古祠堂屋面修缮施工工法

古祠堂屋面修缮施工工法1.前言1.1近年广东地区为数众多,且具有文物价值的古祠堂古民居和历史建筑被公布为文物保护单位，此类建筑多为粘土瓦屋面，由于风雨侵蚀等自然因素及周边水文地质的改变等人类活动的影响,这些年代久远的历史文化遗产正经受着时间的考验筑的修缮的过程中，要严格按照相关的文物保护条例进行修复，还要摸索总结如何还原古人的建设设计理念，修缮过程中如何减少自然因素及人为在以往施工过程工人按部就班对屋面结构逐层施工，极易出现构件衔接缺桁条瓦片修缮预排放样技术不当引起的建筑二次破坏。建筑的屋面施工需要考虑到各部分的相互协调，如果其中的一环质量控制没有到位将影响到整体防水。屋面修缮除了屋面瓦片外观控制外，瓦垄与屋脊尺寸控制困难也是屋面施工的难点，瓦垄容易出现歪斜、宽窄不一，屋脊则需要统一控制弧度及精度。1.2广州市第三建筑工程有限公司以承建的沥滘卫氏大宗祠加固修缮采用CAD及三维模拟辅助施工技术、上部结构设置预支撑支架保护文物、应用激光多层次全程监测定位的修缮技术，设计并应用了基于瓦垄整体造1型准确控制的瓦垄尺寸监测装置，使现场施工更加便捷、高效，有效解决了古祠堂屋面修缮施工存在的文物保护、精度控制、安全可靠性等的技术难题。完成了“古祠堂屋面修缮施工技术”研究和应用，达到了古祠堂屋面体系安全可靠、外形造型精确、文物修缮环保等良好施工效果。1.3该技术于2019年88日，通过了广东省建筑业协会组织的科技成果鉴定，经鉴定该技术达到了国内领先水平。在沥滘卫氏大宗祠加固修缮工程、南华中路潘氏大院除危修缮工程、广州市庐江书院危改项目施工专业承包工程等工程中得到成功应用，取得了明显的社会效益和经济效益，具有较好的推广应用价值，经过多个工程实践形成了本工法。2.工法特点2.1将CAD及三维模型辅助施工技术运用到屋面修缮加固施工中，进行试放样预拼装，明确施工难点，精细优化施工方案。可以作为校对和控制外观造型尺寸依据，使修缮施工更加便捷、高效。2.2上部结构的安全稳定性。可支撑原建筑结构，避免对文物造成二次破坏的同时又增强了施工过程的安全性。2.3监测定位，同时建立偏斜和沉降控制网对祠堂整体变形进行监控，保证施2.4测定位控制，保证瓦垄垂直度与高程的施工精度。通过监测装置，使屋面结构体系造型准确，可进行多次周转循环使用，达到节约资源的目的。23.适用范围本工法适用于古建筑屋面修缮加固施工及仿古建筑屋面修缮加固的施工（尤其适用于古祠堂屋面修缮加固施工）。4.工艺原理4.1运用CAD及三维模型辅助施工技术分析结构外形和定位，细化设计施工重难点部位，利用CAD及三维模型技术的准确性，准确的绘制出三维构件施工图。利用三维模拟的可视性将构件施工难点和上部结构危险源进行排除。模拟优化施工过程完善施工工艺。把繁琐的仿古建筑修缮施工工序进行可视化数据表示，有利于各工序步骤衔接管理。4.2先用木板对梁架以及屋面进行保护，然后进行工字钢支架架设再用活动顶托保证结构稳定。结合上部结构架设支撑支架，使用活动顶托把梁架结构及屋面整体临时支顶。防止结构修缮过程出现整体塌陷的情况。4.3桁条桷板施工过程中激光技术多层次全程监测定位。三维激光定位生成的点数据经过专业软件的处理，转换为BIM模型数据，从而可以与CADBIM尺寸偏差、瓦楞距离。4.4采用方钢制作瓦垄尺寸监测装置，两方钢上焊接滑槽，方钢一头通过螺栓夹紧屋脊，另一头通过螺栓夹紧檐口。运用滑槽上的定位螺栓来矫正瓦垄尺寸和垂直度偏差，准确控制瓦垄整体造型。35.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程木构件三维建模上部结构设置预支撑支架保护文物拆卸工程施工方案木材防虫防腐处理木构件施工木材面油漆施工附椽子与更换飞椽瓦屋面施工滴水瓦施工屋脊瓦安装图5.1施工工艺流程图45.2操作要点5.2.1木构件三维建模(1)利用AutoCAD据。(2)换的构件，减少施工过程在屋面放样拼接所使用的时间，节约材料。(3)利用三维模型试放样预拼装代替高空测量放样的危险性工作和模型试放样预排。如图5.2-1所示。(4)三维模拟与设计得到的模型进行实时的对比(5)供了有效的保障，保证位置和标高的误差在规定的范围内，实现施工过程中质量的实时控制和监管。图5.2-1屋面三维建模图片(6)在对CAD图纸研究与现场构件实际状况勘察基础上采用CAD技术对桁条桷板与瓦片连接部进行深化设计，协调各个构件之间的结合。5.2.2上部结构设置预支撑支架保护文物(1)上部结构支撑支架必须充分考虑文物保护措施和后续安装措施及5场地放置，不应影响材料运输。(2)(3)统一检查屋面后并编写记录，对无法维修构件，应精确测量构件尺寸，对其外观、材料、制作样式按原样进行订做。如图5.2-2所示。图5.2-2头门预支撑(4)对于屋面瓦片及上部梁架结构，在桁条的底部用木板进行支撑，并使用工字钢对墙体进行夹固。(5)现场上部结构提前预支撑保护，然后用千斤顶把梁架结构整体临时支顶。在下部结构施工过程中容易出现屋面瓦片塌陷的情况，让屋面在梁5.2-3所示。6图5.2-3中堂预支撑5.2.3拆卸工程施工方案(1)由上部结构开始拆卸，对于主要承力构件，在次要承力构件完成后再拆卸，以免由于主体结构受损而影响建筑物稳定，造成意外。(2)一个施工班负责砖石建筑的拆卸。(3)屋面上的瓦件和各类脊饰，凡要重新复制的都应在拆卸完毕后，按实际需用量和式样，联系厂家进行制作，以保证复原的需要。如图5.2-4所示。(4)拆卸前，对整个古建筑构件的运输通道实行统一规划，留出各类构件运输通道。运输通道上的石构件最后拆除。(5)运输各类构件的车辆，组织专门专用的货车。由于各类构件不能堆放、叠码、相互挤压，使用车况好、成色新、吨位不大的四轮小货车运输转运。7(6)拆卸现场和新址都要搭建临时工棚。在拆卸现场对短时间内不能运走的构件，实施存放。避免日晒雨淋，使构件上的雕刻受到损失。在新址实施保管、修缮。图5.2-4楞检偏差测量5.2.4木材防虫防腐处理(1)对所有木构件进行防虫防腐。更换的构件先进行防虫防腐后才能安装，隐蔽部位的防虫防腐应特别注意。与墙体接触的木构件，先进行防虫防腐后再刷防潮沥青才能安装就位。(2)使用的药剂有机氯合剂（代号0S-1）主要成份组成：五氯酚林丹柴油94%剂型：油溶液或乳化油用量：67Kg/m2或300g/m2(3)采用高浓度药液浸泡法或用喷涂法。5.2.5木构件施工8(1)在屋面翻修时，逐根检查椽桷和飞檐椽，对槽朽严重的予以剔除和更换。新做桷板的断面尺寸须与原来的一样，新做的飞檐椽式样须与原式样一致。(2)劈裂长度超过全长2/3，深度超过直径1/2的应更换。(3)细微裂缝（5mm(4)超过5mm宽裂缝，用同质木料或竹片做成木楔紧密填补并用胶粘接牢固，灌注环氧树脂加固，加一至两道铁箍钉牢。所有檩条均刷两遍熟桐油。(4)所有缺失及槽朽的桷板、飞椽，按所在位置、规格重新制安装，所有木构件均刷两遍熟桐油。如图5.2-5所示。图5.2-5附椽子与更换飞椽(5)逐一仔细检查梁、枋、檩、木柱及驮墩、斗栱等木构件。对于槽朽开裂的木构件，程度不深且不影响结构安全的一般采用修补。严重槽朽或蛀蚀，如残损深度超过1/4直径的檩条等，对结构安全有影响，则予以更换。新做的木构件在式样上须与原来的一致。9(6)对于后期维修时更换的封檐板，按现存原有封檐板样式予以复原。(7)对于现存原有封檐板，槽朽部分挖除然后补板复原。(8)大门修复微细裂缝（5毫米内）可在油漆断白时用腻子勾抿。一般裂缝，用通长木条嵌补粘接严实，木条厚度与门板相同。裂缝较大，首先将板门扇拆卸，重新归安，在门扇中部依照各条裂缝的总合宽度，嵌补一块整板。(9)下垂的门扇可在下门轴外表套上一个铸铁筒，恢复它原来的高度，铁筒的上部伸出两块或一块铁板，高度应超过肘板断裂处，用螺栓或手工制铁钉钉牢。(10)板门对缝不严。在上门轴的外皮和连楹孔内，各套一个铁板筒，补足、校正因磨损而出现的偏斜。一块掉头，补齐门板重新归安。(12)板门附属零件如门钉、门钹，缺失者应照原样、原材料补配齐全。全门均刷两遍熟桐油保护。(13)齐。5.2.6木材面油漆施工(1)作业时施工温度宜保持均衡，保证不得突然变化，且通风良好。湿作业已完并具备一定的强度，环境比较干燥。一般油漆工程施工时的环境温度不宜低于+10℃，相对温度不宜大于60%。(2)操作前应认真进行交接检查工作，并对遗留问题进行妥善处理。10(3)木制品基层表面含水率一般不宜大于12%。(4)在底漆施工前，工件表面须经检查合格，才可施工，施工须分层进行，待第一层干透后始可加上第二层，并须按层用砂纸打磨清洁，底层及饰面层施工前同样须经前一层工作检查合格后使可进行。(5)油漆复涂遍数必须满足漆厚度的要求，并防止漏刷、流坠、裹楞、粗糙、皱纹等现象发生。(6)所有油漆施工根据需要可用合格质料硬毛刷或压缩式喷油机。(7)所选用油漆均须为环保型产品，并进行复检合格。(8)每遍油漆前，都应将地面、窗台清扫干净，防止尘土飞扬，影响油漆质量。(9)每遍油漆后，都应将门窗用梃钩钩住，防止门窗扇、框油漆粘结，破坏漆膜，造成修补及扇活损伤。(10)腻子，缺打砂纸现象，认真按照规程和工艺标准去操作。油漆干性慢等因素影响，并采取合理的操作顺序和科学的手法，防止油漆流坠、裹楞。尤其是门窗边棱分色处，如一旦油量过大和操作不注意，就容易造成流坠、裹楞。(12)软后使用。(13)干净，并应尽量把门锁、门窗拉手和插销等后装，以确保五金洁净美观。5.2.7附椽子与更换飞椽(1)采用加附椽子的方法加固处理由于顺钉孔漏雨和其它各种原因出现糟朽、劈裂、折断等现象，致使其丧失了承载能力。(2)因受工作条件限制，又不易抽换时，可复制一根或两根新椽子（旧起顶替作用。(3)用多余的废旧椽子长短调解更换，以长改短。檐椽改做脑椽，脑椽膘皮部分）部分，很容易发生翘曲、扭斜，影响质量。采用圆料制做。如图5.2-6所示。图5.2-6屋面桁条更换(4)先搭好作檐的架子，由瓦工将檐头陇拆下，并清理干净，然后由木工将连檐、瓦口、望板、飞头拆下。(5)选择比较完好的一两根，留作样板。(6)将制作好的新飞头先在两端各钉好一根，飞头后尾用钉钉牢，然后在两根飞头迎面的上楞各钉一个小钉，在两个小钉间栓挂小线，用一垂直12迎头上楞要跟线，飞头尾要钉牢固。(7)按飞头档装好所有闸档板。闸档板上口要平，缝口要严。最后钉连檐、望板，对准上边的旧瓦陇钉齐瓦口，由瓦工补窑檐头瓦陇。如图5.2-7所示。图5.2-7瓦楞直顺、老头瓦和檐口瓦检验后现场效果(8)小件在拆卸过程中，不易保持完好，损坏严重则换新料。5.2.8瓦屋面施工(1)冲陇：拴线铺灰，先将中间的三趟底瓦和两趟盖瓦铺好，铺瓦的人员多，再次分中冲几趟陇。(2)铺檐头：拴线铺灰，将檐头滴水瓦和花边瓦铺好，滴水瓦出檐最多不应超过本身长度的一头。在两端边陇滴水瓦下棱位置栓一条横线，每陇滴水瓦出檐和高低都以此为准。花边瓦出檐为瓦头“烧饼盖”的厚度。就13是说，花边瓦要紧靠着滴水瓦。花边瓦的高低以檐线为准。(3)(4)按照排好的瓦当和脊上号好陇的标记把线的一端拴在一个插入脊上泥背中的铁钎上，另一端拴一块瓦，吊在房檐下。这条铺瓦用线叫做“瓦致，可在其上拴几个重物（如线坠之类）来进行调整。(5)拴好瓦刀线后，铺白灰铺底瓦，底瓦灰的厚度不应超过灰背厚度。底瓦所用板瓦，事先须经挑选，以敲之声音清脆，为不破不裂，破裂之瓦绝对不能使用。底瓦应窄头朝下，从下往上依次铺。(6)(7)瓦要摆正。瓦与底瓦灰的接触面应达到100%度都以瓦刀线为准，每块底瓦瓦翅，宽头的上棱都要贴近瓦刀线。(8)铺盖瓦：铺盖瓦泥，开始铺盖瓦。盖瓦和底瓦相反，要凸面向上，压住。倘若第二块瓦破碎时，由于第一块和第三块相搭接而不致漏雨。盖瓦睁眼应等于板瓦高。瓦陇与老桩子瓦搭接要严实。(9)盖瓦铺完后在搭接处用素灰色缝。并用水刷子沾水勒刷。(10)遍。注意下脚不要大，要直顺。盖瓦上应尽量少沾灰。与瓦翅相接处要随瓦翅的形状用瓦刀背好，并用刷子沾水勒刷，最后刷青将并用瓦刀轧光，14在檐头弹线校正。5.2.9滴水瓦施工(1)滴水瓦年端压入板瓦之下，在其两边各有一缺口或钉孔，用以钉钉防止下滑。如图5.2-8所示。图5.2-8滴水瓦施工细部图(2)经过瓦垄的放样定位后，就可开始铺瓦。操作过程为：审瓦冲垄→瓦沟滴瓦→瓦底瓦→瓦盖瓦→捉节夹垄→翼角铺瓦。(3)将带有扭曲变形、破损掉釉、尺寸偏差过大的瓦件挑选出来。在屋面屋顶中间的两淌底瓦和一淌盖瓦按“三线”在铺筑几条标准瓦垄，以作为屋面高低检查标准。(3)滴水瓦的高低和出檐以此线为准，滴水瓦出檐为该瓦的舌头厚度。当位置确定后，即可铺筑瓦泥灰（用掺泥灰或月白灰）安放滴水瓦，并在瓦的尾端缺口内加钉固定。(4)勾头瓦应以“檐口线”为标准，先在勾头处放一块碎瓦片以拦住蚰蜒当铺筑的瓦泥灰，然后安放勾头瓦，勾头的出檐为瓦头“烧饼盖”的厚15(5)“瓦刀线”的上端固定在脊上，下端拴一块瓦吊在屋檐下，线的上中下之高低以“三线”为准。底瓦的“瓦刀线”拴在瓦垄的左侧。(6)拴好线后即可铺筑瓦泥灰安放底瓦，铺灰厚度一般为3㎝左右，依据线高进行增减。铺瓦工作应在两个坡面上对称同时进行，防止屋架偏向受压。底瓦应窄头朝下，压住滴水瓦，然后从下往上依次叠放。搭接密度檐头部分的瓦可适当少搭点，脊根部位的瓦可多搭点。(7)背完翅后进行“扎缝”即用大麻刀抹实蚰蜒当，扎缝灰应以能盖住两边底瓦垄的瓦翅为度。(8)铺筑瓦泥灰安放盖瓦，从下往上前后衔接，第一块筒瓦应压住勾头瓦后的熊头，后面的瓦都应如此衔拉，地块压一块，熊头要挂素灰（素灰(9)先将“套兽”套入仔角梁的套兽桩上，然后在其上立放“遮朽瓦”放一块遮心瓦，然后铺灰安放螳螂勾头。(10)“后坡屋面的灰背面形，作成具有囊度的曲面，该曲线的做法是用若干个铁钎，按曲率大小分成若干小段钉在角线的灰背上，将“瓦刀线”别在铁钎上形成折线，按此线开始铺灰铺瓦，两坡翼角相交处的两块瓦要用割角滴16水瓦和割角筒瓦。5.2.10屋脊瓦安装(1)用饱满砂浆将屋脊瓦满卧于两侧的主瓦上，在屋脊瓦和主瓦的交接处采用挡沟瓦，将主瓦和屋脊瓦连接，挡沟瓦也要采用饱满砂浆粘贴，以避免雨水侵入瓦内，同时保证屋面瓦的美观性。(2)根据施工工序的安排，逐步退式施工至临时马道时，将屋脊封头用饱满砂浆粘贴至屋脊交接处。如图5.2-9图5.2-9脊兽现场施工图片(3)当主瓦施工到屋脊处时，斜脊由斜脊封头瓦开始，斜脊瓦自下向上搭接铺至正脊，在用脊瓦铺正屋脊，正屋脊由大封头瓦开始，用脊瓦搭接铺至末端以小封头瓦收口。(4)所有脊瓦安装拉线铺设，铺设时砂浆应饱满，勾缝平顺，随装随抹17干净，保持瓦面整洁。(5)清扫干净屋脊，用掺有同盖瓦相同颜色的麻刀灰等在相接的地方勾抹紧密。要及时将瓦面擦抹洁净，防止灰浆污染釉面。(6)屋面琉璃瓦施工完毕后，清洁瓦面的灰浆，每天在完工部分安装瓦件及最后的工序后，要用干净的棉纱将瓦面清理干净，以保持瓦的清洁及亮度。如图5.2-10所示图5.2-10屋面修缮施工6.材料与设备6.1材料土建材料进场前必须经过试验，具体按如下表所示进行检验：序号名称必验项目必要时需验项目凝结时间、细度、1水泥强度、安定性有害物含量18凝结时间、细度、2强度、安定性有害物含量3砖抗压、抗折强度外观、吸水率颗粒级配、4砂石石子压碎指标含泥量、针片状5含水率顺纹抗压、拉、弯、剪木、饰线6.2设备采用的主要施工机具设备见表6.2功率（千序号设备及仪器名称型号牌子数量（台）瓦）1钢筋调直机MB103A22.52钻孔机52.53注浆机42.54钢筋弯曲机MJ39622.55钢筋切断机J3G-40022.26空气压缩机6立方21.17砂浆搅拌机21.18平板式振捣器9520B30.69插入式振捣器9035N40.1310手推车两轮8——1911手提冲击钻博世40.6512射钉机4——13水准仪DS31——7.质量控制7.1质量控制标准7.1.1《古建筑木结构维护与加固技术规范》(GB50165-92)7.1.2《古建筑修建工程施工与质量验收规范》(JGJ159-2008)7.1.3《木结构工程施工规范》(GB/T50772-2012)7.1.4《住宅装饰装修工程施工规范》50327-2001)7.1.5《古建筑修建工程施工及验收规范》(JGJ159-2008)7.1.6《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》(GB）7.1.7《木结构试验方法标准》(GB/T50329-2012）7.1.8《房屋渗漏修缮技术规程》(JGJ/）7.1.9《坡屋面工程技术规范》）《古建筑修建工程施工及验收规范》(JGJ159-2008）见表7.1-1至7.1-3。20大木构件修补的允许偏差和检验方法表7.1-121翼角木基层安装允许偏差和检验方法表7.1-222冷摊瓦屋面的允许偏差和检验方法表7.1-3注：此表引自《古建筑修建工程施工及验收规范》(JGJ159-2008）7.2质量保证措施7.2.1锈蚀严重、麻面、弯曲变形的钢管及门式架严禁使用。7.2.2应的处理方法。7.2.3于3%差不得超过200mm。7.2.4对测量仪器定期进行维护检修，保证其测量精度。并确保试验设备状态良好，所有试验设备的校核必须在有校验资格的单位进行。7.2.5棱角现象。7.2.623制大帽钉联结牢固，使裂缝闭合。7.2.7施工现场堆放油漆、酸、防虫剂类等物品，应用桶装放置。7.2.8对于断面较大的矩形木构件可用U牢，裂缝较宽可用木条嵌补严实，用胶粘牢，小式房屋中断面较小的构件也可采用铅丝或铁条扎绑。7.2.97.2.10按实际需用量和式样，联系瓷厂进行烧制，以保证复原的需要。8.安全措施8.1屋面瓦片修缮操作人员高空作业要做好安全保障措施。8.2核管理规则）考核合格的专业架子工。上岗人员要定期作身体检查，有体检合格证方可上岗。操作人员工作时必须戴安全帽、安全带及穿防滑鞋。8.3路，作好三级漏电保护，手持电动工具切割机、磨光机等，必须有良好的接地，接零。8.4锯木机每班应负责清除木糠，下班后切断电源。严禁在锯木机旁，油漆施工时吸烟、乱丢烟头。各类易燃易爆物品应分类存放在仓库内。8.5精度要求，测量精度采用二级水准，使用精密水准仪，并采用闭合法。业主应为先委托第三方具有资质的观测单位进行观测，施工单位进行检查或校对。8.624更要小心，接触处的榫头更易折断。断后修复非常困难。8.7距离易燃物品1.5米以上，且需装置牢固。8.8门上锁，防止发生意外事件。8.9掷或倾倒物件、余泥、垃圾。8.10使用电动工具和设备时应在空载情况下启动。操作人员应戴上绝缘手套穿上绝缘胶鞋。电动工具和设备发生故障时，应及时进行修理。9.环保措施9.1耳罩、口罩等劳保用品，防止噪声外泄以及伤害工人。9.2虫等工作宜在木材加工厂进行，木材构件随拆随清。9.3料防止对大气土壤的污染。9.4材料和原有的材料，因此合理组织分区作业，分步开展修缮工作，必须利用部分房间作为拆卸下来的木构件等文物的临时存放保护点。9.5用。9.6轮机等，要适当封闭，减少噪声对周边的影响。259.7搅锯木机、木锯床、磨光机等，施工过程中要对其产生的噪声进行控制。9.89.9气味的物质。9.10对现场堆放的垃圾用安全网覆盖，洒水湿润。10.效益分析10.1利用三维模拟的可视性将构件施工难点和上部结构危险源进行排除。模拟优化施工过程