古城墙门洞加固方法及加固结构与流程

本发明涉及古建筑保护技术领域，具体的涉及一种古城墙门洞加固方法及加固结构。

背景技术：

中国是一个文明古国，作为中国文化的一部分，古城墙在我国建筑的发展史上占有极其重要的地位。同时，它在世界建筑史上独树一帜，形成了独特的结构体系。古城墙经过长期的自然灾害和人为破坏，不可避免的会发生坍塌或者毁坏。现有技术中，古城墙加固最常用的方法是内填素土夯实，外包青砖的加固方法。这种加固方法只考虑到城墙外墙，没有考虑到城墙受力最集中及最薄弱的城墙门洞，所以，加固后的城墙门洞依然不能避免出现薄弱区和应力集中的现象，因此，时间一长，必然会出现坍塌损坏。

现有的古城墙进行修复加固只是将外墙或者土体进行修复加固，并没有考虑城墙的荷载和受力，尤其没有考虑到城墙门洞的应力集中现象，一旦发生地震破坏，垮塌损坏现象还会发生。同样，仿古建筑中也没有考虑门洞的特殊受力和侧壁受压现象。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种针对古建筑门洞的结构，减少古建筑门洞的应力集中的古城墙门洞加固方法及加固结构。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种古城墙门洞加固方法，其包括以下步骤：

1）在城墙顶部对应门洞的位置向下开挖作业区，作业区设置在门洞上方；

2）在作业区竖直向下挖立柱孔，立柱孔位于城墙门洞两侧土体中，并向下贯穿城墙主体；

3）在立柱孔中插入立柱，立柱顶部外露于作业区；

4）在作业区中，城墙门洞两侧对应的立柱之间设置横梁，在横梁之间和/或城墙门洞同侧的相邻立柱之间设置纵梁，且纵梁设置在门洞上方；

5）作业区回填、夯实，还原城墙外貌。

进一步的，还包括对城墙采取临时加固和/或防护措施，待施工完成后撤除。

进一步的，在步骤5）中，用开挖作业区挖出的土体回填作业区。

进一步的，在步骤3）中，在立柱孔中插入立柱后，浇筑混凝土将立柱与立柱孔的间隙填实。

进一步的，步骤1）中作业区向下挖开的深度为500mm以上。

进一步的，步骤2）中，立柱孔对称设置于门洞两侧，立柱孔沿门洞轴线均匀分布。

进一步的，步骤4）中，将横梁沿城墙门洞宽度方向设置，将纵梁沿城墙门洞轴线方向设置。

进一步的， 步骤4）中，立柱、横梁和纵梁均为钢筋混凝土预制件，并在立柱、横梁和纵梁的连接部位预埋连接件；横梁、纵梁和立柱共同现场浇筑连接于立柱顶部。

一种古城墙门洞加固结构，采用上述任意一种古城墙门洞加固方法建造，其包括：位于城墙土体之内的加固单元和纵梁；纵梁连接多个加固单元；加固单元包括两根分别位于门洞两侧的竖直的立柱和位于门洞上方的横梁，立柱下端贯穿城墙土体，横梁连接同一加固单元的两根立柱。

进一步的，横梁位于城墙顶部500mm以下。

进一步的，同一加固单元的两根立柱对称设置于门洞两侧，多个加固单元沿门洞轴线均匀分布。

进一步的，横梁沿门洞宽度方向设置，纵梁沿门洞轴线方向设置。

进一步的，横梁上设置有加强板或横梁之间设置有加强网。

进一步的，横梁、纵梁和立柱共同连接于立柱的顶部。

进一步的，横梁、纵梁和立柱为预制钢筋混凝土柱，且横梁、纵梁和立柱相互之间的连接方式为现场浇筑连接。

本发明的有益效果是：立柱、横梁和纵梁设置于门洞周围的土体之内组成框架结构，能够更好的与城墙土体结合，分担门洞处的应力。门洞上部土体之中设置横梁，横梁可以加固门洞上部的土体。门洞两侧土体中的立柱下端贯穿城墙土体，可以将门洞两侧土体整体加固，同时将支撑横梁和纵梁的力直接传导至城墙下。同时古城墙门洞加固结构位于城墙内部，不会影响城墙的外观，使城墙保持原貌。

附图说明

图1为本发明古城墙门洞加固结构的立体视图；

图2为本发明古城墙门洞加固结构的主视图；

图3为图2的俯视图。

图中：1-城墙、2-门洞、3-立柱、4-横梁、5-纵梁。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种古城墙门洞加固方法，其包括以下步骤：

1）在城墙1顶部对应门洞2的位置向下开挖作业区，作业区设置在门洞上方；

2）在作业区竖直向下挖立柱孔，立柱孔位于城墙1门洞2两侧土体中，并向下贯穿城墙1主体；

3）在立柱孔中插入立柱3，立柱3顶部外露于作业区；

4）在作业区中，城墙1门洞2两侧对应的立柱3之间设置横梁4，在横梁4之间和/或城墙1门洞2同侧的相邻立柱3之间设置纵梁5，且纵梁设置在门洞2上方；

5）作业区回填、夯实，还原城墙1外貌。

实施中，首先，将作业区清理完毕后，沿城墙1顶部深度方向下挖500mm。之后，沿城墙1顶部深度方向在城墙1门洞2的两侧对称挖一系列间隔的立柱孔，孔深为城墙1高度。立柱孔可采用洛阳铲进行挖掘，防止产生震动损坏墙体结构；立柱孔可向下贯穿城墙后，深入城墙的地基中，使插入的立柱能深入城墙的地基。使用吊车将预制钢筋混凝土的立柱3插放在立柱孔中，用细石混凝土填实立柱3和立柱孔的间隙，立柱3顶部预留钢筋。在同侧立柱3顶放置预制钢筋混凝土的纵梁5，在城墙1门洞2两侧对应的预制钢筋混凝土立柱3顶放置横梁4，将立柱3、纵梁5及横梁4的预留钢筋进行焊接，立柱3、横梁4和纵梁5连接的节点进行现场混凝土浇筑；待浇筑完成后，用挖出的原有土体回填城墙1顶部作业区，再进行夯实，还原城墙1外貌。将立柱、横梁和纵梁设置于门洞周围的土体之内组成框架结构，能够更好的与城墙土体结合，分担门洞处的应力。门洞上部土体之中设置横梁，横梁可以加固门洞上部的土体。门洞两侧土体中的立柱下端贯穿城墙土体，可以将门洞两侧土体整体加固，同时将支撑横梁和纵梁的力直接传导至城墙下。同时古城墙门洞加固结构位于城墙内部，不会影响城墙的外观，使城墙保持原貌。

进一步的，还包括对城墙1采取临时加固和/或防护措施，待施工完成后撤除。作业时，为防止作业过程中城墙1墙体出现坍塌损坏或是墙体脱落伤人等，应当对城墙1体及门洞2进行临时加固和防护，例如对墙面进行挂网处理防止墙体表面脱落伤人，将城墙1内原有的窑洞及防空洞进行回填，搭设脚手架进行支撑等，更多的可以参考现有的一些墙体临时加固措施。

进一步的，在步骤5）中，用开挖作业区挖出的土体回填作业区。用城墙1本身的土体回填，起到古建筑保护中风格统一，旧料利用的原则。

进一步的，在步骤3）中插入立柱3时，应垂直下吊，防止在下吊过程中，柱倾斜破坏原有土体。

进一步的，在步骤3）中，在立柱孔中插入立柱3后，浇筑混凝土将立柱3与立柱孔的间隙填实。浇筑混凝土可以使立柱3与城墙1墙体结合的更牢固。实施中，加强版水平铺设于横梁4上，并通过螺栓固定于横梁4。 横梁4之间铺设加强网，加强网连接于相邻两横梁。

进一步的，还包括在横梁4上设置加强板或横梁4之间设置加强网的步骤。横梁4设置加强板或加强网，使横梁4与门洞上方的土体更好地结合，更好的支撑门洞上方的土体。

进一步的，步骤1）中，作业区向下挖开的深度为500mm以上。为了保证横梁4埋设于城墙1土体之中的深度，使横梁4与门洞2上部土体结合得更牢固，更好地分担门洞2上部土体的应力，经多次试验，作业区在城墙1顶部向下挖开的深度为500mm以上时，使横梁4埋设在城墙1顶部的500mm以下，可以使横梁4与门洞2上部土体结合得较好。

进一步的，步骤2）中，立柱孔对称设置于门洞2两侧，立柱孔沿门洞2轴线均匀分布。对称于门洞2两侧的立柱孔插入立柱3后，通过在作业区设置横梁4连接，组成一个加固单元。立柱孔沿门洞2轴线均匀分布，使多个加固单元沿门洞2轴线连续均匀的架设，加固单元之间通过纵梁5连接，保证将门洞2整体完全的加固，不会出现局部的薄弱区。

进一步的，步骤4）中，将横梁4沿城墙1门洞2宽度方向设置，将纵梁5沿城墙1门洞2轴线方向设置。使整体结构合理、受力更均匀。

进一步的，步骤4）中，立柱3、横梁4和纵梁5均为钢筋混凝土预制件，并在立柱3、横梁4和纵梁5的连接部位预埋连接件；横梁4、纵梁5和立柱3共同现场浇筑连接于立柱3顶部，减少了连接点，减少施工步骤，保护城墙1，缩短施工时间。实施中，纵梁5与多个加固单元的连接，横梁4与立柱3的连接，通过横梁4、纵梁5和立柱3共同连接于立柱3的顶部实现。横梁4、纵梁5和立柱3为柱状的钢筋混凝土预制件。在横梁4、纵梁5和立柱3各自需要连接的端部，各自浇筑时预埋有连接件，连接件可以是外露的钢筋或者连接板等连接结构。连接时，需要连接的横梁4、纵梁5和立柱3之间，先将预留的连接件连接，例如钢筋相互焊接，然后浇筑混凝土。使用的预制钢筋混凝土横梁4、预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土纵梁5，根据城墙1的土质、厚度、高矮确定尺寸。

一种古城墙门洞加固结构，采用上述任意一种古城墙门洞加固方法建造，其包括：位于城墙1土体之内的加固单元和纵梁5；纵梁5连接多个加固单元；加固单元包括两根分别位于门洞2两侧的竖直的立柱3和位于门洞2上方的横梁4，立柱3下端贯穿城墙1土体，横梁4连接同一加固单元的两根立柱3。立柱3、横梁4和纵梁5设置于门洞2周围的土体之内组成框架结构，能够更好的与城墙1土体结合，分担门洞2处的应力。门洞2上部土体之中设置横梁4，多根横梁4平行设置或者相互交叉设置，横梁4可以加固门洞2上部的土体。门洞2两侧土体中的立柱3下端贯穿城墙1土体后，可以深入城墙地基，可以将门洞2两侧土体整体加固，同时将支撑横梁4和纵梁5的力直接传导至城墙1下。同时古城墙门洞加固结构位于城墙1内部，不会影响城墙1的外观，使城墙1保持原貌。

本发明中的横梁、立柱和纵梁可以采用预制钢筋混凝土结构，尺寸根据城墙1的土质、厚度、高矮决定。在一个实施例中，城墙1截面呈梯形，尺寸为：高10.75m，墙底厚19.4m，墙顶厚18m；城墙1门洞2尺寸：高5.4m，宽4.15m，顶部为弧形，半径2.3m。立柱3采用C30号水泥制作的截面尺寸为400×400mm、高8m的预制混凝土立柱3，竖直对称的设置在城墙1门洞2两侧土体之内，距离门洞2侧壁4m，且下端贯穿城墙1墙体至城墙1之下的基础。横梁4采用C30号水泥制作的截面尺寸为350×700mm的预制混凝土横梁4，位于门洞2上部土体之内，设置在城墙1门洞2两侧对称的立柱3之间，横梁4低标高同立柱3顶标高，距城墙1顶部2.05m。横梁4和该横梁4连接的两个立柱3组等成一个加固单元，三个加固单元沿城墙1门洞2轴线方向间隔6米均匀设置。纵梁5采用C30号水泥制作的截面尺寸为350×700mm的预制混凝土纵梁5，纵梁5水平位于城墙1土体之内，连接在单个加固单元之间，纵梁5低标高同立柱3顶标高，距城墙1顶部2.05m，具体的，横梁4、纵梁5和立柱3连接于立柱3的顶端，先将横梁4、纵梁5和立柱3预留的钢筋相互焊接，之后采用C30号水泥混凝土浇筑横梁4、纵梁5和立柱3的连接处。

进一步的，横梁4位于城墙1顶部500mm以下，使横梁4与门洞2上部土体结合得更牢固，更好地分担门洞2上部土体的应力。横梁4埋设于门洞2上部土体之中，横梁4在门洞2上部土体埋设的深度不易过浅，经多次试验，横梁4距城墙1顶部的深度为500mm以上时，可以使横梁4与门洞2上部土体结合得较好。

进一步的，同一加固单元的两根立柱3对称设置于门洞2两侧，多个加固单元沿门洞2轴线均匀分布。在门洞2轴线方向连续均匀的架设多个加固单元，加热单元之间通过纵梁5连接，保证将门洞2整体完全的加固，不会出现局部的薄弱区。

进一步的，横梁4沿门洞2宽度方向设置，纵梁5沿门洞2轴线方向设置。使整体结构受力更均匀。

进一步的，横梁4上设置有加强板和/或横梁4之间设置有加强网。横梁4设置加强板或加强网，使横梁4与门洞上方的土体更好地结合，更好的支撑门洞上方的土体。实施中，加强版水平铺设于横梁4上，并通过螺栓固定于横梁4。 横梁4之间铺设有加强网，加强网连接于相邻两横梁。

进一步的，横梁4、纵梁5和立柱3共同连接于立柱3的顶部。减少了连接点，减少施工步骤，保护城墙1，缩短施工时间。实施中，纵梁5与多个加固单元的连接，横梁4与立柱3的连接，通过横梁4、纵梁5和立柱3共同连接于立柱3的顶部实现。

进一步的，横梁4、纵梁5和立柱3为预制钢筋混凝土柱，且横梁4、纵梁5和立柱3相互之间的连接方式为现场浇筑连接。实施中，横梁4、纵梁5和立柱3为柱状的预制钢筋混凝土结构。在横梁4、纵梁5和立柱3各自需要连接的端部，各自浇筑时预留有外露的钢筋或连接板等连接结构。连接时，需要连接的横梁4、纵梁5和立柱3之间，先将预留的连接结构相互连接，例如钢筋相互焊接，然后浇筑混凝土。使用的预制钢筋混凝土横梁4、预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土纵梁5，根据城墙1的土质、厚度、高矮确定尺寸。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。