嘉峪關暗壁支線長城病害成因及保護措施研究

摘 要：嘉峪關暗壁支線長城是嘉峪關西長城重要的組成部分，與懸壁長城將嘉峪關東西往來的通道—石關峽扼守，由于所處的地理位置特殊，其修建時的軍事防御作用更顯得重要。受人為和自然因素影響，該段長城病害頻發(fā)。通過對病害的成因分析，對病害進行有效的處置。同時，通過技術手段對長城保存狀況進行監(jiān)測，通過定量分析，及時掌握科學數據，對長城的保護第一時間做出反應，確保該段長城資源的永續(xù)保存和合理利用。

關鍵詞：暗壁支線長城;病害成因;保護措施

0 前言

嘉峪關始建于明洪武五年（1372），通過168年的修建，于明嘉靖十九年（1539）建成了主要由關城、城垣、外壕、城臺、堡城、墩臺等幾部分組成的嘉峪關西長城防御體系。西長城以嘉峪關關城為界，分為明墻和暗壁，明墻起于關城以南的討賴河，暗壁則起于關城以北的石關峽。嘉峪關暗壁支線長城位于嘉峪關關城以北約7千米的石關峽口東南側山坡上，也叫石關峽長城，與懸壁長城形成掎角之勢，將石關峽緊緊扼守，是嘉峪關西長城的重要組成部分。石關峽在漢代開始就是東西往來的重要通道，也是最早的玉門關關址所在地。這凸顯出嘉峪關暗壁支線長城在嘉峪關西長城防御體系中的重要作用。

1 保存現狀

嘉峪關暗壁支線長城與嘉峪關西長城暗壁段相互連接，呈“T”形分布于山脊上。暗壁支線長城遺址原長約34米，2001年經文物部門批準嘉峪關市黃草營村村民楊永福籌資對該段長城進行了修復，修建了營盤1座，敵臺1座，復建了石關峽口墩，修建長城墻體約510米。2016年石關峽口墩由于結構和質量缺陷而垮塌。2019年敦煌研究院文物保護技術服務中心對該墩臺進行重建。由于該段長城修建在山坡上，附近沒有黃土，遠處取土、運土比較困難，長城修建就地取材。從現存的長城來看，黃土夾砂石修建的長城占到該段長城的70%。自2001年該段長城修復后，在自然和人為因素影響下，長城墻體局部坍塌，墻體根部嚴重酥堿，墻基塊石壘砌松散，垛口破損，隱患極多，并且病害仍在繼續(xù)發(fā)育。

2 病害類型

2.1 人為破壞

人類生產生活對該段長城破壞較為嚴重。主要表現為以下幾種：①農業(yè)灌溉對長城的危害。附近農田一直延伸至長城本體墻基處，水渠就在長城跟前，甚至有澆灌農田的管涵從長城下穿過。農業(yè)生產活動導致長城墻體損壞。②植被破壞。長城附近因為歷史原因，東西兩側有大片樹林，樹木根系生長，以及長期對樹木澆灌，對長城造成一定程度的破壞。③擅自攀爬破壞。該段長城建于山坡之上，2019年之前，該段長城的周圍未設置保護圍網，長城處于開放環(huán)境中，時常有外來人員順山坡翻越長城，造成長城墻體損壞、垛口坍塌。

2.2 土體長城表面風化

在干旱的環(huán)境中，夯土長城墻體的風化層通常比較厚，但是由于長期的日曬雨淋及冰雪凍融等外部環(huán)境因素影響，墻體表面形成較薄硬殼，而土體內部由于濕度溫度等因素變得松散。久而久之，土體表面形成細微裂紋，土體長城表面逐層風化。

2.3 土體長城裂隙

土體長城裂隙發(fā)育主要有風化裂隙、卸荷裂隙、建筑工藝裂隙等類型。風化裂隙經常出現在土體長城構造較為薄弱的區(qū)域，如夯筑時密實度欠缺或者是夯土中砂石含量過高的區(qū)域。在自然力作用下以上區(qū)域往往會逐漸酥堿風化，形成裂隙。卸荷裂隙是由于長城墻體坍塌變形后失重而產生的較大裂隙，多集中于土體長城墻體上部，卸荷裂隙往往對長城的破壞是致命的。建筑工藝裂隙在土體長城修筑時由于工序工藝、修筑時間先后等因素而產生，這種裂隙是修筑長城時無法避免的。這三種裂隙類型在暗壁支線長城上均存在，也是土體長城的特性所決定的。

2.4 土體長城局部坍塌

土體長城的坍塌多集中在長城的上部，主要原因則是由于長城底部風化酥堿掏蝕嚴重，導致墻體懸空，為上部土體長城坍塌提供了有利的條件，在土體自重和自然外力作用下，土體長城會不斷尋求平衡和穩(wěn)定，造成土體長城不斷坍塌。如沒有人為的干預，土體長城局部坍塌的病害將繼續(xù)發(fā)育，直至長城最終毀損。

2.5 土體長城局部酥堿

土體長城酥堿病害是由其修建材料的性質所決定的。土體中含有易溶鹽，由于雨水、雪水以及空氣濕度和鹽的溶解度隨時變化，引起土體中鹽分的結晶與溶解始終交替進行，導致長城墻體表面出現酥堿病害。酥堿病害常出現在土體長城的墻基位置。

2.6 部分墻基塊石壘筑松散

暗壁支線長城部分墻基由塊石壘筑，在長期自然力作用下，塊石壘筑間的灰泥老化。尤其在強降雨作用下，雨水沖蝕塊石砌筑黏結泥漿，塊石砌筑泥漿在匯集水流作用下逐漸被掏蝕，導致塊石松散局部有掉落，造成塊石壘筑的墻基局部失穩(wěn)塌落。

暗壁支線長城病害具有如下特點：

其一，受自然環(huán)境的影響，該段長城上述病害類型都有發(fā)育，但程度不同，且局部坍塌失穩(wěn)及表面風化病害占比較大，其他類型病害處于從屬地位。

其二，受墻體的方位和夯土的質量影響，破壞的形式也有所不同。

其三，人為因素加大了該段長城病害的產生，實施保護難度較大。

3 暗壁支線長城的具體病害情況

3.1 營盤主要病害（圖1、圖2）

受風雨侵蝕，營盤敵臺北側墻體受雨水沖刷形成兩道貫通沖溝，墻體轉角連接處由于墻體沉降導致裂隙不斷發(fā)育，墻體外表面風化嚴重，墻體上草泥脫落嚴重，根部掏蝕發(fā)育，營盤上有3處明顯坍塌。

3.2 長城墻體主要病害（圖3、圖4）

長城墻體沖溝發(fā)育，表面酥堿風化嚴重，片狀剝離，人為修筑的灌溉涵管穿過墻體底部，局部裂隙發(fā)育。由于人為和自然作用，長城上多處垛口損壞坍塌，部分墻體底部基礎由塊石壘筑，在長期雨水沖刷和風蝕作用下，塊石砌體泥漿填充嚴重掏蝕，塊石壘筑墻基表面松散，局部坍塌。

3.3 敵臺主要病害（圖5、圖6）

敵臺整體保存較完善。敵臺立面表面無明顯病害，在長期自然力作用下，垛口表面酥堿，垛口局部塌落。

4 建議保護措施

4.1 土坯（夯筑）砌補

土坯（夯筑）砌補技術措施的運用，主要針對局部掏蝕懸空、局部傾斜的土體長城，采用與土體長城相同或相近的材料進行砌補、夯筑。采取砌補或者夯筑措施，取決于病害的嚴重程度，具體如下。

4.1.1 黏土夯筑

根據夯土長城維修的相關規(guī)范，通常情況下掏蝕深度大于20厘米的區(qū)域采用黏土夯筑。黏土夯筑工藝包括材料準備、基礎清理、支模、夯筑、拆模、表面處理、伸縮縫處理等工序。在實施黏土夯筑時應注意以下幾點：

①黏土夯筑前，應對原土體進行化學分析。

②材料選取時，選取可溶鹽含量、成分與原土體接近的黏土。

③黏土夯筑前必須清理原土體表面虛土，以增強黏土與原土體的黏結性。

④黏土夯筑時每層厚度保持在8～10厘米，要分層夯筑，并在原土體上人工成孔，預埋入麻撮，使新夯土與原土體更好地粘接。

⑤黏土夯筑后應對表面進行平整處理，使其與原土體長城外部形制基本保持一致。

4.1.2 土坯砌補

根據夯土長城維修的相關規(guī)范，通常情況下掏蝕深度小于20厘米的區(qū)域采用土坯砌補。土坯砌補工藝包括材料準備、錨釘拉接、土坯砌筑、滲透灌漿、邊角處理、表面處理等工序。在實施土坯砌補時應注意以下幾點：

①土坯砌補前，應對原土體進行化學分析。

②土坯材料選取時，選取可溶鹽含量、成分與原土體接近的黏土。

③為保證砌補土坯與原土體有較好的連接，可在原土體上設置竹錨釘，以增強土坯砌筑的穩(wěn)定性。

④土坯砌補后，要對土體內的空洞進行注漿，以提高土坯與原土體的連接強度。

⑤土坯砌補后應對表面進行處理，對砌補部位通過修整和偽裝等方法使其形制、色彩等與原土體整體保持一致。

4.2 裂隙處理

裂隙是土體長城坍塌的誘因。裂縫中經常滲入雨水會導致土體軟化，導致墻體裂隙不斷發(fā)育，必須及時進行灌漿充填，否則土體長城將最終坍塌，造成無法挽回的損失。經過多年對夯土長城保護維修經驗的總結，裂隙的處理已經在文物界已形成了一套科學的規(guī)范。裂隙注漿就是一種行之有效的土體長城維修保護的措施，通過PS混合溶液定量注入裂隙，阻止裂隙繼續(xù)發(fā)育，使長城裂隙病害得到有效的治理。由于裂隙處理是利用現代材料進行的，因此對溶液的使用量、配比及工藝要求上相當嚴格。因此施工時應注意以下幾點：

①為了保證裂隙注漿的效果，PS溶液的濃度必須嚴格控制在5%，所選取的粉土可溶鹽含量要低于0.5%。

②注漿時一次注漿量不能太多，要防止?jié){液外溢。

③注漿時要采用不同裂隙間隔注漿的方法，防止注漿過量。

④注漿結束，拔除注漿管后要使用PS溶液與粉土漿液封閉注漿孔，防止出現次生裂隙。

4.3 沖溝治理

長城本體沖溝的形成與降雨量、土體結構有直接的關系，是不可避免的病害。沖溝的治理只能采取疏導為主，補強為輔的措施。通過夯筑砌補、表面PS加固等措施填補長城本體表面已形成的沖溝，恢復墻體本體表面原有分散排水。如沖溝較深，可以采取本體內埋管的方式及時排疏積水，防止本體進一步受雨水的浸泡、沖蝕。沖溝治理時應注意以下幾點：

①沖溝治理前，應對原土體進行化學分析。

②材料選取時，選取可溶鹽含量、成分與原土體接近的黏土。

③沖溝夯實砌補前必須清理沖溝表面虛土，以增強黏土與原土體的粘接性，確保治理效果。

④沖溝夯實砌補后應對表面進行平整處理，并進行PS溶液補強。

4.4 保護性監(jiān)測

嘉峪關暗壁支線長城常年受風雨的侵蝕，本體不同部位產生不同類型的病害，如果任其發(fā)育，最終將導致長城墻體坍塌，失去它的歷史信息。為有效地防止、減緩各類病害持續(xù)發(fā)育，可對墻體本體進行不間斷保護性監(jiān)測。通過長期監(jiān)測，對檢測數據進行分析，準確掌握長城本體的細微變化，預測病害的發(fā)生和發(fā)展。從而采取及時、有效的措施保證長城本體的安全。

4.5 阻止人為破壞

為阻止暗壁支線長城的人為破壞，根據保護現狀，分不同情況可采取以下措施。

4.5.1 加強文物保護設施的設置

為阻止違規(guī)攀爬長城的行為，在長城周邊設置保護圍網，使長城變開放式管理為封閉式管理，并安裝監(jiān)控設備，及時掌握長城周邊的安全情況。

4.5.2 農業(yè)生產對長城破壞的整治

①長城兩側樹林整治。與林業(yè)部門進行協(xié)調，將樹木移至他處種植，樹木太大無法種植則進行砍伐回購，減少樹木灌溉對長城的影響。

②穿越長城底部水渠整治。與水利農業(yè)部門協(xié)調，將明渠改為暗渠，水渠位置不再改變，將水渠滲漏對長城的影響降到最低。

5 結束語

由于所處的地理環(huán)境不同，長城病害產生的類型也不盡相同，嘉峪關暗壁支線長城病害也呈現一些特殊性。通過傳統(tǒng)工藝、傳統(tǒng)材料、傳統(tǒng)技術對其進行修舊如舊的專業(yè)保護維修。同時吸收一些具有推廣價值的科學做法，運用到該段長城保護工作中，使保護措施更趨于科學、規(guī)范和有效，將更有利于該段長城的永久保存和利用。

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【作者簡介】李建榮，男，漢族，甘肅嘉峪關人，本科，文博助理館員，研究方向：干旱地區(qū)土遺址的保護及維修、巖畫的病害成因及預防措施研究。