土遺址的病害因素與保護措施研究
——以麟州故城為例

吳少敏，陳 靂

（北京建筑大學建筑與城市規劃學院，北京 100044）

土遺址的病害因素與保護措施研究
——以麟州故城為例

吳少敏，陳 靂

（北京建筑大學建筑與城市規劃學院，北京 100044）

我國目前遺留的土遺址數量眾多，但是土遺址保護理論尚未成熟，大多室外遺址缺乏基本的保護措施，損毀嚴重。文章通過對麟州故城進行系統的病害調查，分析土遺址的病害特征及其病害成因，針對不同的病害分別提出不同的保護措施，以期為西北干旱地區的土遺址保護和搶救工程提供研究實例和借鑒。

土遺址；麟州故城；病害；保護措施

土遺址的概念目前還沒有一個統一的定義，土遺址是古遺址的一個主要分支，其分類有廣義和狹義之分。廣義上的土遺址范圍較廣，它包含歷史建筑所殘留的土質部分；而狹義的土遺址指的是以土體作為建造材料的房屋、夯土臺基、城墻、窯洞、烽燧等遺址。我國的土遺址數量眾多，截至第七批全國重點文物保護單位的統計，土遺址的數量多達900多個，約占文物總數量的20%。土遺址的分布范圍廣泛，現存遺址大多集中在我國的西北干旱地區和半干旱地區，包括新疆、甘肅、寧夏、內蒙、陜西、河北、河南等地[1]。

土遺址具有以下特點：①土遺址的規模大，大多存在于露天環境中，遭受風雨侵蝕，受自然影響較大，不利于文物保護；②遺址土體破壞具有不可逆性，土遺址以生土作為建筑材料，一旦缺失不可恢復；③人們對土遺址的保護意識淡薄，土遺址的歷史信息、存在形態不為大眾所熟知，容易遭到周邊人群的破壞[2]。

自20世紀80年代以來，土遺址的保護逐漸引起了社會各界的重視，關于土遺址的研究也越來越多。目前關于土遺址的研究主要集中土遺址的病害成因、風化機理、建筑形制、加固技術、環境與土遺址保護的關系等方面。土遺址相對于其他的磚石、木質建筑遺址，更易受到自然環境的損害，此外，由于人們對土遺址的文物價值認識不足，致使土遺址遭受到人為破壞，許多遺址在歷史的進程中逐漸磨滅，乃至消失。土遺址的保護工作已迫在眉睫，近年來大批的土建筑遺址已經開展了保護規劃編制工作。

本文以麟州故城作為研究案例，重點剖析土遺址的病害表現及其成因，以及針對病害提出的相關保護措施。

1 麟州故城概況

麟州故城位于陜西省神木縣店塔鎮南7 km處楊城村西北側的楊城山上，又名楊家城。西瀕窟野河，北界草地溝，東連桃樹梁，南接麻堰溝（圖1）。麟州故城的現存文物為大面積的墻垣遺址，其依山勢地形修建，逶迤起伏，整體為不規則形狀，現存遺址南北長1 000余m，東西寬300余m，總面積約為41.55 hm2。整個故城按照位置與現有保存形態分為東城、內城、西城3個相互聯系、又相對獨立的部分（圖2）。東城位于東部，為大面積的緩坡地，面積為10.16 hm2，現存有北、東、南3座城門，并有3座甕城、3處馬面以及4處角樓遺跡；內城最小，位于中部偏南，面積為4.33 hm2，地勢高敞、墻垣厚大，當地俗呼“紫錦城”；西城規模最大，保留有大部分的夯土墻垣、高低不等，面積27.06 hm2，其東南段壘砌的殘墻明顯可見[3]。

圖1 麟州故城與周圍環境關系圖

圖2 麟州故城自然地貌

麟州故城的文物構成為墻垣遺址，包括墻垣、甕城、城門洞、馬面和古城內考古發現的房屋基址、水井遺址等不可移動文物以及雷石等出土的可移動文物。明初修建長城利用了故城的東、南、西3面墻垣，其西南和東側的明長城烽火臺遺址屬于文物環境的構成內容。

2 麟州故城的病害因素分析

麟州故城歷經千年的歲月洗禮，常年處于荒置狀態，原址損毀嚴重，如今只遺存部分夯土城址。土遺址的病害主要由自然因素和人為因素兩方面因素構成，解決這兩種病害的手段也不一樣。對于自然因素造成的破壞，主要采用科學技術的方法解決；對于人為因素造成的破壞，主要采用科學管理的手段解決。

本文通過對麟州故城的病害表現進行分類，總結出其本質的病害成因（表1），并提出有針對性的保護措施。

表1 麟州故城病害成因分類與病害表現分類之間的聯系

2.1 病害表現特征

(1)片狀剝蝕。片狀剝蝕分為風蝕剝離和雨蝕剝離。風蝕剝離主要表現為墻體表面殘留有大量的結石小突起，主要分布在東城的東南部，紫錦城（內城）。雨蝕剝離有兩種表現：一種是在暴雨的侵襲下墻體形成的片狀剝蝕；另一種是龜裂紋，主要分布在東城的東南部，臨近楊家祠路段墻體以及紫錦城（內城）。

(2)裂隙（縫）。麟州故城的裂隙主要有兩種形式：一種由于溫度變化引起的裂隙，主要分布在東城和紫錦城（內城）大部分墻體；另一種是由于窯洞開挖引起洞口變形裂隙，主要分布在東城東南部窯洞處。

(3)掏蝕。掏蝕分為可溶性鹽對墻體的酥堿掏蝕和風力掏蝕。酥堿掏蝕在地勢較低處較為常見，多見于夯土墻基，主要分布在東城及紫錦城（內城）；風力掏蝕主要表現為層狀風蝕和棒槌墻兩種形式，主要分布在紫錦城（內城）及西城北部。

(4)沖溝。麟州故城的沖溝主要發生在東城、紫錦城（內城）的墻體橫向構造裂隙處及城墻臺頂處。

(5)崩塌。崩塌是最嚴重的破壞形式，當裂隙在外力（例如風蝕、熱膨脹、人為破壞）的作用下，發展到一定程度即會發生崩塌。崩塌主要分布在東城南側的瀕危墻體處。

(6)植物破壞。城墻上長年植物生長，尤其是酸棗樹，根系進入城墻內部，影響了古城的景觀，破壞了城墻的內部結構（表2）。

表2 麟州故城遺址本體主要病害表現形式

(7)人為破壞。人為破壞包括取土掏洞、農田水利、建設性破壞等。緊鄰故城遺址東門至南門一帶的楊家城村，有若干戶人家掘城垣為窯洞，非法侵占，對故城造成嚴重的破壞。城址內東南部的大部分土地被村民開辟為農田，種植農作物，面積大約為35 hm2，紫錦城部分墻體被村民掏空，辟作連接農田的道路。1975年，楊城村從故城城垣東面到西北面修建了一條灌溉明渠，總長度為1 950 m。其中東段明渠穿破城垣進入城內，中段明渠利用城垣的高度造成占用性破壞，占壓墻垣遺址兩段共約200余m，北段部分明渠經過城垣外側。在西城斷崖山腳處，店塔工業區神華集團發電廠和電石廠的煙囪、冷卻塔和廠房對故城遺址北部的環境景觀造成損害(圖3)[4]。

圖3 麟州故城病害因素分析圖

2.2 病害成因

(1)風蝕。風是破壞土遺址的主要動力，它對各種病害的發生和發展起到推動作用，是麟州故城的最主要病害。風對土遺址的破壞主要是吹蝕作用和磨蝕作用。根據氣象資料顯示，神木地區的平均風速是2.4 m/s，最大風速可達到26 m/s，大風天氣尤其是揚沙天氣對土遺址會產生巨大的破壞作用。風蝕會導致遺址發生片狀剝蝕、土體掏蝕。

(2)水蝕。水蝕主要包括降水、吸附水對遺址的破壞作用。神木縣屬于半干旱大陸性氣候，年平均降水量約為424.4 mm，降水量具有明顯的季節性特征，主要集中在夏季和秋季。夏季集中降水會導致遺址表面材料流失，土體形成泥皮，天氣干燥時形成片狀剝蝕，部分降水沿土體的低洼處滲透，形成沖溝，土體內部的吸附水由于溫度的變化發生物理形態的變化。麟州故城的夏季炎熱短促，冬季寒冷漫長，年平均氣溫為8.9℃。吸附水在低溫狀態下轉化成凝結水，使土遺址形成新的裂隙。此外，吸附水可以吸附溶解鹽，在溫度降低時析出大量的溶解鹽晶體，導致遺址墻體的基礎發生酥堿[5]。

(3)溫度變化。由于土遺址礦物成分的熱膨脹系數不同，在溫差的作用下，土體結構不斷疏松，強度降低。此外，溫度的變化還會導致土體水分蒸發，失水收縮，形成裂縫。

(4)生物腐蝕。生物腐蝕分為動物活動和植物生長對遺址的破壞作用，包括穴居動物如老鼠、螞蟻、蚯蚓在墻體中挖洞巢居，遺址上生長的植物對墻體的根劈作用等。

(5)地震。神木縣地處榆林—府谷地震帶，地震活動較弱，自公元前780年—1900年記載的地震共9次，都為6級以下地震，1900年至今未發生過地震，未有地震災害記錄。地震會直接造成土體的松動、開裂、坍塌，對土遺址具有毀滅性的打擊。地震屬于自然界的不可抗力因素，只能通過組織管理盡量減少損失。

(6)人為破壞。人為破壞主要包括對城墻本體和遺址周邊環境的破壞，這些破壞或造成土遺址的永久性缺失，或造成遺址內整體風貌的失調。

3 麟州故城的保護措施研究

目前土遺址的保護加固技術主要包括灌漿法和錨固法，通常需要結合兩種方法。灌漿法是一種化學方法，其重點在于選用合理的灌漿材料。灌漿材料一般用于土遺址裂縫灌漿填充和粘連破碎土體。國內目前最常用的灌漿材料有PS-C、PS-F，這些材料符合“不改變文物原狀”的原則。錨固法是一種物理方法，主要通過在遺址內插入連接筋，如鋼筋、木錨桿、楠竹等材料，增強土遺址的穩定性。

以下分別針對麟州故城土遺址的不同病害表現提出不同的保護措施。

(1)片狀剝蝕。對于風化嚴重的城墻墻體，采用PS材料（即高模數的硅酸鉀溶液）對土體進行噴灑處理，可使片狀、離散、晶態的黏土礦物微觀結構發生變化，形成一種致密的非晶體網狀膠凝體，使土體具有很好的防風化和防雨蝕的效果。

(2)裂隙。裂隙的產生嚴重危害城墻的穩定性，嚴重情況下會導致城墻崩塌。對于土體的裂隙部位，必須采取灌漿處理的方法。灌漿時要保證填充漿體密實，灌漿材料一般選用PS-C、PS-F等系列材料。灌漿方式分為滲透灌漿和充填灌漿兩種。滲透灌漿理論上是將漿液滲入土孔隙，排除土中的水和空氣，不破壞土體原有結構；而充填灌漿則適用于大孔隙、大孔洞，漿液固化后成為一定強度的固體，充填了原有的空間。對于危險的城墻墻體，采用錨桿加固與裂隙灌漿相結合的方法進行加固，錨桿的材料采用木錨桿或楠竹加筋復合錨桿。

(3)掏蝕。對于墻基被嚴重掏蝕的墻體，采取補砌加固材料的方法進行加固，防止其發生崩塌破壞。加固材料主要為夯土，應與城墻的土體材料相近，夯土的密度略大于遺址的密度。

(4)沖溝。根據沖溝發生的位置和破壞程度，采取不同的處理方式。對于頂面隱蔽的匯水面，采用黏土、灰土摻加一定量的加固劑進行夯土填補，夯填時結合排水系統的設計，使雨水沿著指定位置排泄。對于沒有夯填條件的沖溝，應提高其抗雨蝕能力，減少雨水對土體的沖蝕量。

(5)崩塌。崩塌是最為嚴重的破壞形式，對于已經發生崩塌的墻體，應收集其土體，根據歷史照片或文獻補砌該段城墻。補砌的城墻段采用夯筑的方式，與城墻的原有建筑形制保持一致，還原其原真性，同時使用灌漿法和錨固法增強補砌城墻與鄰近城墻的黏結性。對于無法還原的崩塌墻體，可采用表面補砌包埋法，即在遺址表面加一層修補材料，使遺址得到相應的保護[6]。

(6)植被破壞。植被對土遺址具有保護和破壞的雙重作用，因此要區別對待。對于植物根系較粗的喬木和灌木，對其進行定期的檢查和清除，清除的過程注意保護好土體，局部進行錨桿錨固，避免土體發生崩塌；對于根系較小的草本植物，結合遺址的景觀展示效果，保持適當的密度，既能美化環境，還能防止遺址的水土流失。

(7)人為破壞。首先應加強遺址區的土地使用管理，對于麟州故城遺址保護范圍內的土地，因地制宜合理調整土地使用性質，土地權屬變更為國有土地，農業耕地轉為文物保護用地。在保護范圍之內，楊城村部分村民的窯洞倚靠城垣遺址，掏挖取土，不利于遺址的保護，應當實施搬遷。對于麟州故城遺址建設控制地帶的土地，采用界樁標明建設控制地帶的范圍，建設控制地帶內的建設項目必須通過文物管理部門的審定后方可實施，并做好土地清退和環境建設。其次加強文物管理工作，包括設立管理機構、制訂管理規章，加強日常管理等內容。此外，要保護遺址區的景觀環境，對麟州故城內外道路系統進行合理規劃；高低壓電線繞開麟州故城遺址，恢復自然景觀視線；清除20世紀70年代興建的水渠；緊鄰窟野河的神華集團發電廠對故城的景觀風貌產生了較大的破壞，責令其停止生產，搬遷至其他地方；對建控地帶內的古樹名木增加標志，建立監測和保養維護制度[7]。

4 結論

(1)麟州故城土遺址的主要病害成因是風蝕、水蝕、溫度變化、生物腐蝕、地震、人為破壞，由此形成的病害表現主要有片狀剝蝕、裂隙、掏蝕、沖溝、崩塌、植被破壞、人為破壞。

(2)針對不同的土遺址病害，應制定不同的保護措施，對癥下藥，從而使遺址修復具有針對性和可實施性。

(3)土遺址的保護要建立科學的病害評估體系，使受損程度較嚴重的遺址能夠及時地得到搶救和修復。遺址的保護應做好日常監測和管理工作，預防土遺址遭到不必要的病害破壞。此外，土遺址的保護不僅要保護遺址本體，同時要整治遺址的賦存環境，二者相輔相成，缺一不可。

[1]鄭一萍.第1～第6批全國重點文物保護單位歷史年代數據統計[J].中國文物科學研究,2011(2):74- 76.

[2]王旭東.土建筑遺址保護理念探索與實踐:以交河故城保護為例[J].敦煌研究,2010(6):1- 9.

[3]陜西省考古研究院榆林市文物考古勘探工作隊,神木縣文管辦.神木縣麟州故城考古調查勘探報告[R].榆林市:陜西省考古研究院榆林市文物考古勘探工作隊,2010.

[4]孫滿利,李最雄,王旭東,等.干旱區土遺址病害的分類研究[J].工程地質學,2007,15(6):772- 778.

[5]吳勝勇.神木縣近55年氣候特征及變化分析[J].陜西氣象,2013(2):20- 23.

[6]孫滿利.土遺址保護初論[M].北京:科學出版社,2010.

[7]北京建工建筑設計研究院,北京建筑大學.麟州故城保護規劃文本[M].北京:北京建工建筑設計研究院,北京建筑大學,2015.

Research on the Factors of Damage and Preservation Measures of Earthen Ruins——Case of Linzhou Ancient City

WU Shaomin，CHEN Li
（School of Architecture and Planning，Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing 100044，China）

There are a large number of earthen ruins remain in our country, while the protection theory is not mature. Most of the outdoor ruins lack of basic protection measures is being ruined badly. This paper analysis the main causes and characteristics of the damage and deterioration of Linzhou ancient city and provide different protection measure for corresponding damage of the ruins separately, in order to provide research example and reference for preservation and rescue project of earthen ruins in the southwest dry area.

TU-87

A

吳少敏（1991-），男，碩士研究生，主要研究方向為建筑遺產保護。E- mail:178235518@qq.com.

北京市教委課題（SQKM201610016004）；北京建筑大學博士科研啟動基金項目（00331616007）