南京城墙内部人防工事对城墙结构影响的调查与研究

王天文（南京城墙保护管理中心，南京 210008）

南京城墙内部人防工事对城墙结构影响的调查与研究

王天文
（南京城墙保护管理中心，南京 210008）

针对目前南京城墙内部人防工事展开文物保护工作过程中存在的问题与影响，文章以钓鱼台街道城墙工事为例，分析研究了南京城墙内部人防工事对城墙结构影响的重要性与检查检测方法，并对监测结构进行分析评价，旨在为保护南京城墙提供一些理论依据。

南京城墙；结构影响；检测方法；三维激光扫面技术；防排水

Abstract:In view of the existing problems and impacts in the process of cultural relics protection in civil defense fortifications for Nanjing city wall, taking the city walls of Diaoyutai Street as an example, this paper highlights the importance of civil defense fortifications to the wall structure and seeks to investigate its inspection methods. The monitoring structure is analyzed and evaluated, which aims to provide some theoretical basis for the protection of Nanjing city wall.

Key words:Nanjing City Walls; configuration effect; inspection method; 3D laser scanning technology; waterproof and drainage

随着我国市场经济发展进程的不断加快，物质生活的丰富使得人们对精神生活的需求越来越大。历史文物作为传承中华民族传统品德重要组成部分，其已经成为我国立于世界之林的根本之一。然而，20世纪六七十年代在城墙内部修筑的人防工事对城墙整体结构的影响研究却十分有限，从而阻碍了对南京城墙保护措施的顺利进行。针对这一问题，相关文物保护人员以南京城墙内部人防工事为例，充分利用了现有的科学技术，即三维扫描技术、地质雷达技术等相关技术手段，研究了城墙本体内部的人防工程对城墙结构的影响，从而力求找出城墙保护与修缮的有效措施。这是保护我国具有历史文化底蕴代表色彩——南京城墙的重要课题，因此应受到文物保护人员的高度重视与积极参与。

1 研究的重要性

南京城墙位于我国江苏省南京市，城墙总长为35.267 km，保存完好25.091 km，其中包含遗迹与遗址共10.176 km。南京城墙作为国家级文物保护单位是明初建造的京城城墙，其根据不同地段地形与地貌，建造了外郭城、外城、宫城以及皇城。据相关数据统计，南京明城墙是目前世界上现存最长、规模最大且保存原真性最好的古代城垣。城墙作为历史的文物，其虽随着历史的发展进程，已完成了它的历史使命，冷兵器时代那种防卫功能早已消失。然而，由于自然和人为因素，许多具有重大历史、艺术以及科学价值的古城墙遭受了破坏，还能尚留局部或残好相间的古城墙也已不多，大多数古城墙已完全消失了。城市的城墙对于我国几千年的社会发展历史、政治经济、军事防御工程技术等科学研究都有重要的意义，城墙在发展旅游事业中，更是起着重要的作用。保护历史文化名城的重要标志的古城墙尤为重要，已刻不容缓，即留住城墙就是留住历史[1]。

为此，本次南京明城墙人防工事质量检测以钓鱼台街道城墙工事为试点，对人防工程进行结构检测及安全性评估。这里检测与评估的主要内容有：人防工程的断面检测、衬砌外观质量检测、钢筋位置检测、衬砌强度检测以及衬砌内部质量检测等。其目的是为南京城墙的历史文物保护提供一些科学依据，从而提高文物保护工作的展开效率。

2 调查方法

2.1 人防工程的断面检测

本次进行南京城墙人防工程断面检测主要采用三维扫描方法，从而为城墙人防工程的数字化检测奠定基础，以为城墙的文物申遗工作做好准备。研究表明，三维扫描结构是城墙及内部人防工事真实尺寸的客观反映，即能够明确人防工事与城墙的位置关系，从而得到人防工事内部任意断面的实际尺寸。与此同时，通过三维扫描的点运数据，绘制人防工事纵断面图确定洞内标高，对后期洞内防排水处置方案的制订及内部衬砌改造具有重要的指导意义。此外，利用三维扫描技术还能实现人防工事内部三维实景的再现，即利用类似于目前市面上的VR功能。由于此项工程的工作量巨大，因此研究人员应对其进行更进一步的完善。通过对人防工事和外部城墙进行定期扫描，可实现对人防工事及外部城墙的变形观测。

2.2 衬砌外观质量检测

衬砌外观质量检测包括防空洞内部洞身和外部城墙外观质量检查。外观检查方式为检测人员抵近检查，衬砌外观质量检查内容有：

(1)有无裂缝，利用钢卷尺、测探仪对裂缝的长度、宽度、深度进行检测；

(2)起层剥落情况，记录病害位置、程度、范围等；

(3)渗水情况，记录渗水位置、程度等；

(4)墙体施工缝、变形缝有无开裂、错台。

2.3 钢筋位置检测

钢筋保护层位置是影响人防结构耐久性的重要因素之一，通过对混凝土构件保护层厚度的检测，能够更好地掌握混凝土保护层厚度对钢筋锈蚀的影响程度。钢筋位置、保护层厚度检测是采用钢筋探测仪检验第一层钢筋排列位置及钢筋保护层是否符合规定，钢筋分布检测时，应采用钢筋探测仪扫描测区内钢筋的分布情况。根据电磁场理论，线圈是严格磁偶极子，当信号源供给交变电流时，其向外界辐射出电磁场；钢筋作为一个电偶极子，其接收外界电场，从而产生大小沿钢筋分布的感应电流，钢筋的感应电流重新向外界辐射出电磁场，进而使原激励线圈产生感应电动势，从而使线圈的输出的电压产生变化。在此情况下，钢筋位置测定仪就能确定钢筋所在的位置及其保护层厚度。而在钢筋的正上方时，线圈输出的电压受钢筋产生二次磁场的影响最大。由于渗漏水情况的存在，使得钢筋探测仪的测量范围受到了限制。为此，南京城墙内部人防工事钢筋位置检查人员，可采用地质雷达配备1.5 GHz天线进行检测。与此同时，还要对其他测区进行地质雷达检测，以提高检测结构获取的准确性。

2.4 衬砌强度检测以及衬砌内部质量检测

衬砌混凝土抗压强度的检测主要利用回弹法进行检测。以100 m为一个节段进行混凝土的强度测量，在每个节段内边墙上布置10个测区，每个测区内测量16个回弹值，剔除3个最大值和3个最小值，然后将剩下的10个回弹值平均，求得测区平均回弹值。这里的回弹仪非水平方向检测混凝土浇筑侧面或回弹仪水平方向检测混凝土浇筑表面时，应对混凝土回弹值进行修正。根据测区混凝土平均回弹值及平均碳化深度检测，能更好地了解混凝土内部钢筋碱性钝化的状态，进而判断碳化对钢筋锈蚀的影响，从而得出人防工事结构强度。

3 检测结果的分析与评价

以三维激光扫面技术与钢筋位置检测结果为例，利用三维激光对人防工事内部及外围城墙进行了测扫，得到了人防工事内部的走向与标高、内部轮廓以及人防工事与城墙的位置关系。如图1、图2所示为三维扫描技术应用下，得出的南京城墙人防工事内部测扫点云图与人防工事内部三维立体图。

图1 人防工事内部测扫点云图

图2 人防工事内部三维立体图

图2中所示的三维矢量数信息，精确定位了南京城墙人防工事的走向与洞内断面标高，从而明确了内部洞室与外部城墙的对应关系。这就为城墙文物保护提供了基础档案数据，今后，在对城墙内部进行加固及防排水设施建设时，就不会影响其内部结构，最终起到真正保护的目的。

钢筋保护层厚度检测结果为：对于洞内钢筋混凝土结构区域，共选取检测样本为9组，其中钢筋保护层最小值为26.4 mm，最大值为57.5 mm。参照《人民防空工程施工及验收规范》（GB50134—2004）中的要求，受力钢筋的钢筋保护层厚度要符合设计要求。当设计没有具体要求时，则应在正常环境下，不能小于25 mm；在高湿度环境下，不能小于45 mm。由于洞内衬砌表面普遍存在不同程度的渗水及滴水现象，因此，可判断南京城墙钢筋保护层为高湿度环境，且钢筋保护层厚度不能小于45 mm。由此，可得出结论，检测样本中仅有3组满足规范要求，6组未满足规范要求。

造成上述问题出现的原因为钢筋锈胀，人防工事主要为砼和砖结构，由于衬砌与填料之间设置防水层，这就使地下水和上部覆盖层裂隙水渗入混凝土内部与钢筋接触，导致钢筋锈蚀，锈蚀钢筋持续膨胀进而使钢筋保护层混凝土发生胀裂。针对这一问题，文物保护人员应查明渗水原因，而后，根据渗水原因采取相应的处置措施，即对富水地段进行一系列的引水或是堵水处理，对于衬砌微小裂隙引起的现状滴漏水，应采用导水管，沟槽等方式，将渗流引入室外，或者采用止水材料填充沟槽进行止水。这是控制南京城墙人防工事本身结构问题的关键，研究人员应将其重视起来，以提高文物的保护效果[2]。

4 结束语

南京明城墙作为我国乃至世界保存最为完好的古城墙，其申报世界文化遗的工作也在积极的推动当中。为保护南京城墙不受自然环境及内部人防工事的影响，研究人员应充分利用现有的科学技术，以使其发挥出高效率、高成果以及高适用性的作用价值。尽可能地避免南京城墙受到因为内部人防工事的废弃、老化而可能带来的严重后果，为将来南京城墙的修缮及加固提供科学依据[3]。

[1]杨国庆,王志高.南京城墙志[M].南京:凤凰出版社,2008.

[2]郑必勇.浅议南京城墙损伤与防范[J].江苏建筑,2001(2):6-9,29.

[3]王滨.刍议做好南京城市建设中的文物保护工作[J].新西部旬刊,2016,18(9):52.

Investigation and Research on the In fl uence of Civil Air Defense Works on the City Wall Structure in Nanjing City Wall

WANG Tianwen
（Nanjing Citywall Protection and Management Center, Nanjing 210008, China）

K928.77

A

王天文（1987-），男，助理馆员，主要研究方向为文物保护。E- mail:77930380@qq.com.