西旁景教遺址土的工程特性

趙海英 陸繼財(cái)

1.前 言

葡萄溝景教寺院建筑遺址又稱西旁景教遺址，出土過(guò)景教特征的遺存，如陶棺、壁畫等。位于吐魯番市葡萄溝內(nèi)，火焰山西側(cè)的小山丘上，坐標(biāo)位置東經(jīng)：89°12′55.39″、北緯：42°59′23.76″。景教即唐朝時(shí)期傳入中國(guó)的基督教聶斯脫里派，也就是東方亞述教會(huì)，起源于今日敘利亞，被視為最早進(jìn)入中國(guó)的基督教派，成為漢學(xué)研究一個(gè)活躍的領(lǐng)域。唐朝時(shí)曾一度在長(zhǎng)安興盛，并在全國(guó)都建有“十字寺”。

葡萄溝景教寺院建筑遺址的出現(xiàn)也再次證明景教傳播范圍的廣泛，更說(shuō)明絲綢之路興盛之時(shí)吐魯番地區(qū)多民族、多宗教的共存。對(duì)于我們現(xiàn)在的社會(huì)發(fā)展、民族團(tuán)結(jié)具有重要的指導(dǎo)和借鑒意義。它對(duì)研究我國(guó)古代西域史、民族史、中西文化交流史以及西部環(huán)境變化都有重要的意義。

由于自然和人為的作用，這處景教寺院遺址已遭受嚴(yán)重的破壞，對(duì)其保護(hù)刻不容緩。遺址土工程特性決定土的強(qiáng)度和抗各種自然營(yíng)力的侵蝕能力，是調(diào)查遺址發(fā)育主要病害的基礎(chǔ)，是制定適宜保護(hù)措施的依據(jù)之一，國(guó)家文物局頒布的土遺址勘察規(guī)范中規(guī)定要對(duì)遺址土進(jìn)行工程特性分析。作者在景教寺院建筑遺址保護(hù)工程方案勘察中，對(duì)該遺址的遺址土的工程特性進(jìn)行了詳細(xì)的分析，為遺址病害調(diào)查和保護(hù)方案提供必要的依據(jù)。

2.遺址保存現(xiàn)狀

西旁景教遺址位于葡萄溝內(nèi)，火焰山西側(cè)的一山丘頂部，依山而建，建筑物地形高差約10m，見(jiàn)圖1。遺址塌毀嚴(yán)重，原地堆積。目前殘存主要為一些墻體，最高可達(dá)2m，大部分墻體被上部坍塌堆積土體所掩埋，墻高小于1m或僅出露墻基，墻厚60cm左右。墻體主要為粗粒土夯筑或土坯砌補(bǔ)，土坯塊體較大，40cm×20cm×10cm，個(gè)頭幾乎是現(xiàn)代吐魯番地區(qū)民居土坯的一倍。遺址四周的山坡上遍布灰陶片，這是一種典型的南北朝至唐代的粗砂陶片。

圖1 西旁景教遺址地形圖

3.遺址土的工程特性

為了全面研究遺址土體的工程特性，對(duì)遺址不同立面采集了樣品，采樣采用人工取樣。室內(nèi)測(cè)試土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)、化學(xué)成分測(cè)試。

3.1 樣品采集

現(xiàn)場(chǎng)采集樣品為原狀樣和擾動(dòng)樣，所有土試樣均妥善密封，防止?jié)穸茸兓?，?yán)防曝曬或冰凍，并在運(yùn)輸中避免振動(dòng)，具體采樣位置見(jiàn)表1。

表1西旁景教寺院建筑遺址取樣位置一覽表

3.2 遺址土的化學(xué)成分

表2列出了所取土樣的鹽分含量。

表2 西旁景教寺院建筑遺址土的含鹽量分析試驗(yàn)結(jié)果

土樣易溶鹽試驗(yàn)結(jié)果分析：不管是從總體上還是個(gè)體上來(lái)看，易溶鹽中陰離子主要以和CL-含量最高，碳酸氫鹽的含量次之，未檢出。陽(yáng)離子以Ca2+、Na+和K+為主，且含量較高，Mg2+含量較少。所以研究區(qū)內(nèi)易溶鹽主要成分為Na2SO4、K2SO4、CaCL2、NaCL、KCL，以及少量的NaHCO3、KHCO3、CaHCO3等?？傮w來(lái)講、CL-、Ca2+、Mg2+、Na+、K+、易溶鹽總量具有相同的分布規(guī)律。EW11墻體南立面、EW1北立面底部易溶鹽含量大，土體腐蝕性最強(qiáng)，至頂部最??；EW11墻體北立面、EW23墻體南立面底部易溶鹽含量小，至頂部達(dá)最大，土體腐蝕性最強(qiáng)；

pH值：研究區(qū)內(nèi)土體的pH值分布比較均勻，pH值范圍在8.4～9.0之間，具堿性。

3.3遺址土的物理特性

含水量試驗(yàn)采用烘干法，密度試驗(yàn)分為天然密度試驗(yàn)和土粒密度試驗(yàn)。表3統(tǒng)計(jì)了西旁景教寺院建筑遺址建筑材料的物理性質(zhì)指標(biāo)，主要為粉土，含水量很小，在1.6～2.0%之間；比重在2.7；干密度在1.5～1.8 g/cm3之間，變化幅度較大；孔隙比0.479～0.765。

表3 西旁景教寺院建筑遺址土的物理性質(zhì)指標(biāo)

土的顆粒大小和各種粒組所占的比例與土的物理力學(xué)性質(zhì)有著一定關(guān)系。根據(jù)土的顆粒組成進(jìn)行土的分類，根據(jù)土的類別，進(jìn)而可以判定土的透水性、可塑性、收縮性、膨脹性等物理力學(xué)性質(zhì)，從而指導(dǎo)工程實(shí)踐。本次顆粒分析試驗(yàn)中的粗顆分采用篩析法，篩子孔徑分別為10mm、5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.1mm、0.075mm。細(xì)顆分采用比重計(jì)法，所用比重計(jì)為甲種標(biāo)準(zhǔn)比重計(jì)。

總體上，粉粒含量普遍在50%以上，級(jí)配不良（圖2～5）。

圖2 J－1顆分曲線

圖3 J－2顆分曲線

圖4 J－3顆分曲線

圖5 J－4顆分曲線

3.4 遺址土的力學(xué)特性

由于表層風(fēng)化土制備完整的力學(xué)測(cè)試土樣很困難，而且影響遺址穩(wěn)定的主要是內(nèi)部土體，因此，僅對(duì)內(nèi)部新鮮土體進(jìn)行了力學(xué)性能測(cè)試。本試驗(yàn)是為了測(cè)定墻體夯土強(qiáng)度，從而提供強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算所用的基本指標(biāo)，采用應(yīng)變控制式直剪儀對(duì)夯土試樣進(jìn)行了快速直接剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果黏聚力c為40.2Kpa，內(nèi)磨擦角為14.4°。

試驗(yàn)結(jié)果表明：景教寺院建筑遺址土體試樣含有砂礫，土體的內(nèi)聚力較大，內(nèi)摩擦角中等，在加固墻體危險(xiǎn)部分時(shí)應(yīng)加強(qiáng)注意。

3.5 遺址土的崩解特性

西旁景教寺院建筑遺址之所以能遺留下來(lái)且保存完整也是因?yàn)檫@里干旱的自然環(huán)境。盡管西北地區(qū)降雨量少，但是偶爾一次的暴雨也有發(fā)生，而遇水后強(qiáng)度急劇降低是土遺址致命的弱點(diǎn)。

本試驗(yàn)從各組樣品中選取兩組平行土塊，質(zhì)量約40g左右，分別放在水中鐵絲網(wǎng)上進(jìn)行崩解，并對(duì)崩解過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)描述，最后求出各個(gè)試樣的平均崩解速度（表4）。通過(guò)所做的崩解試驗(yàn)看出，土的崩解速度均較慢，定性上崩解有相同的過(guò)程和崩解特性：因空隙的存在土樣放入水中一般均產(chǎn)生氣泡，土樣先從底部呈粉粒紛紛揚(yáng)揚(yáng)的崩落，繼而呈瀉溜狀從土樣四周向中心推進(jìn)崩落，由于麥稈和碎石的存在，二者形成膠結(jié)體，崩解速度隨之而逐漸緩慢，崩解殘留往往為碎石、麥稈或二者的膠結(jié)物。

表4 西旁景教寺院建筑遺址土的崩解速度

4 結(jié)論與建議

遺址土含鹽量較高，pH值范圍在8.4～9.0之間，具堿性；鹽分含量與土體中水分富集與遷移關(guān)系密切。遺址土粉粒含量普遍在50%左右，砂、礫含量較高，級(jí)配不良。遺址土體在干燥狀態(tài)時(shí)強(qiáng)度較高，抗水性弱，遇水易崩解。這些工程特性為外營(yíng)力的破壞提供了有利的條件，造就了西旁景教寺院建筑遺址的主要病害為表面風(fēng)化，遺址坍塌破壞嚴(yán)重（往往為整面墻體的坍塌）。保護(hù)方案選擇時(shí)對(duì)臺(tái)地周圍的暫時(shí)性集水必須予以杜絕，加固土坯土質(zhì)的選擇要適宜。