我國(guó)保存下來(lái)的古代建筑星羅棋布,分布在全國(guó)各地,其中,大多數(shù)是木質(zhì)結(jié)構(gòu)。由于木材本身為有機(jī)化合物,除易燃外,還易腐爛和蟲(chóng)蛀。在微生物和氣候的長(zhǎng)期影響下,木質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變形、彎曲、龜裂等現(xiàn)象,很難長(zhǎng)久保存。現(xiàn)存的一些木質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑都已岌岌可危,需要繼續(xù)加固維修。
但是,木質(zhì)結(jié)構(gòu)本身較脆弱,出于文物古建保護(hù)原則,不宜對(duì)結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行改變。故而加固方案的選擇需慎之又慎。
打牮撥正工藝
傳統(tǒng)的“打牮撥正”通常包含兩項(xiàng)基本工藝:其一是“打牮”,是用“牮桿”(杠桿或千斤頂)抬起下沉的構(gòu)件或支頂傾斜的構(gòu)件,使其復(fù)位;其二是“撥正”,是用“拉索”牽引傾斜、脫榫的構(gòu)件,使其復(fù)位。
對(duì)整體變形木構(gòu)架的“打牮撥正”,可根據(jù)糾偏復(fù)位力系的布置和不同機(jī)械裝置的運(yùn)用,采用“水平頂推復(fù)位”、“水平張拉復(fù)位”、“頂推-張拉復(fù)位”、“頂升-撐拉復(fù)位”等工藝方法。
“水平頂推復(fù)位”工藝
“水平頂推復(fù)位”工藝,是在木構(gòu)架的傾斜一側(cè)設(shè)置具有一定剛度的支撐剛架,作為復(fù)位裝置的支座或反力架(;采用千斤頂作為頂推裝置,布置在木構(gòu)架的柱頂部位;通過(guò)對(duì)柱頂施加水平推力,使整個(gè)構(gòu)架恢復(fù)到正確的位置。
該工藝的復(fù)位力系簡(jiǎn)捷、工序簡(jiǎn)單,便于控制木構(gòu)架的復(fù)位效果;但對(duì)支撐剛架的剛度和布置空間有較高的要求,通常適用于單層古建筑、且木構(gòu)架傾斜一側(cè)有較大的空間場(chǎng)地的情況。
“水平張拉復(fù)位”工藝
“水平張拉復(fù)位”工藝的原理與“水平頂推復(fù)位”工藝基本相同,但施加的復(fù)位力為水平拉力;張拉裝置通常采用鋼絲繩拉索,一端固定于柱頂,另一端安置在木構(gòu)架需復(fù)位一側(cè)的加載剛架上;通過(guò)對(duì)柱頂施加水平拉力,使整個(gè)構(gòu)架恢復(fù)到正確的位置。
考慮到變形木構(gòu)架的節(jié)點(diǎn)松弛,宜將張拉力系的作用點(diǎn)布置在木構(gòu)架傾斜一側(cè)的柱頂上(如圖中B軸的柱頂);以帶動(dòng)整個(gè)構(gòu)架復(fù)位。
由于張拉力系的傳遞不受拉索長(zhǎng)度的限制,其加載剛架不必緊貼著木構(gòu)架布置,該工藝對(duì)有較大基座或外廊構(gòu)架的古建筑較為適用。工程上通常利用施工腳手架兼作加載剛架,并采用斜拉索增加其剛度和穩(wěn)定性,這對(duì)于兩層或多層木構(gòu)架古建筑更具實(shí)用性。
“頂推-張拉復(fù)位”工藝
木構(gòu)架古建筑的結(jié)構(gòu)為梁柱排架體系,易發(fā)生整體傾斜,且構(gòu)件之間具有一定的牽連作用;將頂推裝置與張拉裝置綜合運(yùn)用,成對(duì)地布置在傾斜柱架之間,對(duì)兩側(cè)的柱子同時(shí)施加復(fù)位力系,可獲得較為顯著的復(fù)位效果。
某種“頂推-張拉復(fù)位”組合裝置的示意圖如下圖所示,該裝置由花籃螺栓拉索、千斤頂撐桿、節(jié)點(diǎn)套箍和鋼板箍組成。花籃螺栓拉索安裝在柱間的兩側(cè),千斤頂撐桿沿柱間軸線(xiàn)布置;其中,花籃螺栓拉索用于張拉向外傾斜的柱子,千斤頂撐桿用于支頂向內(nèi)傾斜的柱子。節(jié)點(diǎn)套箍用于連接千斤頂撐桿和花籃螺栓拉索,并防止木柱節(jié)點(diǎn)受力部位損壞。鋼板箍安裝在柱腳與地栿之間,用于固定柱底,保證柱頂有效復(fù)位。
“頂推-張拉復(fù)位”裝置
由于“頂推-張拉復(fù)位”裝置可以布置在柱架之間,因此“頂推-張拉復(fù)位”工藝具有在建筑物內(nèi)部實(shí)施復(fù)位的優(yōu)點(diǎn);其施工作業(yè)不受建筑物外部場(chǎng)地的制約,且可以對(duì)多層木構(gòu)架建筑進(jìn)行逐層復(fù)位施工。但需要注意的是,“頂推-張拉復(fù)位”裝置以柱腳作為固定點(diǎn)施加復(fù)位力,應(yīng)采取有效的措施保證柱腳部位及其下部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。
“頂升-撐拉復(fù)位”工藝
對(duì)于具有大型屋蓋的古建筑或多層樓閣式古建筑,作用在傾斜柱架上的豎向荷重較大,施工時(shí)施加在柱架上的復(fù)位力也相應(yīng)地增大,且易使柱架節(jié)點(diǎn)部位的損傷加劇。“頂升-撐拉復(fù)位”工藝是利用施工中的滿(mǎn)堂腳手架作為支座,在其上安裝“頂升-撐拉”復(fù)位裝置,通過(guò)豎向頂升裝置支承全部或部分上部結(jié)構(gòu)傳遞給柱架的荷重,以減少水平頂推或張拉裝置施加的水平復(fù)位力,減輕柱架節(jié)點(diǎn)的局部應(yīng)力。
用于“頂升-撐拉復(fù)位”工藝的復(fù)位-安保多功能支架示意圖如下圖所示,其支架采用單體剛架和工作臺(tái)板組裝,可根據(jù)建筑物的空間位置和復(fù)位要求靈活布置,形成穩(wěn)定的施工平臺(tái)和安全支撐;復(fù)位裝置由豎向千斤頂、水平撐-拉桿和水平滾軸導(dǎo)向板組合而成,安裝在工作臺(tái)板上,能有效地提供木構(gòu)架復(fù)位所需的豎向和水平作用力,實(shí)現(xiàn)復(fù)位施工的精確控制。
“頂升-撐拉復(fù)位”工藝具有在建筑物內(nèi)部實(shí)施復(fù)位的優(yōu)點(diǎn),適用于大型單層木構(gòu)架古建筑的復(fù)位和修繕工程。對(duì)于多層木構(gòu)架古建筑,宜根據(jù)樓層變形情況自下而上逐層復(fù)位,并應(yīng)在下層木構(gòu)架復(fù)位穩(wěn)定之后再繼續(xù)施工。
受彎構(gòu)件和檁條加固
局部糟朽、拔榫、斷裂、向外滾動(dòng)都是受彎構(gòu)件的常見(jiàn)病害,應(yīng)先注意檢查病因,如瓦頂滲漏引起的檁條糟朽,飛禽撞擊引起的破損、以及斗栱外疝、托腳不穩(wěn)等原因。
除剔補(bǔ)外,拔榫是由于兩家歪閃引起,如果能拆卸后重新歸安,可以用傳統(tǒng)方法鐵鋦子,如果不能拆卸,可以加一塊托木,或用鐵質(zhì)套靴套牢等。拔榫時(shí)常常有榫頭折斷,通常用硬木做一個(gè)新榫頭,另一端也要做成銀錠榫之類(lèi)的新榫頭插入檁子內(nèi),必要時(shí)還應(yīng)用鐵釘加固。
同時(shí),這種依靠鐵釘加固的結(jié)構(gòu),如遇地基不均勻沉降或地面震動(dòng),容易造成鐵釘與薄硬木板和斗件底面之間的連接部位松動(dòng),其次,修繕加固時(shí)所采用的木材與原有的斗件干濕程度如不一致,在逐步干燥過(guò)程中收縮程度不同,也會(huì)造成補(bǔ)配的構(gòu)件與原構(gòu)件產(chǎn)生相對(duì)位移,而使整體性遭到破壞。
由于木結(jié)構(gòu)的整體性,時(shí)常監(jiān)測(cè),常修常新,才能做到有備無(wú)患,防患于未然。
柱子加固工藝
劈裂加固
劈裂是木料未完全干燥引起的,一般不存在受力問(wèn)題,需要用木條或竹子片嵌補(bǔ),如果縫隙大在3到5厘米或以上,一般要用鐵箍加固。
重力加固
由于柱子不堪重力造成的劈裂,下沉等,可能與柱子材質(zhì)、紋路、受力不均有關(guān),除了用鐵箍加固外,還應(yīng)考慮調(diào)整柱子荷載,如增加抱柱等。
扭力加固
由于柱子上下受力方向不同,如承椽枋插在柱子里,枋所受的橫向的重力大于柱子紋路的抗剪力時(shí),就會(huì)產(chǎn)生扭曲和劈裂,在用鐵箍加固的同時(shí),還要改善承椽枋對(duì)柱子的壓力。
柱子糟朽維修
一般來(lái)說(shuō),在柱根糟朽不超過(guò)二分之一時(shí),常用挖補(bǔ)墩接的方法進(jìn)行維修,墩接常用的榫卯有:巴掌隼、抄手隼、螳螂頭隼。
榫卯示意
在南方地區(qū),由于白蟻等蟲(chóng)蛀,柱子還常常出現(xiàn)因?yàn)橹锌斩坏貌欢战痈鼡Q的現(xiàn)象,傳統(tǒng)上這時(shí)采用“偷梁換柱“的做法,但柱子可能會(huì)開(kāi)很多卯口,所以,70年代后常用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行灌注。
在灌注之前,應(yīng)先加固柱子周?chē)邮芰Γ谶x擇柱子的一面,分開(kāi)10道15厘米的深槽至柱子中央,將內(nèi)部的蟲(chóng)蛀糟朽剔除干凈,將裂縫和孔洞用環(huán)氧膩?zhàn)用芊猓乐构嘧r(shí)的流淌。
注意:如果柱子中空是由于白蟻等蟲(chóng)蛀引起的,如果不根治蟲(chóng)害,局部灌漿只是權(quán)宜之計(jì),不能作為慣用手段。