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从双星桥迁移工程浅析石拱桥搬迁技术要点
发布人:重庆考古  2021-11-19

一、 双星桥概况

双星桥位于重庆市巴南区东温泉镇双星村的芦沟河(五布河支流)上。修建于清同治十一年(1872),纪年明确,保存完整,是该地区尚存不多的古桥梁建筑之一。双星桥为全圬工结构双孔石拱桥,保存状况较好,除桥身表面有一定程度的风化,且生长有较多植物外,整体结构稳定。桥梁选址非常考究,此处河床基岩突起形成一道石梁(枯水期露出水面),其天然的地利优势可使桥梁墩台直接坐落于基岩之上,施工方便,地基稳固,是石拱桥的绝佳桥位选址。双星桥的选址、结构类型、选材、营造工艺等都体现了古代建造者因地制宜、坚固耐用、经济适用的建造原则。

双星桥长48.75米、宽6.2米,中部桥面为矩形平面,两侧通过踏步与桥台平面相连。桥台为矩形结构,与岸衔接,两拱中间设有一矩形桥墩,直接落于河床基岩之上。桥台两侧有八字迎水墙,为条石砌体结构。双星桥两拱对称分布,拱曲线近似椭圆弧拱,矢跨11.9米,矢高6.92米,矢跨比约为0.58。拱墙顺砌,由59道拱券石组成,拱券石厚 60 厘米,有突出的眉石,厚 22 厘米。拱劵及桥身采用石灰浆、砂岩条石砌筑而成。中部桥面两侧采用干砌法砌筑高1.04米矮墙(石栏杆)。桥身两侧两拱之间分别阴刻隶书“奎壁联辉”和“双星桥”桥匾。原桥两拱圈顶中央均挂有铁器(一般为铁剑,寓意斩龙之用,当地人相传此桥悬挂的是铁斧),未能保存至今,只见几节残存的铁链嵌于拱顶石中。

 

图一 双星桥原状照片


 

二、 保护思路——迁移保护

1.保护方式

水库建设工程有其选址固定性和蓄水运营的特殊性,无法避让建设区及影响区内的文物。因双星桥位于观景口水库水利枢纽工程淹没区内,且不具备实施水下原址保护的条件,故不得已而搬之。

2.可行性分析

①双星桥为砂岩质石砌圬工结构,保存状况完整性好,结构稳定,构件的风化程度也不高,具备拆解和搬迁后复建的可行性;②桥体坐落于河床基岩上地基稳固,枯水期水位很低,便于拆解施工支架的搭设。经过可行性分析研究表明:双星桥具备搬迁的自身结构条件和施工环境条件。

3.复建选址

原则上复建新址应就近选在地质、地貌、水文等与原址相似的地方,且最好是同一河流。但水库建设工程规划在芦沟河的干流五布河上建坝,芦沟河大部分被淹,无法找到合适的新址位置。五布河河床较宽、水流较大也不适合作为新址的选择。在对比分析了3处选址方案后,选定了位于五布河另一条支流上,其河岸环境相似,水文、地质状况均满足要求。

4.保护工作流程

基于现场勘察与研究成果、历史调查资料,和文物保护的真实性、完整性原则;最终确定双星桥采取迁移保护,且按照构件拆解——构件包装与运输——临时存放与保护——新址复建的方式进行。具体内容包含:保护支架搭设,双星桥全部石构件拆解,石构件的包装运输,石构件的保护与加固,临时保存,双星桥复建与局部修复。


 

三、 工程技术简述

(一)原桥体拆解

1.复勘并编号

与普通的桥梁建设工程不同,施工单位进场后,须清除桥体上生长的植物,并对桥体进行复测和残损统计。将复测的尺寸数据与勘察设计文件进行核对、修正,其残损情况与勘察文件不吻合的做好记录。在拆解前还须对石构件进行编号工作,即将每个石构件按照从上至下逐层、逐个的顺序贴上编号。应按照栏杆、踏步、桥面、拱劵等不同结构部位分类依次编号,以便分类保存和复建使用。 

 

图二 石构件编号照片

2.拆解防护

双星桥迁移工程采用了满堂脚手架作为桥体拆解的施工支架,因石拱桥自重较大,脚手架的竖杆采用50×50cm平面间距,跨中再增加一排竖杆,横杆间距约1米,并设剪刀撑。为保障脚手架的整体稳定性和结构刚度,沿拱劵两侧垂直于拱轴线还布设了斜杆, 基础采用大型工字钢,碎石垫层夯实加固地基。拱劵下原始地基较好以河床基岩为主,故采用片石加碎石铺垫找平并夯实处理作为基础垫层简便可行。工字钢基础分两层,下层为纵桥向等距布置6根I32号工字钢,上层为横桥向等距排布19根I16号工字钢。脚手架搭设好后,还需贴合拱劵底面用木板制作底模(配有2根×22#螺纹钢筋@40cm作为底模背肋)以支承拆解的拱劵石构件。

 

图三 脚手架基础搭设照片

 

图四 脚手架完成照片

 

为保证复建时能更准确复原拱曲线原貌,在拆解前增加了一道“倒模”工序,即用木板在拱劵侧面沿着拱底曲线制作侧模。侧模在复建时移至新址安装,用于施工放样时与点位数据相互校对,力求精准复原拱曲线。

 

 图五 底模照片

 

图六 侧模照片

 

3.解体拆卸

拆解顺序为:石栏杆——顶部桥面铺装——踏步——填土——桥身侧墙——桥台顶面铺装——桥台侧墙——墩台基础。此拆解顺序非常重要,拱桥的拆解必须对称卸荷,否则容易出现垮塌事故。桥面系拆解完成后必须对称卸除桥内填充物(土石混合),即两拱之间与两拱外侧的填充物从上至下同步等量卸除,务必使拱圈两侧填充量保持基本相等。桥身侧墙随着填土的卸除过程逐层往下拆解,务必使拱劵两侧压力保存均衡。拱劵的拆解是整个拱桥拆解最关键也是难度最大的一道工序,经过研究分析,制定了一套安全可靠的拆解方案。首先,满堂支架加底模可安全承接破拱后落下的拱劵石构件;其次,采用多组油压千斤顶同步顶升拱劵龙口石,以保证拱劵石无损拆解卸落。当拱劵拆至与桥台顶面高度一致时,开始拆解桥台,最后拆解墩台基础部分。

 

图七 千斤顶顶拱照片

 

图八 顶拱成功照片

 

采用两台YBZ4/2—50B型油压机各控制一组4个千斤顶,同步顶升破拱。8个千斤顶分两组(每组4个)分别顶升龙口石两侧的拱劵石,千斤顶底部垫一工字钢使其处于同一水平位置,千斤顶顶部垫钢板以增大接触面积(顶升压力更均匀,保证石构件不断裂、损坏)。龙口石上有清代题刻,属于重要保护构件,为确保其绝对安全,故将千斤顶分两组顶在升龙口石两侧而不直接顶龙口石。通过油压机显示读数和拱劵石松动上升情况观测,双重控制调整顶升速率,以确保8个千斤顶同步顶升工作。

(二)包装、运输与保护

每块石构件以石匠手工操作的方式拆解,用錾子撬松石构件并剔除石灰浆,然后垫上垫木,再用土工布包裹石构件。吊装时还需在石构件底部加角钢垫衬保护石构件。拆卸下来的石构件即时运到新址保管。在桥梁新址北岸地势较高的平地上搭设棚架,作为构件临时存放、保管的场地。此处靠近公路,也便于吊装、搬运工作。构件在棚内分类、有序堆放,地面上铺设方木以放置构件,棚架四周设有排水沟。构件存放处有专人看护管理,以保障文物安全。

 

图九 构件包装照片

 

图十 吊装照片

 

拆解下来的石构件主要进行如下保护处理:

1.表面清理

采用软质工具手工清除石构件表面附着的苔藓等植物,使用防霉除菌去污剂(Alkutex  BFA  Remover)进行进一步清洗,防止苔藓等有害植物短期内再生。用毛刷轻刷石构件,清除表面松散的溶蚀沉积物和残留的石灰浆等。使用多层纸张(中性)贴敷法抽吸石构件表面的可溶盐;再利用蒸馏水和无色吸湿纸清洗石构件表面残余的清洗溶液;重复2-3次清洗掉表层绝大部分溶蚀沉积物。

2.脱盐

采用纸浆、纸巾、脱脂棉、木浆、海泡石等纤维材料作吸附剂,吸附材料用去离子水润湿后敷在要脱盐的部位。随着吸附材料内水分的蒸发析出结晶盐。具体措施如下:

将吸附材料用蒸馏水浸泡制成纸浆敷贴在构件表面,待蒸馏水渗透到内部把可溶盐置换出来。如此反复多次,直至盐分被充分处理干净为止。

3.局部岩面增强

对拱劵外表面、墩台底部等风化剥蚀严重部位的石构件进行加固补强。石构件经过表面清理、脱盐、干燥后,采用Remmers300岩石增强剂(纯硅酸乙酯,约99%)进行加固补强处理。再用丙酮处理表面,并用吸湿纸迅速吸除,防止表面变色。

(三)双星桥复建工艺要点

1.基础处理

双星桥搬迁新址后地质条件发生变化,有一定厚度的覆土层,为保证桥体结构安全和稳定性须新建基础。基础形式为刚性扩大基础。为使石拱桥风貌统一,按原材料、原工艺要求,基础露明部分采用条石砌筑,地下部分则采用C30砼浇筑施工。基底处理十分重要,处理不当会危及桥基的整体稳定性,墩台基底岩石表面需修凿平整,开挖验基后须立即浇筑基础。为使石砌墩台与台帽混凝土更好的结合,在砌筑前将其顶面浮浆清除、凿毛接触面、冲刷干净,以保证其结构整体性。 

 

图十一 基础完工照片

 

2.施工支架

双星桥复建仍采用满堂脚手架,搭设形式与拆解时基本相同。由于新址地基以土层为主,不如原址坚固,每拱下建两矩形浆砌条石基础(完工后拆除),其上纵横铺设I32号、I16号工字钢作为脚手架的底层。搭建脚手架时安装之前制作的拱劵侧模以校正拱曲线,再以之前拆解时同样的方式安装底模。

 

图十二 拱模制安照片

 

脚手架搭设完成后,由专业资质单位对脚手架进行了预压试验,消除非弹性变形,并检验其结构强度和刚度,严格控制脚手架的变形和沉降。

 

图十三 脚手架预压试验照片

3.砌筑施工

每一石构件根据编号和设计图纸原位归安砌筑,按原貌复建双星桥。桥墩正上方桥身侧墙破损严重和拆解、运输过程中损坏不能继续使用的石构件,采用相同材质的砂岩按原规格尺寸制作补配。本着石质文物保护修复的“最小干预原则”,只对损坏严重不能继续使用的部位进行了补配修复。对于破损轻微不影响结构安全和整体稳定性的石构件,没有更换或刻意修复残缺。复建时使用了原桥体内填充物进行填充,并采取人工分层夯实。

 

图十四 拱劵砌筑照片

 

为保证双星桥复建后的安全性和耐久性,在桥面石板下增设了防水层(2mm厚防水卷材)和防水混凝土垫层。除此之外,基础以上部分均按原工艺、原状砌筑复建双星桥。 

 

图十五 桥面铺装施工照片


 

四、 结语

文物保护的原则是尽可能采取原址保护,迁移保护是特殊情况下退而求其次的选择。因为迁移势必会使文物脱离原有环境,在搬迁过程中也势必会对文物本体产生一定程度的损耗和伤害。双星桥迁移保护最大的技术难点是桥拱的安全拆卸,本次采用了满堂架、拱模、千斤顶组对称同步顶升等一系列措施保证了拱券拆解工作的顺利完成。双星桥迁移保护最大的成功就是将每一块石构件都安全的搬迁到新址用于了复建,同时对裂隙和局部缺损进行了修复和加固,充分遵守了文物保护的真实性和完整性原则。搬迁后的双星桥并没有离开东温泉镇,还可以继续为当地发挥其社会效益,为当地居民留住了“乡愁”。

文稿:韩昭彦

 

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