丁 偉

（河北省建筑科學(xué)研究院有限公司，河北 石家莊 050021）

0 引 言

古建筑作為人類文明發(fā)展的重要遺產(chǎn)之一，具有極高的歷史、藝術(shù)、科學(xué)、社會(huì)及文化價(jià)值。我國(guó)第三次全國(guó)文物普查，被認(rèn)定為不可移動(dòng)文物的數(shù)量約 76 萬(wàn)余處，其中在河北地區(qū)，有懷來(lái)雞鳴驛城、豐潤(rùn)玉煌塔、定州古塔等較大比例的以傳統(tǒng)手工青磚和灰漿砌筑而成的砌體為主要豎向受力構(gòu)件的古建筑。這些古建筑有的受到自然條件的侵蝕，有的受到人類活動(dòng)的破壞，急需要進(jìn)行科學(xué)化保護(hù)，為達(dá)到對(duì)古建筑本體最小干預(yù)的原則，對(duì)古建筑本體的檢測(cè)評(píng)估工作尤為重要。

由于古建筑墻磚主要用于承受壓力，因此對(duì)古建筑墻磚質(zhì)量檢測(cè)的重點(diǎn)為對(duì)其強(qiáng)度的檢測(cè)，其強(qiáng)度的指標(biāo)直接關(guān)系到文物古建筑結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性［1］。

回彈法具有設(shè)備輕便，操作簡(jiǎn)便高效，對(duì)場(chǎng)地條件要求不高，對(duì)文物古建筑無(wú)損的優(yōu)點(diǎn)，使得該方法非常適合進(jìn)行古建筑墻磚強(qiáng)度的檢測(cè)。

目前本課題組已建立了河北地區(qū)古城墻磚測(cè)強(qiáng)曲線［2］以及保護(hù)維修工程用現(xiàn)代手工城磚測(cè)強(qiáng)曲線［3］。由于古建磚料的品種、規(guī)格尺寸一直沒有統(tǒng)一規(guī)定，且規(guī)格尺寸相差較大，上述已建立的兩條曲線均是針對(duì)規(guī)格尺寸較大的城磚得出的，是否適用于其他較小規(guī)格尺寸的手工青磚還有待進(jìn)一步研究。

基于上述問(wèn)題，本文結(jié)合豐潤(rùn)玉煌塔、遵化清東陵景陵圣德神功碑樓、中央人民廣播電臺(tái)舊址等多項(xiàng)古建筑維修項(xiàng)目，選取了一定數(shù)量的與燒結(jié)普通磚尺寸相當(dāng)?shù)男∫?guī)格古建筑墻磚，對(duì)采用回彈法測(cè)試其強(qiáng)度進(jìn)行了系統(tǒng)研究。

圖1 直線式回歸曲線

圖2 冪函數(shù)式回歸曲線

圖3 指數(shù)函數(shù)式回歸曲線

1 小規(guī)格古墻磚回彈測(cè)強(qiáng)試驗(yàn)研究

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

本次試驗(yàn)采用型號(hào)為 HT-75 的回彈儀以及 WEW-300B/600B 型液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。

1.2 磚樣選取及試件制備

結(jié)合古建筑維修保護(hù)項(xiàng)目，以盡可能使所選取磚樣強(qiáng)度分布最大為目的，共抽取小規(guī)格古墻磚 60 塊，用于回彈和直接抗壓強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)。

將所抽取的 60 塊磚樣，輔以部分普通磚，緊貼房屋墻面，采用 M 2.5 的混合砂漿砌筑成標(biāo)準(zhǔn)墻片，墻片高度約 2.5 m。

1.3 回彈及抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

待所制做的標(biāo)準(zhǔn)墻片養(yǎng)護(hù) 28 d 后，依次在每塊已編號(hào)的磚樣的外露條面上采用回彈儀進(jìn)行回彈測(cè)試，每塊磚的外露條面上均勻布置 5 個(gè)彈擊點(diǎn)，相鄰彈擊點(diǎn)間距不小于 30 mm，兩邊彈擊點(diǎn)離磚邊緣不小于 30 mm。對(duì)應(yīng)磚樣編號(hào)依次記錄回彈值，并計(jì)算每塊磚樣 5 個(gè)回彈值的平均值。

待標(biāo)準(zhǔn)墻片內(nèi)所有青磚回彈測(cè)試完畢，去掉粘結(jié)砂漿，將每塊已編號(hào)青磚磚樣制成一次成型試樣，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 2542-2012《砌墻磚試驗(yàn)方法》［4］進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試。對(duì)應(yīng)磚樣編號(hào)，依次測(cè)量每塊試樣連接面長(zhǎng)度（L）和寬度（B），并記錄最大破壞荷載（P），計(jì)算每塊試樣的抗壓強(qiáng)度Rp=P/（L×B）。

1.4 回彈測(cè)強(qiáng)曲線的建立

回彈及抗壓測(cè)試完成后，每個(gè)試樣均得到回彈值平均值Ri和抗壓強(qiáng)度f(wàn)i兩個(gè)數(shù)據(jù)。二者之間的關(guān)系存在一定的規(guī)律性，這種規(guī)律性的聯(lián)系稱為相關(guān)性［5-7］。

參考 JC/T 796-1999《回彈儀評(píng)定燒結(jié)普通磚強(qiáng)度等級(jí)的方法》［8］中，回彈儀評(píng)定磚強(qiáng)度等級(jí)測(cè)強(qiáng)曲線的制定方法，分別采用直線式、冪函數(shù)式、指數(shù)函數(shù)式三種回歸方程，按照最小二乘法原理進(jìn)行回歸分析，結(jié)果如圖1～3 所示。

用抗壓強(qiáng)度值和平均回彈值，按各回歸方程式計(jì)算強(qiáng)度的相關(guān)系數(shù)、平均相對(duì)誤差、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差，如表1所示。

表1 回彈測(cè)強(qiáng)回歸對(duì)比表

根據(jù)表1，測(cè)強(qiáng)曲線選用相關(guān)系數(shù)相對(duì)較大、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差相對(duì)較小的線性函數(shù)表達(dá)式（1）。

為了驗(yàn)證該方程回歸效果的顯著性，采用F檢驗(yàn)法對(duì)上述回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果為回歸方程的回歸效果顯著。

由于受到所抽取古墻磚強(qiáng)度分布的限制，故本測(cè)強(qiáng)曲線僅適用于強(qiáng)度為 4～15 MPa 的小規(guī)格古墻磚的檢測(cè)。

2 河北地區(qū)古建筑墻磚統(tǒng)一回彈測(cè)強(qiáng)曲線的建立

2.1 古城墻磚回彈測(cè)強(qiáng)曲線

河北地區(qū)規(guī)格尺寸較大的古城墻磚回彈法測(cè)強(qiáng)公式如式（2）所示。

2.2 古建筑墻磚統(tǒng)一回彈測(cè)強(qiáng)曲線的建立

將一定間隔的回彈值代入式（1）、（2），可分別得到相應(yīng)換算抗壓強(qiáng)度值，計(jì)算結(jié)果如表2及圖4所示。

表2 換算抗壓強(qiáng)度對(duì)比表

圖4 測(cè)強(qiáng)曲線對(duì)比圖

由表2和圖4的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，小規(guī)格古墻磚以及大規(guī)格古城磚測(cè)強(qiáng)曲線較接近，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法可以將該兩條曲線回歸出回彈法檢測(cè)古建筑墻磚的統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)公式。

圖5 擬合曲線

選取范圍在 22～38 之間的 33 個(gè)回彈值（等差為0.5），分別按照小規(guī)格古墻磚以及大規(guī)格古城磚強(qiáng)度換算公式計(jì)算得到相應(yīng)的換算抗壓強(qiáng)度值。將得到的66（33×2）組“回彈值-抗壓強(qiáng)度”數(shù)據(jù)描繪出散點(diǎn)圖特征?？紤]到古墻磚低強(qiáng)度區(qū)的適用性，采用冪函數(shù)式按最小二乘法對(duì)回彈值-抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸，得到統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線，如圖5所示。計(jì)算相關(guān)系數(shù)為 0.986，數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù) 66，回歸公式為式（3）。

2.3 與現(xiàn)代燒結(jié)普通磚回彈測(cè)強(qiáng)公式比較

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，GB/T 50315-2011《砌體工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》［9］（以下簡(jiǎn)稱“GB/T 50315-2011”）和GB/T 50344-2004《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》［10］（以下簡(jiǎn)稱“GB/T 50344-2004”），均給出了燒結(jié)普通磚的回彈測(cè)強(qiáng)公式，分別為式（4）、（5）。

為利于古建筑墻磚與現(xiàn)代燒結(jié)普通磚測(cè)強(qiáng)曲線的對(duì)比分析，并考慮各曲線的適用范圍，將一定間隔的回彈值分別代入式（3）～（5）中，計(jì)算出相應(yīng)的換算抗壓強(qiáng)度值，并繪制回彈測(cè)強(qiáng)曲線對(duì)比圖，分別如表3和圖6所示。

表3 換算抗壓強(qiáng)度值對(duì)比表

圖6 回彈測(cè)強(qiáng)曲線對(duì)比圖

根據(jù)表3、圖6，古墻磚測(cè)強(qiáng)曲線和兩部現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)給出的燒結(jié)普通磚測(cè)強(qiáng)曲線相比較，古墻磚測(cè)強(qiáng)曲線切線斜率明顯低于兩部標(biāo)準(zhǔn)給出的燒結(jié)普通磚測(cè)強(qiáng)曲線，說(shuō)明隨著回彈值的增加，古墻磚換算抗壓強(qiáng)度增勢(shì)緩于兩部標(biāo)準(zhǔn)給出的普通磚換算抗壓強(qiáng)度增勢(shì)。在古墻磚測(cè)強(qiáng)曲線適用范圍內(nèi)，在相同回彈值的情況下古墻磚換算抗壓強(qiáng)度值均高于兩部標(biāo)準(zhǔn)燒結(jié)普通磚換算抗壓強(qiáng)度值，且隨回彈值的增大呈接近趨勢(shì)。

2.4 工程應(yīng)用

結(jié)合烏龍溝長(zhǎng)城、廣宗縣官署正堂等多項(xiàng)古建筑維修保護(hù)項(xiàng)目，對(duì)所得的統(tǒng)一回彈測(cè)強(qiáng)曲線的適用性進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明，古墻磚統(tǒng)一回彈測(cè)強(qiáng)曲線f=0.0193R1.8079，適用于所抽取的各種規(guī)格古墻磚，精度較好。

3 結(jié) 語(yǔ)

依據(jù)國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)程，通過(guò)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，建立了小規(guī)格古墻磚回彈測(cè)強(qiáng)曲線。并通過(guò)大規(guī)格城磚與小規(guī)格古墻磚測(cè)強(qiáng)曲線的對(duì)比、回歸分析，給出了適用于河北地區(qū)各種規(guī)格尺寸古建筑墻磚的統(tǒng)一回彈測(cè)強(qiáng)曲線，回彈測(cè)強(qiáng)公式為：f=0.0193R1.8079。該測(cè)強(qiáng)曲線適用于強(qiáng)度為 4～15 MPa 的各種規(guī)格古墻磚的檢測(cè)，當(dāng)超出本曲線適用范圍時(shí)，應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證后使用，或制定專用回彈測(cè)強(qiáng)曲線。

該統(tǒng)一回彈測(cè)強(qiáng)曲線的建立豐富了文物古建筑現(xiàn)狀無(wú)損檢測(cè)手段，促進(jìn)了河北地區(qū)回彈法檢測(cè)古建筑墻磚抗壓強(qiáng)度的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。