榆林卫城南城墙加固试验研究

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榆林城墙为第六批(2006年)全国重点文物保护单位之一,夯土建筑,局部外侧包有城砖,与我国各地古城墙建筑形式基本相同,始建于1437年,直到解放后尚且保存完好。随着社会发展,榆林城墙已面临消亡的危险,对其加固保护已迫在眉睫。文章通过对榆林城墙病害现状调查,分析了其破坏因素与破坏机理,在此基础上,提出了改性素土夯筑加固保护方案。通过对改性素土的系列试验,确定了具有良好耐候性能的素土配比方案。结合中国古城墙施工经验,对榆林城墙夯筑加固保护的施工工艺提出来具体要求。主要研究内容有:1、为保证改良城墙土体具有良好的强度、耐水与耐风蚀等指标,对榆林城墙土样的化学成分进行了分析,分析表明城墙土体含有一种产于华北、西北黄土地带及石灰岩古风化层中的建筑材料—料姜石。在化学分析的基础上,确定了在土样里加入不同比例掺合料(料姜石、水泥、熟石灰)的方法来改善土体性能的夯土配比方案。2、按不同土样配合比夯筑试件,测定各试件含水率、干密度,得出了最优含水率曲线。对各配比试件进行了5项试验工作,分别是:无侧限抗压强度,耐盐侵蚀,耐水解,雨水冲刷及冻融试验。在试验基础上,探讨了各试验环境对土体的破坏机理及改性材料对土体的作用机理,从而得出如下结论:少量改性材料对土体抗压强度影响较小;水泥用量在≤10%时对改性土体抗压强度影响甚微;改性土强度与料姜石和石灰添加量成线性关系;水泥能改善土体的耐盐、耐水、抗冲刷及抗冻融等性能;料姜石和石灰对土体耐候性能的提高远不及水泥,水泥用量导致土体颜色变暗及受到盐侵蚀时生成大量白色石膏晶体,对墙体的外观影响极为为严重。在古城墙维修中,水泥用量应严格控制在10%以内(质量比)。3、论文用ABAQUS有限元分析软件对城墙土体在地震、自重及其它竖向荷载作用下的力学性能进行了分析,验证了竖向荷载作用下应用改性土和城砖加固城墙在力学性能方面的可行性;地震荷载作用下,改性土体、外包城砖和内部素土拉结时,城墙具有较好的整体性,位移和应力都能满足要求;通过三条地震波计算分析得出城墙顶面地震加速度较地面放大4.39倍。论文研究表明,按照(5%水泥、5%石灰、10%料姜石、80%的土)进行配比加固的夯土城墙体具有良好的耐久性和力学性能,完全可以满足改性方案的要求。2012年7月27日榆林遭受百年一遇特大暴雨,应用改性夯土加固过的墙体完好无损,而该地区其它加固中的城墙都有不同程度的损伤。实践证明本次试验研究较符合实际情况。
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