高平市大周砖塔结构与现代加固思路

李 博 太原市太山博物馆

现通过分析山西省高平市大周砖塔结构及残损现状，结合工程修缮实例，介绍古建筑传统修缮的原则。通过对37年前太原永祚寺宣文佛塔在修缮中所采用的聚合水泥压力灌浆法、HRB335级螺纹钢拉栓和塔身整体铁箍加固等施工技术措施进行验证发现，在古代砖塔修复过程中运用现代材料和技术手段是有效可行的。同时，通过表、图对各种现代施工技术进行详细阐述，分析运用现代施工材料的利与弊，从而探索出古塔塔体加固技术的实践方案，为保护砖石古塔制定良好的修缮措施，使其在修缮后真正达到恢复原貌、牢固永存的目的。

大周砖塔，又名魁星塔，俗称关帝塔，位于山西省晋城市高平市马村镇大周村东。相传这里原有一座关帝庙，故名关帝塔，如今庙已不在，仅存孤塔一座，创建年代无文献可考，根据其造型、结构特征判断出其为清代遗物。塔坐东朝西，呈六边形，高七级，约28.4米，中空楼阁式，塔内设楞木铺木板，分层相隔。塔体西面第一层辟拱券门，通塔心，第二层至第七层开拱券窗。塔体坐于圆形基础之上，一层至六层为叠涩出檐；七层上施砖雕斗栱出檐；其上施叠涩出檐。顶层角部施铁质角梁及套兽，悬挂风铎，塔刹为宝珠葫芦顶。塔西踏步石下皮至现地面0.45米。塔内东壁一层、二层、四层各设佛龛一个，内供佛像无存。

塔体残损现状

塔身：塔身上设拱券门窗，受地震灾害影响，多处裂缝贯穿于窗处，导致窗砌体砖体脱落、塌落、损坏，裂缝最宽达3厘米；塔身一层六面墙体有不同程度的裂缝，长0.5至3.7米，宽1至4厘米，深0.41米；塔身西南、西北两面与相交墙体有较明显的通体裂缝情况。塔内各边交接处有明显裂缝，缝长1.2至6米，宽0.4至3厘米，深0.3至0.4米。

塔之出檐：西面一层到二层有五条裂缝，每层外檐上部表面酥碱，叠涩下部表面整体风化，毁坏率达60%。第二层至第六层毁坏处集中于各层六面墙体中间部位，有多处裂缝贯穿，每层外檐上部表面酥碱，叠涩下部表面整体风化，结构完整，局部开裂现象较多。七层结构完整，局部有开裂现象，外檐上部表面酥碱，叠涩下部表面整体风化，砖雕斗栱构件缺失，表面酥碱、风化。

塔刹东南部整体开裂，局部坍塌，裂缝延续到塔顶；塔顶砖砌体局部松散、掉落；塔刹顶部的金属构件有漏洞。

通过三维激光扫描仪及现场实物测绘发现，塔体各层有轻微变形和沉降：其中塔基无沉降，二至七层砌体个别方向稍有变形、下沉，变形区间为“-40—20毫米”，对高为28.4米的塔体危害较小，故其目前处于相对稳定的状态。

表1 塔体沉降 单位：mm

塔体残损原因分析

自然及环境因素

高平市属于温带大陆性季风气候。夏季炎热，冬季比山西省其他地方气温高，早晚温差适中，夏秋雨水丰沛，年均降水量达500—600毫米，热量充足，地表水蒸发量较大，塔周边杂草丛生，每逢雨季积水渗入，砖体毛细水会通过毛细作用向上渗透，周而复始，致使大周砖塔一层墙体上移约1200毫米，砖墙返碱腐蚀、冻融风化、脱落严重，塔体的稳定性受到极大的威胁。

地震灾害的破坏

大周砖塔处于华北地震区的汾渭地震带与华北平原地震带之间的晋获（山西晋城—河北获鹿）地震活动带。

塔体自身结构缺陷

通过对大周砖塔本体现状的勘察分析，塔体的主要撕裂、坍塌部位在各层窗部贯穿，并波及周边砌体。这种现象的出现与塔体自身结构缺陷有着紧密联系，主要表现在以下几点。

1.塔体内部呈中空、直桶式，塔身各面垂直向上延伸，呈天井状，各层无横向结构拉结，紧靠塔身厚度和塔檐垂直受力，空间整体性差。

2.塔的各层墙体分内、外两部砌筑，但内外墙体内无支撑或横木连接，仅靠楼板梁独立放置，结构间无咬合、拉接，当受到外力侵袭时，受力点集中于墙体，故墙体连接处裂缝明显。

3.塔体直接修筑于台地上，无散水，周围有耕种作物，不利于排水。

人为因素

大周砖塔位于大周村边，村民常年进行作物耕种，导致塔周边水土流失严重、土质疏松，加速了台地的垮塌，从而加剧了塔的倾斜和墙体开裂。

塔内的楼楞、楼板、楼梯全部被人为锯断拆除，导致塔的内部结构拉结不稳定。部分墙体遭到人为破坏，导致墙体砖大面积脱落。同时，在多处塔外墙发现战争时期遗留的痕迹，如枪击塔砖出现的枪眼。

早期运用现代加固措施的技术依据实例

大理崇圣寺三塔运用圈梁加固及聚合水泥压力灌浆法修补裂缝

大理崇圣寺三塔是我国西南地区著名的佛塔，也是云南古代的标志性建筑。其中主塔又名千寻塔。千寻塔在历史上多次地震的影响下，塔身砌体沿薄弱环节破裂，拱门和塔内转角部位尤为明显，裂缝宽度约1至10厘米，愈往上裂缝愈宽。

1980年修缮时，在塔身隐蔽处增设钢筋混凝土圈梁。在塔的第5层以上每层增设钢筋混凝土圈梁一道，圈梁位置选择在塔身与塔檐结合的平座处，以平座高度为准露明10厘米，内置1.2厘米钢筋6根，用长1米、宽10厘米的铁片焊接并灌混凝土。此外，为防止檐头松动塌落，塔檐上皮铺设部分拉筋，上端固定在圈梁上，下端拉着檐头砖。同时，使用聚合水泥，即2%聚乙烯醇水溶液拌合的水泥（砂）浆，采用压力灌浆法修补塔身裂缝。

自维修后，至今没有发生较大变化，但部分表面粉尘化。其主要原因为材料中添加了水泥，由于水泥具有时效性，时间过长容易失去化学黏合性，导致粉尘化。初期运用现代化加固措施虽存在一定的缺陷，但为以后维修古塔提供了重要思路。

太原永祚寺宣文佛塔铁箍及螺纹钢拉栓加固法

太原永祚寺宣文佛塔（以下简称宣文塔），始建于明万历二十七年（1599）。从上方看，佛塔平面呈八角形，共十三级，全塔总高54.78米，为楼阁式空心砖塔。塔座为沙条石砌筑，塔身由青砖研磨对缝砌筑而成。塔身施有垂柱、斗栱、飞檐、枋、椽等构件，均由青砖仿木结构砍磨砌筑，塔檐均为青陶瓦面孔雀蓝琉璃剪边。永祚寺在中华人民共和国成立前是军阀阎锡山固守太原，负隅顽抗的军事要塞。由于地势险要，两座高大的双塔变成了防御用的碉堡，寺院成了驻扎军队的兵营。直至中华人民共和国成立，历经多次战争的古塔已经伤痕累累，塔身多处存有炮坑和弹坑，几乎面临坍塌。

1980年，省政府拨款维修宣文塔，于1982年4月进入保护修缮施工阶段。以高级工程师张殿清为首的技术团队在研究和总结大理崇圣寺千寻塔的加固经验的基础上，弃用钢筋混凝土圈梁的加固方法，优选铁箍及螺纹钢拉栓加固法。塔体表砖风化、酥松，拱门和塔内转角部位裂缝尤为严重，宽度为1至12厘米。塔体一、三、五、七层用螺栓拉杆两道，二、四、六层用螺栓拉杆三道，八层安装扒杆。使用螺栓拉杆为直径2.8厘米HRB335级螺纹钢，两端套丝口，用直径6厘米、厚2厘米的螺帽两枚，长度超过塔身直径20厘米。在一至五层平座靠近塔身外根部各加一道厚1厘米、宽15厘米的铁箍，围绕塔身一周，结合处用两根螺钉扣紧后点焊成一体，最后用条砖砌筑隐蔽。经过多次实验，在使用聚合水泥压力灌浆法修补裂缝时，将原材料中的水泥更换为石灰溶液灌浆，成功避免水泥老化后塔身裂缝处粉尘化，这一修缮工程于1984年7月竣工。迄今为止，塔体没有发生任何变化。由此说明，此修缮措施及工艺经得起岁月的考验，是维修古塔时运用现代加固措施的成功案例。

北京玉峰塔运用压力灌胶法修补裂缝

玉峰塔坐落于“燕京八景”之一的玉泉山顶，是北京地理位置最高的古塔。此塔是由青石及石梁砌筑而成，相关部门于2005年对所出现的裂缝进行了压力灌胶处理，以防止石材风化。当时使用的主材料为“金草田”牌CJT 18型灌缝胶，此胶具有良好的流动性、高渗透性、黏结强度高、耐酸碱、无膨胀等特点；辅材为CJ-T9型建筑封缝胶。

修缮至今，其青石表面的裂缝处部分成片状脱落，其胶体无法清理，也无法再处理加固，同时违背了“可逆性、可再处理性”的保护原则。因此，在古塔修缮中使用新型黏合剂应当慎重，只有经过多次试验并经得起时间的考验才能使用，否则使用不当所造成的损失将无法弥补。

大周砖塔塔体加固措施

通过对上述三种维修古塔所使用的现代加固措施进行分析，现总结出以下加固维修措施。

聚合白灰砂浆压力灌浆法修补裂缝

针对塔身裂缝，一律用聚合白灰砂浆压力注浆灌实。根据宣文塔修缮的成功案例，应使用聚合水泥浆工艺施工，因水泥材料存在时限缺陷，故将全水泥材料替换成70%的原生石灰和30%的高标准水泥，从而有效地提升了其耐久性和坚固性。

聚乙烯醇用水溶法溶解，2%浓度的水溶液调入白灰灌缝补强，可以使水泥砂浆由沉淀液变为悬浮液，抗压强度提高1至1.4倍（见表2）。

表2 聚合白灰砂浆配比

2%聚乙烯醇水溶液配制方法为在98公斤热水中投入2公斤聚乙烯醇树脂，将水溶液加热至100摄氏度，直至聚乙烯醇树脂颗粒全部溶解为止。将配置白灰砂浆倒入聚乙烯醇水溶液内不断搅拌，至拌合为止，粉砂同混合石灰一起搅拌，制成溶液。

灌浆使用的设备主要为灌注压力泵或空气压缩机。空气压缩机要求最大压力为7至8公斤，容量为0.6立方米。要求使用的空气压浆罐的耐压为7公斤，容量约40升。此外，配套使用的输气管内径约8毫米，长度在30米到50米之间。同时，要求供灰管的内径为20毫米，耐压为5千克/平方厘米，管长不得超过20米。

溶液制成且灌浆设备准备齐全后可进行裂缝灌浆。裂缝灌浆的施工工艺十分重要，其主要工序依次为表面清理、布咀、封缝、灌浆和打点收尾。首先，用清水冲洗墙体裂缝上、下两侧的杂物，同时要避免用水过量而导致台基软化。其次是布咀，每灌一段裂缝需要两个布咀，一个是注浆咀，一个是透气咀。再次是封堵裂缝，其所使用的材料为白灰砂浆，配比为1∶2。待上述准备工作完成后即可进行灌浆作业。灌浆前先将每个灌浆咀注入适量的清水，这样有利于保护浆液，然后将聚乙烯醇白灰砂浆溶液灌注入。灌浆顺序自下而上，灌浆压力控制在2至3千克/平方厘米左右，直到溶液不进或邻近咀子溢浆为止。最后，对溢出浆液与表面灰尘进行清理，打点完善后进行下一步施工作业。

塔身的补砌、剔补

塔体内、外层表砖淌白，内部即非外露部分糙砌。针对残破的塔身，需将破碎的砖块清理干净，再用白灰浆青砖补砌。砌筑时要根据残损程度的不同，分别采取局部拆砌、选择性拆砌、剔糟挖补等施工方法。该塔用砖规格较多，其中塔身用砖规格为长280毫米、宽140毫米、厚55毫米，故墙身砖规格应按此定做，保证砖的压力系数在75-100号。略加砍磨可以使得墙身砖棱角完整，砖面规整。砌筑前应用水洇透墙身砖，砌筑应规矩，灰缝应清理整洁。针对残破的部分，应剔糟挖补，墙内须施灰膏填灌，使其饱满；针对开裂的部分，应先用水冲洗裂缝中的杂物，然后布咀、封缝、灌浆。

实践证明，现代加固技术的运用具有针对性、可操作性，是科学可行的。未来，应借鉴现代工程中先进的施工技术，在新技术与新材料的应用上不断探索，促进我国的文物保护技术达到新高度。