磚石古塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及防震減災(zāi)對(duì)策芻議
——以德陽孝泉龍護(hù)舍利寶塔搶險(xiǎn)支護(hù)為例

永昕群

（中國文化遺產(chǎn)研究院，北京 100029）

1 龍護(hù)舍利寶塔震后搶險(xiǎn)及修繕概況

龍護(hù)舍利寶塔（以下簡稱龍護(hù)塔）位于四川省德陽市旌陽區(qū)孝泉鎮(zhèn)三孝園內(nèi)，東鄰孝泉師范學(xué)校。塔外觀13層，塔高34.75 m，是四川省現(xiàn)存唯一的元代磚塔。三孝園內(nèi)除龍護(hù)塔外，尚有文物建筑藏經(jīng)閣以及其他附屬建筑，塔西南側(cè)為一水池，內(nèi)有泉眼（圖1）。該塔所在的孝泉鎮(zhèn)屬于8度區(qū)，毗鄰汶川“5·12”特大地震重災(zāi)區(qū)綿竹。

圖1 修繕后龍護(hù)塔及塔院全景（來源：作者自攝）

2008年5月12日，龍護(hù)塔在四川汶川特大地震中損毀嚴(yán)重。2008年5月28日，國家文物局童明康副局長率專家組到現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)工作，中國文化遺產(chǎn)研究院張廷皓院長親自上塔踏勘（圖2、圖3），判斷該塔狀況非常危險(xiǎn)，極有可能在隨后的余震中倒塌，當(dāng)場(chǎng)承擔(dān)了該塔的搶險(xiǎn)與修繕任務(wù)，回京后迅速落實(shí)，選派項(xiàng)目組于6月4日到達(dá)災(zāi)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)。該項(xiàng)目組是第一批次入川開展文物建筑搶險(xiǎn)修繕設(shè)計(jì)的團(tuán)隊(duì)。到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，項(xiàng)目組即冒著不斷發(fā)生的余震，在塔內(nèi)外并登到殘損最為嚴(yán)重的塔頂層進(jìn)行初步測(cè)繪與現(xiàn)場(chǎng)勘察。6月6日，初步完成現(xiàn)場(chǎng)工作，手繪搶險(xiǎn)加固方案，現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告四川省文物局。四川省文物局當(dāng)即同意立即開展搶險(xiǎn)工程。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)初步勘察所掌握的震損情況及危急程度，項(xiàng)目組將龍護(hù)塔的維修分為震后搶險(xiǎn)支護(hù)與全面維修加固兩階段。另外，工程內(nèi)容還包括塔前藏經(jīng)閣維修與塔院內(nèi)景觀環(huán)境整治。

圖2 龍護(hù)塔南側(cè)震損外景（來源：張廷皓攝于2008年5月28日）

圖3 塔頂層震損內(nèi)景（來源：張廷皓攝）

2008年7月底，率先完成了對(duì)該塔的搶險(xiǎn)支護(hù)工作。隨后開展詳細(xì)勘察、研究分析與設(shè)計(jì)，啟動(dòng)維修加固施工。2011年年初，全面維修加固與環(huán)境整治基本完工，2011年12月，通過四川省文物局組織的竣工驗(yàn)收。該項(xiàng)工程整合搶險(xiǎn)支護(hù)、維修加固、環(huán)境整治等防震減災(zāi)與保護(hù)利用措施于一體，是一次完整的建筑遺產(chǎn)減災(zāi)與保護(hù)修繕實(shí)踐。經(jīng)完工近10年來的觀察，維修加固效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)（圖4）。

圖4 震損后與修繕后龍護(hù)塔照片對(duì)比（來源：作者自攝）

本文主要介紹第一階段震后搶險(xiǎn)支護(hù)工作，第二階段全面維修加固另文撰述。

2 龍護(hù)塔價(jià)值、形制與做法

“5·12”地震時(shí)龍護(hù)塔為四川省文物保護(hù)單位，現(xiàn)為全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位，是四川省現(xiàn)存唯一的一座元代磚塔。該塔早期建筑形制特征明顯，是研究四川磚塔演變過程的重要實(shí)物例證，具有重要的歷史價(jià)值。龍護(hù)塔內(nèi)部空間豐富，光影動(dòng)人，具有很高的藝術(shù)價(jià)值；外觀挺拔秀美，是孝泉鎮(zhèn)的制高點(diǎn)與視覺中心，在城鎮(zhèn)空間與景觀中占據(jù)重要地位。

龍護(hù)塔歷經(jīng)史上多次地震，雖遭受嚴(yán)重破壞，但終能屹立不倒。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與建造方法具有重要的科學(xué)價(jià)值，承載了大量相關(guān)歷史信息。另外，龍護(hù)塔不僅是德陽市尤其是歷史文化名鎮(zhèn)孝泉鎮(zhèn)的標(biāo)志性古建筑，而且是歷史上重要寺廟遺存，因此具有重要的文化與社會(huì)價(jià)值。

龍護(hù)塔為13層密檐式方形磚塔，高34.75 m（自剎頂至最下層基座南側(cè)底部），逐級(jí)迭縮，內(nèi)部5層，上有天宮。塔身坐落于2層基座之上，一層塔檐用磚疊澀12層挑出，挑檐第12層用單磚砌出菱角牙子。第2至第8層每層都有開拱券形窗，兩側(cè)為破子欞窗，9級(jí)開3扇拱券形窗，10至13級(jí)當(dāng)中僅設(shè)拱券形窗，兩側(cè)均不開窗。塔身外罩白灰抹面。塔內(nèi)共5層，另有1層天宮，第1至第5層塑有佛像；每層中為塔心室，第1至第4層室頂有磚砌斗及藻井；第5層頂為空井，與天宮相通；天宮為一穹頂，貫通外觀第11至第13層。第1至第5層間設(shè)磴道相通，磴道位于塔體外壁與內(nèi)筒之間，屬壁內(nèi)折上式結(jié)構(gòu)[1]（圖5、圖6）。

圖5 龍護(hù)塔立面、剖面測(cè)繪圖（單位：mm）（來源：永昕群、何蓉、富玫妹、劉忠平、張秋艷、吳育華測(cè)繪，2009）

圖6 龍護(hù)塔部分仰視平面測(cè)繪圖（單位：mm）（來源：永昕群、何蓉、富玫妹、劉忠平、張秋艷、吳育華測(cè)繪）

本塔為方形平面，疊澀出檐，外觀上整體保存唐代磚塔遺制，但內(nèi)部空間較唐塔復(fù)雜，與建于北宋末年的宜賓舊州白塔頗為近似。外觀上看：上部疊澀檐接近直線而非凹曲線；下部疊澀檐略微凹曲。整座塔輪廓線下部峻直、幾無收分，上部5層收分明顯，與唐、宋類似磚塔的柔和拋物線式輪廓線有著明顯差異，這些反映出龍護(hù)塔晚期磚塔的特點(diǎn)，這可能與前述民國《德陽縣志》所云建塔時(shí)分為兩個(gè)階段施工有關(guān)。

龍護(hù)塔砌體材料為青磚，里側(cè)采用黃泥砌筑，外側(cè)采用白灰砌筑。磚有長方形、方形多種尺寸，塔內(nèi)第5層外壁內(nèi)側(cè)砌筑個(gè)別的菱形紋磚，具有早期漢晉風(fēng)格。塔身外涂麻刀灰，厚約10 mm，外罩石灰刷白，內(nèi)壁頂棚抹灰，磚雕處白灰罩面。塔檐部及部分洞口邊灰塑刷飾為黑色。塔身外表面存在晚期維修時(shí)，局部用水泥修補(bǔ)情況。每層4角懸掛鈴鐸，為近年修繕時(shí)補(bǔ)配，但大部分已丟失或損壞（圖7～圖10）。

圖7 塔內(nèi)部第2層前室人字（來源：作者自攝）

圖8 塔內(nèi)部第2層塔心室彩畫與八棱柱（來源：作者自攝）

圖9 塔內(nèi)第5層外墻內(nèi)側(cè)砌筑的菱形紋磚（來源：作者自攝）

圖10 塔頂?shù)?2層檐下早期彩畫遺存（來源：作者自攝）

3 龍護(hù)塔震后清理中的新發(fā)現(xiàn)

據(jù)民國版《德陽縣志》，龍護(hù)塔始建于元順帝至正二年(1342年)①西安人趙文德(陜西棉花商)發(fā)愿獨(dú)修塔13層，至7層而中止(傳因趙文德水土不服，得病后回陜西病故)。趙文德病故后，其弟趙文禮續(xù)修6層，到至正十三年(1353年)竣工，前后歷經(jīng)12年建成。明成化十七年(1481年)，僧明諶補(bǔ)葺塔巔；明正德十三年(1518年)僧寶印置琉璃寶頂，故稱為“龍護(hù)舍利琉璃寶塔”；到清乾隆二十五年(1760年)，僧禪宗培修塔腳；乾隆末年，有狂人攀援而上，毀其頂，僧寂穩(wěn)重修塔頂；嘉慶十六年(1811年)，延祚寺住持天祥又進(jìn)行維修。1934年，僧能海、貫一、昌圓、法光見塔上磚石破裂，“發(fā)愿培修……三載竣工，煥然一新”。。本次地震后，龍護(hù)塔震損嚴(yán)重，9層以上大量塔檐磚掉落，清理現(xiàn)場(chǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)帶有磚刻題記的方磚一塊，印證了傳世文獻(xiàn)的記載（圖11）。銘文曰“安西府施主趙文德□□財(cái)重修一十三層寶塔至正二年正月題”②當(dāng)?shù)噩F(xiàn)場(chǎng)清理人員有德陽市文物考古研究所所長劉章澤，旌陽區(qū)文管所姚筱萍、鄧麗、陳勇，孝泉鎮(zhèn)文化專干鄭殊，旌陽區(qū)文體局王明聰?shù)取５玛柺形奈锟脊叛芯克赜〗ㄋu銘文，此處銘文由德陽市文物考古研究所劉章澤識(shí)讀。。這是首次發(fā)現(xiàn)的記載此塔建造人及準(zhǔn)確建造年代的實(shí)物。

圖11 地震掉落的元代建塔銘文磚（來源：劉章澤、鄧麗攝）

在臨時(shí)搶險(xiǎn)加固工程施工過程中，清理鎏金塔剎銹跡后發(fā)現(xiàn)其上正面為六字真言梵文，背面一方框中為發(fā)愿文（圖12），為中華乙亥（“中華民國”二十四年，公元1935年），銘文為“三寶弟子陳能怡奉獻(xiàn)塔頂一尊，愿法界眾生離苦難，川省人民息兵災(zāi)，歷世父母生西方，自他速證菩提道，中華乙亥夏敬立”③塔剎銘文由永昕群識(shí)讀、標(biāo)點(diǎn)。。下層塔基西南角也砌筑有“中華民國二十四年培修舍利塔”的銘文磚④此磚銘文由永昕群識(shí)讀。，與記載相合，且可補(bǔ)充文獻(xiàn)不足（圖13）。

圖12 鎏金寶頂發(fā)愿文（來源：作者自攝，PS處理）

圖13 塔基1935年修繕銘文磚（來源：作者自攝）

本次施工中發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)第4至第5層之間存在一個(gè)南北向矢高很淺的磚砌筒形拱構(gòu)成的低矮夾層，并向西開口與第9層西窗相通（圖14），較為罕見，此前未在其他磚塔中發(fā)現(xiàn)類似做法⑤施工中工人發(fā)現(xiàn)5層地面縫隙有光透入，經(jīng)永昕群現(xiàn)場(chǎng)勘察分析推測(cè)可能與西側(cè)外墻窗洞有關(guān)，遂通知德陽市文物考古研究所所長劉章澤、旌陽區(qū)文旅局王明聰副局長、文管所所長鄧麗等到現(xiàn)場(chǎng)共同指示工人揭除地面磚，發(fā)現(xiàn)這一夾層，夾層中未發(fā)現(xiàn)任何物品。。推測(cè)有可能是趙文禮續(xù)修時(shí)所建用于瘞藏的空間，但其中未發(fā)現(xiàn)遺物[2]（圖15、圖16）。

圖14 塔內(nèi)第4至5層之間筒形夾層圖（來源：永昕群、何蓉、富玫妹、劉忠平、張秋艷、吳育華測(cè)繪；單位：m）

圖15 揭除塔內(nèi)層地面磚探查（來源：作者自攝）

圖16 自西側(cè)洞口看新發(fā)現(xiàn)的磚筒形拱上皮（來源：作者自攝）

據(jù)唐·釋道宣《集神州三寶感通錄三卷》記載[3]，隋大業(yè)初，益州名僧道卓在已有塔基上造雒縣寺木塔，“益州郭下法成寺，沙門道卓有名僧也。大業(yè)初雒縣寺塔無人修葺，才有下基。卓乃率化四部造木浮圖，莊飾備矣。塔為龍護(hù)，居在西南角井中，時(shí)有相現(xiàn)。側(cè)有三池，莫知淺深。三龍居之，人莫敢臨。貞觀十三年，三龍大斗，雷霆振擊水火交飛，久之乃靜。塔如本住，人皆拾取龍毛，長三尺許，黃赤可愛”⑥大正新修大藏經(jīng)/第五十二冊(cè) 史傳部四/二一○六 集神州三寶感通錄三卷/卷上/隋益州晉源縣塔緣十四。檢索自網(wǎng)絡(luò)漢籍電子文獻(xiàn)瀚典全文檢索系統(tǒng)。。另《法苑珠林》卷二十九“藍(lán)摩國(中印度)多空城。城東南有佛塔，減百尺，昔初八分之一分舍利也，靈光時(shí)起。其側(cè)有清池，龍變?yōu)樯撸隼@其塔。有野象采華以散之。無憂王欲開，龍護(hù)不許”⑦釋道世.法苑珠林校注[M]. 周叔迦,蘇晉仁,注.北京:中華書局,2003.。雒縣位于今孝泉附近，因此孝泉龍護(hù)塔很可能是由于附會(huì)著名的雒縣塔與無憂王之故事而命名。龍護(hù)塔西南方向有泉眼及水池，也與《法苑珠林》神話相契合。

4 地震對(duì)龍護(hù)塔及孝泉鎮(zhèn)的影響

孝泉地處成都斷陷西部邊緣構(gòu)造帶內(nèi)，其西側(cè)即為龍門山斷裂帶，歷史上強(qiáng)烈地震頻繁。對(duì)照文獻(xiàn)關(guān)于龍護(hù)塔的修繕記錄與歷史地震分布圖[4]（圖17），從1934年僧能海、貫一、昌圓、法光見塔上磚石破裂，“發(fā)愿培修……三載竣工，煥然一新”，以及現(xiàn)有塔剎1935年銘文可推知，1933年8月25日臨近孝泉的四川疊溪7.5級(jí)大地震對(duì)龍護(hù)塔影響較大。從地圖上看，疊溪大地震與汶川大地震同是距孝泉距離最近的大地震，該塔當(dāng)時(shí)必定受到嚴(yán)重震損，塔剎毀壞，因此才不得已進(jìn)行較為徹底的維修，維修時(shí)間達(dá)3年。1976年松潘平武7.2級(jí)地震對(duì)塔體造成一定破壞，1988年龍護(hù)塔進(jìn)行了一次維修。1996年，又對(duì)塔外檐及鈴鐸進(jìn)行了修繕與補(bǔ)配。

圖17 災(zāi)區(qū)歷史地震分布圖，1933年8月25日疊溪地震震中在孝泉西北 （來源：參考文獻(xiàn)[4]）

根據(jù)實(shí)測(cè)的地震波，2008年汶川地震的加速度最大峰值為424 cm/s2。峰值出現(xiàn)時(shí)間為地震開始后第65～82 s，地震持續(xù)時(shí)間為182～194 s。根據(jù)國家地震局發(fā)布的汶川地震烈度分布圖（圖18）可知[4]，孝泉鎮(zhèn)在汶川地震中的烈度為8度，故龍護(hù)塔應(yīng)按照8度進(jìn)行震損結(jié)構(gòu)分析。孝泉鎮(zhèn)位于震中映秀鎮(zhèn)東北約100 km處（東偏北15.9°），因此汶川地震的地震波對(duì)于龍護(hù)塔是接近東西方向的⑧汶川地震災(zāi)害地圖集編委會(huì).汶川地震災(zāi)害地圖集[M]. 成都:成都地圖出版社,2008.。

圖18 汶川地震烈度分布圖（來源：底圖引自參考文獻(xiàn)[4]）

孝泉鎮(zhèn)在2008年汶川地震中建筑破壞嚴(yán)重。毗鄰龍護(hù)塔的孝泉師范學(xué)院新建教學(xué)樓出屋面結(jié)柱子折斷，多幢學(xué)生宿舍樓與教師住宅樓布滿交叉裂縫，已無加固意義，震后被拆除（圖19）。由此可見龍護(hù)塔確實(shí)承受了巨大的地震荷載，作為孝泉鎮(zhèn)內(nèi)最高的建筑，遭遇遠(yuǎn)高于當(dāng)?shù)卦O(shè)防烈度的特大地震（2008年德陽抗震設(shè)防烈度為6度，震后調(diào)整為7度）[5]，雖然破壞嚴(yán)重，但未發(fā)生倒塌，達(dá)到了國標(biāo)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范提出的“大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)⑨建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50011——2010[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2016.，表現(xiàn)出較好的抗震性能。汶川特大地震造成四川等省區(qū)古建筑的重大損失，10余座磚塔開裂、掉頭，甚至全部倒塌[6]，龍護(hù)塔屬于未倒塌或局部倒塌磚塔中破壞嚴(yán)重的典型。

圖19 龍護(hù)塔鄰近建筑震損情況（來源：作者自攝）

5 “5·12”地震龍護(hù)塔震損概況與減災(zāi)措施

5.1 震損概況

（1）自塔底到塔頂出現(xiàn)南北向的貫穿裂縫，塔身內(nèi)部南北向貫通開裂遍布各層中部，塔身越往上層裂縫越大，塔體被震為東、西兩個(gè)部分，整體性嚴(yán)重受損。

（2）塔身開裂破壞程度沿高度加劇，外觀9層（內(nèi)部第5、第6層）至塔頂破壞嚴(yán)重，尤以東北角與西南角破壞更為嚴(yán)重，最大裂縫寬度達(dá)10 cm（內(nèi)部第5層）。內(nèi)部5、6層墻體向東側(cè)外閃（圖20～圖24）。

圖20 龍護(hù)塔上部東側(cè)震損情況（來源：作者自攝）

（3）外觀9～11層塔檐塌落，殘破嚴(yán)重。

（4）塔內(nèi)部1～4層南北方向的拱券頂部全部開裂，內(nèi)部每層的拱頂中間都出現(xiàn)貫通裂縫，裂縫沿高度增加，內(nèi)部第5層拱券頂部磚垮塌。

（5）各層券窗破壞嚴(yán)重，外觀第8層（內(nèi)部第5、第6層）以上券窗塌落、開裂嚴(yán)重。

（6）經(jīng)目測(cè)，塔基未見沉降變形。

（7）部分塔基欄板垮塌。

圖21 龍護(hù)塔上部北側(cè)、西側(cè)震損情況（來源：作者自攝）

圖22 塔頂南北向裂縫（來源：作者自攝）

圖23 塔內(nèi)部第5層?xùn)|北角部墻體開裂（來源：作者自攝）

圖24 第3層塔心室磚藻井南北向開裂（來源：作者自攝）

5.2 震損結(jié)構(gòu)概念分析及估算

整個(gè)塔體被震為兩部分后，塔身剛度大幅度下降。剛度下降后，易與長周期余震產(chǎn)生共振，發(fā)生整體垮塌。同時(shí)，風(fēng)荷載對(duì)塔身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的不利影響加大。整個(gè)塔體被震為兩部分后，各部分基底面積減小一半，其重心與形心重新分布，塔身整體傾覆危險(xiǎn)顯著增加。塔體上部外部第9層（內(nèi)部第5層）至塔頂破壞嚴(yán)重，在風(fēng)荷載、地震荷載及雨水作用下，易產(chǎn)生進(jìn)一步外閃、崩塌，造成塔“掉頭”的結(jié)果。就震后狀況來看，塔基穩(wěn)定性較好。以上是建立在現(xiàn)場(chǎng)初步勘查基礎(chǔ)上的概念分析，供搶險(xiǎn)方案設(shè)計(jì)之用。同時(shí)，鑒于現(xiàn)場(chǎng)緊急情況，按當(dāng)時(shí)的國標(biāo)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011——2001，采用底部剪力法手算求得每層結(jié)構(gòu)水平地震標(biāo)準(zhǔn)值，驗(yàn)算外箍槽鋼所能承受的拉力，并將這一估算結(jié)果作為設(shè)計(jì)參考。

采用Q235A10號(hào)熱軋普通槽鋼，截面積12.74 cm2，抗拉強(qiáng)度按照設(shè)計(jì)值，取235 MPa，則每根槽鋼所能承受的拉力為：，每圈槽鋼在一個(gè)水平方向上有2根，承受拉力共為598 kN，塔體每層（按內(nèi)部算）分布按6圈算。與各層結(jié)構(gòu)水平地震標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比可知，基本滿足結(jié)構(gòu)安全要求。因?yàn)槭桥R時(shí)性搶險(xiǎn)工程，槽鋼抗拉強(qiáng)度可按照標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算，安全度更大[7]。

減災(zāi)措施設(shè)計(jì)應(yīng)遵循如下原則：認(rèn)真貫徹“保護(hù)為主、搶救第一”的文物保護(hù)工作方針；確保文物本體的安全性，防止局部或整體倒塌；特別要注重不得損害文物的真實(shí)性，最大限度地保存文物信息；強(qiáng)調(diào)保護(hù)措施的科學(xué)性與可再操作性，充分考慮與下一期全面維修工作的銜接。

5.3 主要減災(zāi)措施——搶險(xiǎn)支護(hù)

搶險(xiǎn)支護(hù)是龍護(hù)塔實(shí)施的震后主要減災(zāi)措施，包括：

（1）搭建塔體保護(hù)腳手架，塔頂覆蓋防水篷布，塔身四周設(shè)防護(hù)網(wǎng)，形成臨時(shí)保護(hù)棚，腳手架設(shè)置避雷裝置。防止雨水灌入松散塔體造成坍塌等二次災(zāi)害（圖25）。

圖25 龍護(hù)塔震后搶險(xiǎn)減災(zāi)臨時(shí)保護(hù)棚（來源：作者自攝）

（2）塔身各層外部加鋼箍保護(hù)。

（3）塔內(nèi)部內(nèi)外筒之間用木方支頂，有效傳遞水平荷載。對(duì)內(nèi)部券門頂部進(jìn)行支頂。

（4）清理塔上部外檐、券窗震損的碎磚。

5.4 塔體外加設(shè)鋼箍

為加強(qiáng)塔身整體性，防止在余震中造成進(jìn)一步損壞或倒塌，作為抗震搶險(xiǎn)加固工程的主要措施，在塔體外加設(shè)鋼箍（圖26～圖28）。

圖26 底層鋼箍（來源：作者自攝）

（1）一層（外觀）設(shè)4道鋼箍，自檐下均分；2～13層（外觀）每層設(shè)2道鋼箍，分布于檐部上、下。鋼箍采用10號(hào)熱軋普通槽鋼，在角部與等邊角鋼焊接，每層形成小框架。

（2）鋼箍與塔體之間墊以邊長10 cm木方，不得直接與塔體接觸，以保護(hù)文物本體。施工中應(yīng)注意保證木方的位置，尤其是角部木方不得出現(xiàn)移位。

（3）鋼箍在地上加工后，在塔上焊接、擰螺栓。鋼箍用螺栓加緊，使鋼箍與木方、塔身緊密接觸，鋼箍四角與中間結(jié)點(diǎn)均用節(jié)點(diǎn)板焊牢，形成固接的形式，減少變形與位移。

（4）采用Q235A10號(hào)熱軋普通槽鋼及10號(hào)熱軋等邊角鋼。槽鋼與角鋼節(jié)點(diǎn)板之間采用圍焊，焊縫寬度不小于6 mm，焊條為E43型。中部節(jié)點(diǎn)螺栓直徑為14 mm，安裝時(shí)手工擰緊，各層全部安裝結(jié)束后，用角鋼節(jié)點(diǎn)板焊牢。鋼箍外罩刷防銹漆（圖29）。

圖27 中層鋼箍（來源：作者自攝）

圖28 上層鋼箍（來源：作者自攝）

圖29 鋼箍加固詳圖（來源：作者自繪）

5.5 塔體內(nèi)木方支頂

龍護(hù)塔平面布局為內(nèi)外筒形式，為保證水平力有效傳遞，并顧及內(nèi)筒已開裂墻體的穩(wěn)定性，對(duì)內(nèi)部樓梯及1～5層內(nèi)外筒墻體用木方進(jìn)行支頂，支頂木方與墻體間墊以邊長10 cm通長木方，分散集中力，避免局部承壓過大。同時(shí)，對(duì)塔內(nèi)各層券門用木方進(jìn)行支頂（圖30、圖31）。

圖30 第5層外廊木方支頂（來源：作者自攝）

圖31 第5層中央拱券木方支頂（來源：作者自攝）

5.6 減災(zāi)措施效果

汶川5·12特大地震后，德陽市余震不斷，這些余震對(duì)塔體造成了進(jìn)一步的破壞。2008年7月2日凌晨3點(diǎn)58分什邡、彭州交界地震，第二天筆者勘察塔體，發(fā)現(xiàn)1～5層（塔內(nèi)部層數(shù)）南北塔檐新的裂縫明顯，猶以2～4層為烈（圖32），頂部各層也存在破壞加劇的情況。8月1日及5日，在北川與平武及北川及青川又發(fā)生6.1級(jí)破壞性余震。8月1日的6.1級(jí)余震孝泉震感強(qiáng)烈，龍護(hù)塔長時(shí)間大幅度搖擺，幸運(yùn)的是當(dāng)時(shí)搶險(xiǎn)工程的外鋼箍與內(nèi)木撐已完成，塔身整體性得到及時(shí)、有效的加強(qiáng)，這次嚴(yán)重余震沒有對(duì)塔體造成進(jìn)一步毀滅性破壞，避免了二次倒塌的次生災(zāi)害。為此，國家文物局將此次龍護(hù)塔搶險(xiǎn)支護(hù)情況作為“文物要情”（總第444期）上報(bào)中央[7]。

圖32 7月2日余震后新增及擴(kuò)大的裂縫（來源：作者自攝）

5.7 為全面修繕創(chuàng)造條件

基于前文的價(jià)值評(píng)估，龍護(hù)塔需滿足原址、無二次倒塌、現(xiàn)狀加固、全面修繕、環(huán)境提升等多方需求，才能真正做到基于價(jià)值的保護(hù)并展示傳承。相關(guān)保護(hù)工作即圍繞此目標(biāo)展開。

龍護(hù)塔搶險(xiǎn)支護(hù)的減災(zāi)措施及時(shí)、得當(dāng)，沒有在余震中發(fā)生局部或整體坍塌，結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，為接續(xù)下來的全面修繕創(chuàng)造了條件。隨后在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)開展了詳細(xì)的勘察、測(cè)繪、檢測(cè)與深入全面的設(shè)計(jì)。貫徹真實(shí)性與可識(shí)別性的理念，綜合、協(xié)同運(yùn)用傳統(tǒng)勘察、設(shè)計(jì)手段與多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，立足對(duì)磚石古塔結(jié)構(gòu)特性的把握，對(duì)完好塔體、殘損現(xiàn)狀塔體及考慮加固措施塔體均開展了有限元建模與數(shù)值分析，同時(shí)結(jié)合主要施工工藝的試驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了塔身嚴(yán)重震損情況下的現(xiàn)狀加固，避免了大規(guī)模拆砌對(duì)文物真實(shí)性造成的負(fù)面影響[8-9]。

6 中國磚石古塔塊體堆疊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

6.1 中國佛塔類型及流變概覽

中國佛塔傳自印度，隨佛教而興。早期佛塔大都為土木混合結(jié)構(gòu)，如北魏洛陽永寧寺塔，但均已不存。學(xué)術(shù)界公認(rèn)的中國現(xiàn)存最早的佛塔是河南登封嵩岳寺塔，初建于北魏正光四年（公元523年），該塔為磚塔，黃泥漿砌筑，歷經(jīng)1 500年風(fēng)雨侵蝕，仍巍然屹立。晚唐、五代、遼、北宋屬于木塔與磚塔共同繁榮的時(shí)代，出現(xiàn)了北宋開封開寶寺木塔（區(qū)別于現(xiàn)存的開封“鐵塔”）、遼應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔（應(yīng)縣木塔）等樓閣式木塔杰作，也出現(xiàn)了如唐西安大慈恩寺塔（大雁塔）、薦福寺塔（小雁塔）、北宋定州開元寺塔（遼敵塔）、蘇州云巖寺塔（虎丘塔）、遼南京（今北京）天寧寺塔、遼慶州白塔等密檐式或樓閣式磚塔的高標(biāo)。

但由于天災(zāi)人禍，木構(gòu)不永于年，至今樓閣式木塔僅余應(yīng)縣木塔巋然獨(dú)存。除此以外，中國目前所有遺存的古塔都是磚石塔，尤以磚塔占絕大部分。磚塔主要有樓閣式（含磚內(nèi)筒木檐廊式）與密檐式兩種，以及少量華塔、覆缽式喇嘛塔、金剛寶座塔等形式。其平面主要有正方形、八角形、六角形，內(nèi)部又分為單筒中空、單筒帶塔心剎、內(nèi)外筒及實(shí)心等幾種平面布局形式。

6.2 中國磚石古塔砌筑灰漿強(qiáng)度超低

中國磚石古塔雖然是砌體結(jié)構(gòu)，但與西方古羅馬以來的主流砌體結(jié)構(gòu)較大不同之處在于：中國磚石古塔的砌筑灰漿膠結(jié)能力很差。西方自古羅馬以來混凝土就運(yùn)用到大跨度穹頂、拱券等建筑結(jié)構(gòu)，有賴于混凝土將離散的砌筑塊體膠結(jié)成完整的結(jié)構(gòu)體，砌筑灰漿的抗剪強(qiáng)度是砌體抵抗地震等水平力的關(guān)鍵指標(biāo)。這一傳統(tǒng)一直貫通到現(xiàn)代砌體，只是提高了混凝土強(qiáng)度以及在其中添加鋼材等各類加勁材，形成完整結(jié)構(gòu)體的基本思路未變。

大部分中國古塔采用黃泥漿砌筑，不含石灰等膠結(jié)材料，或石灰漿含量很少（部分晚期古塔采用白灰漿砌筑），相當(dāng)多的早期承重磚砌體砌筑灰漿強(qiáng)度為0或近似為0，且經(jīng)千百年自然風(fēng)化已經(jīng)粉化，起不到黏結(jié)松散磚、石塊材為一體的作用，其砌筑效能主要是墊平，防止應(yīng)力集中。這在結(jié)構(gòu)的意義上就是說，中國磚石古塔的砌體整體性不強(qiáng)，總體上以松散塊體堆疊的形式存在，其之所以能夠形成一個(gè)完整高層結(jié)構(gòu)并屹立幾百上千年，抵抗住風(fēng)荷載與地震的破壞，是因?yàn)槠洫?dú)特的結(jié)構(gòu)特性與抗震機(jī)制。

6.3 中國磚石古塔具有塊體堆疊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

中國磚石古塔獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)即是由砌筑的塊體堆疊而成：主要依靠砌筑塊體自身重力產(chǎn)生的摩擦力抵抗側(cè)向作用（地震與風(fēng)）而非灰漿膠結(jié)力，建構(gòu)方式類似于搭積木。這種結(jié)構(gòu)原理廣泛應(yīng)用于早期建筑中，包括本文主要的對(duì)象磚石古塔；還包括木結(jié)構(gòu)建筑，如單層的佛光寺東大殿、多層的應(yīng)縣木塔。輝煌的古希臘大理石神廟與砂巖和角礫巖砌筑起來的柬埔寨吳哥古跡亦是如此。

這種結(jié)構(gòu)具有隔震能力，與內(nèi)力連續(xù)分布的西方羅馬以降或近現(xiàn)代砌體結(jié)構(gòu)相比，上部地震作用會(huì)減小，但同時(shí)整個(gè)砌體的水平抗剪強(qiáng)度則會(huì)下降。更因?yàn)樵降巾敳恐亓υ叫?，摩擦力亦即水平抗剪能力也相?yīng)減小，加之高聳結(jié)構(gòu)普遍具有的鞭梢效應(yīng)，導(dǎo)致磚塔的震害也經(jīng)常表現(xiàn)為上部較嚴(yán)重，包括塔剎震落或震歪、頂部開裂嚴(yán)重或震塌、掉頭等。塔體灰漿抗剪強(qiáng)度差還會(huì)直接影響磚塔中心因塔心室及外墻門洞等造成的結(jié)構(gòu)薄弱處的砌體垂直抗剪能力，常出現(xiàn)沿塔豎向中軸線的劈裂等。

7 磚石古塔防震減災(zāi)對(duì)策思考

龍護(hù)塔震后搶險(xiǎn)支護(hù)措施及時(shí)、簡捷、有效，在短時(shí)間快速完成，抵御了較大余震的破壞，有效防止二次倒塌造成的次生災(zāi)害，由此引發(fā)幾點(diǎn)對(duì)磚石古塔防震減災(zāi)對(duì)策的粗淺思考。

（1）加強(qiáng)預(yù)防性保護(hù)力度。相比木結(jié)構(gòu)古建筑而言，磚石古塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其是震害高危類型，歷代古塔遺存及近幾十年內(nèi)幾次較大地震對(duì)磚石古塔的破壞均表明了此點(diǎn)。著名的定州北宋開元寺料敵塔（圖33）、明代扶風(fēng)法門寺磚塔（圖34）、都發(fā)生過1/4或1/2倒塌的情況。唐山地震與汶川地震后數(shù)十座磚塔震損（圖35），個(gè)別整體倒塌[6]。磚石古塔震損除自身破壞外，還會(huì)對(duì)內(nèi)部壁畫、彩塑等附屬文物造成不可挽回的損失。非常有必要加強(qiáng)磚石古塔結(jié)構(gòu)評(píng)估研究，并在項(xiàng)目安排與方案評(píng)審方面，倡導(dǎo)針對(duì)性提高結(jié)構(gòu)安全度的措施，應(yīng)適當(dāng)放寬磚石古塔預(yù)防性保護(hù)干預(yù)力度。

圖33 北宋定州開元寺料敵塔（來源：崔兆忠攝）

圖34 明代扶風(fēng)法門寺磚塔（來源：阿瑩，法門寺之佛，光明日?qǐng)?bào)，2016年4月15日 第13版）

圖35 遼代薊縣白塔?《口述 | 吳夢(mèng)麟：對(duì)“京津唐地震考古組”調(diào)查工作的回憶》，載2016年4月22日《北京文物報(bào)》。（來源：吳夢(mèng)麟攝）

青海玉樹藏娘佛塔曾于2003年左右修繕時(shí)，在覆缽墻體頂部及各層方臺(tái)頂部加設(shè)了鋼筋混凝土圈梁⑩天津大學(xué)建筑學(xué)院王其亨教授團(tuán)隊(duì)勘察設(shè)計(jì)（2002——2003年），筆者參加了勘察、測(cè)繪，并設(shè)計(jì)了加固的鋼筋砼圈梁。，2010年玉樹地震后，塔體基本完好，無局部垮塌，也保護(hù)了覆缽內(nèi)部墻體上珍貴的南宋時(shí)期壁畫（圖36）。這屬于加強(qiáng)預(yù)防性保護(hù)力度的正面案例。

圖36 2010年玉樹地震后維修前青海玉樹藏娘佛塔（來源：作者改繪，底圖照片系青海省文物局提供）

（2）完善結(jié)構(gòu)分析理論與方法。磚石古塔結(jié)構(gòu)分析除現(xiàn)有基于砌體連續(xù)假定的有限元分析方法之外，亟待開展探索基于離散的塊體堆疊，真實(shí)反映摩擦力作用的實(shí)體與接觸單元的分析方法[10]。同時(shí)，對(duì)古塔磚砌體抗剪強(qiáng)度進(jìn)行系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，以獲取用于數(shù)值分析的可靠參數(shù)；再結(jié)合大比例實(shí)體模型的擬動(dòng)力與振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，最終形成符合實(shí)際情況的公認(rèn)的磚石古塔計(jì)算分析理論與方法，推廣應(yīng)用于磚石古塔的預(yù)防性保護(hù)、防震減災(zāi)以及全面修繕。

2009年，在龍護(hù)塔修繕設(shè)計(jì)中，使用ANSYS軟件進(jìn)行分析，限于當(dāng)時(shí)研究水平，采用了各向同性、勻質(zhì)、彈性的基本假定，未能采用離散元的分析方法[9,11]（圖37、圖38）。

圖37 龍護(hù)塔完整情況下地震作用下塔心室南北向水平剪應(yīng)力圖（單位：MPa）（來源：中國建筑科學(xué)研究院孟履祥、董越繪制，2009）

圖38 龍護(hù)塔開裂塔體加箍后有限元模型及其6.7秒向位移(單位：mm)（來源：中國建筑科學(xué)研究院,孟履祥,等.德陽龍護(hù)舍利塔抗震驗(yàn)算報(bào)告及加固設(shè)計(jì)建議[R].2009.）

（3）震前做好基礎(chǔ)性研究、資料留存及防災(zāi)預(yù)案。詳細(xì)測(cè)繪、構(gòu)造調(diào)查、材料檢測(cè)、結(jié)構(gòu)評(píng)估應(yīng)在震前主動(dòng)開展，在資料完善的情況下，可以在震前或在震后第一時(shí)間提出防震減災(zāi)措施并實(shí)施。目前三維激光掃描、傾斜數(shù)字?jǐn)z影等技術(shù)已經(jīng)成熟運(yùn)用在文物領(lǐng)域，全面的信息留存是對(duì)文物的數(shù)字復(fù)制，本身就是防災(zāi)減災(zāi)的重要手段，也是對(duì)所有文物通用的措施。同時(shí)，根據(jù)文物價(jià)值評(píng)估及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制訂針對(duì)性的防災(zāi)預(yù)案，以搶險(xiǎn)支護(hù)為核心工作。

（4）震后第一時(shí)間開展搶險(xiǎn)支護(hù)。按照震前做好的應(yīng)急預(yù)案，震后第一時(shí)間對(duì)古塔開展搶險(xiǎn)支護(hù)，防止次生災(zāi)害的發(fā)生。

（5）留意新出遺跡，及時(shí)開展建筑考古。在震后清理及搶險(xiǎn)、勘察、修繕過程中，留意相關(guān)新發(fā)現(xiàn)的遺跡現(xiàn)象，準(zhǔn)確、全面、多手段記錄并予以妥善保護(hù)，必要者及時(shí)開展建筑考古。豐富、完善對(duì)文物的認(rèn)知及價(jià)值評(píng)估。

（6）明確磚石古塔防震減災(zāi)全過程實(shí)施程序并形成導(dǎo)則。包括震前的預(yù)防性保護(hù)、基礎(chǔ)研究、信息留存、防災(zāi)預(yù)案，震后搶險(xiǎn)支護(hù)、即時(shí)清理、信息記錄、建筑考古，震后穩(wěn)定期的勘察、設(shè)計(jì)、修繕加固與相關(guān)文物建筑、附屬建筑的修繕和必要的環(huán)境整治全過程。明確這些措施的啟動(dòng)機(jī)制與銜接節(jié)點(diǎn)，以及緊急情況下項(xiàng)目組織、人員安排、經(jīng)費(fèi)匡算與籌措、確定設(shè)計(jì)施工單位機(jī)制等。以設(shè)計(jì)文件為例，龍護(hù)塔整個(gè)維修過程中分別針對(duì)不同階段完成搶險(xiǎn)支護(hù)方案圖（圖39）、搶險(xiǎn)支護(hù)報(bào)告圖[7]（圖40）、全面修繕勘察與方案圖[2]（圖41）、全面修繕施工圖內(nèi)的4版圖紙，以滿足不同階段的設(shè)計(jì)深度需求。還包括塔院內(nèi)相關(guān)其他文物建筑、附屬建筑以及院落景觀環(huán)境的修繕與整治勘察設(shè)計(jì)方案及施工圖。

（7）借鑒國際上磚石砌體古建筑防震減災(zāi)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。意大利中部城市拉奎拉（L’Aquila）于2009年4月6日發(fā)生6.3級(jí)地震。拉奎拉古城中心區(qū)是世界文化遺產(chǎn)，此次大地震造成3 000至1萬座樓房倒塌或受損，其中文物建筑占相當(dāng)數(shù)量。震后筆者曾奉派到現(xiàn)場(chǎng)考察?2009年6月底，國家文物局派遣中國文化遺產(chǎn)研究院侯衛(wèi)東、詹長法、永昕群3人赴意大利拉奎拉考察文物建筑震害情況并與意方商洽合作，6月27——30日在拉奎拉實(shí)地考察并與震損文物維修保護(hù)負(fù)責(zé)人及相關(guān)專家教授進(jìn)行交流。體會(huì)到意大利文物建筑防震減災(zāi)的機(jī)制及技術(shù)措施可資借鑒。震后搶險(xiǎn)期間拉奎拉中心區(qū)封閉管理，嚴(yán)格禁止無關(guān)人員出入。

圖39 第1版圖紙：2008年6月6日現(xiàn)場(chǎng)龍護(hù)塔搶險(xiǎn)加固方案，緊急情況下手繪方案圖（來源：作者自繪）

意大利當(dāng)局很快提出了拉奎拉文物建筑震損的評(píng)估方法，包括維修經(jīng)費(fèi)的估算以及維修工程的原則、措施等。震損評(píng)估建立在事先形成的一整套表格與圖示基礎(chǔ)上，非技術(shù)人員經(jīng)培訓(xùn)后可按圖索驥，現(xiàn)行填報(bào)，不需專業(yè)技術(shù)人員到場(chǎng)即可完成，以滿足時(shí)效性。經(jīng)費(fèi)估算主要參照以往災(zāi)害過后同類遺產(chǎn)維修的經(jīng)驗(yàn)。

截至2009年6月下旬，意大利政府已經(jīng)提供了45處可供國際援助的建筑遺產(chǎn)名單，并將相關(guān)建筑測(cè)繪圖及模型等資料匯編成冊(cè)。從減災(zāi)措施上看，有序安排塔吊高空清理排險(xiǎn)，震損后開裂、傾斜建筑均及時(shí)搭設(shè)腳手架或木方支護(hù)，開裂墻、柱采用高強(qiáng)度尼龍打包帶打箍。腳手架與打包帶節(jié)點(diǎn)先進(jìn)、操作快捷，是非常有效的技術(shù)措施。在此次磚石砌體古建筑防震減災(zāi)過程中，印象深刻的是，支護(hù)腳手架與打包帶箍都是整潔簇新、搭建規(guī)整的。雖然是臨時(shí)支護(hù)設(shè)施，但展現(xiàn)出各方對(duì)文物建筑的重視與獨(dú)特美感（圖42～圖46）。

圖40 第2版圖紙：2008年8月龍護(hù)塔搶險(xiǎn)加固工程報(bào)告圖紙（來源：中國文化遺產(chǎn)研究院,永昕群,等.德陽龍護(hù)舍利寶塔搶險(xiǎn)加固工程報(bào)告[R].2008.）

圖41 第3版圖紙：2009年8月?lián)岆U(xiǎn)支護(hù)后經(jīng)詳細(xì)勘察繪制的現(xiàn)狀殘損圖（來源：中國文化遺產(chǎn)研究院,永昕群,等.四川德陽龍護(hù)舍利寶塔搶險(xiǎn)修繕工程現(xiàn)狀勘察報(bào)告[R].2009.）

圖42 震后打包帶圍箍與塔吊高空排險(xiǎn)（來源：作者自攝）

圖43 腳手架豎向及水平支護(hù)（來源：作者自攝）

圖44 木方支護(hù)（來源：作者自攝）

圖45 打包帶打箍（來源：作者自攝）

圖46 簇新的腳手架整面墻體支護(hù)（來源：作者自攝）

8 結(jié)束語

從有效開展防震減災(zāi)，同時(shí)遵循“真實(shí)性”原則，最小干預(yù)的文物保護(hù)理念出發(fā)，有必要系統(tǒng)、全面、深入開展中國磚石古塔獨(dú)特的材料、砌筑方式、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與抗震機(jī)制研究，為科學(xué)、適當(dāng)?shù)摹邦A(yù)防性保護(hù)”措施提供理論分析基礎(chǔ)與行政決策參考。另外，通過對(duì)國內(nèi)外典型案例的細(xì)致總結(jié)，汲取正、反兩方面經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，也是優(yōu)選技術(shù)手段，構(gòu)建高效、連貫、適用的磚石古塔防震減災(zāi)實(shí)施程序與導(dǎo)則的必要準(zhǔn)備。

（致謝：德陽市旌陽區(qū)文化旅游體育局曾寧局長、王明聰副局長，德陽市文物考古研究所劉章澤所長，旌陽區(qū)文物管理所姚筱萍、鄧麗所長等當(dāng)?shù)仡I(lǐng)導(dǎo)、專家在龍護(hù)塔維修過程中付出大量精力并鼎力支持。四川東洋機(jī)械公司李園、原總裝備部設(shè)計(jì)研究總院孫崇華、北京戴世達(dá)數(shù)碼技術(shù)有限公司陳重先生現(xiàn)場(chǎng)協(xié)助勘察測(cè)繪。中國建筑科學(xué)研究院孟履祥、董越、劉小弟先生協(xié)助結(jié)構(gòu)分析。中國文化遺產(chǎn)研究院張廷皓院長擘畫全局，侯衛(wèi)東總工程師、楊新副總工程師審核把關(guān)，崔兆忠先生悉心指導(dǎo)，項(xiàng)目組劉忠平、劉江、張秋艷、吳育華及實(shí)習(xí)生何蓉、富玫妹共同完成搶險(xiǎn)修繕工程勘察設(shè)計(jì)。在此一并謹(jǐn)致謝忱。）