土遺址保護(hù)十年思考
土遺址是以土為主要建筑材料的具有歷史、文化和科學(xué)價(jià)值的古遺址。中國(guó)土遺址包含的歷史過(guò)程從石器時(shí)期綿延至近代。歷經(jīng)了數(shù)千年自然、人為等因素的破壞，現(xiàn)存土遺址大都存在嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)隱患等病害，有些已大面積坍塌或消失。
土遺址保護(hù)加固技術(shù)是長(zhǎng)期困擾文物保護(hù)工作者的一大難題。自2006年在吐魯番地區(qū)開(kāi)展土遺址保護(hù)項(xiàng)目始，筆者參與我國(guó)大型土遺址保護(hù)工程歷時(shí)已10年，有一些思考和看法愿與大家分享。
土遺址病害主要表現(xiàn)形式
構(gòu)成土遺址的材料有黏土、粉土及砂類(lèi)土等多種，其賦存的自然環(huán)境也千差萬(wàn)別，土遺址病害的表現(xiàn)形式亦多種多樣。從保護(hù)的角度看，影響土遺址“帶病延年”的病害有哪些？哪些最具威脅性？哪些是目前可以治理的病害？哪些是目前尚無(wú)有效措施治理的病害？正確認(rèn)識(shí)這些問(wèn)題，無(wú)疑對(duì)制訂土遺址保護(hù)策略，選擇土遺址保護(hù)措施，具有非常重要的意義。
依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，筆者將土遺址常見(jiàn)病害概括為如下幾類(lèi)：
1.墻基凹蝕
常見(jiàn)于有一定壁立高度的墻（土）體的根部。形成內(nèi)因大致有三：第一，遺址墻體一般直接夯筑于生土上，地下毛細(xì)水富集于墻基，使墻基土體凍融致結(jié)構(gòu)疏松。第二，毛細(xì)水?dāng)y帶土壤易溶鹽，使之富集于墻基，隨著溫度、水分的變化周期性溶解收縮—結(jié)晶膨脹—再溶解收縮，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)松散、黏聚力下降、強(qiáng)度降低。第三，墻基是各種昆蟲(chóng)、鼠類(lèi)易于筑巢的位置，蟲(chóng)穴也破壞土體的結(jié)構(gòu)。疏松的墻基在風(fēng)、雨等外力作用下，不斷被掏蝕凹進(jìn)。
2.裂隙發(fā)育
在長(zhǎng)期內(nèi)外應(yīng)力作用下，生土建筑表面一般密布裂隙。其主要表現(xiàn)形式有三種：第一，非構(gòu)造裂縫，即在熱脹、冷縮、失水、風(fēng)化等作用下形成的裂縫，多由于土體應(yīng)力釋放和調(diào)整而形成，又稱(chēng)為卸荷裂隙，往往受重力、風(fēng)化及環(huán)境物理地質(zhì)作用進(jìn)一步張開(kāi)或位移。第二，構(gòu)造裂縫，即在形成構(gòu)造應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂縫。構(gòu)造裂縫是新構(gòu)造活動(dòng)的結(jié)果，延伸長(zhǎng)、分布廣、張開(kāi)度不一，部分切穿墻體與生土連通。第三，生土節(jié)理，多發(fā)于原生土的原生結(jié)構(gòu)面，多以近直立狀出現(xiàn)，土體沿縫隙兩側(cè)無(wú)明顯位移。這種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)面多以數(shù)條一組的形式小間距出現(xiàn)，是黃土的主要特征之一。
裂隙發(fā)育是暴露在自然界土體的固有現(xiàn)象，各種裂隙對(duì)于遺址的危害，除了破壞其整體性外，墻體表面的裂隙還可能成為雨水灌入的通道。如果存在臨空面，受雨水軟化或其他卸荷因素影響，墻體裂隙可能會(huì)迅速貫通，導(dǎo)致小型塊體運(yùn)動(dòng)或形成坐落體。受地震、凍融、溫差交替等自然因素影響，墻體裂隙也會(huì)伸展開(kāi)裂，產(chǎn)生縱橫交錯(cuò)的變形或互相連通。
3.水流沖蝕
生土材料的抗水蝕能力一般較差，遇水軟化崩解是其基本特性之一。在雨水比較豐富或雨量比較集中的地區(qū)，如果遺址土體防排水措施不到位，極易形成水蝕病害。表現(xiàn)為徑流型沖溝、裂隙型沖溝、低洼區(qū)浸水、沖蝕坍塌等病害。水流沖蝕是土遺址的主要威脅之一，沖蝕彌久，破壞彌盡。
4.風(fēng)沙侵蝕
在極端天氣條件下，風(fēng)蝕破壞可能成為遺址的主要病害類(lèi)型。形成的破壞形式有蜂窩狀、蘑菇狀兩種。前者是墻面被風(fēng)吹蝕成凹凸不平的蜂窩狀，在主導(dǎo)風(fēng)向側(cè)最為嚴(yán)重。后者是墻腰根部由于酥堿作用結(jié)構(gòu)變得疏松，在風(fēng)力作用下被掏蝕凹進(jìn)。風(fēng)蝕破壞自始至終尚參與其他各種病害的發(fā)生、發(fā)展，與其他病害相互聯(lián)動(dòng)形成復(fù)合病害，對(duì)其他病害起到加重作用。
5.坍塌
依病害成因劃分，坍塌本難以單獨(dú)成類(lèi)，然前述各種病害無(wú)論如何發(fā)展，坍塌最后都成為有一定壁立高度的墻（土）體土遺址破壞的集中表現(xiàn)形式。遺址土體坍塌可能由兩種因素所致：由優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面導(dǎo)致的坍塌及由掏蝕、酥堿作用形成的坍塌。
6.植物根劈破壞
處于雨水比較豐沛地區(qū)的土遺址，會(huì)發(fā)育許多植物，包括草本植物及木本植物，前者根系不甚發(fā)育，且多在土壤表皮，后者則根系一般比較發(fā)達(dá)，其根系的生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)遺址墻體的穩(wěn)定會(huì)造成不同程度的不利影響。植物分泌的有機(jī)酸對(duì)夯土臺(tái)也有一定的腐蝕作用。
7.人為破壞
其他病害對(duì)遺址的破壞作用往往是由量變到質(zhì)變的累積過(guò)程，而人類(lèi)活動(dòng)的破壞則是由質(zhì)變到質(zhì)變的直接過(guò)程。比如在遺址周側(cè)興建院落、堆放垃圾；在遺址周側(cè)耕種農(nóng)田；在遺址城墻上取土、挖菜窯；為了出行便捷橫穿遺址，以及人畜往來(lái)的踏踩等。
土遺址保護(hù)的思考
1.土遺址的表面風(fēng)化破壞及化學(xué)保護(hù)
風(fēng)化作用一般指地表巖石或礦物由于溫度變化、水的作用以及大氣和生物等的作用而發(fā)生的機(jī)械崩解及化學(xué)變化過(guò)程。依此定義，土遺址的所有病害幾乎都和“風(fēng)化”破壞關(guān)聯(lián)。在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，土遺址的表面風(fēng)化破壞及其化學(xué)保護(hù)方法，作為土遺址保護(hù)領(lǐng)域最熱門(mén)的課題進(jìn)行。作為土遺址表面抗風(fēng)化破壞的主要對(duì)抗手段——化學(xué)噴涂材料的研究也取得了一定的成果。
現(xiàn)在的問(wèn)題是，對(duì)于黏土類(lèi)土遺址，無(wú)論何種化學(xué)材料噴涂，野外噴涂其滲透深度多不能超過(guò)5～20毫米，這樣在多數(shù)情況下會(huì)造成遺址表層與內(nèi)部材料的楊氏模量、強(qiáng)度（尤其是抗拉強(qiáng)度）及溫度線(xiàn)脹系數(shù)不一致，當(dāng)表層材料失水或環(huán)境溫度發(fā)生變化，使得表層材料張緊而產(chǎn)生拉應(yīng)力時(shí)，由于附著于表層的噴涂材料不可能具備足夠的抗拉強(qiáng)度，其結(jié)果必然是遺址表面開(kāi)裂，起層剝落，加速破壞。類(lèi)似的工程案例不在少數(shù)。
國(guó)家文物局2014年2月印發(fā)的《長(zhǎng)城保護(hù)維修工作指導(dǎo)意見(jiàn)》指出：搶險(xiǎn)加固工程中，除可逆性措施無(wú)法達(dá)到結(jié)構(gòu)加固目的的情況下可少量采用外，不得使用錨桿加固措施和化學(xué)試劑表面防風(fēng)化措施。綜上所述，從工程實(shí)踐看，至少在目前情況下，將表面防風(fēng)化病害作為主攻目標(biāo)，并以化學(xué)材料噴涂作為保護(hù)黏土類(lèi)土遺址的主要措施是不妥的。
2.土遺址的裂隙（縫）問(wèn)題
土遺址裂隙（縫），應(yīng)分大小與影響區(qū)別對(duì)待。
對(duì)于可能影響土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)性卸荷裂隙，應(yīng)首先以物理方法解決裂隙分割土體的穩(wěn)定性問(wèn)題，然后將裂隙以細(xì)土或普通泥漿填塞封閉即可，以確保雨水不被灌入為宜。封口泥漿也可適度添加一定配比的建筑膠料，以增加黏度。
對(duì)于可能灌入?yún)R集雨水的開(kāi)張較大的穩(wěn)定土體的裂縫，應(yīng)以黏土或泥漿充填封閉，并做好表面防排水處理，以防止裂縫進(jìn)一步擴(kuò)張為度。
對(duì)于“遺址表面發(fā)育的密集微型裂隙”以及大部分的“小型裂隙”，類(lèi)似于人體皮膚的毛孔，乃遺址土體適應(yīng)自然的正常反應(yīng)，其對(duì)遺址表面釋放溫度應(yīng)力及弱化風(fēng)化破壞有益，一般不宜進(jìn)行“點(diǎn)滴”或封堵干預(yù)。
3.改性土
對(duì)于遺址下部的掏蝕區(qū)及某些坍塌區(qū)，以夯筑土或土坯支護(hù)加固的措施是可取的。土遺址下部的掏蝕是難以避免的，其內(nèi)因是地下毛細(xì)水誘發(fā)的凍融、鹽蝕等導(dǎo)致的夯土體疏松，其外因才是風(fēng)的吹蝕。
重新夯筑土的質(zhì)量關(guān)鍵在于原料土的選擇及夯筑工藝與夯筑質(zhì)量，對(duì)于遺址的某些特殊部位及含砂量比較高的砂質(zhì)土，采用所謂“改性土”以提高夯筑土的耐水解能力值得肯定。但“改性”宜兼顧成本因素，應(yīng)盡可能簡(jiǎn)便，易于實(shí)施，對(duì)于“納米硅”等“新材料”應(yīng)慎重使用。
《長(zhǎng)城保護(hù)維修工作指導(dǎo)意見(jiàn)》規(guī)定：不得采用水泥及未經(jīng)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明可靠、安全、有效及可再實(shí)施性的化學(xué)材料或工藝進(jìn)行長(zhǎng)城結(jié)構(gòu)加固或表面防風(fēng)化加固處理，避免形成新的安全隱患。這里關(guān)于“水泥”材料的使用主要指使用大比例水泥摻料或水泥砂漿，以致明顯改變了土遺址的基本材料特性或影響其“再實(shí)施性”。有工程實(shí)踐證明，對(duì)于粉土或黏土類(lèi)遺址，在墻體根部等特殊部位的夯補(bǔ)加固中，結(jié)合嚴(yán)格的夯筑工藝，在原料土中摻入3%～5%的普通硅酸鹽水泥，可顯著改善夯筑土的耐水解性能。由于摻量極低，并不會(huì)改變夯土的基本特性。如墻體頂需要防水，也可采用灰土墊層。這些做法在國(guó)內(nèi)類(lèi)似城墻保護(hù)工程中均有成功先例。
4.錨桿加固
在土遺址加固中，已有多種“錨桿”使用，有竹簽、楊柳枝、樹(shù)脂錨桿等。從土木工程的角度看，這些“錨桿”均名不副實(shí)，因?yàn)樗鼈兂袚?dān)的力很小，充其量可稱(chēng)作“拉結(jié)筋材”。
在夯土類(lèi)遺址中，一般不必也不宜采用錨桿技術(shù)進(jìn)行加固。道理很簡(jiǎn)單，被裂縫分割的不穩(wěn)定土體一般比較薄，含水率也較低，錨桿成孔可能是“粉碎式”破壞。對(duì)于個(gè)別不穩(wěn)定者仍主張以夯筑或砌補(bǔ)方式原位維持之，不主張施加所謂“反向作用力”，強(qiáng)迫坍塌體“歸位”。
非用不可時(shí)，需用在真正需要錨桿發(fā)揮較大拉拔力的部位，對(duì)錨桿的主材及填充材料也要慎重選擇。主材應(yīng)滿(mǎn)足承力及耐久性要求；填充料除了滿(mǎn)足填充、提供摩擦力、保護(hù)主材等功能外，尚須注意其凝固體應(yīng)收縮小、與主材在線(xiàn)脹系數(shù)上不可差異太大等要求。采用泥漿注孔，應(yīng)注意泥漿失水收縮后錨固力降低問(wèn)題。不可為了增加摩擦力而將錨桿主材纏繞粗大，致使錨孔過(guò)大而對(duì)遺址過(guò)度破壞。
5.植物清除
對(duì)待遺址上的植物應(yīng)考慮其病害影響程度及環(huán)境特點(diǎn)區(qū)別對(duì)待，不可一概消滅之。對(duì)于根系發(fā)達(dá)的植被，當(dāng)其生長(zhǎng)的部位已無(wú)“墻體”可以供其破壞時(shí)，也可以考慮保留。一概以化學(xué)方法消滅植物至少有4點(diǎn)弊端：污染環(huán)境，很難根除，破壞既有的自然環(huán)境，不利水土保持。
6.設(shè)置圍欄—減緩人為破壞
對(duì)于長(zhǎng)城類(lèi)線(xiàn)性遺址，在其兩側(cè)設(shè)置圍欄是減緩人為破壞的簡(jiǎn)單而有效的措施。圍欄宜簡(jiǎn)單并控制體量，盡可能與環(huán)境協(xié)調(diào)。
結(jié)語(yǔ)
梳理土遺址最具威脅性的病害，無(wú)非三大類(lèi)：人為因素導(dǎo)致的破壞，雨水沖刷與洪水沖蝕引起的坍塌，地下毛細(xì)水誘發(fā)的凍融、鹽蝕等導(dǎo)致的掏蝕坍塌。
由地殼的風(fēng)化產(chǎn)物—土作為建筑材料構(gòu)成的土遺址，再次風(fēng)化無(wú)疑是一種重要病害，但在一般情況下，風(fēng)化須借助于水解、凍融、鹽蝕等其他因素而發(fā)揮作用。工程實(shí)踐表明，對(duì)于黏土類(lèi)遺址，在非掏蝕區(qū)夯土質(zhì)量比較好的情況下，風(fēng)化或風(fēng)蝕一般不足以構(gòu)成遺址的主要威脅。
土遺址保護(hù)措施的選擇，除了應(yīng)盡可能減緩人為破壞的因素外，應(yīng)將保護(hù)的重點(diǎn)放在防坍塌方面。對(duì)于現(xiàn)存高度較小的遺址，重點(diǎn)在于防雨水沖刷；對(duì)于現(xiàn)存高度較大的墻體遺址，重點(diǎn)在于防底部掏蝕引起的坍塌及其他不穩(wěn)定因素引起的坍塌。
大多墻體類(lèi)遺址歷史上已有多次修葺與加固，其間多有可借鑒的寶貴經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)盡可能采納吸收。勘察工作應(yīng)盡可能扎實(shí)，保護(hù)措施則宜簡(jiǎn)單、實(shí)用，盡可能傳統(tǒng)，忌人為制造“神秘”與過(guò)多“修飾性”措施。（原文轉(zhuǎn)自：中國(guó)文物信息網(wǎng)）
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