蔡国故城城墙损坏成因与保护方案

张利伟

（新乡学院土木工程与建筑学院，河南新乡453003）

蔡国故城城墙损坏成因与保护方案

张利伟

（新乡学院土木工程与建筑学院，河南新乡453003）

针对蔡国故城城墙出现的滑塌、冲沟和崩塌等病害，分析了形成的原因，并提出了相应的保护方案和处理措施。

故城城墙；滑塌；冲沟；崩塌；保护

夯土墙是指用夯土方法修筑的墙。这种城墙的出现，在我国古代文明发展史上具有重要的标志意义［1］。蔡国故城是西周到春秋时期的一座历史名城，也是保存相对较好的先秦时代的都城之一。由于历史变迁、环境因素、人为破环等原因，城墙的完整性遭到了严重破环。

1　蔡国故城城墙基本概况

蔡国故城位于中原腹地，隶属于驻马店上蔡县，又名“卧龙岗”。故城城墙的保护日益受到政府的重视，上个世纪末期，国务院已将蔡国故城列为全国重点文物保护单位。

蔡国故城城墙历经3 000多年的历史变迁、自然侵蚀、大气降水、人类的破环等，目前墙体多处出现了诸如滑塌、冲沟、崩塌等病害。本文主要研究蔡国故城城墙北段。冲沟是本段城墙南侧主要的破坏形式，冲沟多达27处；滑塌是本段城墙北侧主要的破坏形式，滑塌达到16处，而且均为大规模的滑塌，其中，在烽火台北面、南面均出现了最为严重的滑塌，已经危及烽火台，亟需采取措施进行保护［2］。

2　蔡国故城城墙损坏成因分析

2.1滑塌成因分析

在水的冲刷、渗透等作用下，城墙墙体上的部分土体发生滑移的现象，称为滑塌。滑塌是多种影响因素综合作用的结果。

其内因主要有城墙墙体的结构构造和土体的相关性质。城墙由基层和覆盖层等基本构造层组成，其中基层是指墙体结构保存较完整的夯土层，覆盖层是指受水的软化、风化（物理风化、化学风化、生物风化）等作用而遭受破坏的土层。墙体的覆盖层厚度是依靠专业人员在现场进行实测得到的，此段城墙共选择了具有代表意义的21个剖面，利用洛阳铲针对每个剖面选择不同位置进行现场勘测。勘测结果显示：墙体覆盖层厚度为0.2～1.8 m，平均厚度达到了1.1 m，其中发生滑塌的墙体覆盖层厚度较小。覆盖层厚度的分布受土颗粒沉积的坡形的影响，一般情况下，覆盖层厚度沿斜坡向下逐渐加大，但是在坡肩处和已滑动处，其厚度较薄。

外因主要是降水和人为挖掘。1960年之后，当地大量开建一些工程，对土体的需求量增大，于是人们开始在城墙坡脚处大量取土，取土位置主要是覆盖层。大量的取土使墙体坡脚增大，坡体不稳定性增大，尤其是在城墙的北侧，情况最为严重。滑塌的类型取决于坡脚被挖的程度，通过现场调查，此段城墙的滑塌类型主要有两种：切层滑塌和覆盖层滑塌。

切层滑塌的机理分析：由于覆盖层土体被挖严重，夯土层裸露，在水的冲刷、风化等作用下，加上人为卸荷以及涨缩作用，夯土层土体出现了一系列的裂缝，当遇到丰水期时，有着较大坡脚的城墙夯土层在动水压力和水的软化作用下，土层的强度会小于下滑力进而发生剪切破坏形成滑塌，滑塌处具有近圆弧状的滑动面。此类滑塌较少，只在烽火台处发生过。

覆盖层滑塌的机理分析：松软的覆盖层在汛期到来时，容易吸入雨水，随着覆盖层土体中含水量的增加，墙体土体强度降低，由于水的冲刷作用和土体自重的影响，覆盖层沿下部基层和覆盖层的分界面开始滑塌。

2.2冲沟成因分析

冲沟形成的原因主要有雨水的冲刷作用和城墙顶面与坡面的组合形态。流动的水具有携带重物的能力，水流速度越大携带重物的能力越强；同时流动的水具有切割侵蚀土体的作用，这种作用分为下蚀和侧蚀，下蚀使得冲沟加深，侧蚀使得冲沟变宽，水流速度越大切割侵蚀土体的作用就越强。水流速度的大小取决于水头差和水流所受的阻力，在水头差一定的条件下，水流速度的大小取决于水流的形态；水流的形态分为线流和片流，片流因所受城墙黏土颗粒的阻力大而速度较小，线流则因受阻力小而速度较大，汇集线流的大小取决于城墙顶面和坡面的高低起伏状态组合，凡有利于雨水汇集的地貌组合必然会形成冲沟。雨水在较低凹处汇集下流，对城墙进行冲蚀切割。冲沟侵蚀发育程度与该区强雷暴雨有密切关系，冲沟发展的最后结果必然会带来城墙的滑塌和崩塌，造成坡体变形。

2.3崩塌成因分析

城墙的崩塌是指部分城墙边坡坡度较大，墙体的部分土块受地震或爆破引起的震动等偶然荷载作用而脱离母体的现象。一般情况下，高而陡的斜坡前缘由于卸荷和应力重分布等原因出现长而深的裂缝，这些裂缝与其他结构面组合，就出现了连续贯通的分离面，土体在雨水和震动等诱因作用下发生崩塌。土体的内部结构、地形地貌和风化作用等对崩塌的形成都有很大的影响。总体来讲，形成崩塌应具有三个基本条件，即地质构造、岩土类型和地形地貌，这三个条件统称为地质条件。

3　蔡国故城城墙遗址的保护方案

3.1保护设计原则

按照《纪念建筑、古建筑、石窟寺等修缮工程管理办法》和《中华人民共和国文物保护法》等有关规定，参照国际土遗址保护工程范例，坚持“保护为主，抢救第一，合理利用，加强管理”的方针和“修旧如旧，不改变文物原状”的设计原则［3］，对蔡国故城城墙北段进行全面的整修。保护工程以抢险加固为主，同时避免对遗址造成新的损坏和影响。

3.2保护方案的设计

3.2.1滑塌治理措施

（1）对于滑塌已终止的城墙边坡，覆盖层已经滑走，边坡已稳定，如滑塌8、9、10和13，治理方案如下。方案一：此类滑塌具有较陡的坡度，均采用挡土墙设计。在挡土墙长度方向上每隔5 m砌筑扶壁，厚度为500 mm，且扶壁高度与宽度的比值为1.7∶1。墙体与挡土墙的接缝处进行防水处理，防水材料采用防水卷材。在挡土墙的周围进行藤类植物的种植，避免挡土墙裸露，遭受侵蚀，也使得挡土墙与周围环境相协调。方案二：采用楔形挡土墙，其高度与宽度的比值为6.2∶1，挡土墙顶端墙宽取240 mm，下部做放大基础，基础下垫层材料用石块。挡土墙顶与墙体的接缝处做防水处理，防水材料采用柔性卷材。为掩盖裸露挡土墙，使挡土墙达到与周围环境相协调的美观效果，在挡土墙周围种植藤类植物。其中滑塌9因表面已成密实状态，整体趋于稳定，故不做处理。

（2）对于已发生过滑塌，以后仍有可能发生滑塌的城墙边坡，如滑塌1、2、3、4、5、11、14、15和16，均进行抗滑桩+护脚设计，即在下部1 m处进行砌筑护脚。针对未发生过滑塌的边坡，土体一般稳定，但是受后期外营力（如雨水）的影响，仍可能导致墙体失稳，故需进行加固处理，如滑塌6、7和12。对于滑塌6，采用灌浆法处理［4］，通过注浆管把浆液注入覆盖层内，而尚未达到夯土层，这样既提高了覆盖层的土体强度，又没有破坏夯土层，即使受到雨水的作用，注浆后的覆盖层也不容易被雨水冲刷，达到了保护夯土层的目的。对于滑塌7，可以采用夯筑法，即采用崩解石灰和亚黏土加水混合夯筑，石灰比例小，土的比例大，分层夯筑，每段夯层厚度为12～15 cm，夯层密实，层与层之间分界明显，分界面非常平整；夯筑完成后表面再用相同的材料做抹面，保证抹面的表面光滑；最后在表面植草皮。对于滑塌12，在下部1 m范围内做护脚即可。

本工程设计的具体治理方案和措施见表1。

表1　滑塌治理方案和措施

3.2.2冲沟与崩塌的治理措施

对于前述所有冲沟均采用以下方法进行处理：清除掉冲沟上面松散的土层，凸凹部分削平填充夯实后，上砌排水沟槽，沟槽应低于坡面50～100 mm，坡面表面进行绿化处理（如种植小根茎植被）以减少水土流失。对于崩塌而言，因修路截断本段城墙，在东西两端形成了崩塌1和崩塌2，分别做挡土墙处理，挡土墙厚500 mm，加扶壁支撑，其中崩塌2和滑塌13是同一处，所以采取综合处理方案。另外，烽火台处8、9和10三处滑塌，因自身坡度较陡，属于较严重滑塌，有可能产生崩塌，故采取以下措施：烽火台南侧做挡土墙处理，挡土墙厚500 mm，加扶壁支撑；烽火台北侧采用普通黏土砖向上收分砌筑。

4　结束语

在实际工程中，应结合各种病害的特点，考虑病害程度、施工条件、费用等各种因素，设计出最优方案，达到最好的治理效果。在治理的同时要加强现场管理，杜绝人为破坏再次发生。

［1］杨予川.戚城古代夯土城墙的病害调查与保护对策研究［J］.中原文物，2008（1）：91-96.

［2］张利伟，鲍鹏.蔡国故城城墙滑塌机理研究［J］.河南大学学报（自然科学版），2009（6）：655-657.

［3］董家田.初探古城墙保护及修缮中施工技术的运用［J］.山西建筑，2009（16）：151-152.

［4］陈兰兰，曹双寅.注浆法在南京明故宫午朝门结构加固中的应用［J］.建筑结构，2007（S1）：58-60.

【责任编辑黄艳芹】

The Damage Causes and Protection Scheme for the Ancient City Walls of the Cai State

ZHANG Liwei
（Department of Civil Engineering and Architecture，Xinxiang University，Xinxiang 453003，China）

This paper analyzed the causes for the diseases of slumping，gully erosion and collapse in the Cai city walls，and put forward the corresponding protection scheme and measures.

ancient city walls；slumping；gully；collapse；protection

TU984.119

A

2095-7726（2015）09-0060-04

2015-05-26

张利伟（1983-），男，河南新乡人，助教，研究方向：结构工程。