敦煌陽(yáng)關(guān)烽燧現(xiàn)狀調(diào)查與保護(hù)研究

內(nèi)容摘要：本文從陽(yáng)關(guān)烽燧的現(xiàn)狀調(diào)查人手，分析遺址土的礦物組成、物理力學(xué)特性及易溶鹽特征，探討了存在的病害及產(chǎn)生原因，指出遺址存在主要病害有墻體坍塌、沖溝發(fā)育、墻體片狀剝離、干縮開(kāi)裂等，并采取錨固、裂隙灌漿、支頂加固和表面防風(fēng)化加固等措施對(duì)該遺址進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)加固。

關(guān)鍵詞：陽(yáng)關(guān)烽燧；現(xiàn)狀調(diào)查；工程特性；遺址病害；保護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：K854.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-4106(2007)05-0063-05

一 前言

陽(yáng)關(guān)，位于敦煌市城西南70公里處的南湖鄉(xiāng)境內(nèi)，始建于漢武帝元鼎三年，即公元前114年，因在玉門(mén)關(guān)以南，故名陽(yáng)關(guān)。陽(yáng)關(guān)在從漢至唐各代經(jīng)營(yíng)西域的過(guò)程中發(fā)揮了重要作用，是設(shè)在絲綢之路南道的重要關(guān)隘，在軍事上也極為重要，是歷來(lái)兵家必爭(zhēng)的戰(zhàn)略要地。陽(yáng)關(guān)歷經(jīng)兩千多年的風(fēng)雨滄桑，昔日的陽(yáng)關(guān)早已不復(fù)存在。現(xiàn)在，雖然看不到陽(yáng)關(guān)故址，但在陽(yáng)關(guān)遺址周?chē)€有十幾座烽燧，其中古董灘北面墩墩山頂上的烽燧，即陽(yáng)關(guān)烽燧，位于臺(tái)地最高處，有“陽(yáng)關(guān)耳目”之稱(chēng)。其作為陽(yáng)關(guān)遺址的標(biāo)志性遺跡，有很高的歷史價(jià)值和考古價(jià)值。

二 保存現(xiàn)狀調(diào)查

陽(yáng)關(guān)烽燧呈四方形，位于高出周?chē)孛媸畮酌椎幕鶐r之上，整個(gè)烽燧之下的基巖在修建時(shí)并未被平整，而是依基巖的外部輪廓，在其上修建烽燧，基巖南高北低。烽燧主要由土坯構(gòu)成，在土坯中夾有少量的澄板土塊。人工制成的土坯長(zhǎng)30厘米，寬23厘米，高9厘米。壘三層土坯，中間夾一層蘆葦，蘆葦層厚約3-4厘米。在墻體內(nèi)可見(jiàn)澄板土塊凌亂的夾在土坯之間，被當(dāng)做建筑材料使用。

西立面：共有6個(gè)蘆葦夾層，中部可見(jiàn)兩個(gè)木頭樁，主要是起聯(lián)結(jié)作用，兩側(cè)土坯之間的分層已經(jīng)風(fēng)化得比較模糊，這和風(fēng)蝕雨蝕有關(guān)。西南角向內(nèi)側(cè)凹進(jìn)，最深處可達(dá)40厘米左右。蘆葦層之下的土坯向內(nèi)部凹進(jìn)，使蘆葦露出，最深可達(dá)20多厘米。西北角由于下部地基不穩(wěn)，使土坯與土坯之間發(fā)生松動(dòng)，土坯與土坯之間結(jié)合縫明顯大于中部，并呈現(xiàn)出有規(guī)律的裂紋。南立面：西側(cè)上部有高約1米、長(zhǎng)2-3米的一塊已經(jīng)脫落，下部有輕微掏蝕，西南角向外傾斜，下部脫落，向外傾約30厘米，土坯表面輕微結(jié)殼。東立面：南部拐角已脫落，導(dǎo)致周?chē)僚鳟a(chǎn)生松動(dòng)，在中部有2-3米的缺口，可以從缺口處登上烽燧的頂部，在缺口的南側(cè)的土坯之間有一條明顯的分界線(xiàn)，是漢代所修烽燧和西晉補(bǔ)修的界限，分界線(xiàn)內(nèi)側(cè)為漢代的烽燧，外圍的土坯和澄板土塊為晉代修補(bǔ)烽燧時(shí)所砌。北立面：下部脫落嚴(yán)重，在東側(cè)下部有寬2米、高1米左右、凹進(jìn)20-30厘米的土坯已經(jīng)脫落，使周?chē)耐僚鳟a(chǎn)生松動(dòng)，兩側(cè)拐角處凹進(jìn)更多，使上部產(chǎn)生松動(dòng)。在西側(cè)1.5米處有一裂縫，由底貫通至頂部，使整個(gè)烽燧的西北角隨時(shí)有坍塌的危險(xiǎn)。在墻體的表面可見(jiàn)風(fēng)蝕和雨蝕的痕跡，并伴有嚴(yán)重的結(jié)殼。

陽(yáng)關(guān)烽燧為現(xiàn)存陽(yáng)關(guān)遺址內(nèi)唯一可見(jiàn)的遺跡，經(jīng)過(guò)兩千多年的滄桑，烽燧的抗風(fēng)化能力已經(jīng)接近所能承受的極限，有隨時(shí)倒塌和毀壞的可能。一旦倒塌將造成不可彌補(bǔ)的損失。所以，對(duì)陽(yáng)關(guān)烽燧的保護(hù)已經(jīng)刻不容緩。

三 陽(yáng)關(guān)烽燧遺址土的工程特性

為了分析查明陽(yáng)關(guān)烽燧土的工程特性，對(duì)陽(yáng)關(guān)烽燧進(jìn)行取樣，取樣詳細(xì)位置見(jiàn)表1。

1、遺址土的礦物組成

將所取遺址土樣品送到甘肅省地礦局中心實(shí)驗(yàn)室煮膠后制成薄片樣品，在偏光顯微鏡下進(jìn)行薄片鑒定(圖版14)。陽(yáng)關(guān)遺址土為土黃色，有較大的空隙，由碎屑和填隙物兩部分組成，碎屑含量占70％左右，其成分為石英30％，長(zhǎng)石15％，石英巖巖屑5％，方解石及石灰?guī)r巖屑10％，角閃石小于2％，黑云母1％，白云母1％，綠簾石小于3％，泥質(zhì)巖巖屑小于3％，含有微量的鋯石和磁鐵礦等。碎屑分選性較好、磨圓度較高，粒徑一般在0.06-0.5mm之間，個(gè)別達(dá)1mm以上。碎屑形狀多為次圓狀，少量渾圓狀，次棱角狀，在土中分布比較均勻。填隙物含量30％，主要有隱晶泥質(zhì)雜基和鈣質(zhì)組成，其中泥質(zhì)20％，鈣質(zhì)10％，填充在碎屑顆粒之間，呈基底式。

2、遺址土的物理力學(xué)特性

陽(yáng)關(guān)遺址土的物理力學(xué)特性與顆粒分析結(jié)果見(jiàn)表2-3，所有樣品測(cè)得的含水量都極低，在0.5-1.5％之間。陽(yáng)關(guān)烽燧下部脫落土坯的干密度最大，頂部土坯和澄板土塊的密度較小，分別為1.47g/cm³和1.37g/cm³，接近風(fēng)化土的密度?？紫抖却笮偤煤兔芏认喾矗?yáng)關(guān)烽燧下部脫落土坯的孔隙度為33.1％，頂部土坯和澄板土塊的孔隙度較大，分別為45.4％和50.0％，與遺址風(fēng)化的嚴(yán)重程度形成對(duì)應(yīng)關(guān)系。陽(yáng)關(guān)烽燧下部脫落土坯的粒徑為0.05mm以下的顆粒，約占粒徑總比例的85.3％；頂部土坯的粒徑主要分布在0.075-0.005mm之間約占粒徑總比例的87.1％；澄板土塊的粒徑小于0.005mm的占粒徑總比例的55.4％。脫落土坯的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1283KPa，頂部土坯和澄板土的強(qiáng)度分別為129KPa和125Kpa。三個(gè)試樣的崩解量均達(dá)100％。

由于表層土風(fēng)化強(qiáng)烈程度不一樣，加之土樣顆粒分布不均，土坯成形和制作時(shí)含水量和受力狀態(tài)不同，使得土樣的密度有較大的差，土的孔隙性也具有明顯的差異性，干密度越大，土的孔隙愈少，土愈密實(shí)。以上情況也導(dǎo)致了土體在無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的差異。

由于土坯和澄板土塊都是黃土制作或形成的，黃土較大的濕陷性決定了其在水中極易發(fā)生崩解，而且崩解速度較快?？傮w來(lái)看，土樣工程性質(zhì)的差異，影響和決定土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，陽(yáng)關(guān)烽燧遺址土的一些指標(biāo)均以達(dá)到抗風(fēng)化能力的極限。

3、遺址土的化學(xué)特性

陽(yáng)關(guān)遺址土的易溶鹽分析結(jié)果見(jiàn)表4。大量的樣品分析顯示，遺址土中陽(yáng)離子主要為Na⁺、Ca²⁺和M²⁺，陰離子主要為SO^2-₄和Cl^-，含有少量的CO^2-₃和HCO^-₃。因此遺址土的易溶鹽主要為氯鹽和硫酸鹽，即以NaCl、CaSO₄、MgSO₄為主，PH值在7.42-8.96之間，土呈弱堿性。其總含鹽量見(jiàn)圖1。西立面、南立面和北立面的總含鹽量呈現(xiàn)出墻體中間最高，上部次之，下部最低的趨勢(shì)。東部由于坍塌嚴(yán)重，只取了上部和中部的試樣，上部的總含鹽量小于中部的含鹽量。試樣中有兩個(gè)樣品含鹽量達(dá)不到鹽漬土的標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)定名為中亞硫酸鹽漬土或中亞氯鹽漬土，有個(gè)別為中氯鹽漬土和超氯鹽漬土。遺址土的高含鹽量是導(dǎo)致遺址土風(fēng)化酥堿的內(nèi)因。在水分的作用下，可溶鹽反復(fù)溶解和結(jié)晶，破壞遺址的墻基的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使墻基遭到嚴(yán)重風(fēng)化而凹進(jìn)，造成墻體的不穩(wěn)固和表面風(fēng)化。

四 遺址的主要病害及成因

引起土遺址破壞的因素主要與其賦存環(huán)境、建造所用材料和工藝有密切的關(guān)系。陽(yáng)關(guān)烽燧產(chǎn)生的病害主要有以下幾種：

1、雨蝕破壞

雖然敦煌氣候干燥少雨，為陽(yáng)關(guān)烽燧的保存提供了得天獨(dú)厚的條件，但從氣象資料來(lái)看，敦煌地區(qū)降水量的年內(nèi)分配極不均勻。降水量以夏季為最高，6、7、8三個(gè)月的降水量達(dá)25.5mm，占全年降水量的64％(圖2)。其原因是由于冬春季節(jié)，本區(qū)主要受西伯利亞一蒙古冷高壓控制，導(dǎo)致溫度低、多晴日、降雨量極少。而在夏季，則主要受太平洋暖濕氣團(tuán)影響，具有溫度高、濕度大、降水量大于冬春季節(jié)的特點(diǎn)。這種年降水變化率大、季節(jié)分配極不均勻的現(xiàn)象反映了典型的干旱戈壁沙漠氣候特征。敦煌年降水量極不穩(wěn)定，據(jù)敦煌建立氣象站以來(lái)的紀(jì)錄，1979年降水量為105.5mm，為歷年最大統(tǒng)計(jì)值，1956年降水量為6.4mm，為歷年降水量最小統(tǒng)計(jì)值。但就整個(gè)趨勢(shì)看，敦煌地區(qū)降水量呈上升趨勢(shì)(圖3)。本地蒸發(fā)量的變化相對(duì)較穩(wěn)定，基本上在2200-2700mm之間。由于敦煌地區(qū)降雨主要集中在7、8、9月間，常常發(fā)生暴雨，有時(shí)一次降雨超過(guò)一般年份的年降雨量。烽燧為土質(zhì)建筑，從崩解實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，遺址土遇水極易崩解，直接造成烽燧的破壞。從遺址現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查看，烽燧所處地勢(shì)較高，雖不受洪水沖蝕，但暴雨對(duì)烽燧的沖刷依然是烽燧破壞的主要因素之一。

2、風(fēng)蝕破壞

烽燧所處的戈壁灘上常年刮風(fēng)，春天常常有沙塵暴，陽(yáng)關(guān)烽燧處于一個(gè)高于周?chē)孛娴幕鶐r上，四周沒(méi)有任何遮擋，挾沙風(fēng)對(duì)烽燧的外表及墻基的磨蝕相當(dāng)嚴(yán)重，西墻墻體土坯之間的接縫由于風(fēng)蝕現(xiàn)已模糊不清。如果挾沙風(fēng)打破烽燧表面的堅(jiān)硬部分，減小烽燧抵御其他外營(yíng)力風(fēng)化的能力，將大大加速烽燧的風(fēng)化；烽燧的墻基遭到破壞后引起墻體上部失穩(wěn)，將造成墻體的開(kāi)裂坍塌。

3、鹽分活動(dòng)

陽(yáng)關(guān)烽燧地處干旱的沙漠戈壁環(huán)境中，蒸發(fā)量很大，在這樣的環(huán)境下的遺址土體中含有較多的可溶鹽，在長(zhǎng)期雨水沖淋作用下，鹽分都富積于墻體表面。可溶鹽的反復(fù)溶解和結(jié)晶及運(yùn)移等作用，破壞遺址的墻基的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使墻基遭到嚴(yán)重風(fēng)化而深深凹進(jìn)，造成墻體的不穩(wěn)固。當(dāng)遇雨水沖刷或地震時(shí)極易塌毀。而鹽分隨著水分的蒸發(fā)，運(yùn)移到墻體的表面，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的富集，鹽分以膠結(jié)物的形式填充了土體表面的孔隙，在墻體表面結(jié)殼，當(dāng)鹽分富集到一定程度后，就會(huì)堵塞了土體表面的孔隙，使土體表面不透氣而和下層分離，進(jìn)一步發(fā)展后，就會(huì)造成土體的表面剝離等病害?？傊}分的運(yùn)移，是造成土遺址風(fēng)化的重要因素之一。

4、開(kāi)裂坍塌

由于黃土有很強(qiáng)的濕陷性，在干濕變化過(guò)程中，極易產(chǎn)生膨縮變化而開(kāi)裂。加之雨水滲透、自重及地震等因素的影響，裂隙很快延伸和發(fā)展，使遺址墻體開(kāi)裂坍塌。這是對(duì)土建筑遺址毀壞性最大的一種病害因素。墻基向內(nèi)凹進(jìn)引起墻體應(yīng)力重新分布，在墻體上形成卸荷裂隙，再加上其他裂隙切割卸荷裂隙，最終形成不穩(wěn)定土體，在其他營(yíng)力作用下，極易產(chǎn)生坍塌。

五 陽(yáng)關(guān)烽燧的保護(hù)措施

針對(duì)陽(yáng)關(guān)遺址保存現(xiàn)狀、存在病害及成因，我們對(duì)陽(yáng)關(guān)烽燧的保護(hù)采取了以下的措施：

1、考古清理發(fā)掘

在采取加固工程之前，首先對(duì)陽(yáng)關(guān)烽燧四周進(jìn)行考古清理發(fā)掘，對(duì)周?chē)母⊥吝M(jìn)行清理，以免考古信息的流失。

2、支頂加固

根據(jù)敦煌玉門(mén)關(guān)、河倉(cāng)城及西夏陵的土遺址保護(hù)經(jīng)驗(yàn)，采用土坯砌筑支頂加固瀕臨倒塌文物土體的方法是行之有效的，并且具有可逆性。即隨著保護(hù)加固技術(shù)的發(fā)展，如果有更好的保護(hù)方法時(shí)，可以對(duì)支頂?shù)耐僚鬟M(jìn)行拆除后采取新的保護(hù)方法。

在加固陽(yáng)關(guān)烽燧時(shí)，首先對(duì)不平整的基礎(chǔ)用和下部基巖相近的巖石進(jìn)行砌補(bǔ)，用和陽(yáng)關(guān)烽燧土質(zhì)接近的土制作大小和陽(yáng)關(guān)烽燧土坯接近的土坯，用PS對(duì)已做好的土坯進(jìn)行防風(fēng)化處理。采用砌筑土坯嵌補(bǔ)的方法將PS處理后的土坯充填到脫落和懸空部位，達(dá)到穩(wěn)定墻體的目的。對(duì)加固后的外表面進(jìn)行作1日處理，達(dá)到外觀與其他墻體一致。在砌至一定的高度(在1.0-1.5m時(shí))增加錨桿聯(lián)結(jié)。因?yàn)樵摲殪菀延刑J葦層加固，因此我們?cè)谛缕鐾僚髦幸舶凑者@些蘆葦層進(jìn)行了加固和裝飾，效果較好，達(dá)到了修舊如舊的效果。

3、錨固和裂隙灌漿

烽燧所有大小裂縫均進(jìn)行封閉注漿。對(duì)大的裂縫，如在北立面的大裂縫處，采用木質(zhì)錨桿錨固，以加強(qiáng)土體的連接。封閉各立面墻體上的裂隙孔洞和土坯縫隙；對(duì)頂部孔洞和裂隙進(jìn)行灌漿。灌漿漿液用PS-F或當(dāng)?shù)仞ね涟韬投?，水灰比控制?.65左右即可。錨固采用兩種方式：埋在砌體內(nèi)的土釘，這次加固此類(lèi)較多，主要用于新砌體與原墻體的連接，在南墻和北墻共用10根土釘；對(duì)貫穿南北墻體的裂隙進(jìn)行錨固的錨桿，在西墻鉆了5個(gè)孔并進(jìn)行錨桿錨固。錨固漿液用PS-F，水灰比在0.65左右，錨桿為木質(zhì)臘木桿。直徑在25-45mm之間。錨固端長(zhǎng)度大于0.5m。

4、表面防風(fēng)化加固

陽(yáng)關(guān)烽燧表面風(fēng)化病害主要表現(xiàn)為風(fēng)蝕、雨蝕、結(jié)殼剝離等。對(duì)風(fēng)化程度較輕，裂縫相對(duì)較少的部位，可采用PS材料滲透加固，對(duì)墻體表面風(fēng)化嚴(yán)重的，采用小竹鉚釘錨固與注PS漿液相結(jié)合的工藝進(jìn)行加固。所有的工程措施完工后都必須作舊，以達(dá)到“修舊如舊，不改變?cè)病钡哪康?。Ps防風(fēng)化加固采用常壓滲透的方法，清理墻體表面的浮塵，配制5％濃度的PS溶液，進(jìn)行低濃度多次噴灑滲透。

5、防止人為破壞

由于有專(zhuān)人看管，沒(méi)有必要再設(shè)置過(guò)高的鐵質(zhì)柵欄，更換為高度為1.3米左右的木質(zhì)欄桿，木質(zhì)欄桿的木材經(jīng)過(guò)了特殊的防風(fēng)化處理。

通過(guò)采取以上措施，使得陽(yáng)關(guān)烽燧面臨坍塌的現(xiàn)狀得到了徹底的改善(圖版15、16)，既達(dá)到了修舊如舊的效果，又很好的延緩了陽(yáng)關(guān)烽燧的壽命。

致謝：

敦煌研究院酈偉堂；孫洪才、王小偉館員，敦煌市博物館的付立成館長(zhǎng)參與了陽(yáng)關(guān)烽燧的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和保護(hù)，在此對(duì)他們表示誠(chéng)摯的謝意!

責(zé)任編輯：梁 紅