非完整性墓葬異地搬遷保護(hù)規(guī)程化研究

郭 瑞,李 想,段成剛,馮 健,張翔宇,王 展

[1. 西安市文物保護(hù)考古研究院,陜西西安 710068; 2. 西安電子科技大學(xué)光電工程學(xué)院,陜西西安 710071;3. 磚石質(zhì)文物保護(hù)國家文物局重點科研基地(陜西省文物保護(hù)研究院),陜西西安 710075]

0 引 言

西安東郊發(fā)現(xiàn)一座形制完整的宋金時期斜坡墓道磚室墓。墓室磚砌仿木構(gòu)廳堂布局,北、東、西三面采用淺浮雕磚體拼合,表面施以紅、黑、黃三色,形成“夫妻并坐圖”(或簡化為“芳宴圖”)[1]、“備食圖”“婦人啟門”等題材,似墓主人生活場景的真實反映,為此時期磚雕墓的典型題材,具有顯著時代特征[2-4](圖1),是目前西安地區(qū)少見保存較完整的宋金時期磚雕墓,欲保留整體形制以便后續(xù)研究、展示。

圖1 墓室結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of the tomb chamber

完整度較好、價值高的墓葬越來越多的采用整體搬遷保護(hù)[5-6],然而該墓室西北角出現(xiàn)嚴(yán)重擠壓、塌陷、錯位至結(jié)構(gòu)缺損,墓室內(nèi)彩繪層薄且明顯脫落,亟待保護(hù)。根據(jù)目前磚石墓葬、棺槨等完整遺跡結(jié)構(gòu)的整體保護(hù)方法[7-8],該墓葬可選擇磚體逐個編號拆除,再重組復(fù)原,或整體打包易地保護(hù)。綜合考慮墓葬價值,完整復(fù)原可行性及展示需求,欲采用整體遷移保護(hù)。墓葬整體穩(wěn)定性評估、搬遷風(fēng)險分析、缺損處外部土的去留及整體固型方式是本次保護(hù)工作的重點及難點。本工作欲建立物理力學(xué)模型進(jìn)行質(zhì)心校正、傾覆風(fēng)險分析,為固型方案提供數(shù)據(jù)支撐。并以此為例,嘗試探索有結(jié)構(gòu)缺損的非完整性墓葬搬遷保護(hù)方法,為同類需整體搬遷保護(hù)的墓葬提供固型方法借鑒。

1 保護(hù)前期調(diào)查

在未去除四周土體前、墓葬結(jié)構(gòu)暫穩(wěn)定狀態(tài)下,對磚體及接縫、彩繪層成分及繪制工藝進(jìn)行了初步分析,對墓室內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了高清攝影及三維掃描。

1.1 墓室結(jié)構(gòu)及雕刻內(nèi)容

磚室以土壙為支撐,磚塊楔入土壙中壘砌成磚墻,拼合成仿廳堂結(jié)構(gòu)。仿木構(gòu)件形成立柱、斗拱、門窗等主體,北墻磚雕形成“夫婦并坐圖”,東西兩側(cè)各拼接隔扇一組,東側(cè)呈“備食圖”、東西兩側(cè)呈“婦人啟門”圖。墓室磚表面殘留極薄彩繪層,以紅、黑顏料為主,分布于仿木結(jié)構(gòu)及人物部分;黃色較少,集中分布于北墻幔帳之上(圖2)。

圖2 墓室北壁“芳宴圖”及東壁“備食圖”Fig.2 Carvings titled “feast” on the north wall and “food preparation” on the east wall

1.2 材料、工藝初步分析

在墓室揭示的第一時間采用便攜式X射線熒光光譜儀(XRF)、顯微觀察等分析彩繪、磚雕材質(zhì)及工藝,并利用X射線衍射儀(XRD)、拉曼光譜對分析結(jié)果進(jìn)行補充驗證。

工藝調(diào)查結(jié)果顯示,磚體呈青灰色,質(zhì)地致密,磚塊間緊密銜接但并未黏連,應(yīng)采用了緊密堆砌的方式將磚塊直接嵌入土壙中壘砌拼合,與其他此時期的磚雕墓建成方式一致[2];彩繪層極薄,直接繪于磚表面,未見打底層。

XRF及XRD分析結(jié)果表明(表1),磚體主要含Si、Ca、Fe、Al、Mg等元素,主要物相成分為石英、鈣長石、鈉長石、云母、方解石等,兩者分析結(jié)果吻合;磚表面紅色、黃色以Fe元素為主,應(yīng)使用了土黃、土紅,XRD分析結(jié)果與此一致。黑色顏料XRF分析中未見主要顯色元素,取樣后通過拉曼光譜進(jìn)行補充分析,結(jié)果顯示為炭黑(圖3)。

表1 墓室磚體及顏料層元素成分Table 1 Element contents of bricks and the pigment layer in the tomb chamber (%)

圖3 墓室磚體、顏料成分分析結(jié)果Fig.3 Composition analysis of bricks and pigments in the tomb chamber

1.3 病害調(diào)查

墓室南、北、東三面磚結(jié)構(gòu)保存較好,西北受擠壓變形缺損嚴(yán)重,約占整面墻的二分之一。結(jié)構(gòu)缺損處磚塊脫離土壙,外部土向內(nèi)擠壓并填充至原磚結(jié)構(gòu)位置,暫時保持“穩(wěn)定”狀態(tài)。磚表面彩繪顏料層脫落較嚴(yán)重,南側(cè)墓門與磚雕人物表面,幾乎無顏料層殘留(圖4)。墓葬結(jié)構(gòu)穩(wěn)固及顏料層加固是搬遷保護(hù)的重點。

圖4 墓室西壁磚結(jié)構(gòu)缺損、顏料層脫落Fig.4 Structural defacts and pigment falling off on the west wall of the tomb chamber

1.4 墓葬結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性調(diào)查

因墓室存在上述結(jié)構(gòu)病害,在確定具體墓葬保護(hù)作業(yè)方案前,需針對墓葬整體物理結(jié)構(gòu)做建模分析,為后續(xù)文保工程提供理論依據(jù)。

以調(diào)查結(jié)果為依據(jù),墓室中保存完整的墻面為簡單磚砌體建筑,砌體間無黏性材料連接。建筑外層為黏土材質(zhì),工程作業(yè)時段為冬季,因此黏土濕度低、硬度高,可視為彈性黏連體。病害處黏土層與磚砌層混合,相互支撐,形成混合結(jié)構(gòu)。

在磚砌體建筑結(jié)構(gòu)分析中,根據(jù)砂漿、塊體以及二者的黏連方式可構(gòu)建整體式模型和分離式模型兩類數(shù)學(xué)模型[9]。其中整體式建模是將整個磚體結(jié)構(gòu)視為連續(xù)性材料,不考慮具體磚塊間的位移和力學(xué)相互作用。如鄔瑞峰等[10]提出的剪切拉壓開裂模型、張望喜等[11]提出的混凝土損傷塑性模型等可歸屬此類。分離式模型更側(cè)重于分析磚層間的相互作用機理,劉蒙等提出的“擴(kuò)展三體單元法”[12]以及Lourenco等[13]利用連續(xù)塊體單元、無厚度單元和預(yù)置裂縫單元對砌體結(jié)構(gòu)所做的分析屬于該類。

本研究的建模分析旨在為實際文物保護(hù)工程服務(wù),結(jié)合整體式模型和分離式模型兩種方法對墓室進(jìn)行分析。本次對墓室的整體遷移保護(hù),其核心問題在于起吊的重心配置和如何避免在遷移過程中發(fā)生墓室的二次結(jié)構(gòu)破壞。起吊重心的配置基本不受磚砌體間微小位移的影響,故采用整體式建模分析墓室的總體力學(xué)特性;在起吊過程中存在橫向晃動的可能,需要以分離式建模,考察磚層之間、磚墻與土層間的相互作用,為工程實施過程中的保護(hù)性措施提供理論指導(dǎo)。下面對各部分模型分析做具體闡述。

1.4.1質(zhì)心偏移校正 墓葬所在場地空間極為有限,暴露于室外有進(jìn)一步結(jié)構(gòu)破壞的風(fēng)險,因此需對墓室整體打包固型并吊裝搬遷。吊裝搬遷的首要問題在于確定搬遷整體的質(zhì)心位置,且由于西壁北部墻體破損,與外圍黏土形成互相依托關(guān)系,故需要對黏土層的去留問題進(jìn)行理論預(yù)先分析,評估不同固型方式下結(jié)構(gòu)缺損部位對質(zhì)心及吊裝穩(wěn)定性的影響。

為便于理論分析,取坐標(biāo)原點于墓室西南角外側(cè)(圖5)。根據(jù)質(zhì)心公式(1),對墓室整體質(zhì)心位置進(jìn)行計算,考量“完全去土”“保留缺損填充土”“保留缺損填充土及外部包裹土”3種固型方式的質(zhì)心分布情況。計算所涉參數(shù)均取實地樣品的實驗測量值,如下:四壁磚墻長2.4 m、高1.6 m、厚約0.16 m;墓門長1.2～1.24 m(計算中取最長1.24 m)、高1.6 m、厚0.32 m;坍塌面長1.64 m、高1.6 m、厚0.16 m;經(jīng)計算磚壁密度:1.6×103kg/m3;填充土密度:1.7×103kg/m3。

圖5 不同吊裝方案質(zhì)心位置Fig.5 Barycenter locations in different lifting approaches

(1)

經(jīng)計算(質(zhì)心計算過程通過“mass_center.nb”程序在Mathematica軟件運行),三種固型方式及相應(yīng)質(zhì)心位置(圖5)如下。

1) 破損。即完全去除填充在西壁破損處土層及墓室四壁外包裹土,僅保留原墓葬墻體。吊裝時其質(zhì)心位于(186,128,80)處。中心向東南角偏移,如不增加配重,在起吊過程中將出現(xiàn)失穩(wěn)側(cè)翻的事故。

2) 未破損。即保留西壁破損處的填充土,但去除四壁外包裹土。吊裝時其質(zhì)心位于(168,138,80)處。此方案的質(zhì)心在x方向(東西向)位于幾何中線處(x=168),但由于墓門的非對稱分布,使質(zhì)心在y方向(南北向)向南偏移,同樣在起吊過程中易引發(fā)失穩(wěn)。

3) 破損+留土。既保留西壁破損處填充土,又在墓室四壁外保留與封門處外沿厚度相同的外包裹土層(厚32 cm,圖中綠色部分)。此方案的幾何中心坐標(biāo)為(168,168,80),質(zhì)心坐標(biāo)為(167,168,80),二者在工程作業(yè)的精度范圍內(nèi)認(rèn)為重合。

可知采用保留缺損填充土及外部包裹土方式處理四壁,發(fā)生側(cè)翻事故的可能性最小、安全性最高。

1.4.2磚壁傾覆風(fēng)險分析 在整體吊裝過程中,還存在橫向動荷載的影響,需分析磚砌體的傾覆風(fēng)險。磚體墻面可視為無黏性連接的磚散體結(jié)構(gòu),對于此類建筑結(jié)構(gòu)可采用有限元數(shù)值模型[13]對墻體磚塊做微觀力學(xué)分析,該方法獲得的分析精度高,但同時計算量較大。針對磚砌體的立面結(jié)構(gòu),同樣可采用宏觀分層模型的立面建筑物穩(wěn)定性公式進(jìn)行分析,其在工程實踐中已證明具有足夠的可靠性并得到廣泛運用[14-15]。結(jié)合墓葬結(jié)構(gòu)情況,采用磚體的立面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性公式進(jìn)行分析。

(2)

式中,K為傾覆系數(shù),根據(jù)GBJ3-88《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》,并參考MorGain等通用結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中砌體的計算參數(shù)說明,非黏性磚體立面的傾覆系數(shù)在0.9～1.2間,考慮磚體外側(cè)的黏土保留層,取計算值為1.12[9];H為磚壁高度;p為施加在磚壁的橫向作用強度,單位N·m-2;b為磚壁厚度。γ是磚壁的容重,表征總重量和總體積的比值。

(3)

式中,g為重力加速度常數(shù),取9.8 m·s-2。

圖6 保留外部土厚度與墻壁橫向荷載關(guān)系圖Fig.6 Relationship between the wall lateral loading and thicknes of soil remaining outside

(4)

式中,角標(biāo)s表示保留外土層的參數(shù);b為磚壁的參數(shù)。

1.4.3內(nèi)側(cè)保護(hù)必要性分析 通過上述分析,保留外部土可以起到校正墓室質(zhì)心位置和增加抗橫向擾動的能力。但外部土層會對磚壁產(chǎn)生向內(nèi)側(cè)的壓力。根據(jù)朗肯理論(Rankine earth pressure theory),若土層高度小于等于磚壁高度,土層對磚壁存在內(nèi)向壓力(at rest pressure)[16],其內(nèi)向壓力強度為:

σr=(1-sinφ)γsH

(5)

2 搬遷保護(hù)

2.1 保護(hù)方式及技術(shù)路線

綜合上述模型分析,可確定固型方式為:四周保留32 cm厚度、與四壁高度一致的外部土,內(nèi)部采用木龍骨提供網(wǎng)格剛性支撐抵消側(cè)向四壁壓力,并采用發(fā)泡材料填充多余空間,可確保結(jié)構(gòu)缺損處穩(wěn)定性,使整個墓室在打包過程中形成整體。固型前須進(jìn)行彩繪層隔離加固,最終設(shè)計如下搬遷保護(hù)技術(shù)路線(圖7)。

圖7 搬遷保護(hù)技術(shù)路線Fig.7 Technological route of relocation conservation

2.2 彩繪加固隔離材料、工藝選擇

為確定材料、濃度、隔離保護(hù)工藝及效果,選取常用加固材料開展模擬試驗,考察材料加固、防霉、再處理能力,篩選出適宜材料及隔離保護(hù)操作工藝。

模擬實驗基底采用原墓磚,將其中一種原材料——土紅配以適量濃度明膠涂刷在磚表面并待其干燥,選擇明膠、桃膠、SF016、PB72四種常用粘接加固材料,1%、2%、3%、4%、5%五種濃度,“先覆紙后涂膠”和“先涂膠后貼紙”兩種操作工藝,按實驗設(shè)計(圖8)將宣紙貼附于彩繪層表面,模擬保護(hù)隔離操作。待各試驗區(qū)干燥后浸濕宣紙層,密封于透明罩中,并在保護(hù)罩中放入過飽和硫酸鉀溶液,模擬固型包裹后墓室內(nèi)封閉的高濕環(huán)境,分別間隔24 h、48 h、5 d、10 d、15 d進(jìn)行觀察,考察材料防霉效果。最后將玻璃罩取下,待各試驗區(qū)完全干燥,對宣紙試塊用飽水脫脂棉墊濕敷后輕柔揭取,模擬易地搬遷后拆包去除表面隔離層,考察可再處理性(圖9)。

圖8 模擬隔離層材料、操作工藝篩選實驗設(shè)計Fig.8 Design of the modeling experiment on the selection of materials for the insulation layer and operation processes

圖9 隔離層材料防霉效果模擬實驗Fig.9 Modeling experiment on the mould proof effect of insulation layer

結(jié)果顯示:

1) 同一材料,“先涂膠后貼紙”試塊粘附力較差,“先覆紙后涂膠”較好。SF016最易貼附,試塊濕潤即可貼敷且短時間內(nèi)不易脫落,PB72次之,桃膠和明膠均較難貼敷。

2) 操作工藝相同時,材料貼附程度有差異。以“先覆紙后涂膠”為例,明膠、桃膠試塊干燥后脫離磚體表面明顯,有不同程度起翹、褶皺、隆起,SF016與PB72貼敷效果更好。

3) 從不同濃度的貼附程度來看,當(dāng)濃度大于3%時,基本具有較強的粘附力,且隨著濃度的增加粘附力越好;

4) 試塊在24 h、48 h、5 d、10 d、15天 d,未見明顯霉變。

5) 在揭取隔離層時,桃膠、明膠因粘附力較差,貼敷飽水脫脂棉墊后即可輕易脫離彩繪層;PB72、SF016隔離層在宣紙完全濕潤時通過鑷子揭取方可脫離彩繪層,具有一定可再處理性。

6) 觀察揭取或脫落后宣紙試塊,未出現(xiàn)明顯顏料粘附。明膠、桃膠試塊對原顏料層隔離效果較好,未見顏料顆粒被宣紙帶下(或為貼敷力不強所致);PB72、SF016試塊有輕微顏料顆粒粘帶,但并未造成顏料層脫落或明顯脫色。

為此,記錄了隔離前及揭取后的各色塊色度值(用L,a,b表示,各測量點測量三次取平均值)并計算色差表征脫色程度(用ΔE表示),結(jié)果見圖10。結(jié)果顯示:ΔE最大值為2.83,最小值為0.18;ΔE在0～0.5之間有5組,在0.5～1.5之間有18組,1.5～3.0之間有17組,其中數(shù)值大于2的有9組,總體來看4種材料揭取前后色度變化不顯著,脫色不明顯。根據(jù)色差值與物質(zhì)顏色變化關(guān)系[18],4種材料實驗區(qū)具有明顯差異:“微量”變化在明膠實驗區(qū)中分布最多,其余3種材料相差不大;“輕微”變化在PB72和SF016實驗區(qū)分布較多,在明膠、桃膠實驗區(qū)分布較少;“能感覺到”變化在桃膠實驗區(qū)分布最多,PB72實驗區(qū)分布最少,在SF016、明膠與PB72實驗區(qū)相差不大?！拔⒘俊焙汀拜p微”變化,在PB72實驗區(qū)中分布最多,SF016、明膠次之,桃膠分布最少。

圖10 4種隔離材料揭取脫色情況色度表征結(jié)果圖Fig.10 Chromatic results of decolouring after insulation layer uncovering

結(jié)果表明:PB72揭取前后顏色變化最小,SF016與明膠揭取前后顏色變化較不明顯,與PB72效果接近,桃膠隔離層揭取后色差改變較為明顯。綜合考慮貼敷力、易操作性、脫色程度、色差變化、可再處理性等因素,及磚體回潮時材料宜具有水溶性的要求,且隔離操作正值夏季,為獲取較好的貼敷效果宜選溶劑揮發(fā)速度稍慢的隔離材料SF016水溶液為宜。操作時濃度選擇2%～3%,采用先貼覆皮宣紙,后在表面涂膠、微滲透膠液粘貼的操作工藝,既可基本滿足隔離層需求,又可兼顧可再處理。

2.3 整體打包與搬遷保護(hù)

2.3.1彩繪層預(yù)處理

1) 彩繪層清理、加固。

固型包裹后墓室將完全封閉一段時間,為降低彩繪層加固后產(chǎn)生霉變的風(fēng)險,采用竹簽、手術(shù)刀等工具機械清理表面附著物,對彩繪層均勻噴涂霉敵水溶液至干燥。清理過程中,采用與加固隔離層相同材料、低濃度SF016水溶液對脆弱彩繪層進(jìn)行預(yù)加固處理,直至彩繪層表面潔凈、顏料層穩(wěn)定貼附于磚體表面(圖11)。

圖11 顏料層表面清理、隔離Fig.11 Clearing and insulation of the pigment layer

2) 彩繪、磚雕隔離。

貼敷宣紙隔離時,根據(jù)磚面大小、凸起將宣紙裁成不同形狀、大小后,覆蓋在彩繪層表面,毛筆蘸取適量SF016水溶液涂刷在宣紙表面,使加固材料微滲透于宣紙層,與磚體完全貼合。試劑用量盡可能少,提供足夠的黏附力即可。表面凹凸不平處,用毛筆排出空氣,確保磚體表面完全被宣紙貼合覆蓋。

2.3.2磚室內(nèi)部支撐加固

為同時兼具強度和拆包時可再去除,磚室內(nèi)空間采用兼具剛性、柔性支撐的“泡沫-龍骨”體系填充支撐(圖12)。

圖12 磚室內(nèi)部支撐加固Fig.12 Supporting and consolidation inside the tomb chamber

1) 隔離緩沖層。

平衡4壁厚度,在宣紙隔離層表面覆蓋多層聚乙烯塑料泡沫板,再于泡沫板表面覆蓋一層木工板,泡沫板與木工板組成支撐龍骨受力的西壁緩沖層。

2) 剛性支撐。

選擇3 cm×5 cm規(guī)格的方木,制作成每層50 cm×50 cm,層間間隔50 cm的6層網(wǎng)格支撐結(jié)構(gòu)。固定龍骨位置時預(yù)留搬遷將產(chǎn)生的擠壓形變空間,確保搬遷過程中不會因內(nèi)部剛性過強而破壞墓葬結(jié)構(gòu),支撐時有意控制了龍骨與4壁之間支頂力,每層龍骨結(jié)構(gòu)以:既能使龍骨與木工板接觸、受一定擠壓力和摩擦力保證龍骨原位穩(wěn)定性,又保留龍骨與木工板間有微小緩沖為標(biāo)準(zhǔn)支撐。

3) 韌性支撐。

在龍骨網(wǎng)格空間中逐次澆入聚氨酯發(fā)泡材料填充剩余空間,直至磚室墓上開口,提供韌性和擠壓緩沖,使墓室內(nèi)部形成統(tǒng)一整體。待聚氨酯發(fā)泡材料膨脹定型后進(jìn)行表面修平、填補,用木工板對中空填充部分封頂。

2.3.3磚室外部適度去土及支撐加固

為平衡4面墻體強度配重,確保西壁不再出現(xiàn)擠壓、變形,并減輕固型包裹自重,去除外部土壙至32 cm時,始終保持四壁厚度基本相同。為避免西北角在底部分離時因震動塌陷、錯位或外包裹土體掉落,底部分離方向必須且只得選擇與缺損墻面垂直方向進(jìn)行,并提供剛性支撐兜底加固(圖13)。

圖13 磚室外部加固Fig.13 Consolidation outside the tomb chamber

具體操作如下:

1) 從磚室墓上沿開始,以20 cm為一個工作高度,由外向內(nèi)逐層去除外包土,控制4壁的清理厚度盡可能保持一致。原始磚結(jié)構(gòu)保存情況較好的,將土層去除至磚結(jié)構(gòu)完全顯露;原始磚結(jié)構(gòu)保存情況較差或無磚結(jié)構(gòu)保留之處,以保存較差的一側(cè)厚度為基準(zhǔn),其余3面外包土的保留厚度與之保持一致。清理結(jié)構(gòu)保存較差的部分時,4面同時由外向內(nèi)以每5公分為工作進(jìn)度逐層去除,任何一面或結(jié)構(gòu)損壞處最先出現(xiàn)磚塊移位或磚碎塊等現(xiàn)象時立即停止,以此為準(zhǔn)對其他位置進(jìn)行清理,最終保證每個工作高度四壁厚度基本一致,最厚不超32cm。

2) 邊清理邊用石膏麻布包裹加固。每完成一個工作高度的清理,將粗麻袋布裁減成約寬20 cm、長60 cm麻布條,蘸取石膏漿液形成麻布繃帶展平貼敷在清理后的外表面。由內(nèi)向外共貼敷三層,每一圈貼敷完成后,從貼敷的初始位置起,錯縫貼敷下一層,此時恰好第一層繃帶逐塊固化。每層繃帶貼敷完成后,用剩余石膏將未掛住石膏漿液的布眼進(jìn)行填充,最后一層繃帶完成貼敷后,在表面完整涂抹一層石膏漿液,至表面恰好看不出麻布孔隙時為止。

3) 根據(jù)墓室尺寸、外形,將槽鋼裁切成不同長度,使槽鋼寬面盡可能緊貼石膏包裹層,將槽鋼焊接為間隔50 cm的網(wǎng)格框架,固定石膏包裹并提供剛性支撐。因墓室外包土并未完全去除,為避免在底部分離時外包土出現(xiàn)松散、掉落、向外擠壓石膏麻布層造成變形、失去加固效果的情況,將墓室四壁外的槽鋼框架在網(wǎng)格的基礎(chǔ)上制作成“米”字型,起到固型作用。最后將網(wǎng)格鋼架結(jié)構(gòu)下端與底部分離的槽鋼聯(lián)排焊接、固定。

2.3.4磚室底部分離

固型打包時處于冬季,土臺基受凍融作用影響,可能產(chǎn)生承重裂隙。在完成固型后需盡快在墓室結(jié)構(gòu)底部形成一個剛性支撐,同時起到分離作用。待墓室內(nèi)外固型工作完成后,經(jīng)專業(yè)人員評估,墓室本體、外包土及加固支撐材料總重約25噸,分離所采用的鋼材和結(jié)構(gòu)要承受上述重量,宜在鋼聯(lián)排后再垂直間隔焊接工字鋼,形成網(wǎng)格狀底部支撐,且槽鋼和工字鋼連接處需點焊加固。

為減少摩擦力,底部分離采用逐步替換法完成。墓室西墻的結(jié)構(gòu)塌陷,只能以東西方向貫穿替換。以墓室東西墻中心為起點,探鏟沿石膏包裹層下,從東西墻兩側(cè)同一位置,同時對向中間水平打孔。當(dāng)打孔貫穿后,根據(jù)插入槽鋼的寬度,對孔進(jìn)行修平,將槽鋼寬面緊貼墓底放入孔洞中。以此槽鋼插入點為基準(zhǔn),采用同樣的打孔方法向兩側(cè)逐一開孔插入槽鋼,每根槽鋼間盡可能緊貼,每插入一根槽鋼將其與相鄰槽鋼并排焊接,直至最后槽鋼連成一排,既支撐又達(dá)到底部分離的目的。

在逐個替換槽鋼的過程中,為減少槽鋼受重力下壓彎曲變形,在槽鋼兩側(cè)露出部分下方垂直搭一根工字鋼橫梁,每隔50 cm在橫梁下架設(shè)一個千斤頂,頂起橫梁至槽鋼保持水平。

2.3.5磚室底部加固

根據(jù)包裹預(yù)估重量,在槽鋼分離層下,與槽鋼聯(lián)排方向垂直,采用同樣打孔方式,南北兩側(cè)同時打孔至貫穿后,每間隔45 cm插入承重能力更強的20#H型鋼,并對與槽鋼的每個接觸點進(jìn)行焊接。同時在每根H型鋼跨度間,橫向連接H型鋼端頭,使H型鋼形成一個完整的網(wǎng)格底盤固定整個鋼架結(jié)構(gòu),使所有鋼架結(jié)構(gòu)形成一個完整的整體(圖14)。

圖14 底部加固與支撐Fig.14 Supporting and consolidation at the bottom of the tomb

2.3.6搬遷運輸

經(jīng)物理模型計算及固型后專業(yè)人員評估,該墓室結(jié)構(gòu)重心即位于中心,吊點應(yīng)設(shè)置于鋼架底盤兩側(cè),焊接兩根承重力更大的H型鋼。綜合考慮目前包裹重量、吊點位置、起吊車位置及臂桿工作半徑,選用40#國標(biāo)H型鋼焊接在底座南北兩側(cè),兩端各伸出20公分,作為吊點。

3 保護(hù)方法的思考與探討

1) 磚結(jié)構(gòu)的缺損部位固型以及在操作搬遷過程中的穩(wěn)定性應(yīng)是首要考慮因素,應(yīng)充分評估并設(shè)計針對性的技術(shù)路線。結(jié)構(gòu)缺損處通常在考古發(fā)掘時呈現(xiàn)暫時“穩(wěn)定”狀態(tài),靠包裹土壙固定或現(xiàn)有結(jié)構(gòu)塌陷搭接保持內(nèi)應(yīng)力,一旦抽取磚體或施加外力不均勻,必然造成“穩(wěn)定”狀態(tài)失衡,可能導(dǎo)致此處結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的破壞或缺失。此次保護(hù)在制定方案前,預(yù)估了可能使暫穩(wěn)狀態(tài)失衡的3個風(fēng)險環(huán)節(jié):本體內(nèi)外加固平衡的作用力、底部分離過程中上抬撬動的作用力、吊裝時向內(nèi)擠壓的作用力,為此嘗試建立物理模型并計算評估外部土去留程度與質(zhì)心穩(wěn)定性、傾覆風(fēng)險關(guān)系,確定了保留缺損土并去除外部土至32 cm的方式使缺損處所在的西壁保持整體性及墓室4面配重平衡,在起吊時重心即質(zhì)心。墓室空間木龍骨網(wǎng)格剛性與發(fā)泡材料組合填充支撐確保具有對抗向內(nèi)擠壓力的同時具有一定空間來緩沖擠壓力,底部分離方向選擇與塌陷西壁平行,減少底切撬動力,吊裝時另加H鋼設(shè)吊點,減少起吊作用力直接作用于文物包裹本體。

2) 文物本體的隔離保護(hù)應(yīng)兼顧后期再處理、展示,設(shè)計有關(guān)操作工藝、材料、效果的模擬篩選實驗。本次工作中,為使彩繪層不再脫落,同時考慮隔離保護(hù)材料的再處理難易程度、封閉環(huán)境下隔離材料保護(hù)效果等,設(shè)計模擬實驗時重點考量材料加固效果、篩選涂刷工藝、再揭取時脫色程度以及材料防霉性,盡可能確保篩選的材料可以減少對彩繪層的影響、提高再展示的工作可行性。

3) 在確保文物安全固型、搬遷保護(hù)的前提下,可對剛性加固材料進(jìn)行組合優(yōu)化,減輕包裹自重,減少再處理時工作難度,便于展示利用。本次工作中為減輕自重、增強緩沖效果,在內(nèi)部四壁上覆3層塑料泡沫板并在龍骨空間填充發(fā)泡材料,外部剛性支撐縫隙中填充塑料泡沫塊。鋼材的承重力優(yōu)化還有可再提升的空間,將在下次工作中進(jìn)一步改進(jìn)。

4 結(jié) 論

1) 本次搬遷保護(hù)引入質(zhì)心偏移校正、磚壁傾覆風(fēng)險分析物理模型、計算評估墓葬搬遷風(fēng)險環(huán)節(jié),指導(dǎo)實現(xiàn)缺損處保留外部包裹土固型,為搬遷保護(hù)方案提供數(shù)據(jù)支撐及科學(xué)依據(jù);

2) 針對固型前顏料層隔離保護(hù),設(shè)計開展模擬實驗,完善搬遷保護(hù)技術(shù)路線,使保護(hù)方案具有針對性、適應(yīng)性、可行性,兼顧后期可再處理、再展示工作;

3) 通過模擬實驗、建模分析,使文物本體保護(hù)、搬遷過程實現(xiàn)科學(xué)量化,探索了有結(jié)構(gòu)缺損但價值高、需整體保護(hù)的非完整性墓葬異地搬遷保護(hù)的規(guī)程化方法,可為后期同類型的其他保護(hù)工作提供參考。