扣罩式古城墻維護(hù)修繕方法前景分析

孫華力 邊建輝

第一作者簡介：孫華力（1980-），男，副高級工程師。研究方向?yàn)橥聊竟こ獭?/p>

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.12.032

摘? 要：在城市現(xiàn)代化進(jìn)程發(fā)展過程中，如何將新挖掘出的損毀嚴(yán)重的古城墻進(jìn)行統(tǒng)一保護(hù)和協(xié)同發(fā)展，在更好地彰顯古城墻魅力的同時將古城墻的遺址最大化地保護(hù)和發(fā)展，是當(dāng)下應(yīng)當(dāng)研究和關(guān)注的問題。該文在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)古城墻發(fā)掘、修繕、保護(hù)施工方式的現(xiàn)狀，包括國外對古建筑遺址發(fā)掘、保護(hù)現(xiàn)狀的調(diào)查分析，對古城墻發(fā)掘、修繕、保護(hù)的前景進(jìn)行一些展望分析。

關(guān)鍵詞：扣罩式本真保護(hù)；古城墻遺址；修繕；保護(hù)；前景展望

中圖分類號：TU-87? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）12-0140-04

Abstract： In the process of the development of urban modernization， how to excavate the seriously damaged ancient city walls for unified protection and coordinated development， so as to better show the charm of the ancient city walls and maximize the protection and development of the ruins of the ancient city walls， is a problem that we should study and pay attention to at present. On the basis of consulting a great deal of literature， this paper summarizes the present situation of the construction methods of excavation， repair and protection of ancient city walls， including the investigation and analysis of the current situation of excavation and protection of ancient building sites in foreign countries. The prospects of excavation， repair and protection of ancient city walls are prospected and analyzed.

Keywords： buckle mask type authentic protection; ancient city wall sites; renovation; protection; prospect

隨著我國城市現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程的不斷提升，如何處理好傳統(tǒng)與現(xiàn)代、繼承與發(fā)展，讓城市建筑更好地體現(xiàn)地域特征、民族特色、時代風(fēng)貌，將傳統(tǒng)和現(xiàn)代2種建筑文化魅力充分結(jié)合、協(xié)同發(fā)展，是城市發(fā)展進(jìn)程中繞不開的話題。結(jié)合2016年3月23日，習(xí)近平總書記對文物工作作出重要指示中強(qiáng)調(diào)，全面貫徹“保護(hù)為主、搶救第一、合理利用、加強(qiáng)管理”的工作方針。在對正定東城門（迎旭門）發(fā)現(xiàn)的宋代古城門遺址、明清遺址進(jìn)行發(fā)掘和修繕的過程中，文物管理部門提出了對歷史遺址實(shí)施扣罩式本真保護(hù)的建議，恢復(fù)東城門月城、甕城、馬道和城墻，建成文物保護(hù)、休閑、觀光和旅游場所，有效地兼顧保護(hù)本真城墻與還原古城原貌2個對立的難題。基于此目的，本文在查閱《中國古建筑瓦石營法》等大量國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對扣罩式本真保護(hù)古城墻的施工工藝進(jìn)行了現(xiàn)狀總結(jié)，對此方法的前景進(jìn)行了一些展望。

1? 古城墻施工方式的調(diào)查分析

古城墻外觀形式：目前對國內(nèi)現(xiàn)存的古城墻的外觀進(jìn)行調(diào)查后，發(fā)現(xiàn)城墻的截面大都是呈現(xiàn)下邊寬、上邊窄的梯形截面，城墻的外墻表面是階梯式收分形式。施工工藝為砌筑大城磚，外墻砌筑外包磚，采用470 mm×230 mm×100 mm的大城磚砌筑大約2 m厚城墻，高度隨坡，分層砌筑，每砌筑1 m向內(nèi)收分120 mm，兩側(cè)磚墻內(nèi)部回填灰土，城墻頂部在灰土表面鋪設(shè)大城磚，然后兩側(cè)墻體垂直向上砌筑垛口、馬道。此工藝的特點(diǎn)是，大量采用濕作業(yè)施工，受季節(jié)影響嚴(yán)重，砌筑難度大，施工周期長，資源消耗量大。

2? 扣罩式本真古城墻保護(hù)施工技術(shù)

扣罩式本真古城墻保護(hù)定義：扣罩式本真古城墻保護(hù)技術(shù)是指利用鋼結(jié)構(gòu)框架及維護(hù)結(jié)構(gòu)將本真城墻罩住，對其進(jìn)行保護(hù)。

2.1? 技術(shù)研究理論路線

熟悉地形地貌→定位放線→獨(dú)立基礎(chǔ)或條基→安裝預(yù)留螺栓→澆筑砼及養(yǎng)護(hù)（含鋼構(gòu)制造）→鋼結(jié)構(gòu)柱、梁安裝→調(diào)整鋼結(jié)構(gòu)→二次澆筑砼→焊接安裝掛板龍骨→安裝干掛城墻板→填縫→驗(yàn)收。

2.2? 主要技術(shù)研究過程

2.2.1? 體系構(gòu)造的設(shè)計確定

對目前國內(nèi)外裝配式施工技術(shù)資料的查閱和收集，對施工場地的深入了解，初步形成了采用鋼結(jié)構(gòu)干掛城墻板的結(jié)構(gòu)形式的思路，提出如下研究思路：①研究干掛城墻板龍骨、檁條、檁拖構(gòu)造方式。②研究干掛城墻板形狀、構(gòu)造。③研究干掛城墻板預(yù)埋件設(shè)置方式。④研究保護(hù)古城墻鋼結(jié)構(gòu)干掛城墻板技術(shù)體系連接方式。⑤確定保護(hù)古城墻干掛城墻板體系。

2.2.2? 設(shè)計需解決的問題

①干掛仿古城墻板檁條、檁拖規(guī)格型號。②干掛城墻板式樣、規(guī)格型號。③干掛城墻板預(yù)埋件的規(guī)格型號。④保護(hù)古城墻鋼結(jié)構(gòu)干掛城墻板技術(shù)體系連接方式。

2.3? 方案設(shè)想

2.3.1? 保護(hù)古城墻鋼結(jié)構(gòu)干掛城墻板技術(shù)體系

該體系共包含4個部分，具體內(nèi)容如下：①干掛城墻板龍骨、檁條、檁托構(gòu)造方式。②干掛城墻板形狀構(gòu)造。③干掛城墻板預(yù)埋件設(shè)置方式。④干掛城墻板的連接方式。

2.3.2? 各個組成部分的方案實(shí)施選擇分析

1）干掛城墻板龍骨、檁條、檁托構(gòu)造方式。依據(jù)GB 50205—2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中關(guān)于“單層、多層及高層鋼結(jié)構(gòu)安裝工程”中相關(guān)條款要求，設(shè)定了龍骨、檁條、檁托的規(guī)格型號為100 mm×100 mm×4 mm鍍鋅方鋼。

2）干掛城墻板形狀構(gòu)造。依據(jù)JGJ/T 268—2012《現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合墻板安裝后要滿足整體性和穩(wěn)定性的需求，將干掛城墻板的形狀設(shè)想了2種實(shí)施方案，方案一為留槎仿古干掛城墻板；方案二為直槎仿古干掛城墻板。

3）干掛城墻板預(yù)埋件設(shè)置方式。依據(jù)GB/T 13788—2017《冷軋帶肋鋼筋》標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合預(yù)埋件的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長率、冷彎性能等指標(biāo)要求，設(shè)想了2種實(shí)施方案，方案一為HPB300 ？椎8鋼筋預(yù)埋件；方案二為HPB ？椎10 鋼筋預(yù)埋件。

4）干掛城墻板的連接方式，設(shè)想了2種實(shí)施方案，方案一為焊接連接；方案二為螺栓連接。

2.4? 試驗(yàn)分析

2.4.1? 干掛城墻板龍骨、檁條、檁拖構(gòu)造方式

1）計算依據(jù)。依據(jù)GB 50009—2022《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》、GB 50017—2020《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 6728—2017《結(jié)構(gòu)用冷彎空心型鋼》標(biāo)準(zhǔn)要求，為了確定檁條施工階段、使用階段在恒載、活載等荷載作用下不會產(chǎn)生變形，邀請合作方設(shè)計師對100 mm×100 mm×4 mm鍍鋅方鋼強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，數(shù)據(jù)如下。

計算參考數(shù)據(jù)。墻梁跨度4.000 m；墻梁間距0.610 m；鋼材鋼號為Q235鋼；拉條設(shè)置為不設(shè)置拉條；凈截面系數(shù)為1.000；墻梁支承，水平撓度限值為1/200。

墻梁支撐墻板重量。①單側(cè)掛墻板，墻梁上方一側(cè)板重1.000 kN/m2；②建筑類型及分區(qū)為封閉式建筑，中間區(qū)。

各項(xiàng)荷載系數(shù)。基本風(fēng)壓0.350 kPa，風(fēng)壓調(diào)整系數(shù)1.500；風(fēng)荷載高度變化系數(shù)1.130，風(fēng)荷載系數(shù)（風(fēng)壓力）1.110；風(fēng)荷載系數(shù)（風(fēng)吸力）-1.210，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（風(fēng)壓力）0.659 kN/m2，荷載標(biāo)準(zhǔn)值（風(fēng)吸力）-0.718 kN/m2。

截面及材料特性。墻梁形式為薄壁矩形鋼管B100 mm×100 mm×4 mm，B=100.000，H=100.000，Tw=4.000，Tf=4.000，A=0.153 6E-02，Ix=0.235 9E-05，Iy=0.235 9E-05，W■=0.471 9E-04，W■=0.471 9E-04，W■=0.471 9E-04，W■=0.471 9E-04；鋼材鋼號為Q235鋼，屈服強(qiáng)度fy=235.000 MPa；強(qiáng)度設(shè)計值f=205.000 MPa。

計算內(nèi)力。①1.3恒載+1.5風(fēng)壓力組合。繞主慣性軸強(qiáng)軸彎矩設(shè)計值Mx=1.205 kN.m；繞主慣性軸弱軸彎矩設(shè)計值My=1.899 kN.m；水平剪力設(shè)計值Vx=1.205 kN；豎向剪力設(shè)計值Vy=1.899 kN。②1.3恒載+1.5風(fēng)吸力組合。繞主慣性軸強(qiáng)軸彎矩設(shè)計值M■=-1.314 kN.m；繞主慣性軸弱軸彎矩設(shè)計值M■=1.899 kN.m；水平剪力設(shè)計值V■=1.314 kN；豎向剪力設(shè)計值V■=1.899 kN。③風(fēng)壓力作用驗(yàn)算?？箯澘刂平M合為1.3恒載+1.5風(fēng)壓力組合；有效截面特性計算結(jié)果為全截面有效；截面強(qiáng)度σmax=65.794 N/mm2≤205.000 N/mm2。④風(fēng)吸力作用驗(yàn)算。組合為1.3恒載+1.5風(fēng)吸力；截面強(qiáng)度σmax=68.095 N/mm2≤205.000 N/mm2；內(nèi)翼緣受壓穩(wěn)定性驗(yàn)算包括整體穩(wěn)定系數(shù)SF=1.000，整體穩(wěn)定應(yīng)力fstabw=68.095 N/mm2≤205.000 N/mm2。⑤荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下，撓度驗(yàn)算。豎向撓度fy=5.011 mm≤10.000 mm；水平撓度：fx=2.755 mm≤20.000 mm。

計算結(jié)果。經(jīng)過上述計算，100 mm×100 mm×4 mm鍍鋅方鋼強(qiáng)滿足要求。

2）構(gòu)造方式確定。結(jié)合以上材料的計算結(jié)果，選用100 mm×100 mm×4 mm鍍鋅方鋼作為檁條。鋼結(jié)構(gòu)斜柱規(guī)格為鍍鋅方鋼250 mm×250 mm×10 mm，檁拖長度采用250 mm長，檁拖規(guī)格為63 mm×63 mm×5 mm等邊角鋼。詳情如圖1所示。

圖1? 檁拖、檁條示意圖

2.4.2? 干掛城墻板形狀、構(gòu)造

參照J(rèn)GJ/T 268—2012《現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)要求，對外掛城墻板直槎、留槎2個式樣進(jìn)行外觀檢查，考慮增加板間整體性和穩(wěn)定性，選用留槎外掛城墻板式樣。如圖2—圖4所示。

圖2? 留槎仿古干掛城墻板

圖3? 外掛板規(guī)格示意圖

圖4? 干掛城墻板體系示意圖

依據(jù)GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》試塊強(qiáng)度進(jìn)行力學(xué)性能測試，依據(jù)安全、經(jīng)濟(jì)、適用的原則，選用抗壓強(qiáng)度等級大于等于20 MPa的外掛仿古城墻板。詳見表1。

表1? 仿古城墻磚抗壓強(qiáng)度測試

2.4.3? 干掛城墻板預(yù)埋件設(shè)置方式

依據(jù)GB/T 13788—2017《冷軋帶肋鋼筋》標(biāo)準(zhǔn)要求，對外掛城墻板預(yù)埋件鋼筋直徑分別為HPB300 ？椎8、HPB300 ？椎10試樣進(jìn)行屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長率和冷彎性能檢測，數(shù)據(jù)詳見表2和圖5所示。

表2? 鋼筋性能檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

圖5? 仿古干掛城墻板預(yù)埋件示意圖

初步估算仿古干掛城墻板48 kg/m2，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，預(yù)埋件采用HPB300 ？椎8、HPB300 ？椎10試樣均滿足要求，依據(jù)經(jīng)濟(jì)適用原則，選用HPB300 ？椎8鋼筋作為仿古城墻板預(yù)埋件。

2.4.4? 古城墻鋼結(jié)構(gòu)干掛城墻板技術(shù)連接方式

古城墻鋼結(jié)構(gòu)干掛城墻板技術(shù)連接方式對比分析詳見表3。

綜上所述，保護(hù)古城墻干掛城墻板技術(shù)體系采用100 mm×100 mm×4 mm鍍鋅方鋼作為檁條、63 mm×63 mm×5 mm等邊角鋼作為檁拖，間隔距離分別為610、400 mm，按墻面收分斜度安裝龍骨，采用留槎仿古干掛城墻板形式，干掛城墻板預(yù)埋件為HPB300 ？椎8鋼筋，骨架之間、骨架與干掛城墻板預(yù)埋件之間均采用焊接安裝，從最底層依次向上安裝，利用干掛城墻板預(yù)埋鐵件與龍骨焊接，并作防腐處理，安裝完成后進(jìn)行填縫、畫縫。

2.5? 施工操作要點(diǎn)

原城墻外側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，加短柱，短柱內(nèi)預(yù)埋地腳螺栓，當(dāng)短柱混凝土強(qiáng)度滿足要求后，安裝工字型鋼柱，連接柱間的鋼梁，并及時校正，調(diào)整鋼柱、鋼梁的垂直度和水平標(biāo)高，調(diào)整合格后，頂板架設(shè)樓承板澆筑混凝土，主體結(jié)構(gòu)完成。鋼柱、鋼梁完成后安裝干掛城墻板龍骨：100 mm×100 mm×4 mm鍍鋅方鋼檁條、63 mm×63 mm×5 mm等邊角鋼，間隔距離分別為610、400 mm，按墻面收分斜度安裝龍骨，拉通長筋核對。噴涂時，施工人員手持噴槍使噴束始終垂直于表面，并與受涂表面保持30～50 cm的均勻距離。每一噴道在前一噴道上重疊50%。噴涂防腐材料先噴底漆，使底層完全干燥后再進(jìn)行中間漆的噴涂施工，等中間漆干燥后進(jìn)行面漆噴涂，做到每道工序嚴(yán)格受控。鋼結(jié)構(gòu)表面處理與熱噴涂施工的間隔時間，晴天或濕度不大的氣候條件下不應(yīng)超過12 h，雨天、潮濕、有鹽霧的氣候條件下不應(yīng)超過2 h。安裝干掛城墻板，從最底層依次向上安裝，最后安裝垛口，利用干掛城墻板預(yù)埋鐵件與龍骨焊接，焊點(diǎn)作防腐處理，做法同龍骨防腐處理，安裝完成后進(jìn)行勾縫，然后安裝城墻垛口。填縫、畫縫采用黏接砂漿進(jìn)行磚縫封堵，邊角封堵，個別磚縫利用白色乳膠漆描繪，更接近古城墻白灰灌漿的效果。

3? 該技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)和先進(jìn)性

3.1? 本技術(shù)研究的創(chuàng)新點(diǎn)

首先對本真古城墻進(jìn)行扣罩式保護(hù)的同時還原古城墻原貌。其次是鋼結(jié)構(gòu)為主框架，按照墻面收分斜度安裝100 mm×100 mm×4 mm鍍鋅方鋼龍骨，然后焊接干掛城墻板。干掛城墻板采用廠家預(yù)制，預(yù)制過程可與鋼結(jié)構(gòu)主體施工同時進(jìn)行，縮短施工工期。

3.2? 本技術(shù)研究的新穎性和先進(jìn)性

采用鋼結(jié)構(gòu)作為骨架、外掛城墻板扣罩式對古城墻遺址進(jìn)行保護(hù)，將遺址保護(hù)和形似逼真完美結(jié)合在一起；施工不受季節(jié)影響，工期短、土方使用量少，節(jié)約土地資源。

4? 前景分析

扣罩式本真保護(hù)古城墻施工技術(shù)，在外形上看形似真正的古城墻，其實(shí)是一個外殼對本真古城墻遺址進(jìn)行了扣罩式保護(hù)，形似逼真，完美解決了本真古城墻保護(hù)與還原古城原貌2個對立的難題，既保留了文化古跡，提高了考古依據(jù)，又真實(shí)地展示了古城墻原貌，加深了對古城墻的了解。

施工工序上需要完成獨(dú)立基礎(chǔ)、預(yù)留螺栓、鋼結(jié)構(gòu)主框架安裝龍骨、干掛古城墻掛板、墻頂鋪設(shè)海墁和填縫等工序操作，施工簡單、周期短。

與傳統(tǒng)的砌筑城墻磚工藝相比較，施工進(jìn)度快、安全性能可靠、不受環(huán)境和季節(jié)影響，節(jié)省大量土方。

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