中国古代土遗址专题介绍

款贡城
• 3.陕北长城定边段 • 定边县周边不远就是明长城，它不象是北京长城那样险峻 那样难以攀登，唯一剩下的轮廓就是长长的一条龙型，色 彩与周边没有多大差距，与这里的大沙漠融几乎融为一体， 低矮的地方不走到近处是不易察觉的。这里的长城为沙土 质地的，仅在墩台马面处可以见到少量的砖石，经历600 多年的风吹日晒依旧挺立在那里。 • “三五九”旅窑洞：位于定边县城北15公里，盐场堡乡东 北1公里处。一九四零年秋，“三五九”四支队两千多名 指战员奉王震旅长之命，赴定边县盐场堡一带驻防；为了 解决住宿困难，自已动手在紧靠盐湖的古长城上打175孔 窑洞，开展了自力更生打盐生产，支援革命战争，粉碎蒋 对经济封琐的阴谋。一九八二年被公布为县级重点文物保 护单位，现在这些窑洞已经破损不堪，对长城的安全形成 很大的威胁。
• 4.土遗址加固保护应用技术 • 4.1化学技术手段 为了详细准确地了解遗址土体破坏程度、结构特征、加固 前后土体内部结构差异,定性了解加固效果,已应用多种化 学技术手段进行了测试分析。如扫描电子显微镜分析用于 研究遗址或试样表层和内部形貌的差别或直接观察加固前 后土体内部形貌的改变,为加固效果评估提供科学依 据;X —射线衍射分析、傅立叶红外分析、差热一热重分析 等用来确定土体风化程度或遗址分子间的脱水程度;利用 超声波信号探测岩土的裂隙情况,帮助评价保护处理的效 果。随着土遗址加固研究进展,会有更多更好的技术手段 应用到加固保护各个环节。 • 4.2土遗址加固保护方法 在刚刚过去的一个世纪里,岩土加固技术迅猛发展,由于土 遗址的特殊性以及古建筑加固保护的原则要求,借鉴胶结 和引入筋材构成复合体这两种土的加固方法,形成土遗址 独特的加固方法,即化学加固法、物理加固法和化学锚固 法。
• 6.2锚杆加固 • 遗址内墙体普遍存在开裂、 泥坯破碎等结构病害,削弱 了墙体结构的整体性,部分 墙体存在着倒塌的危险。 采用小直径(25 mm～45 mm) 、小间距(800 mm～ 1 600 mm) 布置构造性锚 杆提高墙体整体性。 • 6.3裂隙加固 • 墙体裂缝加固处理,采用裂 缝充填注浆、锚杆加固或 两者结合的方法。
• 3.土遗址病因分析
受自然环境和人为破坏的影响,几乎所有的土遗址都有不同程度和不同表现的破坏,在这些破坏原因 中,风化起主导作用。其中化学风化又是破坏性最大的一种,而几乎所有的化学风化的进行都离不开 水的参与,水通过参与溶解作用、水化作用、水解作用及氧化作用等使土遗址形貌发生改。
•
3. 1 溶解作用
•
3. 2 水化作用
水泥的水化是大家熟悉的,土壤中有些物质和水接触后,也会形成新的含水物质,改变矿物原有的分子 式。水化过程通常会引起体积膨胀,会对原结构产生巨大的膨胀压力,促进了风化的进行,使土体发生 破坏。
•
3. 3 水解作用
水解作用是指矿物与水的成分起化学反应形成新的化合物。这种作用包括分解矿物、析出某些元素、 与氧离子组合以及水化作用。在水解过程中,矿物的原生晶体结构被破坏、改造,并且可能完全遭到 破坏和被完全不同于原始物质的新生成的表面风化矿物结构所替代。
•
3. 4 氧化作用
氧化作用常与水化作用相伴进行。在自然界中低氧化合物、硫化物和有机化合物最易遭受氧化作用。 尤其低价铁,常被氧化成高价铁。常见的黄铁矿( FeS2 ) ,在水溶液中可发生氧化,变成硫酸亚铁 (FeS04 ) 和硫酸( H2 SO4 ) ,硫酸亚铁进一步氧化成褐铁矿( Fe2O3 ·2H2O) 。黄铁矿在风化过程中 还会析出硫酸,具有很强的腐蚀作用。除水之外,温度、湿度等亦可引起风化,各种因素交互作用引起 风化破坏更为复杂,有待进一步研究。 总之,土遗址损坏原因多种多样,相同的原因可能引起不同的病害特征,同一病害特征也可能是由不同 的原因引起的。对土遗址的保存现状的分析,尤其是病因的分析是土遗址加固保护的重要内容。
• 5.土遗址加固材料 • 用化学加固方法加固保护土遗址成功与否的关键 在于化学材料的选用。用于土遗址加固的材料很 多,都取得了一定的成就。水玻璃作为土壤加固剂, 过去和现在常用于土遗址的加固保护;经过改性处 理的高模数硅酸钾溶液—PS 在西北地区得到较好 的应用;丙烯酸树脂在土遗址加固中得到应用及进 一步发展;有机硅类及其改性处理材料以其优良的 耐久性、疏水和透气性被用于多地区的遗址加固; 新兴的含氟聚合物用于土遗址加固保护正在研究 中。随着建筑材料的迅猛发展,会有更多新的材料 被应用。面对众多的加固材料,有必要从加固材料 的组分、加固机理及物性三方面对加固剂进行深 入分析,更科学地对加固材料加以选择。
• (1) 化学加固法 考虑与土体结构尽量相容,加固中多选用化学溶液对加固体进行类似于 灌浆法的处理方法,即化学加固法。目前此法应用最广,既可用于裂隙 加固,也可用于表面剥蚀等加固保护。 • (2) 物理加固法 即土木工程中的锚固法、相夹法和支护法等机械加固方法。在土遗址 中裂隙很多,对小裂隙可采用化学溶液灌浆进行处理,对有可能造成失 稳、坍塌的裂隙用物理加固就比较有效。在秦俑坑土遗址裂缝治理中, 采用“U”型和“H”型支架对裂缝严重的部位进行了临时支撑防护,对 巨大裂块,采用网状钢架进行了加固。这种方法最大的缺点是有碍观瞻, 影响土遗址价值最大程度的发挥。 • (3) 化学锚固法 如上所述单用化学加固有可能达不到加固目的,而单用物理加固有时又 不能很好地发挥土遗址的价值,于是自然而然想到化学和物理相结合的 方法。即先置入构件或锚杆等结构元件,后灌注化学浆液,这就是化学 锚固法。李最雄在破城子加固保护和河仓城锚固试验中分别采用薄壁 钢和白蜡杆做结构元件,后用浆液进行灌浆。可见化学锚固技术以其独 特的魅力受到土遗址加固保护工作者的青睐,在土遗址加固保护领域有 着广阔的应用前景。
二.举例介绍：
• 1.高昌古城 高昌古城 高昌古城维吾尔语称亦都护城，即“王城”之意，曾是高昌王国的都城，位 于吐鲁番市东面40多公里的三堡乡。高昌古城规模宏大，十分壮观。总面积 200万平方米，是古代西域留存至今最大的故城遗址。1961年高昌古城被列 为国家重点文物保护单位。 现状 全城平面略呈不规则的正方形，布局可以分为外城、内城和宫城三部分。城 垣保存较完整。 外城略呈方形，周长约五公里，占地面二百万平方米。城墙为夯筑，墙基厚 约１２米，高11.5米，周长约5公里；夯土筑成，夯层厚8-12厘米，间杂少量 的土坯，有清楚地夹棍眼；城垣外侧有突出的垛台一“马面”建筑。 高昌故城外城西南角的一所寺院，占地近一万平方米，由大门、庭院、讲经 堂、藏经楼、大殿、僧房等组成。从建筑特征和残存壁画上的联珠纹图案分 析，其建筑年代约在公元六世纪。寺院附近还残存一些“坊”、“市”遗址， 可能是小手工业者的作坊和商业市场。外城的东南角也有一所寺院，保存有 一座多边形的塔和一个礼拜窟（支提窟），是城内唯一保存有较好壁画的地 方。从壁画的风格和塔的造型分析，为回鹘高昌后期（公元12-13世纪）的建 筑。
长城上的窑洞
wenku.baidu.com
定边长城
三.土遗址保护措施及分析 土遗址保护措施及分析
• 1.定义：土遗址保护，是指为保存土遗址实物遗存及其历史环境而进 行的全部活动。从技术方面讲，就是通过物理的、化学的、生物的或 者其相互结合的方法，增强土遗址的本身抵抗不良外在环境的能力及 改善土遗址的保存环境，使土遗址能长久保存，为当前及将来利用； 从管理方面讲，就是制定土遗址保护的政策、法律法规、法令及原则， 加强对土遗址文物的管理，延长土遗址的寿命。 • 2.土遗址加固保护原则 迄今国际社会已形成普遍共识,遗址保护“保持原状或现状”是最基本 的原则,这也是我国古建筑学家梁思成先生所推崇的作法。这样可以最 大限度地保存土遗址所蕴涵的历史价值,这也是今人保护加固土遗址的 目的所在。为了达到“修旧如旧”的目的,在加固时应尽量保存甚至使 用原始材料,运用传统工艺,这就要求对土遗址的文化底蕴、土体自身 结构组成、建造工艺有全面了解。其次,加固保护不能影响后人的再次 加固保护。我们知道任何材料都有使用寿命,若材料老化后对土体结构 产生负面影响,将与初衷背道而驰,这就提醒我们材料使用应尽可能与 土遗址土体结构相近,以做到材料匹配。
高昌故城
2.款贡城 款贡城
榆林镇北台东即为款贡城，它和镇北台建于同年，是万里长城的重要组成部分。这里 是当年蒙汉官员接待洽谈、敬献贡物、赠送礼品的场所，现为国家级文物保护单位。 榆林长城位于毛乌素沙漠的南端，曾经是阻碍风沙南进的一道屏障，也正由于此几年 前款贡城几乎整个被厚厚的黄沙掩埋，最深处达十二米之多。为了让其重见天日，对 其进行必要的修缮，今年当地政府部门与文物部门在全面勘测之后，将上层黄沙清除。 款贡城依红山山势而建，地势西高东低，为长方形城池， 东西长约210米，南北宽约 175米，占地面积约33000平方米。其中北墙与长城共用，并设有两道城门，在两道城 门之间的城台顶部还有一座城楼遗址，款贡城的南面只有一道城门，宽2米，高3.2米， 门额石刻“款贡城”三字。而西墙与东墙不设门，其中东墙的地势最低，为城内流水 的汇聚处，因此也是几年前被沙掩埋较深的地方。 款贡城城墙与本地区长城城墙一样是由黄土直接夯筑而成。随着岁月的流逝，经数百 年风雨剥蚀以及长期无人看管款贡城已几近湮灭，只剩下历尽沧桑的残垣断墙。 根据考古调查发现，款贡城残墙高度在6.5～8.4米之间。北墙与南墙的破坏最为厉害， 城墙土体在风吹雨打中严重流失，导致墙体低矮，顶部变成圆滑的土包包，而且在雨 水侵蚀下形成了许多大大小小的冲沟 ，严重危害墙体的安全。东墙由于地势低，是城 内雨水的汇聚地，在雨水的冲刷下，导致城墙产生两处坍塌，同时由于东墙曾经被黄 沙掩埋，这也很好的保护了墙体，使得东墙除了坍塌部分外保存较为完整。西墙保存 较好，但墙顶风化剥蚀也较为严重，还有部分当地人通行造成的缺口。
溶解作用是指水直接溶解岩石矿物的作用,它将使岩土体遭到破坏。最容易溶解的是卤族盐类(钠盐、 钾盐) ,其次是硫酸盐类(石膏、硬石膏) 和碳酸盐类(石灰岩、白云岩等) 。溶解作用一般进行得十分 缓慢,但当水中含有侵蚀性CO2 而发生碳酸化作用时,水的溶解作用就会显著增强,或当水的温度增高 以及压力增大时,水的溶解作用同样得以加强。
6.详细施工过程举例
• 6.1土坯衬砌加固 针对墙体根部掏蚀凹陷的 情况,多用土砌块支护加固。 土坯加固可以在基本不改 变原貌,改善墙体稳定性、 防止坍塌,并有效的阻止风 对墙基的掏蚀,且对生物病 害亦效果明显。不足之处 是外观略显臃肿,砌筑时不 可补砌过量,维持稳定的情 况下,尽量少砌。
裂缝加固
• 6.4墙顶封护处理 • 由于温差、开裂变形等造成的 泥坯的破裂、破碎、不稳定,这 一现象在墙顶尤为显眼。墙顶 酥裂、散落土坯也对游人的安 全构成了严重的威胁,采用土工 织物可以有效的使墙顶原本的 酥裂、散落土坯与墙体加固成 一体,俗称“戴帽子”,从而起到 防止雨水下渗,破坏墙体,消除安 全隐患,保护文物的目的。 • 6.5表面防风化化学处理 • 国内外土遗址的防风化处理基 本都采用化学喷涂加固的处理 方案,尽管化学加固材料有所不 同,但施工过程基本完全相同。
墙体化学喷涂
中国古代土遗址专题介绍
西安建筑科技大学 主讲人：高大峰教授
一.定义 定义
• 土遗址是在古代漫长岁月中沉淀下来的代表着特 定历史时期民族文化艺术的瑰宝,具有极高的历史 价值、科学价值和艺术价值。有关对土遗址加固 保护的理论研究及工程探索有着重要的意义。 • 土遗址的主要建筑材料是土。我国西北干旱地区 的高昌故城、长城大部分、交河故城、楼兰古城 等均是以黄土夯筑为主的重要土遗址。 • 土遗址的特点首先是遗址规模比较大，其次是破 坏情况很严重。由于风蚀、雨蚀、微生物以及人 畜践踏等多重因素的作用,致使土遗址墙体开裂、 坍塌、表面剥落碎裂、冲沟发育、基础掏蚀,破坏 严重。