紫禁城古建筑臺(tái)基石作技術(shù)研究*

周 乾

(故宮博物院故宮學(xué)研究所，北京 100009)

0 引言

位于北京市中心的紫禁城(今故宮博物院)擁有世界上現(xiàn)存規(guī)模最大、保存最完整的古代宮殿建筑群，其建筑技術(shù)代表我國(guó)古代建筑技藝的最高水準(zhǔn)。紫禁城古建筑的營(yíng)建，一般包括土作、石作、瓦作、木作、油飾作、彩畫(huà)作、裱糊作、搭材作等工種。其中，石作主要是指與石材相關(guān)的工種。由于石材具有較強(qiáng)的硬度、良好的防水和防腐性能，因而在紫禁城古建筑中多用于臺(tái)基部位。紫禁城古建筑一般坐落在由灰土、碎磚交替夯實(shí)的臺(tái)基之上[1]，臺(tái)基高度一般為1～2m。盡管臺(tái)基對(duì)建筑的地震響應(yīng)有一定放大作用，但是臺(tái)基有利于建筑本身的防潮與排水，而且能夠體現(xiàn)出宮殿建筑的高大與威嚴(yán)[2-3]。紫禁城宮殿建筑因重要性不同而具有不同等級(jí)，對(duì)于等級(jí)相對(duì)較低的普通宮殿建筑而言，臺(tái)基周邊均為磚砌體封護(hù)，臺(tái)基部位的石質(zhì)構(gòu)件主要包括欄板(底部設(shè)排水口)、望柱、臺(tái)階和柱頂石(見(jiàn)圖1虛線以上部分)。其中，欄板位于臺(tái)基周邊，主要起人員防護(hù)及防止跌落的作用；望柱是欄板之間的短立柱，主要起拉接欄板兼裝飾作用；臺(tái)階是連接臺(tái)基地面與臺(tái)基下地坪面的階梯；柱頂石則是突出于臺(tái)基地面之上的石質(zhì)構(gòu)件，是建筑立柱的基礎(chǔ)；另磚砌體轉(zhuǎn)角部位還有立放的陡板石。對(duì)于重要的宮殿建筑而言，其臺(tái)基的周邊由磚砌體改為須彌座封護(hù)，且在望柱的底部增設(shè)排水獸。作為明清時(shí)期最為核心的建筑，紫禁城前朝三大殿(太和殿、中和殿、保和殿)的臺(tái)基做法為我國(guó)古建筑臺(tái)基工藝的最高等級(jí)，即采用3層須彌座疊加而成，俗稱“三臺(tái)”，總高度達(dá)8.13m(見(jiàn)圖1虛線以下部分)[4]。

圖1 紫禁城古建筑臺(tái)基

紫禁城古建筑的石作技術(shù)主要包括石材運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)加工、安裝、修繕等。開(kāi)展上述技術(shù)研究，無(wú)論是對(duì)于古建筑本身的修繕保護(hù)，還是對(duì)于古建筑技藝的傳承，都具有極其重要的意義。部分學(xué)者已開(kāi)展紫禁城古建筑石作工程相關(guān)的研究，如陸壽麟等研究了故宮內(nèi)漢白玉建筑構(gòu)件的風(fēng)化性質(zhì)，認(rèn)為屬于化學(xué)風(fēng)化[5]；曲亮等基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法，對(duì)故宮建福宮內(nèi)的石質(zhì)文物進(jìn)行了科學(xué)評(píng)價(jià)，認(rèn)為風(fēng)化是石質(zhì)構(gòu)件破壞的主要原因[6]；陳喜波研究了紫禁城營(yíng)建所需石材的開(kāi)采及運(yùn)輸過(guò)程[7]；陳智勇研究了紫禁城古建筑石作的裝飾藝術(shù)[8]；劉大可對(duì)我國(guó)北方地區(qū)古建筑的石作工程進(jìn)行了較為全面的論述[9]；鄭建軍討論了端門內(nèi)御路石地面的修復(fù)方法[10]等。然而，對(duì)于紫禁城古建筑臺(tái)基的石作技術(shù)研究，相關(guān)成果則很少。本文基于已有成果，開(kāi)展該方面研究，探討紫禁城古建筑臺(tái)基石作的技術(shù)要點(diǎn)和科學(xué)保護(hù)方法，以推進(jìn)紫禁城古建筑的保護(hù)與研究。

1 運(yùn)輸

紫禁城古建筑臺(tái)基石作所用石材包括漢白玉、青白石、青砂石等[7,11]。其中，漢白玉色調(diào)混白、質(zhì)地均勻，多用于臺(tái)基的須彌座、欄桿和御路石；青白石顏色青白，材質(zhì)細(xì)膩，多用于臺(tái)基的基石、御路石和柱頂石；青砂石質(zhì)地堅(jiān)硬、經(jīng)久耐用，多用于臺(tái)基陡板、階條石。上述石料的主要產(chǎn)地為北京周邊地區(qū)，史料亦有記載。如明代文人高道素所著《明水軒日記》載有：“白玉石產(chǎn)大石窩(今北京市房山區(qū)內(nèi))，青砂石產(chǎn)馬鞍山(今北京市門頭溝區(qū)內(nèi))、牛欄山(今北京市順義區(qū)內(nèi))、石徑山(今北京市石景山區(qū)內(nèi))……大石窩至京城一百四十里，馬鞍山至京城五十里，牛欄山至京城一百五十里?！盵12]

上述石材由產(chǎn)地運(yùn)到紫禁城時(shí)，因體量大小不同而采取不同的運(yùn)輸方式。對(duì)于特大型石材而言，往往采用“旱船”運(yùn)輸。所謂旱船，就是用方木截面的短柱、長(zhǎng)梁特制的一種木架，專門用來(lái)承載特大石材，央視紀(jì)錄片《故宮》中的旱船模擬造型如圖2所示。明代賀仲軾撰《兩宮鼎建記》記載了明萬(wàn)歷年間重修三大殿臺(tái)基丹陛石運(yùn)輸過(guò)程，即“中道階級(jí)大石，長(zhǎng)3丈，闊1丈，厚5尺(1尺為1丈的1/10，約0.31m)，派順天等八府民夫2萬(wàn)，造旱船拽運(yùn)，派同知、通判、縣佐二督率之，每里掘1井，以澆早船、資渴飲，計(jì)二十八日到京，官民之費(fèi)總計(jì)銀11萬(wàn)兩有奇”[13]。從上述記載可以算出，這塊石料重達(dá)100t，運(yùn)輸這樣巨重的材料，既不能用車也不能就地滾，于是選在冬季運(yùn)輸，沿途每隔一里打一口井，路上潑水成冰，拽石在冰上滑行，摩擦阻力較小，這在當(dāng)時(shí)的條件下，不失為有效的方法。但用這種辦法仍需要工匠2萬(wàn)余名，經(jīng)過(guò)28天才拽運(yùn)到北京。若按房山大石窩至北京距離以140里(1里=500m)計(jì)，其運(yùn)輸時(shí)間花費(fèi)近1個(gè)月，每天行程約4～5里，其運(yùn)輸之艱難可見(jiàn)一斑。

圖2 旱船模擬造型

對(duì)于中小型石材而言，從產(chǎn)地運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)的工具為騾車。明代官府設(shè)有(騾)車戶專門負(fù)責(zé)運(yùn)輸石材，若官府車輛數(shù)量不夠，則從順天府、保定府等地進(jìn)派車戶。當(dāng)時(shí)運(yùn)輸石材的車輛有十六輪、八輪、四輪及二輪之分，視石材輕重而采用不同的車輛。如《兩宮鼎建記》載“鼎建兩宮(乾清宮、坤寧宮)大石，御史劉景晨亦有僉用五城人夫之議。工部主事廓知易議：造十六輪大車，用騾一千八百頭拽運(yùn)，計(jì)二十二日到京，計(jì)費(fèi)銀七千兩而縮”。對(duì)于體量較小的石材，則采用輪數(shù)較小的騾車運(yùn)往紫禁城。

在施工現(xiàn)場(chǎng)，不同體量的石料有不同運(yùn)輸方法。如對(duì)于小型石材，可采用人工抬運(yùn)法；對(duì)于較重的石料，可采用點(diǎn)撬法，即首先將石料邊角包裹好，然后用撬棍撬動(dòng)石料，使之移動(dòng)；對(duì)于石料質(zhì)量大且現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸距離較長(zhǎng)時(shí)，可采用擺滾子法[14]，即先用撬棍將石料的一端撬離地面，并把滾杠放在石料下面，然后用撬棍撬動(dòng)石料，當(dāng)石料挪動(dòng)時(shí)，趁勢(shì)把另一根滾子也放在石料下面?，F(xiàn)場(chǎng)提升質(zhì)量較大的石料時(shí)，可采用絞磨抱桿方法[14]，即在施工現(xiàn)場(chǎng)立抱柱1根，抱柱用4根繩索拉接(繩索可調(diào))，然后分別在抱柱頂部、地面安裝定滑輪各1個(gè)，提升石料的繩子繞過(guò)抱柱頂部的定滑輪，再通過(guò)地面的定滑輪與絞磨相連，使得提升石料所需的豎向力改變成水平力(見(jiàn)圖3)。當(dāng)工匠水平轉(zhuǎn)動(dòng)絞磨時(shí)，即可提升石料。

圖3 重石材提升示意

清工部《工程做法》規(guī)定：拽運(yùn)石料所用的旱船、滾子、梢子(撬棍)均應(yīng)為榆木制作[15]。分析認(rèn)為，這主要與我國(guó)榆木種類較多，且榆木具有木性堅(jiān)韌、較耐腐、硬度與強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn)相關(guān)[16]。

2 加工

石作工程中，安裝前的石料均需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加工，以符合尺寸及形狀要求。紫禁城古建筑臺(tái)基石料加工的主要工具有鏨子、楔子、卡扁、刀子、錘子、剁斧、磨頭、尺子、墨斗、線墜等[17]。其中，鏨子為短鐵桿，一端四面有銳刃，用于打荒料和打糙；楔子為上粗下銳的鐵件，且下端呈三角尖狀，用于劈開(kāi)石料；卡扁的特點(diǎn)即刃寬而較薄，用于石料的齊邊；刀子用于雕刻花紋；錘子由把手和金屬錘頭組成，用于擊打鉆子或卡扁；剁斧形狀與錘子類似，但下端形狀介于錘子與斧子之間，用于石料表面加工；磨頭用于石料表面磨光；墨斗由墨線與轉(zhuǎn)動(dòng)小輪組成，用于彈劃石料的尺寸線；線墜為圓錐狀金屬體，頂端掛線，用于石料的豎直度檢查。部分石作工具如圖4所示。

圖4 部分石作工具

紫禁城始建于明代，其石作工程多以宋《營(yíng)造法式》為參考。而《營(yíng)造法式》卷三規(guī)定了石材加工的6道工序，即“打剝”(用鏨子鑿掉大的突出部分)、“粗摶”(鑿掉小的突出部分，使得石材表面深淺均勻一致)、“細(xì)漉”(用鏨子在石材表面密集鑿，使得表面平整)、“褊棱”(用褊鏨鑿石材棱角，使之平整)、“斫砟”(用斧刃剔鑿石材，使其表面平正)、“磨礱”(用砂石水磨掉石材表面的斫紋)[18]。對(duì)于含雕刻的石質(zhì)構(gòu)件，營(yíng)造法式也規(guī)定了剔地起突(浮雕)、壓地隱起(淺雕)、減地平钑(刻痕)、素平(不做雕刻)等不同等級(jí)要求[18]。上述規(guī)定可反映宋代以來(lái)臺(tái)基石料的加工基本做法。

明清以來(lái)的工匠們基于工程經(jīng)驗(yàn)，逐漸完善了石材的加工工序，其技術(shù)要點(diǎn)可包括以下步驟[17,19]：①對(duì)荒料進(jìn)行打制，使其尺寸基本符合要求。為保證加工尺寸的準(zhǔn)確性，初步加工后的荒料宜大于加工后尺寸2cm以上。②根據(jù)構(gòu)件的實(shí)際尺寸，在石材上彈出墨線。③根據(jù)墨線的定位，用鑿、打、刷、刺、剁等手法，對(duì)石材進(jìn)行加工，至所需形狀。其中，鑿即用鏨子鑿掉石材表面高出部分；打即用工具把墨線以外部分打掉；刷即刷道，是用錘子或鏨子在基本鑿平的石材表面打出平順、細(xì)致、深度均勻的溝道；刺即刺點(diǎn)，是在石材表面鑿出均勻溝道的輔助方法；剁即剁斧，用于將石料表面找平。④再經(jīng)過(guò)多遍剁斧、扁光刮平，使得石材表面平整，且看不出鏨痕或斧影。⑤石材上有雕刻紋飾時(shí)，首先制作圖譜，然后在圖譜上用針刺孔，再將圖譜覆蓋在石材表面，用麻線布覆蓋紅色土粉在圖譜上反復(fù)錘打，再取下圖譜，沿著石料上的粉末印記進(jìn)行雕刻，獲得所需紋飾。⑥對(duì)構(gòu)件進(jìn)行打磨，完成加工。

3 安裝

3.1 欄板與望柱

臺(tái)基的望柱與欄板施工時(shí)，主要通過(guò)榫卯及卡槽方式進(jìn)行構(gòu)件之間的連接，如圖5所示。對(duì)于榫卯連接方式而言，在望柱底部有榫頭，榫頭長(zhǎng)、寬均約為望柱邊長(zhǎng)的0.3倍[20]，對(duì)應(yīng)的地栿欄板槽內(nèi)有卯口。望柱由上往下插入地栿的欄板槽后，榫頭與卯口產(chǎn)生咬合作用，有利于避免望柱發(fā)生搖晃。欄板的側(cè)面有榫頭，榫頭長(zhǎng)、寬均約為0.02m[20]，對(duì)應(yīng)的望柱側(cè)面有尋杖眼(卯口)。欄板與望柱在水平方向上相連接后，榫頭與卯口產(chǎn)生的咬合作用，有利于避免望柱單體的走閃錯(cuò)位。對(duì)于卡槽連接方式而言，為保證欄板、望柱在安裝后的水平穩(wěn)固，地栿頂部通常刻有凹槽，槽深不超過(guò)地栿高度的0.1倍[20]。上述構(gòu)件底部插入地栿凹槽后，構(gòu)件與凹槽產(chǎn)生卡固作用，因而不易歪閃。望柱的側(cè)面亦刻有欄板槽，深度不超過(guò)欄板寬度的0.1倍[20]。欄板在水平向插入望柱的欄板槽內(nèi)后，與望柱產(chǎn)生卡固作用，有利于整體穩(wěn)定。地栿底部插入階條石頂部預(yù)留的凹槽中，或作出梗插入階條石的凹槽中，形成穩(wěn)固卡槽連接。

圖5 欄板相關(guān)構(gòu)件安裝示意

欄板、望柱等石質(zhì)構(gòu)件安裝時(shí)，應(yīng)保證基層表面平整。構(gòu)件底部不平整時(shí)，可采用較硬且易敲碎的材料如生鑄鐵片墊平[21]，然后將接縫處勾抹嚴(yán)實(shí)(見(jiàn)圖6)，便于灌漿。關(guān)于勾抹材料的使用，當(dāng)接縫厚度<5mm時(shí)，一般用油灰(生石灰∶生桐油=2∶1，質(zhì)量比)；當(dāng)接縫厚度超過(guò)5mm時(shí)，宜在油灰中摻入適量細(xì)砂，以提高接縫處灰漿的粘結(jié)度[21]。灌漿時(shí)，一般在某個(gè)合適的位置留一個(gè)缺口，稱為“漿口”[14]，灌漿完成后再把漿口封護(hù)住。為增加灌注壓力，可在漿口位置放一漏斗用于灌漿。灌漿前可在石材與基層接觸位置灌注適量清水，一方面可沖掉石材表面的灰塵，另一方面有利于灰漿與石材的粘接。紫禁城宮殿建筑的石作工藝中，灌漿材料多為生石灰漿或江米漿(糯米漿)。其中，生石灰漿為生石灰與水?dāng)嚭投?，江米漿為生石灰∶糯米∶白礬=100∶0.3∶0.33(質(zhì)量比)，再與水?dāng)嚭投蒣14]。

圖6 構(gòu)件底部勾抹

3.2 須彌座

紫禁城內(nèi)等級(jí)較高的宮殿建筑，其臺(tái)基底部為石質(zhì)須彌座，地栿下部不設(shè)排水口，而是改成了石質(zhì)排水獸。須彌座由佛座演化而來(lái)，由下而上一般由土襯、圭角、下枋、下梟、束腰、上梟、上枋等部分組成[22]。為滿足須彌座高度需要，其土襯、下枋、上枋還可做成雙層形式[23]。須彌座雖由多層構(gòu)件組成，但為保證安裝后的整體性，其各層構(gòu)件可由一塊石料雕刻而成[23]。如圖7所示的須彌座，其最上層的上枋為單獨(dú)加工，下部各層構(gòu)件為一塊石料。上枋下部出梗，與下部構(gòu)件頂部預(yù)留的凹槽形成卡槽連接，以保證上枋的牢固。

圖7 含須彌座臺(tái)基安裝示意

須彌座上下層之間還可采用陽(yáng)梗落槽方法進(jìn)行安裝，即上層采梗，下層落槽，以防止各層之間產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)[24]，如圖8所示。排水獸一般安裝在地栿底部、望柱的正下方，其上部由地栿底部的凹槽卡固，兩側(cè)由上枋石擠緊。排水獸后部頂面、上枋頂面均與臺(tái)基地面最低位置相齊平，以利于雨水匯集到排水獸后部的排水口內(nèi)。排水獸又名蚣蝮，為明代“龍生九子”之一，其造型設(shè)計(jì)不僅豐富了紫禁城的建筑裝飾內(nèi)容，而且具有科學(xué)性[25]。蚣蝮嘴部的出水口是整個(gè)臺(tái)基地面的最低點(diǎn)，有利于臺(tái)基雨水排出。蚣蝮的“肚子”可用于臨時(shí)存水，有利于欄板底部的雨水迅速匯入進(jìn)水口，避免了雨水在欄板位置的積存。蚣蝮突出臺(tái)基外的造型可以使得雨水向前、向遠(yuǎn)方排出，有利于保護(hù)臺(tái)基。

圖8 須彌座各層的陽(yáng)梗落槽安裝方法

3.3 臺(tái)階

紫禁城古建筑臺(tái)階一般由基石、御路石、垂帶、象眼石、土襯石、如意石等石質(zhì)構(gòu)件安裝組成，如圖9所示。其中，基石構(gòu)成臺(tái)階的各層臺(tái)級(jí)；御路石位于臺(tái)階的正中部位，其表面多雕刻龍鳳紋飾，以示意皇家建筑的特殊性；垂帶為一塊長(zhǎng)石料，表面平整，順著臺(tái)階的坡度安裝于臺(tái)階的端部，主要起保護(hù)基石側(cè)面防止其錯(cuò)動(dòng)作用；象眼石呈三角形，位于垂帶下方，主要用于封護(hù)基石側(cè)面；土襯石為象眼石底部的墊石，以保證象眼石底部平穩(wěn)；如意石位于臺(tái)階最底層，其表面與地面齊平，主要起裝飾作用，以襯托宮殿建筑的威嚴(yán)。

圖9 紫禁城臺(tái)階構(gòu)造

臺(tái)階安裝時(shí)，對(duì)于每層基石而言，其底部墊層應(yīng)夯實(shí)，背部用石塊或磚塊墊穩(wěn)，再灌注江米漿，以保證基石的穩(wěn)固；基石上表面俗稱為“站腳”，站腳要有輕微的向下傾斜度以利于排水；上下層基石之間采用“磕絆”連接方法，以加強(qiáng)石材的連接整體性[26]?！翱慕O”做法如圖10所示，即下層基石與上層基石的交接位置，下層基石做成直角凹槽形式，再將上層基石扣壓其上。該做法使得上下層基石之間互相擠緊，有利于避免基石之間的錯(cuò)動(dòng)。對(duì)于垂帶而言，由于其斜向置于象眼石之上，為保證安裝的穩(wěn)固性，石塊上部被削成豎直以利于與階條石擠緊，下部做成略向下傾斜的平面(俗稱“垂帶巴掌”)，疊壓在燕窩石(底層基石)上表面預(yù)留的凹槽內(nèi)，該凹槽俗稱“垂帶窩”，如圖10所示。對(duì)于御路石而言，由于其體積及質(zhì)量均較大，且傾斜于地坪面安放，為穩(wěn)固起見(jiàn)，一方面在御路石底部預(yù)留梯形凹槽，使其與基層牢固連接；另一方面在其背后砌墻，作為御路石的支撐；待御路石墊穩(wěn)后，在其背部灌注江米漿[26]。

圖10 臺(tái)階構(gòu)件安裝方法

對(duì)于體量很大的御路石而言，拼接處理是安裝的一個(gè)技巧。如對(duì)于太和殿三臺(tái)上的丹陛石而言，其長(zhǎng)度為16.57m，現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)其并非一塊整料鋪墁而成，而是由3塊石料拼合組成，其中最大塊石料長(zhǎng)度僅為丹陛石總長(zhǎng)度的0.6倍，各石料間的接縫處理得很巧妙，隱藏在云龍紋中。分析認(rèn)為，由于運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)的石料尺寸小于太和殿三臺(tái)丹陛石的需求尺寸，因而古代工匠用3塊石料進(jìn)行了拼接處理[27]。拼接時(shí)，如果直縫對(duì)接，必定會(huì)露出接縫，使得丹陛石造型缺乏整體性，視覺(jué)效果較差。而古代工匠采用云紋凸起的曲線作為拼合線，使得石料之間的接觸面高低起伏，凸凹交錯(cuò)，即使是3塊石料拼合，也顯得嚴(yán)絲合縫，不走近看很難發(fā)現(xiàn)。這樣一來(lái)，既解決了原有石料尺寸不足問(wèn)題，還能表現(xiàn)丹陛石恢弘大氣的整體視覺(jué)效果。只不過(guò)由于歷經(jīng)時(shí)間長(zhǎng)久，丹陛石各石塊間因變形而略有錯(cuò)動(dòng)，因而使得裂縫顯現(xiàn)出來(lái)(見(jiàn)圖11中虛線標(biāo)記部分)。

圖11 隱藏在紋飾中的接縫

3.4 柱頂石

柱頂石位于臺(tái)基的地面之上，其主要作用是支撐立柱，并把立柱傳來(lái)的質(zhì)量往下傳給磉礅。紫禁城中柱頂石表面通常有兩種做法：對(duì)于建筑體量較小的建筑而言，柱頂石表面正中做凹槽(見(jiàn)圖12虛線以下部分)，稱為“海眼”，其寬度和深度約為柱徑的0.2～0.3倍[28]，海眼的主要目的是用于初步固定立柱，對(duì)應(yīng)的立柱底部做出管腳榫，插入海眼中；對(duì)于體量較大、建筑等級(jí)較高的宮殿建筑而言，柱頂石表面保持平整(見(jiàn)圖12虛線以上部分)，立柱平擺浮擱在柱頂石上。研究表明[29-30]：柱底平擺浮擱在柱頂石上，在地震作用下通過(guò)反復(fù)的搖擺運(yùn)動(dòng)來(lái)耗散地震能量，以減小或避免建筑本身的破壞。另紫禁城中有少量的游廊建筑，其建筑等級(jí)、建筑體量很小，柱頂石正中的凹槽貫穿整個(gè)柱頂石，立柱底部則做成套頂榫形式，穿透柱頂石而直接落在磉墩上[31]。磉礅層為紫禁城古建筑地基的中間部分，其主要作用是支撐柱頂石傳來(lái)的作用力，如圖13所示。磉墩是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的立方體磚墩，平面尺寸為1～2m見(jiàn)方，厚度一般不少于1m。磉墩硬度大、承載力好，因而有利于承受柱頂石傳來(lái)的上部集中作用力，并將該作用力向下部的灰土地基擴(kuò)散，符合土力學(xué)傳力原理[32-33]。

圖12 柱頂石照片

圖13 磉墩與柱頂石的關(guān)系

柱頂石安裝前，應(yīng)確定好高度控制線。柱頂石安裝后，其外棱的位置一般與地坪標(biāo)高相同，其凸出地面的部分稱為鼓鏡。鼓鏡上表面平整，用于支撐立柱(見(jiàn)圖13)。體量較大的柱頂石安裝在磉礅之上時(shí)，為保證柱頂石平穩(wěn)，可用1層墊石在其底部墊牢，厚度不宜超過(guò)1cm，以利于在空隙中灌漿[34-35]。柱頂石底部所灌注的灰漿為油灰，其稠度宜較大，以利于迅速與柱頂石底面粘接。灌漿時(shí)，需用粗鐵絲或鐵繞子同時(shí)進(jìn)行插搗，以利于灌漿飽滿。當(dāng)插搗的另一側(cè)冒出水泡時(shí)，可認(rèn)為柱頂石底部灌漿合格[36]。灌漿以后，可塞一些鐵片入灰縫內(nèi)，以增加灰縫的抗壓能力。體量較小的柱頂石可直接安裝在油灰層上，然后用木夯夯實(shí)，夯實(shí)后灰漿的厚度亦控制在1cm左右。鼓鏡部分一般在臺(tái)基地面鋪好后再剔鑿成型，一方面保證鼓鏡頂面的平整效果，另一方面有利于柱頂石外棱與臺(tái)基地面齊平[9]。

4 修繕

在外力或自然因素作用下，紫禁城古建筑臺(tái)基會(huì)出現(xiàn)殘損問(wèn)題，即不能滿足正常使用或正常受力需求[37]。對(duì)于殘損的石質(zhì)構(gòu)件，可采取修補(bǔ)、拉接、拆安、清洗等加固方法。

4.1 修補(bǔ)

根據(jù)石質(zhì)構(gòu)件的損傷程度不同，修補(bǔ)可包括補(bǔ)抹和補(bǔ)配2種方法。

1)當(dāng)石質(zhì)構(gòu)件表面因風(fēng)化等原因有輕微缺失時(shí)，可采用補(bǔ)抹方式加固，如圖14虛線標(biāo)記所示。風(fēng)化是紫禁城石質(zhì)構(gòu)件破壞的重要方式，主要表現(xiàn)形式為構(gòu)件表面出現(xiàn)粉末狀，其物理原因主要為空氣中粉塵的積累，化學(xué)原因在于空氣中的二氧化碳、水與石材中的CaO，MgO等成分產(chǎn)生化學(xué)作用，生成Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2等物質(zhì)，并堆積在石材表面[5]。對(duì)于承載石質(zhì)構(gòu)件如柱頂石而言，風(fēng)化威脅到結(jié)構(gòu)的局部穩(wěn)定性[38]；對(duì)于非承載石質(zhì)構(gòu)件如欄板而言，風(fēng)化會(huì)加劇構(gòu)件的破壞[39]。對(duì)于輕微風(fēng)化的石質(zhì)構(gòu)件，補(bǔ)抹的具體操作工藝為：將風(fēng)化或局部缺損部分用鏨子剔鑿成易于補(bǔ)抹的形狀，清理干凈界面后，堆抹上具有粘接力和石料質(zhì)感的材料，干硬后再用鏨子剔鑿出構(gòu)件表面的形狀。其中，“補(bǔ)配藥”的配方為：白蠟∶黃蠟∶蕓香∶木炭∶石面(用與原石材相同材質(zhì)石料磨成粉狀)=3∶1∶1∶30∶56(質(zhì)量比)[9]。

圖14 構(gòu)件表面補(bǔ)抹

2)當(dāng)石質(zhì)構(gòu)件因風(fēng)化或外力作用嚴(yán)重缺失時(shí)，可采用新料進(jìn)行補(bǔ)配，且新舊料之間用鋼芯拉接，具體做法為[36]：①將原有構(gòu)件表面風(fēng)化部分剔除，露出完好部分，然后選配相同材質(zhì)的石料進(jìn)行加工，并預(yù)留大于需要尺寸2mm左右做成雛形；②對(duì)新舊料進(jìn)行鑿孔，平面位置在兩個(gè)拼接面的中心，深度不宜小于各構(gòu)件高度的1/2，然后插入不銹鋼芯，孔徑大于鋼芯直徑0.01m，以利于填充粘接材料；③對(duì)新、舊料進(jìn)行粘接，接觸面位置要做成粗糙面并清除污塵，以利于粘接；傳統(tǒng)粘接材料一般為白蠟∶蕓香∶松香∶黑炭=2∶1∶1∶33(質(zhì)量比)，將上述幾種材料按照重量比拌和在一起，稍稍加溫后融合成粘接劑，即可用于粘接新舊石材；另環(huán)氧樹(shù)脂摻入少量乙二胺(質(zhì)量比100∶(6～8))或乙烯三胺及二甲苯(質(zhì)量比100∶10∶10)亦可達(dá)到較好的粘接效果；④粘接好后再對(duì)新料進(jìn)行打磨或補(bǔ)充雕刻構(gòu)件上的紋飾。建福宮靜怡軒某柱頂石補(bǔ)配后的照片如圖15所示，其上部新石料部分為補(bǔ)配，所采用的不銹鋼芯直徑為0.02m，長(zhǎng)度約為0.2m，粘接料為環(huán)氧樹(shù)脂與乙二胺的混合物，自2004年加固至今完好。

圖15 柱頂石補(bǔ)配

4.2 拉接

拉接加固用于石質(zhì)構(gòu)件之間的連接失效，或者單體石質(zhì)構(gòu)件的斷裂加固。紫禁城古建筑臺(tái)基石質(zhì)構(gòu)件之間通常采用榫卯、卡槽形式連接，而在外力作用下，這些構(gòu)件之間的連接會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)或斷裂。1976年唐山大地震時(shí)，故宮英華門臺(tái)基的欄板、望柱連接斷裂的資料如圖16所示[40]。另單體石質(zhì)構(gòu)件在外力作用下也會(huì)產(chǎn)生斷裂。鐵件材料由于具有強(qiáng)度高、體積小、加工方便等優(yōu)點(diǎn)，因而在古建筑維修加固中多被采用[41]。紫禁城古建筑石作工程中，常采用扒鋦子拉接加固石質(zhì)構(gòu)件。扒鋦子一般長(zhǎng)約0.1～0.2m，厚約0.005～0.010m，兩端彎折成90°，彎折長(zhǎng)度約為0.1m。扒鋦子連接加固石質(zhì)構(gòu)件的具體方法為[9]：在擬連接的兩個(gè)構(gòu)件上分別鑿扒鋦窩，然后將扒鋦子塞入，并灌鹽鹵漿固定。鹽鹵漿的主要成分及配合比為[14]：鹽鹵∶水∶鐵面=1∶(5～6)∶2(體積比)。其中，鹽鹵的主要成分是氯化鎂(MgCl2)，并含有少量氧化鎂(MgO)，它們與鐵面、水可產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成堿式氯化鎂(Mg(OH)Cl)，堿式氯化鎂具有較好的粘接力，且凝結(jié)后硬度較大[42]，因而有利于將扒鋦子固定在石質(zhì)構(gòu)件內(nèi)，并使其發(fā)揮拉接作用。欄板上部(見(jiàn)圖17)、側(cè)面均產(chǎn)生局部斷裂，望柱的頭部與柱身產(chǎn)生斷裂，采用上述方法拉接加固后，效果良好。

圖16 望柱與欄板分離

圖17 鐵件拉接石質(zhì)構(gòu)件

4.3 拆安

當(dāng)臺(tái)基的石質(zhì)構(gòu)件殘損嚴(yán)重且數(shù)量較多，或者構(gòu)件之間連接出現(xiàn)較大范圍的松動(dòng)、歪閃等問(wèn)題時(shí)，通常采用拆安的方法進(jìn)行修繕。所謂拆安，即拆開(kāi)原有構(gòu)件，經(jīng)過(guò)添配后重新組裝的施工工藝[43]。如圖18a所示，紫禁城武英門修繕資料中，后檐東側(cè)臺(tái)階存在較大范圍的殘損問(wèn)題，且無(wú)法用修補(bǔ)的方法來(lái)進(jìn)行加固，具體表現(xiàn)為基石普遍存在相互錯(cuò)動(dòng)、局部下沉、縫隙明顯、雜草叢生、表面風(fēng)化，個(gè)別階條石斷裂，垂帶石前部斷裂，象眼、垂帶、欄板間相對(duì)歪閃等[44]，使得臺(tái)階無(wú)法滿足正常使用需求?；谂_(tái)階的殘損現(xiàn)狀，工程技術(shù)人員采用拆安法進(jìn)行維修，拆除了原有臺(tái)階，對(duì)原有構(gòu)件進(jìn)行編號(hào)，更換了斷裂基石，修補(bǔ)了局部殘損的構(gòu)件，并按照臺(tái)階安裝工藝重新進(jìn)行安裝，并將構(gòu)件之間的接縫處用油灰(生石灰∶面粉∶桐油=1∶1∶1，體積比)[42]勾抹嚴(yán)實(shí)。拆安后的臺(tái)階跺如圖18b所示，該方法雖然過(guò)程較為復(fù)雜，但是有利于較大范圍石質(zhì)構(gòu)件的殘損問(wèn)題。

圖18 拆安法修繕臺(tái)階

4.4 去污

石作技藝的重要內(nèi)容還包括石質(zhì)構(gòu)件表面的污染物清洗?？諝庵杏懈m及微生物，它們通過(guò)空氣沉降或流水淤積匯集到石質(zhì)文物表面，有的會(huì)通過(guò)石材孔隙滲入其內(nèi)部。其中，微生物會(huì)腐蝕石材，水中的污漬會(huì)形成水垢。另有人為活動(dòng)(碰觸、踩踏)石質(zhì)構(gòu)件表面，使之受損或污染。上述問(wèn)題不僅對(duì)石質(zhì)構(gòu)件造成程度不一的破壞，還會(huì)影響文物的外觀。以太和殿前臺(tái)基為例[45]：空氣中的二氧化硫通過(guò)雨水或積水流入臺(tái)基位置時(shí)，與石材產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成灰黑色的硫酸鈣狀污染物；空氣中的碳酸融于雨水中落到石質(zhì)文物表面，會(huì)與其中的碳酸鈣鎂石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成碳酸氫鈣，碳酸氫鈣結(jié)晶后會(huì)在文物表面形成結(jié)殼；太和殿瓦面接縫處部分殘留的石灰遇到雨水后，會(huì)形成碳酸鈣，碳酸鈣隨著雨水滴落在臺(tái)基表面，形成結(jié)殼狀污染物；另曾有游客不文明行為，造成臺(tái)基表面有污染痕跡。

石質(zhì)構(gòu)件清洗技術(shù)一般包括化學(xué)清洗、物理清洗和生物清洗等3種技術(shù)，其中化學(xué)清洗技術(shù)是指利用化學(xué)清洗劑對(duì)構(gòu)件表面進(jìn)行清洗；物理清洗技術(shù)是指用物理或機(jī)械的方法對(duì)構(gòu)件表面清洗；生物清洗技術(shù)是指將微生物的懸濁液依托適當(dāng)載體貼敷到構(gòu)件表面，利用微生物的營(yíng)養(yǎng)攝取特點(diǎn)與新陳代謝特質(zhì)完成對(duì)構(gòu)件表面污染物的清除工作[46]。故宮博物院文物保護(hù)及管理部門對(duì)石質(zhì)文物的清洗有著嚴(yán)格的規(guī)定[47]：應(yīng)遵循“修舊如舊”“可逆性”“不破壞文物”的原則，不能用高壓水清洗，以免文物表面受到?jīng)_擊性破壞；不能用腐蝕性化學(xué)藥品清洗，以免造成保護(hù)性破壞。故宮博物院在21世紀(jì)初期曾對(duì)物理清洗法進(jìn)行了試驗(yàn)，認(rèn)為僅適用于輕微污染的文物，因而化學(xué)清洗法為故宮石質(zhì)構(gòu)件的主要清洗手段[48]。EDTA-2Na(乙二胺四乙酸二鈉鹽)試劑具有對(duì)構(gòu)件表面污染物較強(qiáng)的清洗能力，且對(duì)石材物理力學(xué)性能影響小[49]。近期有研究人員采用該材料試劑對(duì)太和殿室外臺(tái)基須彌座進(jìn)行清洗，將其噴涂在構(gòu)件表面，為防止其揮發(fā)太快，采用濕紙和保鮮膜覆蓋(見(jiàn)圖19)，試驗(yàn)顯示清洗效果較好。

圖19 須彌座表面清洗

5 結(jié)語(yǔ)

1)紫禁城古建筑臺(tái)基的石作工程，可包括石材的運(yùn)輸、加工、安裝、修繕等。

2)石材的遠(yuǎn)途運(yùn)輸采用旱船或騾車方式，施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸采用人工抬運(yùn)、點(diǎn)撬、擺滾子、絞磨抱桿等方式。

3)石材的現(xiàn)場(chǎng)加工，采用鑿、打、刷、刺、剁等方法，以獲得所需尺寸的石料。

4)臺(tái)基的望柱與欄板安裝，主要通過(guò)榫卯及卡槽方式進(jìn)行；須彌座下部分層構(gòu)件可制作成1塊整料，與上枋進(jìn)行卡槽連接，亦可采用陽(yáng)梗落槽方法進(jìn)行安裝；臺(tái)階的上下層基石之間采用“磕絆”的連接方法，御路石可采取背部砌墻作為襯墊、錯(cuò)縫安裝方法；柱頂石安裝時(shí)不僅需保證底部平穩(wěn)，而且應(yīng)控制其外棱與臺(tái)基地面齊平。

5)臺(tái)基石作的修繕加固，根據(jù)石質(zhì)構(gòu)件殘損情況的不同，可適當(dāng)選用修補(bǔ)、拉接、拆安、去污等方法。