淺談大同南小城遺址病害及保護(hù)措施

牛春

摘 要：南小城是大同古城的重要組成部分，經(jīng)歷600多年風(fēng)雨，墻體出現(xiàn)了風(fēng)化、裂隙、孔洞、失穩(wěn)等多種病害。墻體的風(fēng)化依然是土遺址保護(hù)中最難突破課題，但經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，采用支頂、填補(bǔ)等方法對(duì)墻體進(jìn)行保護(hù)是簡(jiǎn)單、有效、經(jīng)濟(jì)的確保墻體穩(wěn)定的保護(hù)方法。

關(guān)鍵詞：南小城；遺址；病害；治理措施

中圖分類號(hào)：K878 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

南小城是大同古城的重要組成部分，位于大同古城南城墻外側(cè)，明代天順年間巡撫韓雍修筑，黃土夯筑，土中未添加白灰等其他膠凝材料。原城墻周長(zhǎng)3684m，南北直線距離為1230m，北距主城80m。中間筑護(hù)城河，有吊橋與主城相通。形狀相當(dāng)于一把“懸掛的鑰匙”。

南小城墻體出現(xiàn)了土遺址中常見(jiàn)的病害類型，包括風(fēng)化、裂隙、坍塌等多種病害，這些病害聯(lián)合作用于文物本體上，產(chǎn)生惡性循環(huán)，急需解決。

1 城墻病害

南小城經(jīng)歷600余年風(fēng)風(fēng)雨雨，墻體出現(xiàn)了風(fēng)化、裂隙、孔洞等多種病害。

1.1 表面風(fēng)化

城墻的風(fēng)化層表現(xiàn)形式不同，主要形式有兩種：一種為表面結(jié)皮形成硬殼，特征為外部堅(jiān)硬，但土體松散，手摸即碎，內(nèi)部疏松；第二種為表面形成小裂紋，風(fēng)化層較薄。造成此類風(fēng)化作用的主要原因?yàn)轱L(fēng)的吹蝕搬運(yùn)與雨水沖刷作用。此類病害主要分布在城墻遺址的下部，毛細(xì)水作用范圍內(nèi)尤為明顯。

1.2 裂隙（縫）

墻體裂隙主要有風(fēng)化裂隙、卸荷裂隙、構(gòu)造裂隙、建筑工藝裂隙等。風(fēng)化裂隙：是指遺址本體薄弱區(qū)域，在自然力作用下沿著薄弱區(qū)域逐漸深層次風(fēng)化，形成次生裂隙；卸荷裂隙：遺址本體受到挖掘產(chǎn)生殘缺或本體部分坍塌后，平行或近平行于殘缺面而形成的裂隙及伴生的裂隙，一般卸荷裂隙早期發(fā)育快，后期處于緩慢發(fā)展中。卸荷裂隙發(fā)展到一定寬度后會(huì)導(dǎo)致墻體的再次坍塌。卸荷裂隙多由松散剝落土充填；構(gòu)造裂隙一般由于施工工藝的局限性或施工質(zhì)量造成的一種裂隙，這種裂隙一般呈水平狀態(tài)，對(duì)于墻體的整體穩(wěn)定性影響相對(duì)較小；建筑工藝裂隙：即遺址本體之間接茬夯筑縫隙，該縫隙為墻體的薄弱層理，尤其是墻體后期加寬所構(gòu)成的工藝裂隙對(duì)于墻體的穩(wěn)定影響較大。不同類型、不同規(guī)模的裂隙切割遺址本體，裂隙為風(fēng)化提供了有利的通道，從而加劇了裂隙的發(fā)展，最終導(dǎo)致遺址本體局部坍塌。

1.3 坍塌

墻體坍塌的主要表現(xiàn)為傾倒式坍塌和滑落式坍塌。坍塌是由于局部卸荷或者應(yīng)力重分布而導(dǎo)致墻體失穩(wěn)造成坍塌或即將坍塌的病害。墻體的坍塌過(guò)程是一種惡性循環(huán)，當(dāng)墻體某部位出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象后，墻體內(nèi)部的應(yīng)力會(huì)重新分布，由于坍塌邊界為自由邊，因此應(yīng)力重分布的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致自由邊附近出現(xiàn)新的卸荷裂隙，裂隙發(fā)展后會(huì)出現(xiàn)新的坍塌，若不對(duì)墻體采取支撐等保護(hù)措施，原文物本體會(huì)在不久的將來(lái)完全坍塌而徹底失去原有風(fēng)貌。因此，對(duì)于出現(xiàn)坍塌或即將會(huì)出現(xiàn)坍塌的墻體的治理尤為重要。

1.4 人為破壞

不良人為活動(dòng)對(duì)城墻遺址的破壞較為嚴(yán)重，并且這類活動(dòng)直接或間接地放大了自然力對(duì)墻體的不利作用效果，主要表現(xiàn)為：

（1）附近居民人為開(kāi)挖城墻遺址。為了生活和生產(chǎn)的需要，人工開(kāi)挖窯洞作為住所和儲(chǔ)物地洞；

（2）人為搭建房屋。部分居民以城墻為后檐搭建居住的房屋，對(duì)城墻土體的開(kāi)挖，影響了墻體的穩(wěn)定性，導(dǎo)致部分墻體應(yīng)力集中并且出現(xiàn)多條裂隙。

（3）人工開(kāi)挖洞穴。因堆放家用柴火、農(nóng)用工具等人工開(kāi)挖洞穴，戰(zhàn)爭(zhēng)等需要開(kāi)挖防空地道，地道貫穿于整個(gè)城墻遺址，局部有雨水灌入后，長(zhǎng)期浸泡城墻遺址造成局部坍塌，后期人為擴(kuò)大明顯，對(duì)城墻遺址的穩(wěn)定性和完整性造成威脅。

2 墻體保護(hù)措施

土墻城遺址的保護(hù)措施很多，如裂隙注漿、夯筑等。大同南小城現(xiàn)存在多種病害，裂隙發(fā)育、孔洞繁多且規(guī)模大是亟須治理的病害。通過(guò)實(shí)踐證明，采用結(jié)構(gòu)支撐、夯土補(bǔ)填、注漿等保護(hù)措施是有效的。

2.1 結(jié)構(gòu)支撐

南小城墻體現(xiàn)存很多大小不一的孔洞，孔洞一般位于墻體的下部，部分孔洞已造成墻體基礎(chǔ)的破壞。采用磚砌體或加筋磚砌體對(duì)孔洞進(jìn)行支撐、支頂?shù)姆椒ň哂锌赡嫘裕且环N符合文物保護(hù)工程基本原則的方法，通過(guò)該方法可以有效地減緩孔洞周邊裂隙發(fā)展的速度，甚至一些裂隙得到較好的控制，年發(fā)展速度很緩慢，可近似認(rèn)為裂隙已不再發(fā)展，支撐結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

2.2 裂隙注漿

南小城墻體都存在不同程度的裂隙，裂隙注漿是遺址本體病害治理主要措施。對(duì)于裂縫寬度大于20mm的寬大裂隙進(jìn)行灌漿充填，防止大氣降水通過(guò)裂縫滲入到墻體中，導(dǎo)致筑墻土體軟化。裂縫的灌漿可以防止墻體裂隙進(jìn)一步發(fā)育，減緩裂縫的進(jìn)一步風(fēng)化的速度，可以有效地保護(hù)墻體的穩(wěn)定性。

裂隙注漿具體工藝如下：

（1）裂隙清理及模板加固。人工清理配合氣泵，0.1MPa～0.2MPa氣壓對(duì)裂隙內(nèi)殘留的虛土、雜質(zhì)等進(jìn)行清理。對(duì)于危土體預(yù)先進(jìn)行模板加固。

（2）三七灰土漿液表面滲透。采用三七灰土，水灰比1∶0.5對(duì)裂隙預(yù)注漿濕潤(rùn)內(nèi)部土體，以達(dá)到防止土體吸水改變水灰比的目的。

（4）采用三七灰土，用水灰比0.2漿體做封堵裂隙泥；水灰比0.5～0.7混合漿液做灌漿料，保證攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)速率，攪拌時(shí)間不小于3min，隨用隨拌。

（5）裂隙封堵及埋設(shè)注漿管。用配好的封堵漿體封閉裂隙，按照不小于300mm的間距，順著裂隙的走勢(shì)埋設(shè)注漿管。注漿管埋深對(duì)穿透墻體的裂隙要求兩側(cè)在不同高度同時(shí)埋設(shè)。

（6）壓力注漿。對(duì)于危土體預(yù)先進(jìn)行模板加固注漿采用孔底注漿法，注漿壓力控制在0.1MPa～0.3MPa，采用氣泵將漿液按自下而上的次序通過(guò)注漿管進(jìn)行。

（7）封閉注漿孔。注漿結(jié)束后用水灰比0.2漿體封閉注漿口。

2.3 夯筑補(bǔ)填

夯土夯筑是土遺址支頂加固的重要技術(shù)方法，處理墻體局部懸空失穩(wěn)、墻體掏蝕凹進(jìn)嚴(yán)重且上部本體自重較大、墻體或局部有失穩(wěn)趨勢(shì)等情形時(shí)有效。夯土砌筑主要通過(guò)從城墻本體地面壘砌或夯補(bǔ)的方式，有效增強(qiáng)城墻遺址本體存在凌空面的自穩(wěn)能力。

墻體夯筑加固主要針對(duì)人為及其他因素形成墻體凹槽和削弱失穩(wěn)體所采取的加固措施。采用二八灰土夯筑，夯筑土體的干密度要求大于1.70g/cm?，含鹽量小于0.5%，延外筑墻體分層夯筑，每層夯筑高度小于等于150mm，必須過(guò)篩，白灰粒徑5mm，黏性土夾砂粒徑15mm。具體施工工藝如下：

（1）清理遺址本體根部虛土，直至持力層，并進(jìn)行必要的夯筑。

（2）噴灑一定量的水在遺址本體的根部，完全浸濕遺址本體坍塌區(qū)域和根部，確保夯筑砌補(bǔ)墻體與原墻體有足夠額黏結(jié)力。

（3）下部夯筑填補(bǔ)，城磚砌筑0.5m高度開(kāi)始二八灰土填充夯筑，隨砌筑高度逐步夯筑，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（4）對(duì)于高于城磚砌體的墻體部分，采取加固補(bǔ)強(qiáng)的措施，保護(hù)現(xiàn)狀，科學(xué)展示。

2.4 包磚砌墻保護(hù)

南小城的保護(hù)性包磚墻體砌筑高度4m，采用青磚砌筑，如圖3所示。結(jié)合文物保護(hù)的基本方針和原則，對(duì)原土遺址墻體進(jìn)行包磚的方法進(jìn)行保護(hù)是可逆的，并且對(duì)原墻體的干預(yù)最小，并且包磚的方法具有多種優(yōu)點(diǎn)。

（1）墻體保護(hù)性包磚可以確保墻體基礎(chǔ)的穩(wěn)定。

（2）確保大部分墻體免受降水沖刷等自然力的不良作用，減緩的墻體的風(fēng)化速度。

（3）保證了墻體不再受到不良人為因素的破壞，孔洞的夯填土體和孔洞的支頂保護(hù)措施也得到了保護(hù)。

（4）墻體包青磚的做法與古城墻原有做法相近，歷史得以延續(xù)，并且與主城墻風(fēng)格類似，不失城市風(fēng)貌的整體性。

結(jié)語(yǔ)

大同南小城墻體病害多，部分墻段病害集中，處于失穩(wěn)、倒塌的邊緣，通過(guò)保護(hù)性支頂、墻體根部夯土補(bǔ)筑、裂隙注漿和包磚等加固措施的實(shí)施，墻體的整體穩(wěn)定性得以保證，墻體以后會(huì)免受人為因素的破壞，自然力作用下的風(fēng)化速度也會(huì)放緩，使這座經(jīng)歷600多年的古城墻風(fēng)貌得保存和延續(xù)。

實(shí)踐證明，在類似的土城墻遺址保護(hù)中，集中精力處理裂隙、孔洞等重要病害是必要的，并且磚體砌筑支頂保護(hù)、裂隙注漿等工程手段對(duì)于處理這類病害也是經(jīng)濟(jì)、有效的。

參考文獻(xiàn)

[1]趙海英，李最雄.西北干旱區(qū)土遺址的主要病害及成因[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，22（s2）：2875-2880.

[2]中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院.中國(guó)文物保護(hù)與技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[3]黃克忠.巖土文物建筑的保護(hù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

[4]李最雄.絲綢之路古遺址保護(hù)[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[5]聯(lián)合國(guó)教科文組織.文物保護(hù)中的適用技術(shù)[M].北京：中國(guó)對(duì)外翻譯出版社，1985.