古建筑修復與加固技術的應用研究

馬春雷，崔 琦

（中交一公局集團華中工程有限公司，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。時光賦予了古建筑文化生命，同時也帶來了傷害，很多古建筑都或多或少存在問題需要修復和加固。以史為鏡，可以知興替，人們重視歷史，也重視古建筑的保護工作，過去，很多單位都對古建筑進行了一定的修繕，但是很少徹底地開展系統性修復加固工作，現今更應該采取新型設備和技術，通過科學合理地方案提升古建筑修復保護水平。

1 古建筑修復加固措施分析

1.1 木質結構技術

為了保證古建筑修復工作能夠有效的實現古建筑的保護目標，需要在開展古建筑修復的全部流程中嚴格遵守與古建筑修復相關的法律法規。在眾多的古建筑修復類別中，針對木質結構進行修復時，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，拆卸過程應當依照由上至下的原則進行拆線，每拆卸一件結構組成部分就需要對其進行命名和編號，并將其存放至較為干燥的區域。完成修改流程之后，需要先在地面對建筑結構的架梁進行安裝，安裝過程應當依據編號進行，避免出現錯誤。完成梁架的安裝之后再進行柱的安裝，安裝柱結構時也需要嚴格依照編號對應的順序開展。所有的結構在進行安裝時應當對結構部件進行檢查，如果結構部件自身出現了損壞，就需要通過各種措施和手段來對損壞部位進行修復。如果修復之后的結構仍然存在安全隱患，就需要對該構件進行更換，制作新構件時盡量選擇與原構件木質相同的材料，并保證構件的尺寸參數與原構件保持一致，避免因尺寸差錯影響整個結構的穩定性[1]。

1.2 瓦頂修復技術

在對我國某地區的古建筑進行調查分析可以發現，該地區的古建筑屋面部分主要結構材料為瓦片。可能以后在后續修復的過程中有效的還原該古建筑的原貌，在針對該古建筑進行修復時，主要工作是為了對建筑屋面的瓦片進行修復。在具體的修復過程中應當嚴格依照該建筑的木質結構形態以及科學的加固方法來開展修復過程。在以該建筑為單位的建筑群進行研究分析后可以制定出相應的修復方案。之所以將該古建筑的屋面部分進行重點修復，這是提升古建筑壽命的重要途徑，如果不能夠有效的對古建筑進行必要的防水措施，長時間的深度就可能導致古建筑屋面功能的缺失甚至可能出現坍塌問題。所以在對屋面進行修復的過程中應當慢慢的揭開屋面的瓦片然后對損壞的區域進行有效的修復。如果承擔瓦片的木質結構存在較為嚴重的損傷，就需要對木質結構進行修復，然后再對破損的瓦片進行更換，使得古建筑恢復有效的屋面結構功能，實現對古建筑的保護目標。

1.3 地基加固和改良策略

在開展古建筑修復的過程中，除了對古建筑自身的結構構件進行修復之外，還需要加強古建筑周邊環境的修復和加固，特別是對于古建筑物地基的土質進行改良，提升地基土質的密實度，來增強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。與現代建筑相同古建筑的地基是保證古建筑能夠有效延長壽命的重要手段，如果古建筑的地基出現了明顯的沉降就可能導致古建筑的穩定性受到影響，從而引發裂縫或不均勻塌陷。為了能夠有效的降低這些病害的發生概率。就需要通過改善古建筑的地基質量來提升建筑物的穩定性。但在具體的地基改良施工之前應當對古建筑的地基進行有效的測繪，如果古建筑的地基本身沒有較為明顯的，就不需要對其進行地基改良措施。大多數情況下針對古建筑的修復工作，多為古建筑所在區域發生了較為嚴重的地質災害，在發生地質災害之后應當對古建筑進行全面的病害評估，然后制定相應的修復計劃。針對古建筑破壞較為明顯或嚴重的地質災害大多集中于滑坡或塌陷等問題。當古建筑的地基存在明顯的塌陷情況時，可以通過填充或灌漿等手段來對其進行修復。如果古建筑周邊出現了明顯的滑坡災害時可以建立擋土墻，或者對周邊山體進行護坡工作來降低出現滑坡的概率。同時應當對古建筑周邊設置有效的排水措施降低對于建筑地基的影響[2]。

2 古建筑木結構加固修復常見技術形式

2.1 嵌補

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，加之其長久在自然環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象，這也是導致木料出現開裂問題的主要原因。在對木料開裂情況進行檢查的過程中，如果木料的裂縫深度沒有達到木料直徑的1/3，那么可以直接采用嵌布的方式對其進行修補。通過對裂縫進行寬度測量，如果其寬度低于3mm，則可以用膩子對斷白區域進行填充。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其進行修補。

2.2 剔補

如果木料的中心完好程度較高，就是木料的淺表區存在一定的腐朽問題，通過對腐朽進行有效的測量和計算，確定該腐朽區域不會對立柱產生結構性破壞，那么可以將該腐朽區域進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剔除的腐朽區進行修補，修補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行修補時柱表面周圍都需要進行剔補時，則需要通過鐵箍作為輔助措施幫助加固[3]。

2.3 下撐式拉桿

古建筑修復加固的過程中會對梁枋構件進行撓度測試，如果測試結果高于正常標準，表明該梁枋構件這承載能力存在問題，如果不對其進行有效的修復，未來出現斷裂的概率就會大幅上升，針對撓度不足的問題可以通過下撐式拉桿加固的方法進行加固，下撐拉桿能夠有效的提供承載能力，再采用這種方法進行加固時，應當對梁枋的腐朽情況進行判定，如果存在明顯的腐朽現象就需要先處理腐朽問題，以保證加固質量。

2.4 墩接法

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

3 古建筑修復與加固案例分析

3.1 工程描述

某古建筑由物質結構作為主要結構組成，針對其進行結構檢查時發現其承重部分主要由木質結構承擔，承重部分由不同的物理結構進行組合而形成完整的承重系統。傳統的物質結構通常由木架構來承擔屋頂的載荷，這些木質結構通常有傳統的榫卯方式進行連接，因為在應用尋寶的過程中設置了相應的伸縮結構，這時的古建筑在長期存在的過程中雖然經過了多次的地震仍然能夠保持結構的完整性和相應的功能，在利用現代建筑技術進行升級的過程中，為了能夠有效的提升古建筑的穩定性，通過鋼木結構提升建筑物的變形能力，使得古建筑物的結構獲得了當代建筑工程技術的增強，有效的提升了建筑物的穩定性[5]。

3.2 技術流程

3.2.1 施工方案

通過在工字鋼內部將固定尺寸的鍍鋅方鋼焊接，完成焊接過程之后需要對焊點施加有效的防銹措施。然后通過定制以樟子松為材質的2cm 厚板，并對其進行有效的打磨處理。完成打磨處理之后對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行有效的連接，同時需要在樟子木木板接頭通過粘膠以及釘槍的方式進行有效的固定。在對立柱和領條進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行有效的連接。同時需要用槍釘和粘膠的方式進行加固。最后針對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行固定。

3.2.2 木包鋼加固技術應用要點

首先，通過不斷優化、深化設計圖紙，研制出本項目木包鋼仿古木柱細化做法，成功解決了現代建筑的仿古難題，滿足建筑和結構規范要求，同時達到建筑師所要求的理想效果。此種做法有別于常規的加釘固釘方法。其次，防火棉包鋼防火施工技術，成功解決了木包鋼防火問題。

3.2.3 修復效果

針對古建筑的承重系統進行研究后發現，大多數古建筑企業承重與維護通過不同的系統實現各自的分工，大多數屋頂的承重系統來自木結構，這使得建筑物的結構分布呈現出較為靈活的狀態。在進行結構連接的過程中所采用的卯榫結構能夠預留相應的收縮空間，使得古建筑在地震等自然災害時能夠保持結構的穩定性[6]。隨著現代技術對于古建筑的修復經驗逐漸提升現代技術應用于古代建筑的加固方法也越來越豐富。而古建筑其木結構仍然存在一些缺點使其無法滿足當代建筑所需要的建筑特性。首先木結構的古建筑其本身的承載能力低于現代建筑，木瓦結構之外的建筑材料無法與古建筑的木結構支撐體系實現有效的融合，木結構自身的抗震能力較差，隨著時間的流逝其耐久性下降得較快。木質結構其本身特性使其無法符合消防標準。受到人類生產生活活動的影響，木材的體積數量大幅度降低，特別是名貴木材價格相當昂貴，將其應用在建筑結構中不論是從成本投入還是環保政策都不再支持木材作為建筑的主要材料構成[7]。因此，如何既能保留古建筑的建筑特色，我國的古代建筑文化能夠得到延續和發展，同時又能夠利用現代建筑技術提升古建筑的性能使得古建筑能夠受到現代技術的保護，是當前研究的重點內容。當前，在眾多的古建筑保護技術中，大木卯榫鋼結構有效的實現了上述目標，是古建筑修復領域應用較為成熟的技術，通過該技術不僅保存了古建筑的外部特征，同時使得古建筑既能符合消防要求，也能適應多種不同類型的地質災害保護效果，使得我國的古建筑施工技術得到了有效的發展。

3.2.4 該技術的應用優勢分析

傳統古建筑通常采用木制承重結構，而維護和承重又分別由不同結構來承擔。其中，木架構重點作為屋頂的承重結構，而木制結構所用的榫卯、斗拱又均設置相應的伸縮余地，這也有助于為房屋的抗震能力提供構架上的保障。然而，在現代建筑技術不斷升級的過程中，傳統的木制結構已無法滿足人們對現代建筑的安全性及耐久性的要求。木結構除了在使用過程中由于自然或人力作用而常常出現各種問題以外，其結構本身承已無法滿足人們對現代建筑的安全性及耐久性的要求。

木包鋼技術在本項目中應用于仿古建筑恢復重建部分，國內古建筑恢復大多采用木材，在木結構表面做防腐處理。鋼木結合增強了木質鋼性，加強抗變形能力，增強產品的穩定性，鋼木結合工藝的木制品，安裝后衍生出來結構性問題相對減少很多。采用鋼筋混凝土圓柱、方梁結構，外包木色板，裝飾效果也難以達到理想仿古效果[8]。木包鋼技術，充分利用了鋼結構的優勢，加快了結構施工速度，減少木材用量，是建筑結構向綠色環保方向發展的一種有生力量，同時，所有材料及配件均廠家制作，加速了古建筑施工技術工業化的發展，值得推廣應用。

4 結語

綜上所述，我國在經濟上取得了舉世矚目的成就，人民的腰包鼓起來了，物質需求得到了滿足，同時也更加需求精神文化食糧，因此文化產業得到了發展，社會上形成了一股古建筑保護的風潮。目前古建筑修復和加固技術得到了較好的發展，對于木質結構、瓦頂、地基基礎等不同項目的修復都形成了一定的技術范式，對本體的加固技術也有多類型的應用形式，通過防治結合的措施收獲了良好效果，促進延長了古建筑壽命，而且整舊如舊原則也最大化保護了其文化價值，古建筑修復技術朝著規范化的方向不斷發展。