嘉峪關(guān)長城夯土墻體保護(hù)維修工程夯補(bǔ)加固工藝新探

楊殿剛

（嘉峪關(guān)市文物景區(qū)文物保護(hù)部，甘肅嘉峪關(guān)735100）

嘉峪關(guān)長城夯土墻體保護(hù)維修工程夯補(bǔ)加固工藝新探

楊殿剛

（嘉峪關(guān)市文物景區(qū)文物保護(hù)部，甘肅嘉峪關(guān)735100）

受工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件及環(huán)境諸因素的影響，甘肅境內(nèi)長城遺址破壞嚴(yán)重，亟待搶救性保護(hù)。結(jié)合嘉峪關(guān)夯土長城保護(hù)維修工程的開展，本文以現(xiàn)場調(diào)查為基礎(chǔ)，以現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，通過實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)正在發(fā)育的主要病害為表面嚴(yán)重風(fēng)化、基礎(chǔ)掏蝕凹進(jìn)、風(fēng)沙堆積物侵蝕墻體等。在加固材料和實(shí)驗(yàn)加固方案可行性試驗(yàn)研究方面，有的放矢地開展了加固土的抗蝕性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果符合文物保護(hù)的特殊要求。針對(duì)嘉峪關(guān)長城夯土墻體掏蝕區(qū)域提出夯補(bǔ)加固工藝技術(shù)。

嘉峪關(guān)長城；土遺址保護(hù)；夯補(bǔ)加固工藝

作為歷史文化遺產(chǎn)，長城具有極高的歷史價(jià)值、科學(xué)價(jià)值和藝術(shù)價(jià)值。同時(shí)以其修筑時(shí)間久、長度大、分布廣的特點(diǎn)體現(xiàn)了各個(gè)時(shí)代的生產(chǎn)力發(fā)展水平、不同環(huán)境和地形地貌、不同構(gòu)筑技法的土建筑特色。由于嘉峪關(guān)獨(dú)特的干旱氣候和戈壁荒漠環(huán)境下干燥的夯土有較好的力學(xué)強(qiáng)度，才使得長城土遺址得以保存。但受所在地區(qū)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件及環(huán)境諸因素的影響，風(fēng)化剝蝕及坍塌等破壞嚴(yán)重，危及遺址的保存。

一、嘉峪關(guān)長城修復(fù)簡介

嘉峪關(guān)長城多筑于戈壁灘和山坡之上，附近沒有黃土，在當(dāng)時(shí)從遠(yuǎn)處取土、運(yùn)土相當(dāng)困難，只能就地取材。當(dāng)然有些地段的黃土是從遠(yuǎn)處運(yùn)來的。從現(xiàn)存的遺跡來看，當(dāng)時(shí)的修筑方法主要有：黃土版筑；黃土夾砂石頭；黃土夾雜較大的片石，局部加筋。嘉峪關(guān)夯土長城的嘉峪關(guān)關(guān)城、明墻長城、暗壁長城主要采用黃土版筑、黃土夾砂石頭等方法，東北長城主要采用黃土夾砂石頭等方法。

兩翼長城又稱明墻暗壁，即肅州西長城，北抵黑山，南懸大河，全長15公里，兩翼長城始筑于明嘉靖十八年（1539），十九年（1540）完工，由肅州兵備道副使李端澄監(jiān)筑。兩翼長城實(shí)際總長度為15259米，高6米，宇墻0.5米，垛墻1.2米，上寬1.5米，底寬5米。每兩里筑一墩臺(tái)，12米見方。墻身為黃土夯筑、黃土夾沙夯筑、片石夾土夯筑不等。現(xiàn)存遺址比較連貫，殘高2.6～4米不等，斷缺3375米，風(fēng)蝕嚴(yán)重，墻基風(fēng)蝕高0.5～1米，深0.5～0.7米。1985年，嘉峪關(guān)市政府原計(jì)劃用10年時(shí)間，分三個(gè)階段將15公里長城全部恢復(fù)。后經(jīng)國家文物局、旅游局與省、市共同商議，認(rèn)為恢復(fù)15里即可，5年為期。根據(jù)這個(gè)精神，參照關(guān)城墻體加固方法，用了近兩年時(shí)間于1988年基本完成了預(yù)定任務(wù)：按原樣夯筑了殘缺墻體，風(fēng)蝕部分悉數(shù)用黃土夯補(bǔ)；垛墻、宇墻、城臺(tái)全部按現(xiàn)存樣式修復(fù)；所有山洪過水處均建了涵洞；對(duì)公路、鐵路過口做了特殊處理；對(duì)部分被黃沙掩埋的城墻進(jìn)行了清理，計(jì)2公里。2012年，嘉峪關(guān)市文物局報(bào)請(qǐng)國家文物局批準(zhǔn)，對(duì)區(qū)域內(nèi)長城進(jìn)行保護(hù)維修?，F(xiàn)一、二期工程已進(jìn)入實(shí)施階段。

二、地理地質(zhì)環(huán)境

（一）氣候

嘉峪關(guān)轄區(qū)屬于溫帶大陸性荒漠氣候，日照長而強(qiáng)烈，降水少，蒸發(fā)快，多大風(fēng)，溫差大。夏秋季多東南風(fēng)，冬春季多西北風(fēng)，歷年平均風(fēng)速2.4米/秒，平均風(fēng)力多為3～4級(jí)。另外，景區(qū)年平均風(fēng)速在2.5米/秒，嘉峪關(guān)地區(qū)在2.4米/秒。風(fēng)災(zāi)危害大的有干熱風(fēng)和大風(fēng)兩種。干熱風(fēng)出現(xiàn)多集中于6月下旬至7月下旬和7月下旬至8月上旬兩個(gè)時(shí)段。大風(fēng)的瞬時(shí)風(fēng)速≥17米/秒，風(fēng)力8級(jí)，危害范圍較廣。

（二）地形地貌

嘉峪關(guān)地勢(shì)南高，東北低，自然坡度13.3°。南有文殊山及祁連山北麓，北有黑山和后墩山，中為酒泉盆地西緣，地貌主要分為兩類，一類為戈壁灘，一類為可耕地。城區(qū)建在戈壁灘上，東北有東北長城，西有西長城，轄域海拔在1430～4200米之間，其中戈壁灘部分海拔在1500～1800米之間，綠洲主要分布于海拔在1430～1700米之間。

（三）水文及水文地質(zhì)條件

嘉峪關(guān)地處戈壁腹地，干旱少雨，嘉峪關(guān)長城南端的討賴河屬黑河水系，發(fā)源于南側(cè)祁連山中。討賴河水量隨河源區(qū)降水量和冰川水融水量的變化而增減，因此表現(xiàn)為隨季節(jié)變化而增減。每年12月至次年3月為枯水期，流量10立方米/秒，4～6月流量可達(dá)50～100立方米/秒，7～9月流量達(dá)200～500立方米/秒，山洪暴發(fā)時(shí)，可達(dá)1000～2000立方米/秒，10～11月為20～50立方米/秒。嘉峪關(guān)市境內(nèi)每隔三年左右出現(xiàn)一個(gè)多雨年，有時(shí)降雨量集中，易造成洪水災(zāi)害。

三、夯補(bǔ)加固工藝依據(jù)

自2014年4月嘉峪關(guān)長城夯土墻體保護(hù)維修工程復(fù)工以來，在做了大量前期準(zhǔn)備工作后，開展了取土選樣。通過對(duì)原城墻和1986年幫夯墻體所用土樣進(jìn)行不同區(qū)域化驗(yàn)分析，原城墻因地域差異，所選用的土質(zhì)有很大的差異，西長城墻體多為黃土版筑、黃土夾砂石頭方式修筑，東北長城主要為黃土夾砂石頭修筑，并依據(jù)土樣化驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了夯補(bǔ)加固試驗(yàn)，分別采取了素土夯筑、土坯砌筑和加入不同份量新型土遺址保護(hù)材料改性料礓石夯筑方法。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)加入改性料礓石方法夯筑，從外觀和色澤與遺址土相近，而且遺址本體抗風(fēng)、雨蝕能力方面有很大的改善，初步確定選用改性料礓石作為嘉峪關(guān)長城遺址掏蝕區(qū)域夯筑加固工藝外加材料應(yīng)用于本工程。2014年7月，嘉峪關(guān)市文物局邀請(qǐng)土遺址保護(hù)專家，對(duì)嘉峪關(guān)長城夯土墻體保護(hù)維修工程夯補(bǔ)加固試驗(yàn)進(jìn)行了評(píng)估。專家組經(jīng)過現(xiàn)場察看、聽取匯報(bào)、審閱試驗(yàn)報(bào)告并質(zhì)詢后形成評(píng)估意見，采用燒料礓石改性土夯補(bǔ)加固掏蝕和塌落部位墻體，加固后強(qiáng)度、耐候性及觀感效果良好，較好地滿足了墻體加固的要求。采用質(zhì)量比1：18的燒料礓石改性土夯筑砌補(bǔ)后，通過現(xiàn)場對(duì)比試驗(yàn)，夯補(bǔ)體的抗風(fēng)蝕、雨蝕能力顯著提高，適用于西北干旱強(qiáng)降雨區(qū)域的土遺址補(bǔ)強(qiáng)加固。質(zhì)量比1：25的燒料礓石改性土仍有較好的抗風(fēng)蝕、雨蝕能力，且強(qiáng)度和遺址本體強(qiáng)度更為接近，適用于嘉峪關(guān)長城墻體夯補(bǔ)支頂加固。7月11日?qǐng)?bào)請(qǐng)甘肅省文物局后，同意此墻體夯補(bǔ)加固保護(hù)維修方案。

圖3

四、夯補(bǔ)加固工藝

第一，將選擇好的土過5毫米篩，將篩下土用塑料布蓋好并測定其含水率。

第二，采用確定的質(zhì)量配比將燒料礓石與準(zhǔn)備好的土拌合均勻后進(jìn)行濕化，濕化后悶土不少于24小時(shí)。

第三，清理遺址表面的浮塵或虛土，清理至原基礎(chǔ)層。

第四，對(duì)掏蝕表面風(fēng)化嚴(yán)重的部位用模數(shù)為3.8、濃度5%的PS溶液滲透加固。（見圖1）

第五，用木板或木椽加楔在夯筑區(qū)域支模，對(duì)掏蝕深度較大的區(qū)域外部10厘米～15厘米采用改性土內(nèi)部采用原狀土夯筑。（見圖2）

第六，夯筑以專用工具人工夯筑的方法進(jìn)行，每層土的虛鋪厚度控制在12厘米～15厘米，盡量與原墻體夯層厚度相匹配和搭接，夯實(shí)厚度進(jìn)行檢查后將層面刨毛方可進(jìn)行下道工序。（見圖3）

第七，按照高度實(shí)際5個(gè)夯層加筋，加筋按照原設(shè)計(jì)盡量采用麻撮，使夯筑層與原墻體緊密結(jié)合。（見圖4）

第八，根據(jù)設(shè)計(jì)情況抽樣檢測夯筑密實(shí)，一般采用環(huán)刀取樣法，進(jìn)行干密度測定，每隔50米抽檢一次，每次試驗(yàn)點(diǎn)不少于三組。

第九，實(shí)施完畢后對(duì)夯筑區(qū)域用塑料薄膜保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于30天。

圖1

圖2

圖4

五、結(jié)語

土遺址夯補(bǔ)加固工藝是探索性工藝，沒有可以參照的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。在嘉峪關(guān)夯土墻體保護(hù)維修過程中，充分征詢了土遺址領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的意見和建議；結(jié)合最新的夯補(bǔ)加固工藝以及當(dāng)?shù)乩习傩盏暮恢?jīng)驗(yàn)，最終確定了嘉峪關(guān)長城遺址夯補(bǔ)加固的材料與工藝。夯補(bǔ)加固后長城墻體的感官和強(qiáng)度效果表明，本夯補(bǔ)加固措施科學(xué)合理，完全可以滿足嘉峪關(guān)長城修補(bǔ)加固的力學(xué)和外觀兼容的需求。

G264.3［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］1005-3115（2015）06-0069-02