高平市大周磚塔結構與現代加固思路

李 博 太原市太山博物館

現通過分析山西省高平市大周磚塔結構及殘損現狀，結合工程修繕實例，介紹古建筑傳統修繕的原則。通過對37年前太原永祚寺宣文佛塔在修繕中所采用的聚合水泥壓力灌漿法、HRB335級螺紋鋼拉栓和塔身整體鐵箍加固等施工技術措施進行驗證發現，在古代磚塔修復過程中運用現代材料和技術手段是有效可行的。同時，通過表、圖對各種現代施工技術進行詳細闡述，分析運用現代施工材料的利與弊，從而探索出古塔塔體加固技術的實踐方案，為保護磚石古塔制定良好的修繕措施，使其在修繕后真正達到恢復原貌、牢固永存的目的。

大周磚塔，又名魁星塔，俗稱關帝塔，位于山西省晉城市高平市馬村鎮大周村東。相傳這里原有一座關帝廟，故名關帝塔，如今廟已不在，僅存孤塔一座，創建年代無文獻可考，根據其造型、結構特征判斷出其為清代遺物。塔坐東朝西，呈六邊形，高七級，約28.4米，中空樓閣式，塔內設楞木鋪木板，分層相隔。塔體西面第一層辟拱券門，通塔心，第二層至第七層開拱券窗。塔體坐于圓形基礎之上，一層至六層為疊澀出檐；七層上施磚雕斗栱出檐；其上施疊澀出檐。頂層角部施鐵質角梁及套獸，懸掛風鐸，塔剎為寶珠葫蘆頂。塔西踏步石下皮至現地面0.45米。塔內東壁一層、二層、四層各設佛龕一個，內供佛像無存。

塔體殘損現狀

塔身：塔身上設拱券門窗，受地震災害影響，多處裂縫貫穿于窗處，導致窗砌體磚體脫落、塌落、損壞，裂縫最寬達3厘米；塔身一層六面墻體有不同程度的裂縫，長0.5至3.7米，寬1至4厘米，深0.41米；塔身西南、西北兩面與相交墻體有較明顯的通體裂縫情況。塔內各邊交接處有明顯裂縫，縫長1.2至6米，寬0.4至3厘米，深0.3至0.4米。

塔之出檐：西面一層到二層有五條裂縫，每層外檐上部表面酥堿，疊澀下部表面整體風化，毀壞率達60%。第二層至第六層毀壞處集中于各層六面墻體中間部位，有多處裂縫貫穿，每層外檐上部表面酥堿，疊澀下部表面整體風化，結構完整，局部開裂現象較多。七層結構完整，局部有開裂現象，外檐上部表面酥堿，疊澀下部表面整體風化，磚雕斗栱構件缺失，表面酥堿、風化。

塔剎東南部整體開裂，局部坍塌，裂縫延續到塔頂；塔頂磚砌體局部松散、掉落；塔剎頂部的金屬構件有漏洞。

通過三維激光掃描儀及現場實物測繪發現，塔體各層有輕微變形和沉降：其中塔基無沉降，二至七層砌體個別方向稍有變形、下沉，變形區間為“-40—20毫米”，對高為28.4米的塔體危害較小，故其目前處于相對穩定的狀態。

表1 塔體沉降 單位：mm

塔體殘損原因分析

自然及環境因素

高平市屬于溫帶大陸性季風氣候。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，年均降水量達500—600毫米，熱量充足，地表水蒸發量較大，塔周邊雜草叢生，每逢雨季積水滲入，磚體毛細水會通過毛細作用向上滲透，周而復始，致使大周磚塔一層墻體上移約1200毫米，磚墻返堿腐蝕、凍融風化、脫落嚴重，塔體的穩定性受到極大的威脅。

地震災害的破壞

大周磚塔處于華北地震區的汾渭地震帶與華北平原地震帶之間的晉獲（山西晉城—河北獲鹿）地震活動帶。

塔體自身結構缺陷

通過對大周磚塔本體現狀的勘察分析，塔體的主要撕裂、坍塌部位在各層窗部貫穿，并波及周邊砌體。這種現象的出現與塔體自身結構缺陷有著緊密聯系，主要表現在以下幾點。

1.塔體內部呈中空、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.塔的各層墻體分內、外兩部砌筑，但內外墻體內無支撐或橫木連接，僅靠樓板梁獨立放置，結構間無咬合、拉接，當受到外力侵襲時，受力點集中于墻體，故墻體連接處裂縫明顯。

3.塔體直接修筑于臺地上，無散水，周圍有耕種作物，不利于排水。

人為因素

大周磚塔位于大周村邊，村民常年進行作物耕種，導致塔周邊水土流失嚴重、土質疏松，加速了臺地的垮塌，從而加劇了塔的傾斜和墻體開裂。

塔內的樓楞、樓板、樓梯全部被人為鋸斷拆除，導致塔的內部結構拉結不穩定。部分墻體遭到人為破壞，導致墻體磚大面積脫落。同時，在多處塔外墻發現戰爭時期遺留的痕跡，如槍擊塔磚出現的槍眼。

早期運用現代加固措施的技術依據實例

大理崇圣寺三塔運用圈梁加固及聚合水泥壓力灌漿法修補裂縫

大理崇圣寺三塔是我國西南地區著名的佛塔，也是云南古代的標志性建筑。其中主塔又名千尋塔。千尋塔在歷史上多次地震的影響下，塔身砌體沿薄弱環節破裂，拱門和塔內轉角部位尤為明顯，裂縫寬度約1至10厘米，愈往上裂縫愈寬。

1980年修繕時，在塔身隱蔽處增設鋼筋混凝土圈梁。在塔的第5層以上每層增設鋼筋混凝土圈梁一道，圈梁位置選擇在塔身與塔檐結合的平座處，以平座高度為準露明10厘米，內置1.2厘米鋼筋6根，用長1米、寬10厘米的鐵片焊接并灌混凝土。此外，為防止檐頭松動塌落，塔檐上皮鋪設部分拉筋，上端固定在圈梁上，下端拉著檐頭磚。同時，使用聚合水泥，即2%聚乙烯醇水溶液拌合的水泥（砂）漿，采用壓力灌漿法修補塔身裂縫。

自維修后，至今沒有發生較大變化，但部分表面粉塵化。其主要原因為材料中添加了水泥，由于水泥具有時效性，時間過長容易失去化學黏合性，導致粉塵化。初期運用現代化加固措施雖存在一定的缺陷，但為以后維修古塔提供了重要思路。

太原永祚寺宣文佛塔鐵箍及螺紋鋼拉栓加固法

太原永祚寺宣文佛塔（以下簡稱宣文塔），始建于明萬歷二十七年（1599）。從上方看，佛塔平面呈八角形，共十三級，全塔總高54.78米，為樓閣式空心磚塔。塔座為沙條石砌筑，塔身由青磚研磨對縫砌筑而成。塔身施有垂柱、斗栱、飛檐、枋、椽等構件，均由青磚仿木結構砍磨砌筑，塔檐均為青陶瓦面孔雀藍琉璃剪邊。永祚寺在中華人民共和國成立前是軍閥閻錫山固守太原，負隅頑抗的軍事要塞。由于地勢險要，兩座高大的雙塔變成了防御用的碉堡，寺院成了駐扎軍隊的兵營。直至中華人民共和國成立，歷經多次戰爭的古塔已經傷痕累累，塔身多處存有炮坑和彈坑，幾乎面臨坍塌。

1980年，省政府撥款維修宣文塔，于1982年4月進入保護修繕施工階段。以高級工程師張殿清為首的技術團隊在研究和總結大理崇圣寺千尋塔的加固經驗的基礎上，棄用鋼筋混凝土圈梁的加固方法，優選鐵箍及螺紋鋼拉栓加固法。塔體表磚風化、酥松，拱門和塔內轉角部位裂縫尤為嚴重，寬度為1至12厘米。塔體一、三、五、七層用螺栓拉桿兩道，二、四、六層用螺栓拉桿三道，八層安裝扒桿。使用螺栓拉桿為直徑2.8厘米HRB335級螺紋鋼，兩端套絲口，用直徑6厘米、厚2厘米的螺帽兩枚，長度超過塔身直徑20厘米。在一至五層平座靠近塔身外根部各加一道厚1厘米、寬15厘米的鐵箍，圍繞塔身一周，結合處用兩根螺釘扣緊后點焊成一體，最后用條磚砌筑隱蔽。經過多次實驗，在使用聚合水泥壓力灌漿法修補裂縫時，將原材料中的水泥更換為石灰溶液灌漿，成功避免水泥老化后塔身裂縫處粉塵化，這一修繕工程于1984年7月竣工。迄今為止，塔體沒有發生任何變化。由此說明，此修繕措施及工藝經得起歲月的考驗，是維修古塔時運用現代加固措施的成功案例。

北京玉峰塔運用壓力灌膠法修補裂縫

玉峰塔坐落于“燕京八景”之一的玉泉山頂，是北京地理位置最高的古塔。此塔是由青石及石梁砌筑而成，相關部門于2005年對所出現的裂縫進行了壓力灌膠處理，以防止石材風化。當時使用的主材料為“金草田”牌CJT 18型灌縫膠，此膠具有良好的流動性、高滲透性、黏結強度高、耐酸堿、無膨脹等特點；輔材為CJ-T9型建筑封縫膠。

修繕至今，其青石表面的裂縫處部分成片狀脫落，其膠體無法清理，也無法再處理加固，同時違背了“可逆性、可再處理性”的保護原則。因此，在古塔修繕中使用新型黏合劑應當慎重，只有經過多次試驗并經得起時間的考驗才能使用，否則使用不當所造成的損失將無法彌補。

大周磚塔塔體加固措施

通過對上述三種維修古塔所使用的現代加固措施進行分析，現總結出以下加固維修措施。

聚合白灰砂漿壓力灌漿法修補裂縫

針對塔身裂縫，一律用聚合白灰砂漿壓力注漿灌實。根據宣文塔修繕的成功案例，應使用聚合水泥漿工藝施工，因水泥材料存在時限缺陷，故將全水泥材料替換成70%的原生石灰和30%的高標準水泥，從而有效地提升了其耐久性和堅固性。

聚乙烯醇用水溶法溶解，2%濃度的水溶液調入白灰灌縫補強，可以使水泥砂漿由沉淀液變為懸浮液，抗壓強度提高1至1.4倍（見表2）。

表2 聚合白灰砂漿配比

2%聚乙烯醇水溶液配制方法為在98公斤熱水中投入2公斤聚乙烯醇樹脂，將水溶液加熱至100攝氏度，直至聚乙烯醇樹脂顆粒全部溶解為止。將配置白灰砂漿倒入聚乙烯醇水溶液內不斷攪拌，至拌合為止，粉砂同混合石灰一起攪拌，制成溶液。

灌漿使用的設備主要為灌注壓力泵或空氣壓縮機。空氣壓縮機要求最大壓力為7至8公斤，容量為0.6立方米。要求使用的空氣壓漿罐的耐壓為7公斤，容量約40升。此外，配套使用的輸氣管內徑約8毫米，長度在30米到50米之間。同時，要求供灰管的內徑為20毫米，耐壓為5千克/平方厘米，管長不得超過20米。

溶液制成且灌漿設備準備齊全后可進行裂縫灌漿。裂縫灌漿的施工工藝十分重要，其主要工序依次為表面清理、布咀、封縫、灌漿和打點收尾。首先，用清水沖洗墻體裂縫上、下兩側的雜物，同時要避免用水過量而導致臺基軟化。其次是布咀，每灌一段裂縫需要兩個布咀，一個是注漿咀，一個是透氣咀。再次是封堵裂縫，其所使用的材料為白灰砂漿，配比為1∶2。待上述準備工作完成后即可進行灌漿作業。灌漿前先將每個灌漿咀注入適量的清水，這樣有利于保護漿液，然后將聚乙烯醇白灰砂漿溶液灌注入。灌漿順序自下而上，灌漿壓力控制在2至3千克/平方厘米左右，直到溶液不進或鄰近咀子溢漿為止。最后，對溢出漿液與表面灰塵進行清理，打點完善后進行下一步施工作業。

塔身的補砌、剔補

塔體內、外層表磚淌白，內部即非外露部分糙砌。針對殘破的塔身，需將破碎的磚塊清理干凈，再用白灰漿青磚補砌。砌筑時要根據殘損程度的不同，分別采取局部拆砌、選擇性拆砌、剔糟挖補等施工方法。該塔用磚規格較多，其中塔身用磚規格為長280毫米、寬140毫米、厚55毫米，故墻身磚規格應按此定做，保證磚的壓力系數在75-100號。略加砍磨可以使得墻身磚棱角完整，磚面規整。砌筑前應用水洇透墻身磚，砌筑應規矩，灰縫應清理整潔。針對殘破的部分，應剔糟挖補，墻內須施灰膏填灌，使其飽滿；針對開裂的部分，應先用水沖洗裂縫中的雜物，然后布咀、封縫、灌漿。

實踐證明，現代加固技術的運用具有針對性、可操作性，是科學可行的。未來，應借鑒現代工程中先進的施工技術，在新技術與新材料的應用上不斷探索，促進我國的文物保護技術達到新高度。