摘要: 土遗址是以土为主要建筑材料的具有历史、文化和科学价值的古遗址。中国土遗址包含的历史过程从石器时期绵延至近代。历经了数千年自然、人为等因素的破坏，现存土遗址大都存在严重的结构隐患等病害，有些已大面积坍塌或消失。土遗址保护加固技术是长期困扰文物保护工作者的一大难题。自2006年在吐鲁番地区开展土遗址保护项目始，笔者参与我国大型土遗址保护工程历时已10年，有一些思考和看法愿与大家分享。土遗址病害主要表现形式构 ...

土遗址是以土为主要建筑材料的具有历史、文化和科学价值的古遗址。中国土遗址包含的历史过程从石器时期绵延至近代。历经了数千年自然、人为等因素的破坏，现存土遗址大都存在严重的结构隐患等病害，有些已大面积坍塌或消失。

 

土遗址保护加固技术是长期困扰文物保护工作者的一大难题。自2006年在吐鲁番地区开展土遗址保护项目始，笔者参与我国大型土遗址保护工程历时已10年，有一些思考和看法愿与大家分享。

 

土遗址病害主要表现形式

 

构成土遗址的材料有黏土、粉土及砂类土等多种，其赋存的自然环境也千差万别，土遗址病害的表现形式亦多种多样。从保护的角度看，影响土遗址“带病延年”的病害有哪些？哪些最具威胁性？哪些是目前可以治理的病害？哪些是目前尚无有效措施治理的病害？正确认识这些问题，无疑对制订土遗址保护策略，选择土遗址保护措施，具有非常重要的意义。

 

依据经验，笔者将土遗址常见病害概括为如下几类：

 

1.墙基凹蚀

 

常见于有一定壁立高度的墙（土）体的根部。形成内因大致有三：第一，遗址墙体一般直接夯筑于生土上，地下毛细水富集于墙基，使墙基土体冻融致结构疏松。第二，毛细水携带土壤易溶盐，使之富集于墙基，随着温度、水分的变化周期性溶解收缩—结晶膨胀—再溶解收缩，导致土体结构松散、黏聚力下降、强度降低。第三，墙基是各种昆虫、鼠类易于筑巢的位置，虫穴也破坏土体的结构。疏松的墙基在风、雨等外力作用下，不断被掏蚀凹进。

 

2.裂隙发育

 

在长期内外应力作用下，生土建筑表面一般密布裂隙。其主要表现形式有三种：第一，非构造裂缝，即在热胀、冷缩、失水、风化等作用下形成的裂缝，多由于土体应力释放和调整而形成，又称为卸荷裂隙，往往受重力、风化及环境物理地质作用进一步张开或位移。第二，构造裂缝，即在形成构造应力作用下产生的裂缝。构造裂缝是新构造活动的结果，延伸长、分布广、张开度不一，部分切穿墙体与生土连通。第三，生土节理，多发于原生土的原生结构面，多以近直立状出现，土体沿缝隙两侧无明显位移。这种类型的结构面多以数条一组的形式小间距出现，是黄土的主要特征之一。

 

裂隙发育是暴露在自然界土体的固有现象，各种裂隙对于遗址的危害，除了破坏其整体性外，墙体表面的裂隙还可能成为雨水灌入的通道。如果存在临空面，受雨水软化或其他卸荷因素影响，墙体裂隙可能会迅速贯通，导致小型块体运动或形成坐落体。受地震、冻融、温差交替等自然因素影响，墙体裂隙也会伸展开裂，产生纵横交错的变形或互相连通。

 

3.水流冲蚀

 

生土材料的抗水蚀能力一般较差，遇水软化崩解是其基本特性之一。在雨水比较丰富或雨量比较集中的地区，如果遗址土体防排水措施不到位，极易形成水蚀病害。表现为径流型冲沟、裂隙型冲沟、低洼区浸水、冲蚀坍塌等病害。水流冲蚀是土遗址的主要威胁之一，冲蚀弥久，破坏弥尽。

 

4.风沙侵蚀

 

在极端天气条件下，风蚀破坏可能成为遗址的主要病害类型。形成的破坏形式有蜂窝状、蘑菇状两种。前者是墙面被风吹蚀成凹凸不平的蜂窝状，在主导风向侧最为严重。后者是墙腰根部由于酥碱作用结构变得疏松，在风力作用下被掏蚀凹进。风蚀破坏自始至终尚参与其他各种病害的发生、发展，与其他病害相互联动形成复合病害，对其他病害起到加重作用。

 

5.坍塌

 

依病害成因划分，坍塌本难以单独成类，然前述各种病害无论如何发展，坍塌最后都成为有一定壁立高度的墙（土）体土遗址破坏的集中表现形式。遗址土体坍塌可能由两种因素所致：由优势结构面导致的坍塌及由掏蚀、酥碱作用形成的坍塌。

 

6.植物根劈破坏

 

处于雨水比较丰沛地区的土遗址，会发育许多植物，包括草本植物及木本植物，前者根系不甚发育，且多在土壤表皮，后者则根系一般比较发达，其根系的生长发育对遗址墙体的稳定会造成不同程度的不利影响。植物分泌的有机酸对夯土台也有一定的腐蚀作用。

 

7.人为破坏

 

其他病害对遗址的破坏作用往往是由量变到质变的累积过程，而人类活动的破坏则是由质变到质变的直接过程。比如在遗址周侧兴建院落、堆放垃圾；在遗址周侧耕种农田；在遗址城墙上取土、挖菜窑；为了出行便捷横穿遗址，以及人畜往来的踏踩等。

 

土遗址保护的思考

 

1.土遗址的表面风化破坏及化学保护

 

风化作用一般指地表岩石或矿物由于温度变化、水的作用以及大气和生物等的作用而发生的机械崩解及化学变化过程。依此定义，土遗址的所有病害几乎都和“风化”破坏关联。在过去相当长一段时间内，土遗址的表面风化破坏及其化学保护方法，作为土遗址保护领域最热门的课题进行。作为土遗址表面抗风化破坏的主要对抗手段——化学喷涂材料的研究也取得了一定的成果。

 

现在的问题是，对于黏土类土遗址，无论何种化学材料喷涂，野外喷涂其渗透深度多不能超过5～20毫米，这样在多数情况下会造成遗址表层与内部材料的杨氏模量、强度（尤其是抗拉强度）及温度线胀系数不一致，当表层材料失水或环境温度发生变化，使得表层材料张紧而产生拉应力时，由于附着于表层的喷涂材料不可能具备足够的抗拉强度，其结果必然是遗址表面开裂，起层剥落，加速破坏。类似的工程案例不在少数。

 

国家文物局2014年2月印发的《长城保护维修工作指导意见》指出：抢险加固工程中，除可逆性措施无法达到结构加固目的的情况下可少量采用外，不得使用锚杆加固措施和化学试剂表面防风化措施。综上所述，从工程实践看，至少在目前情况下，将表面防风化病害作为主攻目标，并以化学材料喷涂作为保护黏土类土遗址的主要措施是不妥的。

 

2.土遗址的裂隙（缝）问题

 

土遗址裂隙（缝），应分大小与影响区别对待。

 

对于可能影响土体结构稳定的结构性卸荷裂隙，应首先以物理方法解决裂隙分割土体的稳定性问题，然后将裂隙以细土或普通泥浆填塞封闭即可，以确保雨水不被灌入为宜。封口泥浆也可适度添加一定配比的建筑胶料，以增加黏度。

 

对于可能灌入汇集雨水的开张较大的稳定土体的裂缝，应以黏土或泥浆充填封闭，并做好表面防排水处理，以防止裂缝进一步扩张为度。

 

对于“遗址表面发育的密集微型裂隙”以及大部分的“小型裂隙”，类似于人体皮肤的毛孔，乃遗址土体适应自然的正常反应，其对遗址表面释放温度应力及弱化风化破坏有益，一般不宜进行“点滴”或封堵干预。

 

3.改性土

 

对于遗址下部的掏蚀区及某些坍塌区，以夯筑土或土坯支护加固的措施是可取的。土遗址下部的掏蚀是难以避免的，其内因是地下毛细水诱发的冻融、盐蚀等导致的夯土体疏松，其外因才是风的吹蚀。

 

重新夯筑土的质量关键在于原料土的选择及夯筑工艺与夯筑质量，对于遗址的某些特殊部位及含砂量比较高的砂质土，采用所谓“改性土”以提高夯筑土的耐水解能力值得肯定。但“改性”宜兼顾成本因素，应尽可能简便，易于实施，对于“纳米硅”等“新材料”应慎重使用。

 

《长城保护维修工作指导意见》规定：不得采用水泥及未经室内实验和现场试验证明可靠、安全、有效及可再实施性的化学材料或工艺进行长城结构加固或表面防风化加固处理，避免形成新的安全隐患。这里关于“水泥”材料的使用主要指使用大比例水泥掺料或水泥砂浆，以致明显改变了土遗址的基本材料特性或影响其“再实施性”。有工程实践证明，对于粉土或黏土类遗址，在墙体根部等特殊部位的夯补加固中，结合严格的夯筑工艺，在原料土中掺入3%～5%的普通硅酸盐水泥，可显著改善夯筑土的耐水解性能。由于掺量极低，并不会改变夯土的基本特性。如墙体顶需要防水，也可采用灰土垫层。这些做法在国内类似城墙保护工程中均有成功先例。

 

4.锚杆加固

 

在土遗址加固中，已有多种“锚杆”使用，有竹签、杨柳枝、树脂锚杆等。从土木工程的角度看，这些“锚杆”均名不副实，因为它们承担的力很小，充其量可称作“拉结筋材”。

 

在夯土类遗址中，一般不必也不宜采用锚杆技术进行加固。道理很简单，被裂缝分割的不稳定土体一般比较薄，含水率也较低，锚杆成孔可能是“粉碎式”破坏。对于个别不稳定者仍主张以夯筑或砌补方式原位维持之，不主张施加所谓“反向作用力”，强迫坍塌体“归位”。

 

非用不可时，需用在真正需要锚杆发挥较大拉拔力的部位，对锚杆的主材及填充材料也要慎重选择。主材应满足承力及耐久性要求；填充料除了满足填充、提供摩擦力、保护主材等功能外，尚须注意其凝固体应收缩小、与主材在线胀系数上不可差异太大等要求。采用泥浆注孔，应注意泥浆失水收缩后锚固力降低问题。不可为了增加摩擦力而将锚杆主材缠绕粗大，致使锚孔过大而对遗址过度破坏。

 

5.植物清除

 

对待遗址上的植物应考虑其病害影响程度及环境特点区别对待，不可一概消灭之。对于根系发达的植被，当其生长的部位已无“墙体”可以供其破坏时，也可以考虑保留。一概以化学方法消灭植物至少有4点弊端：污染环境，很难根除，破坏既有的自然环境，不利水土保持。

 

6.设置围栏—减缓人为破坏

 

对于长城类线性遗址，在其两侧设置围栏是减缓人为破坏的简单而有效的措施。围栏宜简单并控制体量，尽可能与环境协调。

 

结语

 

梳理土遗址最具威胁性的病害，无非三大类：人为因素导致的破坏，雨水冲刷与洪水冲蚀引起的坍塌，地下毛细水诱发的冻融、盐蚀等导致的掏蚀坍塌。

 

由地壳的风化产物—土作为建筑材料构成的土遗址，再次风化无疑是一种重要病害，但在一般情况下，风化须借助于水解、冻融、盐蚀等其他因素而发挥作用。工程实践表明，对于黏土类遗址，在非掏蚀区夯土质量比较好的情况下，风化或风蚀一般不足以构成遗址的主要威胁。

 

土遗址保护措施的选择，除了应尽可能减缓人为破坏的因素外，应将保护的重点放在防坍塌方面。对于现存高度较小的遗址，重点在于防雨水冲刷；对于现存高度较大的墙体遗址，重点在于防底部掏蚀引起的坍塌及其他不稳定因素引起的坍塌。

 

大多墙体类遗址历史上已有多次修葺与加固，其间多有可借鉴的宝贵经验，应当尽可能采纳吸收。勘察工作应尽可能扎实，保护措施则宜简单、实用，尽可能传统，忌人为制造“神秘”与过多“修饰性”措施。

    （《中国文物报》2017年7月21日第7版）