淺談大同南小城遺址病害及保護措施

牛春

摘 要：南小城是大同古城的重要組成部分，經歷600多年風雨，墻體出現了風化、裂隙、孔洞、失穩等多種病害。墻體的風化依然是土遺址保護中最難突破課題，但經現場實驗，采用支頂、填補等方法對墻體進行保護是簡單、有效、經濟的確保墻體穩定的保護方法。

關鍵詞：南小城；遺址；病害；治理措施

中圖分類號：K878 文獻標志碼：A

南小城是大同古城的重要組成部分，位于大同古城南城墻外側，明代天順年間巡撫韓雍修筑，黃土夯筑，土中未添加白灰等其他膠凝材料。原城墻周長3684m，南北直線距離為1230m，北距主城80m。中間筑護城河，有吊橋與主城相通。形狀相當于一把“懸掛的鑰匙”。

南小城墻體出現了土遺址中常見的病害類型，包括風化、裂隙、坍塌等多種病害，這些病害聯合作用于文物本體上，產生惡性循環，急需解決。

1 城墻病害

南小城經歷600余年風風雨雨，墻體出現了風化、裂隙、孔洞等多種病害。

1.1 表面風化

城墻的風化層表現形式不同，主要形式有兩種：一種為表面結皮形成硬殼，特征為外部堅硬，但土體松散，手摸即碎，內部疏松；第二種為表面形成小裂紋，風化層較薄。造成此類風化作用的主要原因為風的吹蝕搬運與雨水沖刷作用。此類病害主要分布在城墻遺址的下部，毛細水作用范圍內尤為明顯。

1.2 裂隙（縫）

墻體裂隙主要有風化裂隙、卸荷裂隙、構造裂隙、建筑工藝裂隙等。風化裂隙：是指遺址本體薄弱區域，在自然力作用下沿著薄弱區域逐漸深層次風化，形成次生裂隙；卸荷裂隙：遺址本體受到挖掘產生殘缺或本體部分坍塌后，平行或近平行于殘缺面而形成的裂隙及伴生的裂隙，一般卸荷裂隙早期發育快，后期處于緩慢發展中。卸荷裂隙發展到一定寬度后會導致墻體的再次坍塌。卸荷裂隙多由松散剝落土充填；構造裂隙一般由于施工工藝的局限性或施工質量造成的一種裂隙，這種裂隙一般呈水平狀態，對于墻體的整體穩定性影響相對較小；建筑工藝裂隙：即遺址本體之間接茬夯筑縫隙，該縫隙為墻體的薄弱層理，尤其是墻體后期加寬所構成的工藝裂隙對于墻體的穩定影響較大。不同類型、不同規模的裂隙切割遺址本體，裂隙為風化提供了有利的通道，從而加劇了裂隙的發展，最終導致遺址本體局部坍塌。

1.3 坍塌

墻體坍塌的主要表現為傾倒式坍塌和滑落式坍塌。坍塌是由于局部卸荷或者應力重分布而導致墻體失穩造成坍塌或即將坍塌的病害。墻體的坍塌過程是一種惡性循環，當墻體某部位出現坍塌現象后，墻體內部的應力會重新分布，由于坍塌邊界為自由邊，因此應力重分布的結果會導致自由邊附近出現新的卸荷裂隙，裂隙發展后會出現新的坍塌，若不對墻體采取支撐等保護措施，原文物本體會在不久的將來完全坍塌而徹底失去原有風貌。因此，對于出現坍塌或即將會出現坍塌的墻體的治理尤為重要。

1.4 人為破壞

不良人為活動對城墻遺址的破壞較為嚴重，并且這類活動直接或間接地放大了自然力對墻體的不利作用效果，主要表現為：

（1）附近居民人為開挖城墻遺址。為了生活和生產的需要，人工開挖窯洞作為住所和儲物地洞；

（2）人為搭建房屋。部分居民以城墻為后檐搭建居住的房屋，對城墻土體的開挖，影響了墻體的穩定性，導致部分墻體應力集中并且出現多條裂隙。

（3）人工開挖洞穴。因堆放家用柴火、農用工具等人工開挖洞穴，戰爭等需要開挖防空地道，地道貫穿于整個城墻遺址，局部有雨水灌入后，長期浸泡城墻遺址造成局部坍塌，后期人為擴大明顯，對城墻遺址的穩定性和完整性造成威脅。

2 墻體保護措施

土墻城遺址的保護措施很多，如裂隙注漿、夯筑等。大同南小城現存在多種病害，裂隙發育、孔洞繁多且規模大是亟須治理的病害。通過實踐證明，采用結構支撐、夯土補填、注漿等保護措施是有效的。

2.1 結構支撐

南小城墻體現存很多大小不一的孔洞，孔洞一般位于墻體的下部，部分孔洞已造成墻體基礎的破壞。采用磚砌體或加筋磚砌體對孔洞進行支撐、支頂的方法具有可逆性，是一種符合文物保護工程基本原則的方法，通過該方法可以有效地減緩孔洞周邊裂隙發展的速度，甚至一些裂隙得到較好的控制，年發展速度很緩慢，可近似認為裂隙已不再發展，支撐結構如圖1、圖2所示。

2.2 裂隙注漿

南小城墻體都存在不同程度的裂隙，裂隙注漿是遺址本體病害治理主要措施。對于裂縫寬度大于20mm的寬大裂隙進行灌漿充填，防止大氣降水通過裂縫滲入到墻體中，導致筑墻土體軟化。裂縫的灌漿可以防止墻體裂隙進一步發育，減緩裂縫的進一步風化的速度，可以有效地保護墻體的穩定性。

裂隙注漿具體工藝如下：

（1）裂隙清理及模板加固。人工清理配合氣泵，0.1MPa～0.2MPa氣壓對裂隙內殘留的虛土、雜質等進行清理。對于危土體預先進行模板加固。

（2）三七灰土漿液表面滲透。采用三七灰土，水灰比1∶0.5對裂隙預注漿濕潤內部土體，以達到防止土體吸水改變水灰比的目的。

（4）采用三七灰土，用水灰比0.2漿體做封堵裂隙泥；水灰比0.5～0.7混合漿液做灌漿料，保證攪拌轉動速率，攪拌時間不小于3min，隨用隨拌。

（5）裂隙封堵及埋設注漿管。用配好的封堵漿體封閉裂隙，按照不小于300mm的間距，順著裂隙的走勢埋設注漿管。注漿管埋深對穿透墻體的裂隙要求兩側在不同高度同時埋設。

（6）壓力注漿。對于危土體預先進行模板加固注漿采用孔底注漿法，注漿壓力控制在0.1MPa～0.3MPa，采用氣泵將漿液按自下而上的次序通過注漿管進行。

（7）封閉注漿孔。注漿結束后用水灰比0.2漿體封閉注漿口。

2.3 夯筑補填

夯土夯筑是土遺址支頂加固的重要技術方法，處理墻體局部懸空失穩、墻體掏蝕凹進嚴重且上部本體自重較大、墻體或局部有失穩趨勢等情形時有效。夯土砌筑主要通過從城墻本體地面壘砌或夯補的方式，有效增強城墻遺址本體存在凌空面的自穩能力。

墻體夯筑加固主要針對人為及其他因素形成墻體凹槽和削弱失穩體所采取的加固措施。采用二八灰土夯筑，夯筑土體的干密度要求大于1.70g/cm?，含鹽量小于0.5%，延外筑墻體分層夯筑，每層夯筑高度小于等于150mm，必須過篩，白灰粒徑5mm，黏性土夾砂粒徑15mm。具體施工工藝如下：

（1）清理遺址本體根部虛土，直至持力層，并進行必要的夯筑。

（2）噴灑一定量的水在遺址本體的根部，完全浸濕遺址本體坍塌區域和根部，確保夯筑砌補墻體與原墻體有足夠額黏結力。

（3）下部夯筑填補，城磚砌筑0.5m高度開始二八灰土填充夯筑，隨砌筑高度逐步夯筑，直至達到設計要求。

（4）對于高于城磚砌體的墻體部分，采取加固補強的措施，保護現狀，科學展示。

2.4 包磚砌墻保護

南小城的保護性包磚墻體砌筑高度4m，采用青磚砌筑，如圖3所示。結合文物保護的基本方針和原則，對原土遺址墻體進行包磚的方法進行保護是可逆的，并且對原墻體的干預最小，并且包磚的方法具有多種優點。

（1）墻體保護性包磚可以確保墻體基礎的穩定。

（2）確保大部分墻體免受降水沖刷等自然力的不良作用，減緩的墻體的風化速度。

（3）保證了墻體不再受到不良人為因素的破壞，孔洞的夯填土體和孔洞的支頂保護措施也得到了保護。

（4）墻體包青磚的做法與古城墻原有做法相近，歷史得以延續，并且與主城墻風格類似，不失城市風貌的整體性。

結語

大同南小城墻體病害多，部分墻段病害集中，處于失穩、倒塌的邊緣，通過保護性支頂、墻體根部夯土補筑、裂隙注漿和包磚等加固措施的實施，墻體的整體穩定性得以保證，墻體以后會免受人為因素的破壞，自然力作用下的風化速度也會放緩，使這座經歷600多年的古城墻風貌得保存和延續。

實踐證明，在類似的土城墻遺址保護中，集中精力處理裂隙、孔洞等重要病害是必要的，并且磚體砌筑支頂保護、裂隙注漿等工程手段對于處理這類病害也是經濟、有效的。

參考文獻

[1]趙海英，李最雄.西北干旱區土遺址的主要病害及成因[J].巖石力學與工程學報，2003，22（s2）：2875-2880.

[2]中國文化遺產研究院.中國文物保護與技術[M].北京：科學出版社，2009.

[3]黃克忠.巖土文物建筑的保護[M].北京：中國建筑工業出版社，1997.

[4]李最雄.絲綢之路古遺址保護[M].北京：科學出版社，2003.

[5]聯合國教科文組織.文物保護中的適用技術[M].北京：中國對外翻譯出版社，1985.