西安汉神明台遗址的主要病害分析及保护对策

西安汉神明台遗址的主要病害分析及保护对策

敦煌研究（总第105期）

内容摘要：为了对神明台遗址进行保护通过实际调查文章系统地分析了神明台遗址的病害特征认为神明台遗址的主要病害有裂隙密布、雨蚀、根部酥碱、植物根系作用和坍塌它的病害是人为与自然多种因素综合作用的结果。同时通过对这些主要病害的分析得出了在重点区域应采取锚杆锚固联合灌浆加固的防坍塌及防风化保护措施同时应加强对其周边环境综合治理的结论。

一 引 言

神明台是汉长安城建章宫极具代表性的建筑物位于建章宫西北角今西安市三桥镇孟家村北又名承露台。《汉书·郊祀志》记载：“立神明台井干楼高五十丈辇道相属焉。”《三辅故事》曰：“神明台在建章宫故垂栋飞阁从宫中西上跨城而出乃达建章也。”《庙记》曰：“神明台武帝造祭仙人处上有承露盘有铜仙人舒掌捧铜盘玉杯以承云表之露以露和玉屑服之以求仙道。”《长安记》：“仙人掌大七围以铜为之。魏文帝徙铜盘折声闻数十里”。由以上史料可知神明台是汉长安城外围建筑建章宫的重要组成部分建于汉武帝时期建造的目的是承接天上的神露为汉武帝求仙道而服务。神明台原高“五十丈”台上曾经建造有承接天露的铜仙人。历经岁月的沧桑现在神明台上的建筑已荡然无存。据当地年长者回忆在上世纪二三十年代神明台夯土基址顶部还曾有围墙围绕南面围墙上还曾有一门。经由夯土基址南面坡道可登台远眺。现今围墙及门也已经消失，但仍可通过基址南面坡道登台。神明台是汉长安城遗址保护区划中现存的重要夯土基址之一但是由于它紧靠居民居住区周边保存环境恶劣因此夯土基址出现了一系列的病变及保护问题。近期我们专程赴神明台遗址就其保存现状、病变问题及相关保护对策进行了调查研究。

二 保存现状

目前神明台残留的夯土基址高约10米底部东西长34米南北宽26米。由于该夯土基址部分已处于村民住房的包围中所以人为因素的破坏很大。遗址东西两面已经被人工掏挖出数个洞室。西面的洞内堆满了玉米秸秆曾被村民当成羊圈。南面的部分夯土已经被挖掉并在原址上建房。东南角已经出现大面积坍塌。此外遗址附近分布有高运输流量的公路及铁路大量汽车和火车带来的震动对神明台的稳固保存也十分不利。再加上神明台自身构造的缺陷遗址表面裂隙遍布已呈现出明显的不稳态。

三 病害特征

1.裂隙

裂隙是指土遗址内不同原因形成的裂隙或裂

缝它往往是坍塌或冲沟病害发生的条件。主要包括变形裂隙、建筑工艺裂缝、卸荷裂隙和构造裂隙等［1］。目前神明台遗址保存的最大问题就是裂隙的问题。神明台的裂隙成因比较复杂主要可分为内外两方面因素内因是神明台自身结构的影响所致而外因是人为取土、震动、雨水、温度等所致。

（1）变形裂隙：变形裂隙是指由于应力的重分布引起土遗址开裂变形产生的裂隙。神明台遗址的变形裂隙主要是当地村民在土质台基底部掏挖洞室所致。神明台底部被当地村民掏挖已形成4处大的洞室。4处洞室的平均高度约5米平均进深约3米均出现顶部变形裂隙。这主要是由于土洞的掏挖引起应力的重分布洞顶的最大竖向位移发生在洞底中部和拱顶中部当土体受到与洞室垂直方向的震动时震动所产生的应力将集中于洞顶在洞顶形成纵向裂隙造成土体开裂进一步将导致崩塌。由此可知变形裂隙和震动的产生息息相关。

神明台所处地区并非地震活跃区。台体遭受的震动主要是来自于周边环境。距离神明台大概30 m左右是一家大型石油化工厂石化厂门前的尤西公路每天都有大量重型运输车经过这些重型运输车在行驶过程中产生的震动由于距离神明台过近（仅10 m左右）会对遗址产生较大影响。除此以外更为严重的是石化厂有一段连接厂内外的企业运输铁路。该铁路的厂外部分距离神明台遗址仅20 m左右火车经过这段铁路所产生的震动相比起尤西公路上汽车产生的还要剧烈很多这些震动传递到神明台遗址上直接的后果就是在其薄弱部位产生变形裂隙。神明台遗址的变形裂隙从洞口开始发育宽度不等洞口开裂较大向里逐渐减小。

（2）建筑工艺裂隙：建筑工艺裂隙是指由于建筑工艺的原因沿建筑工艺的结构缝、施工缝等产生的裂隙。神明台夯土基址的整体由内外两部分构成。对神明台内部夯土的不同部位取样分析其结果见表1。由表1可知神明台内部夯土平均干密度为1．83g／cm3平均P H值为7．75。内部夯土夯筑结实、夯层明显、厚度均匀（夯层厚5～6cm）、土质纯净、质地坚硬。而外部夯土夯层厚度不均土质较内层松软土壤成分复杂含有大量的瓦片和碎石。内外夯土存在明显界面。由此可知神明台很有可能后世曾经补筑过。也就是由于这种结构神明台遗址的内外夯土之间就非常容易产生开裂、剥离等病变。神明台东侧的外部夯土基本全部坍塌而西侧及北侧则保留较好。保留较好的外部夯土层厚度约为1．5～2．0米。台基西侧由于村民取土掏洞将内外层的接合面暴露可明显观察到这种建筑工艺裂隙（图版18）。

2.雨蚀

神明台雨蚀的主要表现是台体侧壁片状剥落。神明台所处西安地区属于暖温带大陆性季风气候四季分明冬夏温差大。南高北低的地形引起的受热不均匀又导致了降雨量时空分布不均匀特别在夏季易引起局部地区气流的对流和动力抬升促进和加强了不稳定天气的发展形成了遗址所处地区夏季常出现的暴雨的环境状况［2］。而片状剥落就是在强降雨作用下土体表层首先遭受溅蚀作用吸力锐减。随着降雨的持续打散的表层细质土颗粒进入土体堵塞孔隙引起雨水入渗深度较浅致使土体表层饱和从而导致表层土质变成流动土体抗剪强度大幅度降低与下覆土体间形成了水力梯度和抗剪强度的优势面。表层土体沿优势面在重力作用下剥落［3］。这些剥落下的表层土体变成泥流附着在侧壁上在干湿交替的作用下形成泥皮由于风等外营力的作用泥皮逐渐脱落。

除此之外神明台自身结构的特点也促使表面雨蚀的发生。如前所述神明台由内外两层夯土构筑而成。其外层夯土夯筑质量较差包含杂质较多在强降雨作用下较内层夯土更易于发生雨蚀。因此在神明台表面残留较多外部夯土的西侧及北侧雨蚀较严重而外部夯土坍塌内层夯土暴露的东侧雨蚀现象则不明显。

3．根部酥碱

神明台地处地下水位较高地区再加上遗址所处气候环境夏季炎热且多暴雨更促使了遗址的根部酥碱的发生。当外界气候炎热由于神明台地下水位较高故而土壤中毛管水的上升运动占优势地位。这时毛管水的上升运动和溶解盐类的上行聚积最为显著。上升的毛管水主要消耗在蒸腾和蒸发作用上。土壤易溶盐类以溶解形式进入土壤水中通过毛管水流向土壤表面迁移并随其蒸发和蒸腾在土壤剖面的上层产生溶解物质的沉淀（结晶）分异；而当强降雨来临时土壤中水分的运动又以重力水的下行为主。在这种作用下由于毛管水上升作用而聚集到土壤表面的流动性最大的易溶盐类将再次溶解并进入土壤剖面的深层。如此往返循环可溶盐通过水的作用在遗址根部土体表面反复溶解－结晶。可溶盐的溶解与结晶伴随着其体积的膨胀与收缩。这种反复的膨胀－收缩过程会导致土体结构的不断疏松在风的作用下遗址基部不断被掏蚀凹进［4］。再加上遗址东西两侧紧接农田周而复始的农业灌溉（尤其是夏季）更加速了根部酥碱的发生。

4.植物根系作用

植物的根系具有很强的钻透性当它钻透土体后其根系产生的孔洞又会成为水进入土体内部的一个主要通道进而会促进裂隙的发育最终导致土遗址的失稳、坍塌。

由于缺乏日常维护现今神明台遗址上植物的生长已经相当严重。好在这些植物多为草本植物其根系长度在20～30cm之间根系相对不发达对土体的钻透能力及深度均较差危害仅局限于遗址表面。但随着耕地面积的逐渐减小一些村民已经开始“开发”神明台遗址顶部将其作为自家的农田种起了木本植物。木本植物根系发达钻透能力及钻透深度均较大它的大量种植必然会从根本上威胁到神明台遗址的安全。

5.坍塌

在风、雨、自身结构、震动、人为破坏等作用的影响下遗址破坏失稳最终坍塌是神明台夯土遗址危害性最大的病害。它直接导致了神明台夯土基址面积的缩小同时也威胁到其周边居民的生命及财产安全。在近期就曾因为雨水冲蚀加速了人为取土造成的卸荷裂隙的发育最终导致了遗址东南角大面积的坍塌。当地村民房屋紧接神明台遗址建造遗址坍塌同时也造成了村民房屋的塌毁（图版19）。

四 保护对策

1.防人为破坏

从神明台的保存现状来看人为破坏是最主要的破坏因素。当地村民的随意取土在台体基部挖造洞室在台体顶部开垦农田、建造地窖（图版20）、种植树木等活动严重威胁着遗址的安全存在。此外村民住房紧靠台体建造不仅对台体会产生破坏同时也威胁到了村民自身的生命财产安全。因此对神明台的保护要首先从加强管理和对当地村民进行文物保护教育着手杜绝人为因素对台体的进一步损害。同时对台体南侧紧靠台体建造的住房应采取搬迁、拆除的措施。

2.防坍塌加固

坍塌主要是人为在台体根部取土及自然因素的根部酥碱掏蚀所致。应采用夯土填充掏挖部位从而加固、稳定台体。稳定处理后的台体外表面可采用透气性能良好加固强度较大稳定性能较高抗水能力较强的加固材料进行加固处理［5］。填充夯土所用土质应选用台体坍塌土或与台体本身类似的土质其干密度必须达到1．78～1．9g／cm3。

对有裂隙的侧壁要采用木锚杆锚固和裂隙灌浆相结合的办法进行加固处理。实践证明锚固与灌浆是加固土遗址最行之有效的方法之一［5］。用木质杆件作锚杆锚固主要是考虑到木质锚杆与土体有较好的黏接性和耐腐蚀性完全可以承载土体荷重而且也符合文物保护修复中尽可能使用传统材料的原则［6］。锚固的同时对裂隙部位应采用灌浆材料进行灌浆加固。

此外对于台体西部暴露出来的外部夯土与内层夯土的建筑工艺裂缝也应采用锚杆锚固结合灌浆加固的方法加以稳定处理。

3.防风化加固

神明台遗址的表面风化主要是雨水冲蚀连同风的作用而产生的。这种以雨水冲蚀为重要诱因的风化主要发生在台体西、北两侧残留外部夯土表面。由于外部夯土层夯筑质量较差包含杂质较多孔隙率较高故而易于遭受该类侵蚀。对易于遭受该类侵蚀的部位可采用透气性及加固强度均较好的加固材料渗透加固从而加强土质抗雨水冲蚀能力的特点［7］减少该类侵蚀的发生。

4.综合环境的治理

神明台周边的保存环境不利是神明台产生病变的另一个主要原因。但是神明台属露天文物对其保存环境中的温度及湿度的直接治理难度较大。因此只能从台体周边其他环境因素入手对其进行治理从而保护神明台。

因此对神明台东西两侧的农田应进行迁移、平整还神明台一个安全的存在环境。

五 结 论

1.神明台的主要病害是裂隙密布、雨蚀、根部酥碱、植物根系作用和坍塌。

2.神明台遗址的主要病害是人为因素和自然因素综合作用的结果二者相互促进、共同发展。

3.针对神明台的主要病害应采取阻止人为破坏同时结合木锚杆锚固和加固材料渗透及灌浆加固的防坍塌及防风化保护措施。

4.应加强神明台周边环境的综合治理。

（1）震动：如前所述震动是神明台周边综合 环境问题中的首要因素。神明台的震动主要来源于其附近的石化厂铁路及尤西公路。对于这种情况我们建议最好对石化厂进行搬迁从而消除铁路产生的影响减少尤西公路产生的震动。如果无法立即搬迁石化厂应尽量限制其铁路的使用同时对尤西公路大型运输车的车流量进行限制从而减少震动产生的几率维护神明台遗址的稳固。

（2）植物：植物也是神明台保存的一个主要问题神明台上杂草丛生植物的根系对台体也是一大威胁。因此对周边综合环境的治理应包括祛除台体表面生长的植物尤其是村民在其上种植的木本植物。此外在祛除植物后还应加强对台体的常年维护防止植物的再度生长。

（3）农田：神明台东西两侧紧接农田农田灌溉必然会导致遗址周边过多的水的引入再加上神明台地处盐碱度较高的地区灌溉水会促进可溶盐在神明台基部反复溶解与结晶从而加速根部酥碱的发生。此外农田灌溉还有可能造成台体地基的不均匀沉降进而直接威胁台体的安全。