新疆安迪爾古城病害特征及加固措施建議

張光偉 張虎元 于宗仁

內(nèi)容摘要：安迪爾古城遺址，處于新疆和田地區(qū)民豐縣的荒漠之中，自然環(huán)境惡劣，遺址常年受到風(fēng)沙掩埋及風(fēng)沙侵蝕、雨蝕、基礎(chǔ)掏蝕、裂隙發(fā)育的危害，遺址破壞嚴(yán)重。本文通過室內(nèi)試驗(yàn)分析了遺址土的基本性質(zhì)。通過對(duì)遺址病害的調(diào)查分析，初步提出了PS防風(fēng)化處理、基礎(chǔ)區(qū)砌補(bǔ)回填、遺址底部散水處理等保護(hù)措施建議。

關(guān)鍵詞：安迪爾古城；病害類型；加固措施

中圖分類號(hào)：K854.39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-4106（2014）05-0125-06

On the Deterioration of and Consolidation Measures

for Ancient Andier City in Xinjiang

ZHANG Guangwei1，2 ZHANG Huyuan1 YU Zongren3

（1.Key Laboratory of Mechanics on Disaster and Environmental in Western China， Lanzhou University， Lanzhou， Gansu 730000；

2.Northwest Branch，Research Institute of Petroleum Exploration and Development，

PetroChina，Lanzhou，Gansu 730020；

3.Conservation Institute， Dunhuang Academy， Dunhuang， Gansu 736200）

Abstract： Ancient Andier city is located in the hinterlands of the Taklimakan Desert near Minfeng county in Khotan， Xinjiang. Because of hazardous natural conditions， thesite shows severe deterioration from wind erosion， rain erosion， foundation recession， fractures， and being buried by sand. The physical properties of the soil in this area have been determined in laboratory tests. After investigating and analyzing the characteristics of the deterioration and local soil， this paper suggests that the following conservation measures should be taken： preventing surface weathering with PS； building adobe supports or backfilling areas suffering serious sapping erosion； and draining water away from wall bases.

Keywords： ancient Andier City； deterioration； preservation and consolidation

收稿日期：2013-12-18

作者簡介：張光偉（1984- ），男，河北省行唐縣人，蘭州大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院博士研究生。

0 引 言

安迪爾古城遺址位于新疆維吾爾自治區(qū)和田地區(qū)民豐縣安迪爾牧場東南約27km的沙漠腹地（圖1），是絲綢之路南道漢唐時(shí)期的重要遺址，2001年6月國務(wù)院公布為第五批全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位。遺址分為東、西兩個(gè)區(qū)，地理坐標(biāo)北緯37°26′—37°54′，東經(jīng)83°32′—83°50′，海拔約1300m。東部遺址區(qū)包括夏羊塔克古城遺址、廷姆佛塔遺址、道孜勒克古城遺址、南方古城遺址以及周圍的佛塔、墓葬、冶煉作坊和窯址等。根據(jù)出土文物，該區(qū)域遺址分為早、晚兩個(gè)時(shí)期，早期遺址時(shí)代大概在公元1—3世紀(jì)末4世紀(jì)初，夏羊塔克古城、廷姆佛塔、道孜勒克古城下面的遺址形成一個(gè)聚落；晚期遺址主要是唐吐蕃時(shí)期（8世紀(jì)中葉），時(shí)間很短，包括道孜勒克古城及其內(nèi)部佛寺，周邊還分布其他遺址，包括佛塔、房屋、陶窯、冶煉遺址等。西部遺址區(qū)主要是阿其克考其克熱克古城遺址。

安迪爾古城，唐以前未見正史記載，推測屬扜彌國。扜彌國為漢設(shè)西域都護(hù)府所轄的三十六國之一，后屬于闐?！缎绿茣さ乩碇尽份d“于闐東三百里有坎城鎮(zhèn)，東六百里有蘭城鎮(zhèn)”[1]。安迪爾古城應(yīng)為唐代的蘭城鎮(zhèn)，后因河流頻繁改道、地下水位下降、沙漠侵蝕綠洲及戰(zhàn)亂等原因而廢棄。

玄奘《大唐西域記》記：從尼壤“東行，入大流沙。沙則流漫，聚散隨風(fēng)……行四百余里，至睹貨邏故國。國久空曠，城皆荒蕪”[2]。斯坦因在安迪爾河下游考察了安迪爾廢墟的諸唐代古城遺址后，認(rèn)為此處即是玄奘所記的睹貨邏故國和佉盧文文書上出現(xiàn)多次的地名Saca。

斯坦因曾在安迪爾古寺殘壁上發(fā)現(xiàn)刻有開元七年（719）字跡的殘碑。

清末人們來往于民豐和且末時(shí)，還常途經(jīng)安迪爾廢墟，斯坦因即從尼雅經(jīng)安迪爾去且末。清朝地方政府在安迪爾古城遺址以南的安迪爾蘭干特設(shè)置過交通站。

安迪爾古城遺址內(nèi)發(fā)現(xiàn)了從西亞輸入的玻璃珠、1—4世紀(jì)羅馬產(chǎn)的帶花玻璃片、漢佉二體錢等文物，說明安迪爾古城是且末和尼雅之間最便捷的交通驛站，反映了塔里木盆地各城邦之間及我國西部與歐亞之間的經(jīng)濟(jì)與文化交流，是絲綢之路的重要實(shí)物見證，為研究古代于闐與且末之間的歷史交通提供了重要的實(shí)物資料。

安迪爾河下游是絲綢之路南道的重要綠洲聚落，安迪爾河下游綠洲居民因河道擺動(dòng)而遷徙，安迪爾古城遺址對(duì)于研究古代西域的歷史地理以及沙漠化環(huán)境變遷有重要意義。

安迪爾古城遺址出土的文書和木簡，反映了吐蕃、毗沙和當(dāng)時(shí)的中國政權(quán)對(duì)此地的統(tǒng)治狀況與策略，對(duì)了解當(dāng)時(shí)的政治社會(huì)制度、古代綠洲的興廢、疆域變遷等具有重要意義①②。

由于長期的自然侵蝕和人為破壞，安迪爾古城遺址總體毀壞嚴(yán)重。特別是風(fēng)沙掩埋、風(fēng)蝕、游人游玩以及不法分子對(duì)古遺址的盜掘等，對(duì)安迪爾古城遺址造成不同程度的破壞，亟待加固保護(hù)。

1 建筑形制及建造技法

道孜勒克古城，現(xiàn)殘存六段：北墻兩段，東墻兩段，南面城門兩側(cè)各一段，主要由泥土夯筑和土坯砌筑而成。城內(nèi)的中心位置，可見有縱橫相交的立柱構(gòu)成的“回”字形佛寺，佛寺平面呈方形，有內(nèi)外兩道“木骨泥墻”，四周構(gòu)成回廊。佛寺東南側(cè)有面積較大的房屋遺址。古城內(nèi)存有很多組房屋遺址的木柱，排列較規(guī)整，地面無墻體遺存（圖2）。

廷姆佛塔，為方形塔基的覆缽式塔。塔基3層，由下向上逐漸內(nèi)收。底部第1層邊長8.24m，直接建筑在雅丹臺(tái)地上，目前暴露于地表的僅存東北面的一塊，其余部分僅能在佛塔下部的直立面上見到，塔基大面積向內(nèi)凹進(jìn)，可見這一層厚約0.5m，全部是用膠泥夯筑而成；第2層，內(nèi)收約0.6m，厚約1.8m，分別以兩層土坯和兩層膠泥間隔壘砌而成，先以土坯在第一層地基上平鋪一層，再在土坯上砌上一層膠泥，然后在膠泥層上再砌一層土坯，土坯上再加一層膠泥；第3層，向內(nèi)收約0.6m，厚約0.5m，全部用膠泥堆砌而成。覆缽部分內(nèi)收約0.5m，高約4.3m，全部用土坯伴以膠泥壘砌而成，呈圓柱形。佛塔塔基部分邊沿殘失嚴(yán)重，四角均已不存，塔身有盜洞。佛塔內(nèi)部主要用土坯壘砌，在土坯的上下左右各面，均抹以膠泥，相互粘連（圖3）[3]。土坯長50cm，寬30cm，厚 10cm。

夏羊塔克古城（廷姆古城）， 主城平面大致呈方形，可大致識(shí)別城內(nèi)較寬的街道和房址，四面殘存部分墻體，均以膠泥和土坯砌筑。圍墻內(nèi)的地坪上散布著沙包，沙包周圍散布著大量陶片。東南角上有低矮的房屋墻基遺跡。耳城亦由土坯和膠泥壘砌。

2 主要病害類型及原因分析

2.1 遺址土的基本性質(zhì)

為給后續(xù)保護(hù)加固措施提供依據(jù)，通過室內(nèi)試驗(yàn)測得廷姆佛塔和道孜勒克古城兩處遺址土體的基本性質(zhì)。試樣的取樣部位如表1所示，所需土樣均來自遺址底部的坍塌堆積物。按照土工試驗(yàn)規(guī)范，測得遺址土物理性質(zhì)指標(biāo)如表2所示，可見遺址土含水率僅為1.5%左右。試驗(yàn)表明，廷姆佛塔遺址土為級(jí)配不良低液限砂土，道孜勒克遺址土為級(jí)配不良低液限黏土（表3）。

受自然和人為因素影響，安迪爾古城保存狀況較差，主要病害有風(fēng)蝕及風(fēng)沙掩埋、雨蝕、基礎(chǔ)掏蝕凹進(jìn)、裂隙切割等。

2.2 風(fēng)蝕及風(fēng)沙掩埋

遺址所在的和田地區(qū)，位于塔里木盆地南緣，地處歐亞大陸深處，屬于典型的暖溫帶大陸性干旱氣候，是世界同緯度最干旱的地區(qū)之一。該區(qū)氣溫日較差和年較差大，大風(fēng)風(fēng)沙天氣多，降水少且年季變化大、蒸發(fā)大，空氣極端干燥，沙塵暴較頻繁。遺址區(qū)的劇烈溫差引起土體熱脹冷縮，加速了土體本身的疏松、剝落，也給風(fēng)蝕創(chuàng)造了條件。

安迪爾古城遺址的建筑工藝多樣，主要有天然土夯筑、土坯砌筑等。當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)。最大風(fēng)力為12級(jí)，最大風(fēng)速為40m/s，多集中于5—8月間。由于材料和建筑工藝的因素，遺址土較脆弱，在長期風(fēng)沙作用下容易遭受嚴(yán)重的侵蝕破壞。受攜沙風(fēng)的風(fēng)蝕作用影響，一些遺址被侵蝕得千瘡百孔，加之風(fēng)化作用，造成墻體的剝落、殘斷和土層的脫落。典型的風(fēng)蝕現(xiàn)象有蜂窩狀墻貌、土坯層出露。部分墻面被風(fēng)吹蝕呈凹凸不平的蜂窩狀，在風(fēng)沙磨蝕、旋蝕作用下，局部產(chǎn)生剝離（圖4）。風(fēng)蝕破壞是所存土遺址普遍發(fā)生的病害，部分遺址體病害嚴(yán)重。同時(shí)可以看到，古城城內(nèi)及周圍布滿沙丘，城址大部分被流沙掩埋（圖2）。

2.3 雨蝕

和田地區(qū)屬干旱少雨區(qū)，降水少且分布差異較大。年平均氣溫11.0—12.1℃，年降水量28.9—47.1mm，年蒸發(fā)量2198—2790mm。但是偶爾的集中降雨，會(huì)給遺址帶來極大的破壞（圖5）。安迪爾古城遺址的雨蝕病害主要有兩種情況：第一種是雨水面流及濕化引起的表面泥滑；第二種是雨水沖刷形成墻面沖溝，大且深的沖溝多發(fā)育在墻體接縫處。

2.4 基礎(chǔ)掏蝕凹進(jìn)

基礎(chǔ)掏蝕凹進(jìn)是破壞性極強(qiáng)的一種病害，可以引發(fā)裂隙發(fā)育及擴(kuò)展，造成遺址基礎(chǔ)錯(cuò)落及崩塌。與其他土遺址基礎(chǔ)掏蝕病害情況不同的是，安迪爾古城基礎(chǔ)掏蝕凹進(jìn)主要是由積水坑和攜沙風(fēng)造成。2012年7月，現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)墻體底部至少存在2個(gè)較大的積水坑（圖6），由于遺址土體本身含水量不到2%，短時(shí)的強(qiáng)降水在基礎(chǔ)匯集，致使墻體底部吸水軟化，造成墻體基礎(chǔ)掏蝕破壞。另一方面，當(dāng)?shù)氐臄y沙風(fēng)具有較強(qiáng)的風(fēng)蝕破壞性，在墻體底部形成掏蝕區(qū)，導(dǎo)致基礎(chǔ)掏蝕凹進(jìn)（圖7），甚至導(dǎo)致崩塌（圖8）。

2.5 裂隙切割

裂隙發(fā)育是墻體破壞的重要因素，也是大多墻體普遍發(fā)育的病害形式。裂隙類型主要為：墻體裂縫、卸荷裂隙或在二者基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展演化的風(fēng)化裂隙。裂隙傾角多近于直立，走向大都垂直墻面切斷墻體。裂隙發(fā)展的直接后果為墻體表面層狀剝落，部分墻體傾倒、崩塌。

2.6 人為破壞

人為破壞對(duì)遺址造成的威脅較為嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為以下兩種：

（1）盜掘，20世紀(jì)初外國探險(xiǎn)人員的盜掘?qū)z址造成破壞，佛塔、墻體等部位留下多處盜洞，廷姆佛塔的盜洞已向下直達(dá)塔的中心位置；當(dāng)代的盜掘現(xiàn)象也存在。

（2）游人踩踏，沿315國道而至的沙漠探險(xiǎn)游逐漸興起，參觀者直接登臨士遺址，對(duì)遺址表面造成破壞。

人類活動(dòng)對(duì)遺址的破壞作用巨大，而且這種破壞對(duì)遺址而言是毀滅性的，無法通過技術(shù)手段修復(fù)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步通過管理手段解決。

3 保護(hù)加固措施建議

基于對(duì)安迪爾古城遺址主要病害特征及主要破壞因素的分析， 本著“不改變文物原狀”與“最小干預(yù)”的文物保護(hù)原則[4]， 根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況，提出以下保護(hù)措施供參考。

3.1 表面防風(fēng)化加固

風(fēng)化嚴(yán)重區(qū)域、土坯縫差異風(fēng)化區(qū)、采取工程措施后區(qū)域，表面應(yīng)進(jìn)行防風(fēng)化處理。已有研究表明，粉土中的黏土礦物經(jīng)PS處理后，可使片狀、離散、晶態(tài)的黏土礦物微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成一種緊密的非晶態(tài)網(wǎng)狀膠凝體，從而使其力學(xué)性能發(fā)生變化。PS滲透處理可以提高土遺址的防風(fēng)蝕、雨蝕能力，這一點(diǎn)已經(jīng)被玉門關(guān)、河倉城、西夏王陵等土遺址加固工程實(shí)踐所證明[5-6]。

為測定不同PS濃度加固后遺址土重塑土塊抵抗風(fēng)蝕能力的差異，從而確定合適的PS加固工藝。本研究采用趙海英等作者類似的研究方法[7]，在蘭州大學(xué)西部災(zāi)害與環(huán)境力學(xué)實(shí)驗(yàn)室多功能環(huán)境風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了風(fēng)蝕試驗(yàn)，模擬安迪爾古城遺址土所受到的攜沙風(fēng)侵蝕狀態(tài)。試驗(yàn)前測量試樣迎風(fēng)面面積并拍照和稱重，方便風(fēng)蝕后對(duì)比。試樣迎風(fēng)面距出風(fēng)口9m，試樣底面距沙面4cm，試樣間距5cm，試樣背風(fēng)面抵以鋼板，以防止試樣被吹翻。室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)以18m/s挾沙風(fēng)吹蝕時(shí)，未加固試樣的風(fēng)蝕量分別為83.0g和10.5g； 經(jīng)3%PS加固過的試樣的風(fēng)蝕量分別為27.9g和1.6g；而經(jīng)7%PS加固過的試樣被風(fēng)吹蝕，其抗風(fēng)蝕能力隨加固所用PS溶液濃度增大而增強(qiáng)?？梢悦黠@看出經(jīng)PS加固的試樣有很好的抗風(fēng)蝕性。

3.2 墻體掏蝕區(qū)加固

對(duì)遺址墻體上的掏蝕凹進(jìn)，根據(jù)其原始建造方式及原始建造材料，采用土坯砌補(bǔ)或周圍土體進(jìn)行回填處理。土坯的尺寸根據(jù)基礎(chǔ)凹進(jìn)的深度和高度制作，總的原則是土坯砌補(bǔ)后方便恢復(fù)原貌和做舊[4]16。回填時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎施工，不能回填過量，回填部分與遺址本體之間應(yīng)充填密實(shí)。

3.3 表面沖溝整治

對(duì)遺址墻體表面規(guī)模較大的沖溝進(jìn)行回填加固，加固時(shí)選用與遺址土類似的材料，采用砌補(bǔ)的方式進(jìn)行回填，然后進(jìn)行表面PS滲透。對(duì)規(guī)模較小且不影響穩(wěn)定性的沖溝原則上保持原狀[8-9]。

3.4 地表排水整治

在墻體底部區(qū)域設(shè)置散水處理。平整出3%坡度，使墻基匯水排散，減少對(duì)遺址的破壞；墻體根部適當(dāng)做抗?jié)B層。

3.5 人為破壞防治

為了減少人類活動(dòng)對(duì)遺址的破壞，除加強(qiáng)管理外，應(yīng)通過樹立保護(hù)標(biāo)識(shí)牌、說明牌等措施限制人類活動(dòng)對(duì)遺址的破壞。

4 結(jié) 論

（1）安迪爾古城具有重要的歷史、藝術(shù)和科學(xué)價(jià)值，也是絲綢之路上受到風(fēng)沙侵蝕最嚴(yán)重的古遺址之一。為安迪爾古城遺址找到合適的加固保護(hù)措施，對(duì)探索位于沙漠中的土遺址的保護(hù)具有一定的借鑒意義。

（2）安迪爾古城遺址受到風(fēng)蝕及風(fēng)沙掩埋、雨蝕、基礎(chǔ)掏蝕凹進(jìn)、裂隙切割等多種病害的破壞，亟待實(shí)施搶救性保護(hù)。

（3）針對(duì)遺址存在的病害，提出了PS表面防風(fēng)化加固、基礎(chǔ)掏蝕區(qū)砌補(bǔ)或回填和設(shè)置地表散水處理的對(duì)策建議。

有關(guān)PS工藝和加固效果的評(píng)價(jià)等仍需要進(jìn)一步的研究。下一步需要現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證采取措施的可行性，尤其是有關(guān)土坯差異風(fēng)化薄弱層（土坯縫）的PS加固。

致謝：作者非常感謝敦煌研究院在PS保護(hù)土遺址方面的開創(chuàng)性工作，有關(guān)研究得到了王旭東研究員和郭青林博士的大力幫助，在此表示真誠的感謝，同時(shí)對(duì)新疆文保中心提供的幫助表示感謝。

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