南京城墻內部人防工事對城墻結構影響的調查與研究

王天文（南京城墻保護管理中心，南京 210008）

南京城墻內部人防工事對城墻結構影響的調查與研究

王天文
（南京城墻保護管理中心，南京 210008）

針對目前南京城墻內部人防工事展開文物保護工作過程中存在的問題與影響，文章以釣魚臺街道城墻工事為例，分析研究了南京城墻內部人防工事對城墻結構影響的重要性與檢查檢測方法，并對監測結構進行分析評價，旨在為保護南京城墻提供一些理論依據。

南京城墻；結構影響；檢測方法；三維激光掃面技術；防排水

Abstract:In view of the existing problems and impacts in the process of cultural relics protection in civil defense fortifications for Nanjing city wall, taking the city walls of Diaoyutai Street as an example, this paper highlights the importance of civil defense fortifications to the wall structure and seeks to investigate its inspection methods. The monitoring structure is analyzed and evaluated, which aims to provide some theoretical basis for the protection of Nanjing city wall.

Key words:Nanjing City Walls; configuration effect; inspection method; 3D laser scanning technology; waterproof and drainage

隨著我國市場經濟發展進程的不斷加快，物質生活的豐富使得人們對精神生活的需求越來越大。歷史文物作為傳承中華民族傳統品德重要組成部分，其已經成為我國立于世界之林的根本之一。然而，20世紀六七十年代在城墻內部修筑的人防工事對城墻整體結構的影響研究卻十分有限，從而阻礙了對南京城墻保護措施的順利進行。針對這一問題，相關文物保護人員以南京城墻內部人防工事為例，充分利用了現有的科學技術，即三維掃描技術、地質雷達技術等相關技術手段，研究了城墻本體內部的人防工程對城墻結構的影響，從而力求找出城墻保護與修繕的有效措施。這是保護我國具有歷史文化底蘊代表色彩——南京城墻的重要課題，因此應受到文物保護人員的高度重視與積極參與。

1 研究的重要性

南京城墻位于我國江蘇省南京市，城墻總長為35.267 km，保存完好25.091 km，其中包含遺跡與遺址共10.176 km。南京城墻作為國家級文物保護單位是明初建造的京城城墻，其根據不同地段地形與地貌，建造了外郭城、外城、宮城以及皇城。據相關數據統計，南京明城墻是目前世界上現存最長、規模最大且保存原真性最好的古代城垣。城墻作為歷史的文物，其雖隨著歷史的發展進程，已完成了它的歷史使命，冷兵器時代那種防衛功能早已消失。然而，由于自然和人為因素，許多具有重大歷史、藝術以及科學價值的古城墻遭受了破壞，還能尚留局部或殘好相間的古城墻也已不多，大多數古城墻已完全消失了。城市的城墻對于我國幾千年的社會發展歷史、政治經濟、軍事防御工程技術等科學研究都有重要的意義，城墻在發展旅游事業中，更是起著重要的作用。保護歷史文化名城的重要標志的古城墻尤為重要，已刻不容緩，即留住城墻就是留住歷史[1]。

為此，本次南京明城墻人防工事質量檢測以釣魚臺街道城墻工事為試點，對人防工程進行結構檢測及安全性評估。這里檢測與評估的主要內容有：人防工程的斷面檢測、襯砌外觀質量檢測、鋼筋位置檢測、襯砌強度檢測以及襯砌內部質量檢測等。其目的是為南京城墻的歷史文物保護提供一些科學依據，從而提高文物保護工作的展開效率。

2 調查方法

2.1 人防工程的斷面檢測

本次進行南京城墻人防工程斷面檢測主要采用三維掃描方法，從而為城墻人防工程的數字化檢測奠定基礎，以為城墻的文物申遺工作做好準備。研究表明，三維掃描結構是城墻及內部人防工事真實尺寸的客觀反映，即能夠明確人防工事與城墻的位置關系，從而得到人防工事內部任意斷面的實際尺寸。與此同時，通過三維掃描的點運數據，繪制人防工事縱斷面圖確定洞內標高，對后期洞內防排水處置方案的制訂及內部襯砌改造具有重要的指導意義。此外，利用三維掃描技術還能實現人防工事內部三維實景的再現，即利用類似于目前市面上的VR功能。由于此項工程的工作量巨大，因此研究人員應對其進行更進一步的完善。通過對人防工事和外部城墻進行定期掃描，可實現對人防工事及外部城墻的變形觀測。

2.2 襯砌外觀質量檢測

襯砌外觀質量檢測包括防空洞內部洞身和外部城墻外觀質量檢查。外觀檢查方式為檢測人員抵近檢查，襯砌外觀質量檢查內容有：

(1)有無裂縫，利用鋼卷尺、測探儀對裂縫的長度、寬度、深度進行檢測；

(2)起層剝落情況，記錄病害位置、程度、范圍等；

(3)滲水情況，記錄滲水位置、程度等；

(4)墻體施工縫、變形縫有無開裂、錯臺。

2.3 鋼筋位置檢測

鋼筋保護層位置是影響人防結構耐久性的重要因素之一，通過對混凝土構件保護層厚度的檢測，能夠更好地掌握混凝土保護層厚度對鋼筋銹蝕的影響程度。鋼筋位置、保護層厚度檢測是采用鋼筋探測儀檢驗第一層鋼筋排列位置及鋼筋保護層是否符合規定，鋼筋分布檢測時，應采用鋼筋探測儀掃描測區內鋼筋的分布情況。根據電磁場理論，線圈是嚴格磁偶極子，當信號源供給交變電流時，其向外界輻射出電磁場；鋼筋作為一個電偶極子，其接收外界電場，從而產生大小沿鋼筋分布的感應電流，鋼筋的感應電流重新向外界輻射出電磁場，進而使原激勵線圈產生感應電動勢，從而使線圈的輸出的電壓產生變化。在此情況下，鋼筋位置測定儀就能確定鋼筋所在的位置及其保護層厚度。而在鋼筋的正上方時，線圈輸出的電壓受鋼筋產生二次磁場的影響最大。由于滲漏水情況的存在，使得鋼筋探測儀的測量范圍受到了限制。為此，南京城墻內部人防工事鋼筋位置檢查人員，可采用地質雷達配備1.5 GHz天線進行檢測。與此同時，還要對其他測區進行地質雷達檢測，以提高檢測結構獲取的準確性。

2.4 襯砌強度檢測以及襯砌內部質量檢測

襯砌混凝土抗壓強度的檢測主要利用回彈法進行檢測。以100 m為一個節段進行混凝土的強度測量，在每個節段內邊墻上布置10個測區，每個測區內測量16個回彈值，剔除3個最大值和3個最小值，然后將剩下的10個回彈值平均，求得測區平均回彈值。這里的回彈儀非水平方向檢測混凝土澆筑側面或回彈儀水平方向檢測混凝土澆筑表面時，應對混凝土回彈值進行修正。根據測區混凝土平均回彈值及平均碳化深度檢測，能更好地了解混凝土內部鋼筋堿性鈍化的狀態，進而判斷碳化對鋼筋銹蝕的影響，從而得出人防工事結構強度。

3 檢測結果的分析與評價

以三維激光掃面技術與鋼筋位置檢測結果為例，利用三維激光對人防工事內部及外圍城墻進行了測掃，得到了人防工事內部的走向與標高、內部輪廓以及人防工事與城墻的位置關系。如圖1、圖2所示為三維掃描技術應用下，得出的南京城墻人防工事內部測掃點云圖與人防工事內部三維立體圖。

圖1 人防工事內部測掃點云圖

圖2 人防工事內部三維立體圖

圖2中所示的三維矢量數信息，精確定位了南京城墻人防工事的走向與洞內斷面標高，從而明確了內部洞室與外部城墻的對應關系。這就為城墻文物保護提供了基礎檔案數據，今后，在對城墻內部進行加固及防排水設施建設時，就不會影響其內部結構，最終起到真正保護的目的。

鋼筋保護層厚度檢測結果為：對于洞內鋼筋混凝土結構區域，共選取檢測樣本為9組，其中鋼筋保護層最小值為26.4 mm，最大值為57.5 mm。參照《人民防空工程施工及驗收規范》（GB50134—2004）中的要求，受力鋼筋的鋼筋保護層厚度要符合設計要求。當設計沒有具體要求時，則應在正常環境下，不能小于25 mm；在高濕度環境下，不能小于45 mm。由于洞內襯砌表面普遍存在不同程度的滲水及滴水現象，因此，可判斷南京城墻鋼筋保護層為高濕度環境，且鋼筋保護層厚度不能小于45 mm。由此，可得出結論，檢測樣本中僅有3組滿足規范要求，6組未滿足規范要求。

造成上述問題出現的原因為鋼筋銹脹，人防工事主要為砼和磚結構，由于襯砌與填料之間設置防水層，這就使地下水和上部覆蓋層裂隙水滲入混凝土內部與鋼筋接觸，導致鋼筋銹蝕，銹蝕鋼筋持續膨脹進而使鋼筋保護層混凝土發生脹裂。針對這一問題，文物保護人員應查明滲水原因，而后，根據滲水原因采取相應的處置措施，即對富水地段進行一系列的引水或是堵水處理，對于襯砌微小裂隙引起的現狀滴漏水，應采用導水管，溝槽等方式，將滲流引入室外，或者采用止水材料填充溝槽進行止水。這是控制南京城墻人防工事本身結構問題的關鍵，研究人員應將其重視起來，以提高文物的保護效果[2]。

4 結束語

南京明城墻作為我國乃至世界保存最為完好的古城墻，其申報世界文化遺的工作也在積極的推動當中。為保護南京城墻不受自然環境及內部人防工事的影響，研究人員應充分利用現有的科學技術，以使其發揮出高效率、高成果以及高適用性的作用價值。盡可能地避免南京城墻受到因為內部人防工事的廢棄、老化而可能帶來的嚴重后果，為將來南京城墻的修繕及加固提供科學依據[3]。

[1]楊國慶,王志高.南京城墻志[M].南京:鳳凰出版社,2008.

[2]鄭必勇.淺議南京城墻損傷與防范[J].江蘇建筑,2001(2):6-9,29.

[3]王濱.芻議做好南京城市建設中的文物保護工作[J].新西部旬刊,2016,18(9):52.

Investigation and Research on the In fl uence of Civil Air Defense Works on the City Wall Structure in Nanjing City Wall

WANG Tianwen
（Nanjing Citywall Protection and Management Center, Nanjing 210008, China）

K928.77

A

王天文（1987-），男，助理館員，主要研究方向為文物保護。E- mail:77930380@qq.com.