楊殿剛

（嘉峪關市文物景區(qū)文物保護部，甘肅嘉峪關735100）

嘉峪關長城夯土墻體保護維修工程夯補加固工藝新探

楊殿剛

（嘉峪關市文物景區(qū)文物保護部，甘肅嘉峪關735100）

受工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件及環(huán)境諸因素的影響，甘肅境內(nèi)長城遺址破壞嚴重，亟待搶救性保護。結合嘉峪關夯土長城保護維修工程的開展，本文以現(xiàn)場調(diào)查為基礎，以現(xiàn)場實驗為依據(jù)，通過實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)正在發(fā)育的主要病害為表面嚴重風化、基礎掏蝕凹進、風沙堆積物侵蝕墻體等。在加固材料和實驗加固方案可行性試驗研究方面，有的放矢地開展了加固土的抗蝕性試驗，試驗結果符合文物保護的特殊要求。針對嘉峪關長城夯土墻體掏蝕區(qū)域提出夯補加固工藝技術。

嘉峪關長城；土遺址保護；夯補加固工藝

作為歷史文化遺產(chǎn)，長城具有極高的歷史價值、科學價值和藝術價值。同時以其修筑時間久、長度大、分布廣的特點體現(xiàn)了各個時代的生產(chǎn)力發(fā)展水平、不同環(huán)境和地形地貌、不同構筑技法的土建筑特色。由于嘉峪關獨特的干旱氣候和戈壁荒漠環(huán)境下干燥的夯土有較好的力學強度，才使得長城土遺址得以保存。但受所在地區(qū)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件及環(huán)境諸因素的影響，風化剝蝕及坍塌等破壞嚴重，危及遺址的保存。

一、嘉峪關長城修復簡介

嘉峪關長城多筑于戈壁灘和山坡之上，附近沒有黃土，在當時從遠處取土、運土相當困難，只能就地取材。當然有些地段的黃土是從遠處運來的。從現(xiàn)存的遺跡來看，當時的修筑方法主要有：黃土版筑；黃土夾砂石頭；黃土夾雜較大的片石，局部加筋。嘉峪關夯土長城的嘉峪關關城、明墻長城、暗壁長城主要采用黃土版筑、黃土夾砂石頭等方法，東北長城主要采用黃土夾砂石頭等方法。

兩翼長城又稱明墻暗壁，即肅州西長城，北抵黑山，南懸大河，全長15公里，兩翼長城始筑于明嘉靖十八年（1539），十九年（1540）完工，由肅州兵備道副使李端澄監(jiān)筑。兩翼長城實際總長度為15259米，高6米，宇墻0.5米，垛墻1.2米，上寬1.5米，底寬5米。每兩里筑一墩臺，12米見方。墻身為黃土夯筑、黃土夾沙夯筑、片石夾土夯筑不等?，F(xiàn)存遺址比較連貫，殘高2.6～4米不等，斷缺3375米，風蝕嚴重，墻基風蝕高0.5～1米，深0.5～0.7米。1985年，嘉峪關市政府原計劃用10年時間，分三個階段將15公里長城全部恢復。后經(jīng)國家文物局、旅游局與省、市共同商議，認為恢復15里即可，5年為期。根據(jù)這個精神，參照關城墻體加固方法，用了近兩年時間于1988年基本完成了預定任務：按原樣夯筑了殘缺墻體，風蝕部分悉數(shù)用黃土夯補；垛墻、宇墻、城臺全部按現(xiàn)存樣式修復；所有山洪過水處均建了涵洞；對公路、鐵路過口做了特殊處理；對部分被黃沙掩埋的城墻進行了清理，計2公里。2012年，嘉峪關市文物局報請國家文物局批準，對區(qū)域內(nèi)長城進行保護維修。現(xiàn)一、二期工程已進入實施階段。

二、地理地質(zhì)環(huán)境

（一）氣候

嘉峪關轄區(qū)屬于溫帶大陸性荒漠氣候，日照長而強烈，降水少，蒸發(fā)快，多大風，溫差大。夏秋季多東南風，冬春季多西北風，歷年平均風速2.4米/秒，平均風力多為3～4級。另外，景區(qū)年平均風速在2.5米/秒，嘉峪關地區(qū)在2.4米/秒。風災危害大的有干熱風和大風兩種。干熱風出現(xiàn)多集中于6月下旬至7月下旬和7月下旬至8月上旬兩個時段。大風的瞬時風速≥17米/秒，風力8級，危害范圍較廣。

（二）地形地貌

嘉峪關地勢南高，東北低，自然坡度13.3°。南有文殊山及祁連山北麓，北有黑山和后墩山，中為酒泉盆地西緣，地貌主要分為兩類，一類為戈壁灘，一類為可耕地。城區(qū)建在戈壁灘上，東北有東北長城，西有西長城，轄域海拔在1430～4200米之間，其中戈壁灘部分海拔在1500～1800米之間，綠洲主要分布于海拔在1430～1700米之間。

（三）水文及水文地質(zhì)條件

嘉峪關地處戈壁腹地，干旱少雨，嘉峪關長城南端的討賴河屬黑河水系，發(fā)源于南側祁連山中。討賴河水量隨河源區(qū)降水量和冰川水融水量的變化而增減，因此表現(xiàn)為隨季節(jié)變化而增減。每年12月至次年3月為枯水期，流量10立方米/秒，4～6月流量可達50～100立方米/秒，7～9月流量達200～500立方米/秒，山洪暴發(fā)時，可達1000～2000立方米/秒，10～11月為20～50立方米/秒。嘉峪關市境內(nèi)每隔三年左右出現(xiàn)一個多雨年，有時降雨量集中，易造成洪水災害。

三、夯補加固工藝依據(jù)

自2014年4月嘉峪關長城夯土墻體保護維修工程復工以來，在做了大量前期準備工作后，開展了取土選樣。通過對原城墻和1986年幫夯墻體所用土樣進行不同區(qū)域化驗分析，原城墻因地域差異，所選用的土質(zhì)有很大的差異，西長城墻體多為黃土版筑、黃土夾砂石頭方式修筑，東北長城主要為黃土夾砂石頭修筑，并依據(jù)土樣化驗結果進行了夯補加固試驗，分別采取了素土夯筑、土坯砌筑和加入不同份量新型土遺址保護材料改性料礓石夯筑方法。通過現(xiàn)場試驗，發(fā)現(xiàn)加入改性料礓石方法夯筑，從外觀和色澤與遺址土相近，而且遺址本體抗風、雨蝕能力方面有很大的改善，初步確定選用改性料礓石作為嘉峪關長城遺址掏蝕區(qū)域夯筑加固工藝外加材料應用于本工程。2014年7月，嘉峪關市文物局邀請土遺址保護專家，對嘉峪關長城夯土墻體保護維修工程夯補加固試驗進行了評估。專家組經(jīng)過現(xiàn)場察看、聽取匯報、審閱試驗報告并質(zhì)詢后形成評估意見，采用燒料礓石改性土夯補加固掏蝕和塌落部位墻體，加固后強度、耐候性及觀感效果良好，較好地滿足了墻體加固的要求。采用質(zhì)量比1：18的燒料礓石改性土夯筑砌補后，通過現(xiàn)場對比試驗，夯補體的抗風蝕、雨蝕能力顯著提高，適用于西北干旱強降雨區(qū)域的土遺址補強加固。質(zhì)量比1：25的燒料礓石改性土仍有較好的抗風蝕、雨蝕能力，且強度和遺址本體強度更為接近，適用于嘉峪關長城墻體夯補支頂加固。7月11日報請甘肅省文物局后，同意此墻體夯補加固保護維修方案。

圖3

四、夯補加固工藝

第一，將選擇好的土過5毫米篩，將篩下土用塑料布蓋好并測定其含水率。

第二，采用確定的質(zhì)量配比將燒料礓石與準備好的土拌合均勻后進行濕化，濕化后悶土不少于24小時。

第三，清理遺址表面的浮塵或虛土，清理至原基礎層。

第四，對掏蝕表面風化嚴重的部位用模數(shù)為3.8、濃度5%的PS溶液滲透加固。（見圖1）

第五，用木板或木椽加楔在夯筑區(qū)域支模，對掏蝕深度較大的區(qū)域外部10厘米～15厘米采用改性土內(nèi)部采用原狀土夯筑。（見圖2）

第六，夯筑以專用工具人工夯筑的方法進行，每層土的虛鋪厚度控制在12厘米～15厘米，盡量與原墻體夯層厚度相匹配和搭接，夯實厚度進行檢查后將層面刨毛方可進行下道工序。（見圖3）

第七，按照高度實際5個夯層加筋，加筋按照原設計盡量采用麻撮，使夯筑層與原墻體緊密結合。（見圖4）

第八，根據(jù)設計情況抽樣檢測夯筑密實，一般采用環(huán)刀取樣法，進行干密度測定，每隔50米抽檢一次，每次試驗點不少于三組。

第九，實施完畢后對夯筑區(qū)域用塑料薄膜保濕養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于30天。

圖1

圖2

圖4

五、結語

土遺址夯補加固工藝是探索性工藝，沒有可以參照的標準或規(guī)范。在嘉峪關夯土墻體保護維修過程中，充分征詢了土遺址領域?qū)＜覍W者的意見和建議；結合最新的夯補加固工藝以及當?shù)乩习傩盏暮恢?jīng)驗，最終確定了嘉峪關長城遺址夯補加固的材料與工藝。夯補加固后長城墻體的感官和強度效果表明，本夯補加固措施科學合理，完全可以滿足嘉峪關長城修補加固的力學和外觀兼容的需求。

G264.3［文獻標識碼］A［文章編號］1005-3115（2015）06-0069-02