扣罩式古城墻維護修繕方法前景分析

孫華力 邊建輝

第一作者簡介：孫華力（1980-），男，副高級工程師。研究方向為土木工程。

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

摘? 要：在城市現代化進程發展過程中，如何將新挖掘出的損毀嚴重的古城墻進行統一保護和協同發展，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和發展，是當下應當研究和關注的問題。該文在查閱大量文獻的基礎上，總結古城墻發掘、修繕、保護施工方式的現狀，包括國外對古建筑遺址發掘、保護現狀的調查分析，對古城墻發掘、修繕、保護的前景進行一些展望分析。

關鍵詞：扣罩式本真保護；古城墻遺址；修繕；保護；前景展望

中圖分類號：TU-87? ? ? 文獻標志碼：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

隨著我國城市現代化發展進程的不斷提升，如何處理好傳統與現代、繼承與發展，讓城市建筑更好地體現地域特征、民族特色、時代風貌，將傳統和現代2種建筑文化魅力充分結合、協同發展，是城市發展進程中繞不開的話題。結合2016年3月23日，習近平總書記對文物工作作出重要指示中強調，全面貫徹“保護為主、搶救第一、合理利用、加強管理”的工作方針。在對正定東城門（迎旭門）發現的宋代古城門遺址、明清遺址進行發掘和修繕的過程中，文物管理部門提出了對歷史遺址實施扣罩式本真保護的建議，恢復東城門月城、甕城、馬道和城墻，建成文物保護、休閑、觀光和旅游場所，有效地兼顧保護本真城墻與還原古城原貌2個對立的難題?；诖四康?，本文在查閱《中國古建筑瓦石營法》等大量國內外文獻的基礎上，對扣罩式本真保護古城墻的施工工藝進行了現狀總結，對此方法的前景進行了一些展望。

1? 古城墻施工方式的調查分析

古城墻外觀形式：目前對國內現存的古城墻的外觀進行調查后，發現城墻的截面大都是呈現下邊寬、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向內收分120 mm，兩側磚墻內部回填灰土，城墻頂部在灰土表面鋪設大城磚，然后兩側墻體垂直向上砌筑垛口、馬道。此工藝的特點是，大量采用濕作業施工，受季節影響嚴重，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施工技術

扣罩式本真古城墻保護定義：扣罩式本真古城墻保護技術是指利用鋼結構框架及維護結構將本真城墻罩住，對其進行保護。

2.1? 技術研究理論路線

熟悉地形地貌→定位放線→獨立基礎或條基→安裝預留螺栓→澆筑砼及養護（含鋼構制造）→鋼結構柱、梁安裝→調整鋼結構→二次澆筑砼→焊接安裝掛板龍骨→安裝干掛城墻板→填縫→驗收。

2.2? 主要技術研究過程

2.2.1? 體系構造的設計確定

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

2.2.2? 設計需解決的問題

①干掛仿古城墻板檁條、檁拖規格型號。②干掛城墻板式樣、規格型號。③干掛城墻板預埋件的規格型號。④保護古城墻鋼結構干掛城墻板技術體系連接方式。

2.3? 方案設想

2.3.1? 保護古城墻鋼結構干掛城墻板技術體系

該體系共包含4個部分，具體內容如下：①干掛城墻板龍骨、檁條、檁托構造方式。②干掛城墻板形狀構造。③干掛城墻板預埋件設置方式。④干掛城墻板的連接方式。

2.3.2? 各個組成部分的方案實施選擇分析

1）干掛城墻板龍骨、檁條、檁托構造方式。依據GB 50205—2020《鋼結構工程施工質量驗收規范》中關于“單層、多層及高層鋼結構安裝工程”中相關條款要求，設定了龍骨、檁條、檁托的規格型號為100 mm×100 mm×4 mm鍍鋅方鋼。

2）干掛城墻板形狀構造。依據JGJ/T 268—2012《現澆混凝土空心樓蓋技術規程》標準要求，結合墻板安裝后要滿足整體性和穩定性的需求，將干掛城墻板的形狀設想了2種實施方案，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）干掛城墻板預埋件設置方式。依據GB/T 13788—2017《冷軋帶肋鋼筋》標準要求，結合預埋件的屈服強度、抗拉強度、伸長率、冷彎性能等指標要求，設想了2種實施方案，方案一為HPB300 ？椎8鋼筋預埋件；方案二為HPB ？椎10 鋼筋預埋件。

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

2.4? 試驗分析

2.4.1? 干掛城墻板龍骨、檁條、檁拖構造方式

1）計算依據。依據GB 50009—2022《建筑結構荷載規范》、GB 50017—2020《鋼結構設計標準》、GB/T 6728—2017《結構用冷彎空心型鋼》標準要求，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生變形，邀請合作方設計師對100 mm×100 mm×4 mm鍍鋅方鋼強度進行驗算，數據如下。

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

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

各項荷載系數?；撅L壓0.350 kPa，風壓調整系數1.500；風荷載高度變化系數1.130，風荷載系數（風壓力）1.110；風荷載系數（風吸力）-1.210，風荷載標準值（風壓力）0.659 kN/m2，荷載標準值（風吸力）-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，屈服強度fy=235.000 MPa；強度設計值f=205.000 MPa。

計算內力。①1.3恒載+1.5風壓力組合。繞主慣性軸強軸彎矩設計值Mx=1.205 kN.m；繞主慣性軸弱軸彎矩設計值My=1.899 kN.m；水平剪力設計值Vx=1.205 kN；豎向剪力設計值Vy=1.899 kN。②1.3恒載+1.5風吸力組合。繞主慣性軸強軸彎矩設計值M■=-1.314 kN.m；繞主慣性軸弱軸彎矩設計值M■=1.899 kN.m；水平剪力設計值V■=1.314 kN；豎向剪力設計值V■=1.899 kN。③風壓力作用驗算?？箯澘刂平M合為1.3恒載+1.5風壓力組合；有效截面特性計算結果為全截面有效；截面強度σmax=65.794 N/mm2≤205.000 N/mm2。④風吸力作用驗算。組合為1.3恒載+1.5風吸力；截面強度σmax=68.095 N/mm2≤205.000 N/mm2；內翼緣受壓穩定性驗算包括整體穩定系數SF=1.000，整體穩定應力fstabw=68.095 N/mm2≤205.000 N/mm2。⑤荷載標準值作用下，撓度驗算。豎向撓度fy=5.011 mm≤10.000 mm；水平撓度：fx=2.755 mm≤20.000 mm。

計算結果。經過上述計算，100 mm×100 mm×4 mm鍍鋅方鋼強滿足要求。

2）構造方式確定。結合以上材料的計算結果，選用100 mm×100 mm×4 mm鍍鋅方鋼作為檁條。鋼結構斜柱規格為鍍鋅方鋼250 mm×250 mm×10 mm，檁拖長度采用250 mm長，檁拖規格為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、構造

參照JGJ/T 268—2012《現澆混凝土空心樓蓋技術規程》標準要求，對外掛城墻板直槎、留槎2個式樣進行外觀檢查，考慮增加板間整體性和穩定性，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? 外掛板規格示意圖

圖4? 干掛城墻板體系示意圖

依據GB/T 50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》試塊強度進行力學性能測試，依據安全、經濟、適用的原則，選用抗壓強度等級大于等于20 MPa的外掛仿古城墻板。詳見表1。

表1? 仿古城墻磚抗壓強度測試

2.4.3? 干掛城墻板預埋件設置方式

依據GB/T 13788—2017《冷軋帶肋鋼筋》標準要求，對外掛城墻板預埋件鋼筋直徑分別為HPB300 ？椎8、HPB300 ？椎10試樣進行屈服強度、抗拉強度、伸長率和冷彎性能檢測，數據詳見表2和圖5所示。

表2? 鋼筋性能檢測數據統計表

圖5? 仿古干掛城墻板預埋件示意圖

初步估算仿古干掛城墻板48 kg/m2，根據試驗數據，預埋件采用HPB300 ？椎8、HPB300 ？椎10試樣均滿足要求，依據經濟適用原則，選用HPB300 ？椎8鋼筋作為仿古城墻板預埋件。

2.4.4? 古城墻鋼結構干掛城墻板技術連接方式

古城墻鋼結構干掛城墻板技術連接方式對比分析詳見表3。

綜上所述，保護古城墻干掛城墻板技術體系采用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，干掛城墻板預埋件為HPB300 ？椎8鋼筋，骨架之間、骨架與干掛城墻板預埋件之間均采用焊接安裝，從最底層依次向上安裝，利用干掛城墻板預埋鐵件與龍骨焊接，并作防腐處理，安裝完成后進行填縫、畫縫。

2.5? 施工操作要點

原城墻外側設置鋼筋混凝土獨立基礎，加短柱，短柱內預埋地腳螺栓，當短柱混凝土強度滿足要求后，安裝工字型鋼柱，連接柱間的鋼梁，并及時校正，調整鋼柱、鋼梁的垂直度和水平標高，調整合格后，頂板架設樓承板澆筑混凝土，主體結構完成。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行中間漆的噴涂施工，等中間漆干燥后進行面漆噴涂，做到每道工序嚴格受控。鋼結構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超過12 h，雨天、潮濕、有鹽霧的氣候條件下不應超過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，利用干掛城墻板預埋鐵件與龍骨焊接，焊點作防腐處理，做法同龍骨防腐處理，安裝完成后進行勾縫，然后安裝城墻垛口。填縫、畫縫采用黏接砂漿進行磚縫封堵，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? 該技術的創新點和先進性

3.1? 本技術研究的創新點

首先對本真古城墻進行扣罩式保護的同時還原古城墻原貌。其次是鋼結構為主框架，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制，預制過程可與鋼結構主體施工同時進行，縮短施工工期。

3.2? 本技術研究的新穎性和先進性

采用鋼結構作為骨架、外掛城墻板扣罩式對古城墻遺址進行保護，將遺址保護和形似逼真完美結合在一起；施工不受季節影響，工期短、土方使用量少，節約土地資源。

4? 前景分析

扣罩式本真保護古城墻施工技術，在外形上看形似真正的古城墻，其實是一個外殼對本真古城墻遺址進行了扣罩式保護，形似逼真，完美解決了本真古城墻保護與還原古城原貌2個對立的難題，既保留了文化古跡，提高了考古依據，又真實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立基礎、預留螺栓、鋼結構主框架安裝龍骨、干掛古城墻掛板、墻頂鋪設海墁和填縫等工序操作，施工簡單、周期短。

與傳統的砌筑城墻磚工藝相比較，施工進度快、安全性能可靠、不受環境和季節影響，節省大量土方。

參考文獻：

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