古浪境内长城遗存的病害分析及保护加固措施建议

蒙宝玲，谌文武

（兰州大学 土木工程与力学学院，甘肃 兰州 730000）

古浪境内长城遗存的病害分析及保护加固措施建议

蒙宝玲，谌文武

（兰州大学 土木工程与力学学院，甘肃 兰州 730000）

通过系统分析古浪县境内长城的基本概况、病害机理、病害形式，提出基于地基砌筑加固和注浆加固还原的保护措施和建议，对古浪县乃至整个甘肃境内长城遗存的保护具有重要的指导意义.

古浪县；长城遗存；病害机理；加固措施

长城是我国古代特有的历史文化产物，被称为世界上最伟大的“军事防御工程”，在1987年，根据文化遗产遴选标准被列入《世界遗产名录》.然而，经过漫长的地质运动和战争、垦殖等主客观因素，长城遗存的破坏非常严重，很多古长城遗存已经很难见其原貌，长城等文化遗存的保护与加固已成为文物保护的重要工作和使命.

1 古浪境内长城遗存的档案分析

1.1 古浪县境内长城遗存的分布

1.1.1 汉长城分布走向

在古浪县境内，长城遗存主要有汉长城和明长城两种.古浪县境内汉长城的分布及走向比较清晰，自天祝县安远镇马家庄进入，沿古浪河东岸穿行，经磨河湾、龙沟堡、下庄子、小坡、柳家台，尚家台、王家河、大庄、跨黄羊川河，越铁柜山，经黄家闇门、灰条湾、金家大沟出古浪峡；复沿古浪河东岸，经魏家崖头、长流、定宁、石家墩、肖家营、韦家庄、中西湾、严家墩，过古浪河，经贾家团庄、郑家楼、圆墩子、铧尖滩入凉州区境内，全长53千米.另有一段壕墙，从土门镇和乐村青石湾组闇门起，朝东北方向而下，过大土沟河，又折西北沿沙漠蜿蜒而去，经永丰滩入凉州区境内.这段壕墙在古浪县境内长25千米.汉长城古浪段今存主要烽燧有多处，现存保护较完好的烽燧有56座，具体分布如表1所示.

表1 汉长城古浪境内烽燧数量统计表

1.1.2 明长城

明长城是明武宗正德年间（1506-1521）在加固维修汉长城时，沿着古浪河东岸新铸的一道长城.明长城进入古浪县后，走向复杂，但根据甘肃省文物局和甘肃省测绘局2007年的调查测绘显示：长城古浪段分两条，第一条的北线在县境北部，大体呈东西走向，东线呈南北走向，由天祝县安远镇入黑松驿镇古浪峡，沿汉长城走向至胡家边乡；另一条是明万历二十七年(1599年)修筑的长城，俗称新边，从景泰县的保进墩西入古浪县境，全长92112米.①古浪县境内另外有一道明长城建于万历27年（1599），在县境西起泗水镇铧尖滩汉长城，经土门、西靖、大靖等，止于阿巴岭堡双墩，长约110千米.

1.2 古浪县境内长城的保护现状

统计显示，古浪县境内汉长城和明长城数量可观，走向清晰，并以“壕墙”、“边墙”、“烽燧”、“烽墩”为主，其中堑壕培土而成者谓之“壕墙”，夯土版铸成者谓之“边墙”，壕或墙沿线相隔10里（明代多相隔5里）夯筑的烽火台，即为烽燧或烽墩，是长城沿线的标志性建筑，也是长城不可或缺的组成部分.

古浪县境内的汉长城与明长城经过自然气候演进、战争、地震及人类垦殖的破坏，大部分已经失去了原貌，仅有部分地段保存尚好，其余多以断言残壁呈现.且由于古浪县境内长城线长面广，部分居（村）民在长城上取土、取石，或在长城及其周边进行农耕生产等，长城因此遭到较大损坏.因此，研究分析汉明长城古浪段的病害机理，并由此制定相应的保护举措，是长城古浪段保护的重要工作.

2 古浪境内长城的夯筑结构分析

2.1 建筑布局

长城被誉为是冷兵器时代的一种最为有效的军事防御工事，长城以“高筑城，深挖沟”为基本的建筑方针，在规划设计中突出“因地形，用险制塞”，由此达到设防的目的.即“利用自然地形，在险要处修筑城墙、关隘和烽燧、烟墩、城堡等基本建筑物，用以阻击来犯者达到防御的目的”.②从汉代开始，长城的建筑布局基本成型，这种基本的建筑结构基本延续到唐代、明代等时期，其主要结构构成有①城墙；②烽火台（烽燧）；③城、堡、冈、堠；④关、隘、塞、口等.

2.2 夯筑工艺技术

长城的建筑方式考究，工程设计反映了古人永久性建筑的聪慧.长城的修筑法主要以夯土法和平砌法修筑为主.夯筑法是先将土地开挖基槽，把槽底夯实之后，铺土、夯实，再铺土，再夯实……逐层铺筑，直到所需高度.随着夯筑实践的发展，夯筑工具以及夯筑工艺也在不断改进，于是就出现了石夯锤等夯筑建设工具.

2.2.1 地势较平坦的地区建筑的形式

多在城墙外侧取土夯筑，墙基较宽，敌台也较稠密，约有200米的间距，并在城墙外侧形成一道壕沟（堑）.城墙内侧壁坡度较平缓，高2-3米，外侧墙壁坡度陡立，从壕沟（堑）底算起约15米之高，敌台高达20米以上.

2.2.2 有断崖的地带

在有断崖的地带，长城夯筑则利用河沟冲刷而形成的断壁做墙身，或距断壁15-20米处建墙.修筑在山坡后山巅上的长城，基本都是充分利用地形地势，通常城墙较矮，只1米多高，墙基较窄，宽约4-5米，内侧山坡较平缓，外侧山坡较陡立.③由此可见，长城的夯筑工艺考究，建造方针明确，筑造质量持续耐久，是我国古代人民集体智慧的象征和体现.

2.3 岩土构成及工程特性

古浪境内的长城主要以黄土夯筑而成，其主要材质呈现为天然黄土.这种土质疏松均匀，具有垂直节理、渗透性强等特征，同时也极容易崩塌、沉陷.从物理属性而言，这种岩土疏松，粘粒含量变化较大，工程地质特性表现为“塑性较弱，含水量较低，常处于半固态或硬塑状题，干密度较低（通常为1.1-1.45g/cm3，且空隙较大，透水性较强.根据赵海英等专家学者的取值化验测量结果显示，甘肃境内汉城的夯土物理属性如表2所示.因此，这种特殊的岩土属性，加上经过漫长的风雨冲刷以及其他地震等自然灾害的破坏，古浪境内的长城遗址表面已严重风化、疏松、败落.

从力学性质方面分析，夯土长城遗址因为使用粘膜性较强的黄土夯筑而成，其强度较高，尤其以砌筑烽燧土坯的强度最高，抗压强度最大可接近4Mpa.再从崩解特性方面分析可知，重要原因是古浪县境内属于干旱少雨地带，气候环境干燥，才能在长久的历史变迁中部分或局部保存完好.但从遗址表面结构看，岩土中材质含有部分矿物元素，一旦遭遇暴雨等急剧雨水冲蚀，则会表现出积弱的抗水性，于是就导致部分长城遗址更容易遭受风蚀破坏.

表2 汉长城夯土物理性质④

3 古浪境内长城的主要病害分析

3.1 气候变迁

古浪境内长城遗址保护过程中，各种破坏因素中最突出的是气候变迁等自然因素，尤以湿度和温度为主.调查统计显示，古浪境内的长城遗存大量分布在干旱少雨的隔壁腹地，温度和湿度较差，且风力较大，平均风速3.30m/s左右，最大风速21m/s，一般常有风俗超过5m/s的大风，最高风速可达12级.因此，这样的特殊气候环境，对境内长城遗存的保护非常不利.同时，该地夏秋多余，春冬干旱的气候特征，致使境内长城等遗址长期需要遭受雨、温、风等不均匀的交替轮回侵蚀，以及土质板结、封冻、消融等气候因素的的影响，致使境内长城表面岩土结构松弛，极容易出现崩解破坏的情形，这种自然气候的变迁，使境内长城遗存的根基遭遇掏蚀破坏，于是长城表面会随着时间的推移被自然风化或剥蚀，由此导致境内长城遗址频遭破坏，甚至直至消匿.

3.2 地质灾害

在自然演变中，受自然或人类因素，经常出现崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、水土流失、土地沙化等地质现象，会对长城等古遗存造成严重的破坏.而古浪县地处河西走廊，地质岩土结构复杂，气候多变，水土流失严重，这是其境内长城遗址遭受病害的重要因素.尤其以水土流失最为严重，根据统计调研资料显示，“古浪县有水土流失面积为3935km2，占全县总土地面积的74.43%，其中水蚀面积1766km2，风蚀面积2169km2，侵蚀模数为500～2500t/（km2·a），年均土壤侵蚀总量为393×104t.主要侵蚀有水蚀、风蚀；其次为滑坡、崩塌等.”⑤水蚀和风蚀区分别为高中低山丘陵沟壑地带以及植被稀疏的荒漠地带，气候干燥，降雨量小，且冬春多风，平均风速3.30m/s左右，最大风速21m/s.

3.3 地震破坏

古浪县属于地震频发地带，仅20世纪该地就曾发生3次有影响、记载的地震，其中1927年在县境西北水峡口一带发生过8级地震，当时震灾区房屋及其他建筑物几乎全部崩塌，而此次地震对境内长城也造成了巨大的损坏.“县城及其附近的古庙，如百子宫、石门山庙、三圣宫，圣母宫、三官楼、三师殿、北极宫、老君阁、新龙庙、土主庙、雷祖庙等，地震时完全倾废；城池、衙署、司法署、公安局等政府用房完全倾圮；就是建筑比较好的政府公署和天主教堂也大半摇平.县城及其附近的地裂缝、土疙瘩群、井水涨落现象也极为普遍.”⑥由此可见，地震对境内长城遗存的迫害将导致剥落、裂缝裂隙扩展、崩溃以及长城遗址岩土结构松动等情形，破坏危害巨大，这是长城古浪段保护面临的重要挑战之一.

3.4 其他因素

人为垦殖以及其他开发建设，也是长城遗存病害的重要因素.尤其是近年来当地及周边地区大规模的开发用地，居住、公路、桥梁、旅游景点等建设和开发用地加大，当地生态环境破坏严重，使原本就非常脆弱的生态遭受了进一步的恶化，致使腾格里沙漠每年以3～7m的速度向南推移，造成沙尘天气，导致了沙进人退、沙漠化、荒漠化吞噬大片的耕地.这种人为开发与建设也给已经查明或尚未查明的长城遗存的保护带来了巨大的压力.

4 古浪境内长城的加固保护措施

4.1 保护原则

4.1.1 尽量保持原貌

长城是一种特殊的文物，是反映和记录我国古代军事战争及其他人文风貌的重要实物依据，对这种特殊文物遗存的保护，需要遵循系统性和科学性的原则.长城遗存的保护与加固，需要涉及到社会学、人类学、历史学、经济学以及其他自然科学等诸多领域，考古发掘、环境保护、地质工程、建筑力学等方面.而在具体的保护实施过程中，须最大限度保持文物遗存的原貌，不能追求复原完貌而使文物丧失本来面目，从而成为伪文物遗存.关于这一问题，在《中国文物保护准则》的第21条就有明确规定，即必须“保护现存实物原貌与历史信息.”而且该准则的附则中还明确指出：“坍塌、掩埋、变形、错置等，有实物遗存足以证明为原状的少量缺失部分，可以恢复原貌”.而对古浪境内长城遗存的保护与复原，必须始终坚持保持原貌的原则.

4.1.2 防止保护性破坏

文物的保护和加固需要科学分析，严密论证，否则，将会出现急于求成的建设性破坏，这种破坏出发点是美好的，但结果却与文物的保护原则和要求相悖.因此，在实施对长城等文物的加固工程时，需要建立在科学论证的基础上，充分考虑地质结构、岩土构成、建筑力学等综合因素，采取科学的方法和周密的措施，才可以对部分丧失原貌但可以加固还原的缺失部分进行加固处理.

4.2 加固措施及建议

4.2.1 地基砌筑加固

对长城遗存地基出现塌陷、崩塌、倾斜等主要地段，应采取换托或注浆加固技术.在长城遗存地基塌陷区深挖壕沟，采取灌浆或换托的加固措施，填充与遗存土质及颜色相近的土质制备，填充底部保持一定倾斜度，从而加大该段地基的支撑力度，防止长城地基的在此下沉或塌陷，使长城遗存能完好保存而不受破坏.具体的填充制备配备须严格控制含盐量、含水量、干密度等，根据有关技术标准及当地岩土结构性质，具体数值以“含盐量≤0.50%，含水量≤3.0%，干密度≥1.70g/cm3，砌筑泥浆采用粉土加模数为3.8，浓度为5%的ps浆液拌制，水灰比为0.4:1.⑦由此，可以实现对境内长城遗存地基塌陷及下沉的病害的巩固，从而使长城遗存得到有效保护.

4.2.2 裂隙注浆加固

对部分裂隙及塌陷病害，采取裂隙注浆的措施实现加固的目的.比如，为防止长城遗址墙角夸她，可采用灌浆技术加固.灌浆液采用PS-（c+f）浆液，模数3.8，浓度12%的ps与粉土和灰粉，水灰比按照0.5拌制，然后通过注浆技术，实现该遗存的顺利加固.此外，还需要根据不同的病害特征及其他具体因素，对古浪境内的长城实施科学保护与科学加固，如表面渗透注浆技术、抛锚锚固注浆技术以及锚杆锚固等技术工艺.

通过系统分析古浪县长城遗存的重要病害及成因，我们在此进行基本的保护与加固工程设计和建议，对具体的保护加固实施工程具有重要的参考意义和实践指导意义，对古浪县及整个甘肃境内的长城遗存的保护与加固起具有非常积极的作用.

注 释：

①魏娟.甘肃境内发现多处古长城遗址 查明古浪县明长城走向[N].兰州晨报，2008-3-19.

②李最雄.丝绸之路古遗址保护[M].北京：科学出版社，2003.

③许成.宁夏考古史地研究论集[M].银川：宁夏人民出版社，1989.

④赵海英.甘肃境内战国秦长城和汉长城保护研究[D].兰州大学博士论文，2005.

⑤王珍兰，柴长勇，陈永燕.古浪县水土流失成因、危害及对策探讨[J].农业科技与信息，2009(6).

⑥古浪县志·灾异.

⑦赵海英.甘肃境内战国秦长城和汉长城保护研究[D].兰州大学博士论文，2005.

〔1〕马里奥·米凯利，詹长法.文物保护与修复问题[M].北京：科学出版社，2005.

〔2〕赵海英.甘肃境内战国长城和汉长城保护研究[D].兰州大学博士论文，2005.

〔3〕李最雄，赵海英，韩文峰，王旭东，谌文武.甘肃境内长城保护研究[J].敦煌研究，2005（6）.

〔4〕赵海英，李最雄，韩文峰，孙满利，王旭东.甘肃境内长城遗址主要病害及保护研究[J].文物保护与考古科学，2007（1）.

〔5〕韩建成.甘肃山丹境内明长城遗存及勘察保护[J].丝绸之路，2009（1）.

〔6〕赵海英，魏厚振，胡波.夯土长城的主要病害[M].第二届全国岩土与工程学术大会论文集（下册），2006.

〔7〕王旭东，石玉成，刘琨.夯土长城墙体掏蚀失稳机理研究[J].西北地震学报，2011（S1）.

〔8〕徐路，杨强义，刘炜，王菲，水碧纹.陕西省榆阳区明长城主要病害及保护对策[J].内蒙古文物考古，2010（2）.

〔9〕甘肃省文物局，甘肃省文物考古研究所.临洮战国秦长城山丹汉、明长城调查报告[M].兰州：甘肃人民出版社，2007.

〔10〕吴礽骧.吴河西汉塞调查与研究[M].北京：文物出版社，2005.

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1673-260X（2012）04-0037-03