| 山海关镇东楼修复工程 |
| 来 源: 中国长城学会 | 发布时间:2005-02-25 14:03:55.0 | 作者:付春江 崔敬 |
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山海关镇东楼修复工程 所用木材技术处理工艺浅议 付春江 崔敬 在古建筑及木结构维修施工中，使用湿的木材后必然出现变形、开裂、油漆彩绘脱落。不仅影响外观，还会产生焖腐，为菌虫侵害提供有利条件，严重影响结构的稳固。而干燥的木材可避免这些问题的发生。木材干湿与否用木材含水率来衡量。《古建筑木结构维护与加固技术规范》第6-3-4条规定：用作承重构件或小木作工程的木材，使用前应经干燥处理，含水率应符合下列规定： 一、原木或方木构件，包括粱枋、柱、檩、椽等，不应大于20%。为便于测定原木和方木的含水率，可采用按表层检测的方法，但其表层20mm深处的含水率不应大于15%。 二、板材、斗拱及各种小木作，不应大于当地的木材平衡含水率。所以古建维修时，降低木材含水率、延长木材使用寿命，一直是我们施工人员长期期待解决的实际问题。在国家文物保护单位――万里长城山海关镇东楼即“天下第一关”的修缮施工中，我们与中国林科院木材研究所共同结合木构件防腐施工，用冷热槽浸泡、强制风干降低木材含水率，职得了显著的效果。 一、工程简介 山海关镇东楼是明代长城关隘城上箭楼的典型代表作，是保存完好的长城军事防御建筑。它坐落于山海关关城东门(镇东门)的城台上，楼顶海拔高47.13米。因其为长城线之首关，而被称为天下第一关。1961年3月4日被列为全国第一批重点文物保护单位。该楼为二层三间、重檐歇山青板、筒瓦瓦顶，建筑结构为砖木结构、抬梁式、彻上明造。座东朝西。一层通面阔18.88米、通进深9.3米，二层通面阔17.3米、通进深7.7米。楼高13.3米建筑面积356平方米。它始建于明洪武十四年(公元1381年)，几百年来虽经多次修葺、重修，但箭楼大部分构件仍为明、清两代所制。一些主要承重大木构件已腐朽和拔卯，楼身分别向四个不同方向倾斜，上、下檐屋面的全部荷载分别落在了四面城砖筑砌的墙上，亟需抢救、维修。经过实地勘测，拟定了修缮设计施工方案，上报省、国家文物局。后经国家文物局领导、专家来关进行现场实地考察论证，组织专家会议，于1996年10月21日以(96)文物文字第1023号批复了《关于山海关镇东楼修缮方案的请示》。1999年9月13日，省文物局受国家文物局委托派河北省文物古建筑专家组来听取了该工程设计和施工方案的汇报，并对现场进行了实地考察，随后予以认真论证审定。遵照论证审定会的精神，于1998年10月28日镇东楼防腐加固修缮工程正式开工，镇东楼实行封闭，停止对外开放、施工队伍进场、历时175天，于1999年4月24日除油漆彩画外，修缮工程全部竣工。 二、技术原理 冷热槽浸泡处理是通过热冷方式使木材细胞里产生副压，吸收较多的药液，增加药液的透入深度，可以杀死木材内潜在木腐菌和虫卵，防止门腐。另外，木材被加热后，内部温度提高，形成合理的温度梯度，有利于木材内水分的迁移，也减少了干燥过程中的开裂现象。强制风干法是用大型鼓风机对木材定时鼓风，此法比普通干燥法提高100%以上，且投资少。 三、处理工艺 我们在木制作现场建立热冷槽处理厂房，包括加工间、处理间、操作间、干燥间及值班室。 处理间新建厂房136平方米，分为预备室、加工室、加热室三部分。预备室用于待加工木材及处理后木材称重、量尺、检测含水率。加工室有一冷一热2个1.2米×1.2米×7米的钢槽，钢槽四周用蛭石保温，热槽盖严实并用石棉保温。冷热槽配有加热系统、吊装移动系统、药液循环系统、温度自动控制系统等。在技术人员的指导下，由工人24小时值班，按树种和构件尺寸严格确定热冷槽的药液温度和加热时间。加热室设有三台炉灶，负责给热槽加热，当温度下降时，启动鼓风机，加大火力；当温度上升时，启动药液循环系统，使冷、热槽药液都在规定的温度之内。 干燥间安装2台大型鼓风机，2台炉灶和火墙，由工人24小时值班，按要求堆垛，严格控制室内温度、湿度和时间。 工艺流程：待处理木材→热槽→冷槽→干燥→产品出库 木构件防腐处理前先将新木构件逐一编号，详细记录处理前后的尺寸、重量、并检测含水率。处理完进入干燥室，按要求堆垛，对木材进行强制气干。木构件使用前，抽查含水率，严格控制湿材的使用。木构件上架后，还要进行检测，供工程指挥部参考。 每根木构件含水率检测三点：两端和中间，深度3cm，板材厚度1/2。 98年11月底热冷槽防腐车间建成使用，经过两个多月紧张有序的工作，截至到99年2月，所有新换木构件处理完毕。共处理柱、檩、染、枋、椽、望板、过木等大小各类木构件937根、66立方米，板材590平方米，保质保量按时完成任务。 四、山海关镇东楼 木构件含水率检测 此次维修使用木材，一部分是前几年购置的，含水率在25-35%之间，另一部分是新购置的，含水率普遍在35%以上，有的高达70%。木构件经处理后，含水率普遍比处理前下降10%以上。原来含水率较低的木构件达到或接近20%。原来含水率较高的木构件，特别是大木构件，虽经强制气干，但由于工期紧，木材干燥期短，这部分木构件难以达到规范的要求，但含水率大幅下降。例如对镇东楼新换的木柱检查结果是：10根上檐柱六根达到或接近20%，10根下檐柱9根达到或基本达到20%。其它木构件如：承椽枋、檩、角梁、椽、过木、翘飞等，含水率在16-23%之间。望板含水率在11-15%之间，接近当地14%平衡含水率。检测结果见表: 木构件名称 处理前含水率 处理后含水率 备 注 上檐柱 32-35% 18-20% 40-60% 23-25% (98年购) 下檐柱 25-30% 15-21% 抱柱 32-35% 17-21% 承椽枋 33-40% 19-23% 檩 32-35% 16-19% 梁 40-60% 20-25% (98年购) 椽 28-33% 17-19% 望板 24-28% 11-15% 过木 28-33% 18-20% 五、木材 物理力学性质对比 1.防腐处理的木材 性 质 样本数 平均值 标准差 变异系数% 气干密度(g/cm3) 15 0.593 0.016 2.727 抗弯强度(MPa) 16 109.1 4.343 6.733 抗弯弹性模量(MPa) 16 16168 2305 14.26 顺纹抗压强度(MPa) 19 57.5 2.660 4.63 2.对照(未防腐处理的木材) 性 质 样本数 平均值 标准差 变异系数% 气干密度(S/cm3) 13 0.630 0.033 5.147 抗弯强度(MPa) 16 110.2 12.909 11.71 抗弯弹性模量(MPa) 16 15804 4002 25.32 顺纹抗压强度(MPa) 17 57.2 6.417 11.22 3.防腐处理与对照力学性质差异的方差分析 性 质 离差来源 自由度 离差平方和 均方 F值 显著性 密度 组间 1 0.0095 0.0095 15.13 组内 26 0.0164 0.00063 显 著 合计 27 0.0259 顺纹抗压强度 组间 1 0.531 0.531 0.02 不显著 组内 34 786.1 23.12 合计 35 786.6 抗弯强度 组间 1 10.25 10.25 0.09 不显著 组内 30 3308.4 110.28 合计 31 3318.7 抗弯弹性模量 组间 1 1.059 0.10 不显著 组内 30 319.99 1.059 10.666 合计 31 321.05 六、结 论 1.防腐处理对木材强度无明显影响。符合用作结构材的要求。 2.处理后比处理前含水率在短时间内普遍降低10%以上。处理后的构件已达到或接近规范要求，此方法经济实用。 3.墙内柱要留有通风口，以免今后发生闷腐。木构件2年后油漆或彩绘，既不影响木材内水份向外扩散，又可避免将来出现油漆剥落现象。 参考文献： 1.1992年 国家技术监督局与建设部和编:《古建筑木结构维护与加固技术规范》 2.1999年 中国林科院木材研究所:《山海关镇东楼木结构防腐技术工程》 3.1999年 山海关文物局工程科:《山海关镇东楼修缮竣工资料》 4.1992年 中国建筑工业出版社:《建筑施工手册》 |
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