牌樓斷裂構件的連接加固

黃立敏，孫 昭

(1.陜西省人民政府機關事務管理局機關新城服務中心，陜西西安 710001;2.陜西省人民政府機關事務管理局房屋修建處，陜西西安 710011)

牌樓也叫做“坊”或“牌坊”。牌樓“似門非門，非門亦門”，是我們十分熟悉的一種標志性、裝飾性、紀念性很強古代建筑。在古代，幾乎每個都市街道的出口、入口，主要街道的十字街頭，名勝景區的入口處，以及苑囿、寺觀、陵墓、離宮的前面，都以牌樓作為建筑群的標志［1］。

牌樓大致由基礎、立柱、額枋、匾額、檐樓等構成，這些構件的連接處通過卯榫銜接［2］。

有些牌樓幾經地震作用，同時還經歷幾百年的風雨侵蝕，出現了不同程度的損壞，如:構件斷裂破壞、整體傾斜、風化破壞等，而以構件斷裂破壞尤為突出。因此，對出現不同程度破壞的牌樓予以加固已十分必要。

1 牌樓加固的基本要求

對磚石結構牌樓進行加固，應滿足下列要求。

(1)加固方案不得改變原來的受力體系。

(2)對原來結構和構造的固有缺陷，如對結構穩定性確有嚴重影響，宜采取有效措施予以消除，對所增設連接件宜設法加以隱蔽。

(3)對因斷裂而喪失承載力的橫向構件，當其文物價值較高而必須保留時，可采用植筋、環氧粘接等技術予以加固，也可另加支柱支撐，但另加的支柱應能易于識別。

(4)加固所用材料的耐久性，不應低于原有結構材料的耐久性。

2 斷裂構件連接加固方法

石牌樓上部結構及構件都是許多小石構件組裝而成的，極易發生斷裂。固定斷裂石材可采用下列兩種方式:

(1)粘接。所謂粘結是指把同種類型或不同種類型的材料通過物體表面上的物理化學過程把兩部分構件連接在一起的過程。粘接包括一般粘接、裂隙灌漿和表面加固。粘接技術除了具有簡便、快捷、高效等優點之外，還可以連接一些其他連接方式無法連接的材料和構件，如實現金屬與非金屬的連接等，并能在一些情況下代替焊接、鉚接、機械連接［3］。粘接技術的應用條件選擇范圍寬，可以不改變文物的現狀與性質。從小件石雕藝術品到大型的石窟寺、建筑遺址，粘接方法都有廣泛的應用。粘接加固是加強文物建筑微結構之間的接合，以及在損壞面和完好面之間的粘合，增加物體的機械強度。粘結的強度、抗老化程度與粘結材料的配合比，構件斷面的凈化程度有直接關系，因此在粘結加固之前要將構件斷面清洗干凈。此外，加固劑必須均勻滲透到巖石孔隙內。對斷裂石質構件進行粘接修復，要使用與石材性能相適應的膠粘劑，一般要求傾覆力＜粘接強度＜接頭強度＜石材內聚力［4］。石材性能好，可以選用強度高的膠粘劑;石材的性能差，選用高強度膠粘劑會發生粘附破壞，選用低強度膠粘劑則無法達到良好的膠粘效果，此時就需要借助其他的方法來固定石材。粘接修復前，需通過實驗對石質文物建筑和膠粘劑進行測試和對比，然后再確定膠粘劑的種類和修復的方法。

(2)借助輔助構件、利用機械作用力將分離的石質固定在一起的機械固定法。一般可采用植筋加固和碳纖維布加固。

植筋加固技術是一項針對混凝土結構、磚石結構的簡捷、有效連接與錨固技術;可植入普通鋼筋，也可植入螺紋鋼筋，現已廣泛應用于建筑物的加固改造工程，它是對工程中沒有預埋鋼筋的一種有效補救措施。植筋加固可將斷裂構件的各個部位連接成一個整體，增強其整體穩定性。這種方法多用于被粘接部分厚重的石材的修復，尤其是結構失穩的情形。文物建筑的保護中還使用了護壁、擋墻、噴錨、錨固等技術。目前最常用的加固方法就是對石材進行植筋，使其連成一個整體，增強其結構的整體穩定性。

碳纖維加固包括碳纖維布加固和碳纖維板加固兩種。碳纖維材料用于混凝土結構加固修補的研究始于20 世紀80年代美、日等發達國家，我國的這項技術起步很晚。隨著我國經濟建設和交通事業的飛速發展，現有建筑中有相當一部分由于當時設計荷載標準低造成歷史遺留問題，一些建筑由于使用功能的改變，難以滿足當前規范使用的需求，亟需進行維修、加固。目前常用的加固方法有很多，如:加大截面法、外包鋼加固法、粘鋼加固法、碳纖維加固法等。碳纖維加固修補結構技術是繼加大混凝土截面、粘鋼之后的又一種新型的結構加固技術。

3 注意事項

(1)斷裂石構件加固材料要采用當地與原構件石材相似或者相當的石材，根據原構件所遺留下來的信息進行選材加工，要盡可能做到修舊如舊，再用粘接材料進行粘接。

(2)加固構件前，將所有的原構件的裂縫、傾斜、樹木根系清除，待缺失構件補齊等工作做完之后，對構件重新組裝，在結構上要對其進行加固。

(3)像連接斷裂石材這類補全修復要在充分調查歷史資料的基礎上進行。在形式上不能有超出原狀的立意和創新。

(4)石質文物建筑的補全材料，要求能夠滿足石質文物建筑的穩定條件，并且具有相對的穩定性和耐久性，對原始材料無損害。

4 工程實例

西岳廟坐落在華山以北5 km 的華陰市城郊岳廟鎮，與西岳華山遙相呼應。西岳廟總占地面積121800 m2，是陜西省現存比較完整的且是最大的古建筑群，1988年被列入全國重點文物保護單位。西岳廟內現存三座石牌樓，分別是欞星門與金城門之間為“天威咫尺”，后宰門與御書樓之間為“少昊之都”，御書樓與萬壽閣之間為“蓐收之府”。三座石牌樓石質、形制、雕刻工藝相同，同屬清朝時期建造。牌樓主要構件之間為石質榫卯結構。屋頂為整石雕刻而成，主樓屋頂由六塊拼合而成，次樓均用四塊拼合而成。大額枋下橫題“少昊之都”，故名“少昊之都”。

4.1 主要病害及分析

4.1.1 自然災害造成的破壞

“少昊之都”石牌樓，歷經數百年的風雨歲月，經歷了多次地震等自然災害的破壞，尤其是在1998年大風中，由于牌樓側旁大樹被風吹倒，牌樓被大樹撞擊，造成嚴重損壞，見圖1 所示。其主要破壞狀況為:

(1)屋頂局部塌落，掉落約2/5 屋面，西側樓屋面所剩無幾。

(2)主樓大額枋與小額枋均已斷裂，喪失作為結構構件的承力功能。

圖1 牌樓破壞狀況

4.2 結構承力構件加固

4.2.1 石牌樓大額枋加固

石牌樓大額枋以CFRP 技術補強，加固材料采用Sika CarboDur S612 板材及Sikadur－30 膠粘劑。貼片前應對構件表面進行必要的處理，仔細清除破損、劣化部分，修補裂縫、削平凸出部位和棱角等，使碳纖維板粘貼后與構件牢固緊密結合，充分發揮其補強作用。粘貼碳纖維片后，需自然養護24 h 達到初期固化，應保證固化期間不受干擾。

4.2.2 石牌樓小額枋加固

小額枋以HRB 400－20 配以Sikadur－30 粘結加固膠予以補強加固。其工藝流程見圖2。

圖2 植筋加固工藝流程

(1)鉆孔。根據設計好的圖紙，在小額枋的相應位置鉆孔，鉆孔直徑比鋼筋直徑大5 mm 左右。

(2)清理灰塵。清理灰塵是植筋中最重要的一個環節，因為孔鉆完后內部會有很多灰塵、碎渣，這將直接影響植筋的質量。因此，將孔內雜物清理干凈是保證植筋質量的前提。其方法是:用防脫毛毛刷伸至孔底把灰塵、碎渣帶出，再用壓縮空氣吹出孔內浮塵，吹完后再用脫脂棉蘸上酒精擦洗空內壁，以保證孔的清潔。鉆孔清洗完后要求相關單位驗收，驗收合格后方可注膠。

(3)注膠。將Sikadur－30 粘結加固膠裝入套筒，安置在專用的手動注射器上進行注膠。為了使鋼筋植入后孔內膠液飽滿，又不能使膠液外流，孔內膠液達80%即可，孔內注滿膠后應立即植筋。

(4)植筋。U 形鋼筋平段的長度250 mm，斷裂位置居水平段長度的中央;豎直段長度100 mm，植入石材的深度80 mm。植筋孔直徑30 mm，植筋孔位于小額枋厚度中央豎直向上。U 形鋼筋水平段與石材之間以硬木襯墊。

(5)固化。鋼筋植入后在Sikadur－30 粘結加固膠完全固化前不能振動鋼筋，Sikadur－30 粘結加固膠在常溫下就可完成固化，按說明書上指定的固化時間待其固化完成后便可進入下一道施工工序。

4.2.3 注意事項

(1)Sikadur－30 粘結加固膠完全固化后為無毒材料，但未固化前，個別組分對眼睛、皮膚有刺激性，而且固化后也不容易清除，所以施工人員要注意適當的勞動保護，如配備工作服、手套等。人體直接接觸后應立即清水沖洗干凈。

(2)注意天氣變化，植筋開始前要查看天氣預報，要確保在植筋施工期間天氣狀況良好，不能在陰雨天氣施工。

5 結束語

磚石牌樓作為現存不多的古建筑，不僅對研究我國古代建筑技術的發展具有極其重要的意義，而且對于研究我國的歷史、文化、藝術均具有無法替代的價值。由此保護與修復牌樓是一項艱巨的任務。“少昊之都”石牌樓的加固保護取得了極好的效果，盡可能恢復了石牌樓原來的風貌，并為以后的磚石牌樓的加固與保護積累了寶貴的經驗。

本方案特點:采用高新技術，對文物損傷較小;CFRP 強度高、重量輕、體積小，加固效果可靠，具有較好的可逆性。

［1］韓昌凱.中華牌樓［M］.北京:中國建筑工業出版社，2008

［2］石錦彪.石牌樓的設計與制作［J］.古建園林技術，2007(2):7－10

［3］楊曉鄔.文物修復中的加固技術［J］.四川文物，2006(5)

［4］張秉堅.古建筑與石質文物的保護處理技術［J］.石材，2002(8)

［5］田鵬剛，陳平，趙冬，等.西岳廟“少昊之都”石牌樓加固與修復工程［J］.工業建筑，2006(1)

［6］唐家俊，趙冬，陳平.淺談五梁橋的加固與保護［J］.山西建筑，2007(6)