山西省運城市鹽湖區太平興國寺塔修繕設計與實踐

□田芳

山西省運城市鹽湖區太平興國寺塔修繕設計與實踐

□田芳

通過對山西運城鹽湖區太平興國寺塔現狀的評估分析，提出對塔體加固的技術方案，并成功指導工程實踐，為磚石古塔的保護做出應用示范。

古塔 修復 加固

太平興國寺塔，又名南海觀音塔，俗名安邑塔。位于山西省運城市鹽湖區安邑辦事處東北隅，原為太平興國寺主要建筑之一，現寺已毀，唯塔獨存。《安邑縣志》載，唐貞觀年間（627—640年）建；《山西通志》載，建于宋嘉祐八年（1063年）；清順治十八年《太平興國諸寺并古□□》碑載，隋仁壽年間（601-604年）所建，民國 30年（1941年）補修。結合當地宋代磚塔結構及風格、做法分析斷定，該塔為宋代遺物。2013年5月公布為全國重點文物保護單位。2012年編制保護修繕方案，2013年動工，2016年竣工。

一、殘損狀況評估

（一）自然及環境因素

1.地震災害的破壞

太平興國寺塔（圖一）高十三級，70余米，歷經明代嘉靖、萬歷年間及民國九年的三次地震以及其他自然因素損傷。2008年5月12日，四川汶川地震波及此塔，致使塔身通體開裂加重，塔頂及第十二、十三層塌毀，十一層僅存局部?，F狀殘損如下。

（1）塔身：太平興國寺塔正東、南、西、北四面均設有拱券門窗，在地震災害下，塔體的主要四道大裂縫貫穿于此四面的門窗處，門窗砌體大多塌毀、損壞，塌落最寬達1683mm；塔身西南、西北、東北、東南四面墻體有不同程度裂縫，長500～5200mm，寬1～4mm，深310mm。塔內各邊交接處有明顯裂縫，縫長 1200～5200mm，寬 4～10mm，深300～400mm。表磚亦有局部脫落現象。

（2）塔之平座：毀壞處集中于各層東、南、西、北面中間部位大裂縫貫穿處，西南、東南、東北三面亦受波及，尤其二、三層毀壞嚴重，90%毀壞無存，僅三層西北面保存較為完好，鋪作攢數明確、結構清晰。四層東、南、西、北四面大裂縫貫穿處撕裂，寬達1000mm，深達塔心，其余四面保存較為完好。

（3）塔之出檐：一層毀壞嚴重，僅西面保存較完整補間鋪作三攢，其余各面可辨泥道栱隱刻之痕跡，轉角鋪作不存。毀壞率達90%。

二層至四層毀壞處集中于各層東、南、西、北、西南面中間部位大裂縫貫穿處，嚴重者出檐100%毀壞無存，如二層西、西南面；輕者結構完整，局部有開裂現象，如四層東南、東北面。

圖一 修繕前的太平興國寺塔

五至十一層殘存局部，毀壞處集中于各層東、南、西、北面中間部位大裂縫貫穿處，西南、西北、東南、東北面多有細小裂縫。其中東面頂部尚存十層，僅余右側局部砌體；南面頂部存十一層，僅余左半側砌體；西面頂部存十層，毀壞嚴重，達85%；北面頂部存十層，僅余右側15%墻體；西南面頂部存十層，砌體坍塌，僅存60%；西北面頂部存九層，左側局部毀壞，達10%；東南面頂部存九層，20%毀壞無存；東北面頂部可辨十二層10%殘余砌體。

（4）運城屬暖溫帶半干旱大陸性季風氣候。夏季炎熱，冬季比山西省其他地方氣溫高，早晚溫差適中。夏秋雨水豐沛，年均降水量500～600毫米，熱量資源充足，地表水蒸發，通過磚體毛細向上擴散，周而復始，致使太平興國寺塔一層墻體下部向上1200mm內，磚返堿、風化、脫落嚴重。

（二）塔體自身結構缺陷

通過對太平興國寺塔本體現狀的觀察分析，塔體的主要撕裂、坍塌部位，在各層券門部貫穿，并波及周邊砌體，如二、三層平座毀壞率達90%，幾乎全數不存。造成這種現象與塔體自身結構缺陷密不可分。

主要表現在：1.塔體內部中空、直桶式，塔身各面垂直向上延伸呈天井狀，各層無橫向結構拉結，緊靠塔身厚度和塔檐垂直受力，空間整體性差。

2.塔之各層出檐下部砌體內順八角方向施橫木，橫木獨立放置，結構間無咬合、拉接，券門上部緊承橫木，當受到外力侵襲時受力點集中于券頂，成為薄弱環節，故觀塔之撕裂嚴重者均在拱券門處。

（三）塔體沉降

2010年3月，文物管理單位聘請天津大學建筑學院，利用三位激光掃描儀等設備對太平興國寺塔進行測繪，數據顯示塔基無沉降，2—9層砌體個別方向稍有變形、下沉，變形區間為“-50mm～30mm”，相對于現存47米高有余的塔體，其沉降可以忽略不計。

二、塔體加固措施

（一）技術依據

太原永祚寺宣文佛塔，建于明萬歷三十六年至四十年。平面呈八角形，共13層，最低層邊長4.6米，全塔總高54.78米，是典型的樓閣式空心磚塔。該塔的塔座為沙石條砌筑，質樸堅固。塔身為一色青磚研磨對縫砌成，塔上的斗栱、飛檐、枋、椽、柱（垂柱），均為青磚仿木結構砍磨而成，13層塔檐都用孔雀藍琉璃瓦砌造邊沿。

永祚寺由于其地勢險要，在解放前夕成為軍閥閻錫山固守太原，負隅頑抗的軍事要塞。到新中國建立前夕，已是滿目瘡痍，幾乎傾覆。

塔體表磚風化、酥松，拱門和塔內轉角部位裂縫尤為嚴重，寬度1～12cm（圖二）。修繕時經過多次實驗，施以聚乙稀醇水泥溶液灌漿及鐵箍加固（圖三），成功修補塔身裂縫。施（10×150）mm鐵箍及HRB335級螺紋鋼拉栓加固。1984年維修工程全部完成，至今沒有發生任何變化（圖四）。

施用同種辦法的還有大理崇圣寺三塔——千尋塔，在歷史上多次地震的影響下，塔身砌體沿薄弱環節剪切破裂，拱門和塔內轉角部位首當其沖，裂縫寬度1～10㎝，愈上愈寬。修繕時采用聚合水泥（即2%聚乙稀醇水溶液拌合的水泥〈砂〉漿）壓力灌漿法修補塔身裂縫。1980年維修工程全部完成，至今沒有發生任何變化，巍然屹立。

（二）灌漿加固

針對塔身裂縫一律用2%聚乙稀醇水溶液拌合水泥（砂）漿灌注堅實。聚乙稀醇用水溶法溶解，2%濃度的水溶液調入水泥（42.5以上）灌縫補強，可以使水泥砂漿由沉淀液變為懸浮液，抗壓強度提高1～1.4倍，配比見表1。

2%聚乙稀醇水溶液配制如下∶在98公斤熱水中，投入2公斤聚乙稀醇樹脂，在水溶液加熱至100℃直至聚乙稀醇樹脂顆粒全部溶解為止。將水泥倒入聚乙稀醇水溶液內不斷攪拌，至拌合為止，粉砂同水泥一起攪拌。

表1 配比表

圖二 宣文塔局部殘損

圖三 宣文塔鐵活加固實照

圖四 修繕后的宣文塔

裂縫灌漿工藝十分重要，主要工序分為表面處理、布咀、剔糟、封縫和灌漿。首先用水沖洗墻體裂縫中的雜物，但須特別注意防止因過量用水造成臺基軟化；然后布咀、封縫，每灌縫一段需布咀兩個，一個是注漿咀，一個是透氣咀；封縫材料為1∶2白灰砂漿。灌漿前先在每個灌漿咀注入適量清水，然后灌注聚乙稀醇水泥溶液，直到不進漿或鄰近咀子溢漿為止。灌漿順序自下而上，灌漿壓力控制在2～3㎏/cm2左右。主要設備有灌注壓力泵或空氣壓縮機?？諝鈮嚎s機，最大壓力7～8公斤，容量0.6m3；空氣壓漿罐，耐壓7公斤，容量約40升。

（三）塔檐及平座層的修復與加固

根據設計圖紙，參照現存塔檐、平座鋪作實物，用白灰青磚壘砌毀壞的出檐與平座，椽、飛、勾、滴縫內安隱蔽鐵活構件加固。

根據塔檐及平座的形制特點，將其歸為ABCD四類。A類鐵活加固構件寬100mm、厚20mm，長分540mm、570mm兩種規格。B類鐵活加固構件寬100mm、厚 20mm，長分 680mm、540mm、150mm 三種規格。C類鐵活加固構件寬100mm、厚20mm，長分540mm、150mm兩種規格。D類鐵活加固構件寬100mm、厚20mm，長分540mm、150mm兩種規格。

鐵活加固構件的前端向上曲20mm的直角勾，勾在上層磚的槽內，后端插入磚縫內。鐵活加固構件在安裝前刷防銹漆2道，以延長構件使用壽命。

（四）鐵箍、螺紋鋼拉栓加固

為使補砌體與舊塔身更加牢固，將在塔身采取鐵箍及螺紋鋼拉栓，即HRB335級（28,Ⅱ級鋼）加固措施。

1.根據塔體結構特點，塔身一層設鐵箍三道；二至四層于平座上方、出檐下方共設鐵箍二道；五至十層設鐵箍一道；十一至十三層隔層設置，即十二層設箍一道。

鐵箍寬150mm，厚10mm，長隨各層周長而定。打鐵箍時注意設在隱蔽處。鐵活加固構件在安裝前刷防銹漆2道，以防生銹損壞構件。

2.根據塔體結構特點，塔身一層內分三層段設拉栓，第一層段于西南、東南、西北、東北四面各設螺紋鋼拉栓一道，共計四道；第二層段于東、西兩面設拉栓一道，共計二道；第三層段與西南、東南、西北、東北四面設拉栓，共計四道。

二、三、四層平座于西南、東南、西北、東北四面各設螺紋鋼拉栓一道，每層共計四道。二層出檐于東南西北四面各設螺紋鋼拉栓一道，每層共計四道。

五至十層于西南、東南、西北、東北四面各設螺紋鋼拉栓一道，每層共計四道。

十一至十三層隔層設置，即十二層于東、南、西、北四面各設螺紋鋼拉栓一道，共計四道。

鐵活加固構件在安裝前刷防銹漆2道，以延長構件使用壽命。

三、塔體自重及鐵活加固構件自重計算

根據《建筑結構荷載規范》GB50009—2001附錄A常用材料和構件的自重規定，黏土磚自重12～15KN/m3（古塔青磚自重超過次數據），鋼自重78.5KN/m3。根據 V=sh=πr2h、自重計算公式（總重量=體積×密度）及鐵活加固統計表的數量統計,得出太平興國寺塔塔體自重及本次加固使用鐵箍及螺栓的自重，見表2。

表2 太平興國寺塔鐵活加固統計表 單位mm

圖五 修繕后的太平興國寺塔

根據總重量=體積×密度的計算公式，得出：太平興國寺塔塔體自重為 2560.2×（12～15）=（30722.4～38403）KN，自身荷載（30722.4～38403）∕98.92=（310.6～388.2）KN，合（31～38.8）噸；鐵活加固自重95.22KN，即鐵箍自重為 1.44×78.5=113.04（KN）；螺栓自重為0.1136×78.5=8.92（KN）。外加荷載121.96∕98.92=1.23KN，合0.123噸。根據以上數據可知，外加荷載為0.123噸，即太平興國寺塔每平方米增加荷載在1噸以內，說明其外加荷載不會對塔體造成威脅。

恢復歷史原貌的太平興國寺塔（圖五），再現“安邑縣，好高塔，高天不過丈七八”的雄偉壯闊氣魄。在太平興國寺塔的修復設計與實踐中，我們總結吸取前人的成功經驗，并在實踐中再次研究、運用，在技術與材料應用上不斷探索，希望我們的文物保護技術達到新高度。

1.侯衛東《中國古代磚石建筑及其保護修復概述》，《中國文物科學研究》2012年第2期，總第26期，50～53頁。

（作者工作單位：山西省古建筑維修質量監督站；太原理工大學建筑土木工程學院研究生〈在讀〉）