土遺址文物震害防御及抗震加固對策①

石玉成，王旭東，李 舒，胡明清

（1．中國地震局蘭州地震研究所，甘肅 蘭州 730000；2．中國地震局黃土地震工程重點實驗室，甘肅 蘭州 730000；3．敦煌研究院，甘肅 敦煌 736200；4．東南大學土木工程學院，江蘇 南京 210096）

0 引言

土遺址主要指以土為主要建筑材料的建筑遺址或古代土木建筑在遭受破壞后殘存的土質部分。甘肅敦煌玉門關及河倉城、漢長城和烽燧，瓜州的鎖陽城遺址，山丹明長城，高臺駱駝城，寧夏的西夏王陵，新疆吐魯番的交河故城、高昌故城等即為典型的土遺址，它們充分展現(xiàn)了我國古代先民的創(chuàng)造力和民族精神，集中代表了我國傳統(tǒng)文化的豐富內涵和發(fā)展的歷史軌跡，具有不可替代的整體價值和地位。

在漫長的歷史歲月中，土遺址文物經(jīng)過千百年的風吹沙打，水泡雨淋，陽光曝曬，地震活動以及人類活動的破壞以后，產(chǎn)生了多種地質病害，如土體失穩(wěn)、裂縫叢生、局部開裂、風化殘破、崩塌掉塊、基礎掏蝕等。土遺址的各種地質病害，除了受長期風化影響造成其本身強度降低外，當?shù)氐膮^(qū)域地質和新構造運動是一個重要的因素。許多土遺址處于地質構造復雜、地震活動較頻繁的地區(qū)，歷史上曾多次遭到地震襲擊，如交河故城、鎖陽城、山丹長城和武威長城等都曾遭到地震的破壞，史書中均有明確記載。

文化遺址是不可再生的資源。目前我國的土遺址文物總體上正處于高危時期，由于缺乏科學的保護理念，技術手段相對滯后，力量薄弱，遭受嚴重威脅與破壞的趨勢仍難以遏止；對土遺址文物保護事業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究不夠，不能適應實際需求；尚未形成完整的多學科交叉的科學體系，研究成果較為零散，技術集成水平不高，缺乏必要的技術規(guī)范。作為政府和決策部門，急需科研工作者提供土遺址文物方面的震害防御及抗震防護技術對策，并為潛在的地震災害做好科學的應急方案。

1 土遺址的主要病害及成因機制

許多文物保護工作者從不同的角度對土遺址的病害特征進行了研究［1－7］，本文通過對西北地區(qū)典型土遺址的考察分析，歸納總結土遺址的主要病害有：風蝕病害、表面風化、雨蝕病害、裂縫、失穩(wěn)或坍塌、基礎掏蝕、生物破壞和人為破壞等問題。

1．1 風蝕病害

風蝕（圖1）是最主要的破壞形式。典型的風蝕地貌有三種：蜂窩狀、層狀、棒槌墻。本地區(qū)的大量土遺址地處荒漠戈壁腹地，氣候極端干旱，降水量少，溫差大，地表普遍為沙丘所覆蓋，沙源豐富。同時該區(qū)又是多風地區(qū)，風力強且具突發(fā)性，輸沙力高，風沙流的強烈風蝕和剝蝕是風沙災害的主要成因。在風沙的磨蝕與旋蝕作用下，膠結差的地層容易被風吹蝕，形成典型的風蝕病害。蜂窩狀即墻面被風吹蝕成凹凸不平的蜂窩狀；層狀風蝕病害主要發(fā)生在生土地層。長期的風蝕造成了土遺址形狀千姿百態(tài)，其形狀和殘留高度對其穩(wěn)定性有很大影響，尤其是細長結構的土遺址，對地震加速度有明顯的放大作用，極易遭受破壞。

圖1 典型的土遺址風蝕病害Fig．1 Typical wind erosion of ancient soil relics．

1．2 表面風化

表面風化是土遺址普遍發(fā)育的一種病害，風化破壞營力主要為風、雨 、溫度、濕度的急劇變化以及鹽分的運移和毛細作用。巖性特征是土遺址文物產(chǎn)生多種病害的物質基礎，是內因。土遺址的主要構成是粉土、粉質粘土和砂土，可溶鹽含量較高，風化病害尤為嚴重。土遺址墻體的土中含有較多的方解石，由于方解石是一種耐凍融很差的礦物，當遭到反復凍融后，易產(chǎn)生風化。主要病害表現(xiàn)形式為片狀剝離、龜裂、塊狀剝落、空鼓等（圖2）。

圖2 瓜州破城子遺址表面風化嚴重Fig．2 Severe surface erosion of Pochengzi ancient city in Guazhou，Gansu province．

1．3 雨蝕病害

在西北地區(qū)，雖然干旱少雨，但降雨時空分配記不均勻，偶然的暴雨對土遺址破壞極大。像40～50 mm的降雨也經(jīng)常發(fā)生，在長期的歷史環(huán)境中這種破壞是不可低估的。雨蝕主要有三種情況：墻面片狀剝離、低洼區(qū)浸水、沖溝（圖3）。墻面片狀剝離是在暴雨作用下土體崩解成泥流附著在墻體上，形成泥皮，在風或重力的作用下不斷以各種形式的片狀和塊狀脫落，后期形成凹凸不平的蜂窩狀墻面。墻體遭侵蝕的病害狀況發(fā)生普遍，往往以迎風面的墻體或處在低洼處的墻體受損最為嚴重。

圖3 武威長城烽火臺受雨蝕形成沖溝Fig．3 Rain erosion on Watch tower of Great Wall in Wuwei，Gasu province．

1．4 裂縫、失穩(wěn)或坍塌

土遺址體中不同成因類型的地質不連續(xù)面的發(fā)育程度、產(chǎn)狀、組合形態(tài)是導致土遺址產(chǎn)生病害的一個重要因素。裂縫是由于應力的重分布，局部應力集中或產(chǎn)生張應力，當應力超過土體強度時土體發(fā)生破壞，引起土遺址開裂變形。土遺址中也保存有大量的洞室，有在生土中挖成，有在夯土中挖成，有土坯砌筑。由于長期的自然風化作用，在地震和重力作用下產(chǎn)生變形，形成裂隙，將整個頂部分割成數(shù)塊，最后隨著裂隙進一步發(fā)育，形成坍塌（圖4）。地震活動對土遺址的影響非常突出，2003年10月25日發(fā)生在甘肅山丹、民樂之間的6．1級地震使山丹縣境內的明長城3處城墻墻體、2處烽燧發(fā)生倒塌（圖5），另有數(shù)十處城墻墻體產(chǎn)生裂縫和傾斜。

圖4 吐魯番交河故城遺址裂縫和坍塌病害Fig．4 Crack and collapse on Jiaohe ancient city in Tulufan，Xinjiang．

圖5 山丹長城遭地震破壞倒塌Fig．5 Great Wall damaged by earthquake in Shandan，Gansu．

1．5 基礎掏蝕

基礎的掏蝕是由多方面因素引起的，主要是風蝕、水蝕、以及化學腐蝕共同作用。首先因為作為建造材料的黃土土體中含有較多的易溶鹽成分，如Na2SO4、MgSO4、NaCl等，由于雨水的沖刷、地面積水，使得土體中的易溶鹽成分隨著水流遷移富集于墻基礎處，造成墻體與地面接觸部分的土體的不斷疏松，力學強度下降。特別是可溶鹽成分在雨期發(fā)生溶解－結晶－復溶解這一反復過程，使墻體強烈收縮，并沿夯層逐步剝離凹進，加上風沙的搬運作用，基礎逐漸被蝕空，使整個墻體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。有的土遺址在風的作用下底部不斷掏蝕收縮，像即將傾倒的 “棒槌”（圖6）。

圖6 典型基礎掏蝕病害Fig．6 Typical base erosion of ancient soil relics．

1．6 生物破壞

生物破壞是指由于生物作用對土遺址造成的破壞，包括動物病害和植物病害。動物病害是指一些蟲洞、鼠洞、鳥巢、鳥類糞便等動物作用造成的病害。植物病害是指植物生長過程中，延伸在土遺址中的根系所造成的破壞作用引起的病害，如在鎖陽城墻體上和墻體兩側長有紅柳、駱駝刺等植物，這些沙生植物發(fā)達的根系對墻體結構帶來破壞。另外，霉菌在生長過程中分泌了酸性物質，改變了土遺址表面的顏色狀態(tài)，破壞了土壤的表面結構（圖7）。

圖7 駱駝城土遺址表層霉菌Fig．7 Mold growth on wall surface of Luotuo ancient city．

1．7 人為災害

西北地區(qū)的土遺址由于當時人口較少，交通不便，故人為的環(huán)境污染相對較少，為土遺址文物的長期保存提供了有利條件。但是隨著近些年旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展和人類在從事各種社會經(jīng)濟活動中的短視行為，在相當程度上改變了土遺址原有的自然環(huán)境，加劇了土遺址已有的病害，并誘發(fā)了新的災種。爆破振動、機械振動、火車和汽車等所導致的環(huán)境振動，使土遺址文物長期處于動力環(huán)境中，導致土體裂隙結構面強度緩慢削弱，助長了危巖塊體的形成和崩落。人類生活和生產(chǎn)活動過程中對土遺址的拆毀、盜掘、取土，已使不少土遺址面目全非或不復存在，如挖墻造田、為穿行方便挖墻開路（圖8）、人為攀爬以及點火取暖等，都會對土遺址產(chǎn)生巨大的影響。又如在鎖陽城，多處地段存在當?shù)卮迕裢诰蜴i陽等藥材留下的坑，距離遺址墻體很近，嚴重影響土遺址的保存。

同時，人們?yōu)榱送吝z址保護和文物修復所進行的一系列工程活動和嘗試，客觀上會產(chǎn)生一些次生災害或使病害加劇。如：個別土遺址文物采取的加固修繕工程，改變了原貌，損害了文物的藝術價值；土體的補強和加固、表面的防風化處理以及排水防滲系統(tǒng)的整修等工程活動，由于決策失誤，不僅可能起不到應有的作用，相反會給以后的工程措施帶來極大的困難。

2 土遺址文物震害防御對策

土遺址文物保護的實質就是探討土遺址文物與自然環(huán)境、文化環(huán)境、管理機構、服務設施、旅游者等方面的相互協(xié)調和統(tǒng)一，最大限度地保護和延長其天然工作壽命。其震害防御應加強災前綜合防御、震時科學應急和災后恢復對策的編制工作。

圖8 山丹明長城中的人為通道Fig．8 Excavation by human on Great Wall built during Ming dynasty in Shandan，Gansu．

2．1 災前防御對策

災前防御是防災減災中最重要的階段，是減輕災害損失的根本性保障，要立足于從體制和機制上完善防災減災綜合防御體系。

（1）實施科學調查評估行動，科學編制文物保護和防災規(guī)劃

通過一系列保護規(guī)劃專項研究，遵照“搶救第一、保護為主、加強管理、合理利用”的文物工作方針，做好土遺址環(huán)境地質條件的調查、勘測和評價工作；深入開展土遺址地震穩(wěn)定性研究；進一步研究各種人文因素在災害形成中起作用的方式和途徑，研究各種人文因素對土遺址病害的影響程度、方式和途徑；大力加強保存與修復的基礎科學研究。

（2）加強對土遺址文物保護相關政策的研究以及防災減災法規(guī)體系建設

目前土遺址退化嚴重，必須采取措施控制經(jīng)濟發(fā)展對遺址的負面影響，在保護和利用之間取得平衡，確保遺產(chǎn)保護與管理的必需條件及資源。同時，應加大文物防災減災法律法規(guī)體系建設，從災害預防、宣傳教育、監(jiān)測預警、應急管理、災后修復、保障體系等方面進行必要的法規(guī)約束，規(guī)范文物保護行為。

（3）實施監(jiān)測及安全預警相關技術行動，提升安全防范能力

對自然變異的監(jiān)測減災是先導性措施。應逐步建立和完善土遺址地質災害的動態(tài)監(jiān)測設施和環(huán)境質量監(jiān)督監(jiān)測體系。加強對表面風化、裂隙發(fā)育、現(xiàn)有加固手段的作用和自身位移的長期監(jiān)測工作；對于環(huán)境振動對土遺址文物的影響也要進行必要的監(jiān)測。同時文物主管部門應加強相關工作人員的地震應急培訓工作，學習和掌握一定的地震應急安全知識，增強應急處理能力。

（4）加強土遺址文物災害風險評估和文化遺產(chǎn)保護的標準化建設

建立以領導和有關專家為核心的防災減災決策系統(tǒng)，加強對病害整治方案的技術可行性、經(jīng)濟合理性、實施可能性等方面的多學科、多部門的專家聯(lián)合論證工作。注意各種病害成因之間的相互聯(lián)系和相互作用，提高防災減災的可靠性和科學性。建立土遺址文物保護工程前期勘測的技術標準，室內和現(xiàn)場測試技術規(guī)范及工程穩(wěn)定性評價的方法及標準，為土遺址文物保護工程規(guī)范化的操作提供一個可以參照的定量標準。

（5）科學編制地震應急預案

為預防、及時處理和解決土遺址文物所在地發(fā)生地震時的各種問題，必須編制應急預案。應急預案的內容可按照《國家文物局突發(fā)事件應急工作管理辦法》中的規(guī)定確定。深入而細致的應急預案是使地震的破壞程度和災后影響最小化的關鍵條件。應當考慮的不止包括地震發(fā)生當時的行動方案，還需要策劃對各種遺存的保護方法和必需的條件，并確保當時能夠得到這些條件。

（6）重視土遺址文物環(huán)境的保護

文物環(huán)境包括自然環(huán)境和人文環(huán)境兩部分。文物所在的自然環(huán)境是文物賴以生存的基本條件、是文物的載體；而人文環(huán)境是文物遺址不可缺少的組成部分。近年來，由于文物自然環(huán)境質量的急劇惡化，加劇文物的劣化速度，甚至對文物造成毀壞的例子屢見不鮮。因此，要想很好地實現(xiàn)保護土遺址遺存及其歷史環(huán)境的完整性，保存土遺址遺存的真實性以及保持土遺址遺存的延續(xù)性，應密切注意文物周圍的環(huán)境質量，切實重視文物環(huán)境的保護。

2．2 震時應急對策

地震發(fā)生后的短暫時間內土遺址文物的防治研究分為三個時間段：

（1）主震剛剛發(fā)生的短暫時段。在這個時段，文物管理部門第一時間啟動緊急預案、召開現(xiàn)場會議，安排部署開展文物搶救工作和自救工作，并及時將文物受災情況上報上級主管部門，同時要立即停止向公眾開放。古建維修、文物保護、巖土工程等相關專業(yè)的專家趕赴受災現(xiàn)場進行實地考察評估和臨時緊急處置，盡一切可能采取補救措施保護文物，并及時向社會公眾發(fā)布信息。

（2）主震發(fā)生后文物有限的臨時救治狀態(tài)下的時段。在這個時段，遭受重創(chuàng)的文物仍岌岌可危，依然面臨著不斷發(fā)生的余震、各種次生災害和人為的威脅。受災地區(qū)各級文物保護單位要在受損文物周邊設置警戒線和說明牌，劃定現(xiàn)場保護范圍，避免因文物建筑垮塌或構件掉落威脅人身安全；做好文物受災現(xiàn)場原址清理、散落構件收集、保管和相關資料的收錄、整理工作，防止文物建筑構件遺失；對受損特別嚴重，結構存在安全隱患的文物建筑，應立即采取臨時性支護措施。

（3）指文物在經(jīng)過搶險加固之后的時段。震后文物雖經(jīng)過了搶險加固，但其結構體系仍處于被破壞的狀態(tài)中，相當部分受損結構體不能正常發(fā)揮其功能，結構的穩(wěn)定靠在搶險加固階段所附加的支撐、加固物來實現(xiàn)，文物在整體上是病態(tài)的，且這種病態(tài)會隨著時間的延續(xù)而繼續(xù)發(fā)展。處于這種狀態(tài)下的文物，其生命時段會大大縮短，應加強應急值班和信息報送工作。對于險情極其嚴重的文物建筑，要按照搶救第一的原則，抓緊組織實施排險工作，確保文物安全。

2．3 災后恢復對策

災后文化遺產(chǎn)保護，是滿足災區(qū)人民精神文化需求、情感需求、鼓舞重建家園信心的重要舉措，是共同守護精神家園、傳承中華文明的重要行動。文化遺產(chǎn)保護，特別是在地震中遭受損毀的文物建筑的搶救、保護、修復是一項科學工作，必須根據(jù)其價值、相關的歷史資料、地震前文物的狀況、結構特征、環(huán)境要素以及修復之后的功能，遵循中國文物古跡保護工作的程序，確保搶救、修復工作能夠保護修復對象的價值，保護其真實性、完整性，并實現(xiàn)它在震后社會重建中的功能。

（1）盡快啟動對土遺址文物震害的科學評估和修繕方案的制定一支強大的專業(yè)隊伍，有效的管理、評估機制是保證震后文物搶救、修復順利進行的基本條件。盡快成立由相關專家和管理人員組成的工作組，展開對土遺址文物受損情況的評估，制定修繕方案。應盡快開展勘察設計，確定搶救保護項目，編制工程技術方案，盡可能早地對其進行全面修復，根除其病害，并早日實現(xiàn)對社會公眾開放。

（2）根據(jù)實際情況可適當保留地震記憶

地震造成的古代建筑物受損，是建筑物本身歷史的一種延續(xù)，從而也會產(chǎn)生一種新的遺產(chǎn)概念－－地震遺產(chǎn)。汶川地震北川地震遺址博物館即為典型實例。再比如，柬埔寨吳哥的很多寺廟建筑都已成為著名的遺址，其歷久產(chǎn)生的歷史和美學價值已成為不可取代的人類文化遺產(chǎn)。如巴戎寺，其石頭、大樹、倒塌的形態(tài)已成為一種超乎僅僅建筑意義的不朽的藝術品。

（3）編制災后文物搶救、修復規(guī)劃

地震后的重建時期，要充分利用重建契機，在對文物受災情況進行統(tǒng)計和評估的基礎上，制定災后文物搶救保護修復規(guī)劃大綱，編制恢復重建經(jīng)費預算，及時納入國家災后重建規(guī)劃，為文物抗災工作奠定堅強的法律、經(jīng)濟基礎，是受災區(qū)域文物管理部門災后首先要做的重要戰(zhàn)略部署。文物管理部門要將制定文物搶險保護方案設計的工作放在首位，同時也應把受災文物保護單位保護規(guī)劃的制定工作放在同等重要位置來抓，從而優(yōu)化文物的生存環(huán)境。

（4）積極開展國際合作和地震對策研討

汶川“5·12”特大地震使包括土遺址在內的大批珍貴文物遭受了重創(chuàng)，國際社會給予廣泛關注。震后國家文物局召開了一系列學術研討會，在文化遺產(chǎn)搶救和保護方面取得了有關國家以及國際組織和機構對我國的震后文化遺產(chǎn)搶救和修復的支持，促進了保護技術的交流，提高了震后文物搶救、修復的水平和從業(yè)人員的文物防震減災技術，值得借鑒和發(fā)揚。

3 土遺址文物的抗震加固

3．1 抗震加固的原則

鑒于土遺址文物的特殊性，其抗震加固應實現(xiàn)與文物保護的有機結合，應遵循以下原則。

（1）文物保護治理應遵循“不改變文物原貌、修舊如舊”的原則。盡量不改變土遺址原有的賦存面貌，把保護的重點放在預防土遺址自然環(huán)境遭受破壞或惡化的方面上，加強對環(huán)境的綜合治理；對暴露在外的工程設施要進行隱蔽處理，力求自然和諧，以達到“修舊如舊”、盡量保持原貌的目的。

（2）適當提高地震設防烈度和注意考慮地震影響方式的原則。土遺址和文物加固工程屬永久性工程，故設計時應適當提高地震烈度進行設防，特別是對國家重點文物保護單位，設計時都應將地震烈度提高一度進行設防。

遠距離地震波具有長周期，低頻率，持續(xù)時間長的特征；而近距離地震波具有短周期，高頻率，持續(xù)時間短的特征。土遺址的抗震防災不但要重視近震對土遺址的影響，區(qū)域遠震活動的影響更不容忽視。

大部分土遺址為殘存的薄墻體或不規(guī)則的細高結構，自振周期偏長，對地震加速度有明顯的放大作用，不利于土遺址的抗震穩(wěn)定性。所以在土遺址及其附屬建筑物加固過程中應考慮其不規(guī)則形狀的不利影響。

（3）充分考慮土遺址結構本體與地基以及周圍環(huán)境的共同作用。必要的地基處理加固與周圍環(huán)境的綜合整治是土遺址本體加固的基礎。

（4）根據(jù)各處土遺址的保護等級與文物價值重要性，確定安全、可靠且符合經(jīng)濟承受能力的加固方案。結合加固效果，加固工期，施工的便利性，施工過程中對土遺址本體的不利影響等因素，綜合判斷選擇加固方式。

（5）在許多情況下，土遺址的修復保護不可能一次加固，一勞永逸，應留予充分的空間，遵循"可再處理"原則，為未來的多次加固提供便利［8］。

（6）考慮到土遺址文物的不可再生性，加固工程實施前應開展類比試驗，以檢驗設計方案的可行性，并進行必要的調整。同時，加固材料和工藝應進行科學檢測和現(xiàn)場測試證明對文物無害且對保護長久有效后方能使用，確保不損害文物的藝術價值。

（7）保障游客安全的原則。土遺址區(qū)是眾多游人參觀游覽的場所。游客的安全保障是土遺址文物區(qū)運營管理的首要目標。避免地質災害對游客的危害，保證游人生命安全是土遺址防治的重點，在治理方案中應予考慮。

3．2 抗震加固方式

3．2．1 土遺址的抗震加固與一般加固的比較

對于帶有病害的土遺址，對其進行修復加固，還原其原有的相貌，保存其歷史價值和文化價值，使之與更久遠的傳承，這是十分必要的，也是迫在眉睫、亟需解決的問題。同時土遺址的保護加固也是一個世界性的難題，實施難度大，也往往缺乏持久性。

（1）抗震加固與一般加固的共同之處

一是目標相同，兩種加固方式的最終目標均是對土遺址的病害加以控制，從而使之處于更長時間的安全賦存狀態(tài)。二是加固原理基本相同。土遺址加固的方法一般基于以下一種，或多種原理。其可以原理基本分為①致密；②排水；③膠結；④復合散體；⑤拌合；⑥吸熱或加熱；⑦控制變形［9］。最終解決表面風化和整體穩(wěn)定兩方面重要問題。

（2）抗震加固與一般加固的區(qū)別之處

一是加固對象的不同。對于一般加固而言，所有帶有病害的土遺址，包括風化嚴重、水蝕嚴重或裂隙發(fā)育等病害，都是一般加固的對象；而土遺址的抗震加固對象主要是針對于病害嚴重如大面積坍塌，基礎蝕空，穩(wěn)定性差，在地震作用或自重作用下，極易發(fā)生倒塌的高危險性土遺址。

二是加固效果的不同。土遺址的一般加固針對于修復土遺址的各種病害，對“修舊如舊”原則要求較高，并充分考慮未來一切可能環(huán)境作用下土遺址可以更好的保存。而土遺址的抗震加固建立在一般加固方式的基礎之上，偏重于考慮土遺址在遭遇突發(fā)荷載下的安全情況，力求損壞達到最小，因此對加固要求更高，對“搶救第一”的原則要求更高。

三是加固手段的不同。由于土遺址在不同情況下的受到的破壞程度不同，有劇變的，有緩變的。此外，在不同的荷載作用下，土遺址的失效路徑、方式和規(guī)模也是截然不同的。如：土遺址在風蝕、水蝕作用下，其構筑材料的力學性質會下降，部分土體會被蠶食，當發(fā)展到一定程度后，才發(fā)生失穩(wěn)；而當?shù)卣饋砼R時，土遺址會因慣性力的存在，造成土體地震響應過大，內部產(chǎn)生較大的應力、應變或位移，從而發(fā)生破壞，或由于土遺址間的碰撞擠壓造成破壞。因此，土遺址的一般加固通常以化學加固方式為主；而抗震加固通常以物理加固或物理加固與化學加固相結合的方式。

3．2．2 土遺址的抗震加固方式

針對西北地區(qū)土遺址的病害特征和賦存環(huán)境的實際背景，結合土遺址的一般性加固理論和經(jīng)驗，從加固部位上分，可以將土遺址的抗震加固方式分為結構加固和基礎加固；從加固目標上分可分為臨時加固與永久加固；從加固材料上分可分為土體加固和復合材料加固；從加固程度上分可分為表面加固與內部加固；從加固流程上分可分為一次加固或多次加固。一般的，為達到較好的抗震加固效果，可將土遺址的加固方式分為物理加固和化學加固以及化學物理加固三大塊，并進行相對的獨立研究或綜合研究。在實際加固過程中，往往是聯(lián)合這兩種加固方式，采用物理化學加固方式來實現(xiàn)最優(yōu)化加固。

（1）物理加固

物理加固指通過物理的機械性加固方式，旨在改變其土體的內部應力應變狀態(tài)，調整其整體連接性或剛度等特征，藉此獲得較好的穩(wěn)定性，盡量避免病害部位或結構薄弱區(qū)域在地震作用下發(fā)生破壞。常見的物理加固方式有：土坯襯砌、卵礫石培筑、支架托護、土釘錨固、地基托換、擋土墻加固、復合錨桿加固等。

（2）化學加固

化學加固指通過利用化學溶液的加固方式，旨在改變其土體材料的化學特性或物理力學特征，調整包括表面密實度、土顆粒間微觀聯(lián)結方式、增加砌補層與原遺址的結合力等增強土遺址的抗風化、抗水蝕、抗振動能力。常見的化學加固方式有：PS表面滲透加固、偏氟聚物加固、灌封膠灌縫、噴涂殺蟲、除草劑等。

（3）化學物理加固

化學物理加固指結合物理加固和化學加固兩種方式，旨在結合前兩種加固方式的優(yōu)勢，兼顧土體的力學性質和化學成分調整，藉此獲得最優(yōu)的加固效果。其中巖土注漿和巖土錨固是較為成熟的化學物理方法。巖土注漿包括水泥注漿材料的發(fā)展與應用、化學注漿材料的發(fā)展和應用、高壓旋噴注漿技術、特殊注漿技術（如粉噴加固技術、樹根樁加固技術）等；巖土錨固技術結合新材料灌漿液，有許多種，如預應力錨索、預加固技術、化學錨固技術等。

針對土遺址的病害種類、結構類型繁多的情況，特提出一些根據(jù)不同病害特征的抗震加固方案，如表1所示，以供參考。

綜合對比分析土遺址的抗震安全性和對土遺址加固效果的實際測試表明［10］，認為對于帶有病害的土遺址而言，綜合砌補、灌漿與錨桿加固是一種較優(yōu)方案。同時，通過對錨桿在土遺址文物加固中的作用的分析，認為錨桿加固具有良好的變形適應性和施工的靈活性，可以隨時根據(jù)土體地質條件的變化，方便地調整錨桿的類型和布設參數(shù)，在土遺址文物加固工程中可以做到修舊如舊，較好地保持原來的自然和人文景觀。從提高抗震性能的角度，錨桿直接加固用于增強相對獨立部分的聯(lián)結能力，增強其整體性；減小因剛度不一致發(fā)生碰撞的可能以及減小其頂點加速度反應。基礎或下部結構凹進采用土坯砌補。中間裂隙剖切較深處采用砌補和注漿再與錨桿加固相結合的方式進行，以此增強加固材料與原材料的連接性，調整內部應力分布，減少應力集中區(qū)域，轉移原病害遺址的危險部位。

表1 不同病害特征的土遺址采取的抗震加固方案Table1 Anti－seismic reinforcements for soil relics with different diseased feature

4 結語

土遺址文物震害特征及其防護研究同工程實踐相結合，是今后面臨的重要課題和發(fā)展趨勢。土遺址文物的防災減災研究是一項多學科交叉的綜合性課題，一方面既要認識到各類自然災害的危害性，同時也要注意到各種人文因素在相當廣泛的范圍內參與了災害的形成；另一方面也要充分意識到文物病害的防治是一項系統(tǒng)工程，需要將科技進步、政府職能和民眾參與三者很好地結合起來，才能達到防災減災的目的。目前文物保護部門和工程界迫切要求有關部門能夠提供土遺址地震災害的定量預測研究結果和抗震防護技術措施，以便能夠指導土遺址文物的抗震防災工作。本文建立了土遺址文物防震減災體系的框架，對土遺址的綜合防御震害具有一定的借鑒作用。但由于我國的土遺址類型多且很復雜，土遺址抗震加固防護工作任重而道遠。今后應加強對各種加固方式的作用機理和效能研究，進而指導加固設計和施工。同時鑒于目前還沒有一種非常理想的加固與保護材料廣泛應用于土質文物的保護，開發(fā)新型加固材料，提高抗震能力并保持加固效果的持久性，也極具現(xiàn)實意義。

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