敦煌壽昌城墻體表面風化特征研究

孫滿利 王 菲 王旭東 李最雄 郭青林

內容摘要：通過對敦煌壽昌城遺址墻體表面風化特征的現場調查研究，從保護加固施工的角度出發，按照風化層厚度＼表面風化層密度、表面風化層整體均勻性以及風化層的結構等將表面風化層分為三個類型七種形式，并針對每一種形式，提出PS表面防風化加固的施工方法。這種分類研究有助于土遺址墻體表面防風化加固的科學化和推廣應用。

關鍵詞：土遺址；表面風化；分類；壽昌城

中圖分類號：K853.4文獻標識碼：A文章編號：1000-4106(2009)06-0081-06

一引言

敦煌壽昌城位于甘肅省敦煌市西南70公里處的南湖鄉四清村，西距古陽關遺跡約3公里，南距漢渥洼池5公里，是甘肅省重點文物保護單位。

壽昌城漢代為龍勒縣治，是敦煌郡所轄六縣之一，北魏改立為壽昌郡，北周并人敦煌縣，隋設龍勒府，唐武德年間又置壽昌縣，屬沙州郡，其間名稱多經變更廢復。該城盛唐時最為繁榮，延至北宋(1036年)曹氏歸義軍政權崩潰為止，后逐漸衰微。

古城遺址平面呈矩尺形，東、西、北三面存斷續殘垣，南面僅留墻基，東墻似有甕城殘跡，城內流沙堆積。北墻長318m，東墻長294m，南墻長318m，西墻長294m，城堡面積8.35萬m²，部分墻體被風積沙掩埋，地表可見城墻總長度291m；北墻長123m，東墻長103m，西墻長65m；城墻殘高最高4.2m，上寬2m，下寬7m。城墻采用夯土版筑，經歷兩次大修筑，后期墻體為褐紅色粉質粘土夯筑而成。粉質粘土含大量的粘土團塊，形狀不規則，直徑大多在3～5cm左右。粉質粘土分選較差，含較多雜質如碎石等。夯層密實度較差，厚度為13cm左右。早期墻體由淺黃色粉質粘土或暗灰色粉土夯筑而成，夯層較密實，含雜質較少，夯層厚度5～10cm。

敦煌位于蒙古高原和青藏高原之間，四周是以高山、沙漠、戈壁圍繞的小盆地。它遠離海洋，氣候干燥，降雨量少，蒸發量大，晝夜溫差大，多風多沙塵暴，是典型的極干旱大陸性氣候。年平均降水量39.9mm，主要在夏季(6～8月份)，占63.9％，冬季只有7.5％；蒸發量2486mm，干燥度大于16，年平均相對濕度為32％。年平均氣溫為9.4℃，7月平均氣溫24.7℃，1月平均氣溫-9.3℃，氣溫年較差達34℃。敦煌常年多為東風和西北風，年平均風速達到3.5m/s，起沙起土風速為4.5m/s，大于5m/s的風每年達35d-148d，沙塵蔽日日數每年有20d～35d，年8級以上的大風日數高達19d。2002年5月5日最大風速達25m/s。

土遺址墻體的表面風化是最主要的一種病害，防止墻體的表面風化是土遺址保護加固的重要內容之一，對土墻體表面防風化加固材料的研究更是近年來的熱點，但大多沒有經過工程實際檢驗，只有PS材料在西北干旱區土遺址得到了較大的應用。土遺址表面防風化施工的關鍵是如何保證加固材料的滲透性，而施工的工藝與表面風化層的特征關系密切，根據不同的表面風化特征選用不同的施工工藝是保證加固效果的關鍵。深入地研究土遺址表面風化的特征對于科學地加固具有重要的意義。

二病害現狀及分析

壽昌城墻體的病害類型有片狀剝蝕、淘蝕、裂隙(縫)及生物破壞，主要病害為雨蝕剝離、風蝕剝離和卸荷裂隙。

(1)片狀剝蝕

墻體的片狀剝蝕有兩種形式：雨蝕剝離(圖1)和風蝕剝離(圖2)。

(2)淘蝕

壽昌城的淘蝕有兩種形式：風力淘蝕(圖3)和坍塌淘蝕(圖4)。

(3)裂隙(縫)

壽昌城墻體的裂隙(縫)有兩種形式：卸荷裂隙(圖5)和建造工藝裂隙(圖6)。

(4)生物破壞

壽昌城的生物破壞主要為動物破壞，主要是蜂巢。蜂巢較致密，堅硬。

三表面風化特征及加固技術

表面風化層的特征不同，PS表面滲透的工藝也就有很大差別的?？紤]到不同施工工藝對表面風化加固適用性的不同，按照風化層厚度、密度、整體均勻性以及風化層的結構等，對風化層的特征進行分類研究。

PS表面防風化加固主要有表面噴灑滲透和滴滲兩種工藝。這兩種工藝的選用主要與風化層厚度有關，因此，根據風化層厚度將表面風化層分為三種類型：風化層厚度小于1cm，風化層厚度在1-2cm，風化層厚度大于2cm。

3.1風化層厚度小于1cm的

壽昌城遺址墻體表面風化層厚度小于1cm的墻體主要有兩種情況：墻體坍塌新鮮面，風蝕剝離面等。

(1)坍塌新鮮面：墻體的坍塌經常發生，一些墻體坍塌的新鮮面，表面風化層厚度較薄(圖7)，土性為淺黃色粉土，含沙量較大，顆粒間膠結程度差，夯筑較密實，夯層明顯，表面整體性好，均勻性好。圖7的左半部分，坍塌時間為1年左右，表面基本無風化；圖7的右半部，坍塌時間稍長，表面略有風化，風化層厚度小于3mm。對于這種病害，采用PS表面噴灑滲透1至2遍，即可完全達到加固要求。

(2)風蝕剝離面：風化層厚度小于1cm的，基于土的性質不同，分為三種類型。

①土性為淺黃色粉質粘土，夯筑密實，表面較致密，整體性好。風化疏松層已經被風吹蝕脫落，基本無殘留，表面平整，均勻性好(圖8)。該類病害可采用PS噴灑一遍，即可達到加固要求。

②土性為褐紅色粉質粘土，夯筑較密實，夾有大量粘土塊，因此均勻性較差，表面較致密。風化疏松層已經被風吹蝕脫落，基本無殘留，表面整體性較差，比較破碎，粘土塊突出墻面，墻面凹凸不平(圖9)。該類病害可采用PS噴灑二到三遍，方可達到加固要求。同時應注意對突出的粘土塊的加固，防止土塊整體掉落。

③土性為淺灰色粉土，含沙量較大，夾有少量礫石，夯筑較密實，顆粒間粘結力較弱，易風蝕。風化疏松層已經被風吹蝕脫落，僅少量殘留(圖10)。該類病害可采用PS噴灑二到三遍，方可達到加固要求。

3.2風化層厚度在1-2cm的

(1)土性為淺灰色粉土，比較致密，夾有大量小礫石，礫石顆粒小的1-2柵，大的5mm。表面呈小片狀剝離脫落，薄片厚約1-2cm，表面疏松破碎，土顆粒膠結性差，層薄，分層剝落，剝落特征明顯(圖11)。該類病害加固保護難度較大，由于剝離小片和母體之間往往存在裂隙，而且裂隙間多充填粉細沙，致使加固時上層薄片很難和母體很好地連接?？刹捎肞S多遍噴灑滲透，并用小竹木錨釘固定。

(2)土性為褐紅色粉質粘土，夯筑不密實，表面破碎疏松，有許多粘土塊的突出體，顆粒間膠結程度差，整體性差，均勻性差，主要出現在褐紅色粉質粘土夯筑的墻體上(圖12)。此類病害可采用PS表面噴灑滲透和滴滲綜合處理，并采用小竹木錨釘將突出的小塊體進行固定。

3.3風化層厚度大于2cm的

(1)土性為褐紅色粉質粘土，雜質較多，夾有

大量粘土塊和碎石，夯筑不密實，夯層明顯，顆粒間膠結程度差。風化層疏松。表面破碎粗糙，整體性差，均勻性差(圖13、圖14)。此類病害由于表面破碎，滴滲成孔困難，加之粘土塊的作用，滲透性較差，因此，必須采用先噴灑PS滲透固定表面，然后采用滴滲加固，最后還應噴灑滲透處理，以便增強滲透均勻性。

(2)土性為淺黃色粉沙土，含沙量較大，夯筑不密實，表面疏松，不均勻，破碎嚴重，顆粒間膠結性差。有些表面疏松層可達5-10cm(圖15)，一些表面原有一層薄殼，大部已經脫落(圖16)，其下疏松層為粉沙土，厚度可達10cm。此類病害可采用PS噴灑滲透和滴滲綜合加固，先對表面噴灑滲透1-2遍，然后鉆孔滴滲。

(3)遺址墻體表面形成硬殼，密度、厚度不一，主要有四種形式。

①遺址墻體表面形成一層硬殼，表面致密堅硬，厚度在1-2棚，為一整體，且整體性好，均勻性好，土性為暗灰色粉土，夯筑密實，硬殼下部疏松(圖17)?？刹捎勉@孔滴滲加固。

②遺址墻體表面形成一層硬殼，厚度在1-2mm，較致密，風化層呈塊體開裂，厚度約5-10cm，部分脫落(圖18)，有的與墻體脫離，無充填物(圖19)。此類病害可采用鉆孔滴滲和小竹木錨釘錨固相結合的方法進行加固，同時對裂隙進行灌漿處理。

③土性為褐紅色粉質粘土，表面有一層硬殼，較致密，厚度1-2mm。風化層厚度在2-5cm，部分開裂脫落，整體性差，其內部疏松破碎，表面粗糙，均勻性差(圖20)。此類病害可采用鉆孔滴滲和錨釘結合進行加固。

④遺址墻體表面有密集蜂巢，其風化層較厚，表面粗糙且堅硬，整體性好，均勻性較好。蜂巢可保護墻體內部不被風化，然而由于表面堅硬，一旦脫落就為大塊體脫落(圖21)。此類病害可對蜂巢下部適當滴滲加固，主要應采用錨釘技術防止硬殼大塊掉落。

(1)壽昌城墻體的病害類型有片狀剝蝕、淘蝕、裂隙(縫)及生物破壞。其主要病害為雨蝕剝離、風蝕剝離和卸荷裂隙。

(2)從保護加固的角度出發，按照風化層厚度、表面風化層密度、表面風化層整體均勻性以及風化層的結構等四個方面，可將表面風化層分為三個類型七種形式。

(3)針對每一種表面風化的形式，可以分別采取不同的加固工藝，主要的技術手段有PS噴灑滲透、滴滲和小竹木錨釘錨固等。

(4)土遺址表面風化層特征的研究才剛剛起步，還不夠系統，分類還不夠科學，隨著研究的深入，在大量調查的基礎上，可以建立表面風化層不同類別與相應加固工藝的對應關系，有助于土遺址保護加固的科學化。