西安漢神明臺遺址的主要病害分析及保護對策

敦煌研究（總第105期）

內(nèi)容摘要：為了對神明臺遺址進行保護通過實際調(diào)查文章系統(tǒng)地分析了神明臺遺址的病害特征認為神明臺遺址的主要病害有裂隙密布、雨蝕、根部酥堿、植物根系作用和坍塌它的病害是人為與自然多種因素綜合作用的結果。同時通過對這些主要病害的分析得出了在重點區(qū)域應采取錨桿錨固聯(lián)合灌漿加固的防坍塌及防風化保護措施同時應加強對其周邊環(huán)境綜合治理的結論。

一 引 言

神明臺是漢長安城建章宮極具代表性的建筑物位于建章宮西北角今西安市三橋鎮(zhèn)孟家村北又名承露臺?！稘h書·郊祀志》記載：“立神明臺井干樓高五十丈輦道相屬焉?！薄度o故事》曰：“神明臺在建章宮故垂棟飛閣從宮中西上跨城而出乃達建章也?！薄稄R記》曰：“神明臺武帝造祭仙人處上有承露盤有銅仙人舒掌捧銅盤玉杯以承云表之露以露和玉屑服之以求仙道?！薄堕L安記》：“仙人掌大七圍以銅為之。魏文帝徙銅盤折聲聞數(shù)十里”。由以上史料可知神明臺是漢長安城外圍建筑建章宮的重要組成部分建于漢武帝時期建造的目的是承接天上的神露為漢武帝求仙道而服務。神明臺原高“五十丈”臺上曾經(jīng)建造有承接天露的銅仙人。歷經(jīng)歲月的滄?，F(xiàn)在神明臺上的建筑已蕩然無存。據(jù)當?shù)啬觊L者回憶在上世紀二三十年代神明臺夯土基址頂部還曾有圍墻圍繞南面圍墻上還曾有一門。經(jīng)由夯土基址南面坡道可登臺遠眺?，F(xiàn)今圍墻及門也已經(jīng)消失，但仍可通過基址南面坡道登臺。神明臺是漢長安城遺址保護區(qū)劃中現(xiàn)存的重要夯土基址之一但是由于它緊靠居民居住區(qū)周邊保存環(huán)境惡劣因此夯土基址出現(xiàn)了一系列的病變及保護問題。近期我們專程赴神明臺遺址就其保存現(xiàn)狀、病變問題及相關保護對策進行了調(diào)查研究。

二 保存現(xiàn)狀

目前神明臺殘留的夯土基址高約10米底部東西長34米南北寬26米。由于該夯土基址部分已處于村民住房的包圍中所以人為因素的破壞很大。遺址東西兩面已經(jīng)被人工掏挖出數(shù)個洞室。西面的洞內(nèi)堆滿了玉米秸稈曾被村民當成羊圈。南面的部分夯土已經(jīng)被挖掉并在原址上建房。東南角已經(jīng)出現(xiàn)大面積坍塌。此外遺址附近分布有高運輸流量的公路及鐵路大量汽車和火車帶來的震動對神明臺的穩(wěn)固保存也十分不利。再加上神明臺自身構造的缺陷遺址表面裂隙遍布已呈現(xiàn)出明顯的不穩(wěn)態(tài)。

三 病害特征

1.裂隙

裂隙是指土遺址內(nèi)不同原因形成的裂隙或裂

縫它往往是坍塌或沖溝病害發(fā)生的條件。主要包括變形裂隙、建筑工藝裂縫、卸荷裂隙和構造裂隙等［1］。目前神明臺遺址保存的最大問題就是裂隙的問題。神明臺的裂隙成因比較復雜主要可分為內(nèi)外兩方面因素內(nèi)因是神明臺自身結構的影響所致而外因是人為取土、震動、雨水、溫度等所致。

（1）變形裂隙：變形裂隙是指由于應力的重分布引起土遺址開裂變形產(chǎn)生的裂隙。神明臺遺址的變形裂隙主要是當?shù)卮迕裨谕临|臺基底部掏挖洞室所致。神明臺底部被當?shù)卮迕裉屯谝研纬?處大的洞室。4處洞室的平均高度約5米平均進深約3米均出現(xiàn)頂部變形裂隙。這主要是由于土洞的掏挖引起應力的重分布洞頂?shù)淖畲筘Q向位移發(fā)生在洞底中部和拱頂中部當土體受到與洞室垂直方向的震動時震動所產(chǎn)生的應力將集中于洞頂在洞頂形成縱向裂隙造成土體開裂進一步將導致崩塌。由此可知變形裂隙和震動的產(chǎn)生息息相關。

神明臺所處地區(qū)并非地震活躍區(qū)。臺體遭受的震動主要是來自于周邊環(huán)境。距離神明臺大概30 m左右是一家大型石油化工廠石化廠門前的尤西公路每天都有大量重型運輸車經(jīng)過這些重型運輸車在行駛過程中產(chǎn)生的震動由于距離神明臺過近（僅10 m左右）會對遺址產(chǎn)生較大影響。除此以外更為嚴重的是石化廠有一段連接廠內(nèi)外的企業(yè)運輸鐵路。該鐵路的廠外部分距離神明臺遺址僅20 m左右火車經(jīng)過這段鐵路所產(chǎn)生的震動相比起尤西公路上汽車產(chǎn)生的還要劇烈很多這些震動傳遞到神明臺遺址上直接的后果就是在其薄弱部位產(chǎn)生變形裂隙。神明臺遺址的變形裂隙從洞口開始發(fā)育寬度不等洞口開裂較大向里逐漸減小。

（2）建筑工藝裂隙：建筑工藝裂隙是指由于建筑工藝的原因沿建筑工藝的結構縫、施工縫等產(chǎn)生的裂隙。神明臺夯土基址的整體由內(nèi)外兩部分構成。對神明臺內(nèi)部夯土的不同部位取樣分析其結果見表1。由表1可知神明臺內(nèi)部夯土平均干密度為1．83g／cm3平均P H值為7．75。內(nèi)部夯土夯筑結實、夯層明顯、厚度均勻（夯層厚5～6cm）、土質純凈、質地堅硬。而外部夯土夯層厚度不均土質較內(nèi)層松軟土壤成分復雜含有大量的瓦片和碎石。內(nèi)外夯土存在明顯界面。由此可知神明臺很有可能后世曾經(jīng)補筑過。也就是由于這種結構神明臺遺址的內(nèi)外夯土之間就非常容易產(chǎn)生開裂、剝離等病變。神明臺東側的外部夯土基本全部坍塌而西側及北側則保留較好。保留較好的外部夯土層厚度約為1．5～2．0米。臺基西側由于村民取土掏洞將內(nèi)外層的接合面暴露可明顯觀察到這種建筑工藝裂隙（圖版18）。

2.雨蝕

神明臺雨蝕的主要表現(xiàn)是臺體側壁片狀剝落。神明臺所處西安地區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風氣候四季分明冬夏溫差大。南高北低的地形引起的受熱不均勻又導致了降雨量時空分布不均勻特別在夏季易引起局部地區(qū)氣流的對流和動力抬升促進和加強了不穩(wěn)定天氣的發(fā)展形成了遺址所處地區(qū)夏季常出現(xiàn)的暴雨的環(huán)境狀況［2］。而片狀剝落就是在強降雨作用下土體表層首先遭受濺蝕作用吸力銳減。隨著降雨的持續(xù)打散的表層細質土顆粒進入土體堵塞孔隙引起雨水入滲深度較淺致使土體表層飽和從而導致表層土質變成流動土體抗剪強度大幅度降低與下覆土體間形成了水力梯度和抗剪強度的優(yōu)勢面。表層土體沿優(yōu)勢面在重力作用下剝落［3］。這些剝落下的表層土體變成泥流附著在側壁上在干濕交替的作用下形成泥皮由于風等外營力的作用泥皮逐漸脫落。

除此之外神明臺自身結構的特點也促使表面雨蝕的發(fā)生。如前所述神明臺由內(nèi)外兩層夯土構筑而成。其外層夯土夯筑質量較差包含雜質較多在強降雨作用下較內(nèi)層夯土更易于發(fā)生雨蝕。因此在神明臺表面殘留較多外部夯土的西側及北側雨蝕較嚴重而外部夯土坍塌內(nèi)層夯土暴露的東側雨蝕現(xiàn)象則不明顯。

3．根部酥堿

神明臺地處地下水位較高地區(qū)再加上遺址所處氣候環(huán)境夏季炎熱且多暴雨更促使了遺址的根部酥堿的發(fā)生。當外界氣候炎熱由于神明臺地下水位較高故而土壤中毛管水的上升運動占優(yōu)勢地位。這時毛管水的上升運動和溶解鹽類的上行聚積最為顯著。上升的毛管水主要消耗在蒸騰和蒸發(fā)作用上。土壤易溶鹽類以溶解形式進入土壤水中通過毛管水流向土壤表面遷移并隨其蒸發(fā)和蒸騰在土壤剖面的上層產(chǎn)生溶解物質的沉淀（結晶）分異；而當強降雨來臨時土壤中水分的運動又以重力水的下行為主。在這種作用下由于毛管水上升作用而聚集到土壤表面的流動性最大的易溶鹽類將再次溶解并進入土壤剖面的深層。如此往返循環(huán)可溶鹽通過水的作用在遺址根部土體表面反復溶解－結晶。可溶鹽的溶解與結晶伴隨著其體積的膨脹與收縮。這種反復的膨脹－收縮過程會導致土體結構的不斷疏松在風的作用下遺址基部不斷被掏蝕凹進［4］。再加上遺址東西兩側緊接農(nóng)田周而復始的農(nóng)業(yè)灌溉（尤其是夏季）更加速了根部酥堿的發(fā)生。

4.植物根系作用

植物的根系具有很強的鉆透性當它鉆透土體后其根系產(chǎn)生的孔洞又會成為水進入土體內(nèi)部的一個主要通道進而會促進裂隙的發(fā)育最終導致土遺址的失穩(wěn)、坍塌。

由于缺乏日常維護現(xiàn)今神明臺遺址上植物的生長已經(jīng)相當嚴重。好在這些植物多為草本植物其根系長度在20～30cm之間根系相對不發(fā)達對土體的鉆透能力及深度均較差危害僅局限于遺址表面。但隨著耕地面積的逐漸減小一些村民已經(jīng)開始“開發(fā)”神明臺遺址頂部將其作為自家的農(nóng)田種起了木本植物。木本植物根系發(fā)達鉆透能力及鉆透深度均較大它的大量種植必然會從根本上威脅到神明臺遺址的安全。

5.坍塌

在風、雨、自身結構、震動、人為破壞等作用的影響下遺址破壞失穩(wěn)最終坍塌是神明臺夯土遺址危害性最大的病害。它直接導致了神明臺夯土基址面積的縮小同時也威脅到其周邊居民的生命及財產(chǎn)安全。在近期就曾因為雨水沖蝕加速了人為取土造成的卸荷裂隙的發(fā)育最終導致了遺址東南角大面積的坍塌。當?shù)卮迕穹课菥o接神明臺遺址建造遺址坍塌同時也造成了村民房屋的塌毀（圖版19）。

四 保護對策

1.防人為破壞

從神明臺的保存現(xiàn)狀來看人為破壞是最主要的破壞因素。當?shù)卮迕竦碾S意取土在臺體基部挖造洞室在臺體頂部開墾農(nóng)田、建造地窖（圖版20）、種植樹木等活動嚴重威脅著遺址的安全存在。此外村民住房緊靠臺體建造不僅對臺體會產(chǎn)生破壞同時也威脅到了村民自身的生命財產(chǎn)安全。因此對神明臺的保護要首先從加強管理和對當?shù)卮迕襁M行文物保護教育著手杜絕人為因素對臺體的進一步損害。同時對臺體南側緊靠臺體建造的住房應采取搬遷、拆除的措施。

2.防坍塌加固

坍塌主要是人為在臺體根部取土及自然因素的根部酥堿掏蝕所致。應采用夯土填充掏挖部位從而加固、穩(wěn)定臺體。穩(wěn)定處理后的臺體外表面可采用透氣性能良好加固強度較大穩(wěn)定性能較高抗水能力較強的加固材料進行加固處理［5］。填充夯土所用土質應選用臺體坍塌土或與臺體本身類似的土質其干密度必須達到1．78～1．9g／cm3。

對有裂隙的側壁要采用木錨桿錨固和裂隙灌漿相結合的辦法進行加固處理。實踐證明錨固與灌漿是加固土遺址最行之有效的方法之一［5］。用木質桿件作錨桿錨固主要是考慮到木質錨桿與土體有較好的黏接性和耐腐蝕性完全可以承載土體荷重而且也符合文物保護修復中盡可能使用傳統(tǒng)材料的原則［6］。錨固的同時對裂隙部位應采用灌漿材料進行灌漿加固。

此外對于臺體西部暴露出來的外部夯土與內(nèi)層夯土的建筑工藝裂縫也應采用錨桿錨固結合灌漿加固的方法加以穩(wěn)定處理。

3.防風化加固

神明臺遺址的表面風化主要是雨水沖蝕連同風的作用而產(chǎn)生的。這種以雨水沖蝕為重要誘因的風化主要發(fā)生在臺體西、北兩側殘留外部夯土表面。由于外部夯土層夯筑質量較差包含雜質較多孔隙率較高故而易于遭受該類侵蝕。對易于遭受該類侵蝕的部位可采用透氣性及加固強度均較好的加固材料滲透加固從而加強土質抗雨水沖蝕能力的特點［7］減少該類侵蝕的發(fā)生。

4.綜合環(huán)境的治理

神明臺周邊的保存環(huán)境不利是神明臺產(chǎn)生病變的另一個主要原因。但是神明臺屬露天文物對其保存環(huán)境中的溫度及濕度的直接治理難度較大。因此只能從臺體周邊其他環(huán)境因素入手對其進行治理從而保護神明臺。

因此對神明臺東西兩側的農(nóng)田應進行遷移、平整還神明臺一個安全的存在環(huán)境。

五 結 論

1.神明臺的主要病害是裂隙密布、雨蝕、根部酥堿、植物根系作用和坍塌。

2.神明臺遺址的主要病害是人為因素和自然因素綜合作用的結果二者相互促進、共同發(fā)展。

3.針對神明臺的主要病害應采取阻止人為破壞同時結合木錨桿錨固和加固材料滲透及灌漿加固的防坍塌及防風化保護措施。

4.應加強神明臺周邊環(huán)境的綜合治理。

（1）震動：如前所述震動是神明臺周邊綜合 環(huán)境問題中的首要因素。神明臺的震動主要來源于其附近的石化廠鐵路及尤西公路。對于這種情況我們建議最好對石化廠進行搬遷從而消除鐵路產(chǎn)生的影響減少尤西公路產(chǎn)生的震動。如果無法立即搬遷石化廠應盡量限制其鐵路的使用同時對尤西公路大型運輸車的車流量進行限制從而減少震動產(chǎn)生的幾率維護神明臺遺址的穩(wěn)固。

（2）植物：植物也是神明臺保存的一個主要問題神明臺上雜草叢生植物的根系對臺體也是一大威脅。因此對周邊綜合環(huán)境的治理應包括祛除臺體表面生長的植物尤其是村民在其上種植的木本植物。此外在祛除植物后還應加強對臺體的常年維護防止植物的再度生長。

（3）農(nóng)田：神明臺東西兩側緊接農(nóng)田農(nóng)田灌溉必然會導致遺址周邊過多的水的引入再加上神明臺地處鹽堿度較高的地區(qū)灌溉水會促進可溶鹽在神明臺基部反復溶解與結晶從而加速根部酥堿的發(fā)生。此外農(nóng)田灌溉還有可能造成臺體地基的不均勻沉降進而直接威脅臺體的安全。