土遗址墙体裂缝病害监测的初步设想

张翔

摘要：嘉峪关关城出现墙体裂缝对嘉峪关关城整体的保护已经造成了相当大的影响。如何科学的监测和保护关城已经提上工作日程。本文就墙体裂缝病害入手，通过观察、讨论、分析得到造成这种病害的可能原因，并基于分析提出监测工作中应当注意的事项和以后工作中的设想，为今后更好的开展监测工作拓展思路。

关键词：墙体裂缝、土遗址保护、病害分析、文物监测

一、嘉峪关简介

嘉峪关地处河西走廊中段，嘉峪关市西5公里的嘉峪塬上，南接祁连山，北靠黑山。嘉峪关所在区域为温带大陆性荒漠气候，夏季日照时间长且阳光强烈，冬季寒冷干燥，降水稀少蒸发快，昼夜温差大，常年盛行西北风。

嘉峪关关城坐东向西，形状略呈长方形，周长为1107米，有内城、罗城、瓮城、外城、城壕、墩台、以及硬山顶式、歇山顶式、悬山顶式木构建筑组成。内城墙体多为黄土分段分层夯筑而成；外城城墙则使用黄土夯筑；罗城以及三座城台使用花岗岩石条做基，墙体内部为黄土夯筑，外部则使用青砖垒砌而成。

二、墙体裂缝

2.1病害分布

土遗址墙体裂缝此种病害主要出现在内城西墙内侧，罗城城墙，以及外城墙上。墙体的裂缝多垂直于地面向上延伸，少数裂隙与地面成45?向上发育，长度从十几公分到一两米都有，宽度大多为1到2cm，罗城墙体顶部外侧最宽处裂缝可达5cm，外城墙甚至出现贯穿性裂缝。病害分布广，成因多样，对建筑物本体的危害大，是关城的常见病害。

2.2形成原因

2.2.1建筑材料本身的性质

关城外墙墙体采用的是黄土和石灰的配合土，石灰在拌合的过程中能够吸收土壤中的一部分水，但是配合后的土中还是含有少量水。黄土是热的不良导体，再经过夏季太阳高温照射，很容易形成内外温度不均的情况，随着水分的逐渐流失，黄土颗粒间隙逐步增加，裂隙缓慢形成。黄土和石灰拌合时，石灰与黄土中的水作用会产生大量热量，黄土无法很好地散热，内外冷热不均，也会形成裂隙。此原因产生的裂缝大多集中在外城墙上，并且垂直于地面，大多出现在夯段的接缝处，由于施工工艺所限，目前还无法避免此种裂缝的产生。

2.2.2排水不畅

关城城台顶部排水不畅，雨水在富集后集中渗入墙体内部，致使墙体内部夯土潮湿，遇水膨胀，加之外层砖体酥碱，受到外力作用变形产生裂缝。冬季积雪清扫后在墙角堆积，昼间冰雪融化渗入砖缝墙体，夜间温度降低重新结冰，通过冻胀作用长时间影响后，墙体受力变形产生裂缝。

2.2.3地震作用

嘉峪关所在地区为嘉峪关断层边缘，地质结构为地震多发区域，历史上也发生过多次的地震，在横波纵波瑞利波的综合作用下，城墙墙体整体结构的稳定性受到破坏，裂隙多产生于结构较薄弱处。

此裂隙的下半部分为常见的干缩性裂缝。上半段为“S”型裂缝，疑似在经过地震波综合作用后，出现了特殊的裂隙形态。

2.2.4不均匀沉降

由于北箭楼的不均匀沉降，墙体整体受力不均，墙基下沉，导致墙体出现裂缝垛墙和女墙向外倾斜。

三、结合监测工作的一点想法

墙体开裂是嘉峪关关城的典型病害，墙体裂缝的发生原因多种多样，大多为嘉峪关本地地质、水文、气象等综合因素影响，自然因素成为其主要成因。就病害简单谈谈在监测工作中的所思所想。

墙体裂缝是西北地区土建筑的典型病害，尤其是在嘉峪关关城，呈现散状分布特点。裂缝产生原因多种多样，针对不同墙体裂缝的成因应制定不同的监测方案。下面就日常监测、定期监测、反应性监测三方面探讨：

1.日常监测：裂缝的日常监测主要凭借装在墙体内部的裂缝计，通过定期数据收集、分析判断裂缝的发育；辅之以裂缝观测仪等便携式设备形成感性认知，形成数据与图片相结合的监测模式。

2.定期监测：形成裂缝的原因多种多样，这些原因中某些为主要原因，如日照。根据嘉峪关本地的日照时令变化特点制定相应的监测计划，夏秋两季可设置较高的定期监测频率，在数据累积若干周期之后，通过纵向对比得到影响裂隙发育的首要因素，并就此因素对墙体的影响做专项监测。

3.反应性监测：夏季暴雨冬季积雪是影响墙体裂缝可预见的主要因素。就极端天气下的反应性监测应利用便携式设备的特性实时开展监测工作，对比极端天气前后的裂隙变化得到此种天气对裂隙的影响，为下一步的决策提供数据支持。在做好极端天气监测的同时也应该同时开展施工中和紧急情况下的监测。通过数据对比施工前后监测点的各项指标，评估施工对监测点的修缮程度，是否达到预期的效果。紧急情况如因为墙体开裂导致的坍塌、剥落、倾斜等问题，应启动反应性监测，利用便携设备及时跟踪紧急情况下文物的损毁情况，利用数据分析是否有进一步破坏的可能，为以后监测平台设定预警值提供参考标准。

参考资料：

[1]张晓东、张斌：《嘉峪关关城现状及病害分析研究》；

[2]张晓东：《嘉峪关城防研究》；

[3]刘卉：《关于地基不均匀沉降的成因与防治措施分析》；

[4]郭宏：《论文物保护科学研究的内容与方法》；endprint