《古建築木樑柱嵌肋加固施工工法》是成都建築工程集團總公司、攀鋼集團冶金工程技術有限公司完成的建築類施工工法，完成人是黃良、黃維成、車汪速、塗捷、雷勇。該工法適用於所有水族館、海洋館觀賞水體內耐腐蝕環境的景觀製作及需要一定抗水壓強度的景觀工程。
《古建築木樑柱嵌肋加固施工工法》的工法特點是無需更換原有構件，保持原貌：2011年9月前對古建築修復時，對於木樑、木柱出現腐朽、蟲蛀、開裂的情況時，一般採取更換整柱、整梁，或澆築水泥混凝土填補受損部位，修復後使受損的構件喪失了作為文物的價值。古建築木樑柱嵌肋加固是在受損部位嵌入不鏽鋼棒，表面包裹玄武岩纖維布，最大程度地保留受損構件，無需更換木樑柱，保持了古建築的原貌。
2011年9月，《古建築木樑柱嵌肋加固施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009—2010年度國家二級工法。
基本介紹
- 中文名：古建築木樑柱嵌肋加固施工工法
- 完成單位：成都建築工程集團總公司、攀鋼集團冶金工程技術有限公司
- 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）
- 工法編號：GJEJGF103-2010
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
- 主要完成人：黃良、黃維成、車汪速、塗捷、雷勇
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
中國是一個歷史悠久的國家，古代建築多採用木結構。木結構建築存在耐久性較差的問題，局部的病害不及時治理，將會造成更大的問題，因此，保護性修復成為經常性的工作。成都建築工程集團總公司在多年來對古建築的修復工作中，依據“修舊如舊保持原貌的原則探索總結出一套嵌肋加固施工技術並形成工法，對古建築受損較嚴重的木樑、木柱進行嵌肋加固修復處理，根據科技查新結果，中國國內和中國以外沒有古建築木樑柱修復中採用嵌肋加固的施工技術的套用，同時該技術已獲得實用新型專利。《古建築木樑柱嵌肋加固施工工法》先後套用到崇州文廟、都江堰靈岩寺、泰安寺等工程加固修復施工中，取得良好的效果。
工法特點
《古建築木樑柱嵌肋加固施工工法》的工法特點是：
1、無需更換原有構件，保持原貌：2011年9月前對古建築修復時，對於木樑、木柱出現腐朽、蟲蛀、開裂的情況時，一般採取更換整柱、整梁，或澆築水泥混凝土填補受損部位，修復後使受損的構件喪失了作為文物的價值。古建築木樑柱嵌肋加固是在受損部位嵌入不鏽鋼棒，表面包裹玄武岩纖維布，最大程度地保留受損構件，無需更換木樑柱，保持了古建築的原貌。
2、方便施工，縮短工期：由於只對木樑柱受損部分進行局部修復加固處理，不用更換整個構件，易於施工並節約了工期。
3、提高承載力：採用該工法對古建築的木樑柱修復加固，其受損部位得到修復，提高了承載能力。
4、安全性提高：更換樑柱前需對古建築的木樑柱卸載，其安全隱患比較大，而採用該工法施工時只需部分卸載，即可滿足安全施工要求。
5、節約造價：與更換新樑柱的施工方法相比，採用該工法可以降低70%的施工成本，大大地節約了修復造價。
操作原理
適用範圍
《古建築木樑柱嵌肋加固施工工法》適用於對古建築的木樑、木柱出現腐朽、蟲蛀、開裂的情況大於表1、表2所示的評定界限或剩餘截面驗算不能滿足承載力要求時的加固修復。
項次 | 檢查項目 | 檢查內容 | 殘損點評定界限 |
1 | 材質 | （1）當僅有表層腐朽和老化變質時根據【p進行評定[p為在任一截面上腐朽和老化變質（兩者合計）所占面積與截面面積之比】 | p>1/5或按屬於截面驗算不合格 |
（2）蟲蛙沿柱長任一部位 | 有蟲蛀洞，或未見孔洞，但敲擊有空鼓音 | ||
（3）木材天然缺陷在柱的關鍵受力部位，木節、木扭（斜）紋或乾縮裂縫的大小 | 其中任一缺陷超出《古建築木結構維護與技術規範》所要求的限值，且有其他殘損時 | ||
2 | 柱身損傷 | 沿柱長任一部位的損傷狀況 | 有斷裂、劈裂或壓皺跡象出現 |
3 | 柱的彎曲 | 彎曲矢高8 | 8>  |
項次 | 檢查項目 | 檢查內容 | 殘損點評定界限 | |
1 | 材質 | （1）當僅有表層腐朽和老化變質時根據部位及p進行評定對梁身 對梁端（支承範圍內） | p>1/5或按屬於截面驗算不合格 | p為在任一截面上腐朽和老化變質（兩者合計）所占面積與整截面面積之比 |
不論p大小，均視為殘損點 | ||||
（2）蟲蛀 | 有蟲蛀洞，或未見孔洞，但敲擊有空鼓音 | |||
（3）木材天然缺陷在梁的關鍵受力部位，木節、木扭（斜）紋或乾縮裂縫的大小 | 其中任一缺陷超出《古建築木結構維護與技術規範》要求的限值，且有其他殘損時 | |||
2 | 梁身損傷 | （1）跨中斷紋開裂 | 有裂紋或未見裂紋，但梁的上表面有壓皺痕跡 | |
（2）梁端劈裂（不包括乾縮裂縫） | 有受力或過度撓曲引起的端裂或斜裂 | |||
（3）非原有的鋸口、開槽或鑽孔 | 按剩餘截面驗算不合格 | |||
工藝原理
《古建築木樑柱嵌肋加固施工工法》的工藝原理敘述如下：
1、該工法利用不鏽鋼棒有較高的物理強度和彈性模量，將其嵌入木樑柱，用結構膠粘結，並在表面包裹玄武岩纖維布，使不鏽鋼棒與原結構成為一體，不鏽鋼棒將承擔較多的荷載效應。
2、包裹玄武岩纖維布，可達到如下效果：一是通過“模箍效應”提高構件承載力；二是提高構件的整體性，使不鏽鋼棒與原有構件更好地結合；三是保護構件免受蟲害、環境侵蝕；四是提高包裹部位的防火能力。
施工工藝
- 工藝流程
《古建築木樑柱嵌肋加固施工工法》的工藝程如下：
1、施工工藝流程（見圖1）。
圖1 施工工藝流程圖
2、構造節點
1）木柱嵌肋加固結構示意圖（見圖2）。
圖2 木柱嵌肋加固結構示意圖
2）木樑嵌肋加固結構示意圖（見圖3）。
圖3 木樑嵌肋加固結構示意圖
- 操作要點
《古建築木樑柱嵌肋加固施工工法》的操作要點如下：
一、施工準備
1、施工單位依據勘查與鑑定報告對古建築的木樑柱進行全面檢查，確定受損部位及受損程度。
2、施工單位根據古建築勘查與鑑定報告及全面檢查的結果，編制施工方案並經文物部門和相關單位認可後方可施工。施工方案應包括工程概況、編制依據、施工計畫、加固措施、施工工藝技術、質量保證措施、安全文明、文物及環境保護措施、相關計算與圖紙等。計算的相關內容包括不鏽鋼棒的型號及規格。
3、加固措施應明確不鏽鋼棒的規格、長度及嵌入完好部位的長度，玄武岩纖維布包裹的長度與層數。
4、施工前施工單位應對維修操作人員進行書面的技術交底。
二、搭設局部支撐架及操作架
1、支撐架及操作架可採用鋼管腳手架、門式腳手架或工具式腳手架。
2、腳手架搭設前應編寫結構局部支撐及操作架方案，方案內容應包括概況、進度、材料計畫、搭設參數、工藝流程、安全文明施工並附架體計算書。
3、對木柱進行修復時，對與柱相連的梁下端搭設支撐架，臨時減少木柱的荷載效應。
4、對木樑進行修復時，在梁下端搭設支撐架，若受損位置在梁與梁的相交處，對相關的梁也應搭設支撐架。
5、支撐架頂端與木結構接觸處用軟性材料隔離，避免損壞木結構完好部分表層的油飾彩畫。
6、支撐架搭設完畢後，應由施工單位的技術負責人組織安全員進行檢驗，驗收合格後方可投入使用。
三、木柱、木樑受損部位局部修補
1、對木柱的乾縮裂縫，用木條嵌補，並用結構膠粘劑粘牢。
2、當木柱柱心完好，僅有表層腐朽，可將腐朽部分剔除乾淨，塗刷防腐劑後用乾燥木材依原樣和原尺寸修補整齊，並用結構膠粘劑粘結。
3、當木樑有不同程度的腐朽時，先將腐朽部分剔除乾淨，經防腐處理後，用乾燥的木材按所需形狀及尺寸，以結構膠粘劑貼補嚴實。
4、木樑出現水平裂縫時，用木條和結構膠粘劑將縫隙嵌補粘結嚴實。
5、對於木樑、木柱局部蟲蛀部位，先清除朽爛木塊、碎屑，噴防腐防蟲藥劑，再用木條和結構膠粘劑將縫隙嵌補粘結嚴實。
6、剔槽在對木樑、木柱的受損部位進行局部修補後，在受損部位上彈線，先用電鑽機沿線鑽眼，再手工剔槽。槽為楔形槽，寬度、深度大於需嵌入的不鏽鋼棒截面2毫米，槽長大於需嵌入的不鏽鋼棒的長度2毫米
四、貼上不鏽鋼棒
1、嵌埋的不鏽鋼棒的數量依據設計的要求。一般情況下，木柱在四周嵌四根不鏽鋼棒，木樑在受彎區嵌2根不鏽鋼棒。
2、在槽內先灌注結構膠，不鏽鋼棒上塗刷結構膠並放入槽內。
3、嵌入不鏽鋼棒後，製作楔形木條，在木條上結構膠然後埋槽內將不鏽鋼棒抵緊，待結構膠固化後再將木條露出的部分刨平
五、塗膠包裹玄武岩纖維布
作業條件嵌好不鏽鋼棒並待結構膠充分乾燥後塗刷包裹玄武岩纖維布。
六、塗底層膠
1、根據玄武岩纖維布的貼上部位在木樑柱表面塗刷一遍底層膠。
2、配膠，根據貼上膠的標準用量，計算出所塗布面積的需用量，視現場氣溫等實際情況，確保在適用期內一次用完，按貼上膠使用說明規定的比例把貼上膠主劑和固化劑置於配膠容器中，用電動攪拌器攪拌均勻。已配好的粘結膠如超過適用期後不能使用。
3、塗刷，底層膠塗刷面邊界應不小於所貼上的玄武岩纖維布大小應注意：施工部位的溫度應不低於5℃或高於40℃，相對濕度應小於85%，如遇木結構表面結霧或有水分，套用電吹風將潮濕部位表面處理至乾燥後方可施工。
4、底層膠固化。等底層膠凝膠至充分乾燥後，如發現表面有突起毛刺或膠瘤，套用砂布打磨光順，注意不能將底層膠層打磨穿。如有打磨穿的局部應重複操作以上步驟。
六、貼上包裹玄武岩纖維布
1、按木樑柱的修復寬度尺寸裁剪玄武岩纖維布。
2、在已塗好粘結膠的木樑柱表面垂直於剔槽方向鋪覆玄武岩纖維布，玄武岩纖維布的鋪覆方向符合方案要求，一層中各張布之間的搭接應在纖維方向進行，並且搭接寬度應不小於15厘米。鋪覆的玄武岩纖維布應平整。
3、用專用膠錕和刮板在玄武岩纖維布上沿纖維方向施加壓力，並向一個方向或從中間向兩個方向滾動碾壓，但不允許來回反覆滾動，使膠液充分浸漬玄武岩纖維布，形成複合材料，消除氣泡和除去多餘膠液，使玄武岩纖維和底層充分粘結嚴禁交叉垂直於玄武岩纖維方向滾動碾壓施工，以免出現折絲彎絲現象。
七、油飾彩畫
1、包裹好玄武岩纖維布後，經隱蔽驗收合格後在其表面刮膩子，然後依據木構件原有的外觀裝飾圖案進行面層的油飾彩畫。
2、古建築油飾彩畫時，不得改變彩畫等級、色彩原狀和裝飾題材原裝。
八、拆除支撐架及操作架面層裝飾完成後經驗收合格拆除支撐架及操作架。
九、勞動力組織（見表3）
序號 | 工種 | 人數（人） |
1 | 架工 | 20 |
2 | 木工 | 5 |
3 | 膩子工 | 10 |
4 | 專業漆畫工 | 5 |
5 | 專業修補工 | 10 |
6 | 普工 | 10 |
材料設備
《古建築木樑柱嵌肋加固施工工法》所用的材料及設備明細（如表4-表5）：
主要材料名稱 | 選用材料種類或型號 | 備註 |
木材 | 修補木樑柱受損部位所採用的木材的樹種應與原件相同，為1級材 | 修補所採用的木材在使用前應經乾燥處理 |
防腐防蟲藥劑 | 二硼合劑、氟酚合劑、銅鉻砷合劑、菊酯合劑 | 根據施工現場的具體情況選用 |
結構膠粘劑 | 改性環氧樹脂膠粘劑 | 粘結強度為2.5兆帕，抗拉強度為30兆帕，抗彎強度為40兆帕，抗壓強度為70兆帕符合國家標準《民用建築工程室內環境污染控制規範》GB50325-2001相關要求 |
不鏽鋼棒 | 依據施工方案確定 | 依據國家標準《不鏽鋼棒》GB/T1220-2007選用，規格、材質要求應符合國家規範的要求 |
玄武岩纖維布 | 300克/平方米，厚度0.111米，抗拉強度2140兆帕，彈性模量93千兆帕，伸長率2.1% |
主要施工機具 | 規格型號 | 能耗 | 數量 |
電鋸 | 235毫米 | 1380瓦特 | 1把 |
電刨 | RJ-5030l | 500 | 1把 |
電鑽 | 6411 | 額定轉速:3000轉/分 | 1把 |
電動攪拌機 | 液一液UT1301 | 850瓦特 | 1把 |
灌縫注膠器 | 2支 | ||
溫濕度檢測儀 | testo610 | 1台 |
質量控制
《古建築木樑柱嵌肋加固施工工法》的質量控制要求如下：
一、該工法必須遵照執行的現行標準、規範、規程：
1、《古建築木結構維護與加固技術規範》GB50165-92；
2、《建築工程施工質量驗收統一標準》GB50300-2001；
3、《木結構設計規範》GB50005-2003；
4、《不鏽鋼棒》GB/T1220-20077.1.5；
5、《民用建築工程室內環境污染控制規範》GB50325-2001。
二、質量要求
1、每完成一道工序後，施工單位應通知甲方、監理進行驗收，驗收合格後方可進行下一道工序的施工。
2、修補木樑柱受損部位所採用的木材及清除後的受損部位應做好防腐防蟲處理。
3、玄武岩纖維布一定要做好防潮處理，避免影響質量。
4、玄武岩纖維布在運輸、儲存、裁剪和貼上過程中應避免受到彎折，每天施工所用的裁剪好的玄武岩纖維應妥善保存，裁剪數量應保證能在當天用完。
5、已配好的膠粘劑如超過適用期後嚴禁使用；在膠粘劑中嚴禁添加任何溶劑，含有溶劑的毛刷或被溶劑濕潤了的容器、滾筒等工具在未乾燥之前不得使用。
6、膠粘劑塗刷應均勻、無遺漏，不鏽鋼棒及玄武岩纖維布貼上應密實。
7、貼上施工完成後的玄武岩纖維布，經自然養護至膠粘劑完全固化後，對玄武岩纖維布貼上面仔細檢查，如果有空鼓或氣泡，可以用刀片將順著玄武岩纖維布的纖維方向將纖維撥開（注意不要劃斷纖維），然後採用注射器針管將調製好的膠粘劑注入空鼓或氣泡內填充至密實應保證密實貼上面積達到100%。
8、玄武岩纖維布貼上的質量標準
1）膠粘劑浸潤玄武岩纖維布束良好。
2）玄武岩纖維布不發生彎曲；
3）順纖維方向搭接長度不小於15厘米；
4）玄武岩纖維布施工質量驗收標準（見表6）。
序號 | 檢驗項目 | 合格標準 | 檢驗方法 | 頻數 |
1 | 玄武岩纖維片貼上位置 | 與方案要求位置相比，中心線偏差≤10毫米 | 鋼尺測量 | 全部 |
2 | 玄武岩纖維貼上量 | ≥方案數量 | 根據測量計算 | 全部 |
3 | 貼上質量 | 單個空鼓面積<1000平方毫米充膠修復；≥1000平方毫米割除修復。空鼓面積之和與貼上面積之比小於5% | 錘擊法 | 全部或抽樣 |
9、養護固化
1）每處施工完成後，自然養護24小時內應確保不受外力硬性衝擊等干擾。
2）每道工序過程中及完工後，均應採取適當措施保證不受污染或雨水侵襲。
3）施工過程平均氣溫一般都高於5℃，自然養護至達到設計要求。
4）對木柱、木樑修補工程，在油飾彩畫之前，應由文物主管部門會同有關單位及時進行檢查，並做好檢查記錄。木樑柱的形制應符合原狀或設計要求。
安全措施
《古建築木樑柱嵌肋加固施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
1、施工現場的施工人員應遵守《建築施工安全檢查標準》JGJ59-99及《建築施工高處作業安全技術規範》JGJ80-91的相關規定。
2、施工人員入場應對其進行安全技術交底。
3、施工人員在施工現場應正確佩戴安全帽、外架作業系安全帶8.4必須嚴格控制火源，工作現場嚴禁吸菸、明火取暖，在生活區的炊煮爐灶與煙囪的設定，必須符合防火安全要求。在殿堂內禁止使用碘鎢燈等大功率照明燈具和電爐、電水壺等電加熱器，所用照明燈具不準靠近可燃物。
5、在古建築保護範圍內不準堆放可燃、易燃、易爆物品和搭建可燃建築，或在殿堂內用可燃材料分隔房間，已有的必須督促儘早拆除或搬遷；對重要古建築的木構件部分宜噴塗透明防火塗料，以保留其原貌。
6、在古建築範圍內應設計、布置消防供水系統。在有消防管道的地區，參照有關規定設定消火栓，或根據地區實際情況修建消防水池，設定消防水缸。同時，應按國家《建築滅火器配置設計規範》的要求配備輕便滅火器。在不破壞原布局的情況下還要開闢環形消防通道。
7、支撐架及操作架應通過檢查驗收合格後方可使用。
8、在操作架上作業時不準隨意拆除、斬斷架體的軟硬拉結，不準隨意拆除腳手架上的安全措施，如妨礙施工必須經施工負責人批准後，方能拆除妨礙部位。
9、配製與使用膠粘劑時，必須通風良好，操作人員應穿工作服、戴防護口罩、乳膠手套和眼鏡，並嚴禁在現場進食。
10、玄武岩纖維布使用中易產生線屑、毛羽，若附著皮膚會產生刺激而瘙癢，若吸入會引起喉嚨、氣管、肺的傷害。所以施工時應著工作服、手套、口罩、護目鏡等。施工完畢用肥皂水將外漏部位清洗乾淨。
11、臨時用電的布置應滿足《施工現場臨時用電安全技術規範》JGJ46-2005的要求。
12、腳手架的搭設應滿足《建築施工扣件式鋼管腳手架安全技術規範》（JGJ130-2001）的要求。
環保措施
《古建築木樑柱嵌肋加固施工工法》的環保措施如下：
1、施工現場應做到工完、料盡、場地清。
2、設定專人清運建築垃圾，做好現場文明施工，清掃時做到先灑水，潤濕後剷除清掃，將建築垃圾裝入斗車，集中運出施工現場。
3、施工材料、機具等必須按施工現場總平面布置圖堆放，做到安全、整齊，不得超高。
4、膠粘劑的環境污染物濃度限量為：游離甲醛≤0.12毫克/立方米；苯≤0.09毫克/立方米；氨≤0.5毫克/立方米；Tov≤0.6毫克/立方米。
5、所使用的改性環氧樹脂膠粘劑為環保膠粘劑，其添加劑均採用水性材料。膠粘劑即用即配，計算好需用量，避免浪費。
6、若配好的膠當天用不完，可適當稀釋，並上蓋封閉，陰涼處存放，第二天上班時檢查有無變濁或凝膠現象，若膠液外觀無明顯變化，流動性好，則仍可使用，一般可分批少量兌入新配的膠中，若已變質，則通知膠水的生產廠家回收處理。
效益分析
《古建築木樑柱嵌肋加固施工工法》的效益分析是：
1、古建築木構件因其文物價值是無價的，使用該工法可在古建築木樑柱不能滿足其承載能力要求時保留原有部分，恢復其承載功能，符合“修舊如舊”的原則，對歷史文物的保護具有重大的意義。
2、與更換新樑柱的施工方法相比，採用該工法降低了70%的施工成本，縮短了施工工期，且節約了木材的用量，利於環保。以崇州文廟為例，其損壞的木樑柱若採用更換新的木樑柱的方法進行修復，其施工成本約為20萬元，而採用《古建築木樑柱嵌肋加固施工工法》，施工成本為6萬元。
3、採用玄武岩纖維布包裹木樑柱，比使用碳纖維布有下列優勢。
4、性價比高，單價是碳纖維布的20%。
5、韌性好，斷裂延伸率幾乎是碳纖維布的2倍。
6、彎曲纏繞，可任意剪裁，易貼上，施工質量易於保證。
7、具有較好的抗燒蝕性，防火性能強。
註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算
套用實例
《古建築木樑柱嵌肋加固施工工法》的套用實例如下：
在下述古建築加固施工中套用了該工法，取得了工程的施工質量，節約了施工工期，產生了良好的經濟效益。
1、崇州文廟是四川省境內保存較好的四座文廟之一。省級重點文物保護單位，中國西部孔子文化中心，占地面積十餘畝，現有建築面積約2400平方米。由於建造年代久遠，普遍存在失修或維修不到位現象，形成隱患。該文廟在“5·12”大地震中受損嚴重，樑柱多處裂縫、斷裂、變形以及蟲蛀腐朽。我公司採用嵌肋加固法後，樑柱功能得到恢復。
2、都江堰靈岩寺是中國著名的四大古剎之一，始建於北魏孝文帝年間（479年）。靈岩寺是唐貞觀年間（627~649）由高僧慧崇主持重建，以後幾經廢修，現存的殿宇多為宋代以後建築。該寺廟在“5·12”大地震中受損嚴重，樑柱多處裂縫、斷裂、變形以及蟲蛀腐朽。公司採用嵌肋加固法後，樑柱功能得到恢復。
3、泰安寺座落在青城後山泰安古鎮，是青城山現存佛教寺廟最悠久者。該寺廟在“5·12”大地震中受損嚴重，樑柱多處裂縫、斷裂、變形以及蟲蛀腐朽。公司採用嵌肋加固法後，樑柱功能得到恢復。
榮譽表彰
2011年9月30日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以建質[2011]154號檔案，發布《關於公布2009-2010年度國家級工法的通知》，《古建築木樑柱嵌肋加固施工工法》被評定為2009-2010年度中國國家二級工法。
