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古城墙坍塌原因分析及保护措施
摘要:古城墙从历史深处向我们走来,它带着满身伤病呈现在今人面前。作为中华民族的后代子孙,我们有必要有义务对它进行大力保护,让民族文化符号长久留下。本文对现存古城墙进行结构分类,归纳总结导致古城墙病害的不同成因,着重就坍塌风险成因进行细致分析,在此基础上提出保护古城墙的有效措施,供文物保护单位和古城墙修复人员参考借鉴,希望为保护民族传统文化尽到绵薄之力。
关键词:古城墙;坍塌原因;保护措施
引言:
对现存的古城墙遗迹从结构角度进行分类,可以划分为土城墙、砌体城墙以及复合结构等,它们由于自然以及人为因素的不利影响,大多存在着不同程度的病害,其中尤以坍塌病害最为危险且紧迫。导致古城墙坍塌风险的因素包括工程建设、交通微幅振动以及极端气候条件等,有关部门还须通过有效措施对出现破损的古城墙进行全面修复,通过在修复团队中加大岩土工程人员比例,全面分析环境因素,以及构建古城墙保护体系等,提高古城墙保护力度和成效。
1.古城墙结构和病害
1.1.古城墙结构分类
古城墙大多历史悠久,受制于当时的经济条件和昂贵成本,建材多来自于就地取材,经过简单的初加工就投入使用。古城墙主要包括下列分类:①土城墙。顾名思义,此类古城墙由泥土建造,以堆土墙、夯土墙、挖筑法减地城墙以及土坯土块砌筑的城墙等。其中夯土墙类型又分为无包砖以及外包砖类型的城墙,但是现存于世的外包砖夯土墙中,其外包材料早已散佚无存;②砌体城墙。此类古城墙全部选择砖石材料砌筑而成,其中石块材料以条石、块石、砂岩以及片石等为主;③复合结构。它的砌筑材料是多种不利类型材料的混合体,外部以砖石材料包砌,内芯主要是夯土为主。其中外包砌筑材料主要包括块石、卵石、条石、毛石、青砖、圆木、泥垡、土渣混合料以及草垡等。常用砌筑方法包括干垒、干砌以及灰浆砌筑等。墙芯有包括土夯筑、水冲夯筑混合、土砖石混合夯筑以及布椽夯筑等,再以土、沙料以及石料等进行填充,这种古城墙在开封以及西安很常见。
1.2.古城墙病害
造成古城墙病害的因素很多,干旱、酥碱、风沙、地震、冻融、人为、暴雨以及生物等都是主要因素,它们多是多种因素综合作用导致病害,也有严重的单个因素就可引发病害。病害类型以变形、裂缝、倒塌以及表面破损等为主。
2.坍塌成因
①工程建设。城墙在古代多是用于防御工事,随着社会及时代发展,城市及建设规模快速扩张,古城墙早已失去原有功能,所在区域也逐渐向市中心地位演化。大量工程建设不可避免地影响到古城墙的存在,深基坑开挖、地下水升降以及设备振动。都会威胁到古城墙的安全稳定;②交通微振动。现代交通事业迅猛发展,丰富多样的交通形式方便了人类出行,尤其是近年来城市道路汽车通行量以及轨道交通的快速发展,由此带来的微幅振动影响力不可低估,虽然它们振幅轻微且短时能量不大,但是这种微振动长期而持续,邻近构筑物在不断影响下出现动力反应,地基沉降不均匀,建筑构件极易出现松动、开裂以及强度下降等疲劳损伤,长期累积之下就会损坏;③极端气候。严重的环境污染引发的气候变暖已成定局,极端气候事件频发,此类灾害的普遍特点是致灾风险高且破坏力大,持续时间长且波及范围广,一些局部强降雨带来的积水会侵蚀古城墙,导致其自稳能力下降。上述种种因素可能单独出现。也可能形成综合性影响因素,破坏古城墙所在的环境保护能力,地基不均匀沉降、城墙裂缝以及雨水侵蚀等问题接踵而来。特别内芯为夯土墙的复合结构城墙,在水浸作用下软化而失稳,最终发生坍塌。
3.古城墙损伤修复措施
一旦古城墙的墙体造成损害,加固处理必须对现状进行最大限度地保存,不到万不得已不可拆除,墙体出现侧移以及变形问题的,能保留最好保留。①压力灌浆法。它是尽量保持墙体原貌,对墙体内部结构进行加固处理,在墙体维护作业中常用。举例来说,墙体因地基沉降出现裂缝,压力灌浆法是非常适用的加固处理方法。古城墙出现底部开裂损伤,主要原因在于地基沉降,它尤其是造成斜向剪切裂缝的主要原因。常规处理方法是以压力灌浆以及地基托换等措施进行地基加固处理,再对墙体裂缝进行封堵。如果是城门拱券出现了破损,则先行以微型锚杆对其实施锁定,再结合破坏程度采取适度压力及浆液稠度实施注浆作业,保证拱券部位松动土体得到凝结固化,避免水体渗漏,再以胶结材料对裂缝进行封堵。如果墙体稳定性检测仍不达标,可通过土钉法以及横向水平拉杆法加固墙芯,从整体上提升内部结构稳定性等防范可能的沉陷或坍塌风险。②横向水平拉杆法。是拉杆钢以水平方式对墙体断面实施穿透,两头在边墙锚固。方法原理是取拉杆拉结力,结合外墙强度及刚度,以边墙夹紧墙芯,打造复合式整体,从整体上提升墙体稳定性及抗倒塌性能;③土钉法。在土体上钻孔后插入拉筋,实施压力灌浆作业。它是通过压力灌浆把浆液扩散到土体中,粘结拉筋长度所到区域的土体,打造为拉筋土体使墙芯得到加固,在强度提升的同时遏制位移风险,促进墙芯边坡提升稳定性。同时也要强调基础加固,一旦墙基在各种因素影响下出现沉降变形,极易引发墙体开裂、侧移以及倾斜等危害。此类病害可以利用墙基加固处理进行修复和维护。
4古城墙坍塌的加固及处理措施
4.1古城墙坍塌加固
古城墙坍塌加固处理方法主要有:第一,对墙基进行清理,勘测土质现状,若土质达标可利用原土直接打夯,提升墙基密实度;第二如果地基现状堪忧,先行对墙体荷载以及土城垣实施回填土作业可能给墙体带来的挤压作用进行精准测算,通过混凝土或者钢筋混凝土条形基础设计施工赋予地基更高抗压强度;第三,把钢管桩以及杉木桩打入基底。
4.2古城墙坍塌处理
坍塌墙体要对关联的未塌墙段予以保留并加固,坍塌墙段有以下处理方法:其一,保持现状,维护未塌墙段,避免再出现坍塌;其二,清理坍塌墙段依原样恢复。此类坍塌墙体须以“最低限度干预”为前提,把干预限制在保证坍塌部分墙体安全的程度上,坚持“原材料、原形制、原工艺、原做法”原则,对坍塌部分采取有效的手段进行保护与加固,工程完工后,尽量做到与原有城墙墙体协调一致。
4.3古城墙保护
目前国内现行的古城墙保护方法以加大宣教力度、优化管理机构以及健全相关立法为主。同时出台保护规划,从内到外综合保护,但是缺乏具体的保护技术及手段研究。综合研究国家相关法律及过往案例,建议古城墙还须采取下列保护手段:①古建筑设计配置更多岩土专业人员,引进岩土工程理念;②古城墙传统设计以保持原貌以及真实完整性为准则,对环境因素的负面影响考虑不周,设计人员须恪守行业规范,禁设强制性规定,确保古城墙安全;③立足于防灾减灾,加大监测及预警力度,强调技术修复,引进利用先进技术,就古城墙保护构建完整体系。
结束语:
总而言之,中国有五千年的灿烂文明史,经过漫长的岁月洗礼,留下了无数文化遗存,古城墙就是中国古代史留给今人的宝贵遗产。这些古城墙年代久远在多种因素影响下已经在结构上有些残破不全,出现病害甚至坍塌风险的也不在少数。为了有效保护古城墙,留住民族文化记忆,需要对坍塌风险较大容易失去的古城墙进行全面保护,排查各种病害致病因素,消除古城墙坍塌风险,采取有力措施加以保护,让古城墙继续守护文化符号,给后人以昭示和启迪。
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