金陵女子大學(xué)舊址文物保護(hù)技術(shù)與加固方法研究

蘇冠興，孫勇，常軍富，相睿

（1.江蘇省蘇科建設(shè)技術(shù)發(fā)展有限公司，南京 210008；2.江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司，南京 210008；3.東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)院有限公司，南京 210096）

1 引言

20世紀(jì)初，混凝土結(jié)構(gòu)的房屋由西方傳入我國，20世紀(jì)20年代開始，大量的近現(xiàn)代建筑在我國涌現(xiàn)，這些房屋普遍采用混凝結(jié)構(gòu)，并且與我國傳統(tǒng)房屋建造技術(shù)相結(jié)合，形成了中西合璧的建筑風(fēng)格。這些建筑代表了一定歷史階段我國建筑的特色，見證了一些重要?dú)v史事件，是我國歷史文化遺產(chǎn)的重要內(nèi)容。其價(jià)值越來越得到認(rèn)可，并且很多被各級政府公布為文物保護(hù)單位的。

這些近現(xiàn)代歷史建筑大多已使用近百年，在各個(gè)歷史時(shí)期為適應(yīng)當(dāng)時(shí)的使用要求，大多都進(jìn)行過改造、裝修和外立面整修。由于技術(shù)水平限制，不可避免對文物建筑本身造成了損壞。混凝土結(jié)構(gòu)一般使用年限為50年，這些歷史文物建筑大多超過了設(shè)計(jì)使用年限；混凝土構(gòu)件出現(xiàn)鋼筋銹脹、碳化、保護(hù)層脫落、混凝土強(qiáng)度過低等問題。為滿足后續(xù)使用要求并保證文物建筑的結(jié)構(gòu)安全，需要對其進(jìn)行檢測鑒定，查找房屋存在的安全隱患，并進(jìn)行修繕加固。

文物建筑的修繕加固應(yīng)選擇合理的加固方法，處理好文物建筑保護(hù)與結(jié)構(gòu)加固的關(guān)系，解決好二者之間的矛盾。本文重點(diǎn)分析各種加固方法對文物保護(hù)的影響，分析其優(yōu)劣。以金陵女子大學(xué)舊址為例，介紹修繕加固中方案選擇的重點(diǎn)與難點(diǎn)，采用合適的加固方法最大限度地減少對文物的影響，提出了可拆卸的加固方法，為以后文物建筑加固提供借鑒。

2 文物建筑保護(hù)原則

文物保護(hù)應(yīng)遵循不改變原狀、真實(shí)性、完整性、最低限度干預(yù)、保護(hù)文化傳統(tǒng)、使用恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)技術(shù)、防災(zāi)減災(zāi)[1]的保護(hù)原則，這是《中國文物古跡保護(hù)準(zhǔn)則》提出的。但是在實(shí)踐中保護(hù)技術(shù)和加固方法與這些原則存在著各種矛盾，有時(shí)候不可調(diào)和，甚至存在著為了保護(hù)和滿足使用要求破壞文物，改變文物原狀的現(xiàn)象。

不改變原狀是文物古跡保護(hù)的要義，要求真實(shí)、完整地保護(hù)文物古跡在歷史過程中形成的價(jià)值及其體現(xiàn)各種價(jià)值的狀態(tài)，包括保存現(xiàn)狀和恢復(fù)原狀兩方面的內(nèi)容。但是文物古跡的加固需鏟除表面粉刷層，破壞了其裝飾層，對地基基礎(chǔ)進(jìn)行開挖、屋面構(gòu)件進(jìn)行更換，這些或多或少改變了文物原狀，造成了原有價(jià)值的喪失。

文物古跡的保護(hù)原則是對立統(tǒng)一的。使用恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)其他原則的基礎(chǔ)，文物的加固應(yīng)該慎重選擇合理的技術(shù)措施。應(yīng)采用對文物古跡長期保存無害，不得妨礙再次對文物古跡進(jìn)行保護(hù)，在可能的情況下應(yīng)當(dāng)是可逆的措施。同時(shí)，對文物古跡要加強(qiáng)監(jiān)測，進(jìn)行預(yù)防性保護(hù)是保證最低限度干預(yù)的重要措施，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除存在的安全隱患。

3 文物保護(hù)技術(shù)與加固方法

文物建筑存在安全隱患，結(jié)構(gòu)構(gòu)件不適于繼續(xù)承載時(shí)，通常采用的加固方法主要有增大截面法、置換混凝土法、外包型鋼法、粘貼鋼板法、粘貼纖維復(fù)合材法、預(yù)張緊鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿面層法和繞絲加固法[2]。采用這些方法加固時(shí)大多需要植筋或者植入化學(xué)錨栓。這些方法加固文物建筑存在的優(yōu)缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）有效提高構(gòu)件的安全性。

2）提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

3）延長文物建筑的后續(xù)使用年限。文物建筑大多已達(dá)到使用年限。特別是近現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)建筑，普遍存在混凝土老化，鋼筋銹蝕現(xiàn)象，混凝土碳化嚴(yán)重。加固后可以延長后續(xù)使用年限。

4）破壞構(gòu)件，影響建筑外貌。采用常規(guī)加固方法需要鑿除構(gòu)件表面粉刷層，并且進(jìn)行打磨。加固時(shí)在結(jié)構(gòu)表面外包混凝土、外貼鋼板和碳纖維布等措施增大了構(gòu)件尺寸，嚴(yán)重改變了結(jié)構(gòu)外觀，影響建筑外貌。

5）對文物建筑本體造成了不可逆的損壞。常規(guī)加固方法在結(jié)構(gòu)上打眼植筋或植入化學(xué)錨栓；采用粘貼碳布、增大截面、外貼鋼板等方法時(shí)需要用到結(jié)構(gòu)膠、混凝土等材料，加固后是不可逆的，要恢復(fù)原尺寸時(shí)，不可避免會(huì)對結(jié)構(gòu)本體產(chǎn)生損壞。使用時(shí)應(yīng)慎重考慮，除非房屋破壞嚴(yán)重，并盡量控制加固范圍，減小影響。

因文物建筑的特殊性，對文物保護(hù)技術(shù)和加固方法提出了更高的要求[3]。加固前應(yīng)進(jìn)行方案比選，進(jìn)行評估，召開專家評審會(huì)，通過后才能實(shí)施。加固應(yīng)對文物古跡的影響控制在最小范圍內(nèi)。加固材料和工藝應(yīng)充分考慮不利于保護(hù)文物原狀的方面。所有方法應(yīng)證明可行、可靠之后方可在文物主體上使用。加固施工完成后，應(yīng)對加固效果和影響進(jìn)行評估。

4 工程概況

金陵女子大學(xué)舊址（見圖1和圖2）于2006年被評為國家級重點(diǎn)文物保護(hù)單位，位于江蘇省南京市寧海路122號南京師范大學(xué)校園內(nèi)，現(xiàn)作為校舍使用。金陵女子大學(xué)是我國第一所女子大學(xué)，1922年開始在寧海路校址建校。由美國建筑師亨利·墨菲與其助手中國建筑師呂彥直規(guī)劃設(shè)計(jì)。這些建筑物造型均是中國傳統(tǒng)宮殿式建筑風(fēng)格，結(jié)構(gòu)采用西方鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，建筑物之間以中國古典式外廊相連接，為中西合璧的東方建筑群。

為滿足各個(gè)時(shí)期的使用要求，建筑經(jīng)過多次裝修改造，外立面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐漸老化。為了有效保護(hù)文物，減少安全隱患，2015年后，學(xué)校對這14棟文物建筑分批進(jìn)行了加固和修繕。

圖1 建造時(shí)照片

圖2 現(xiàn)狀照片

5 建筑存在的主要問題和加固方法

5.1 結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

本文主要以100號樓為例介紹房屋目前存在的問題和加固方法，分析加固方法的適用性，100號樓主體結(jié)構(gòu)為地下1層、地上2層（局部3層）磚木結(jié)構(gòu)，主要采用磚墻、混凝土梁、三角形豪式木屋架共同承重，樓面采用現(xiàn)澆板屋面為仿歇山式屋頂，見圖3。房屋存在的主要問題有以下幾點(diǎn)。

1）房屋主體為內(nèi)框架結(jié)構(gòu)，屋面采用木屋架，無法鉆取有效芯樣進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度檢測，混凝土強(qiáng)度較低。混凝土構(gòu)件表面存在多處蜂窩現(xiàn)象，混凝土剝落較為嚴(yán)重，鋼筋外露且銹脹。

2）因屋面漏水木屋架局部存在木構(gòu)件糟朽情況。因時(shí)間較久，木構(gòu)件裂紋現(xiàn)象嚴(yán)重，影響結(jié)構(gòu)安全，見圖4。

3）二樓目前做會(huì)議廳使用，使用荷載較以前有很大提高，且房屋已使用近百年，樓板結(jié)構(gòu)安全難以保證。

4）該工程底層承重墻體與地面連接處未見因基礎(chǔ)不均勻沉降引起的裂縫、變形和位移現(xiàn)象。依據(jù)GB 50292—2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定，該工程地基基礎(chǔ)安全性評為Bu級。

5）根據(jù)檢測鑒定結(jié)果南京師范大學(xué)100號樓工程的主體結(jié)構(gòu)安全性評為Csu級。

圖3 建造時(shí)房屋平面圖

5.2 加固原則

按照《中華人民共和國文物保護(hù)法》對不可移動(dòng)文物進(jìn)行修繕、保養(yǎng)、遷移，必須遵守“不改變文物原狀的原則”和文物工作貫徹“保護(hù)為主，搶救第一，合理利用，加強(qiáng)管理的方針”。面對客觀存在的問題進(jìn)行客觀的處理，在修繕時(shí)遵循“整舊如舊”的理念，盡最大可能利用原有材料，保存原有構(gòu)件，使用原有工藝，盡可能多地保存歷史信息，保持文物建筑的特性。“經(jīng)過加固的結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)全面減除隱患，保證較長時(shí)期不再修繕”。依據(jù)以上原則本次加固僅考慮豎向荷載下的結(jié)構(gòu)安全性，使結(jié)構(gòu)滿足正常使用狀態(tài)下的承載力要求，在不改變文物原狀的原則下適當(dāng)考慮結(jié)構(gòu)的抗震性，避免過度加固。

圖4 屋架局部糟朽

5.3 加固方案

針對結(jié)構(gòu)存在的問題主要采用如下方法加固處理。

1）對混凝土梁柱采用干式外包角鋼增設(shè)附屬子結(jié)構(gòu)；對梁柱常規(guī)的加固方法有外貼碳纖維布、外包角鋼和增大截面。這些加固方法使用結(jié)構(gòu)膠和混凝土，大量濕作業(yè)；加固后很難恢復(fù)文物建筑原貌，對文物本體破壞嚴(yán)重。經(jīng)過研究對比決定采用干式外包角鋼增設(shè)附屬子結(jié)構(gòu)，這種加固方法不破壞梁柱結(jié)構(gòu)，在梁柱與新增鋼架之間包裹塑料薄膜，中間空隙采用低強(qiáng)度砂漿填實(shí)，見圖5。結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件由原混凝土梁柱換成鋼架，保證了原結(jié)構(gòu)的安全。并且鋼架可以拆除，可以恢復(fù)原狀。符合文物建筑加固的原則。

圖5 梁柱加固大樣圖

2）因建筑使用功能改變和現(xiàn)在樓面荷載的要求提高，原樓板承載能力已不能滿足要求。且100號樓，樓板存在大量露筋、混凝土強(qiáng)度低、碳化嚴(yán)重等問題，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全，有倒塌的危險(xiǎn)，必須對樓板進(jìn)行加固。但是建造時(shí)樓板采用的鋼筋、混凝土及其結(jié)構(gòu)形式有其特殊性，有很高的文物價(jià)值和研究價(jià)值，必須予以保存，且要保存原貌。100號樓采用增設(shè)槽鋼支撐的方法加固，見圖6，槽鋼和梁加固用角鋼焊接形成完整的傳力體系，安全性、抗震性能完全可以得到保證。

圖6 樓板及梁加固

3）因屋面漏水木屋架局部糟朽嚴(yán)重，影響屋架承載力和結(jié)構(gòu)安全，首先剔除糟朽部分木構(gòu)件，并采用新木料修復(fù)原截面；修復(fù)后外抱角鋼，保證屋架受力的連續(xù)性，見圖7。加固時(shí)角鋼內(nèi)不得采用灌注結(jié)構(gòu)膠的方法，以免破壞木屋架原貌。

圖7 木屋架糟朽部位加固大樣圖（單位：mm）

4）木屋架使用時(shí)間較久，存在大量裂縫，不適于繼續(xù)承載，采用外抱鋼板箍的方法加固。為了建筑造型需要，房屋屋檐懸挑較長，但是因設(shè)計(jì)時(shí)對中國傳統(tǒng)建筑斗拱結(jié)構(gòu)認(rèn)識不足，造成屋檐變形嚴(yán)重，存在外閃現(xiàn)象，本次加固在屋面增設(shè)懸挑木構(gòu)件，與屋架相連，大樣及加固后照片見圖8。

圖8 屋檐懸挑部位加固圖

5.4 加固效果

按照上述加固方案，報(bào)請了國家文物局批準(zhǔn)，并組織了專家評審會(huì)，對加固方案給予了指導(dǎo)，并高度評價(jià)方案堅(jiān)持了不改變原狀、最小干預(yù)原則，方案最大的亮點(diǎn)在于可逆性，滿足了后續(xù)使用要求。具體有以下幾點(diǎn)。

1）采用干式外包角鋼增設(shè)附屬子結(jié)構(gòu)加固梁柱，解決了梁柱承載力不足的問題，具有可逆性；達(dá)到一定使用年限后可以拆除，對文物不造成損害，恢復(fù)原狀。

2）對樓板采用增設(shè)槽鋼支撐，有效解決了樓板鋼筋銹蝕嚴(yán)重，承載力降低的問題。

3）木屋架使用較久，有糟朽、裂縫的情況，采用外部敷設(shè)鋼板、外包鋼板箍，有效阻止了構(gòu)件損壞繼續(xù)發(fā)展，保證了屋面結(jié)構(gòu)的安全。

6 結(jié)語

金陵女子大學(xué)舊址在方案設(shè)計(jì)階段堅(jiān)持了不破壞文物本體的原則，所用加固方法不僅保證了現(xiàn)階段使用的安全，而且方案具有可逆性，為多年后恢復(fù)原狀采用更先進(jìn)的加固技術(shù)保留了可能性。經(jīng)加固修繕后，金陵女子大學(xué)舊址的文物建筑滿足了后續(xù)使用的要求，加固方法和修繕理念為校園內(nèi)其他建筑及構(gòu)筑物提供了借鑒。

為了文物保護(hù)的需要，對文物建筑進(jìn)行加固必不可少。但是文物保護(hù)與文物建筑加固是矛盾統(tǒng)一的，為盡量減少對文物的破壞，選擇合適的加固方法尤為重要。在對文物保護(hù)時(shí)必須堅(jiān)持不改變原狀、低限度干預(yù)、保護(hù)文化傳統(tǒng)、使用恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)技術(shù)的保護(hù)原則。使用恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)其他保護(hù)原則的基礎(chǔ)，文物建筑保護(hù)應(yīng)進(jìn)行多方案的比選，選擇合適的方法。文物建筑加固時(shí)應(yīng)解決好最小干預(yù)原則與保證文物安全的矛盾。