預(yù)防性保護理念下的土遺址保護

樊東　黃光琦　楊海龍

摘要：統(tǒng)萬城遺址距今已有近1600年的歷史，是十六國時期甸奴族后裔赫連勃勃建立的大夏國國都遺址。統(tǒng)萬城遺址留存有大量歷史遺跡，是研究中國古代城發(fā)展、民族交流，特別是研究生態(tài)脆弱地區(qū)環(huán)境變遷的重要實例。由于自然損壞、人為破壞和管理不善等原因，統(tǒng)萬城遺址存在不同程度的損壞。根據(jù)不同病害產(chǎn)生的原因、病害的發(fā)展特征以及對遺址穩(wěn)定性的影響差異分析，統(tǒng)萬城遺址病害主要表現(xiàn)為風(fēng)蝕酥堿、人為破壞、生物破壞、自然坍塌、裂隙發(fā)育等。在“不改變文物原狀”的原則下，統(tǒng)萬城遺址的保護修復(fù)以現(xiàn)狀加固維修為主，盡量減少對遺址本體的干預(yù)，并通過系統(tǒng)監(jiān)測和日常維護，對遺址面臨的風(fēng)險進行預(yù)判和采取必要保護措施，把統(tǒng)萬城遺址的風(fēng)險降到最低。

關(guān)鍵詞：統(tǒng)萬城;土遺址;預(yù)防性保護;風(fēng)險應(yīng)對

《中國文物古跡保護準(zhǔn)則》將預(yù)防性保護界定為，是指通過防護和加固的技術(shù)措施和相應(yīng)的管理措施減少災(zāi)害發(fā)生的可能、災(zāi)害對文物古跡造成損害、以及災(zāi)后需要采取的修復(fù)措施的強度[1]?！秶椅奈锸聵I(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確提出預(yù)防性保護策略。

土遺址作為見證中華文明的重要實物依存，長期遭受風(fēng)蝕、雨蝕、凍融、地震等多種自然營力和人類活動影響，一直是文物保護領(lǐng)域公認的難題。本文在預(yù)防性保護理念的指導(dǎo)下，通過統(tǒng)萬城遺址保護修繕工程案例的闡釋，探討土遺址預(yù)防性保護的相關(guān)理念和措施。

一、統(tǒng)萬城遺址概況

統(tǒng)萬城遺址位于陜西省榆林市靖邊縣紅墩界鄉(xiāng)白城則村以北的大漠臺源之上，距今已有近1600年的歷史，是十六國時期匈奴族后裔赫連勃勃建立的大夏國國都遺址。統(tǒng)萬城歷經(jīng)北魏、西魏、北周、隋、唐、五代，一直是鄂爾多斯高原南部地區(qū)的政治、軍事中心。統(tǒng)萬城遺址現(xiàn)留存有大量歷史遺跡，是研究中國古代城發(fā)展、民族交流，特別是研究生態(tài)脆弱地區(qū)環(huán)境變遷的重要實例。

統(tǒng)萬城遺址由內(nèi)城和外郭城構(gòu)成，內(nèi)城由一道南北向城垣分割成東城（皇城）和西城（宮城）兩部分，由東往西依次為外郭城、東城、西城。東城墻、西城墻和外郭城墻均由夯土筑成，夯層厚約8-15厘米，內(nèi)城墻周長4696米，外郭城周長約4900余米，城垣走向不規(guī)則。東城周長約2566米，面積約37萬平方米。西城周長約2470米，面積約37萬平方米。主要遺存包括：城址（外郭城、東城、西城）、城垣、墩臺、馬面、護城壕、道路，以及大型人工夯土臺址等（圖1）。

二、統(tǒng)萬城遺址的保存狀況調(diào)查

由于自然損壞、人為破壞和管理不善等原因，統(tǒng)萬城遺址存在不同程度的損壞。為全面認識統(tǒng)萬城遺址的保存現(xiàn)狀、病害分布規(guī)律及成因機制，為制定保護方案提供科學(xué)依據(jù)，對統(tǒng)萬城遺址西城南城墻4、5、6、7號馬面，西門甕城，西北角臺進行了文物保護調(diào)查。根據(jù)不同病害產(chǎn)生的原因、病害的發(fā)展特征以及對遺址穩(wěn)定性的影響差異，其中表現(xiàn)得較顯著的病害有：風(fēng)蝕酥堿、人為破壞、生物破壞、自然坍塌、裂隙發(fā)育。主要表現(xiàn)為：

墻體坍塌：威脅遺址安全的主要因素。由于地震、裂隙發(fā)育，造成遺址存在不同部位坍塌、墻體殘斷等。內(nèi)城南城墻4號馬面底部由于嚴(yán)重坍塌邊界不明，從頂面至現(xiàn)狀地面的殘存高度約1.5米，表面有多處風(fēng)蝕孔洞和雨水沖溝。

墻基掏蝕凹陷：由于地下水蒸發(fā)可溶鹽析出，造成墻體根部土體表層疏松、散落。長時間受風(fēng)沙侵蝕夯土剝蝕而凹損，對穩(wěn)定性有一定影響。內(nèi)城南城墻5號馬面、7號馬面、西北角臺都存在不同程度的根部掏蝕。

墻體裂縫：該地區(qū)的年平均氣溫為7.9℃，極端最高氣溫為36.4℃，極端最低氣溫為-26.9℃。氣溫日較差和年較差很大，較大的溫差形成溫度應(yīng)力，成為夯土裂縫和遺址表面酥松剝離的誘因。溫差交替、地震、凍融和卸荷等自然因素的影響，使遺址產(chǎn)生許多縱橫交錯的裂隙、錯落變形伸展開裂。最大的墻體裂縫寬約80毫米。

雨水沖溝：統(tǒng)萬城環(huán)境處于半沙漠環(huán)境，植被稀少。雖然降雨量小，但非常集中，長期受降雨及頂面匯集雨水的沖刷，墻體表面形成沖溝，沖溝寬度最大達2米。同時雨水易通過裂縫滲入夯土內(nèi)部，加速土體內(nèi)部裂隙發(fā)展，影響夯土遺址的穩(wěn)定性，進而誘發(fā)夯土解體坍塌。2012年遭受持續(xù)暴雨襲擊，發(fā)現(xiàn)城墻荏木孔洞內(nèi)有水流出，浸泡墻體，通過反復(fù)比對高差的方法，在西城墻內(nèi)側(cè)窯洞內(nèi)找到進水洞口。

風(fēng)化剝落：統(tǒng)萬城地處毛烏素沙漠南緣，常年主導(dǎo)風(fēng)向為西北風(fēng)。風(fēng)里攜帶的砂塵及顆粒加強了風(fēng)蝕作用，造成夯土墻體表面酥松、分層剝落形成風(fēng)蝕孔洞，或者墻面形成疙疙瘩瘩滿是凸起的鈣結(jié)核顆粒，或呈層片狀風(fēng)蝕外貌，影響遺址的穩(wěn)定性。

生物病害：主要包括動物病害和植物病害。土蜂、鳥、老鼠等在夯土墻內(nèi)部挖洞筑穴，這些孔穴可導(dǎo)致夯土墻體表面結(jié)構(gòu)疏松，并為其他病害提供影響或作用條件。內(nèi)城墻6號馬面北立面和7號馬面西立面布滿蟲穴。西北角臺南立面植被根系蔓延，導(dǎo)致遺址土體結(jié)構(gòu)疏松開裂，雨水易下滲，影響遺址穩(wěn)定。此外，夯土表面生長黑色苔蘚、地衣等植物，形成表面顏色變化。

此外，人為破壞主要表現(xiàn)在城內(nèi)及周邊居民開墾農(nóng)田、放養(yǎng)牲畜、取土、掏挖窯洞、刻畫等。當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在城垣上鑿造多處窯洞，圍建羊圈等。

三、統(tǒng)萬城遺址的預(yù)防性保護策略

統(tǒng)萬城遺址所處的榆林地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，溫差大、多風(fēng)、降水少且集中，因此該區(qū)域的生土建筑受凍融、風(fēng)蝕等自然災(zāi)害的影響較大，文物整體保存狀態(tài)較差。而隨著統(tǒng)萬城遺址公園的對外開放，大量游客的涌人會對土遺址本體造成力學(xué)變化繼而產(chǎn)生危害。因此，統(tǒng)萬城遺址預(yù)防性保護是統(tǒng)籌保存狀態(tài)評估、日常維護、監(jiān)測、風(fēng)險預(yù)防等多項工作并循環(huán)反饋的綜合性框架[2]。

根據(jù)勘察結(jié)論，統(tǒng)萬城遺址的預(yù)防性保護應(yīng)包含必要的修復(fù)工作[3]。在“不改變文物原狀”的原則下，以現(xiàn)狀加固維修為主，盡量減少對遺址本體的干預(yù)，最大限度地使遺址存留下去，保護遺址的真實性和完整性。

由于所在區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和周邊人文環(huán)境對遺址安全的威脅，統(tǒng)萬城遺址預(yù)防性保護應(yīng)重視對環(huán)境的控制，需要進行更大空間尺度的關(guān)注[4]。

此外，通過系統(tǒng)監(jiān)測和日常維護，對遺址面臨的風(fēng)險進行預(yù)判和采取保護措施，把風(fēng)險降到最低。

四、統(tǒng)萬城遺址的預(yù)防性保護措施

統(tǒng)萬城遺址維修工程經(jīng)國家文物局專家論證后批準(zhǔn)，于2014年9月開工，2015年8月竣工，2017年12月榆林市文物局組織工程初步驗收。工程主要包括：

（1）統(tǒng)萬城西城南城墻3號馬面以東約170米城墻（包括4、5、6、7號馬面），占地面積約1730平方米;

（2）西城西北角墩臺，占地面積約1140平方米。具體維修措施如下：

（一）針對遺址病害的科學(xué)分析

1.土坯試驗

在確定維修方案前，首先對遺址的土坯進行相關(guān)科學(xué)試驗，以確定其物理化學(xué)性質(zhì)。包括土壤含水率、天然密度、土粒比重、顆粒分析、液塑限、立方體抗壓強度、靜三軸（抗剪強度）和凍融（耐久性）試驗。

2.土樣試驗

分別對土遺址本體土樣和三種擬選用修復(fù)土樣的含水率、液塑限、比重、顆粒尺寸及級配、最有含水率和最大干密度等指標(biāo)進行了試驗研究，以選擇與土遺址本體土樣性質(zhì)最接近的土樣來修復(fù)本遺址。

土樣類型包括原狀土樣和修復(fù)土樣兩大類。原狀土樣包括四至七號馬面土樣和西北角墩臺土樣，對其進行測定。選擇各項性質(zhì)與土遺址本體土樣性能接近的土樣，作為修復(fù)用土樣原材料。

3.結(jié)構(gòu)力學(xué)分析

為了對遺址城墻的穩(wěn)定性和安全性進行評估，根據(jù)詳細現(xiàn)場調(diào)查、試驗資料、室內(nèi)分區(qū)資料，以有限單元法為基礎(chǔ)，借助大型有限元軟件ABAQUS建立三維有限元模型，數(shù)值模擬分析了具有代表性的城墻遺址部分的受力和變形，從理論上為城墻遺址設(shè)計方案的加固措施提供參考。

（二）保護加固措施

1.土坯補砌

針對墻體掏蝕凹陷及村民后期開挖的窯洞等病害，采用土坯砌筑方法加固。其具體步驟為：首先清理表面浮土及塌落土體，剔除遺址表面酥松土體;再人工砌筑土坯支護加固，粘結(jié)材料用黃泥漿，新砌土坯與原墻體間的縫隙用泥漿灌實;新砌墻體側(cè)面坡度與原墻體坡度盡可能保持一致，每日砌筑高度不得超過2米;為減緩地下毛細水對遺址墻基的侵蝕，在新補砌土坯上距地200毫米處打一排q）20排水孔，排水孔水平間距2米;新制作土坯材料與原墻體材料在物理力學(xué)性能上比較接近，以保證兩者的協(xié)調(diào)，這樣操作可有效避免因溫度差異、局部變形造成的分離、開裂。土坯的制作選用了與遺址相近的白黏土，其尺寸為360×240×100毫米和360×180×100毫米兩種，這與測量的統(tǒng)萬城遺址土坯尺寸接近。（圖2）

2.裂縫修補

對寬度小于30毫米的裂縫，直接用裂縫灌漿封閉方法加固。對寬度大于30毫米的墻體裂隙采用土塊填塞封堵和灌注泥漿相結(jié)合的方法加固。具體步驟為：在裂縫內(nèi)埋人注漿管;用黃泥粘接塌落的土塊將裂縫表面封堵壓實;埋人的注漿管間隔在400～500毫米，由低至高注人漿體，一次注人后間隔1小時再進行上一層的注漿施工;黃泥風(fēng)干過程中注意養(yǎng)護，對新老土體接觸面進行多次處理，防止干縮后開裂;待裂縫修補完成后將裂隙部位做舊處理，使其與原墻面色感一致。（圖3）

3.夯筑加固

首先清理坍塌、松散的土層至原夯土層;選用白黏土加白灰（白灰：白粘土=2：8）;以椽子為模具，采用石柞和椽頭分層夯筑，夯土層厚度80～100毫米;新夯墻體側(cè)面坡度與相接墻體坡度一致，新舊夯體接茬自然流暢。（圖4）

4.窯洞回填

針對墻體窯洞，采用灰土填夯與土坯砌筑的方法。首先清理窯洞內(nèi)的雜物垃圾，將白石灰與黃土按3：7的比例配成灰土后回填，分層分段夯實回填，窯洞洞口用土坯砌筑。（圖5）

5.頂面封護

為了增加遺址頂部耐風(fēng)雨侵蝕的能力，對城墻頂面不滿足植被生長環(huán)境的采用3：7灰土對城墻頂部進行夯實覆蓋保護;對能滿足植被生長環(huán)境的采用覆土25厘米再種植當(dāng)?shù)厣L的松巴圪堵草進行頂部保護。針對城墻頂面嚴(yán)重酥碎開裂的區(qū)域做一層泥漿保護層，而對凹陷較大的區(qū)域，先用土坯添補后，再做保護層。施工時，首先清除城墻頂面的雜草和酥松土體，清除時做到對遺址最小破壞;再噴灑清水，使土面潤濕;使用泥漿抹面。泥漿摻入麥草、玻璃纖維及適量粘結(jié)劑調(diào)制;頂面抹泥封護時結(jié)合周圍墻頂走勢，接近原始風(fēng)貌，同時要做成一定坡度，防止下雨時雨水匯集。（圖6）

（三）環(huán)境治理

風(fēng)沙是統(tǒng)萬城遺址保護面臨的首要破壞因素。為了改變遺址所在的沙漠環(huán)境，當(dāng)?shù)貑印敖y(tǒng)萬城綠色都市恢復(fù)行動計劃”，在統(tǒng)萬城建設(shè)“綠色都市基地”，在城外植下的一批喬灌木，現(xiàn)在周圍的流沙有的已經(jīng)變成了固定或半固定沙丘。

為了減輕風(fēng)沙對遺址的侵襲與破壞，同時考慮到遺址周邊景觀要求，在距離外郭城西城垣約2公里處，進行防風(fēng)林帶建設(shè)，減弱風(fēng)沙對遺址的破壞。

（四）日常保養(yǎng)和維護

為確保遺址處于穩(wěn)定的保存狀態(tài)，通過日常巡查的方式及時發(fā)現(xiàn)問題，并組織施工人員進行日常保養(yǎng)維護。為防止遺址進一步坍塌破壞，采用鋼支撐、木支撐的方式，對不穩(wěn)定土體、窯洞進行臨時支護。為了防止遺址進一步破壞，對墩臺遺址載體進行加固，消除遺址本體安全隱患。

（五）系統(tǒng)監(jiān)測

為進一步了解遺址保存狀態(tài)，通過遺址本體及周邊環(huán)境監(jiān)測，數(shù)據(jù)收集整理，進行分析研究，并實現(xiàn)環(huán)境變化的及時預(yù)警。

五、結(jié)語

統(tǒng)萬城遺址的預(yù)防性保護，體現(xiàn)在以下幾點：

1.在開展保護工作前，重點調(diào)查遺址所面對的各類風(fēng)險（包括自然和人為兩方面），評估遺址病害發(fā)育狀況，采取有效的應(yīng)對措施，并通過預(yù)防性保護避免或延緩類似病害的發(fā)生。

2.在遺址保護策略提出前，通過采取有效的科學(xué)檢測，包括土坯試驗、土樣試驗和結(jié)構(gòu)力學(xué)分析等，以了解材料性質(zhì)，為制定保護策略提供數(shù)據(jù)支撐。

3.通過前期研究，采取針對性的裂縫修補，砌補加固等保護措施，同時土坯材料選用和遺址土一致的材料，在頂面建立水蓖和植草封護等保護層，預(yù)防氣候天氣等原因?qū)ξ奈锏钠茐摹?/p>

4.在保護工程中對各種病害進行控制，對土層穩(wěn)定性監(jiān)測，對保護材料的實施效果進行鑒定，預(yù)防工程過程中對文物產(chǎn)生的破壞。

5.通過管理具體要求，對開發(fā)利用進行規(guī)范，在修繕后預(yù)防未來自然與人為破壞對遺址的影響，同時進行制度化的巡視和規(guī)范化的保養(yǎng)維護。

統(tǒng)萬城遺址保護修繕整個工程從勘察設(shè)計到竣工驗收歷時五年，從深入勘察遺址病害的發(fā)生發(fā)展規(guī)律，到采取科學(xué)措施降低風(fēng)險帶來的危害，進而構(gòu)建遺址風(fēng)險監(jiān)測和全程管控，其預(yù)防性保護理念的實踐對提高土遺址科技保護水平具有積極的現(xiàn)實意義。

參考文獻：

[1]國際古跡遺址理事會中國國家委員會.中國文物古跡保護準(zhǔn)則[Z].2015.

[2]戎卿文，張劍葳.從防救蝕潰到規(guī)劃遠續(xù)：論國際建筑遺產(chǎn)預(yù)防性保護之意涵[J].建筑學(xué)報，2018（2）：88-92.

[3]吳美萍.國際遺產(chǎn)保護新理念——建筑遺產(chǎn)的預(yù)防性保護探析[J].中國文物科學(xué)研究，2011（6）：90-95.

[4]楊子.統(tǒng)萬城土遺址防風(fēng)化加固保護研究[D].西安：陜西師范大學(xué)，2017.

（責(zé)任編輯：張雙敏）