu)的古建筑其本身的承載能力低于現(xiàn)代建筑，木瓦結(jié)構(gòu)之外的建筑材料無法與古建筑的木結(jié)構(gòu)支撐體系實(shí)現(xiàn)有效的融合，木結(jié)構(gòu)自身的抗震能力較差，隨著時(shí)間的流逝其耐久性下降得較快。木質(zhì)結(jié)構(gòu)其本身特性使其無法符合消防標(biāo)準(zhǔn)。受到人類生產(chǎn)生活活動(dòng)的影響，木材的體積數(shù)量大幅度降低，特別是名貴木材價(jià)格相當(dāng)昂貴，將其應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)中不論是從成本投入還是環(huán)保政策都不再支持木材作為建筑的主要材料構(gòu)成[7]。因此，如何既能保留古建筑的建筑特色，我國(guó)的古代建筑文化能夠得到延續(xù)和發(fā)展，同時(shí)又能夠利用現(xiàn)代建筑技術(shù)提升古建筑的性能使得古建筑能夠受到現(xiàn)代技術(shù)的保護(hù)，是當(dāng)前研究的重點(diǎn)內(nèi)容。當(dāng)前，在眾多的古建筑保護(hù)技術(shù)中，大木卯榫鋼結(jié)構(gòu)有效的實(shí)現(xiàn)了上述目標(biāo)，是古建筑修復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用較為成熟的技術(shù)，通過該技術(shù)不僅保存了古建筑的外部特征，同時(shí)使得古建筑既能符合消防要求，也能適應(yīng)多種不同類型的地質(zhì)災(zāi)害保護(hù)效果，使得我國(guó)的古建筑施工技術(shù)得到了有效的發(fā)展。

3.2.4 該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

傳統(tǒng)古建筑通常采用木制承重結(jié)構(gòu)，而維護(hù)和承重又分別由不同結(jié)構(gòu)來承擔(dān)。其中，木架構(gòu)重點(diǎn)作為屋頂?shù)某兄亟Y(jié)構(gòu)，而木制結(jié)構(gòu)所用的榫卯、斗拱又均設(shè)置相應(yīng)的伸縮余地，這也有助于為房屋的抗震能力提供構(gòu)架上的保障。然而，在現(xiàn)代建筑技術(shù)不斷升級(jí)的過程中，傳統(tǒng)的木制結(jié)構(gòu)已無法滿足人們對(duì)現(xiàn)代建筑的安全性及耐久性的要求。木結(jié)構(gòu)除了在使用過程中由于自然或人力作用而常常出現(xiàn)各種問題以外，其結(jié)構(gòu)本身承已無法滿足人們對(duì)現(xiàn)代建筑的安全性及耐久性的要求。

木包鋼技術(shù)在本項(xiàng)目中應(yīng)用于仿古建筑恢復(fù)重建部分，國(guó)內(nèi)古建筑恢復(fù)大多采用木材，在木結(jié)構(gòu)表面做防腐處理。鋼木結(jié)合增強(qiáng)了木質(zhì)鋼性，加強(qiáng)抗變形能力，增強(qiáng)產(chǎn)品的穩(wěn)定性，鋼木結(jié)合工藝的木制品，安裝后衍生出來結(jié)構(gòu)性問題相對(duì)減少很多。采用鋼筋混凝土圓柱、方梁結(jié)構(gòu)，外包木色板，裝飾效果也難以達(dá)到理想仿古效果[8]。木包鋼技術(shù)，充分利用了鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，加快了結(jié)構(gòu)施工速度，減少木材用量，是建筑結(jié)構(gòu)向綠色環(huán)保方向發(fā)展的一種有生力量，同時(shí)，所有材料及配件均廠家制作，加速了古建筑施工技術(shù)工業(yè)化的發(fā)展，值得推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語

綜上所述，我國(guó)在經(jīng)濟(jì)上取得了舉世矚目的成就，人民的腰包鼓起來了，物質(zhì)需求得到了滿足，同時(shí)也更加需求精神文化食糧，因此文化產(chǎn)業(yè)得到了發(fā)展，社會(huì)上形成了一股古建筑保護(hù)的風(fēng)潮。目前古建筑修復(fù)和加固技術(shù)得到了較好的發(fā)展，對(duì)于木質(zhì)結(jié)構(gòu)、瓦頂、地基基礎(chǔ)等不同項(xiàng)目的修復(fù)都形成了一定的技術(shù)范式，對(duì)本體的加固技術(shù)也有多類型的應(yīng)用形式，通過防治結(jié)合的措施收獲了良好效果，促進(jìn)延長(zhǎng)了古建筑壽命，而且整舊如舊原則也最大化保護(hù)了其文化價(jià)值，古建筑修復(fù)技術(shù)朝著規(guī)范化的方向不斷發(fā)展。