晉陽古城遺址西城墻墻體病害治理研究★

申喜旺 朱建龍 谷俊杰

(1.中鐵西北科學研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000； 2.蘭州大學土木工程與力學學院，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

西城墻是晉陽古城城池遺址中保存最為完整的一段[1]。原有完整長度3 750 m，走向NE18°。目前地面遺存僅有三處，殘長共計約800 m，其余部分均被毀壞，被道路、村莊和農田侵占[2]。為了深入認識晉陽古城遺址西城墻墻體存在的病害以及進行有效的治理保護，本文對遺址區進行詳細工程地質勘察，在查明遺址區域內的病害類型及成因的基礎上，提出相應的工程措施建議。

1 研究區域概況

晉陽古城遺址位于山西省太原市晉源區晉陽城，由城池遺址、宗教祭祀遺址、墓葬遺址三部分組成[3]。城池遺址位于太原市西南晉源區晉源鎮，屬于西山山前的沖積扇區，城池遺址自西向東分為西區、中區、東區3個遺存分布區。2001年6月國務院公布晉陽古城遺址為全國重點文物保護單位。

1.1 地形地貌

太原位于山西省境中央，太原盆地的北端，于華北地區黃河流域中部，西、北、東三面環山，中、南部為河谷平原，全市整個地形北高南低呈簸箕形。海拔最高點為2 670 m，最低點為760 m，平均海拔約800 m，地理坐標為東經111°30′～113°09′，北緯37°27′～38°25′。區域輪廓呈蝙蝠形，東西橫距約144 km，南北縱約107 km。

晉陽古城遺址所在地即位于西山風峪沙河出山口前的沖積扇上，屬山前沖積平原，地形西高東低，地勢平緩，海拔高度763 m～815 m。

1.2 地層巖性

西山地區出露地層較為古老，有寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、上第三系和第四系。晉陽古城遺址所在地基巖為第四系全新統汾河組亞砂土、亞粘土地層，新生界底板深度大于1 200 m。

1.3 地質構造

太原市位于晉中盆地北端，是晚新生代以來形成的斷陷盆地。自上新生代以來，本區新構造運動比較強烈，差異升降顯著。

晉陽古城遺址所在地區就位于西山強烈上升區的東部邊緣，晉祠大斷裂東側。西山區的地質構造對于遺址所在基巖的穩定性具有顯著的影響。

1.4 地震

在晉陽古城遺址附近區域歷史和現今均發生過地震活動，震中距離非常小。根據地震活動性分析，今后本區仍處在地震活躍期。根據我國2001年公布的中國地震動參數區劃圖并結合晉源區邊山地區的地質條件，該區范圍的地震動峰值加速度為0.2g，對應的抗震設防烈度為8度。地震活動對晉陽古城遺址的影響不可忽視。

1.5 水文地質條件

黃河的第二大支流——汾河，自北向南橫貫太原市全境，流經境內約100 km。市區東有太行山阻隔，西有呂梁山作屏障，坐落在兩大山脈間的河谷平原上。

晉陽古城遺址就坐落在汾河西岸，西山風峪沙河出山口前的沖積平原之上，受河流沖刷作用明顯。晉陽古城遺址周邊地下水深度在12 m左右，其主要補給源為大氣降水與人工灌溉水下滲。由于地下水埋深深度較大，不對場地建筑物構成威脅。

2 晉陽古城西城墻墻體病害類型及治理

晉陽古城遺址西城墻遺址的病害主要由兩方面的因素形成——自然因素和人為因素。晉陽古城遺址本體除受到自然力，如西山風峪溝山洪的嚴重沖刷和自然界的風化、冰凍、雨水、坍塌、環境污染等的侵蝕和破壞外，還受到來自人為因素的破壞和阻礙[4]。晉陽古城遺址西城墻主要病害為墻體裂隙、頂面沖溝、剝蝕與酥堿、植被的破壞作用和人為因素破壞等[1](見圖1～圖6)。

2.1 墻體結構病害防治

2.1.1城墻裂隙加固

裂縫發育能造成墻體坍塌而嚴重毀壞遺址，因此對于墻體裂縫特別是卸荷裂縫進行加固處理。裂隙加固建議采用充填注漿的方法。

針對晉陽古城遺址西城墻墻體的裂隙，錨固后必須進行注漿填充，否則一旦裂隙中入滲雨水會導致土體軟化，錨桿失去錨固作用；另外裂隙中不斷填充沙土或裂隙兩壁長期風化，也會影響錨固效果。因此，錨固后裂隙注漿填充的密實與否是保證錨固作用的關鍵；為防止面流沿裂隙滲入，應清理墻體表面松散的土體，對所揭露的裂隙進行封閉注漿，根據裂隙寬度、土體孔隙及可灌性等因素，采用硅質加固液，同時結合Ca(OH)2等為固化劑進行灌注，具體漿液配比需根據現場實際情況進行試驗后確定。

淺表小裂隙注漿采用硅質液注射器注漿方式，先將硅質液注入土體裂隙內潤濕裂隙內部土體，使裂縫周邊土體含水率達到可塑狀態后用錘輕擊裂隙處，使表層裂隙粘結密實，達到裂隙閉合增強墻體強度。

對于斜面或平面注漿，可先安置較長注漿管嘴，表層用改性土封閉，再進行硅質加固液注漿，當裂隙處土體含水率達到可塑狀態時再次進行小范圍夯實，可達到封閉充實裂隙的作用，此種注漿需反復多次進行，達到深層滲透密實封閉的效果。

對于有充填的裂隙，通過掏孔保證裂隙注漿密實，掏孔直徑小于50 mm，注漿時通過試驗確定一定的注漿壓力，壓力小于0.5 MPa，注漿時采取分段、間隔的注漿工藝，保證施工時墻體穩定。

2.1.2坍塌部位加固

坍塌是指裂隙將整個頂部分割成數塊，最后隨著裂隙進一步發育形成坍塌[5]。地震活動對晉陽古城遺址的影響非常突出。

晉陽古城遺址西城墻東側墻面近乎垂直，坍塌嚴重且分布大小不一的坑洞，對于城墻東側坍塌區域、坑洞(城墻頂面的墳塋、側面的窯洞)，擬采取清除墻基地面雜土及雜物后，配置改性土逐層填充夯實并加鋪φ20玻璃纖維作為拉筋，拉筋布置間距為橫向150 cm，豎向間距200 cm。頂部無法夯實或填充后出現的裂縫的，需進行后期注漿方式修復。

夯筑時，采用玻璃纖維拉筋，其優點為：1)玻璃纖維制作的主筋為非金屬無機材料，耐久性好、耐熱性好、抗腐蝕性強、機械強度高，對城墻體擾動小；2)玻璃纖維拉筋對土體起到一個支撐和拉結作用，增加墻體的穩定性；3)玻璃纖維拉筋是土體分層夯筑時鋪設的，無錨墊板、螺栓等外部構件，對面層無損傷、易恢復；4)玻璃纖維工程造價低，適用性廣，操作簡單，便于施工。

2.2 水致病害防治

2.2.1頂面沖溝治理

沖溝治理時，應根據沖溝情況，并結合現場施工布置，充分利用現有地形條件，本著滿足“施工方便、節約成本”的原則選擇不同的治理措施[6]。

針對晉陽古城西城墻立面上發育的裂隙型沖溝，應盡量保留沖溝附近植被，僅對沖溝處進行夯筑填補。需要砌補處，采用自制改性土泥坯砌補(改性土是由晉陽古城遺址附近的粉土與丙烯酸混合攪拌而成，以增強土體粘聚力及耐水性能)，填夯、砌補完成后虛鋪腐殖土層恢復植被風貌并且頂面設置2%的排水坡度以利于排水。

2.2.2墻基排水措施

水不僅會沖擊遺址表面引起沖溝破壞，同時降落到地面匯集的水會對遺址底部造成掏蝕破壞[7]。晉陽古城西城墻墻基處易形成匯水區，對遺址體穩定產生不利影響，故應對墻基處加強排水處理，并在遺址體墻基周圍平整出5%的坡度，坡向垂直遺址體墻基向外，使墻基匯水排散，減少對遺址體的破壞。

同時城墻東側墻腳處為農田灌溉水渠，灌溉用水直接浸泡城墻地基，對城墻墻體穩定性的影響極大，故將該水渠向外平移至城墻保護范圍與農田邊界處，且城墻雨水可直接排至農田。城墻西側為一漿砌片石排洪渠，目前已被荒廢回填，將該水渠開挖清理后可將雨水排入該水渠。

2.3 表層病害防治、排水防滲治理

2.3.1城墻表面植被處理

晉陽古城遺址西城墻屬于土遺址類型，依據文物保護工程中“原材料、原形制、原工藝、原做法”的四原則，應對晉陽古城遺址西城墻上的植被進行分類清理。對城墻未加固區域表面的大型灌木進行清除，對小灌木及雜草進行修剪，降低植物高度。

2.3.2墻面防雨蝕加固

西城墻東側墻體夯筑完成后應對表面進行防雨蝕加固處理、以增強其抗侵蝕能力。加固范圍為西城墻東側墻體坡面。對東側坡面的灌木進行清除，對表層風化土層進行清理。

擬采用粉土∶石灰=10∶0.7加3%丙烯酸加固，施工期間對工作面應采取防曬措施，使加固體緩慢陰干，以免形成龜裂。

2.4 防護隔離帶

晉陽古城遺址受到人為因素影響極大，目前西城墻遺址多在耕田及村莊中遺存，因此人為因素造成的影響比較嚴重。主要的破壞是由于農業耕作、民房侵占、道路擠壓、考古破壞等情況。

由于西城墻內側現有大量基本農田，人為因素影響過大。因此擬在晉陽古城遺址西城墻區域設置防護隔離帶，形制為木質護欄，秉持通透、安全、適用、經濟為原則。

護欄按照西城墻遺存現狀，分段設置，以城墻兩側各3 m為基線，主體材質為沉水柳桉，全長約1 064.4 m。立柱設計高度1.5 m，欄桿設計高度1.35 m，立柱間距2 m，基礎埋深尺寸為0.25 m×0.25 m×0.5 m，采用C25混凝土填充，覆原土夯實，施工時可根據現場實際情況進行調整。

3 結論及建議

晉陽古城遺址西城墻主要病害為墻體裂隙、頂面沖溝、剝蝕與酥堿、植被的破壞作用和人為因素破壞。本文在查明遺址區域內的工程地質條件、病害類型及成因的基礎上，對以上幾種病害分別給出了相應的工程措施建議。本文提出的工程措施建議，其有效性和耐久性的評價需要科學技術手段來監測和掌控，觀測、了解和分析措施有效性，為后續保護工程提供指導和依據。同時由于環境影響因素的長期性，城墻遺址病害的發育也是一個緩慢而持久的過程，所以建議建立一個長期的監測體系來觀察和分析。建議在城墻內部埋設探頭，監測城墻內的溫濕度變化，并在城墻表面架設相機，監測城墻表面風化變形趨勢。

[1] 王彥汶,周仲華,申喜旺.晉陽古城遺址西城墻墻體病害研究[J].山西建筑,2008,41(24):69-70.

[2] 申喜旺.晉陽古城遺址西城墻墻體病害機理分析及加固材料試驗研究[D].蘭州:蘭州大學,2016:18-21.

[3] 彭娟英,蘇 惠.試論晉陽古城的文物價值[J].文物世界,2006(6):31-35.

[4] 裴靜蓉.晉陽古城遺址保護的探索與思考[J].文物世界,2011(5):42-47.

[5] 石玉成,王旭東,李 舒,等.土遺址文物震害防御及抗震加固對策[J].地震工程學報,2013,35(1):42-50.

[6] 吳遠亮,周 賢,王 燕.江坪河水電站壩區沖溝綜合治理分析及對策[J].施工技術,2012,41(367):5-7.

[7] 謝 娜.潮濕環境下古文化遺址保護措施研究——以南京報恩寺地宮遺址的保護為例[D].蘭州:蘭州大學,2013:1-5.