土遺址的病害因素與保護(hù)措施研究
——以麟州故城為例

吳少敏，陳 靂

（北京建筑大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，北京 100044）

土遺址的病害因素與保護(hù)措施研究
——以麟州故城為例

吳少敏，陳 靂

（北京建筑大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，北京 100044）

我國目前遺留的土遺址數(shù)量眾多，但是土遺址保護(hù)理論尚未成熟，大多室外遺址缺乏基本的保護(hù)措施，損毀嚴(yán)重。文章通過對(duì)麟州故城進(jìn)行系統(tǒng)的病害調(diào)查，分析土遺址的病害特征及其病害成因，針對(duì)不同的病害分別提出不同的保護(hù)措施，以期為西北干旱地區(qū)的土遺址保護(hù)和搶救工程提供研究實(shí)例和借鑒。

土遺址；麟州故城；病害；保護(hù)措施

土遺址的概念目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義，土遺址是古遺址的一個(gè)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(zhì)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(tái)基、城墻、窯洞、烽燧等遺址。我國的土遺址數(shù)量眾多，截至第七批全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位的統(tǒng)計(jì)，土遺址的數(shù)量多達(dá)900多個(gè)，約占文物總數(shù)量的20%。土遺址的分布范圍廣泛，現(xiàn)存遺址大多集中在我國的西北干旱地區(qū)和半干旱地區(qū)，包括新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙、陜西、河北、河南等地[1]。

土遺址具有以下特點(diǎn)：①土遺址的規(guī)模大，大多存在于露天環(huán)境中，遭受風(fēng)雨侵蝕，受自然影響較大，不利于文物保護(hù)；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(fù)；③人們對(duì)土遺址的保護(hù)意識(shí)淡薄，土遺址的歷史信息、存在形態(tài)不為大眾所熟知，容易遭到周邊人群的破壞[2]。

自20世紀(jì)80年代以來，土遺址的保護(hù)逐漸引起了社會(huì)各界的重視，關(guān)于土遺址的研究也越來越多。目前關(guān)于土遺址的研究主要集中土遺址的病害成因、風(fēng)化機(jī)理、建筑形制、加固技術(shù)、環(huán)境與土遺址保護(hù)的關(guān)系等方面。土遺址相對(duì)于其他的磚石、木質(zhì)建筑遺址，更易受到自然環(huán)境的損害，此外，由于人們對(duì)土遺址的文物價(jià)值認(rèn)識(shí)不足，致使土遺址遭受到人為破壞，許多遺址在歷史的進(jìn)程中逐漸磨滅，乃至消失。土遺址的保護(hù)工作已迫在眉睫，近年來大批的土建筑遺址已經(jīng)開展了保護(hù)規(guī)劃編制工作。

本文以麟州故城作為研究案例，重點(diǎn)剖析土遺址的病害表現(xiàn)及其成因，以及針對(duì)病害提出的相關(guān)保護(hù)措施。

1 麟州故城概況

麟州故城位于陜西省神木縣店塔鎮(zhèn)南7 km處楊城村西北側(cè)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(xiàn)存文物為大面積的墻垣遺址，其依山勢(shì)地形修建，逶迤起伏，整體為不規(guī)則形狀，現(xiàn)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(gè)故城按照位置與現(xiàn)有保存形態(tài)分為東城、內(nèi)城、西城3個(gè)相互聯(lián)系、又相對(duì)獨(dú)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(xiàn)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(nèi)城最小，位于中部偏南，面積為4.33 hm2，地勢(shì)高敞、墻垣厚大，當(dāng)?shù)厮缀簟白襄\城”；西城規(guī)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(huán)境關(guān)系圖

圖2 麟州故城自然地貌

麟州故城的文物構(gòu)成為墻垣遺址，包括墻垣、甕城、城門洞、馬面和古城內(nèi)考古發(fā)現(xiàn)的房屋基址、水井遺址等不可移動(dòng)文物以及雷石等出土的可移動(dòng)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(cè)的明長城烽火臺(tái)遺址屬于文物環(huán)境的構(gòu)成內(nèi)容。

2 麟州故城的病害因素分析

麟州故城歷經(jīng)千年的歲月洗禮，常年處于荒置狀態(tài)，原址損毀嚴(yán)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(gòu)成，解決這兩種病害的手段也不一樣。對(duì)于自然因素造成的破壞，主要采用科學(xué)技術(shù)的方法解決；對(duì)于人為因素造成的破壞，主要采用科學(xué)管理的手段解決。

本文通過對(duì)麟州故城的病害表現(xiàn)進(jìn)行分類，總結(jié)出其本質(zhì)的病害成因（表1），并提出有針對(duì)性的保護(hù)措施。

表1 麟州故城病害成因分類與病害表現(xiàn)分類之間的聯(lián)系

2.1 病害表現(xiàn)特征

(1)片狀剝蝕。片狀剝蝕分為風(fēng)蝕剝離和雨蝕剝離。風(fēng)蝕剝離主要表現(xiàn)為墻體表面殘留有大量的結(jié)石小突起，主要分布在東城的東南部，紫錦城（內(nèi)城）。雨蝕剝離有兩種表現(xiàn)：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(nèi)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(nèi)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(duì)墻體的酥堿掏蝕和風(fēng)力掏蝕。酥堿掏蝕在地勢(shì)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(nèi)城）；風(fēng)力掏蝕主要表現(xiàn)為層狀風(fēng)蝕和棒槌墻兩種形式，主要分布在紫錦城（內(nèi)城）及西城北部。

(4)沖溝。麟州故城的沖溝主要發(fā)生在東城、紫錦城（內(nèi)城）的墻體橫向構(gòu)造裂隙處及城墻臺(tái)頂處。

(5)崩塌。崩塌是最嚴(yán)重的破壞形式，當(dāng)裂隙在外力（例如風(fēng)蝕、熱膨脹、人為破壞）的作用下，發(fā)展到一定程度即會(huì)發(fā)生崩塌。崩塌主要分布在東城南側(cè)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(jìn)入城墻內(nèi)部，影響了古城的景觀，破壞了城墻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（表2）。

表2 麟州故城遺址本體主要病害表現(xiàn)形式

(7)人為破壞。人為破壞包括取土掏洞、農(nóng)田水利、建設(shè)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(duì)故城造成嚴(yán)重的破壞。城址內(nèi)東南部的大部分土地被村民開辟為農(nóng)田，種植農(nóng)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(nóng)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(jìn)入城內(nèi)，中段明渠利用城垣的高度造成占用性破壞，占?jí)簤υz址兩段共約200余m，北段部分明渠經(jīng)過城垣外側(cè)。在西城斷崖山腳處，店塔工業(yè)區(qū)神華集團(tuán)發(fā)電廠和電石廠的煙囪、冷卻塔和廠房對(duì)故城遺址北部的環(huán)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(fēng)蝕。風(fēng)是破壞土遺址的主要?jiǎng)恿Γ鼘?duì)各種病害的發(fā)生和發(fā)展起到推動(dòng)作用，是麟州故城的最主要病害。風(fēng)對(duì)土遺址的破壞主要是吹蝕作用和磨蝕作用。根據(jù)氣象資料顯示，神木地區(qū)的平均風(fēng)速是2.4 m/s，最大風(fēng)速可達(dá)到26 m/s，大風(fēng)天氣尤其是揚(yáng)沙天氣對(duì)土遺址會(huì)產(chǎn)生巨大的破壞作用。風(fēng)蝕會(huì)導(dǎo)致遺址發(fā)生片狀剝蝕、土體掏蝕。

(2)水蝕。水蝕主要包括降水、吸附水對(duì)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(jié)性特征，主要集中在夏季和秋季。夏季集中降水會(huì)導(dǎo)致遺址表面材料流失，土體形成泥皮，天氣干燥時(shí)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(nèi)部的吸附水由于溫度的變化發(fā)生物理形態(tài)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(tài)下轉(zhuǎn)化成凝結(jié)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(shí)析出大量的溶解鹽晶體，導(dǎo)致遺址墻體的基礎(chǔ)發(fā)生酥堿[5]。

(3)溫度變化。由于土遺址礦物成分的熱膨脹系數(shù)不同，在溫差的作用下，土體結(jié)構(gòu)不斷疏松，強(qiáng)度降低。此外，溫度的變化還會(huì)導(dǎo)致土體水分蒸發(fā)，失水收縮，形成裂縫。

(4)生物腐蝕。生物腐蝕分為動(dòng)物活動(dòng)和植物生長對(duì)遺址的破壞作用，包括穴居動(dòng)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(duì)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(dòng)較弱，自公元前780年—1900年記載的地震共9次，都為6級(jí)以下地震，1900年至今未發(fā)生過地震，未有地震災(zāi)害記錄。地震會(huì)直接造成土體的松動(dòng)、開裂、坍塌，對(duì)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(duì)城墻本體和遺址周邊環(huán)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(nèi)整體風(fēng)貌的失調(diào)。

3 麟州故城的保護(hù)措施研究

目前土遺址的保護(hù)加固技術(shù)主要包括灌漿法和錨固法，通常需要結(jié)合兩種方法。灌漿法是一種化學(xué)方法，其重點(diǎn)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(nèi)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(nèi)插入連接筋，如鋼筋、木錨桿、楠竹等材料，增強(qiáng)土遺址的穩(wěn)定性。

以下分別針對(duì)麟州故城土遺址的不同病害表現(xiàn)提出不同的保護(hù)措施。

(1)片狀剝蝕。對(duì)于風(fēng)化嚴(yán)重的城墻墻體，采用PS材料（即高模數(shù)的硅酸鉀溶液）對(duì)土體進(jìn)行噴灑處理，可使片狀、離散、晶態(tài)的黏土礦物微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成一種致密的非晶體網(wǎng)狀膠凝體，使土體具有很好的防風(fēng)化和防雨蝕的效果。

(2)裂隙。裂隙的產(chǎn)生嚴(yán)重危害城墻的穩(wěn)定性，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致城墻崩塌。對(duì)于土體的裂隙部位，必須采取灌漿處理的方法。灌漿時(shí)要保證填充漿體密實(shí)，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(jié)構(gòu)；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(qiáng)度的固體，充填了原有的空間。對(duì)于危險(xiǎn)的城墻墻體，采用錨桿加固與裂隙灌漿相結(jié)合的方法進(jìn)行加固，錨桿的材料采用木錨桿或楠竹加筋復(fù)合錨桿。

(3)掏蝕。對(duì)于墻基被嚴(yán)重掏蝕的墻體，采取補(bǔ)砌加固材料的方法進(jìn)行加固，防止其發(fā)生崩塌破壞。加固材料主要為夯土，應(yīng)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(jù)沖溝發(fā)生的位置和破壞程度，采取不同的處理方式。對(duì)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(jìn)行夯土填補(bǔ)，夯填時(shí)結(jié)合排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使雨水沿著指定位置排泄。對(duì)于沒有夯填條件的沖溝，應(yīng)提高其抗雨蝕能力，減少雨水對(duì)土體的沖蝕量。

(5)崩塌。崩塌是最為嚴(yán)重的破壞形式，對(duì)于已經(jīng)發(fā)生崩塌的墻體，應(yīng)收集其土體，根據(jù)歷史照片或文獻(xiàn)補(bǔ)砌該段城墻。補(bǔ)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(shí)使用灌漿法和錨固法增強(qiáng)補(bǔ)砌城墻與鄰近城墻的黏結(jié)性。對(duì)于無法還原的崩塌墻體，可采用表面補(bǔ)砌包埋法，即在遺址表面加一層修補(bǔ)材料，使遺址得到相應(yīng)的保護(hù)[6]。

(6)植被破壞。植被對(duì)土遺址具有保護(hù)和破壞的雙重作用，因此要區(qū)別對(duì)待。對(duì)于植物根系較粗的喬木和灌木，對(duì)其進(jìn)行定期的檢查和清除，清除的過程注意保護(hù)好土體，局部進(jìn)行錨桿錨固，避免土體發(fā)生崩塌；對(duì)于根系較小的草本植物，結(jié)合遺址的景觀展示效果，保持適當(dāng)?shù)拿芏?，既能美化環(huán)境，還能防止遺址的水土流失。

(7)人為破壞。首先應(yīng)加強(qiáng)遺址區(qū)的土地使用管理，對(duì)于麟州故城遺址保護(hù)范圍內(nèi)的土地，因地制宜合理調(diào)整土地使用性質(zhì)，土地權(quán)屬變更為國有土地，農(nóng)業(yè)耕地轉(zhuǎn)為文物保護(hù)用地。在保護(hù)范圍之內(nèi)，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(hù)，應(yīng)當(dāng)實(shí)施搬遷。對(duì)于麟州故城遺址建設(shè)控制地帶的土地，采用界樁標(biāo)明建設(shè)控制地帶的范圍，建設(shè)控制地帶內(nèi)的建設(shè)項(xiàng)目必須通過文物管理部門的審定后方可實(shí)施，并做好土地清退和環(huán)境建設(shè)。其次加強(qiáng)文物管理工作，包括設(shè)立管理機(jī)構(gòu)、制訂管理規(guī)章，加強(qiáng)日常管理等內(nèi)容。此外，要保護(hù)遺址區(qū)的景觀環(huán)境，對(duì)麟州故城內(nèi)外道路系統(tǒng)進(jìn)行合理規(guī)劃；高低壓電線繞開麟州故城遺址，恢復(fù)自然景觀視線；清除20世紀(jì)70年代興建的水渠；緊鄰窟野河的神華集團(tuán)發(fā)電廠對(duì)故城的景觀風(fēng)貌產(chǎn)生了較大的破壞，責(zé)令其停止生產(chǎn)，搬遷至其他地方；對(duì)建控地帶內(nèi)的古樹名木增加標(biāo)志，建立監(jiān)測(cè)和保養(yǎng)維護(hù)制度[7]。

4 結(jié)論

(1)麟州故城土遺址的主要病害成因是風(fēng)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(xiàn)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(duì)不同的土遺址病害，應(yīng)制定不同的保護(hù)措施，對(duì)癥下藥，從而使遺址修復(fù)具有針對(duì)性和可實(shí)施性。

(3)土遺址的保護(hù)要建立科學(xué)的病害評(píng)估體系，使受損程度較嚴(yán)重的遺址能夠及時(shí)地得到搶救和修復(fù)。遺址的保護(hù)應(yīng)做好日常監(jiān)測(cè)和管理工作，預(yù)防土遺址遭到不必要的病害破壞。此外，土遺址的保護(hù)不僅要保護(hù)遺址本體，同時(shí)要整治遺址的賦存環(huán)境，二者相輔相成，缺一不可。

[1]鄭一萍.第1～第6批全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位歷史年代數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)[J].中國文物科學(xué)研究,2011(2):74- 76.

[2]王旭東.土建筑遺址保護(hù)理念探索與實(shí)踐:以交河故城保護(hù)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(duì),神木縣文管辦.神木縣麟州故城考古調(diào)查勘探報(bào)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(duì),2010.

[4]孫滿利,李最雄,王旭東,等.干旱區(qū)土遺址病害的分類研究[J].工程地質(zhì)學(xué),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(hù)初論[M].北京:科學(xué)出版社,2010.

[7]北京建工建筑設(shè)計(jì)研究院,北京建筑大學(xué).麟州故城保護(hù)規(guī)劃文本[M].北京:北京建工建筑設(shè)計(jì)研究院,北京建筑大學(xué),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?yàn)榻ㄖz產(chǎn)保護(hù)。E- mail:178235518@qq.com.

北京市教委課題（SQKM201610016004）；北京建筑大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目（00331616007）