嘉峪关长城夯土墙体保护维修工程夯补加固工艺新探

杨殿刚

（嘉峪关市文物景区文物保护部，甘肃嘉峪关735100）

嘉峪关长城夯土墙体保护维修工程夯补加固工艺新探

杨殿刚

（嘉峪关市文物景区文物保护部，甘肃嘉峪关735100）

受工程地质条件、水文地质条件及环境诸因素的影响，甘肃境内长城遗址破坏严重，亟待抢救性保护。结合嘉峪关夯土长城保护维修工程的开展，本文以现场调查为基础，以现场实验为依据，通过实地调查发现正在发育的主要病害为表面严重风化、基础掏蚀凹进、风沙堆积物侵蚀墙体等。在加固材料和实验加固方案可行性试验研究方面，有的放矢地开展了加固土的抗蚀性试验，试验结果符合文物保护的特殊要求。针对嘉峪关长城夯土墙体掏蚀区域提出夯补加固工艺技术。

嘉峪关长城；土遗址保护；夯补加固工艺

作为历史文化遗产，长城具有极高的历史价值、科学价值和艺术价值。同时以其修筑时间久、长度大、分布广的特点体现了各个时代的生产力发展水平、不同环境和地形地貌、不同构筑技法的土建筑特色。由于嘉峪关独特的干旱气候和戈壁荒漠环境下干燥的夯土有较好的力学强度，才使得长城土遗址得以保存。但受所在地区工程地质条件、水文地质条件及环境诸因素的影响，风化剥蚀及坍塌等破坏严重，危及遗址的保存。

一、嘉峪关长城修复简介

嘉峪关长城多筑于戈壁滩和山坡之上，附近没有黄土，在当时从远处取土、运土相当困难，只能就地取材。当然有些地段的黄土是从远处运来的。从现存的遗迹来看，当时的修筑方法主要有：黄土版筑；黄土夹砂石头；黄土夹杂较大的片石，局部加筋。嘉峪关夯土长城的嘉峪关关城、明墙长城、暗壁长城主要采用黄土版筑、黄土夹砂石头等方法，东北长城主要采用黄土夹砂石头等方法。

两翼长城又称明墙暗壁，即肃州西长城，北抵黑山，南悬大河，全长15公里，两翼长城始筑于明嘉靖十八年（1539），十九年（1540）完工，由肃州兵备道副使李端澄监筑。两翼长城实际总长度为15259米，高6米，宇墙0.5米，垛墙1.2米，上宽1.5米，底宽5米。每两里筑一墩台，12米见方。墙身为黄土夯筑、黄土夹沙夯筑、片石夹土夯筑不等。现存遗址比较连贯，残高2.6～4米不等，断缺3375米，风蚀严重，墙基风蚀高0.5～1米，深0.5～0.7米。1985年，嘉峪关市政府原计划用10年时间，分三个阶段将15公里长城全部恢复。后经国家文物局、旅游局与省、市共同商议，认为恢复15里即可，5年为期。根据这个精神，参照关城墙体加固方法，用了近两年时间于1988年基本完成了预定任务：按原样夯筑了残缺墙体，风蚀部分悉数用黄土夯补；垛墙、宇墙、城台全部按现存样式修复；所有山洪过水处均建了涵洞；对公路、铁路过口做了特殊处理；对部分被黄沙掩埋的城墙进行了清理，计2公里。2012年，嘉峪关市文物局报请国家文物局批准，对区域内长城进行保护维修。现一、二期工程已进入实施阶段。

二、地理地质环境

（一）气候

嘉峪关辖区属于温带大陆性荒漠气候，日照长而强烈，降水少，蒸发快，多大风，温差大。夏秋季多东南风，冬春季多西北风，历年平均风速2.4米/秒，平均风力多为3～4级。另外，景区年平均风速在2.5米/秒，嘉峪关地区在2.4米/秒。风灾危害大的有干热风和大风两种。干热风出现多集中于6月下旬至7月下旬和7月下旬至8月上旬两个时段。大风的瞬时风速≥17米/秒，风力8级，危害范围较广。

（二）地形地貌

嘉峪关地势南高，东北低，自然坡度13.3°。南有文殊山及祁连山北麓，北有黑山和后墩山，中为酒泉盆地西缘，地貌主要分为两类，一类为戈壁滩，一类为可耕地。城区建在戈壁滩上，东北有东北长城，西有西长城，辖域海拔在1430～4200米之间，其中戈壁滩部分海拔在1500～1800米之间，绿洲主要分布于海拔在1430～1700米之间。

（三）水文及水文地质条件

嘉峪关地处戈壁腹地，干旱少雨，嘉峪关长城南端的讨赖河属黑河水系，发源于南侧祁连山中。讨赖河水量随河源区降水量和冰川水融水量的变化而增减，因此表现为随季节变化而增减。每年12月至次年3月为枯水期，流量10立方米/秒，4～6月流量可达50～100立方米/秒，7～9月流量达200～500立方米/秒，山洪暴发时，可达1000～2000立方米/秒，10～11月为20～50立方米/秒。嘉峪关市境内每隔三年左右出现一个多雨年，有时降雨量集中，易造成洪水灾害。

三、夯补加固工艺依据

自2014年4月嘉峪关长城夯土墙体保护维修工程复工以来，在做了大量前期准备工作后，开展了取土选样。通过对原城墙和1986年帮夯墙体所用土样进行不同区域化验分析，原城墙因地域差异，所选用的土质有很大的差异，西长城墙体多为黄土版筑、黄土夹砂石头方式修筑，东北长城主要为黄土夹砂石头修筑，并依据土样化验结果进行了夯补加固试验，分别采取了素土夯筑、土坯砌筑和加入不同份量新型土遗址保护材料改性料礓石夯筑方法。通过现场试验，发现加入改性料礓石方法夯筑，从外观和色泽与遗址土相近，而且遗址本体抗风、雨蚀能力方面有很大的改善，初步确定选用改性料礓石作为嘉峪关长城遗址掏蚀区域夯筑加固工艺外加材料应用于本工程。2014年7月，嘉峪关市文物局邀请土遗址保护专家，对嘉峪关长城夯土墙体保护维修工程夯补加固试验进行了评估。专家组经过现场察看、听取汇报、审阅试验报告并质询后形成评估意见，采用烧料礓石改性土夯补加固掏蚀和塌落部位墙体，加固后强度、耐候性及观感效果良好，较好地满足了墙体加固的要求。采用质量比1：18的烧料礓石改性土夯筑砌补后，通过现场对比试验，夯补体的抗风蚀、雨蚀能力显著提高，适用于西北干旱强降雨区域的土遗址补强加固。质量比1：25的烧料礓石改性土仍有较好的抗风蚀、雨蚀能力，且强度和遗址本体强度更为接近，适用于嘉峪关长城墙体夯补支顶加固。7月11日报请甘肃省文物局后，同意此墙体夯补加固保护维修方案。

图3

四、夯补加固工艺

第一，将选择好的土过5毫米筛，将筛下土用塑料布盖好并测定其含水率。

第二，采用确定的质量配比将烧料礓石与准备好的土拌合均匀后进行湿化，湿化后闷土不少于24小时。

第三，清理遗址表面的浮尘或虚土，清理至原基础层。

第四，对掏蚀表面风化严重的部位用模数为3.8、浓度5%的PS溶液渗透加固。（见图1）

第五，用木板或木椽加楔在夯筑区域支模，对掏蚀深度较大的区域外部10厘米～15厘米采用改性土内部采用原状土夯筑。（见图2）

第六，夯筑以专用工具人工夯筑的方法进行，每层土的虚铺厚度控制在12厘米～15厘米，尽量与原墙体夯层厚度相匹配和搭接，夯实厚度进行检查后将层面刨毛方可进行下道工序。（见图3）

第七，按照高度实际5个夯层加筋，加筋按照原设计尽量采用麻撮，使夯筑层与原墙体紧密结合。（见图4）

第八，根据设计情况抽样检测夯筑密实，一般采用环刀取样法，进行干密度测定，每隔50米抽检一次，每次试验点不少于三组。

第九，实施完毕后对夯筑区域用塑料薄膜保湿养护，养护时间不少于30天。

图1

图2

图4

五、结语

土遗址夯补加固工艺是探索性工艺，没有可以参照的标准或规范。在嘉峪关夯土墙体保护维修过程中，充分征询了土遗址领域专家学者的意见和建议；结合最新的夯补加固工艺以及当地老百姓的夯筑经验，最终确定了嘉峪关长城遗址夯补加固的材料与工艺。夯补加固后长城墙体的感官和强度效果表明，本夯补加固措施科学合理，完全可以满足嘉峪关长城修补加固的力学和外观兼容的需求。

G264.3［文献标识码］A［文章编号］1005-3115（2015）06-0069-02