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榆林陕北镇靖堡-古建筑修复实例,总投资1700万

时间:2023-09-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:镇靖堡,又名乌延城、乌水城、乌城,位于榆林市靖边县镇靖乡政府驻地,北距大边长城0.5千米。明成化五年巡抚王锐维修加固,称镇靖堡。1867年,靖边县衙由新城搬迁到镇靖。长城镇靖堡段抢险加固工程,位于陕西省榆林市靖边县镇靖乡镇靖村,城墙总长2376米,角楼夯土台4座,马面4座,瓮城2座,此次抢险加固分两个标段施工,总投资1700多万元。

榆林陕北镇靖堡-古建筑修复实例,总投资1700万

镇靖堡,又名乌延城、乌水城、乌城,位于榆林市靖边县镇靖乡政府驻地,北距大边长城0.5千米。

唐长庆四年(824)节度使李佑筑五城以护塞,乌延城为其中之一,唐长安至夏州的通道经城而过。北宋元丰三年(1080)鄜延路经略安抚使沈括认为,夏州西南的乌延地势险要,而且土地肥沃、物产丰富,下瞰平原、背倚山界,是要冲之地。因此,他和种谔联名写了一道请筑乌延城的奏章。因为事关重大,种谔为此特地进京向宋神宗当面陈述,建议先筑银州城、再筑乌延城、后修筑夏州城,这样在整个边界地区就形成鼎足之势,进可以攻,退可以守。但请复城乌延以御西夏,未果。

明成化五年(1469)巡抚王锐维修加固,称镇靖堡。成化八年(1472)巡抚余子俊扩筑镇靖堡垣,周长“四里三分,楼铺一十九座”。隆庆六年(1572)加高城垣,万历六年(1578)用砖包砌城垣。1809年,镇靖遭洪水淹漫,部分城垛被冲垮。

据清康熙《延绥镇志》载:明代镇靖堡驻军丁及守瞭军共2537名,配马、骡、驼1789匹,设操守、守备坐堡各1员,守瞭巡防大边长城“四十九里,墩台四十三座”。清康熙年间(1662~1722)驻守兵110名,设守备1员统辖。

1865年6月19日,甘肃回军攻打镇靖,城内团丁抗守失利,回军入城,狂屠滥杀,百姓蒙难者不计其数。此后,乡民聚西山寨抗守。

1867年,靖边县衙由新城搬迁到镇靖。初到之时,城内居民寥寥无几,城垣多有倾斜。经历任知县修筑,县城衙门府库、房舍屋宇渐成规模。县城以“十”字布街设巷,东、南、北街各通城门。民国十七年(1928),全县干旱成灾,次年,县长牛庆誉“以工代赈”,选拔青壮民丁300人,维修城墙,并在城中建造中山台1座。此外,城中还建有武圣、城隍等庙宇,其建筑工艺精湛,画栋雕梁,规模宏大。

1935年5月29日,刘志丹率红军解放了镇靖城。1937年,中共靖边县委、靖边县抗日民主政府定居镇靖城。1943年,县城由镇靖移往现在的张家畔,后镇靖一直为乡人民政府所在地。

城堡现保存有主城垣、障城大部分城垣及其附属的马面、角楼,主城保存有2座城门,均为瓮城,东门稍好,北门破坏殆尽。城内建筑设施只保有2座楼台,均为晚期建筑,城外还有护城墩台1 座。

长城镇靖堡段抢险加固工程,位于陕西省榆林市靖边县镇靖乡镇靖村,城墙总长2376米,角楼夯土台4座,马面4座,瓮城2座,此次抢险加固分两个标段施工,总投资1700多万元。

镇靖堡城墙遗址一标段总长1353米,其中东墙长约417米,东瓮城约为111米,南墙长约825米,角台两处为东北角台和东南角台,马面4处,南墙分为3段,东段破坏现象严重,主要有人为开挖窑洞、切台、雨水冲刷沟及大乔木破坏等。西段为住户区,人为破坏现象严重,山上段自然破坏现象严重,修缮范围及修缮性质为南墙、东墙及东瓮城抢险加固。主要修缮内容有采取改性土夯筑加固、土坯补砌、裂缝修补、土坯填补、顶面防护及根部改性土散水等。

一、病害分析

镇靖堡从建成至今经历了546年的风雨沧桑,现存状况很差。究其主要损坏原因为自然和人为。

1.自然损坏

(1)风化:镇靖堡城墙历经近600余年的风吹雨淋,墙体总高由原10米降为5米~7米不等。其主要原因为干旱少雨,表面风化严重,酥松后强劲的风力作用下损坏。

(2)坍塌缺失:由于镇靖堡城墙是二次筑成,因而墙体上后筑部分与原墙之间存在一条3厘米~5厘米的收缩裂隙,这条竖向的缝隙是上下的贯通缝,使墙体形成“两张皮”。在无人护理的情况下,雨水从顶部裂缝进入墙体,使之垮塌,局部有坍塌长度达十几米,塌方量百余方。

(3)植被破坏:镇靖堡城墙周边,特别是生长在城墙顶部、墙体侧壁、根部的数目数量有几百棵,这些树主要为榆树、柳树、杨树等,根系特别发达。有些树木直径达50厘米以上,对城墙的损害极大,是城墙局部产生裂缝,并伴随墙体夯土酥松,产生垮塌。另外,还有大面积的灌木,如柠条、野枸杞等,根系也非常发达,对城墙本体的破坏也非常之大。

(4)墙体表面风化十分严重,特别是南城墙山上段,一触即落。

(5)陕北夏季短时间降雨量大,造成墙体上有大量冲沟。

镇靖堡全景

墙体

中段后夯院墙

东端坍塌对面

西段坍塌土体裂缝

坍塌土体正面

西端断面及窑洞

墙体上的窑洞

2.人为破坏

(1)长期以来,人们对文物保护理念的缺乏,导致附近村民已将城墙周边包砖全部拆除,如民国十八年(1929)修筑中山台所用砖,全部由南瓮城拆除修建而成。现地面以上可见部分已经见不到包砖。

(2)工程破坏

靖边至杨米涧乡公路从北瓮城进入从南城墙穿出,将城堡分为东西两块。使北瓮城遭到严重的破坏,残留部分夯土墙,使南城墙形成50米的大缺口。

即将坍塌的土体

即将坍塌的土体

即将坍塌的土体顶部

即将坍塌的土体顶部大裂缝

顶部残存宽度

顶部残存宽度

(3)生活建筑的破坏

镇靖逸夫小学在北城墙中断内侧修建房屋,墙顶部伸出多个烟囱。

村民在镇靖堡城墙中开凿有大小不等的窑洞,多达200多孔。有些窑洞已打穿城墙,使墙体多处坍塌、开裂。村民在南城墙西段的南面修建房屋,有些直接将墙体拆除,房子直接修建在城墙基础之上,大部分将墙体铲除一半至三分之二修房,烟囱就打在原城墙中。

下沉墙体立面裂缝

下沉墙体立面大裂缝

下沉墙体南立面

下沉墙体顶面

二、主要加固措施

1.土坯补砌

古城墙上夯土不能加固修复的所有部位,必须采用土坯砌补加固的方法,窑洞、线状的掏蚀槽,等等。

(1)土坯砌补的工艺要求

①左右错位,上下压茬砌补法,如图:

左右错位 上下压茬

此方法的优点一是牢固,二是横向之间有拉力,三是竖向三相有牵制不容易倒。

②内外搭接,如图:

一顺一丁 内外搭接

图中所显示的两个竖向的土坯就像两根深入墙内的锚杆,起到了锚固的作用,此法砌补的墙体形成一个整体,砌筑再高的墙体不会产生倒塌。

(2)墙体根部掏蚀的补砌

①材料准备

人工制作400毫米×200毫米×80毫米改性土坯砖

土坯配料及比例:黏性土85%+白灰10%+水泥5%

采用与遗址本体土质基本相近,且可溶盐含量低于0.3%的土,白灰要求球磨灰。

泥浆的制备:水+土+丙烯酸+麻刀比例为24∶70∶5∶3,水灰比为0.25~0.22。

②清理浮土及塌落土体,剔除遗址表面酥松土体。

③根据遗址本体的实际情况,对遗址本体做临时的安全支护措施,确保施工过程中人身安全与文物安全。

④土坯砌筑,采用左右错位,上下压茬,内外搭接的砌筑法。

⑤新砌墙体侧面坡度与原墙体坡度保持一致,并要低于原墙面1厘米~2厘米。

⑥每砌500毫米间隔铺设100毫米×80毫米的木条以做搭接,成孔深度400毫米,保证木条嵌入遗址墙体300毫米,嵌入后泥浆灌实。

⑦埋设注浆管,保护浆液进入空洞部位,浆液水灰比0.6,新砌土坯与原夯土墙体之间形成的缝隙使用黄泥浆灌实。

⑧边角处理:坚持“保护为主,抢救第一,合理利用,加强管理”的文物工作方针,在保护修复过程中,严格遵守“不改变文物原状和最小介入,最大兼容”的原则。根据病害轻重程度进行砌补后外形的修正,尽量使修复后的砌补部位和遗址本体的其他部位保持一致,线条顺畅。

⑨做旧:通过对本体外部结构、线条、形状、色泽等的理解、分析、实验等,到最后细节修正措施,使砌补部位的外形结构细部线条和颜色等与遗址本体整体相协调。

做旧浆液的配比:水+土+胶+粉煤灰+白灰,水灰比:0.6~0.7

需要加那种料,需要加多少,主要根据实际情况而定。土:最好选用遗址的原土。

(3)墙中部掏蚀区域土坯砌补

①根据墙体的实际情况,对遗址本体做刚柔性安全支护,确保施工过程中的人身安全与文物本体安全。根据实际情况计算出上部的自重,独立设计布置支撑体系,支撑体系与脚手架之间保持相对独立,不要相互影响,确保支撑安全。

②破坏层的清理。一次只能清理一段,等这一段砌补加固完之后再清理下一段,隔段进行。清理段不能超过50厘米,且不能大于总长度的1/5.

以上工序参照底部处理方法。

(4)顶部豁口补砌方法

工序如前。

(5)窑洞砌补方法

①清理窑洞内的杂物及松散土。

②将地面及墙面洒水润湿。

③使用泥浆土坯砌筑,使窑洞填塞密实。

④对窑洞内面不平整的,在砌筑时一定要埋入注浆管至土坯砌筑不到的地方,待土坯砌筑完后进行注浆,将孔隙填满。

⑤窑面处土坯砌筑面与原墙面收分保持一致。

⑥窑面做旧。

(6)土坯砌补的工艺方法

①豁口的砌补方法,如图所示:

A.土坯砌筑修补加固方法与步骤

a.清理浮土层及塌落土体,剔除遗址表面酥松土体。

b.泥浆砌筑土坯(泥浆:优质黏土加水,掺入麦草、玻璃纤维及适量黏结剂制成泥浆)。

ⓐ对于掏蚀凹陷深度超过200毫米的进行土坯补砌,凹陷深度小于200毫米的暂不做处理,保持原样。

ⓑ新砌墙体侧面坡度与原墙体坡度保持一致,每日砌筑高度不得超过2米,以防止补砌土坯产生新的沉降。每砌500毫米间隔600毫米铺设100毫米×30毫米的木条,以做拉结。木条要嵌入遗址墙体300毫米以上,嵌入后泥浆灌实。

ⓒ补砌土块选用人工制作土坯(400毫米×195毫米×80毫米),黏结材料用黄土泥浆。新砌土坯与原夯土墙体之间形成的缝隙用黄泥浆灌实。

ⓓ制作土坯及砌筑泥浆的材料就地选用城墙坍塌积土,或选取土质与城墙土质相近的优质土场取土,使用前土要先进行筛选,将土中的碎石、杂物除去。

B.在缺口斜坡上每砌60厘米后修20厘米宽的台面,如图所示,其目的就是立面打锚,平面上铺土工格栅,将旧墙与新墙拉结起来。

土工格栅与锚杆连接图

C.锚杆具体操作方案如下,锚杆一定要在10厘米的立面上打孔,水平间距60厘米至100厘米。

对于严重威胁墙体安全的裂缝(主要是东瓮城南墙裂缝),采用锚杆加固和灌注泥浆相结合的方法加固。裂缝发育会造成墙体坍塌而严重毁坏遗址。对于可能造成墙体坍塌的墙体裂隙,采用锚杆锚固与裂隙注浆相结合的方法加固处理。(www.xing528.com)

螺纹玻璃纤维锚杆:锚杆直径采用18毫米,锚孔采用螺纹钻人工成孔,钻孔斜度为20度,孔径50毫米~70毫米左右,孔深应比锚杆设计长度大100毫米,成孔后,清除孔中虚土,注入2∶8灰土泥浆,注入泥浆后应随即插入锚杆,待泥浆初凝时再次击入杆体,以保证杆体与孔壁锚固力,待泥浆晾干之后应进行现场拉拔试验。

锚固应根据裂隙切割墙体规模、裂隙的形态特征、安全系数等因素,选择不同长度的螺纹玻璃纤维锚杆。

螺纹玻璃纤维锚杆,直径采用18毫米,长1500毫米~2000毫米。锚杆与水平夹角为15度。

锚杆水平间距为1500毫米。竖向间距为1200毫米,梅花形布置。

锚杆采用螺纹钻人工钻孔,孔径50毫米~70毫米左右,孔深应比锚杆设计长度大100毫米。

成孔后,清除孔中虚土,插入锚杆,注入黄泥浆:砂子(或粉煤灰)和水配成1∶1锚固浆液。

锚杆应进行现场拉拔试验,单根锚杆的设计极限锚固力≥4.0KN/m。

施工前,尚应通过现场试验,结合实验结果对锚杆加固的区域和布置,经设计认可后酌情调整。

锚杆成孔前应对遗址本体进行临时性的支护,确保文物本体和人员安全。

成孔施工时,应严格控制振动,减少施工对文物建筑本体的影响。

锚杆达到设计强度后,对裂缝进行灌浆封闭,防止水源侵入,锚杆布置可根据现场条件酌情调整,但水平和竖向间距不应大于1500毫米,不小于1000毫米。距土体边缘距离不小于1000毫米。

D.锚杆紧靠土工格栅之上,并与土工格栅紧密的捆扎在一起

土坯砌补加固的优点就是施工操作方便,缺点是产生塑陷,整体性能差,以上方法从工艺方法上解决了这个缺陷。

②坍塌面土坯砌补加固修复方法

此处砌补加固不同于整体砌补加固,只是局部加固,因有的地方土坯砌补厚度很小,只有斜坡角度,所以砌筑后整体稳定性较差。所以砌补时一定要使用锚杆锚固技术,土工格栅加筋拉结技术。

A.土坯砌补加固方法见方案(6)。

B.休整台阶

此台阶的做法一是立面打锚杆,平面铺设土工格栅,使土工格栅深入旧墙体,充分的使新旧墙体连为一体,增大新砌墙体的稳定性,具体做法如图所示:

修复后照片

节点1

图中平台间距为60厘米,锚板间距60厘米,锚杆孔打在10厘米垂直面,多层板孔要上下错位,形成梅花状布局。土工格栅平铺在平台面上。

图中基础面宽度最小不能小于土坯砖的最小宽度,在砌完第一层土坯后,紧接必须加土工格栅与锚板,因为新砌墙体有向下的一个压力

锚板与土工格栅绑扎示意图

图中锚板与土工格栅必须横向连接,最少要捆扎两道,牢固地结合在一起。

③掏蚀部位土坯砌补加固方法

根据具体情况加锚板,加土工格栅,做法同上。

④窑洞的补砌加固方法

使用土坯填补,对有坑凹的地方一定要插入注浆管,砌完开始注浆,直至注满为止。

⑤土坯砌补的工艺流程:

2.夯土夯筑

(1)材料要求

①模板的要求:必须满足不小于5米。规格应为5000毫米×200毫米×100毫米

②拉模板:使用8号的铁丝拉结,中部绞紧,绞棒不能取,要使用3道。

③因墙体两面不平,所以要使木板找出一定坡度,保障夯土墙面的平整与坡度。

④模板可以上下翻着使用(夯一拆一)。

⑤修整墙面要注意一定不能外露铁丝。

(2)常见夯墙缺陷,干缩裂缝如图所示

修复后照片

修复后照片

新老墙界面收缩线

新老墙接茬收缩线

(3)解决的方法

①控制脱水速度,也就是常说的阴干。具体讲就是水脱出的速度必须等于填充的速度。如果水分蒸发的快,填充慢就会发生结构上的变化,产生裂缝。在施工过程中对含水量大修补的地方一定要使用草帘或彩条布覆盖,防止暴晒,此方法对控制脱水过快导致裂缝产生具有良好的效果。

②每天夯筑高度不高于50厘米,同时为了防止新夯墙体与原墙体之间产生收缩缝,必须在夯筑时每50厘米高间隔使用锚杆锚固技术。锚杆的大小材料根据具体情况而定,锚杆布局一定要呈梅花状布置,如图所示:

梅花状布置锚杆

③对夯土墙厚度超过50厘米,长度不大于2米的夯墙必须使用土工格栅或网状结构的锚固技术,如下图所示:

锚杆加土工格栅锚固

图中锚杆主要起新旧墙体拉结作用,土工格栅主要的作用是大面新墙体的拉结。使用时土工格栅必须与锚杆固定。

④夯墙接茬的施工处理方法

为了防止干裂缝,方法如图所示:

接茬锚固技术

如图所示:在接茬的部位每50厘米压一层土工格栅,50厘米再压一层木锚杆。

具体做法为:在夯筑第一堵墙时,将锚杆与土工格栅按一定距离在夯筑中敷设,并在接茬处土工格栅外漏1米。木锚杆处留50厘米,在夯筑第二堵墙时将土工格栅与木锚杆再埋入墙中,从而使两墙之间有了拉力与锚固的作用。

(4)夯土的具体要求

①剔除坍塌厚壁面上的裂开或松土块,清清理落下的图层,补夯垮塌部分。

②夯土就地选用城墙坍塌堆积土,或选取土质与城墙土质相近的优质土场取土。

③用于夯筑的土要先进行筛选。将土中的碎石、杂物除去,并用水将土拌合到适当的含水量,上面遮盖一层草或彩条布,堆放闷捂适当时间,待土湿润后夯土。一般焖好的土应手握成团,落地即散为宜。

④以厚木板或椽子为模具,并用对丝加套管拉结。

⑤用石杵或木夯分层夯筑,每层夯土的厚度一般为10厘米~15厘米。每夯筑500毫米高敷设一层土工格栅,新墙与旧墙采用锚杆拉结。

⑥新墙体侧面坡度应与相接墙体坡度一致,新旧夯墙接口要求自然流畅,无生硬转折。

⑦新筑墙体地面基础外侧打入大木桩,防止新补部分滑落。

(5)模具连接方法如图

单面支模拉结方法

①在模板中央钻一个φ8的圆孔;

②拼装相邻两块模板;

③在两模板接缝处临时顶方木

④在方木后钉木桩;

⑤木桩上拉铁丝;

⑥铁丝穿过模板接缝后绑扎楔形木销子,然后绞紧铁丝;

⑦模板中间拉结,将铁丝穿过钻好的圆孔;

⑧将铁丝固定在后方木桩上。以此类推。

(6)夯土步骤

①虚铺夯土;

②取出支撑方木;

③铺土整平;

④打夯夯实;

⑤环刀取样测压实度;

⑥夯实3层后,第四层翻用第一层模板,以上以此类换。

(7)技术要求

①模板的支撑角度要与原墙面保持一致;

②拉结木桩的外露部分不能高于10厘米,因为每层夯土厚度为12厘米;

③钉木桩的位置上下层间错开;

④铁丝必须拉紧;

⑤只有在填满土后方可取出支撑杆

(8)零部件加工

①模板的加工见图:

木质要求为松木

②木桩的加工如图:

可利用30毫米×30毫米的建筑用木龙骨

③楔形木销子

3.顶面防护

对城墙顶面凹洼处,雨水汇集容易形成新的冲沟,对于城墙顶面凹洼处用灰土填补,并找坡使雨水在城墙顶面不能形成汇集,从城墙两侧排水,同时增加墙顶耐风雨侵蚀的能力。

4.植被整治

对遗址顶部和四面上生长的根系发达的植被进行整理,清除墙体上生长的灌木及墙根处的乔木,可采用化学除草,防止进一步破坏遗址体,对根系整理后的残留孔洞进行注浆加固。对于根系短小的植被予以保留,以防止雨蚀风蚀引起墙体顶面的水土流失

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