新疆安迪爾古城病害特征及加固措施建議

張光偉 張虎元 于宗仁

內容摘要：安迪爾古城遺址，處于新疆和田地區民豐縣的荒漠之中，自然環境惡劣，遺址常年受到風沙掩埋及風沙侵蝕、雨蝕、基礎掏蝕、裂隙發育的危害，遺址破壞嚴重。本文通過室內試驗分析了遺址土的基本性質。通過對遺址病害的調查分析，初步提出了PS防風化處理、基礎區砌補回填、遺址底部散水處理等保護措施建議。

關鍵詞：安迪爾古城；病害類型；加固措施

中圖分類號：K854.39 文獻標識碼：A 文章編號：1000-4106（2014）05-0125-06

On the Deterioration of and Consolidation Measures

for Ancient Andier City in Xinjiang

ZHANG Guangwei1，2 ZHANG Huyuan1 YU Zongren3

（1.Key Laboratory of Mechanics on Disaster and Environmental in Western China， Lanzhou University， Lanzhou， Gansu 730000；

2.Northwest Branch，Research Institute of Petroleum Exploration and Development，

PetroChina，Lanzhou，Gansu 730020；

3.Conservation Institute， Dunhuang Academy， Dunhuang， Gansu 736200）

Abstract： Ancient Andier city is located in the hinterlands of the Taklimakan Desert near Minfeng county in Khotan， Xinjiang. Because of hazardous natural conditions， thesite shows severe deterioration from wind erosion， rain erosion， foundation recession， fractures， and being buried by sand. The physical properties of the soil in this area have been determined in laboratory tests. After investigating and analyzing the characteristics of the deterioration and local soil， this paper suggests that the following conservation measures should be taken： preventing surface weathering with PS； building adobe supports or backfilling areas suffering serious sapping erosion； and draining water away from wall bases.

Keywords： ancient Andier City； deterioration； preservation and consolidation

收稿日期：2013-12-18

作者簡介：張光偉（1984- ），男，河北省行唐縣人，蘭州大學土木工程與力學學院博士研究生。

0 引 言

安迪爾古城遺址位于新疆維吾爾自治區和田地區民豐縣安迪爾牧場東南約27km的沙漠腹地（圖1），是絲綢之路南道漢唐時期的重要遺址，2001年6月國務院公布為第五批全國重點文物保護單位。遺址分為東、西兩個區，地理坐標北緯37°26′—37°54′，東經83°32′—83°50′，海拔約1300m。東部遺址區包括夏羊塔克古城遺址、廷姆佛塔遺址、道孜勒克古城遺址、南方古城遺址以及周圍的佛塔、墓葬、冶煉作坊和窯址等。根據出土文物，該區域遺址分為早、晚兩個時期，早期遺址時代大概在公元1—3世紀末4世紀初，夏羊塔克古城、廷姆佛塔、道孜勒克古城下面的遺址形成一個聚落；晚期遺址主要是唐吐蕃時期（8世紀中葉），時間很短，包括道孜勒克古城及其內部佛寺，周邊還分布其他遺址，包括佛塔、房屋、陶窯、冶煉遺址等。西部遺址區主要是阿其克考其克熱克古城遺址。

安迪爾古城，唐以前未見正史記載，推測屬扜彌國。扜彌國為漢設西域都護府所轄的三十六國之一，后屬于闐。《新唐書·地理志》載“于闐東三百里有坎城鎮，東六百里有蘭城鎮”[1]。安迪爾古城應為唐代的蘭城鎮，后因河流頻繁改道、地下水位下降、沙漠侵蝕綠洲及戰亂等原因而廢棄。

玄奘《大唐西域記》記：從尼壤“東行，入大流沙。沙則流漫，聚散隨風……行四百余里，至睹貨邏故國。國久空曠，城皆荒蕪”[2]。斯坦因在安迪爾河下游考察了安迪爾廢墟的諸唐代古城遺址后，認為此處即是玄奘所記的睹貨邏故國和佉盧文文書上出現多次的地名Saca。

斯坦因曾在安迪爾古寺殘壁上發現刻有開元七年（719）字跡的殘碑。

清末人們來往于民豐和且末時，還常途經安迪爾廢墟，斯坦因即從尼雅經安迪爾去且末。清朝地方政府在安迪爾古城遺址以南的安迪爾蘭干特設置過交通站。

安迪爾古城遺址內發現了從西亞輸入的玻璃珠、1—4世紀羅馬產的帶花玻璃片、漢佉二體錢等文物，說明安迪爾古城是且末和尼雅之間最便捷的交通驛站，反映了塔里木盆地各城邦之間及我國西部與歐亞之間的經濟與文化交流，是絲綢之路的重要實物見證，為研究古代于闐與且末之間的歷史交通提供了重要的實物資料。

安迪爾河下游是絲綢之路南道的重要綠洲聚落，安迪爾河下游綠洲居民因河道擺動而遷徙，安迪爾古城遺址對于研究古代西域的歷史地理以及沙漠化環境變遷有重要意義。

安迪爾古城遺址出土的文書和木簡，反映了吐蕃、毗沙和當時的中國政權對此地的統治狀況與策略，對了解當時的政治社會制度、古代綠洲的興廢、疆域變遷等具有重要意義①②。

由于長期的自然侵蝕和人為破壞，安迪爾古城遺址總體毀壞嚴重。特別是風沙掩埋、風蝕、游人游玩以及不法分子對古遺址的盜掘等，對安迪爾古城遺址造成不同程度的破壞，亟待加固保護。

1 建筑形制及建造技法

道孜勒克古城，現殘存六段：北墻兩段，東墻兩段，南面城門兩側各一段，主要由泥土夯筑和土坯砌筑而成。城內的中心位置，可見有縱橫相交的立柱構成的“回”字形佛寺，佛寺平面呈方形，有內外兩道“木骨泥墻”，四周構成回廊。佛寺東南側有面積較大的房屋遺址。古城內存有很多組房屋遺址的木柱，排列較規整，地面無墻體遺存（圖2）。

廷姆佛塔，為方形塔基的覆缽式塔。塔基3層，由下向上逐漸內收。底部第1層邊長8.24m，直接建筑在雅丹臺地上，目前暴露于地表的僅存東北面的一塊，其余部分僅能在佛塔下部的直立面上見到，塔基大面積向內凹進，可見這一層厚約0.5m，全部是用膠泥夯筑而成；第2層，內收約0.6m，厚約1.8m，分別以兩層土坯和兩層膠泥間隔壘砌而成，先以土坯在第一層地基上平鋪一層，再在土坯上砌上一層膠泥，然后在膠泥層上再砌一層土坯，土坯上再加一層膠泥；第3層，向內收約0.6m，厚約0.5m，全部用膠泥堆砌而成。覆缽部分內收約0.5m，高約4.3m，全部用土坯伴以膠泥壘砌而成，呈圓柱形。佛塔塔基部分邊沿殘失嚴重，四角均已不存，塔身有盜洞。佛塔內部主要用土坯壘砌，在土坯的上下左右各面，均抹以膠泥，相互粘連（圖3）[3]。土坯長50cm，寬30cm，厚 10cm。

夏羊塔克古城（廷姆古城）， 主城平面大致呈方形，可大致識別城內較寬的街道和房址，四面殘存部分墻體，均以膠泥和土坯砌筑。圍墻內的地坪上散布著沙包，沙包周圍散布著大量陶片。東南角上有低矮的房屋墻基遺跡。耳城亦由土坯和膠泥壘砌。

2 主要病害類型及原因分析

2.1 遺址土的基本性質

為給后續保護加固措施提供依據，通過室內試驗測得廷姆佛塔和道孜勒克古城兩處遺址土體的基本性質。試樣的取樣部位如表1所示，所需土樣均來自遺址底部的坍塌堆積物。按照土工試驗規范，測得遺址土物理性質指標如表2所示，可見遺址土含水率僅為1.5%左右。試驗表明，廷姆佛塔遺址土為級配不良低液限砂土，道孜勒克遺址土為級配不良低液限黏土（表3）。

受自然和人為因素影響，安迪爾古城保存狀況較差，主要病害有風蝕及風沙掩埋、雨蝕、基礎掏蝕凹進、裂隙切割等。

2.2 風蝕及風沙掩埋

遺址所在的和田地區，位于塔里木盆地南緣，地處歐亞大陸深處，屬于典型的暖溫帶大陸性干旱氣候，是世界同緯度最干旱的地區之一。該區氣溫日較差和年較差大，大風風沙天氣多，降水少且年季變化大、蒸發大，空氣極端干燥，沙塵暴較頻繁。遺址區的劇烈溫差引起土體熱脹冷縮，加速了土體本身的疏松、剝落，也給風蝕創造了條件。

安迪爾古城遺址的建筑工藝多樣，主要有天然土夯筑、土坯砌筑等。當地主導風向為西北風。最大風力為12級，最大風速為40m/s，多集中于5—8月間。由于材料和建筑工藝的因素，遺址土較脆弱，在長期風沙作用下容易遭受嚴重的侵蝕破壞。受攜沙風的風蝕作用影響，一些遺址被侵蝕得千瘡百孔，加之風化作用，造成墻體的剝落、殘斷和土層的脫落。典型的風蝕現象有蜂窩狀墻貌、土坯層出露。部分墻面被風吹蝕呈凹凸不平的蜂窩狀，在風沙磨蝕、旋蝕作用下，局部產生剝離（圖4）。風蝕破壞是所存土遺址普遍發生的病害，部分遺址體病害嚴重。同時可以看到，古城城內及周圍布滿沙丘，城址大部分被流沙掩埋（圖2）。

2.3 雨蝕

和田地區屬干旱少雨區，降水少且分布差異較大。年平均氣溫11.0—12.1℃，年降水量28.9—47.1mm，年蒸發量2198—2790mm。但是偶爾的集中降雨，會給遺址帶來極大的破壞（圖5）。安迪爾古城遺址的雨蝕病害主要有兩種情況：第一種是雨水面流及濕化引起的表面泥滑；第二種是雨水沖刷形成墻面沖溝，大且深的沖溝多發育在墻體接縫處。

2.4 基礎掏蝕凹進

基礎掏蝕凹進是破壞性極強的一種病害，可以引發裂隙發育及擴展，造成遺址基礎錯落及崩塌。與其他土遺址基礎掏蝕病害情況不同的是，安迪爾古城基礎掏蝕凹進主要是由積水坑和攜沙風造成。2012年7月，現場調查發現墻體底部至少存在2個較大的積水坑（圖6），由于遺址土體本身含水量不到2%，短時的強降水在基礎匯集，致使墻體底部吸水軟化，造成墻體基礎掏蝕破壞。另一方面，當地的攜沙風具有較強的風蝕破壞性，在墻體底部形成掏蝕區，導致基礎掏蝕凹進（圖7），甚至導致崩塌（圖8）。

2.5 裂隙切割

裂隙發育是墻體破壞的重要因素，也是大多墻體普遍發育的病害形式。裂隙類型主要為：墻體裂縫、卸荷裂隙或在二者基礎上進一步發展演化的風化裂隙。裂隙傾角多近于直立，走向大都垂直墻面切斷墻體。裂隙發展的直接后果為墻體表面層狀剝落，部分墻體傾倒、崩塌。

2.6 人為破壞

人為破壞對遺址造成的威脅較為嚴重，主要表現為以下兩種：

（1）盜掘，20世紀初外國探險人員的盜掘對遺址造成破壞，佛塔、墻體等部位留下多處盜洞，廷姆佛塔的盜洞已向下直達塔的中心位置；當代的盜掘現象也存在。

（2）游人踩踏，沿315國道而至的沙漠探險游逐漸興起，參觀者直接登臨士遺址，對遺址表面造成破壞。

人類活動對遺址的破壞作用巨大，而且這種破壞對遺址而言是毀滅性的，無法通過技術手段修復，應當進一步通過管理手段解決。

3 保護加固措施建議

基于對安迪爾古城遺址主要病害特征及主要破壞因素的分析， 本著“不改變文物原狀”與“最小干預”的文物保護原則[4]， 根據現場調查情況，提出以下保護措施供參考。

3.1 表面防風化加固

風化嚴重區域、土坯縫差異風化區、采取工程措施后區域，表面應進行防風化處理。已有研究表明，粉土中的黏土礦物經PS處理后，可使片狀、離散、晶態的黏土礦物微觀結構發生變化，形成一種緊密的非晶態網狀膠凝體，從而使其力學性能發生變化。PS滲透處理可以提高土遺址的防風蝕、雨蝕能力，這一點已經被玉門關、河倉城、西夏王陵等土遺址加固工程實踐所證明[5-6]。

為測定不同PS濃度加固后遺址土重塑土塊抵抗風蝕能力的差異，從而確定合適的PS加固工藝。本研究采用趙海英等作者類似的研究方法[7]，在蘭州大學西部災害與環境力學實驗室多功能環境風洞實驗室中進行了風蝕試驗，模擬安迪爾古城遺址土所受到的攜沙風侵蝕狀態。試驗前測量試樣迎風面面積并拍照和稱重，方便風蝕后對比。試樣迎風面距出風口9m，試樣底面距沙面4cm，試樣間距5cm，試樣背風面抵以鋼板，以防止試樣被吹翻。室內試驗結果表明：當以18m/s挾沙風吹蝕時，未加固試樣的風蝕量分別為83.0g和10.5g； 經3%PS加固過的試樣的風蝕量分別為27.9g和1.6g；而經7%PS加固過的試樣被風吹蝕，其抗風蝕能力隨加固所用PS溶液濃度增大而增強。可以明顯看出經PS加固的試樣有很好的抗風蝕性。

3.2 墻體掏蝕區加固

對遺址墻體上的掏蝕凹進，根據其原始建造方式及原始建造材料，采用土坯砌補或周圍土體進行回填處理。土坯的尺寸根據基礎凹進的深度和高度制作，總的原則是土坯砌補后方便恢復原貌和做舊[4]16。回填時應謹慎施工，不能回填過量，回填部分與遺址本體之間應充填密實。

3.3 表面沖溝整治

對遺址墻體表面規模較大的沖溝進行回填加固，加固時選用與遺址土類似的材料，采用砌補的方式進行回填，然后進行表面PS滲透。對規模較小且不影響穩定性的沖溝原則上保持原狀[8-9]。

3.4 地表排水整治

在墻體底部區域設置散水處理。平整出3%坡度，使墻基匯水排散，減少對遺址的破壞；墻體根部適當做抗滲層。

3.5 人為破壞防治

為了減少人類活動對遺址的破壞，除加強管理外，應通過樹立保護標識牌、說明牌等措施限制人類活動對遺址的破壞。

4 結 論

（1）安迪爾古城具有重要的歷史、藝術和科學價值，也是絲綢之路上受到風沙侵蝕最嚴重的古遺址之一。為安迪爾古城遺址找到合適的加固保護措施，對探索位于沙漠中的土遺址的保護具有一定的借鑒意義。

（2）安迪爾古城遺址受到風蝕及風沙掩埋、雨蝕、基礎掏蝕凹進、裂隙切割等多種病害的破壞，亟待實施搶救性保護。

（3）針對遺址存在的病害，提出了PS表面防風化加固、基礎掏蝕區砌補或回填和設置地表散水處理的對策建議。

有關PS工藝和加固效果的評價等仍需要進一步的研究。下一步需要現場試驗驗證采取措施的可行性，尤其是有關土坯差異風化薄弱層（土坯縫）的PS加固。

致謝：作者非常感謝敦煌研究院在PS保護土遺址方面的開創性工作，有關研究得到了王旭東研究員和郭青林博士的大力幫助，在此表示真誠的感謝，同時對新疆文保中心提供的幫助表示感謝。

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