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

（嘉峪關市文物景區文物保護部，甘肅嘉峪關735100）

受工程地質條件、水文地質條件及環境諸因素的影響，甘肅境內長城遺址破壞嚴重，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，本文以現場調查為基礎，以現場實驗為依據，通過實地調查發現正在發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，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、分布廣的特點體現了各個時代的生產力發展水平、不同環境和地形地貌、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。但受所在地區工程地質條件、水文地質條件及環境諸因素的影響，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。現存遺址比較連貫，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，風蝕部分悉數用黃土夯補；垛墻、宇墻、城臺全部按現存樣式修復；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，對區域內長城進行保護維修。現一、二期工程已進入實施階段。

二、地理地質環境

（一）氣候

嘉峪關轄區屬于溫帶大陸性荒漠氣候，日照長而強烈，降水少，蒸發快，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，景區年平均風速在2.5米/秒，嘉峪關地區在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，發源于南側祁連山中。討賴河水量隨河源區降水量和冰川水融水量的變化而增減，因此表現為隨季節變化而增減。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。嘉峪關市境內每隔三年左右出現一個多雨年，有時降雨量集中，易造成洪水災害。

三、夯補加固工藝依據

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域化驗分析，原城墻因地域差異，所選用的土質有很大的差異，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。通過現場試驗，發現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。專家組經過現場察看、聽取匯報、審閱試驗報告并質詢后形成評估意見，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。采用質量比1：18的燒料礓石改性土夯筑砌補后，通過現場對比試驗，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域的土遺址補強加固。質量比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域支模，對掏蝕深度較大的區域外部10厘米～15厘米采用改性土內部采用原狀土夯筑。（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，根據設計情況抽樣檢測夯筑密實，一般采用環刀取樣法，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域用塑料薄膜保濕養護，養護時間不少于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專家學者的意見和建議；結合最新的夯補加固工藝以及當地老百姓的夯筑經驗，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