牌樓斷裂構(gòu)件的連接加固

黃立敏，孫 昭

(1.陜西省人民政府機(jī)關(guān)事務(wù)管理局機(jī)關(guān)新城服務(wù)中心，陜西西安 710001;2.陜西省人民政府機(jī)關(guān)事務(wù)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(mén)非門(mén)，非門(mén)亦門(mén)”，是我們十分熟悉的一種標(biāo)志性、裝飾性、紀(jì)念性很強(qiáng)古代建筑。在古代，幾乎每個(gè)都市街道的出口、入口，主要街道的十字街頭，名勝景區(qū)的入口處，以及苑囿、寺觀(guān)、陵墓、離宮的前面，都以牌樓作為建筑群的標(biāo)志［1］。

牌樓大致由基礎(chǔ)、立柱、額枋、匾額、檐樓等構(gòu)成，這些構(gòu)件的連接處通過(guò)卯榫銜接［2］。

有些牌樓幾經(jīng)地震作用，同時(shí)還經(jīng)歷幾百年的風(fēng)雨侵蝕，出現(xiàn)了不同程度的損壞，如:構(gòu)件斷裂破壞、整體傾斜、風(fēng)化破壞等，而以構(gòu)件斷裂破壞尤為突出。因此，對(duì)出現(xiàn)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(duì)磚石結(jié)構(gòu)牌樓進(jìn)行加固，應(yīng)滿(mǎn)足下列要求。

(1)加固方案不得改變?cè)瓉?lái)的受力體系。

(2)對(duì)原來(lái)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的固有缺陷，如對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性確有嚴(yán)重影響，宜采取有效措施予以消除，對(duì)所增設(shè)連接件宜設(shè)法加以隱蔽。

(3)對(duì)因斷裂而喪失承載力的橫向構(gòu)件，當(dāng)其文物價(jià)值較高而必須保留時(shí)，可采用植筋、環(huán)氧粘接等技術(shù)予以加固，也可另加支柱支撐，但另加的支柱應(yīng)能易于識(shí)別。

(4)加固所用材料的耐久性，不應(yīng)低于原有結(jié)構(gòu)材料的耐久性。

2 斷裂構(gòu)件連接加固方法

石牌樓上部結(jié)構(gòu)及構(gòu)件都是許多小石構(gòu)件組裝而成的，極易發(fā)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(jié)是指把同種類(lèi)型或不同種類(lèi)型的材料通過(guò)物體表面上的物理化學(xué)過(guò)程把兩部分構(gòu)件連接在一起的過(guò)程。粘接包括一般粘接、裂隙灌漿和表面加固。粘接技術(shù)除了具有簡(jiǎn)便、快捷、高效等優(yōu)點(diǎn)之外，還可以連接一些其他連接方式無(wú)法連接的材料和構(gòu)件，如實(shí)現(xiàn)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(jī)械連接［3］。粘接技術(shù)的應(yīng)用條件選擇范圍寬，可以不改變文物的現(xiàn)狀與性質(zhì)。從小件石雕藝術(shù)品到大型的石窟寺、建筑遺址，粘接方法都有廣泛的應(yīng)用。粘接加固是加強(qiáng)文物建筑微結(jié)構(gòu)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(jī)械強(qiáng)度。粘結(jié)的強(qiáng)度、抗老化程度與粘結(jié)材料的配合比，構(gòu)件斷面的凈化程度有直接關(guān)系，因此在粘結(jié)加固之前要將構(gòu)件斷面清洗干凈。此外，加固劑必須均勻滲透到巖石孔隙內(nèi)。對(duì)斷裂石質(zhì)構(gòu)件進(jìn)行粘接修復(fù)，要使用與石材性能相適應(yīng)的膠粘劑，一般要求傾覆力＜粘接強(qiáng)度＜接頭強(qiáng)度＜石材內(nèi)聚力［4］。石材性能好，可以選用強(qiáng)度高的膠粘劑;石材的性能差，選用高強(qiáng)度膠粘劑會(huì)發(fā)生粘附破壞，選用低強(qiáng)度膠粘劑則無(wú)法達(dá)到良好的膠粘效果，此時(shí)就需要借助其他的方法來(lái)固定石材。粘接修復(fù)前，需通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)石質(zhì)文物建筑和膠粘劑進(jìn)行測(cè)試和對(duì)比，然后再確定膠粘劑的種類(lèi)和修復(fù)的方法。

(2)借助輔助構(gòu)件、利用機(jī)械作用力將分離的石質(zhì)固定在一起的機(jī)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(shù)是一項(xiàng)針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)、磚石結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)捷、有效連接與錨固技術(shù);可植入普通鋼筋，也可植入螺紋鋼筋，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于建筑物的加固改造工程，它是對(duì)工程中沒(méi)有預(yù)埋鋼筋的一種有效補(bǔ)救措施。植筋加固可將斷裂構(gòu)件的各個(gè)部位連接成一個(gè)整體，增強(qiáng)其整體穩(wěn)定性。這種方法多用于被粘接部分厚重的石材的修復(fù)，尤其是結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的情形。文物建筑的保護(hù)中還使用了護(hù)壁、擋墻、噴錨、錨固等技術(shù)。目前最常用的加固方法就是對(duì)石材進(jìn)行植筋，使其連成一個(gè)整體，增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)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(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)的研究始于20 世紀(jì)80年代美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的這項(xiàng)技術(shù)起步很晚。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和交通事業(yè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)有建筑中有相當(dāng)一部分由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)低造成歷史遺留問(wèn)題，一些建筑由于使用功能的改變，難以滿(mǎn)足當(dāng)前規(guī)范使用的需求，亟需進(jìn)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(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)是繼加大混凝土截面、粘鋼之后的又一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。

3 注意事項(xiàng)

(1)斷裂石構(gòu)件加固材料要采用當(dāng)?shù)嘏c原構(gòu)件石材相似或者相當(dāng)?shù)氖?，根?jù)原構(gòu)件所遺留下來(lái)的信息進(jìn)行選材加工，要盡可能做到修舊如舊，再用粘接材料進(jìn)行粘接。

(2)加固構(gòu)件前，將所有的原構(gòu)件的裂縫、傾斜、樹(shù)木根系清除，待缺失構(gòu)件補(bǔ)齊等工作做完之后，對(duì)構(gòu)件重新組裝，在結(jié)構(gòu)上要對(duì)其進(jìn)行加固。

(3)像連接斷裂石材這類(lèi)補(bǔ)全修復(fù)要在充分調(diào)查歷史資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行。在形式上不能有超出原狀的立意和創(chuàng)新。

(4)石質(zhì)文物建筑的補(bǔ)全材料，要求能夠滿(mǎn)足石質(zhì)文物建筑的穩(wěn)定條件，并且具有相對(duì)的穩(wěn)定性和耐久性，對(duì)原始材料無(wú)損害。

4 工程實(shí)例

西岳廟坐落在華山以北5 km 的華陰市城郊岳廟鎮(zhèn)，與西岳華山遙相呼應(yīng)。西岳廟總占地面積121800 m2，是陜西省現(xiàn)存比較完整的且是最大的古建筑群，1988年被列入全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。西岳廟內(nèi)現(xiàn)存三座石牌樓，分別是欞星門(mén)與金城門(mén)之間為“天威咫尺”，后宰門(mén)與御書(shū)樓之間為“少昊之都”，御書(shū)樓與萬(wàn)壽閣之間為“蓐收之府”。三座石牌樓石質(zhì)、形制、雕刻工藝相同，同屬清朝時(shí)期建造。牌樓主要構(gòu)件之間為石質(zhì)榫卯結(jié)構(gòu)。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(zāi)害造成的破壞

“少昊之都”石牌樓，歷經(jīng)數(shù)百年的風(fēng)雨歲月，經(jīng)歷了多次地震等自然災(zāi)害的破壞，尤其是在1998年大風(fēng)中，由于牌樓側(cè)旁大樹(shù)被風(fēng)吹倒，牌樓被大樹(shù)撞擊，造成嚴(yán)重?fù)p壞，見(jiàn)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(cè)樓屋面所剩無(wú)幾。

(2)主樓大額枋與小額枋均已斷裂，喪失作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承力功能。

圖1 牌樓破壞狀況

4.2 結(jié)構(gòu)承力構(gòu)件加固

4.2.1 石牌樓大額枋加固

石牌樓大額枋以CFRP 技術(shù)補(bǔ)強(qiáng)，加固材料采用Sika CarboDur S612 板材及Sikadur－30 膠粘劑。貼片前應(yīng)對(duì)構(gòu)件表面進(jìn)行必要的處理，仔細(xì)清除破損、劣化部分，修補(bǔ)裂縫、削平凸出部位和棱角等，使碳纖維板粘貼后與構(gòu)件牢固緊密結(jié)合，充分發(fā)揮其補(bǔ)強(qiáng)作用。粘貼碳纖維片后，需自然養(yǎng)護(hù)24 h 達(dá)到初期固化，應(yīng)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(jié)加固膠予以補(bǔ)強(qiáng)加固。其工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 植筋加固工藝流程

(1)鉆孔。根據(jù)設(shè)計(jì)好的圖紙，在小額枋的相應(yīng)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(gè)環(huán)節(jié)，因?yàn)榭足@完后內(nèi)部會(huì)有很多灰塵、碎渣，這將直接影響植筋的質(zhì)量。因此，將孔內(nèi)雜物清理干凈是保證植筋質(zhì)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(nèi)浮塵，吹完后再用脫脂棉蘸上酒精擦洗空內(nèi)壁，以保證孔的清潔。鉆孔清洗完后要求相關(guān)單位驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可注膠。

(3)注膠。將Sikadur－30 粘結(jié)加固膠裝入套筒，安置在專(zhuān)用的手動(dòng)注射器上進(jìn)行注膠。為了使鋼筋植入后孔內(nèi)膠液飽滿(mǎn)，又不能使膠液外流，孔內(nèi)膠液達(dá)80%即可，孔內(nèi)注滿(mǎn)膠后應(yīng)立即植筋。

(4)植筋。U 形鋼筋平段的長(zhǎng)度250 mm，斷裂位置居水平段長(zhǎng)度的中央;豎直段長(zhǎng)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(jié)加固膠完全固化前不能振動(dòng)鋼筋，Sikadur－30 粘結(jié)加固膠在常溫下就可完成固化，按說(shuō)明書(shū)上指定的固化時(shí)間待其固化完成后便可進(jìn)入下一道施工工序。

4.2.3 注意事項(xiàng)

(1)Sikadur－30 粘結(jié)加固膠完全固化后為無(wú)毒材料，但未固化前，個(gè)別組分對(duì)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(dāng)?shù)膭趧?dòng)保護(hù)，如配備工作服、手套等。人體直接接觸后應(yīng)立即清水沖洗干凈。

(2)注意天氣變化，植筋開(kāi)始前要查看天氣預(yù)報(bào)，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(jié)束語(yǔ)

磚石牌樓作為現(xiàn)存不多的古建筑，不僅對(duì)研究我國(guó)古代建筑技術(shù)的發(fā)展具有極其重要的意義，而且對(duì)于研究我國(guó)的歷史、文化、藝術(shù)均具有無(wú)法替代的價(jià)值。由此保護(hù)與修復(fù)牌樓是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。“少昊之都”石牌樓的加固保護(hù)取得了極好的效果，盡可能恢復(fù)了石牌樓原來(lái)的風(fēng)貌，并為以后的磚石牌樓的加固與保護(hù)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

本方案特點(diǎn):采用高新技術(shù)，對(duì)文物損傷較小;CFRP 強(qiáng)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(guó)建筑工業(yè)出版社，2008

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