張利偉

（新鄉(xiāng)學院土木工程與建筑學院，河南新鄉(xiāng)453003）

蔡國故城城墻損壞成因與保護方案

張利偉

（新鄉(xiāng)學院土木工程與建筑學院，河南新鄉(xiāng)453003）

針對蔡國故城城墻出現(xiàn)的滑塌、沖溝和崩塌等病害，分析了形成的原因，并提出了相應的保護方案和處理措施。

故城城墻；滑塌；沖溝；崩塌；保護

夯土墻是指用夯土方法修筑的墻。這種城墻的出現(xiàn)，在我國古代文明發(fā)展史上具有重要的標志意義［1］。蔡國故城是西周到春秋時期的一座歷史名城，也是保存相對較好的先秦時代的都城之一。由于歷史變遷、環(huán)境因素、人為破環(huán)等原因，城墻的完整性遭到了嚴重破環(huán)。

1　蔡國故城城墻基本概況

蔡國故城位于中原腹地，隸屬于駐馬店上蔡縣，又名“臥龍崗”。故城城墻的保護日益受到政府的重視，上個世紀末期，國務院已將蔡國故城列為全國重點文物保護單位。

蔡國故城城墻歷經(jīng)3 000多年的歷史變遷、自然侵蝕、大氣降水、人類的破環(huán)等，目前墻體多處出現(xiàn)了諸如滑塌、沖溝、崩塌等病害。本文主要研究蔡國故城城墻北段。沖溝是本段城墻南側主要的破壞形式，沖溝多達27處；滑塌是本段城墻北側主要的破壞形式，滑塌達到16處，而且均為大規(guī)模的滑塌，其中，在烽火臺北面、南面均出現(xiàn)了最為嚴重的滑塌，已經(jīng)危及烽火臺，亟需采取措施進行保護［2］。

2　蔡國故城城墻損壞成因分析

2.1滑塌成因分析

在水的沖刷、滲透等作用下，城墻墻體上的部分土體發(fā)生滑移的現(xiàn)象，稱為滑塌。滑塌是多種影響因素綜合作用的結果。

其內因主要有城墻墻體的結構構造和土體的相關性質。城墻由基層和覆蓋層等基本構造層組成，其中基層是指墻體結構保存較完整的夯土層，覆蓋層是指受水的軟化、風化（物理風化、化學風化、生物風化）等作用而遭受破壞的土層。墻體的覆蓋層厚度是依靠專業(yè)人員在現(xiàn)場進行實測得到的，此段城墻共選擇了具有代表意義的21個剖面，利用洛陽鏟針對每個剖面選擇不同位置進行現(xiàn)場勘測。勘測結果顯示：墻體覆蓋層厚度為0.2～1.8 m，平均厚度達到了1.1 m，其中發(fā)生滑塌的墻體覆蓋層厚度較小。覆蓋層厚度的分布受土顆粒沉積的坡形的影響，一般情況下，覆蓋層厚度沿斜坡向下逐漸加大，但是在坡肩處和已滑動處，其厚度較薄。

外因主要是降水和人為挖掘。1960年之后，當?shù)卮罅块_建一些工程，對土體的需求量增大，于是人們開始在城墻坡腳處大量取土，取土位置主要是覆蓋層。大量的取土使墻體坡腳增大，坡體不穩(wěn)定性增大，尤其是在城墻的北側，情況最為嚴重?；念愋腿Q于坡腳被挖的程度，通過現(xiàn)場調查，此段城墻的滑塌類型主要有兩種：切層滑塌和覆蓋層滑塌。

切層滑塌的機理分析：由于覆蓋層土體被挖嚴重，夯土層裸露，在水的沖刷、風化等作用下，加上人為卸荷以及漲縮作用，夯土層土體出現(xiàn)了一系列的裂縫，當遇到豐水期時，有著較大坡腳的城墻夯土層在動水壓力和水的軟化作用下，土層的強度會小于下滑力進而發(fā)生剪切破壞形成滑塌，滑塌處具有近圓弧狀的滑動面。此類滑塌較少，只在烽火臺處發(fā)生過。

覆蓋層滑塌的機理分析：松軟的覆蓋層在汛期到來時，容易吸入雨水，隨著覆蓋層土體中含水量的增加，墻體土體強度降低，由于水的沖刷作用和土體自重的影響，覆蓋層沿下部基層和覆蓋層的分界面開始滑塌。

2.2沖溝成因分析

沖溝形成的原因主要有雨水的沖刷作用和城墻頂面與坡面的組合形態(tài)。流動的水具有攜帶重物的能力，水流速度越大攜帶重物的能力越強；同時流動的水具有切割侵蝕土體的作用，這種作用分為下蝕和側蝕，下蝕使得沖溝加深，側蝕使得沖溝變寬，水流速度越大切割侵蝕土體的作用就越強。水流速度的大小取決于水頭差和水流所受的阻力，在水頭差一定的條件下，水流速度的大小取決于水流的形態(tài)；水流的形態(tài)分為線流和片流，片流因所受城墻黏土顆粒的阻力大而速度較小，線流則因受阻力小而速度較大，匯集線流的大小取決于城墻頂面和坡面的高低起伏狀態(tài)組合，凡有利于雨水匯集的地貌組合必然會形成沖溝。雨水在較低凹處匯集下流，對城墻進行沖蝕切割。沖溝侵蝕發(fā)育程度與該區(qū)強雷暴雨有密切關系，沖溝發(fā)展的最后結果必然會帶來城墻的滑塌和崩塌，造成坡體變形。

2.3崩塌成因分析

城墻的崩塌是指部分城墻邊坡坡度較大，墻體的部分土塊受地震或爆破引起的震動等偶然荷載作用而脫離母體的現(xiàn)象。一般情況下，高而陡的斜坡前緣由于卸荷和應力重分布等原因出現(xiàn)長而深的裂縫，這些裂縫與其他結構面組合，就出現(xiàn)了連續(xù)貫通的分離面，土體在雨水和震動等誘因作用下發(fā)生崩塌。土體的內部結構、地形地貌和風化作用等對崩塌的形成都有很大的影響?？傮w來講，形成崩塌應具有三個基本條件，即地質構造、巖土類型和地形地貌，這三個條件統(tǒng)稱為地質條件。

3　蔡國故城城墻遺址的保護方案

3.1保護設計原則

按照《紀念建筑、古建筑、石窟寺等修繕工程管理辦法》和《中華人民共和國文物保護法》等有關規(guī)定，參照國際土遺址保護工程范例，堅持“保護為主，搶救第一，合理利用，加強管理”的方針和“修舊如舊，不改變文物原狀”的設計原則［3］，對蔡國故城城墻北段進行全面的整修。保護工程以搶險加固為主，同時避免對遺址造成新的損壞和影響。

3.2保護方案的設計

3.2.1滑塌治理措施

（1）對于滑塌已終止的城墻邊坡，覆蓋層已經(jīng)滑走，邊坡已穩(wěn)定，如滑塌8、9、10和13，治理方案如下。方案一：此類滑塌具有較陡的坡度，均采用擋土墻設計。在擋土墻長度方向上每隔5 m砌筑扶壁，厚度為500 mm，且扶壁高度與寬度的比值為1.7∶1。墻體與擋土墻的接縫處進行防水處理，防水材料采用防水卷材。在擋土墻的周圍進行藤類植物的種植，避免擋土墻裸露，遭受侵蝕，也使得擋土墻與周圍環(huán)境相協(xié)調。方案二：采用楔形擋土墻，其高度與寬度的比值為6.2∶1，擋土墻頂端墻寬取240 mm，下部做放大基礎，基礎下墊層材料用石塊。擋土墻頂與墻體的接縫處做防水處理，防水材料采用柔性卷材。為掩蓋裸露擋土墻，使擋土墻達到與周圍環(huán)境相協(xié)調的美觀效果，在擋土墻周圍種植藤類植物。其中滑塌9因表面已成密實狀態(tài)，整體趨于穩(wěn)定，故不做處理。

（2）對于已發(fā)生過滑塌，以后仍有可能發(fā)生滑塌的城墻邊坡，如滑塌1、2、3、4、5、11、14、15和16，均進行抗滑樁+護腳設計，即在下部1 m處進行砌筑護腳。針對未發(fā)生過滑塌的邊坡，土體一般穩(wěn)定，但是受后期外營力（如雨水）的影響，仍可能導致墻體失穩(wěn)，故需進行加固處理，如滑塌6、7和12。對于滑塌6，采用灌漿法處理［4］，通過注漿管把漿液注入覆蓋層內，而尚未達到夯土層，這樣既提高了覆蓋層的土體強度，又沒有破壞夯土層，即使受到雨水的作用，注漿后的覆蓋層也不容易被雨水沖刷，達到了保護夯土層的目的。對于滑塌7，可以采用夯筑法，即采用崩解石灰和亞黏土加水混合夯筑，石灰比例小，土的比例大，分層夯筑，每段夯層厚度為12～15 cm，夯層密實，層與層之間分界明顯，分界面非常平整；夯筑完成后表面再用相同的材料做抹面，保證抹面的表面光滑；最后在表面植草皮。對于滑塌12，在下部1 m范圍內做護腳即可。

本工程設計的具體治理方案和措施見表1。

表1　滑塌治理方案和措施

3.2.2沖溝與崩塌的治理措施

對于前述所有沖溝均采用以下方法進行處理：清除掉沖溝上面松散的土層，凸凹部分削平填充夯實后，上砌排水溝槽，溝槽應低于坡面50～100 mm，坡面表面進行綠化處理（如種植小根莖植被）以減少水土流失。對于崩塌而言，因修路截斷本段城墻，在東西兩端形成了崩塌1和崩塌2，分別做擋土墻處理，擋土墻厚500 mm，加扶壁支撐，其中崩塌2和滑塌13是同一處，所以采取綜合處理方案。另外，烽火臺處8、9和10三處滑塌，因自身坡度較陡，屬于較嚴重滑塌，有可能產(chǎn)生崩塌，故采取以下措施：烽火臺南側做擋土墻處理，擋土墻厚500 mm，加扶壁支撐；烽火臺北側采用普通黏土磚向上收分砌筑。

4　結束語

在實際工程中，應結合各種病害的特點，考慮病害程度、施工條件、費用等各種因素，設計出最優(yōu)方案，達到最好的治理效果。在治理的同時要加強現(xiàn)場管理，杜絕人為破壞再次發(fā)生。

［1］楊予川.戚城古代夯土城墻的病害調查與保護對策研究［J］.中原文物，2008（1）：91-96.

［2］張利偉，鮑鵬.蔡國故城城墻滑塌機理研究［J］.河南大學學報（自然科學版），2009（6）：655-657.

［3］董家田.初探古城墻保護及修繕中施工技術的運用［J］.山西建筑，2009（16）：151-152.

［4］陳蘭蘭，曹雙寅.注漿法在南京明故宮午朝門結構加固中的應用［J］.建筑結構，2007（S1）：58-60.

【責任編輯黃艷芹】

The Damage Causes and Protection Scheme for the Ancient City Walls of the Cai State

ZHANG Liwei
（Department of Civil Engineering and Architecture，Xinxiang University，Xinxiang 453003，China）

This paper analyzed the causes for the diseases of slumping，gully erosion and collapse in the Cai city walls，and put forward the corresponding protection scheme and measures.

ancient city walls；slumping；gully；collapse；protection

TU984.119

A

2095-7726（2015）09-0060-04

2015-05-26

張利偉（1983-），男，河南新鄉(xiāng)人，助教，研究方向：結構工程。