哈密市三处城墙遗址夯筑工艺相似性分析

茹克亚·阿不地热依木

(新疆安达孜文物保护工程设计有限公司，新疆 乌鲁木齐 830002)

0 引言

夯土是中国土遗址的主要建筑材料，基本存在于每一个大遗址中[1]，分布在我国西北地区和丝绸之路沿线的夯土遗存和遗迹多达600余处[2]。夯土遗址的类型主要包括古城址和村落、古陵墓(陪葬坑)和防御体系建筑，典型的遗址包括新疆的交河故城遗址、甘肃的玉门关、宁夏的西夏王陵、内蒙古的黑城遗址和锁阳城遗址等。通过对“哈密回城”“哈密老城”和“哈密新城”等三处城墙进行对比得知，城墙采用使用广泛的模版夯筑而成，故名模版夯筑。

1 哈密市三处城墙遗址

芬兰探险家马达汉在《马达汉西域考察日记(1906年—1908年)》中对清末哈密城市空间形态有着详细记载。哈密市三处城墙遗址分别为哈密回城、汉城和新城，均为清代城墙遗址，具备西北地区典型的城市空间形态布局特征，文化内涵丰富，实物罕见，是军事、屯田等方面交流的珍贵实物例证，具有一定的研究价值。从城墙的防护作用可以看出当时军事防御水平，粮草储备库是当时当地重要的防御工事，为保证边防稳定发挥了巨大作用，也是研究古代西域史，以及丝绸之路文明史的重要实物。

1.1 哈密回城

建于明永乐年间(1403年—1424年)，是哈密蒙古王的王宫，回城自清代重建到民国19年(1930年)，一直是哈密回王府所在地，位于新疆哈密市南郊回城乡，文物保护级别为自治区级文物保护单位，见图1。

城垣平面为方形，夯土筑。现仅存环城路路北、路南及居民院内七处残墙，路北城墙南北长26 m，墙厚5 m，高9 m，路南城墙南北长30余米，墙厚0.2 m～1.5 m不等。

1.2 哈密老城

建于清光绪九年(1883年)，位于新疆哈密市自由路南侧，西南300 m为城郊乡西菜园子村，东为建国南路，文物保护级别为自治区级文物保护单位，见图2。

哈密老城建于清雍正五年(1729年)，周长一里，城墙高二丈四尺六寸，有东、西、北三座城门。初为管粮道员住所并存储军粮；乾隆二十五年(1760年)，在城内增筑兵房400间，供驻防官兵眷属居住，1865年老城被毁；清光绪九年(1883年)，由当地驻军重建老城，比原城扩大两倍，有东、西、南、北四门，城内有东西走向和南北走向的两条主干道连接四门。城墙大部分被毁，现存部分残垣位于哈密市自由路南侧，东西向，长约249 m，城墙底宽约5.5 m，上宽约2 m，高约8.9 m。

原城墙平面呈长方形，南侧城墙东西走向，西侧城墙南北方向，墙体为素土夯筑而成，城址完整的形态已无存，现仅存局部残墙。

1.3 哈密新城

建于清代，清同治四年，哈密帮办大臣文麟建城供军队驻扎，城池规模较小，周长仅一里，有南、北两座城门。现城墙大部分被破坏，仅存几户居民院内的残墙，夯土筑成，长约50 m，高约4 m，位于新疆哈密市第五中学附近，保护级别为市级文物保护单位，见图3。

2 建造工艺

哈密回城、老城和新城等三处文物均采用夯筑建造工艺，城墙选址讲究，设计巧妙，城墙采用夯实营建，工艺技术独特，是新疆现有的夯土筑城墙体的一个重要实例，也是唐代以前中国北方通行的筑城方式，夯层紧密，墙体收分明显，有因地制宜、就地取材的优势，是城防规制、做法的典型实例。

夯筑的施工工序为“准备夯土材料→支模→倒入材料→捣实→夯实→拆模”等几个主要步骤。支模使用的模版有长版和短版两种，夯筑时基本过程是一致的，用两块侧版一块端版组成模具，而另一端则加活动卡具。模板内倒入夯土材料，将夯土捣实，逐层夯实，每层所加的土应高出板边50 mm左右，将土铺平后再用夯锤夯击。夯击时先夯边，后夯中，不能有遗漏的地方。夯筑时，采用一夯压半夯的夯实方法。一层夯实后脱模，将最下层的圆木翻上来固定好，用同样的方法再重复支模、加土、夯实，这样一层一层向上夯筑，以此来逐版升高到最终所要的高度。为了连续夯到所需要的长度，边拆模边平移，这称为第一版；然后再把模具放到第一版上，采用与夯筑第一版相同的方法来夯筑第二版。

现遗存的城墙为夯土墙体，剖面呈梯形，墙体坡度在60°～75°之间，墙体两侧不对称，是自然基础上人工版筑的土墙，每夯层高度约90 mm～120 mm，底宽约5.5 m～7.5 m，顶宽1.5 m～2.0 m，高约7.5 m～8.5 m，内外高差1.0 m～1.5 m，结构形制为实体夯筑，见图4。

3 夯补工艺做法

主要针对城墙底部悬空失稳、掏蚀凹进，且上部本体自重相对较大的范围采取夯补措施，采用和原遗址土一致或近似的材料为主材，夹杂一定量的砂石土和不小于1/25的改性料礓石(参照敦煌研究院实施完成的“苏巴什佛寺遗址一期抢险加固工程”项目[3-6]等文献资料)。夯筑的施工工艺尽量按照遗址原建筑工艺进行。夯补时在保证遗址安全稳定的前提下，按照最优含水率控制夯土的含水率，制作好夯筑条板，夯补区域墙体至少比原有墙体宽出200 mm进行收分夯筑，每层夯筑高度90 mm～100 mm。具体施工工艺如下。

3.1 材料准备

1)选取和原遗址土一致或近似的材料为主材(就地取材)，进行磨细、过筛、加水、翻晒、脱盐制成新夯筑材料。含可溶盐的量低于0.3%，最大干密度1.81 g/cm3，最优含水率(质量分数)14.79%。

2)主材掺入不同配比的砂石土和不小于1/25的改性料礓石，以控制水灰比(质量比)为1∶0.2拌制；并根据施工时气候变化情况适当调节，充分拌和，至少封闭浸泡放置24 h。

3)测试封闭浸泡后的夯土是否达到夯筑所需的最优含水状态。a.经验法：手捏成团，松手落地成渣；b.实验室测定：送第三方测出最优含水率，随即取样测试现场浸泡的含水率来确定。

3.2 修缮做法

1)清理：将城墙根部范围内的掉落土块，松散、风化的虚土层清理干净，清理至持力层，并进行必要的夯实。

2)根据现场实际情况分层，每层压实高度控制90 mm～100 mm(按原工艺做法制作)均匀倒入模板并夯实。

3)新夯筑墙体侧面坡度与原墙体坡度保持一致，墙体断面通常呈梯形，下宽上窄，按实际情况设定，夯筑宽度一般超出原墙面200 mm，以保证夯土效果。

4)为确保夯筑砌补墙体与原墙体有足够的黏结力，新夯土体与原遗址间形成的缝隙用黏土泥浆灌实，并用木质锚杆(楠竹)进行拉结处理，高度方向间隔300 mm，水平方向间隔500 mm，采用φ35 mm～φ50 mm壁厚5 mm～10 mm的楠竹锚杆，含水率(质量分数)不大于3.0%，单根锚杆杆体抗拉强度应不小于10.0 kN，需采用环氧树脂进行表面防护。长度距土体外表面退进100 mm计算，根据实际夯补厚度而定，锚固深度不应小于300 mm。

5)螺纹钻人工钻孔，孔径50 mm～70 mm左右，孔深比锚杆设计长度大100 mm；清除孔中虚土，注入体积浓度5%PS浆液进行加固孔壁(模数为3.8)；孔壁固化后，注入PS-C锚固浆液(模数为3.8,体积浓度16%PS与粉土)，泥浆水灰比0.5～0.6配制；待泥浆初凝时，插入锚杆，以保证杆体与孔壁锚固力，现场进行拉拔试验。

6)通过《土工检测试验报告》结果可知，该城墙无侧限抗压强度指标压缩模量Es=17 MPa～22 MPa，压缩系数a=0.1 MPa-1～0.12 MPa-1,干密度1.72 g/cm3,在综合考虑夯锤重量与直径、夯筑遍数和铺土厚度的基础上，采用传统夯筑工艺。

7)参照传统夯筑工艺，逐层错层夯筑，夯筑的分层处利用弧线形分层(增强墙体的摩阻力)，采用夯锤质量为5.5 kg的夯锤，铺土厚度160 mm。

8)表面复旧。通过对遗址本体整体外轮廓、线条、空间特征、色彩等的理解与认识，按照原有遗址墙体修整夯补区域的遗址表面，应保证新旧土体的融合，夯补部分做表面粗糙度处理，使得表面与原有夯土墙体协调一致。

原遗址与新夯补体可通过原材料色差做初始控制和调整，原遗址与新夯筑支顶体色度差值不大于4，使之与本体协调。色差控制测试比较时，尽量控制原遗址与新夯筑支顶体含水率一致。

4 材料属性

哈密市昼夜温差大，年降量低，土体含水量较小，属于干燥类土遗址特征。含水率、密度、颗分有差异，主要以风化原因导致。土的黏聚力和内摩擦角影响城墙可塑性，黏粒含量越多，与空隙溶液的结合能力越强，本体属于坚硬状态。

哈密老城城墙土体试样所含黏粒较多，摩擦角和黏聚力偏大。土的抗剪强度主要体现为各向异性，这与土体的建筑形式和结构有关。土颗粒大小、形状以及级配直接影响土中孔隙的大小及形状，进而影响土的渗透性，此外，黏性土中的交换阳离子的成分及浓度大小，影响着黏粒外围结合水膜的厚度。由颗分以及液塑限实验数据可知，渗透试验中仅试样为粉土，其余均为粉质黏土，因此渗透系数均较小。另外，盐分导致的风化是一种以化学过程为机制，因此土的易容盐含量对城墙有一定的影响，盐分随着水分运移，聚集至墙体表面，城墙阳面的蒸发量较大，导致阳面表层风化较严重。

总之，哈密老城城墙土体的各指标具有较统一的规律性，各个指标之间也具有很好的相关性，已确定遗址土体各指标的特殊性和规律性，掌握了遗址土体的工程性质。

5 病害特征及成因

5.1 病害特征

三处文物主要有片状剥蚀、掏蚀、裂缝、孔洞、坍塌、人为及生物破坏等病害类型，其中，外侧主要孔洞、掏蚀、剥蚀较严重，内侧主要裂缝和剥蚀较严重。城墙后期多处增设贴建墙体，严重影响了城墙整体外观及风貌。城墙顶部局部凹凸不平，雨水易积。城墙底部杂草丛生、散土堆积、排水不畅，导致易积水现象。另外，城墙后期种植树木，距城墙较近，导致树木根系对墙体的破坏较严重，周边生活及建筑垃圾堆积。

5.2 成因

1)温湿度变化、含水率变化以及盐分反复的溶解-结晶都是可能原因。其中，盐分的可能来源包括材料本身的易溶盐、地下水带入、难溶盐在适当条件下转化变为易溶盐，甚至微生物活动的参与，有些部位可见盐分聚集。

2)动物破坏，如动物营穴和生物粪便。马蜂、缕姑、白蚁、蚂蚁等会在土体内营穴生存，在表面(多见于建筑根部)形成密集孔洞，导致结构疏松，为其他病害提供有利条件，影响遗址稳定性。生物粪便由于含有大量有机物和无机物，会对该城墙表面造成腐蚀破坏和外观损毁。

3)人为作用，如它物占压、建筑设施及道路等人类活动对于文物本体的破坏，由于不断的踩踏而导致体量持续变小，历史保护措施中出现风貌不协调，需要采取措施，确保人类活动不会对遗址造成进一步的损伤。

6 结论与建议

1)由于近期新建工程使城墙周边环境发生变化，高层住宅建设及绿化植被等对城墙亦造成了不同程度的破坏，影响遗址环境风貌，遗址历史风貌环境已发生变化。

2)附近城市道路行驶的汽车产生的噪声、震动和尾气对城墙自然环境和游客感受产生了负面影响。

3)城墙遗址的利用，具有文化教育、科学研究价值。在对城墙遗址进行可持续保护的过程中，积极保护与开放管理，达到传承历史的目的。