浅谈大同南小城遗址病害及保护措施

牛春

摘 要：南小城是大同古城的重要组成部分，经历600多年风雨，墙体出现了风化、裂隙、孔洞、失稳等多种病害。墙体的风化依然是土遗址保护中最难突破课题，但经现场实验，采用支顶、填补等方法对墙体进行保护是简单、有效、经济的确保墙体稳定的保护方法。

关键词：南小城；遗址；病害；治理措施

中图分类号：K878 文献标志码：A

南小城是大同古城的重要组成部分，位于大同古城南城墙外侧，明代天顺年间巡抚韩雍修筑，黄土夯筑，土中未添加白灰等其他胶凝材料。原城墙周长3684m，南北直线距离为1230m，北距主城80m。中间筑护城河，有吊桥与主城相通。形状相当于一把“悬挂的钥匙”。

南小城墙体出现了土遗址中常见的病害类型，包括风化、裂隙、坍塌等多种病害，这些病害联合作用于文物本体上，产生恶性循环，急需解决。

1 城墙病害

南小城经历600余年风风雨雨，墙体出现了风化、裂隙、孔洞等多种病害。

1.1 表面风化

城墙的风化层表现形式不同，主要形式有两种：一种为表面结皮形成硬壳，特征为外部坚硬，但土体松散，手摸即碎，内部疏松；第二种为表面形成小裂纹，风化层较薄。造成此类风化作用的主要原因为风的吹蚀搬运与雨水冲刷作用。此类病害主要分布在城墙遗址的下部，毛细水作用范围内尤为明显。

1.2 裂隙（缝）

墙体裂隙主要有风化裂隙、卸荷裂隙、构造裂隙、建筑工艺裂隙等。风化裂隙：是指遗址本体薄弱区域，在自然力作用下沿着薄弱区域逐渐深层次风化，形成次生裂隙；卸荷裂隙：遗址本体受到挖掘产生残缺或本体部分坍塌后，平行或近平行于残缺面而形成的裂隙及伴生的裂隙，一般卸荷裂隙早期发育快，后期处于缓慢发展中。卸荷裂隙发展到一定宽度后会导致墙体的再次坍塌。卸荷裂隙多由松散剥落土充填；构造裂隙一般由于施工工艺的局限性或施工质量造成的一种裂隙，这种裂隙一般呈水平状态，对于墙体的整体稳定性影响相对较小；建筑工艺裂隙：即遗址本体之间接茬夯筑缝隙，该缝隙为墙体的薄弱层理，尤其是墙体后期加宽所构成的工艺裂隙对于墙体的稳定影响较大。不同类型、不同规模的裂隙切割遗址本体，裂隙为风化提供了有利的通道，从而加剧了裂隙的发展，最终导致遗址本体局部坍塌。

1.3 坍塌

墙体坍塌的主要表现为倾倒式坍塌和滑落式坍塌。坍塌是由于局部卸荷或者应力重分布而导致墙体失稳造成坍塌或即将坍塌的病害。墙体的坍塌过程是一种恶性循环，当墙体某部位出现坍塌现象后，墙体内部的应力会重新分布，由于坍塌边界为自由边，因此应力重分布的结果会导致自由边附近出现新的卸荷裂隙，裂隙发展后会出现新的坍塌，若不对墙体采取支撑等保护措施，原文物本体会在不久的将来完全坍塌而彻底失去原有风貌。因此，对于出现坍塌或即将会出现坍塌的墙体的治理尤为重要。

1.4 人为破坏

不良人为活动对城墙遗址的破坏较为严重，并且这类活动直接或间接地放大了自然力对墙体的不利作用效果，主要表現为：

（1）附近居民人为开挖城墙遗址。为了生活和生产的需要，人工开挖窑洞作为住所和储物地洞；

（2）人为搭建房屋。部分居民以城墙为后檐搭建居住的房屋，对城墙土体的开挖，影响了墙体的稳定性，导致部分墙体应力集中并且出现多条裂隙。

（3）人工开挖洞穴。因堆放家用柴火、农用工具等人工开挖洞穴，战争等需要开挖防空地道，地道贯穿于整个城墙遗址，局部有雨水灌入后，长期浸泡城墙遗址造成局部坍塌，后期人为扩大明显，对城墙遗址的稳定性和完整性造成威胁。

2 墙体保护措施

土墙城遗址的保护措施很多，如裂隙注浆、夯筑等。大同南小城现存在多种病害，裂隙发育、孔洞繁多且规模大是亟须治理的病害。通过实践证明，采用结构支撑、夯土补填、注浆等保护措施是有效的。

2.1 结构支撑

南小城墙体现存很多大小不一的孔洞，孔洞一般位于墙体的下部，部分孔洞已造成墙体基础的破坏。采用砖砌体或加筋砖砌体对孔洞进行支撑、支顶的方法具有可逆性，是一种符合文物保护工程基本原则的方法，通过该方法可以有效地减缓孔洞周边裂隙发展的速度，甚至一些裂隙得到较好的控制，年发展速度很缓慢，可近似认为裂隙已不再发展，支撑结构如图1、图2所示。

2.2 裂隙注浆

南小城墙体都存在不同程度的裂隙，裂隙注浆是遗址本体病害治理主要措施。对于裂缝宽度大于20mm的宽大裂隙进行灌浆充填，防止大气降水通过裂缝渗入到墙体中，导致筑墙土体软化。裂缝的灌浆可以防止墙体裂隙进一步发育，减缓裂缝的进一步风化的速度，可以有效地保护墙体的稳定性。

裂隙注浆具体工艺如下：

（1）裂隙清理及模板加固。人工清理配合气泵，0.1MPa～0.2MPa气压对裂隙内残留的虚土、杂质等进行清理。对于危土体预先进行模板加固。

（2）三七灰土浆液表面渗透。采用三七灰土，水灰比1∶0.5对裂隙预注浆湿润内部土体，以达到防止土体吸水改变水灰比的目的。

（4）采用三七灰土，用水灰比0.2浆体做封堵裂隙泥；水灰比0.5～0.7混合浆液做灌浆料，保证搅拌转动速率，搅拌时间不小于3min，随用随拌。

（5）裂隙封堵及埋设注浆管。用配好的封堵浆体封闭裂隙，按照不小于300mm的间距，顺着裂隙的走势埋设注浆管。注浆管埋深对穿透墙体的裂隙要求两侧在不同高度同时埋设。

（6）压力注浆。对于危土体预先进行模板加固注浆采用孔底注浆法，注浆压力控制在0.1MPa～0.3MPa，采用气泵将浆液按自下而上的次序通过注浆管进行。

（7）封闭注浆孔。注浆结束后用水灰比0.2浆体封闭注浆口。

2.3 夯筑补填

夯土夯筑是土遗址支顶加固的重要技术方法，处理墙体局部悬空失稳、墙体掏蚀凹进严重且上部本体自重较大、墙体或局部有失稳趋势等情形时有效。夯土砌筑主要通过从城墙本体地面垒砌或夯补的方式，有效增强城墙遗址本体存在凌空面的自稳能力。

墙体夯筑加固主要针对人为及其他因素形成墙体凹槽和削弱失稳体所采取的加固措施。采用二八灰土夯筑，夯筑土体的干密度要求大于1.70g/cm?，含盐量小于0.5%，延外筑墙体分层夯筑，每层夯筑高度小于等于150mm，必须过筛，白灰粒径5mm，黏性土夹砂粒径15mm。具体施工工艺如下：

（1）清理遗址本体根部虚土，直至持力层，并进行必要的夯筑。

（2）喷洒一定量的水在遗址本体的根部，完全浸湿遗址本体坍塌区域和根部，确保夯筑砌补墙体与原墙体有足够额黏结力。

（3）下部夯筑填补，城砖砌筑0.5m高度开始二八灰土填充夯筑，随砌筑高度逐步夯筑，直至达到设计要求。

（4）对于高于城砖砌体的墙体部分，采取加固补强的措施，保护现状，科学展示。

2.4 包砖砌墙保护

南小城的保护性包砖墙体砌筑高度4m，采用青砖砌筑，如图3所示。结合文物保护的基本方针和原则，对原土遗址墙体进行包砖的方法进行保护是可逆的，并且对原墙体的干预最小，并且包砖的方法具有多种优点。

（1）墙体保护性包砖可以确保墙体基础的稳定。

（2）确保大部分墙体免受降水冲刷等自然力的不良作用，减缓的墙体的风化速度。

（3）保证了墙体不再受到不良人为因素的破坏，孔洞的夯填土体和孔洞的支顶保护措施也得到了保护。

（4）墙体包青砖的做法与古城墙原有做法相近，历史得以延续，并且与主城墙风格类似，不失城市风貌的整体性。

结语

大同南小城墙体病害多，部分墙段病害集中，处于失稳、倒塌的边缘，通过保护性支顶、墙体根部夯土补筑、裂隙注浆和包砖等加固措施的实施，墙体的整体稳定性得以保证，墙体以后会免受人为因素的破坏，自然力作用下的风化速度也会放缓，使这座经历600多年的古城墙风貌得保存和延续。

实践证明，在类似的土城墙遗址保护中，集中精力处理裂隙、孔洞等重要病害是必要的，并且砖体砌筑支顶保护、裂隙注浆等工程手段对于处理这类病害也是经济、有效的。

参考文献

[1]赵海英，李最雄.西北干旱区土遗址的主要病害及成因[J].岩石力学与工程学报，2003，22（s2）：2875-2880.

[2]中国文化遗产研究院.中国文物保護与技术[M].北京：科学出版社，2009.

[3]黄克忠.岩土文物建筑的保护[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

[4]李最雄.丝绸之路古遗址保护[M].北京：科学出版社，2003.

[5]联合国教科文组织.文物保护中的适用技术[M].北京：中国对外翻译出版社，1985.