土质古城墙保护技术初探

土质古城墙保护技术初探——戚城遗址城墙保护工程体会作者：濮阳戚城文物景区管理处李文颖【保护视力色】【打印】【字号大中小】2008-01-2815-07作为中华文明进程标志的古城墙，自上古仰韶文化、龙山文化、夏、商、周直至明清，绵延不断古城林立，闪耀着民族文明之光。5000年风雨历程之后，古城大多湮于地下。留在地面上的古城，也大都破败不堪，特别土质城墙，颓废尤甚。随着国家的强盛，把保护文化遗产提到了前所未有的高度。土质城墙保护，目前还没统一完善成熟的技术方案，但各地都在根据本地区特点做了不少探索性工作。本文就全国重点文物保护单位——戚城遗址古城墙保护维修工程所采取的施工技术，谈一点体会。一、土质城墙普遍存在的病害土质古城墙历经千年风雨冲刷、人为干扰普遍存在两种大的病害，即化学病害、物理病害。1.化学病害。土质夯土城墙经过几千年的风雨侵蚀，吸附沉积了大量可溶盐类。排水不畅的城址，地下可溶盐类可随着水汽向上传导，上下结合，达到一定含量时，就会出现可见的白色结晶体。此晶体极易溶于水，雨季可吸收大量水分并渗入墙体，遇冷冻结成冰形成冻土，春季融解，直接导致夯土风化，如此往复，逐年层层风化分解夯土。通过对戚城遗址古城墙体不同点位标本分析，发现其中富含多种可溶性盐类（见下表）。通过对易溶盐类分析得知，未风化夯土可溶盐类总含量为1.038‰~1.678‰，风化夯土可溶盐类总含量为2.021‰~2.300‰，由此可见，可溶性盐类对夯土的风化还是起很大作用的。2．物理病害。首先由于长期雨水冲刷，绝大部分地上土质古城墙都不同程度存在水冲沟、滑坡、垂直坍塌（图一）乃至内外洞穿的现象。如郑州商城南城墙2005年有三次滑坡，濮阳戚城城墙断面每年都发生小的垮塌。其次是人为破坏因素。包括人为取土造成局部呈陡崖状态，使上部悬空，墙体失稳，遇大雨坍塌；挖掘窖穴造成积水分解夯土，造成局部垮塌；如濮阳戚城遗址西城墙南段50米范围内就存在窖穴22孔，有的已坍塌成了圆形土坑；再如新郑郑韩故城，南城墙存在农民为种田方便而挖成的洞穿城墙高、宽皆2米余的隧道。还有人为的登城爬梯，通过缺口也都在威胁着墙体的安全。动物洞穴的存在也是一种破坏因素。随着人口的发展，土地的开垦，动物生存的环境已大不如前，特别是处于城镇的古城墙上，大型动物已基本灭绝，小型动物蛇、鼠、蚁穴暂不影响大局。再次是植物根系危害。随着古城址保护力度的加大，不少古城墙上生长有大型乔木，其粗大的根系直接作用于夯土，使其松懈分离，在城墙表面形成大量裂隙，引导雨水进入墙体深处，侵蚀夯土，形成软绵的分离层，加速垮塌。相比之下，灌木丛对夯土的破坏作用要小得多。这一点郑韩故城管理部门做得较好，其城墙上基本无高大粗壮乔木生长。郑州商城、濮阳戚城皆存在高大乔木，大的树径达30厘米~50厘米。戚城遗址60年代的照片上，墙体上无乔木生长，城墙断面呈圆角梯形，成比例风化，无陡崖失稳垮塌现象。改革开放以后，加强了古遗址保护，禁止村民砍伐取柴，导致乔木疯长。戚城城墙每一次垮塌后，新断面上皆暴露出粗大乔木根系。二、采取的夯土城墙保护技术2004年，国家文物局批准了戚城遗址古城墙保护维修工程。施工前，我们多方考察了各地古城墙保护技术，并邀请河南省文物局专家组进行工程论证。当前，中国土质城墙保护采取的技术方法不外乎以下几种：砌石固土法、土坯砌补法、混凝土网格固土法、附土包裹法等。郑州商城、新郑郑韩故城都采取了砌石固基，混凝土网格固土绿化等方法。观察其远期效果，都起到了防止垮塌、水土流失等作用，但在修旧如旧保持历史风貌方面好像还有些缺失。结合戚城遗址实际，我们采取了夯筑补贴法。施工前，我们会同河南省古代建筑保护研究所联合制定了戚城遗址古城墙保护维修方案，确立了工程总体要求：1．按照《文物保护法》和文化部《纪念建筑，古建筑，石窟寺等修缮工程管理办法》的有关规定，参照国际大遗址工程范例，对古城墙进行全面修整。2．坚持“保护为主、抢救第一、合理利用、加强管理”的方针，以抢险加固和消除墙体存在的病害为主，而非要使其焕然一新，避免对遗址造成新的破坏。首先清除墙体上的高大乔木。深入夯土深处的粗大根系不宜刨出，以免形成新的破坏，采用化学制剂灌注的方法促其腐烂，之后灌入黄泥浆填实。化学制剂采用8%的铵盐溶液或0.2%~0.6%的二氯苯氧醋酸。实验表明，效果很好。但要注意，灌注量不宜太多，以免多余的盐分遇水分解导进夯土，形成新的化学病害。伐除乔木后，剔除城墙顶部厚达1米的风化层，原位夯实，植草固土。首期工程也是实验性工程。选在陡立面较多，垮塌比较严重的东北城角两端（南、西）150米城墙内外两侧。我们还制定了必须遵循的施工技术细则：1．所选土料质地须与原城墙土质相近，颜色差别大的要加颜料或碳墨粉，力求新旧夯土颜色相近，但又不要求完全相同。2．夯补层厚，夯窝大小应与原城墙保持一致。3．夯补新墙体坡度应与相接处原始墙体坡度（弧度）保持一致。4．自地面起筑的新墙体夯补前，一定要清除城基部风化软土，使新筑墙体坐落在原始城墙夯土基础之上（不要求达到古城墙基础原始宽度）。新老夯土之间不准有风化软土夹层，以防新筑墙体沉降，与原始墙体之间出现裂缝。基础外侧要打入木桩，防止新筑墙体出现侧滑。5．使用古代筑城技术。在原城墙陡直面挖制榫坑槽，插入木杆、竹筋（图二），并在新老墙体接触面淋入乳胶或明矾水溶液，增强新老墙体之间的黏合力。6．多层夯筑时，每层夯实后，将表面铲毛，再夯筑上一层。为了达到第2项施工细则，我们依据原始石制圆头夯具，仿制成了直径10厘米~12厘米，高10厘米，木柄长1.5米的铁质夯具。夹板采用松木板和竹篾板两种材质，上下错逢板筑。夯补坡面时，先搭制斜撑，再用夹板层层夯筑（图三）。由于夹板存在弹性，补筑墙体外侧夯实硬度不如内侧，其防风雨耐力当然也不如内侧。为了防止外侧新筑墙体过快风化滑落，我们采取夯三留二的方法。撤除夹板后，把外侧三分之一的夯土铲除，保留内侧三分之二。铲除下来的土料，就地夯实，作为城墙基础护坡。在首期实验工程段土料质地上，我们选择了碱性淤土。这种土料其一颜色发褐灰色，与原始墙体接近；其二黏结性较大，手工揉制的泥球干后可达200#强度。夯实后，强度能达到原始城墙夯土的硬度。为进一步加强新筑夯土的强度，还在粉碎后的土料内加入5﹪的石灰粉，2%~3﹪的建筑用107胶稀释液。特别是新、老墙体接触面，夯筑时沿接缝淋入了107胶溶液或明矾溶液，以加强黏合力度，避免产生裂缝。夯筑时，夹板槽内填土厚15厘米~20厘米，夯实后，层厚8厘米~10厘米，与原始城墙夯层厚度相当。补夯完成后，整理城墙顶部呈弧形，把雨水分散成无数细流，不使其汇集，避免出现大的冲沟。在新夯筑的墙体坡面、城墙顶面，包括原始墙体坡面，同时种植耐旱固土草皮，尽量减少水土流失，以替代伐除的乔、灌木细小根系所起一定的固土作用。三、工程效果通过2004年下半年至2005年一年半的施工，首期工程150米告竣。表面修整后，坡度、颜色、夯层厚皆与原墙体协调，略显光秃。随着所植草皮的成活，表面的轻度风化，2007年春季观察，新旧墙体已无太大差别。预计2~3年后将浑然一体。由于修筑时，顶部修整成为弧形，分散了雨水，未出现水流的集中而形成的水冲沟，达到了设计标准。四、首期工程得失体会戚城遗址古城墙保护维修初段探索性工程，吸取了其他古城墙保护工程的经验教训，少走了弯路。通过工程，首先，我们认识到了“修旧如旧”的重要性。土质城墙风化流失是自然现象，不可避免，现代的各种手段皆不可能彻底解决问题。我们的任务是立足现实，延长城墙寿命。所以，维修工程过后，小修小补包括限制乔木生长，应作为保护城墙经常性工作坚持。第二，夯补缺失坍塌部位的保护方法比全部包裹古城墙更好，能最大限度保持原有风貌。当然，古城墙里外通透的豁口和即将完全坍塌的部位除外。第三，弧形墙顶分散排水，近期观察比集中排放要好。第四，新老墙体（顶面、坡面）同时种植耐旱固土草皮防止水土流失效果比乔、灌木要好，且不会产生根系破坏。诚然，此次施工也存在一些问题，尚需探索解决。如使用原始工艺，人工投入太大，加大了投资额度；碱性淤土的使用，使夯土强度加大，但其亦存在致命弱点，就是遇水分解过快，特别是连续阴雨天气，新筑墙体滑落流失比原始墙体要快。下一阶段施工要系用含沙量较多的黄土，试用“以二氧化硅为主的高模数硅酸钾加固材料加入适当固化剂和扩散剂，渗透到沙土中后，能大大提高沙土耐水性和强度，对遗址的保护有十分明显的防盐碱侵蚀效果”（俞春荣《从清嘉高速公路成功穿越长城略谈土质长城的科技保护》，《中国文物报》，2007年7月6日）等新技术，以求达到更好的效果。戚城遗址首期工程，我们边施工，边探索，积累了不少经验，也有教训，对于不可再生的文化资源，这些经验教训无疑是十分珍贵的。其能否成为国家制定土质城墙保护规范和标准的参考范例，尚待时间的检验。责编：高游来源：中国文物报2007.9.7