土遺址墻體裂縫病害監測的初步設想

張翔

摘要：嘉峪關關城出現墻體裂縫對嘉峪關關城整體的保護已經造成了相當大的影響。如何科學的監測和保護關城已經提上工作日程。本文就墻體裂縫病害入手，通過觀察、討論、分析得到造成這種病害的可能原因，并基于分析提出監測工作中應當注意的事項和以后工作中的設想，為今后更好的開展監測工作拓展思路。

關鍵詞：墻體裂縫、土遺址保護、病害分析、文物監測

一、嘉峪關簡介

嘉峪關地處河西走廊中段，嘉峪關市西5公里的嘉峪塬上，南接祁連山，北靠黑山。嘉峪關所在區域為溫帶大陸性荒漠氣候，夏季日照時間長且陽光強烈，冬季寒冷干燥，降水稀少蒸發快，晝夜溫差大，常年盛行西北風。

嘉峪關關城坐東向西，形狀略呈長方形，周長為1107米，有內城、羅城、甕城、外城、城壕、墩臺、以及硬山頂式、歇山頂式、懸山頂式木構建筑組成。內城墻體多為黃土分段分層夯筑而成；外城城墻則使用黃土夯筑；羅城以及三座城臺使用花崗巖石條做基，墻體內部為黃土夯筑，外部則使用青磚壘砌而成。

二、墻體裂縫

2.1病害分布

土遺址墻體裂縫此種病害主要出現在內城西墻內側，羅城城墻，以及外城墻上。墻體的裂縫多垂直于地面向上延伸，少數裂隙與地面成45?向上發育，長度從十幾公分到一兩米都有，寬度大多為1到2cm，羅城墻體頂部外側最寬處裂縫可達5cm，外城墻甚至出現貫穿性裂縫。病害分布廣，成因多樣，對建筑物本體的危害大，是關城的常見病害。

2.2形成原因

2.2.1建筑材料本身的性質

關城外墻墻體采用的是黃土和石灰的配合土，石灰在拌合的過程中能夠吸收土壤中的一部分水，但是配合后的土中還是含有少量水。黃土是熱的不良導體，再經過夏季太陽高溫照射，很容易形成內外溫度不均的情況，隨著水分的逐漸流失，黃土顆粒間隙逐步增加，裂隙緩慢形成。黃土和石灰拌合時，石灰與黃土中的水作用會產生大量熱量，黃土無法很好地散熱，內外冷熱不均，也會形成裂隙。此原因產生的裂縫大多集中在外城墻上，并且垂直于地面，大多出現在夯段的接縫處，由于施工工藝所限，目前還無法避免此種裂縫的產生。

2.2.2排水不暢

關城城臺頂部排水不暢，雨水在富集后集中滲入墻體內部，致使墻體內部夯土潮濕，遇水膨脹，加之外層磚體酥堿，受到外力作用變形產生裂縫。冬季積雪清掃后在墻角堆積，晝間冰雪融化滲入磚縫墻體，夜間溫度降低重新結冰，通過凍脹作用長時間影響后，墻體受力變形產生裂縫。

2.2.3地震作用

嘉峪關所在地區為嘉峪關斷層邊緣，地質結構為地震多發區域，歷史上也發生過多次的地震，在橫波縱波瑞利波的綜合作用下，城墻墻體整體結構的穩定性受到破壞，裂隙多產生于結構較薄弱處。

此裂隙的下半部分為常見的干縮性裂縫。上半段為“S”型裂縫，疑似在經過地震波綜合作用后，出現了特殊的裂隙形態。

2.2.4不均勻沉降

由于北箭樓的不均勻沉降，墻體整體受力不均，墻基下沉，導致墻體出現裂縫垛墻和女墻向外傾斜。

三、結合監測工作的一點想法

墻體開裂是嘉峪關關城的典型病害，墻體裂縫的發生原因多種多樣，大多為嘉峪關本地地質、水文、氣象等綜合因素影響，自然因素成為其主要成因。就病害簡單談談在監測工作中的所思所想。

墻體裂縫是西北地區土建筑的典型病害，尤其是在嘉峪關關城，呈現散狀分布特點。裂縫產生原因多種多樣，針對不同墻體裂縫的成因應制定不同的監測方案。下面就日常監測、定期監測、反應性監測三方面探討：

1.日常監測：裂縫的日常監測主要憑借裝在墻體內部的裂縫計，通過定期數據收集、分析判斷裂縫的發育；輔之以裂縫觀測儀等便攜式設備形成感性認知，形成數據與圖片相結合的監測模式。

2.定期監測：形成裂縫的原因多種多樣，這些原因中某些為主要原因，如日照。根據嘉峪關本地的日照時令變化特點制定相應的監測計劃，夏秋兩季可設置較高的定期監測頻率，在數據累積若干周期之后，通過縱向對比得到影響裂隙發育的首要因素，并就此因素對墻體的影響做專項監測。

3.反應性監測：夏季暴雨冬季積雪是影響墻體裂縫可預見的主要因素。就極端天氣下的反應性監測應利用便攜式設備的特性實時開展監測工作，對比極端天氣前后的裂隙變化得到此種天氣對裂隙的影響，為下一步的決策提供數據支持。在做好極端天氣監測的同時也應該同時開展施工中和緊急情況下的監測。通過數據對比施工前后監測點的各項指標，評估施工對監測點的修繕程度，是否達到預期的效果。緊急情況如因為墻體開裂導致的坍塌、剝落、傾斜等問題，應啟動反應性監測，利用便攜設備及時跟蹤緊急情況下文物的損毀情況，利用數據分析是否有進一步破壞的可能，為以后監測平臺設定預警值提供參考標準。

參考資料：

[1]張曉東、張斌：《嘉峪關關城現狀及病害分析研究》；

[2]張曉東：《嘉峪關城防研究》；

[3]劉卉：《關于地基不均勻沉降的成因與防治措施分析》；

[4]郭宏：《論文物保護科學研究的內容與方法》；endprint