甘肅境內長城保護研究

內容摘要：甘肅境內長城遺址受工程地質條件、水文地質條件及環(huán)境諸因素的影響，破壞嚴重，急待搶救性保護。結合國家文物局長城保護試點工程的開展，本文以現場調查為基礎，闡述了各時代長城的分布、保存現狀和建筑形制；通過實地調查發(fā)現，發(fā)育主要病害為表面嚴重風化、基礎掏蝕凹進、多種類型裂隙、崩塌和坍塌及人為破壞嚴重；在加固材料和加固方案可行性試驗研究方面，有的放矢，開展了加固土的抗蝕性試驗，試驗結果完全符合文物保護的特殊要求；針對病害提出土坯砌筑托換加固地基、靜壓注漿加固地基、錨桿錨固、裂隙注漿、表面滲透注漿、小錨釘錨固注漿保護加固技術。分別以漢長城廣昌燧和戰(zhàn)國秦長城馬家山段為例具體闡釋了長城遺址的保護加固。

關鍵詞：長城遺址；分布；病害；保護；PS材料

中圖分類號：K854．3；K928．72

文獻標識碼：A

文章編號：1000-4106(2006)06-0219-10

1 引言

作為歷史文化遺產，長城不僅具有極高的歷史價值、科學價值和藝術價值，同時以其修筑時間久、長度大、分布廣的特點，表證了各個時代的生產力發(fā)展水平、不同環(huán)境和地形地貌、不同構筑技法的土建筑特色。我國古絲綢之路上，保存有大量長城及烽燧遺址，修建歷史悠久，時間確定，行經地域遼闊，作為歷史的標尺，為歷史、考古、人文地理、歷史地理、環(huán)境變遷、歷史地震、軍事等學科的研究提供了極好的參考。西北地區(qū)獨特的干旱氣候和地處戈壁荒漠的環(huán)境，干燥的夯土有較好的力學強度，才使得少數長城土遺址得以保存。但受所在地區(qū)工程地質條件、水文地質條件及環(huán)境諸因素的影響，風化剝蝕及坍塌等破壞嚴重，危及遺址的保存甚至徹底毀滅遺址。如：1907年，斯坦因曾在敦煌境內拍攝一烽燧，從照片上能清楚地看到烽燧頂上還修建有房屋，目前此烽燧已消失在茫茫戈壁中，我們已無法一睹其容顏；2003年8～9月與2004年5月對比兩次調查敦煌境內漢長城遺址的結果，相差不到1年的時間，敦煌境內牛涎水烽燧貫通整個烽燧的卸荷裂隙擴展20cm以上。破壞之嚴重、速度之快，令人震驚，長城保護已是當務之急。

目前，經濟建設的高速發(fā)展和人們日益增長的精神文化需求，為土遺址的保護提供了前所未有的機遇。從2003年以來，財政部每年增撥2．5億元作為大遺址保護專項基金，用于文物保護專項費用。作為世界文化遺產，2005年國家文物局擬開展大規(guī)模的長城保護工程，首先在山東和甘肅兩省開展長城保護試點工程。正確地認識遺址發(fā)育病害將直接影響對它進行科學的規(guī)劃與保護，保護工作的基礎就是首先要調查清楚它的病害特征。而土遺址保護工作開展較少，在如何保護的問題上存在著無視遺址病害，“頭疼醫(yī)頭，腳疼醫(yī)腳”的誤區(qū)。本文以甘肅境內夯筑長城為例，系統(tǒng)全面對土質長城存在的病害問題進行了闡述，在認清病害的基礎上“有的放矢”的提出保護措施并以實例說明，必將對長城保護工程的全面開展起到重要的指導作用。

2 概況

從公元前7～6世紀戰(zhàn)國時代，直至公元17世紀的明朝末年，長城的修筑先后經歷了2000多年的時間，幾乎伴隨著我國封建社會的整個歷史而興衰起落。這個漫長的歷史進程中，長城的修筑表現出了波浪式發(fā)展的特點。秦始皇與漢武帝兩位巨人掀起了長城修建史上的前兩次高潮，為支持對匈奴的戰(zhàn)爭，在東起遼東，西至羅布泊的遼闊北疆，出現了兩條規(guī)模宏大的萬里長城。今天我們所看到的長城，其規(guī)模和基礎就是秦代奠定的。明朝長城以其最為浩大的工程量，最為先進的構筑技術和最為完善的防御體系，把古代長城的修建推至最后的也是最高的潮頭，是長城防御工程技術發(fā)展的最高階段，是我們今天所看到最后修筑的萬里長城。

根據長城工作者多年的實地調查和查閱歷史文獻，新疆、甘肅、寧夏、內蒙古、陜西、山西、河北、北京、天津、遼寧、吉林、黑龍江、河南、山東、湖北、湖南等16個省、市、自治區(qū)都有長城遺跡。各省、自治區(qū)保存長城的時代、多少、完整程度不同。其中以內蒙古自治區(qū)境內的長城長度最長，據初步調查約有15，000km。由于北方特殊的環(huán)境使秦長城、漢長城和明長城保存遺跡最多。秦長城西起甘肅臨洮，經內蒙古狼山縣、陰山山脈、山西大同和河北赤峰，直到吉林省一線，遺跡斷續(xù)可見；漢長城的城障、列城、烽燧西起新疆維吾爾自治區(qū)，沿燕山山脈，越內蒙古自治區(qū)迤邐而東，直達黑龍江的西面，全長近10，000km，是我國古代所修筑的最長的長城，其遺址在今天我國的新疆、甘肅、寧夏、內蒙古等地可見；明長城西起嘉峪關東至山海關至今仍然大部分保存完好。

甘肅是全國保存不同歷史時期長城遺跡最多的省份之一，擁有戰(zhàn)國秦、漢、明等各時期的長城遺址，素有“長城天然博物館”之稱(圖1)。

2．1戰(zhàn)國秦長城

據《史記·匈奴列傳》記，戰(zhàn)國秦長城始修于秦昭王時，是秦始皇萬里長城的西端，主要分布于甘肅中、東部黃土高原地區(qū)，起自臨洮縣城西北三十里的望兒臺，經渭源、隴西、通渭、靜寧、鎮(zhèn)遠、環(huán)縣、華池八個縣。多經過村莊和耕地，自然及人為造成的破壞嚴重，長城沿線現多已開荒辟田，目前在無人居住區(qū)、無耕地處遺存少量長200～500m(少數也有幾十米、上公里)，高1～3m不等(也有少數低于1m，高4m、5m)，夯層清楚的城墻遺跡，沿城墻內側有城障及烽火臺的遺跡，城障大都已殘缺不全，烽火臺尚可見到有高3～5m。自然及人為造成的破壞嚴重，長城沿線現多已開荒辟田，保存較好的遺址不到10km。

2．2漢長城

漢長城是歷代修筑長城中延伸最長的，其長城、亭障、烽燧長達兩萬里。西從今新疆羅布泊進入甘肅敦煌縣，沿疏勒河南岸進入安西縣、金塔縣境。在金塔縣，長城分北、南兩路。北路沿額濟納河北上直到內蒙古居延海；南路經高臺、張掖、山丹、永昌、民勤、武威、古浪、永登(古令居)，呈橫“丫字狀”(圖1)，橫貫河西走廊1000余公里，是漢長城遺址保存最好的。由于其所處地理環(huán)境的特殊、城墻和烽燧建筑形制的不同，殘存主要是烽燧主體建筑，其云梯(或踏步)、女墻、房屋及積薪保存下來極少，烽燧裂隙發(fā)育，風蝕破壞呈上大下小的“棒槌狀”。敦煌境內烽燧76個，玉門關至陽關塞垣線有烽燧6個，共82個，其中含城障11個；安西縣境內烽燧70個，玉門34個，酒泉、額濟納旗、金塔216個。城墻僅在安西西湖南沙窩和敦煌玉門關各保存長約200m左右，高2～3m的兩段，其中敦煌段為國家級文物保護單位，安西段為省級文物保護單位。

2．3明長城

明長城西端起自達賴河北岸，經嘉峪關向東北進入酒泉境內，向東南經高臺縣、張掖縣、臨澤縣、山丹縣、永昌縣、武威市、民勤縣、古浪縣。在古浪縣后長城分為兩支，一支進入景泰縣后至寧夏境內，另一支轉向東南進入永登達蘭州終止。保存完好的為達賴河北岸至嘉峪關一段和山丹境內的一段，殘存高度在3～4m左右。2003年10月25日發(fā)生在甘肅山丹、民樂之間的地震，使山丹縣境內的明長城3處城墻墻體、2處烽燧發(fā)生倒塌，另有數十處城墻墻體產生裂縫和傾斜。

3 建筑形制

秦漢時期長城除有烽燧、亭障、長城內外屯戍城等，另外向縱深發(fā)展，形成網絡。由于當時戰(zhàn)爭中使用的武器是比較落后的冷兵器，對土筑城垣破壞力不大，再加上當時生產技術水平還很低，所以多采用版筑的方法構筑長城，修筑的基本原則為“因地制宜。據險制塞”。

戰(zhàn)國秦長城采用板筑技術，分段夯筑，夯筑的方法是交接式的。從測量和統(tǒng)計情況看，夯層厚度一般為8～10cm，厚的夯層可達12cm左右，夯層基本均勻，夯筑收分不明顯，每板的長度約3m左右，在局部地帶可見到明顯的板與板間的接縫界線，見(圖2)。夯錘為直徑約10cm的圓形、平頂的石錘，夯窩深度約在0．5cm以下(圖2)。

漢代在甘肅境內所修筑的長城，主要在河西走廊一帶。所經之處地曠人稀，漫漫戈壁、荒漠連綿千百公里。在如此的地理環(huán)境下，建筑像中原大地上那樣高大雄偉的長城工程是難以想象的。自疏勒河以西戈壁荒漠上沒有土，工匠們在地勢險要、有水草之處，就地采用蘆葦或紅柳條或沙土，采用不同工藝建造亭障烽燧，城墻和烽燧在不同地貌段采用了不同的建筑形制：

漢長城城墻構筑技法為蘆葦與沙礫石互層，每層蘆葦的厚度平均是20cm，沙粒石子的厚度10cm左右(圖3)。由于風雨侵蝕，沙礫層向里凹進約5～20cm，蘆葦或紅柳層向外突出，城垣層次分明。烽燧采用四種構筑技法：粉土或粉土質沙夯筑，夯層厚度8～12cm(圖4)；生土、石塊夾紅柳稈、胡楊枝壘筑，其砌筑沒有規(guī)律(圖5)；土坯夾蘆葦砌筑，土坯規(guī)格40×20×15cm。一般是五層或三層土坯，縱橫排列，一層蘆葦，搭成十字形，有的烽燧加有紅柳稈為筋(圖6)；在鹽堿地段，則用鹽堿土與草木攪拌，層層疊砌，用這種方法修筑的烽燧在干燥環(huán)境中極其堅固(圖7)。

明長城在甘肅境內主要為粉土夯筑。

4 甘肅境內長城賦存環(huán)境

遺址的各種病害都是受遺址自身因素控制，即遺址所處的工程地質、水文地質及環(huán)境諸因素影響而產生的，其存亡與其周圍的環(huán)境有著密不可分的關系。

4．1遺址土的工程特性

對戰(zhàn)國秦長城取樣46組、漢長城取樣68組，測試其物理性質，并分別對各項試驗數據進行統(tǒng)計，每層夯土層上部較下部疏松。

(1)試驗所得，秦長城夯土干密度最小值1．28g／cm³，最大值1．75g／cm³，平均1．5g／cm³；漢長城夯土干密度最小值1．27g／cm³，最大值1．88g／cm³，平均1．6g／cm³。一般土遺址表層的風化程度嚴重、疏松，因此表層土的干密度要小于內部一定深度的土。位于戈壁沙漠區(qū)的漢長城，因含鹽量較高且強蒸發(fā)作用，易在土表面形成硬殼而變得相對較致密，對部分漢長城表面與內部干密度試驗分析表明大部分的夯筑烽燧表層的干密度大于一定深度的干密度，尤其是底部樣表現最為明顯。顆粒組成主要為粉粒。其中秦長城最大粒徑不超過2mm，粉粒含量大于70％，均值82．3％；漢長城最大粒徑小于5mm，不同粒徑含量所占百分數范圍大，粉粒含量均值65．3％；

(2)力學性質表現出一定的規(guī)律性：具有明顯的各向異性。垂直方向的抗剪強度、抗壓強度、抗拉強度大于水平方向；

(3)西北地區(qū)盡管降雨量少，但是偶爾一次的暴雨常常發(fā)生，而土的抗水性弱、遇水后強度急劇降低是夯土致命的弱點，崩解試驗結果見圖8、圖9。結果表明戰(zhàn)國秦長城的崩解速度普遍高于漢長城，多集中于10～20g／min之間，漢長城5g／min左右為崩解速度集中區(qū)。

4．2氣候條件

在遺址保存環(huán)境的諸因素中，最基本的、經常起作用的因素是濕度和溫度。甘肅中、東部地區(qū)與河西走廊地帶在氣候條件上形成了鮮明的對比，見表1。河西走廊地區(qū)具有氣候極端干旱，降水量少，溫差懸殊，濕差大，風沙活動頻繁的特點，常有風速超過5m／s的“起沙風”，最大風速可達12級。夏季多暴雨，暴雨后曖間溫、濕度變化幅度很大，使長城遺址遭受冷熱、干濕交替變化，天長日久，產生嚴重的龜裂現象。另一方面，干燥而寒冷的氣候條件，客觀上促進了土體干濕、凍融災害的產生，從而造成土體結構松馳，形成崩解破壞。河西地區(qū)又是多風地區(qū)，風力強，且具突發(fā)性，風沙流強烈風蝕或剝蝕，掏蝕破壞遺址基礎，直接危及遺址的穩(wěn)定。甘肅中、東部地區(qū)屬典型黃土地貌區(qū)，海拔較高、干旱少雨晴天多，年降雨量在400mm以上，降水變化率大。對長城遺址的破壞作用主要是降雨破壞作用，濕度較高，使氧化作用、溶蝕作用、水解作用、水化作用以及生物化學作用等一系列風化過程都較為活躍和強烈，因而遺址表面片狀剝離、酥堿和生物風化病害發(fā)育嚴重。

4．3地形地貌

特殊的地形地貌條件不僅是遺址產生許多不良地質現象的一個重要原因，也會對未來遺址的抗震穩(wěn)定性帶來負面影響。河西走廊地區(qū)主要為風沙地貌單元，長城遺址分布在戈壁、沙漠、綠洲和風蝕殘丘地帶，西北風的剝蝕破壞作用顯著。甘肅中、東部地區(qū)屬典型的黃土地貌單元，戰(zhàn)國秦長城多蜿蜒于黃土卯、梁地帶，溝谷地帶易形成暫時性流水，具有高強度的水土流失，沖毀溝谷帶長城遺址，因而長城多在山坡與山頂保存，山谷地帶保存極少。

5 發(fā)育主要病害

受所處地質環(huán)境和遺址建筑材料自身因素限制，現場調查后發(fā)現主要發(fā)育以下幾種類型病害：表面嚴重風化、基礎掏蝕凹進、裂隙、崩塌和坍塌、人為破壞。

5．1表面風化

表面風化是遺址普遍發(fā)育的一種病害，風化破壞營力主要為風、雨，溫度、濕度的急劇變化，鹽分的運移和毛細作用，植物根系生長破壞作用。

①片狀剝離：溫濕度的巨大改變，引起內外土體不均勻收縮，產生裂紋，切割遺址表面形成大小不等、厚<1cm，邊緣翹起的破壞形式。此種病害發(fā)育于粉土夯筑遺址。

②龜裂：干旱環(huán)境中遺址表面易形成鹽類富集，使表層結成硬殼，內外土體間的不均勻收縮，形成裂紋。主要發(fā)育于粉土夯筑漢長城烽燧迎風面。

③塊狀剝落：受節(jié)理切割破壞，遺址表面形成的厚5～10cm的長方體塊，主要發(fā)育于戰(zhàn)國秦長城遺址。

④酥堿：化學風化，一般發(fā)育于遺址基礎部位。表現為土質極為疏松，孔隙多、較大，嚴重者土粒間連接力喪失，呈粉粒狀脫落。主要破壞營力為毛細作用及易溶鹽遷移，為遺址普遍存在的一種病害。

⑤生物風化：植物根系生長過程中對遺址的機械破壞作用，是一種土壤化過程。主要發(fā)育于戰(zhàn)國秦長城遺址。

⑥沖蝕：頂面較寬遺址的，形成規(guī)模不一的沖溝，流水對遺址形成沖刷破壞。

5．2基礎掏蝕

基礎掏蝕是破壞性極強的一種病害，主要破壞營力為風力掏蝕破壞、流水沖蝕基礎、毛細作用及易溶鹽溶解——結晶破壞，以風力掏蝕破壞最嚴重。風力掏蝕破壞是漢長城遺址基礎破壞的主要營力，一般呈(或斷面呈)上大下小的形狀(圖10)，或形成基礎部位沿夯層呈層狀坍塌；戰(zhàn)國秦長城遺址基礎破壞主要來自于流水作用和毛細作用。

5．3裂隙

裂隙發(fā)育是長城崩塌破壞的主要因素。在內外營力的作用下，發(fā)育裂隙類型主要為：構造裂隙——節(jié)理(圖11)、卸荷裂隙(圖12)、變形裂隙和夯筑板接縫。裂隙傾角多近直立，走向平行墻面或者垂直墻面。

5．4崩塌和坍塌

夯筑遺址主要有三種形式的崩塌：①傾倒式崩塌(圖13)。②錯斷式崩塌(圖14)。③拉裂式崩塌(圖15)。土坯砌筑遺址多發(fā)育坍塌病害，由于基礎部位部分土坯破壞或在外動力作用下土坯結構遭破壞，引起遺址結構失穩(wěn)而塌毀(圖15)。

5．5人為破壞

人為破壞指人類生活和生產活動過程中對遺址有意或無意的破壞行為。主要類型有：①挖墻造田；②挖墻開路；③其他人為破壞。

6 加固試驗

風蝕、雨蝕是干旱環(huán)境下土建筑遺址的主要破壞動力，防風(雨)蝕加固是土遺址保護加固的重點任務，因此抗風(雨)蝕性能是評價加固適宜性的主要內容。

6．1加固土風蝕實驗

實驗是在中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所風沙物理與沙漠環(huán)境實驗室直流閉口吹氣式低速風洞中進行，風洞有1度的抬角，實驗以攜沙風吹蝕，風蝕量采用稱重法測定。

實驗結果表明：圖16(以模數3．84為例)，3％濃度PS材料加固后試樣的風蝕模數與未加固樣相當，采用5％、7％濃度的PS材料加固后的試樣抗風蝕性能相近，其風蝕模數明顯低于未加固樣和3％濃度PS材料加固樣；風速在10 m／s以下，加固與未加固樣的風蝕模數均非常小，風速大于10 m／s時，未加固樣和3％濃度PS材料加固樣風蝕模數增長率明顯大于5％、7％濃度PS材料加固樣；從圖17(15 m／s挾沙風)可以看出，不同吹蝕時間下試樣的風蝕模數隨PS材料模數的增大而降低。綜上所得，PS材料濃度、模數增大對土的抗風蝕性能提高均有較大的貢獻。

6．2加固土濕化特征實驗

本實驗通過測試土在水中的濕化速度和崩解量，來反映試樣經過PS材料處理前后抗崩解能力的變化。實驗用樣5×5×5 cm立方體。

實驗表明，未加固試樣放入后立刻開始大量粉狀、塊狀崩解，38s內完全崩解；經PS材料處理的所有試樣：48h后，濃度為3％PS材料加固試樣崩解呈塊狀，損失量40～50％；濃度為5％PS材料加固試樣開裂嚴重，多數從裂縫中大量掉末，損失量14％～27％；濃度為7％PS材料溶液加固的試樣一般僅開裂。試樣的抗崩解能力隨PS材料模數的增大沒有明顯變化。因此PS材料是一種干旱地區(qū)土遺址防雨水沖刷破壞的良好材料。

6．3加固土抗凍融實驗

首先將試樣烘干稱重，加入一定量的水使其含水量為14％，在溫度20℃、濕度大于99％的養(yǎng)護箱內養(yǎng)護3 d后，放入溫度在－20±0．5℃的低溫冰箱凍3個半小時，然后將試樣放進溫度為25℃，濕度大于99％…的帶有加濕器的養(yǎng)護箱內融化4h，此為一個循環(huán)。經15次循環(huán)后，將試樣烘干稱重，計算凍融損失率，之后做無側限抗壓強度試驗，試驗結果見表2。

凍融后試樣重量損失都很少，且沒有明顯的膨脹脫落或裂紋。大部分樣品重量損失率不超過1％…，重量損失率不隨凍融次數增加而降低。凍融強度損失率不大，甚至出現強度損失率為負值現象，最大強度損失率18％(出現損失較高的樣品主要是加水過程中造成裂縫，因而凍融后強度降低較多所致)，平均強度損失率不超過10％，強度損失率不隨凍融次數而增大。說明了PS材料加固后土良好的耐凍性能。

PS加固試樣在上述試驗中重量損失都很少，且沒有明顯的膨脹脫落或裂紋。表明在干旱環(huán)境中，如固結層在凍融后不產生膨脹和裂紋，僅有較少的重量損失，那么其抗風蝕能力也將不會明顯降低。

6．4比表面／微孔隙測定

文物保護要求土遺址經化學材料加固后必須具有良好的透氣、透水性，以保證水、氣的自由進出，因此，加固前后孔隙結構變化對土遺址防風化加固保護有著非常重要的意義。試驗用中國科學院蘭州物理化學研究所Micromeritics ASAP2010快速表面積孔隙分析儀測定。

試驗結果見表3，從中可以看出，PS處理后土的孔隙體積基本無變化，平均孔徑略有降低，比表面積有所增加。說明經PS材料加固后，由于粘土礦物晶層間距變小使顆粒變細，同時土顆粒間生成硅酸凝膠，也增加了土中的細顆粒，尤其是納米級的細顆粒，從而使顆粒間膠凝強度提高，聯接力增強，同時保證了水、氣的自由進出。

7 保護加固

保護加固利用現代科學技術與傳統(tǒng)文物保護技術相結合的方針，在翔實分析遺址發(fā)育主要病害類型、試驗驗證加固材料的有效性、計算分析加固措施的安全性的基礎上，主要采取以下加固措施：

7．1土坯砌筑托換加固地基技術

加固基槽底部應開挖至堅實天然地層，如堅實地層頂面呈傾斜狀態(tài)，還應將其整修成臺階狀；砌體與土遺址本體之間充填密實；土坯采用與遺址土相近的粉土制備，含鹽量≤0．50％，含水量≤3．0％，干密度≥1．70g／cm³；砌筑泥漿采用粉土加模數為3．8、濃度為5％的PS漿液拌制，水灰比0．4：1。

7．2靜壓注漿加固地基技術

注漿材料為模數為3．8、濃度8％的PS漿液；注漿孔采用φ15mm鋼制花管擊入法造孔、深度500mm，注漿擴散半徑300mm，注漿控制壓力0．2kPa；采用逐次加密的間隔注漿方式，在相鄰注漿孔完成注漿并達到初凝狀態(tài)之前不得進行連續(xù)注漿；每孔注漿結束并達到初凝狀態(tài)后，應及時拔出注漿管并對注漿孔用PS泥漿進行封填；施工期間對工作面應采取防曬措施，使加固體緩慢陰干，以免形成龜裂。

7．3錨桿錨固技術

采用中φ25～35mm的蠟質木錨桿，用刀砍出許多翹起的鱗片(插錨桿時刀口方向朝外、小直徑一端朝內)，含水率≤3．0％，單根錨桿桿體抗拉強度應≥10．0kN；錨孔采用螺紋鉆人工鉆孔，孔徑50mm左右，孔深應比錨桿設計長度大100mm；成孔后，清除孔中虛土，注入模數3．8、濃度5％PS漿液加固孔壁；孔壁固化后，注入PS－(C+F)錨固漿液，泥漿為模數3．8、濃度10％PS與粉土按水灰比1：1．3～1．5配制；注入泥漿后應隨即插入錨桿，待泥漿初凝時再次擊入桿體；錨桿應進行現場拉拔試驗，單根錨桿的設計極限錨固力≥3．0kN／m。

7．4裂隙注漿技術

用PS－(C+F)漿液封閉裂隙，PS－(C+F)漿液采用模數3．8、濃度5％的PS與粉土和粉煤灰、水灰比0．4～0．5，按豎向間距100mm埋設直徑10mm的塑膠注漿管；先注入5％PS漿液，滲透加固裂隙中充填的沙土、碎石和裂縫兩壁，對較寬且沒有充填物的裂隙，應提前向裂隙內填充和遺址土相近的土塊，然后再按自下而上的次序進行注漿；若裂縫較窄小，可適當增大水灰比增大可灌性；充填灌漿完成并達到膠凝固化狀態(tài)后，切割露出墻面的塑膠管，并用3％PS和遺址土調制的泥漿填充注漿孔，抹平作舊；施工期間對工作面應采取防曬措施，使加固體緩慢陰干。(注：F為粉煤灰，C為粉土；F：C一般為2：1)

7．5表面滲透注漿技術

滲透材料采用模數3．8、濃度3～5％的PS漿液；注漿方式采用多次噴灑滲透與針孔注入滲透相結合；注漿透滲深度應超過墻面疏松風化層厚度。墻面疏松風化層厚度小于20mm，采用多次噴灑滲透加固方式，每次噴灑的間隔時間為2～3天；墻面疏松風化層厚度大于20mm，采用一次噴灑滲透后，再進行針孔注入滲透；針孔注入采用逐次加密的間隔注漿方式，排布密度要滿足墻體表面滲透加固體能夠互相銜接；單孔注漿擴散半徑不能過大，以防止?jié){液未膠凝時注漿體流變，在相鄰部位達到初凝狀態(tài)之前不得進行連續(xù)注漿；對局部墻面上因風蝕、雨蝕作用形成許多片狀割離的小塊，則采用小竹錨釘錨固與針孔注入相結合的工藝進行加固。

7．6小錨釘錨固注漿技術

錨釘錨固與注漿相結合的加固工藝，主要應用于塊狀剝落墻面。采用木錨釘，錨釘可按間距100mm布置，錨釘斷面尺寸10mm、長200～300mm，手提鉆成孔，孔徑15mm，成孔后，清除孔中虛土，注入模數3．8、濃度5％PS漿液加固孔壁；孔壁固化后，注入PS－(C+F)錨固漿液，泥漿為模數3．8、濃度10％PS與粉土按水灰比1：1．3～1：1．5配制；注入泥漿后應隨即插人錨釘；停滯7天后完成墻面的PS滲透加固；滲透注漿施工期間對工作面應采取防曬措施，使加固體緩慢陰干，以免形成龜裂；所有工作完成后應進行做舊處理。

8 工程實例

8．1廣昌燧保護加固設計

廣昌燧地處甘肅省敦煌市羅布泊邊緣的沙漠地帶。坐落于一土質臺地上，臺地頂面略小于烽燧底面，土質疏松，烽燧坍塌塊體沿臺地斜坡四處散落。烽燧整體上南北面較寬，東西面較窄，長14．5m，寬11．1m，高10．6m，為粉土夯筑，夯層厚10cm。其主要病害：在風蝕作用下基礎掏蝕、地基破壞。其他病害為裂隙、烽燧表面片狀剝離和龜裂。

針對烽燧發(fā)育病害，采用加固設計方案為(圖18)：

①基礎掏蝕加固主要是采用土坯砌筑加固。

②地基破壞加固主要采用土坯砌筑托換加固地基技術以整平臺地，同時配合靜壓注漿加固以提高地基承載力。

③裂隙加固采用錨桿錨固與裂縫注漿相結合的方法。

④表面片狀剝離加固采用PS表面滲透注漿。

8．2馬家山段長城保護加固設計

馬家山段長城位于甘肅省定西地區(qū)渭源縣北寨鄉(xiāng)，此段長城是目前保存最好的一段戰(zhàn)國秦長城遺址，近南北走向，粉土夯筑。夯層清晰，層厚10cm。殘存墻體長160．1m、寬1．2～3．0m、高2．4～5．0m，斷面呈梯形。長城在此處自溝谷處沿馬家山山梁而上，山坡坡角約10°。長城西側為鄉(xiāng)間小道，東側緊鄰墻基處為耕田，長城周圍無地下水出露。主要病害是：發(fā)育兩組節(jié)理，一組走向與墻平行，一組與墻面大角度相交，形成兩條張開5～10cm貫通墻體的裂縫；受節(jié)理和夯層控制，墻面塊狀剝落嚴重，剝落塊體20×20×(5～10)cm；其他病害為：墻基掏蝕凹進；城墻表面片狀剝離；城墻頂面植被發(fā)育；基礎酥堿。

針對城墻發(fā)育病害，采用加固設計方案為(圖19)：

①塊狀剝離加固采用小錨釘錨固與PS+C注漿加固方法。

②裂隙加固，主要是對與墻面走向一致節(jié)理的加固處理。采用錨桿錨固與裂縫充填注漿相結合的方法。

③墻基掏蝕凹進采用PS夯筑護堤的加固方法。

④表面片狀剝離和基礎酥堿加固采用PS表面滲透注漿。

⑤由于頂面植被為草本植物，目前還無較好的草種替代，故暫不予處理。

9 建議

工程實施過程中應對PS現場加固進行實驗、進行錨桿錨固力拉拔試驗，進行加強現場加固后強度檢測技術研究。病害是各種因素綜合作用的結果，各種因素互相促進、共同作用。表面風化是分布最廣的病害，基礎掏蝕和裂隙是最嚴重的病害，崩塌和坍塌則是最危險的病害，它直接影響遺址的安全。在保護加固工程中應該針對具體遺址病害特征，分清輕重緩急進行加固處理。

10 致謝

論文完成過程中得到敦煌研究院文物保護技術服務中心的大力支持，該單位的張魯工程師、郭青林館員、趙林毅館員幫助完成部分試驗，蘭州大學的孫滿利博士在加固措施方面提出建設性的建議，在此對他們的幫助表示感謝。

(責任編輯 齊雙吉)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。