嘉峪关暗壁支线长城病害成因及保护措施研究

摘 要：嘉峪关暗壁支线长城是嘉峪关西长城重要的组成部分，与悬壁长城将嘉峪关东西往来的通道—石關峡扼守，由于所处的地理位置特殊，其修建时的军事防御作用更显得重要。受人为和自然因素影响，该段长城病害频发。通过对病害的成因分析，对病害进行有效的处置。同时，通过技术手段对长城保存状况进行监测，通过定量分析，及时掌握科学数据，对长城的保护第一时间做出反应，确保该段长城资源的永续保存和合理利用。

关键词：暗壁支线长城;病害成因;保护措施

0 前言

嘉峪关始建于明洪武五年（1372），通过168年的修建，于明嘉靖十九年（1539）建成了主要由关城、城垣、外壕、城台、堡城、墩台等几部分组成的嘉峪关西长城防御体系。西长城以嘉峪关关城为界，分为明墙和暗壁，明墙起于关城以南的讨赖河，暗壁则起于关城以北的石关峡。嘉峪关暗壁支线长城位于嘉峪关关城以北约7千米的石关峡口东南侧山坡上，也叫石关峡长城，与悬壁长城形成掎角之势，将石关峡紧紧扼守，是嘉峪关西长城的重要组成部分。石关峡在汉代开始就是东西往来的重要通道，也是最早的玉门关关址所在地。这凸显出嘉峪关暗壁支线长城在嘉峪关西长城防御体系中的重要作用。

1 保存现状

嘉峪关暗壁支线长城与嘉峪关西长城暗壁段相互连接，呈“T”形分布于山脊上。暗壁支线长城遗址原长约34米，2001年经文物部门批准嘉峪关市黄草营村村民杨永福筹资对该段长城进行了修复，修建了营盘1座，敌台1座，复建了石关峡口墩，修建长城墙体约510米。2016年石关峡口墩由于结构和质量缺陷而垮塌。2019年敦煌研究院文物保护技术服务中心对该墩台进行重建。由于该段长城修建在山坡上，附近没有黄土，远处取土、运土比较困难，长城修建就地取材。从现存的长城来看，黄土夹砂石修建的长城占到该段长城的70%。自2001年该段长城修复后，在自然和人为因素影响下，长城墙体局部坍塌，墙体根部严重酥碱，墙基块石垒砌松散，垛口破损，隐患极多，并且病害仍在继续发育。

2 病害类型

2.1 人为破坏

人类生产生活对该段长城破坏较为严重。主要表现为以下几种：①农业灌溉对长城的危害。附近农田一直延伸至长城本体墙基处，水渠就在长城跟前，甚至有浇灌农田的管涵从长城下穿过。农业生产活动导致长城墙体损坏。②植被破坏。长城附近因为历史原因，东西两侧有大片树林，树木根系生长，以及长期对树木浇灌，对长城造成一定程度的破坏。③擅自攀爬破坏。该段长城建于山坡之上，2019年之前，该段长城的周围未设置保护围网，长城处于开放环境中，时常有外来人员顺山坡翻越长城，造成长城墙体损坏、垛口坍塌。

2.2 土体长城表面风化

在干旱的环境中，夯土长城墙体的风化层通常比较厚，但是由于长期的日晒雨淋及冰雪冻融等外部环境因素影响，墙体表面形成较薄硬壳，而土体内部由于湿度温度等因素变得松散。久而久之，土体表面形成细微裂纹，土体长城表面逐层风化。

2.3 土体长城裂隙

土体长城裂隙发育主要有风化裂隙、卸荷裂隙、建筑工艺裂隙等类型。风化裂隙经常出现在土体长城构造较为薄弱的区域，如夯筑时密实度欠缺或者是夯土中砂石含量过高的区域。在自然力作用下以上区域往往会逐渐酥碱风化，形成裂隙。卸荷裂隙是由于长城墙体坍塌变形后失重而产生的较大裂隙，多集中于土体长城墙体上部，卸荷裂隙往往对长城的破坏是致命的。建筑工艺裂隙在土体长城修筑时由于工序工艺、修筑时间先后等因素而产生，这种裂隙是修筑长城时无法避免的。这三种裂隙类型在暗壁支线长城上均存在，也是土体长城的特性所决定的。

2.4 土体长城局部坍塌

土体长城的坍塌多集中在长城的上部，主要原因则是由于长城底部风化酥碱掏蚀严重，导致墙体悬空，为上部土体长城坍塌提供了有利的条件，在土体自重和自然外力作用下，土体长城会不断寻求平衡和稳定，造成土体长城不断坍塌。如没有人为的干预，土体长城局部坍塌的病害将继续发育，直至长城最终毁损。

2.5 土体长城局部酥碱

土体长城酥碱病害是由其修建材料的性质所决定的。土体中含有易溶盐，由于雨水、雪水以及空气湿度和盐的溶解度随时变化，引起土体中盐分的结晶与溶解始终交替进行，导致长城墙体表面出现酥碱病害。酥碱病害常出现在土体长城的墙基位置。

2.6 部分墙基块石垒筑松散

暗壁支线长城部分墙基由块石垒筑，在长期自然力作用下，块石垒筑间的灰泥老化。尤其在强降雨作用下，雨水冲蚀块石砌筑黏结泥浆，块石砌筑泥浆在汇集水流作用下逐渐被掏蚀，导致块石松散局部有掉落，造成块石垒筑的墙基局部失稳塌落。

暗壁支线长城病害具有如下特点：

其一，受自然环境的影响，该段长城上述病害类型都有发育，但程度不同，且局部坍塌失稳及表面风化病害占比较大，其他类型病害处于从属地位。

其二，受墙体的方位和夯土的质量影响，破坏的形式也有所不同。

其三，人为因素加大了该段长城病害的产生，实施保护难度较大。

3 暗壁支线长城的具体病害情况

3.1 营盘主要病害（图1、图2）

受风雨侵蚀，营盘敌台北侧墙体受雨水冲刷形成两道贯通冲沟，墙体转角连接处由于墙体沉降导致裂隙不断发育，墙体外表面风化严重，墙体上草泥脱落严重，根部掏蚀发育，营盘上有3处明显坍塌。

3.2 长城墙体主要病害（图3、图4）

长城墙体冲沟发育，表面酥碱风化严重，片状剥离，人为修筑的灌溉涵管穿过墙体底部，局部裂隙发育。由于人为和自然作用，长城上多处垛口损坏坍塌，部分墙体底部基础由块石垒筑，在长期雨水冲刷和风蚀作用下，块石砌体泥浆填充严重掏蚀，块石垒筑墙基表面松散，局部坍塌。

3.3 敌台主要病害（图5、图6）

敌台整体保存较完善。敌台立面表面无明显病害，在长期自然力作用下，垛口表面酥碱，垛口局部塌落。

4 建议保护措施

4.1 土坯（夯筑）砌补

土坯（夯筑）砌补技术措施的运用，主要针对局部掏蚀悬空、局部倾斜的土体长城，采用与土体长城相同或相近的材料进行砌补、夯筑。采取砌补或者夯筑措施，取决于病害的严重程度，具体如下。

4.1.1 黏土夯筑

根据夯土长城维修的相关规范，通常情况下掏蚀深度大于20厘米的区域采用黏土夯筑。黏土夯筑工艺包括材料准备、基础清理、支模、夯筑、拆模、表面处理、伸缩缝处理等工序。在实施黏土夯筑时应注意以下几点：

①黏土夯筑前，应对原土体进行化学分析。

②材料选取时，选取可溶盐含量、成分与原土体接近的黏土。

③黏土夯筑前必须清理原土体表面虚土，以增强黏土与原土体的黏结性。

④黏土夯筑时每层厚度保持在8～10厘米，要分层夯筑，并在原土体上人工成孔，预埋入麻撮，使新夯土与原土体更好地粘接。

⑤黏土夯筑后应对表面进行平整处理，使其与原土体长城外部形制基本保持一致。

4.1.2 土坯砌补

根据夯土长城维修的相关规范，通常情况下掏蚀深度小于20厘米的区域采用土坯砌补。土坯砌补工艺包括材料准备、锚钉拉接、土坯砌筑、渗透灌浆、边角处理、表面处理等工序。在实施土坯砌补时应注意以下几点：

①土坯砌补前，应对原土体进行化学分析。

②土坯材料选取时，选取可溶盐含量、成分与原土体接近的黏土。

③为保证砌补土坯与原土体有较好的连接，可在原土体上设置竹锚钉，以增强土坯砌筑的稳定性。

④土坯砌补后，要对土体内的空洞进行注浆，以提高土坯与原土体的连接强度。

⑤土坯砌补后应对表面进行处理，对砌补部位通过修整和伪装等方法使其形制、色彩等与原土体整体保持一致。

4.2 裂隙处理

裂隙是土体长城坍塌的诱因。裂缝中经常渗入雨水会导致土体软化，导致墙体裂隙不断发育，必须及时进行灌浆充填，否则土体长城将最终坍塌，造成无法挽回的损失。经过多年对夯土长城保护维修经验的总结，裂隙的处理已经在文物界已形成了一套科学的规范。裂隙注浆就是一种行之有效的土体长城维修保护的措施，通过PS混合溶液定量注入裂隙，阻止裂隙继续发育，使长城裂隙病害得到有效的治理。由于裂隙处理是利用现代材料进行的，因此对溶液的使用量、配比及工艺要求上相当严格。因此施工时应注意以下几点：

①为了保证裂隙注浆的效果，PS溶液的浓度必须严格控制在5%，所选取的粉土可溶盐含量要低于0.5%。

②注浆时一次注浆量不能太多，要防止浆液外溢。

③注浆时要采用不同裂隙间隔注浆的方法，防止注浆过量。

④注浆结束，拔除注浆管后要使用PS溶液与粉土浆液封闭注浆孔，防止出现次生裂隙。

4.3 冲沟治理

长城本体冲沟的形成与降雨量、土体结构有直接的关系，是不可避免的病害。冲沟的治理只能采取疏导为主，补强为辅的措施。通过夯筑砌补、表面PS加固等措施填补长城本体表面已形成的冲沟，恢复墙体本体表面原有分散排水。如冲沟较深，可以采取本体内埋管的方式及时排疏积水，防止本体进一步受雨水的浸泡、冲蚀。冲沟治理时应注意以下几点：

①冲沟治理前，应对原土体进行化学分析。

②材料选取时，选取可溶盐含量、成分与原土体接近的黏土。

③冲沟夯实砌补前必须清理冲沟表面虚土，以增强黏土与原土体的粘接性，确保治理效果。

④冲沟夯实砌补后应对表面进行平整处理，并进行PS溶液补强。

4.4 保护性监测

嘉峪关暗壁支线长城常年受风雨的侵蚀，本体不同部位产生不同类型的病害，如果任其发育，最终将导致长城墙体坍塌，失去它的历史信息。为有效地防止、减缓各类病害持续发育，可对墙体本体进行不间断保护性监测。通过长期监测，对检测数据进行分析，准确掌握长城本体的细微变化，预测病害的发生和发展。从而采取及时、有效的措施保证长城本体的安全。

4.5 阻止人为破坏

为阻止暗壁支线长城的人为破坏，根据保护现状，分不同情况可采取以下措施。

4.5.1 加强文物保护设施的设置

为阻止违规攀爬长城的行为，在长城周边设置保护围网，使长城变开放式管理为封闭式管理，并安装监控设备，及时掌握长城周边的安全情况。

4.5.2 农业生产对长城破坏的整治

①长城两侧树林整治。与林业部门进行协调，将树木移至他处种植，树木太大无法种植则进行砍伐回购，减少树木灌溉对长城的影响。

②穿越长城底部水渠整治。与水利农业部门协调，将明渠改为暗渠，水渠位置不再改变，将水渠渗漏对长城的影响降到最低。

5 结束语

由于所处的地理环境不同，长城病害产生的类型也不尽相同，嘉峪关暗壁支线长城病害也呈现一些特殊性。通过传统工艺、传统材料、传统技术对其进行修旧如旧的专业保护维修。同时吸收一些具有推广价值的科学做法，運用到该段长城保护工作中，使保护措施更趋于科学、规范和有效，将更有利于该段长城的永久保存和利用。

参考文献

[1]李并成.石关峡：最早的玉门关和最晚的玉门关[J].中国地理丛书，2005（2）：120-125.

[2]王锦芳，严耿升，龙玉凤.非饱和状态土遗址水盐运移特征研究[J].科技风，2011（8）：11-12.

[3]孙满利，王旭东，李最雄.西北地区土遗址病害[J].兰州大学学报：自然科学版，2010（6）：41-45.

[4]甘肃省文物局.嘉峪关长城墙体（夯土）保护维修工程（四期）设计方案[S].2017.

【作者简介】李建荣，男，汉族，甘肃嘉峪关人，本科，文博助理馆员，研究方向：干旱地区土遗址的保护及维修、岩画的病害成因及预防措施研究。