广东文博工作者用科技为潮州广济桥安全“保驾护航”
2020-10-16 上午 11:15   作者:广东省文物考古研究所 曹勇、 广州鲁班建筑结构设计事务所有限公司 张德华   
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  2020 年 10 月 13 日,习近平同志在广东潮州考察,首先参观了广济桥,察看了文物保护情况。广济桥美好的背后,离不开广东文博工作者的默默付出。广东文博工作者用科技武装自己,用数字编织起一道文物安全监测体系,有力地监控着文物的安全,为文物的正常使用“保驾护航”。

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图 1、全国重点文物保护单位广济桥

  广济桥是南粤古驿道上的重要古桥之一,位于潮州古城东门外,横跨韩江,连接东西两岸,是古代闽粤的交通要津。古人曾有“到潮不到桥,枉费走一遭”的说法。随着现代城市基础设施建设的飞速发展,城市交通也在不断变化,古桥逐渐弱化了其交通功能。2017 年,在潮州广济桥管理部门的水下文物检查中,突然发现广济桥部分桥墩底局部有被水流掏空现象。

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图 2、桥墩底局部被水流掏空

  为了更好的保护好该文物,全面掌握该桥水下基础情况,确保桥梁的运行安全,并为管理部门提供准确、直观、可靠的资料,受潮州广济桥文物管理所委托,在广东省文物局的支持下,广东省文物考古研究所联合广州鲁班建筑结构设计事务所有限公司对广济桥进行了全面的生命周期检测。广济桥检测工作依据国家有关规范、标准进行,检测工作始于 2017 年 7 月,截止于 2020 年 3 月,一共对广东省潮州市广济桥的水中墩台基础现状进行了三期的检测及评估。其中检测的广济桥水中墩如下:0#台、1#墩、2#墩、3#墩、4#墩、5#墩、6#墩 、7#墩、8#墩、9#墩、10#墩、11#墩、12#墩、13#墩、14#墩、15#墩、16#墩、17#墩、18#墩、19#墩、20#台,共计对21个桥墩台的水下基础进行了检测。

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图3、桥墩编号分布图

  经水下探摸检测,4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#、13#、14#、15#、16#、17#、18#、19#号桥墩病害有所发展,病害发展主要体现在桥墩底部出现新被掏空部位,或被掏空部位范围扩大。 

  采用超声波测深仪进行河床断面测量中,共测试桥向 4 个断面,分别位于上游 5m 和 10m 处、下游 5m 和 10m 处的桥位处上下游河床;横桥向测量中心河床上下游各 50m 范围;河床变化不大。 

  为了解桥墩地基工作现状,工作人员对广济桥于 2017 年 7 月 18 日开始进行沉降及位移监测点布装,其中东桥共布装 44 个沉降监测点、12 个位移监测点,西桥共布装 22 个沉降监测点、7 个位移监测点,并于 2017 年 7 月 20 日进行了初测。截止至 2020 年,共对广济桥 66 个沉降监测点、19 个位移监测点进行了 6 次监测(含初次监测)。监测显示东桥桥墩累计下沉变化最大为 12 号桥墩点DC43,下沉变化量为-1.22mm;西桥桥墩累计下沉变化最大为 15 号桥墩点 XC14,下沉变化量为-0.33mm。截止至 2020 年,东桥桥墩、西桥桥墩累计位移变化值在-1~1mm 内,位移变化不具规律性。总体结构位移较小。 

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图 4、DC1~DC44 测点布置图

  桥墩面沉降监测

  为了解桥墩地基工作现状,工作人员对广济桥于 2017 年 7 月 18 日开始进行沉降及位移监测点布装,其中东桥共布装 44 个沉降监测点、12 个位移监测点, 西桥共布装 22 个沉降监测点、7 个位移监测点,并于 2017 年 7 月 20 日进行了初测。截止至 2020 年,共对广济桥 66 个沉降监测点、19 个位移监测点进行了 6 次监测(含初次监测)。为后期的变形判定提供了有效数据支撑。

  数据分析和结论

  根据上面得到的地面沉降数据和水下掏蚀数据,工作人员进行了专业分析 。

  水下数据分析: 

  广济桥自 2017 年至 2020 年期间共计三次水下检测。广济桥砌石墩身主要损坏为墩身表面砌石间隙灰浆脱落、少处墩身条石有裂开、缺空现象、局部墩身周边水泥垫块基础有被冲刷掏空或水泥垫块外围有冲刷掏空和墩身基础的垒石岸洲存在塌陷、沉降,冲毁、造成墩身基础底部脱空、条石塌陷、垒石散乱的现象。其中 4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#、13#、14#、15#、16#、17#、18#、19#号桥墩病害有所发展,病害发展主要体现在桥墩底部出现新被掏空部位,或被掏空部位范围扩大。 

  河床断面测量中,河床的基础主要为抛石基础,上游的河床相对较平整,由于上游受水流冲刷已形成石头堆积,洪水季节引起的水流翻滚会破坏垫块及基础的结构稳定,现在桥墩上游的垒石基础被破坏,存在高低不平或冲坑现象;下游为背水面,垒石基础相对较稳定,未发现明显深坑现象。 

  地面沉降和位移检测 

  截止至 2020 年,东桥桥墩累计下沉变化最大为 12 号桥墩点 DC43,下沉变化量为-1.22mm;西桥桥墩累计下沉变化最大为 15 号桥墩点 XC14,下沉变化量为-0.33mm。

  截止至 2020 年,东桥桥墩、西桥桥墩累计位移变化值在-1~1mm 内,位移变化不具规律性。 

  最终结论

  综上所述,结合数据勘察小组得出如下结论:

  1.对广济桥桥面构件、亭台结构检查,未发现有结构性损坏。 

  2.对广济桥桥墩受水流冲刷抗滑移进行验算,桥墩汛期与枯水期流水压力远远小于桥墩抗滑移摩擦力,因此水流压力作用对桥墩基本无影响。

  3.根据广济桥桥墩沉降监测数据,目前广济桥各桥墩均处于稳定状态。

  4.对比 2017 年 9 月与 2018 年 2 月广济桥桥墩附近河床地形测绘结果,广济桥桥墩附近河床地形无明显变化,表明在枯水期内,韩江江水对河床地形影响较小。

  5.广济桥目前仍处于稳定状态,但广济桥桥墩底部掏空较为普遍,考虑今后仍有可能因冲刷导致损害加剧,为避免桥墩在今后进一步冲刷,影响广济桥的安全,应对出现掏空情况的桥墩进行修缮。 

  提出加固方案和后期监测意见

  综合以上基础工作成果综合分析,对各种水文情况下河水冲刷对桥墩的影响及影响程度,桥墩的安全程度作出评估,最后工作组提出桥墩结构安全性、耐久性的结论性意见和保护建议。

  提出修缮方案

  结合现状勘察结果,在不破坏历史原貌的前提下,提出保护措施,明确针对目前损害情况、水文条件及最不利条件下(洪水、泄洪、地震)需采取的加固防治措施,材料、做法等。

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图5、工作人员汇报方案

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图6、形成修缮设计方案

  根据专家意见及实际工程情况,提出修缮措施:

  1.桥墩基础加固: 针对桥墩基地冲刷现状,采用基底增加防护圈的方式对广济桥桥墩进行加固处理。 

  2.墩体修复:针对损坏现状,根据损坏部位及形式,采用抹灰、剔凿挖补法、零星添配法、择砌或补缝、乃至保持现状等方式进行分别处理,采用原风格材料修补缺失、破损部分。

  并出具最终设计施工图纸。 

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图7、部分修缮图纸

  做出后期监测意见

  1、设置桥墩的长期观测点,加强对桥墩的监测,建议对该桥每年进行一次定期检测,特别针对桥墩下部基础结构安全进行监测。 

  2、在抢救性处理结束后,还需定期对韩江水流流速进行测试,并对河床走势进行测绘,对广济桥桥墩水下冲刷情况继续进行监测。

 

  (本文由曹劲推荐,南粤古驿道网采编整理。版权所有,转载请注明出自南粤古驿道网,欢迎转载。) 

责任编辑:洪惠