交河故城東北佛寺墻體裂隙發育程度反演研究

內容摘要：裂隙發育是西北干旱、半干旱地區土遺址的主要病害，如何較為精確地了解裂隙發育程度成為土遺址加固工程設計中的難題。本文通過交河故城東北佛寺裂隙加固工程中的工程量反演遺址體的裂隙發育程度，從而為交河故城其他類似土遺址建筑的加固設計提供思路。經研究，交河故城東北佛寺墻體總裂隙體積率大約為4.4％。裂隙發育程度與墻體的規模有如下大致的規律：墻體規模越大，裂隙體積相應大，裂隙體積率相應小。從墻體的長高比、長厚比、高厚比去研究墻體的裂隙發育程度規律是可行的。

關鍵詞：土遺址；東北佛寺；裂隙發育程度；反演；墻體

中圖分類號：K854.3 文獻標識碼：A 文章編號：1000-4106(2007)05-0059-04

前言

在西北干旱半干旱環境中，在風化作用下土遺址發育眾多病害，主要病害是片狀剝蝕和裂隙。片狀剝蝕造成遺址體規模不斷的縮減、歷史信息逐漸滅失。而發育的裂隙，除了具有同樣后果外，還造成遺址體的倒塌，導致文物的嚴重毀壞。土體裂隙對土體的變形破壞有控制作用，影響著土體的力學性質，同時又是風蝕雨蝕的重要通道。因此，明確裂隙發育的程度對于遺址體的保護極其重要。

由于土遺址保護的特殊要求，加之裂隙自身的隱蔽性，裂隙病害的調查一直以粗略測量和描述為主要手段，無法進行量化。本文通過東北佛寺加固工程中裂隙注漿量反演東北佛寺墻體裂隙發育程度，從而得到較為精確的病害信息。

一 東北佛寺概況

東北佛寺是交河故城保存較好，現存較大的寺院之一，寺院占地面積為1248.6m²，外墻體高大宏偉，中心殿堂塔座基本保存較好。東北佛寺主導建筑風格以生土、夯土和版筑泥的方式建造而成，東北佛寺的建筑形制是采用“壓地起凸法”而成，即生土層，然后是約1m厚的夯土層，再上全為版筑泥層。遺存現狀見圖1和表1。

東北佛寺裂隙病害發育的特點為：(1)裂隙類型主要為：結構裂隙、卸荷拉裂裂隙或在二者基礎上進一步發展演化的風化裂隙；(2)裂隙傾角多近于直立，走向大都垂直墻面切斷墻體；(3)裂隙發展的直接后果是，部分墻體傾倒、崩塌。

經墻體表面調查，墻體裂隙分為大、中、小三種規模。大裂隙張開度不小于10cm，沿著墻體延伸，自上而下切割墻體；中等裂隙張開度處于3-10cm之間，沿墻體上半部延伸發育，未達到下部夯土層；小裂隙多發育墻體表面，張開度不大于3cm，延伸范圍在一個版筑層內，未切穿墻體厚度。東北佛寺墻體80％以上裂隙為中等規模裂隙，大裂隙數量最少。如N墻上一條由寬12cm的裂隙，貫穿深度可達原版筑層5層之多，其切割、分裂的墻體有倒塌的趨勢(圖版12)。又如，S5墻體上的一條平行于墻面、沿墻體中軸線發育的裂隙，已下切版筑層5層之多，表面風化開口寬達8cm，是該墻體最嚴重的部位，其危險性在所有病害中是屬最嚴重的(圖版13)。裂隙破壞主要是在E、S、W、N墻體和W、S系列墻體中較高段表現較為普遍。

二 東北佛寺裂隙加固概況

針對東北佛寺遺址體的裂隙發育特點，按照文物保護程序，裂隙加固的工藝流程見圖2。

三 裂隙加固工程量對墻體裂隙發育程度的反演

1、基本假設

從裂隙注漿的工藝流程可以看出，裂隙總體積V由以下幾個部分組成：(1)裂隙砌補體積V₁；(2)注漿體積V₂(因注漿前已進行5％PS溶液滲透，因此不考慮漿液的滲透)；(3)墻體裂隙預留的部分V₃。即V=V₁+V₂+V₃。

考慮到墻體裂隙表層預留部分主要基于“修舊如舊，不改變原貌”的文物保護原則，預留裂隙部分在墻體表面深度小于1cm，因此不予考慮，即V=V₁+V₂。

墻體的體積V_z等于墻體內外的平均面積乘以墻體的平均厚度。墻體裂隙體積率s=V/V_z。

2、各墻體的工程量分布

在裂隙加固施工過程中，精確的對裂隙砌補泥漿體積、灌注漿液體積進行計量。最終各墻體的工程量見表2。

3、裂隙發育程度的反演

因W1、W4、W5、W7、W9、S1、S3、S7、S8、S9、S10、S11和S12墻殘存不多，倒塌嚴重，現多呈低矮墻體，風化程度嚴重，所以沒有裂隙發育。W8墻體未做加固，預留驗收用。因此，本文對其他各墻體進行研究。

從總裂隙量和墻體的總體積，可得到遺址體總體裂隙率S=4.4％。

從圖3中可以看出，E、W、S、N、S6、W2墻體裂隙量遠大于TZ、S2、S4、S5、W3、W6墻體的裂隙量，約3-11倍。尤其TZ裂隙發育體積僅為5453.5cm³。對于裂隙發育的E、W、S、N、S6、W2墻體而言，有如下規律：S_E>S_S6>S_W>S_W2>S_S>S_N。

從圖4中可以看出，各墻體裂隙體積率大多處于2％-4.5％之間。S6墻體裂隙率高達14.5％，而TZ墻體裂隙率僅為0.018％。墻體裂隙率規律為：S_S6>S_W2>S_S2>S_E>S_S>S_W>S_N>S_S4>S_W6>S_W3>S_W5。

四 反演結果分析

1、從裂隙加固工程量反演的各墻體裂隙發育特點可以看出，對于墻體規模比較大的E、W、S、N、S6、W2墻體，裂隙發育體積也非常大，而對于墻體規模較小的TZ、S2、S4、S5、W3、W6墻體，裂隙發育體積也相應的小。表明在同樣的遺址體材料下，同樣的自然地理環境下，墻體規模與其裂隙發育程度呈正比關系。

2、從各墻體的裂隙體積率指標的分布看，對于坍塌嚴重的墻體，因其上部版筑泥建筑大多消失，其裂隙體積率相應的小，如S4、W6、W3、W5、S5墻體。對于保存較為完整的S6、W2、S2、E、S、W、N墻，其裂隙率的規律與其裂隙體積的變化規律并不一致。但是有這樣一個大致的規律，即墻體規模越大，裂隙體積率相應越小。

3、為研究墻體裂隙體積率與墻體的規模之間的關系，圖5-7反映了墻體體積裂隙率與墻體長高比、長厚比、高厚比之間的關系曲線。從曲線中可以看出，長高比>4，長厚比>4，高厚比>6時，墻體的裂隙體積率均較高。這也就可以解釋TZ墻體裂隙體積率最低而S6墻體裂隙體積率最高的特點，同樣可以解釋其他墻體裂隙的發育規律。

五 結論

1、交河故城東北佛寺墻體裂隙發育于遺存較好的墻體。

2、交河故城東北佛寺墻體總裂隙體積率大約為4.4％。

3、交河故城東北佛寺墻體裂隙發育程度與墻體的規模如下大致的規律：墻體規模越大，裂隙體積相應大，裂隙體積率相應小。

4、從墻體的長高比、長厚比、高厚比去研究墻體的裂隙發育程度規律是可行的。

5、通過研究交河故城東北佛寺墻體的裂隙發育程度研究，為交河故城寺院區的其他佛寺遺址裂隙加固奠定了基礎。

致謝：

在論文寫作過程中得到了敦煌研究院王旭東研究員和張魯高級工程師的悉心指導和幫助，在此感謝!

責任編輯：梁 紅