• 3.土遗址病因分析
受自然环境和人为破坏的影响,几乎所有的土遗址都有不同程度和不同表现的破坏,在这些破坏原因 中,风化起主导作用。其中化学风化又是破坏性最大的一种,而几乎所有的化学风化的进行都离不开 水的参与,水通过参与溶解作用、水化作用、水解作用及氧化作用等使土遗址形貌发生改。
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3. 1 溶解作用
6.详细施工过程举例
• 6.1土坯衬砌加固 针对墙体根部掏蚀凹陷的 情况,多用土砌块支护加固。 土坯加固可以在基本不改 变原貌,改善墙体稳定性、 防止坍塌,并有效的阻止风 对墙基的掏蚀,且对生物病 害亦效果明显。不足之处 是外观略显臃肿,砌筑时不 可补砌过量,维持稳定的情 况下,尽量少砌。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
裂缝加固
• (1) 化学加固法 考虑与土体结构尽量相容,加固中多选用化学溶液对加固体进行类似于 灌浆法的处理方法,即化学加固法。目前此法应用最广,既可用于裂隙 加固,也可用于表面剥蚀等加固保护。 • (2) 物理加固法 即土木工程中的锚固法、相夹法和支护法等机械加固方法。在土遗址 中裂隙很多,对小裂隙可采用化学溶液灌浆进行处理,对有可能造成失 稳、坍塌的裂隙用物理加固就比较有效。在秦俑坑土遗址裂缝治理中, 采用“U”型和“H”型支架对裂缝严重的部位进行了临时支撑防护,对 巨大裂块,采用网状钢架进行了加固。这种方法最大的缺点是有碍观瞻, 影响土遗址价值最大程度的发挥。 • (3) 化学锚固法 如上所述单用化学加固有可能达不到加固目的,而单用物理加固有时又 不能很好地发挥土遗址的价值,于是自然而然想到化学和物理相结合的 方法。即先置入构件或锚杆等结构元件,后灌注化学浆液,这就是化学 锚固法。李最雄在破城子加固保护和河仓城锚固试验中分别采用薄壁 钢和白蜡杆做结构元件,后用浆液进行灌浆。可见化学锚固技术以其独 特的魅力受到土遗址加固保护工作者的青睐,在土遗址加固保护领域有 着广阔的应用前景。
墙体化学喷涂
中国古代土遗址专题介绍
西安建筑科技大学 主讲人：高大峰教授
一.定义 定义
• 土遗址是在古代漫长岁月中沉淀下来的代表着特 定历史时期民族文化艺术的瑰宝,具有极高的历史 价值、科学价值和艺术价值。有关对土遗址加固 保护的理论研究及工程探索有着重要的意义。 • 土遗址的主要建筑材料是土。我国西北干旱地区 的高昌故城、长城大部分、交河故城、楼兰古城 等均是以黄土夯筑为主的重要土遗址。 • 土遗址的特点首先是遗址规模比较大，其次是破 坏情况很严重。由于风蚀、雨蚀、微生物以及人 畜践踏等多重因素的作用,致使土遗址墙体开裂、 坍塌、表面剥落碎裂、冲沟发育、基础掏蚀,破坏 严重。
长城上的窑洞
定边长城
三.土遗址保护措施及分析 土遗址保护措施及分析
• 1.定义：土遗址保护，是指为保存土遗址实物遗存及其历史环境而进 行的全部活动。从技术方面讲，就是通过物理的、化学的、生物的或 者其相互结合的方法，增强土遗址的本身抵抗不良外在环境的能力及 改善土遗址的保存环境，使土遗址能长久保存，为当前及将来利用； 从管理方面讲，就是制定土遗址保护的政策、法律法规、法令及原则， 加强对土遗址文物的管理，延长土遗址的寿命。 • 2.土遗址加固保护原则 迄今国际社会已形成普遍共识,遗址保护“保持原状或现状”是最基本 的原则,这也是我国古建筑学家梁思成先生所推崇的作法。这样可以最 大限度地保存土遗址所蕴涵的历史价值,这也是今人保护加固土遗址的 目的所在。为了达到“修旧如旧”的目的,在加固时应尽量保存甚至使 用原始材料,运用传统工艺,这就要求对土遗址的文化底蕴、土体自身 结构组成、建造工艺有全面了解。其次,加固保护不能影响后人的再次 加固保护。我们知道任何材料都有使用寿命,若材料老化后对土体结构 产生负面影响,将与初衷背道而驰,这就提醒我们材料使用应尽可能与 土遗址土体结构相近,以做到材料匹配。
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3. 2 水化作用
水泥的水化是大家熟悉的,土壤中有些物质和水接触后,也会形成新的含水物质,改变矿物原有的分子 式。水化过程通常会引起体积膨胀,会对原结构产生巨大的膨胀压力,促进了风化的进行,使土体发生 破坏。
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3. 3 水解作用
水解作用是指矿物与水的成分起化学反应形成新的化合物。这种作用包括分解矿物、析出某些元素、 与氧离子组合以及水化作用。在水解过程中,矿物的原生晶体结构被破坏、改造,并且可能完全遭到 破坏和被完全不同于原始物质的新生成的表面风化矿物结构所替代。
款贡城
• 3.陕北长城定边段 • 定边县周边不远就是明长城，它不象是北京长城那样险峻 那样难以攀登，唯一剩下的轮廓就是长长的一条龙型，色 彩与周边没有多大差距，与这里的大沙漠融几乎融为一体， 低矮的地方不走到近处是不易察觉的。这里的长城为沙土 质地的，仅在墩台马面处可以见到少量的砖石，经历600 多年的风吹日晒依旧挺立在那里。 • “三五九”旅窑洞：位于定边县城北15公里，盐场堡乡东 北1公里处。一九四零年秋，“三五九”四支队两千多名 指战员奉王震旅长之命，赴定边县盐场堡一带驻防；为了 解决住宿困难，自已动手在紧靠盐湖的古长城上打175孔 窑洞，开展了自力更生打盐生产，支援革命战争，粉碎蒋 对经济封琐的阴谋。一九八二年被公布为县级重点文物保 护单位，现在这些窑洞已经破损不堪，对长城的安全形成 很大的威胁。
• 6.4墙顶封护处理 • 由于温差、开裂变形等造成的 泥坯的破裂、破碎、不稳定,这 一现象在墙顶尤为显眼。墙顶 酥裂、散落土坯也对游人的安 全构成了严重的威胁,采用土工 织物可以有效的使墙顶原本的 酥裂、散落土坯与墙体加固成 一体,俗称“戴帽子”,从而起到 防止雨水下渗,破坏墙体,消除安 全隐患,保护文物的目的。 • 6.5表面防风化化学处理 • 国内外土遗址的防风化处理基 本都采用化学喷涂加固的处理 方案,尽管化学加固材料有所不 同,但施工过程基本完全相同。
• 4.土遗址加固保护应用技术 • 4.1化学技术手段 为了详细准确地了解遗址土体破坏程度、结构特征、加固 前后土体内部结构差异,定性了解加固效果,已应用多种化 学技术手段进行了测试分析。如扫描电子显微镜分析用于 研究遗址或试样表层和内部形貌的差别或直接观察加固前 后土体内部形貌的改变,为加固效果评估提供科学依 据;X —射线衍射分析、傅立叶红外分析、差热一热重分析 等用来确定土体风化程度或遗址分子间的脱水程度;利用 超声波信号探测岩土的裂隙情况,帮助评价保护处理的效 果。随着土遗址加固研究进展,会有更多更好的技术手段 应用到加固保护各个环节。 • 4.2土遗址加固保护方法 在刚刚过去的一个世纪里,岩土加固技术迅猛发展,由于土 遗址的特殊性以及古建筑加固保护的原则要求,借鉴胶结 和引入筋材构成复合体这两种土的加固方法,形成土遗址 独特的加固方法,即化学加固法、物理加固法和化学锚固 法。
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3. 4 氧化作用
氧化作用常与水化作用相伴进行。在自然界中低氧化合物、硫化物和有机化合物最易遭受氧化作用。 尤其低价铁,常被氧化成高价铁。常见的黄铁矿( FeS2 ) ,在水溶液中可发生氧化,变成硫酸亚铁 (FeS04 ) 和硫酸( H2 SO4 ) ,硫酸亚铁进一步氧化成褐铁矿( Fe2O3 ·2H2O) 。黄铁矿在风化过程中 还会析出硫酸,具有很强的腐蚀作用。除水之外,温度、湿度等亦可引起风化,各种因素交互作用引起 风化破坏更为复杂,有待进一步研究。 总之,土遗址损坏原因多种多样,相同的原因可能引起不同的病害特征,同一病害特征也可能是由不同 的原因引起的。对土遗址的保存现状的分析,尤其是病因的分析是土遗址加固保护的重要内容。
溶解作用是指水直接溶解岩石矿物的作用,它将使岩土体遭到破坏。最容易溶解的是卤族盐类(钠盐、 钾盐) ,其次是硫酸盐类(石膏、硬石膏) 和碳酸盐类(石灰岩、白云岩等) 。溶解作用一般进行得十分 缓慢,但当水中含有侵蚀性CO2 而发生碳酸化作用时,水的溶解作用就会显著增强,或当水的温度增高 以及压力增大时,水的溶解作用同样得以加强。
高昌故城
2.款贡城 款贡城
榆林镇北台东即为款贡城，它和镇北台建于同年，是万里长城的重要组成部分。这里 是当年蒙汉官员接待洽谈、敬献贡物、赠送礼品的场所，现为国家级文物保护单位。 榆林长城位于毛乌素沙漠的南端，曾经是阻碍风沙南进的一道屏障，也正由于此几年 前款贡城几乎整个被厚厚的黄沙掩埋，最深处达十二米之多。为了让其重见天日，对 其进行必要的修缮，今年当地政府部门与文物部门在全面勘测之后，将上层黄沙清除。 款贡城依红山山势而建，地势西高东低，为长方形城池， 东西长约210米，南北宽约 175米，占地面积约33000平方米。其中北墙与长城共用，并设有两道城门，在两道城 门之间的城台顶部还有一座城楼遗址，款贡城的南面只有一道城门，宽2米，高3.2米， 门额石刻“款贡城”三字。而西墙与东墙不设门，其中东墙的地势最低，为城内流水 的汇聚处，因此也是几年前被沙掩埋较深的地方。 款贡城城墙与本地区长城城墙一样是由黄土直接夯筑而成。随着岁月的流逝，经数百 年风雨剥蚀以及长期无人看管款贡城已几近湮灭，只剩下历尽沧桑的残垣断墙。 根据考古调查发现，款贡城残墙高度在6.5～8.4米之间。北墙与南墙的破坏最为厉害， 城墙土体在风吹雨打中严重流失，导致墙体低矮，顶部变成圆滑的土包包，而且在雨 水侵蚀下形成了许多大大小小的冲沟 ，严重危害墙体的安全。东墙由于地势低，是城 内雨水的汇聚地，在雨水的冲刷下，导致城墙产生两处坍塌，同时由于东墙曾经被黄 沙掩埋，这也很好的保护了墙体，使得东墙除了坍塌部分外保存较为完整。西墙保存 较好，但墙顶风化剥蚀也较为严重，还有部分当地人通行造成的缺口。
二.举例介绍：
• 1.高昌古城 高昌古城 高昌古城维吾尔语称亦都护城，即“王城”之意，曾是高昌王国的都城，位 于吐鲁番市东面40多公里的三堡乡。高昌古城规模宏大，十分壮观。总面积 200万平方米，是古代西域留存至今最大的故城遗址。1961年高昌古城被列 为国家重点文物保护单位。 现状 全城平面略呈不规则的正方形，布局可以分为外城、内城和宫城三部分。城 垣保存较完整。 外城略呈方形，周长约五公里，占地面二百万平方米。城墙为夯筑，墙基厚 约１２米，高11.5米，周长约5公里；夯土筑成，夯层厚8-12厘米，间杂少量 的土坯，有清楚地夹棍眼；城垣外侧有突出的垛台一“马面”建筑。 高昌故城外城西南角的一所寺院，占地近一万平方米，由大门、庭院、讲经 堂、藏经楼、大殿、僧房等组成。从建筑特征和残存壁画上的联珠纹图案分 析，其建筑年代约在公元六世纪。寺院附近还残存一些“坊”、“市”遗址， 可能是小手工业者的作坊和商业市场。外城的东南角也有一所寺院，保存有 一座多边形的塔和一个礼拜窟（支提窟），是城内唯一保存有较好壁画的地 方。从壁画的风格和塔的造型分析，为回鹘高昌后期（公元12-13世纪）的建 筑。