贛州古城墻病害初探

李思嬌，王 一，董 晨，王 兵，林澤樺

(江西理工大學(xué) 土木與測繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000)

0 前 言

位于江西省贛州市的贛州古城墻，始建于漢代，宋朝之前均為黃土夯筑，直到北宋嘉祐年，為防止洪水沖塌土城，才開始使用磚石包砌的方法砌筑城墻，至今已有兩千多年歷史，時經(jīng)南宋、元、明、清、民國，歷朝歷代不斷投入人力、物力對城墻進(jìn)行修繕與加固，達(dá)到現(xiàn)如今3.6 km長度的規(guī)?！，F(xiàn)有四座城門，三座炮臺，一個馬面，十個警鋪，城磚上存有數(shù)以萬計的宋、元、明、清等時期的銘文磚521種。

從古至今，不少學(xué)者都對贛州古城墻進(jìn)行研究，而對古城墻目前的詳細(xì)病害現(xiàn)狀以及安全評估等方面的研究較為不足。贛州城墻近年來也發(fā)生過許多次坍塌，不僅讓政府和文物保護(hù)單位付出巨大的資金和人力，更是導(dǎo)致歷史文物價值的破壞。在無損前提下，本文對贛州古城墻進(jìn)行詳細(xì)的病害調(diào)查，為文物保護(hù)單位提供可靠的參考依據(jù)。

1 贛州古城墻病害現(xiàn)狀調(diào)查及分析

1.1 概 述

現(xiàn)存贛州古城墻俯視呈人字形，西邊城墻沿章江從西津門至八境臺長約1 430 m，東邊城墻沿貢江從八境臺至東段殘存炮城處長約2 234 m，全長約3 664 m，另有南段拜將臺60 m及福利工廠內(nèi)的40 m城墻保存完好。

本文將古城墻劃分為西段、北段、東段三段城墻進(jìn)行分析討論，西段為西津門炮城至八鏡臺炮城，北段為八鏡臺炮城至建春門，東段為建春門至東段殘存炮城止。通過對贛州古城墻的內(nèi)外墻、海墁、城門和炮城等病害進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研，詳細(xì)了解病害種類、分布、特征和參數(shù)，并統(tǒng)計分析，得到贛州古城墻病害現(xiàn)狀情況。

1.2 古城墻病害詳情

1.2.1 裂 縫

裂縫一般由地基不均勻沉降、周邊溫度及濕度變化、承載力不足、雨水等外部自然原因?qū)е拢瑫纬刹痪鶆虺两盗芽p、溫度裂縫、收縮裂縫、受力裂縫(承載力不足)、凍融裂縫等[1]，典型裂縫如圖1所示。

(a)

(b)

(c)

贛州古城墻內(nèi)外墻裂縫共計109條，內(nèi)墻58條，外墻51條。整體而言，西段城墻裂縫數(shù)量最多，共64條，占總體裂縫數(shù)量的59%，東段城墻數(shù)量最少，不到15%。就內(nèi)墻裂縫而言，西段內(nèi)墻裂縫數(shù)量最多，共有45條，占總裂縫數(shù)量的41%，東段和北段內(nèi)墻裂縫較少，數(shù)量均不到10條；單看外墻裂縫，北段外墻裂縫數(shù)量最多，共計21條，西段外墻裂縫數(shù)量次之，共19條，東段外墻裂縫最少，共計11條。

由此可見，西段城墻數(shù)量最多且裂縫情況最為嚴(yán)重，東段城墻裂縫最少且病害較輕。裂縫形成原因十分多樣，有可能是由溫度和氣候造成，也有可能是外部荷載或者地基沉降造成，但具體原因需要根據(jù)實際情況具體分析。但總體來說，古城墻目前裂縫數(shù)量較多，且危害到城墻整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

1.2.2 植 物

植物是生物的一大類，由樹木、灌木、蕨類、苔蘚和地衣等生物組成，這些植物普遍分布在贛州古城墻上，因為城墻坡面經(jīng)過長時間的風(fēng)化、雨水的沖刷形成一定的順流生長環(huán)境，使得草籽在合適的溫度條件下發(fā)芽生長，并在城墻上上生生不息地繁殖。目前，樹木、根系植物和苔蘚在古城墻上分布最廣。

古城墻上的樹木主要是喬木苦楝和泡桐樹。贛州位于亞熱帶的南邊，為典型亞熱帶季風(fēng)氣候。四季分明，光熱充沛，冷暖變化明顯，降水豐沛，給古城墻上生長植物提供了十分良好的環(huán)境，本文所指的大樹根是指根部生長在墻體內(nèi)部，其根莖直徑超過0.2 m的樹根。根系植物的典型代表植物有灌木植物苧麻、草本植物斑地錦、假臭草、七星蓮、蕨類植物蜈蚣草等。苔蘚植物是一種小型的綠色生物，結(jié)構(gòu)簡單，覆蓋層一般厚度2～10 mm，只有莖和葉兩部分，但顏色是五顏六色的，有灰白色、灰黃色、紫紅色、黑棕色、深棕色、翠綠色和淺綠色等等，典型植物病害詳圖如圖2所示。

(a)大樹根

(b)根系植物

(c)苔蘚

據(jù)統(tǒng)計，大樹根共有41根，北段城墻的大樹根最多，共26根，均分布在北段內(nèi)墻，且最長直徑可達(dá)0.65 m。東段城墻的樹根最少，只有4根，均分布在東段內(nèi)墻，最長可達(dá)0.67 m。西段城墻樹根共11根，且樹根直徑最長可達(dá)0.62 m，根系十分發(fā)達(dá)，蔓延至墻體多處。由統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，古城墻樹根直徑0.23～0.67 m，平均直徑在0.4 m左右?，F(xiàn)有一部分樹根已被處理，留有根部暴露在外，但地底下的根系是否存活尚未知，未來依舊可能威脅到城墻安全。

西段城墻的根系植物覆蓋率最高，高達(dá)30.9%，且內(nèi)外墻覆蓋率相差不大。北段和東段城墻根系植物覆蓋率均不超過10%，且植物主要集中在北段和東段城墻的內(nèi)墻，外墻基本無根系植物病害。整體來看，根系植物覆蓋率達(dá)13.4%，且內(nèi)墻植物多于外墻植物。

苔蘚在古城墻各段均有大量分布，西段城墻苔蘚覆蓋面積占比最大，高達(dá)35.6%，東段城墻青苔覆蓋面積占比最少，只有10.8%，北段青苔覆蓋面積占比也較大，占28.4%?？傮w上來看，內(nèi)墻苔蘚覆蓋面積是外墻的3.6倍，原因是城墻內(nèi)墻以及西段外墻周邊均為公園，樹木、草地等分布在其周圍，環(huán)境潮濕，易產(chǎn)生植物、青苔以及泛堿等病害?，F(xiàn)古贛州古城墻目前根系植物覆蓋面積達(dá)4 584 m2，占古城墻總面積的13.4%，而苔蘚覆蓋面積高達(dá)7 880 m2，是植物覆蓋面積的1.7倍，約占古城墻總面積的23%。

植物的根對古城墻的坡面夯土有一定的加固作用，但其危害更加需要注意。隨著植物的根系逐漸生長，根的體積逐漸增大，作為一個多余的外部荷載，產(chǎn)生的膨脹力導(dǎo)致局部墻磚及內(nèi)部夯土遭到大面積的擠壓破壞，隨著時間的推移更加嚴(yán)重。植物莖葉均覆蓋大部分墻體，使局部城墻處于潮濕、陰暗的有害環(huán)境之中。有些植物如不及時拔除，容易蔓延，入侵性極強(qiáng)，想要根治也十分困難。目前，古城墻上的植物病害解決辦法一般就是人工除草和砍樹，并不徹底，為保護(hù)墻體整體安全性，無法將根部完全拔出。而苔蘚病害更是無從下手，急需解決。

1.2.3 墻體變形

墻體變形主要指城墻墻體出現(xiàn)凸鼓、凹陷或者海墁出現(xiàn)沉陷等現(xiàn)象[2]。墻體變形的主要表現(xiàn)形式如圖3所示。

(a)海墁沉陷

(b)墻體凸鼓

(c)墻體凹陷

統(tǒng)計表明，墻體變形中，凸鼓面積最大，共130.6 m2，海墁塌陷面積和墻體凹陷面積均在90 m2左右，墻體變形面積占古城墻總面積不到1%。古城墻的變形在西段城墻分布較多，共27處變形，較少分布在北段城墻，共有8處，東段城墻沒有墻體變形情況。凸鼓和凹陷變形在古城墻上均有15處，墻體凸鼓和墻體凹陷主要集中在西段內(nèi)墻。

墻體變形主要是由于城墻內(nèi)部夯土的含水量變化、局部受力變化或者是城墻體內(nèi)部受力不均勻、建造時間差異、上部荷載不均勻和地基不均勻沉降導(dǎo)致的。墻體變形常發(fā)生在磚土復(fù)合結(jié)構(gòu)的城墻中，而且墻體的凸鼓和凹陷也常伴隨著裂縫的出現(xiàn)。根據(jù)照圖可以發(fā)現(xiàn)，墻體變形嚴(yán)重影響墻體整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，不僅如此，墻體上部的凸鼓變形會加大導(dǎo)致坍塌事故的幾率，十分危險。

1.2.4 泛 堿

泛堿[3]是指墻體內(nèi)部的可溶性鹽離子因外界環(huán)境變化，最終在墻體表面析出鹽結(jié)晶的現(xiàn)象，結(jié)晶的主要成分是Na2SO4，典型形態(tài)如圖4所示。

(a)

(b)

(c)

西段城墻的泛堿面積最大，共565 m2，占西段墻體面積的7.7%，主要集中在西段內(nèi)墻部分，東段城墻的泛堿面積共232 m2，占比為1.7%。北段城墻泛堿面積共561 m2，占比4.1%，且主要集中在外墻部分。

導(dǎo)致泛堿現(xiàn)象的原因有大氣污染物、污水、雨水、護(hù)城河的可溶性鹽離子等。經(jīng)過季節(jié)更替溫度變化，墻體內(nèi)孔隙不斷吸水和凍融，內(nèi)部可溶性鹽不斷形成又溶解，交替往復(fù)到達(dá)飽和狀態(tài)，最終在城墻表面析出白色、黃色、灰色或黑色的絮狀物、網(wǎng)狀物、針狀物等不同形態(tài)的結(jié)晶。相對于其他病害覆蓋面積，目前泛堿在古城墻磚表面的發(fā)展較輕，但磚石內(nèi)部的可溶鹽含量還未可知，其危害也應(yīng)重視。

1.2.5 磚石風(fēng)化

磚石風(fēng)化主要是指暴露在外部的城墻磚石砌體在空氣、溫度、降雨和日曬等外部因素的條件下長時間的侵蝕導(dǎo)致砌體表面發(fā)生層狀剝蝕、整體溶蝕、脫色等劣化的現(xiàn)象，典型磚石風(fēng)化形態(tài)如圖5所示。

(a)青磚層狀剝蝕

(b)青磚剝蝕(起皮)

(c)青磚溶蝕

由統(tǒng)計表明，磚石風(fēng)化面積共3 916 m2，占城墻墻體面積的11.5%。其中磚石溶蝕面積為1 421 m2，磚石剝蝕面積為1 334 m2，均占城墻墻體面積的4%左右，青磚脫色面積有1 161 m2，城墻墻體面積的3.4%。三種磚石風(fēng)化病害的面積均超過1 000 m2，病害面積較大。

西段城墻的磚石風(fēng)化情況較為嚴(yán)重，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，磚石溶蝕和剝蝕的平均深度均大于城墻整體磚石剝蝕和溶蝕的平均深度，且病害面積較大。北段城墻的磚石脫色病害較為嚴(yán)重，特別是北段外墻，磚石脫色面積達(dá)657 m2，占比接近5%。東段城墻磚石風(fēng)化情況較其他兩段城墻較輕，其中磚石剝蝕面積最大，占東段城墻面積的3.9%。

導(dǎo)致磚石風(fēng)化的原因不僅與砌體本身的材料性能有關(guān)，還與所處的地域環(huán)境和氣候有很緊密的聯(lián)系。贛州市屬亞熱帶季風(fēng)氣候(參考)，春夏季節(jié)雨水充沛，且位于贛江上游，自然災(zāi)害主要以暴雨和洪水為主，汛期在每年的4～9月。大量的雨水不斷沖刷城墻表面磚石砌體，水分一直積存在墻體內(nèi)部，隨著溫度的變化，加速了磚石內(nèi)部的干濕循環(huán)和風(fēng)化，導(dǎo)致磚石表面的溶蝕和層狀剝蝕。

1.2.6 砂漿破壞和缺失

在古城墻上，磚砌體之間起粘結(jié)作用的粘結(jié)材料為砂漿，目前古城墻上的砂漿分為兩種，一種是水泥砂漿，另一種是白灰砂漿。水泥砂漿是用水泥、水和砂混合而成的材料，白灰砂漿是指由白灰、江米和白礬混合而成材料，典型砂漿形態(tài)如圖6所示。

(a)白灰砂漿(完好狀)

(b)白灰砂漿(碎裂狀)

(c)白灰砂漿(缺失狀)

古城墻磚石砌體之間的砂漿有三種現(xiàn)狀：圖6(a)所示是完好狀，東段城墻和部分北段城墻的白灰砂漿基本完好；圖6(b)所示是碎裂狀，白灰砂漿不完整，已經(jīng)呈現(xiàn)一小塊一小塊的碎裂狀，西段城墻白灰砂漿的碎裂情況較為嚴(yán)重；圖6(c)所示是缺失狀，表面的砂漿因風(fēng)化嚴(yán)重導(dǎo)致缺失，西段內(nèi)墻的砂漿缺失較為嚴(yán)重。由統(tǒng)計表明，目前古城墻上砂漿缺失的面積為94.9 m2，西段城墻砂漿缺失面積最大，且西段內(nèi)墻病害情況較嚴(yán)重。東段城墻有少量砂漿缺失現(xiàn)象，基本完好?？傮w來說，砂漿缺失面積較小。

2 城墻病害產(chǎn)生原因

2.1 水 害

水害分為兩種，一種是贛州市的地理環(huán)境造成的連續(xù)降雨，常造成古城墻的開裂和塌方，歷史上最為嚴(yán)重的一次是1992年持續(xù)了40多天的降雨，導(dǎo)致古城墻的縱向開裂；另一種就是贛江的洪水沖刷導(dǎo)致墻體損壞。

2.2 植 物

贛州氣候十分適合植物生長，且墻體內(nèi)部是夯土結(jié)構(gòu)，外部又因包磚不嚴(yán)密，墻體植物十分茂盛，根系發(fā)達(dá)，對城墻的結(jié)構(gòu)破壞力巨大。

2.3 人為破壞

近代，戰(zhàn)爭導(dǎo)致古城墻部分的損毀。如今，隨著精神生活的逐漸豐富，來往古城墻的游客越來越多，留下的痕跡也越來越多，嚴(yán)重影響了古城墻的文化風(fēng)貌。

3 結(jié)束語

中國的城墻是世世代代中華人民用歷史凝結(jié)的藝術(shù)，是中華民族進(jìn)步的重要標(biāo)志。如今，隨著城市化進(jìn)程的加劇和歷史保護(hù)意識的增強(qiáng)，它們生存在不一樣的現(xiàn)代化社會之中，不僅是城市僅有的風(fēng)景，而且是城市歷史文化的傳承脈搏。城墻坍塌現(xiàn)象是最終表現(xiàn)形式，而由穩(wěn)定變?yōu)椴环€(wěn)定這中間一系列的物理或者化學(xué)變化才是導(dǎo)致古城墻坍塌的源頭。如今，它們亟需保護(hù)，需要調(diào)查研究來讓它們穩(wěn)定地屹立于世。

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