[摘要]現(xiàn)存西安城墻是在隋大興城、唐長安城皇城的基礎(chǔ)上擴(kuò)建而形成的。城墻磚表土芯的建筑特征決定了它不會(huì)像石質(zhì)建筑一樣的堅(jiān)固，它處于不斷的消蝕狀態(tài)，在風(fēng)雨、人為的侵蝕下發(fā)生著細(xì)微乃至巨大的變化，裂縫、沉降、鼓脹、剝蝕等的問題在它的體內(nèi)滋生蔓延著。保護(hù)者應(yīng)當(dāng)了解表面之下的內(nèi)容，在不損害文物的前提下，利用現(xiàn)代技術(shù)主動(dòng)了解古代城墻的內(nèi)部變化規(guī)律。針對(duì)目前西安城墻存在的問題，通過科學(xué)的勘查之后，今后一段時(shí)期保護(hù)的首要任務(wù)是防水措施的改善，其次是加強(qiáng)現(xiàn)代手段的重點(diǎn)部位的監(jiān)測(cè)，在此基礎(chǔ)上減少或防止有害的人類活動(dòng)，并有針對(duì)性地選擇合適的方式進(jìn)行工程治理。

[關(guān)鍵詞]西安城墻;現(xiàn)代勘察技術(shù);文物保護(hù)

[中圖分類號(hào)]K872[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1005-3115(2010)08-0152-03

一

現(xiàn)存西安城墻是在隋大興城、唐長安城皇城的基礎(chǔ)上擴(kuò)建而成的。唐長安城規(guī)模宏大、氣勢(shì)磅礴，是當(dāng)時(shí)世界第一大都會(huì)，但是在唐末朱溫棄長安而奔洛陽的戰(zhàn)亂中，失去了帝都的驕傲，成為一座面積空曠、衰敗不堪的城池。佑國軍節(jié)度使韓建為了戰(zhàn)略防御的需要將長安城圍隔成只剩下面積不到原來1/3的皇城范圍，從而形成了一個(gè)所謂的“新城”。隋唐以后，五代、宋、元?dú)v朝只將西安作為一個(gè)軍事的、行政的治所在經(jīng)營。西安不再是政治的中心，也失去了往日的輝煌，但是西安城墻歷代均有修繕。明朝初年，朱元璋分封他的次子朱樉為秦王，坐鎮(zhèn)西安，鎮(zhèn)守西北。為了迎接秦王的到來，也為了西北的防守，明洪武三年(1370)，在當(dāng)時(shí)長興侯耿炳文的主持下，將“新城”的基礎(chǔ)向東、向北擴(kuò)展形成現(xiàn)存的西安城墻。由于對(duì)新城的西墻和南墻沒有做大的改動(dòng)，因此，現(xiàn)存的西安城墻仍留存著隋大興城、唐長安城的余韻。

不論是隋大興城、唐長安城，還是明初西安城墻，都是夯筑的土墻，或者只是在城門處包砌著城磚，裸露的黃土在風(fēng)雨中逐漸消蝕著。明隆慶年間，陜西巡撫張祉在城墻的外側(cè)包砌了青磚，既抵擋了火器的進(jìn)攻，又抵擋了風(fēng)雨的侵蝕。清乾隆年間，陜西巡撫畢沅為了以西安城墻的堅(jiān)固之軀抵擋住西北地區(qū)回民起義的蔓延，奏請(qǐng)朝廷撥銀修繕西安城墻。在這次修繕中，畢沅首先削寬補(bǔ)窄，統(tǒng)一了城墻的高、寬;其次整修了城墻的排水系統(tǒng);最后在城墻的頂上鋪設(shè)了海墁，外側(cè)包砌了青磚。畢沅的這次整修基本是我們今天看到的西安城墻的外觀。近代以降，城墻在強(qiáng)大的現(xiàn)代武器的攻擊下，基本失去了原有的戰(zhàn)爭防守優(yōu)勢(shì)，日漸淡出歷史舞臺(tái)，毀壞在所難免。20世紀(jì)80年代，人們又對(duì)千瘡百孔的城墻進(jìn)行修繕、復(fù)原……期望它身上所背負(fù)的歷史能夠一代一代地流傳下去，歷史的鏈條能夠永續(xù)。

二

城墻磚表土芯的建筑特征決定了它不會(huì)像石質(zhì)建筑一樣堅(jiān)固，它總是處于不斷消蝕狀態(tài)，總是在風(fēng)雨、人為的侵蝕下發(fā)生著細(xì)微乃至巨大的變化?，F(xiàn)在的城墻雖然作為一個(gè)歷史的印記被細(xì)心地呵護(hù)著，但是裂縫、沉降、鼓脹、剝蝕等問題在它的體內(nèi)滋生、蔓延著，人們看到的是表面的痕跡，可是不知道在青磚之下的夯土之中發(fā)生著什么，它們會(huì)引起什么樣的后果。平遙城墻兩次突然坍塌，讓大家感到文物保護(hù)工作的艱巨性。保護(hù)者應(yīng)當(dāng)了解表面之下的內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)在不損害文物的前提下，利用現(xiàn)代的技術(shù)主動(dòng)地了解古代城墻的內(nèi)部變化規(guī)律。這就是對(duì)西安城墻進(jìn)行現(xiàn)代技術(shù)勘察、調(diào)查的緣起。

對(duì)于西安城墻的勘察工作是由機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)院來承擔(dān)的，此項(xiàng)工作其實(shí)在20世紀(jì)90年代初就已經(jīng)進(jìn)行了。當(dāng)時(shí)只是利用全站儀等儀器對(duì)東、西、南、北四座甕城進(jìn)行沉降、位移的觀測(cè)。主要是觀測(cè)墻體以及古建筑在水平、垂直方向的變化，以便掌握古城墻在自身以及外界環(huán)境中的發(fā)展變化，及時(shí)采取各種保護(hù)措施。這次是在繼續(xù)原來工作的基礎(chǔ)上，首次利用現(xiàn)代手段系統(tǒng)勘查墻體表體城磚、內(nèi)部夯土的構(gòu)造和變化。

雖然是利用現(xiàn)代的技術(shù)對(duì)城墻各類病害進(jìn)行調(diào)查、勘測(cè)、分析，但是13.74公里的勘察范圍決定了工作的開展首先是選擇有代表性的區(qū)段來進(jìn)行。對(duì)于區(qū)段的選擇，首先考慮的是沉降、裂縫較為嚴(yán)重的區(qū)域，同時(shí)又兼顧到盡可能多的包含城墻各個(gè)時(shí)期的信息，具有較為廣泛的代表性。因此最終選定南段城墻的14、16號(hào)馬面作為先期工作的區(qū)段。

工作中以病害表象為線索，采用多種手段有目的、有重點(diǎn)地進(jìn)行揭示和探查。在調(diào)查與測(cè)繪方面，首先調(diào)查城墻的整體情況，然后對(duì)重點(diǎn)部位的14、16號(hào)馬面區(qū)段的周圍環(huán)境、歷史修繕、地質(zhì)情況、現(xiàn)狀等進(jìn)行調(diào)查，現(xiàn)場測(cè)量、編錄、描述、攝像等手段同時(shí)進(jìn)行。在勘探與測(cè)繪方面，采用探井、探槽、鉆孔和動(dòng)力觸探等手段揭示城墻墻體結(jié)構(gòu)、地基條件、裂縫與沉陷的空間特征。在室內(nèi)資料的分析和試驗(yàn)方面，針對(duì)城墻墻土和地基土的常規(guī)物理力學(xué)性質(zhì)、壓縮、濕陷、抗剪等重要性質(zhì)、物質(zhì)成分組成和生物等進(jìn)行土工試驗(yàn)、物質(zhì)成分與生物成分分析試驗(yàn)等;同時(shí)還專門對(duì)海墁鋪設(shè)的城磚進(jìn)行了強(qiáng)度的測(cè)試。14、16號(hào)馬面處基本上包含了西安城墻目前所面臨的幾種主要的“病害”類型:海墁及墻體上的裂縫、沉降、外墻體的鼓脹、剝蝕等，針對(duì)各種不同的“病害”，工作的方法以及意圖存在著差異。

(一)針對(duì)海墁及墻體體裂縫的勘察

海墁及墻體上的裂縫是城墻保護(hù)中經(jīng)常見到的破損類型，但是，裂縫內(nèi)部的走向以及波及范圍是看不到的，為了掌握裂縫的表面以及內(nèi)部變化，進(jìn)而探討裂縫對(duì)于城墻保護(hù)所帶來的危害到底有多大，首先對(duì)海墁所在的平面建立坐標(biāo)系，在此基礎(chǔ)上每隔一定的距離控制一次裂縫的位置，測(cè)量寬度，拍攝照片。在探槽中，以水平方向和深度方向建立坐標(biāo)，在此坐標(biāo)系統(tǒng)下對(duì)揭露的裂縫定位，然后沿一定的下挖距離測(cè)量裂縫的寬度并進(jìn)行描述，針對(duì)探井揭露的裂縫，沿井深方向編錄、描述和拍攝。在鉆探中，強(qiáng)調(diào)觀測(cè)鉆遇裂縫、洞穴時(shí)的轉(zhuǎn)速以及掉鉆情況，及時(shí)進(jìn)行記錄和芯樣描述，這樣就從整體上掌握了表面的裂縫在海墁之下和夯土中的延伸和發(fā)展情況，有助于區(qū)分不同的裂縫種類，在遇到裂縫時(shí)可以根據(jù)城墻周圍環(huán)境以及原來維修的狀況，判斷裂縫產(chǎn)生的不同情況，采取不同的處理措施。

(二)針對(duì)沉降的勘察

城墻上的不均勻沉降一般以海墁處最為明顯。沉降的發(fā)生有時(shí)伴有裂縫的形成。14號(hào)馬面區(qū)段是海墁沉降最為嚴(yán)重的區(qū)域，就是由三條裂縫圍成的北側(cè)范圍。沉陷中心相對(duì)于沉陷邊緣的相對(duì)沉降量不小于40毫米。

對(duì)于夯筑城墻來說，沉降的發(fā)生是由于夯筑土自身的積淀以及外因的影響，但是對(duì)于磚砌城墻，人們看不到包磚之下的沉降是磚和夯土一體沉降，還是夯筑土和磚體各自發(fā)生著不同程度的沉降。通過對(duì)沉降區(qū)域的勘察后發(fā)現(xiàn)，沉陷區(qū)域一般都伴有大面積的脫空現(xiàn)象，這在探槽中有明顯的揭露，另根據(jù)現(xiàn)場用重錘擊打海墁磚砌體層探測(cè)發(fā)現(xiàn)，探槽、探井以外的區(qū)域，也發(fā)現(xiàn)有空洞的聲音，結(jié)合探槽揭示的情況推測(cè)，該沉降區(qū)域的磚砌墻體與夯筑土體之間存在不同程度的脫空現(xiàn)象。

(三)針對(duì)夯土密實(shí)性的實(shí)驗(yàn)

本次勘察工作室內(nèi)研究和分析的標(biāo)本均來自現(xiàn)場勘察中取自探井、探槽、鉆孔中的樣品。

作為夯土組成的建筑物，密實(shí)性在土的常規(guī)物理學(xué)性質(zhì)中是決定土工程地質(zhì)性質(zhì)的重要因素之一。當(dāng)土達(dá)到最大密度或孔隙比達(dá)到最小時(shí)，土的可壓縮空間就大大地減小。隨之土的濕陷性和壓縮性就相對(duì)地降低和減少。

由于城墻芯墻是由黃土夯筑而成，夯筑土的密實(shí)性將決定和直接影響墻體的穩(wěn)定與安全，同時(shí)，夯筑土的不同的密實(shí)性和包含物也可以間接地反映夯筑土的時(shí)代。對(duì)于夯筑土密實(shí)性的分析，可以幫助了解夯筑土的年代，沉降發(fā)生的原因，以及城墻芯墻的荷載能力。

(四)針對(duì)夯土濕陷性的實(shí)驗(yàn)

黃土的濕陷性特質(zhì)決定了城墻夯筑土芯的建筑構(gòu)造在遇到水的時(shí)候，可能發(fā)生形制的改變，進(jìn)而引起城墻墻體的裂縫或者不均勻沉降、鼓脹等。而城墻經(jīng)過了幾百年的風(fēng)雨滄桑，積水下滲不可避免，這也就是引起一系列病害問題的前因。針對(duì)這一問題，本次勘察在探井、探槽中采取不擾動(dòng)土樣對(duì)夯筑土的自重濕陷性、濕陷的起始?jí)毫σ约皩?shí)際壓力下的濕陷系數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

濕陷的起始?jí)毫κ屈S土浸水飽和開始出現(xiàn)濕陷時(shí)的壓力，但作用力低于濕陷起始?jí)毫r(shí)，土并不發(fā)生濕陷，只有作用力達(dá)到此值時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)濕陷。新時(shí)期，城墻的原始功用減弱，歷史文化價(jià)值凸現(xiàn)，城墻上面會(huì)舉辦一些大型的活動(dòng)，這就增加了城墻上承受的荷載，因此，確定濕陷起始的壓力就很有意義。

由于城墻是一個(gè)用黃土夯筑而成的地上構(gòu)筑物，要研究芯墻夯筑土的濕陷性是無法套用《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB50025-2004)中的模型和公式的。因此，將雙線法壓縮實(shí)驗(yàn)測(cè)定的各種深度土樣在不同等級(jí)壓力下的濕陷系數(shù)，繪制成濕陷系數(shù)與壓力的關(guān)系曲線來分析研究。并結(jié)合夯筑土的密實(shí)性特點(diǎn)，分析其濕陷性規(guī)律。掌握了夯筑土濕陷性規(guī)律，今后在舉辦活動(dòng)、調(diào)查病害原因等方面，就可以進(jìn)一步依照實(shí)際狀況安排活動(dòng)，組織維修等。

(五)針對(duì)黃土壓縮性、抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)

城墻芯墻夯筑土的壓縮變形是產(chǎn)生城墻病害，從而危及城墻穩(wěn)定與安全的重要因素之一。也就是夯筑土的芯墻在外力作用下發(fā)生的變化，引起包磚的變化，從而產(chǎn)生了沉降、裂縫、鼓脹等問題。本次勘察，采取了 106件不擾動(dòng)土樣，在室內(nèi)進(jìn)行了壓縮系數(shù)測(cè)定，研究夯筑土在外力作用下產(chǎn)生壓縮變形的大小，分析夯筑土的壓縮性規(guī)律。

西安城墻底寬16～18米，頂寬12～14米，高12米，從城墻腳至海墁表面高度約10米，橫截面呈梯形。在畢沅統(tǒng)一城墻高、寬比率的時(shí)候，已經(jīng)充分地考慮了墻體整體穩(wěn)定性的問題，但是現(xiàn)在的西安城墻猶如一位邁入暮年的老人，肌體處于衰退階段，任何過量荷載都有可能引起致命的危險(xiǎn)。通過本次勘察可知墻體內(nèi)部存在較多的裂縫，一些裂縫寬大而且相互貫通，對(duì)城墻的穩(wěn)定性帶來很大威脅。針對(duì)這一問題，在相應(yīng)的位置采取了不擾動(dòng)的夯筑土進(jìn)行了直剪試驗(yàn)和三軸壓縮試驗(yàn)。

(六)其他方面的試驗(yàn)

西安城墻地基土工程距今已有600余年的歷史，部分墻段地基的歷史超過了1500余年。應(yīng)該來說已經(jīng)處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)之中，但是隨著現(xiàn)代城市的建設(shè)、周圍環(huán)境的變化，地基還會(huì)處于相對(duì)變化之中，因此，在本次勘察中針對(duì)地基進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)。例如常規(guī)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)、密實(shí)性、濕陷性、抗剪性等。

城墻的構(gòu)造為夯筑土的芯墻外面包砌青磚，磚砌體的裂縫使城墻芯墻由封閉的環(huán)境系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為開放的系統(tǒng)，并且磚砌體給芯墻帶來了新的荷載。為了掌握包砌青磚對(duì)墻體的影響，又進(jìn)行了城磚力學(xué)性質(zhì)的測(cè)試、磚砌體形成的附加荷載的測(cè)試。

水是城墻保護(hù)工作中的最大障礙。為此測(cè)試了城墻土體中的含水率，分析了水源與土體浸水途徑。

三

城墻雖然是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單的構(gòu)筑物，但是幾百年的歷史使它的內(nèi)部構(gòu)造、相鄰的外部環(huán)境都發(fā)生了很大變化。新時(shí)期，城墻基本的軍事功能消失了，人文功能逐漸凸現(xiàn)出來，隨之而來的是城墻保護(hù)工作的艱巨性?；谶@樣的現(xiàn)狀，以14、16馬面為基點(diǎn)，對(duì)城墻目前面臨的主要問題進(jìn)行了點(diǎn)上的勘察，以期以點(diǎn)來反映墻體內(nèi)、外部的真實(shí)狀況，為整個(gè)城墻的保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

通過這次勘察綜合分析研究，城墻病害的內(nèi)因是土體的密實(shí)程度決定的濕陷性、壓縮性、抗剪性，而外因主要是水浸入土體而帶來的土體濕陷性、壓縮性、抗剪性的變化。其次，墻體與地基中的洞穴、墻體與地基所承受的荷載的變化(重復(fù)性加、卸荷載)、海墁磚砌體的防水作用、芯墻外包砌青磚的擋土作用等，都對(duì)城墻的裂縫、沉降、鼓脹等的發(fā)生、發(fā)展有著一定的影響。

在城墻的保護(hù)工作中，應(yīng)當(dāng)貫徹“以防為主，防治結(jié)合”的原則，而“以防為主”的前提是要明確知道墻體上沉降、裂縫、鼓脹、剝蝕等病害發(fā)生、發(fā)展的原因，只有知其然，才能知其所以然，才能采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。通過對(duì)城墻進(jìn)行現(xiàn)代手段的勘查，深層了解墻體表層之下的運(yùn)動(dòng)狀況，才能進(jìn)一步防患于未然。針對(duì)目前西安城墻存在的問題，通過科學(xué)的勘查之后，今后一段時(shí)期保護(hù)的首要任務(wù)是防水措施的改善。其次是加強(qiáng)現(xiàn)代手段的重點(diǎn)部位監(jiān)測(cè)，在此基礎(chǔ)上減少或防止有害的人類活動(dòng)，并有針對(duì)性地選擇合適的方式進(jìn)行工程治理。