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夯土墙文物建筑安全性检测及加固设计

2025-05-26 57 上传者：管理员

摘要：夯土墙作为传统建筑的重要形式,承载着丰富的历史文化信息。然而,受前期施工质量缺陷、长期自然侵蚀及人为活动影响,这类文物建筑的安全性面临严重威胁。其修复工作不仅工程量大、成本高昂,且缺乏成熟、标准化的技术资料作为参考。聚焦夯土墙文物建筑的安全性检测与加固设计,旨在为这类不可再生文化遗产的保护提供理论依据与实践指导。首先分析夯土墙文物建筑的现存状况与保护挑战,继而以某旧居文物建筑为案例,详细介绍安全性检测的具体内容与检测结果。最后,基于检测结论,提出科学、可行的加固设计原则与技术方法。可为夯土墙文物建筑的结构性保护与修复提供实践范例,对推动文物建筑保护修复领域的发展具有重要意义。

关键词：
加固设计
夯土墙
夯土建筑
安全性检测
文物建筑
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夯土建筑是指以木制或石制杵､锤等工具,将原状生土逐层夯实形成承重墙体的建筑,它是生土建筑的主要结构形式之一[1]｡在人类历史上,夯土建筑历史悠久､应用广泛[1]｡夯土建筑具有造价低廉､保温节能､居住舒适等独特优势[1]｡数千年来,夯土建筑在全球各地被广泛应用于一般民居､寺庙､宫殿等建筑类型,部分夯土建筑更是沿用至今,传承不息｡在中国,不同的民族地区形成了风格各异的夯土建筑,这些建筑承载着独特的文化,是我国建筑文化宝库中的一份珍贵财富｡

夯土墙技术的应用历史悠久,不仅体现了古代工匠的智慧,也承载着丰富的文化和历史信息｡然而,随着社会的发展和自然环境的变化,这些珍贵的夯土墙文物建筑正面临着结构安全和稳定性的挑战｡对夯土文物建筑的调研显示,早期夯土建筑存在一些主要问题:缺乏基本的建筑结构设计[2]､缺乏有效的传力措施[3]､材料选择随意[4]､施工粗糙､耐久性差､后期维护成本高等｡对这些建筑进行安全性检测和加固设计,不仅是对传统建筑技术的传承,也是对文化遗产保护的重要举措[1]｡

目前,文物建筑检测的特殊性使得相关的技术规范和操作规程尚未完全建立,检测工作需要综合考虑房屋的实际情况､经费､技术条件和现行规范的衔接[5]｡夯土墙文物建筑常见的病害包括裂缝､酥松､空洞甚至垮塌等｡以平遥城墙为例,研究表明,平遥地区的黄土不耐水,夯土墙表面的裂缝是导致内部夯土酥松等问题的主要原因[6]｡在检测技术方面,有研究探讨了低空摄影测量在土遗址保护工程中的应用,为夯土墙文物建筑的变形监测等提供了新的技术手段[7]｡

在加固设计方面,传统工艺得到了重视和应用｡例如,平遥城墙的加固采用了夯筑方法,在传统石灰改性土的工艺基础上对平遥土的加固进行科学优化,取得了较好的效果[8]｡此外,也有研究在传统工艺上不断改进,如嘉峪关长城夯土墙体保护维修工程中对夯补加固工艺的新探索[9]｡在材料方面,有研究对夯土墙的保护材料进行了试验和优化,如对平遥土进行改性研究,以提高其耐久性[10]｡在结构加固方面,研究了新老夯土间设置拉结构造的必要性,以确保结构的稳定性[8]｡预防性保护理念在夯土墙文物建筑的加固设计中逐渐得到应用[11]｡例如,有研究探讨了土遗址文物建筑预防性保护技术与应用,强调了变形监测､环境监测等在预防性保护中的重要性[12]｡

夯土墙文物建筑的安全性检测是一个复杂且系统的过程,其核心目标在于识别潜在的结构损伤和老化迹象,并预测其未来发展趋势,从而为建筑结构的安全性提供全面评估[13]｡这一过程不仅涉及对建筑现状的详细勘察,还包括对历史资料的梳理和分析,以确保检测结果的准确性和可靠性｡安全性检测的结果对于制定科学合理的加固策略至关重要,能够为后续的保护和修复工作提供重要依据[14]｡

1、工程概况

某旧居建筑为直辖市区级文物,一楼一底,总建筑面积718.6m2,一层建筑建筑面积390.6m2,二层阁楼建筑面积328m2,采用土木结构,横墙承重,承重墙采用夯土墙,厚度为400mm,屋盖为木屋盖｡基础采用条形基础｡该房屋在原有建筑基础上进行修缮改造,改造竣工时间为2021年11月｡竣工后投入使用,在使用过程中墙体多次出现抹灰空鼓､夯土墙开裂现象,并陆续进行局部抹灰剔打､修复｡房屋外观如图1所示｡

图1某旧居建筑外观照片

2、安全性检测

2.1场地与地基基础

经现场查看,该旧居建筑所处周边环境不存在滑坡､崩塌､地陷､地裂､山洪､泥石流､岩溶､土洞､下陷采空等危险因素｡房屋砌体构件采用墙下条形基础,基础材料为条石｡检测人员对房屋周边场地进行踏勘,场地表面未出现地面下陷和地表开裂等不良地质现象｡未发现基础有明显不均匀沉降现象,亦未发现因基础不均匀沉降现象导致的上部结构出现倾斜､扭曲､裂缝等影响结构性能现象｡

2.2生土墙体

该旧居建筑生土墙体存在局部抹灰层空鼓现象,典型照片如图2所示｡打开空鼓抹灰层后,生土墙体未见肉眼可识别受力裂缝,墙体存在孔洞､夯土颗粒松散易坍落､夹杂石子现象,整体砌筑质量较差,局部存在干缩裂缝,典型照片如图3所示｡

图2抹灰层空鼓典型照片

图3夯土颗粒存在松散现象

该旧居建筑外伸挑檐下未设置垫梁,导致部分夯土墙体在挑梁以下1m范围内存在局压裂缝,检测时现场已采用支架临时支撑,典型照片如图4所示｡该旧居建筑房屋墙体其他位置未见肉眼可识别的受力裂缝｡此外,该旧居建筑房屋局部纵横墙体交界处存在竖向裂缝,典型照片如图5所示｡房屋生土墙体未见歪斜,亦未受长期受潮或周边排水不畅的影响｡

图4挑檐下夯土墙体局压裂缝

图5纵横墙体交接处竖向裂缝

2.3木构件

该旧居建筑屋盖为木屋盖小青瓦屋面｡经现场检测,屋盖檩条未见肉眼可识别的腐朽､虫蛀及异常变形现象;节点与连接构造符合规范要求;屋面小青瓦未见沉陷､变形及渗水现象｡现场工作状态无异常,典型照片如图6所示｡

图6木屋盖现场照片

2.4安全性鉴定评级

该旧居建筑墙体普遍内外存在抹灰层大面积空鼓､涨鼓及剥落现象,墙体土颗粒松散易坍落､空隙多;局部墙体存在收缩裂缝,纵横墙链接薄弱导致结构整体性差,檩条点支撑下局部应力集中;房屋结构不满足安全性要求;根据《农村住房安全性鉴定技术导则》,该旧居建筑整体安全等级为C级,即房屋出现中度破损,存在中度危险｡

3、加固设计

3.1设计原则

夯土墙文物建筑加固设计应遵循以下原则:1)针对不同破坏类型夯土墙,需要具体定制化加固方案,以保证结构安全耐久;2)在设计时,应根据夯土墙的残损现状和周边环境,合理确定设计安全系数;3)在加固设计中,既要对已经受损的部分进行抢救性保护,也要对未受损的部分采取预防性措施,以预防未来的损害;4)在加固设计中,应尽可能保持夯土古城墙的原状,采取最小的干预措施,以保护其历史､艺术､科学､社会和文化价值;5)坚持使用原材料､原形制､原工艺､原做法进行加固,以保持文物建筑的原有特色和风貌｡在确保安全的前提下,可以采用新材料和新技术进行加固,但必须经过严格的测试和评估,以确保其适用性和安全性｡

3.2设计思路

针对夯土墙裂缝､空鼓及颗粒松散:采用固化浆液注入墙体,对裂缝进行封闭､墙体松散颗粒固化,提高墙体强度｡针对夯土墙纵横墙连接处裂缝:采用墙体注浆,纵横墙连接处增设钢背心,增强纵横墙连接｡檩条等支撑点下局部应力集中:檩条等支撑点下方增设钢结构传力,支撑点范围内墙体注浆加固｡墙体内外抹灰层大面积空鼓､剥落:采用剔除全部抹灰层､对夯土墙表面进行固化处理､安装对拉钢丝网,并对墙体内外进行腻子抹面处理｡

3.3施工工序

对固化浆液､固化胶泥的固化效果､渗透范围应进行试验验证→将墙面抹灰按每1m高度划分为一层,由墙顶至底逐层剔除,每剔除完一层后,立即对该层墙面喷射固化浆液加固修复,其效果应达到使墙面松散颗粒完全板结→待固化浆液喷涂完成48h后,全墙喷抹固化胶泥→固化胶泥喷涂48h后,钢背心､纵横墙交界处钢结构施工→增设8目钢丝网,预留注浆孔,抹灰｡尤其是钢结构螺杆处应重点设置注浆孔→按设计间距要求注入固化浆液→待固化浆液注浆完成48h后,进行装饰装修｡

3.4材料要求

固化浆液:土壤固化剂､水玻璃按照3:7比例配制｡土壤固化剂应满足CJJ/T286—2018《土壤固化剂应用技术标准》中强度等级为2.0R的B类土壤固化剂技术指标要求;水玻璃应满足GB/T2409—2022《工业硅酸钠》中L-330-37一等品指标要求｡固化胶泥:水､胶泥按照1:3比例配制｡胶泥应满足JC/T547—2017《陶瓷砖胶粘剂》中拉伸黏结强度技术要求｡

3.5工艺及技术要求

固化胶泥厚度指标:夯土墙内外喷涂固化胶泥,喷涂厚度不小于1cm,喷涂厚度大于4cm处插入10cm钢钉,以加强与基层黏结｡

夯土墙注浆参数:夯土墙采用双面高压注浆,注浆孔直径14mm､深度为15mm,注浆孔非加密区按40cm×40cm梅花形布置､加密区按20cm×20cm梅花形布置,注浆压力不应大于0.5MPa,注浆后3d,浆液可完成固结､发挥强度｡

墙面挂网抹灰参数:墙面挂网聚合物砂浆厚度为3cm;挂网拉结筋钻孔直径不应大于10mm,对于墙体土体黏结性较差､不密实的部位,钻孔前务必对钻孔位置周围土体进行注浆加固;对拉筋应进行防腐处理｡

4、加固效果

加固施工完成后,该旧居建筑安全性得到有效保障｡经过两年的跟踪观测,在设计荷载作用下,结构再未出现新的裂缝,整体无异常沉降及变形,表明检测和加固方法的正确性｡

5、结语

夯土墙文物建筑作为历史文化遗产的重要组成部分,承载着丰富的历史､文化和艺术价值｡然而,由于长期受到自然侵蚀､气候变化以及人为因素的影响,其结构安全性面临严峻挑战｡因此,夯土墙文物建筑的结构安全性维护至关重要,不仅关系到文物建筑的长期保存,也直接影响到其历史价值的传承[14]｡本文通过综合运用现代工程技术与材料科学,对夯土墙文物建筑进行了深入的安全性检测｡检测过程中,采用了包括非破坏性检测技术在内的多种方法,全面评估了建筑的结构安全性性和损伤状况｡在此基础上,提出了针对性的加固设计方案,旨在提升土墙的耐久性和抗震性能｡

本文的研究和实践表明,通过科学合理的检测和加固,可以保证夯土墙文物建筑的安全性,有效延长其使用寿命,并保持其历史文化价值｡这一成果对夯土墙文物建筑的保护与修复具有重要的理论和实践价值,为传承保护我国珍贵的建筑遗产,以及运用现代科学技术开展开发､应用和改良工作,提供了宝贵的参考依据｡

参考文献:

[1]彭道强.夯土房屋墙体试验与结构性能改良技术研究[D].西安:西安建筑科技大学,2012.

[2]周铁钢.西部贫困地区生土农房抗震与适宜技术研究[D].西安:西安建筑科技大学,2011.

[3]杨华.灾后重建背景下夯土墙结构民居抗震试验研究与示范[D].西安:西安建筑科技大学,2010.

[4]宋崇阳.生土结构农房抗震试验研究[D].西安:西安建筑科技大学,2011.

[5]刘伟珊.某文物建筑的结构安全性检测鉴定[J].中国期刊网,2018.

[6]戴仕炳,李宏松.平遥城墙夯土面层病害及其保护实验研究[J].建筑遗产,2016(1):122-129.

[7]白成军,韩旭,吴葱.预防性保护思想下建筑遗产变形监测的基本问题探讨[J].西安建筑科技大学学报(社会科学版),2013.

[8]中国文化遗产研究院.山西省平遥古城城墙结构加固工程总体设计方案[Z].2007.

[9]中冶集团建筑研究总院.平遥古城墙可靠性鉴定报告[R].2005.

[10]总装备部工程设计研究总院.山西省平遥古城城墙现状补充调查报告[R].2006.