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(新疆安達(dá)孜文物保護(hù)工程設(shè)計(jì)有限公司，新疆 烏魯木齊 830002)

0 引言

夯土是中國土遺址的主要建筑材料，基本存在于每一個大遺址中[1]，分布在我國西北地區(qū)和絲綢之路沿線的夯土遺存和遺跡多達(dá)600余處[2]。夯土遺址的類型主要包括古城址和村落、古陵墓(陪葬坑)和防御體系建筑，典型的遺址包括新疆的交河故城遺址、甘肅的玉門關(guān)、寧夏的西夏王陵、內(nèi)蒙古的黑城遺址和鎖陽城遺址等。通過對“哈密回城”“哈密老城”和“哈密新城”等三處城墻進(jìn)行對比得知，城墻采用使用廣泛的模版夯筑而成，故名模版夯筑。

1 哈密市三處城墻遺址

芬蘭探險(xiǎn)家馬達(dá)漢在《馬達(dá)漢西域考察日記(1906年—1908年)》中對清末哈密城市空間形態(tài)有著詳細(xì)記載。哈密市三處城墻遺址分別為哈密回城、漢城和新城，均為清代城墻遺址，具備西北地區(qū)典型的城市空間形態(tài)布局特征，文化內(nèi)涵豐富，實(shí)物罕見，是軍事、屯田等方面交流的珍貴實(shí)物例證，具有一定的研究價(jià)值。從城墻的防護(hù)作用可以看出當(dāng)時(shí)軍事防御水平，糧草儲備庫是當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)刂匾姆烙な?，為保證邊防穩(wěn)定發(fā)揮了巨大作用，也是研究古代西域史，以及絲綢之路文明史的重要實(shí)物。

1.1 哈密回城

建于明永樂年間(1403年—1424年)，是哈密蒙古王的王宮，回城自清代重建到民國19年(1930年)，一直是哈密回王府所在地，位于新疆哈密市南郊回城鄉(xiāng)，文物保護(hù)級別為自治區(qū)級文物保護(hù)單位，見圖1。

城垣平面為方形，夯土筑?，F(xiàn)僅存環(huán)城路路北、路南及居民院內(nèi)七處殘墻，路北城墻南北長26 m，墻厚5 m，高9 m，路南城墻南北長30余米，墻厚0.2 m～1.5 m不等。

1.2 哈密老城

建于清光緒九年(1883年)，位于新疆哈密市自由路南側(cè)，西南300 m為城郊鄉(xiāng)西菜園子村，東為建國南路，文物保護(hù)級別為自治區(qū)級文物保護(hù)單位，見圖2。

哈密老城建于清雍正五年(1729年)，周長一里，城墻高二丈四尺六寸，有東、西、北三座城門。初為管糧道員住所并存儲軍糧；乾隆二十五年(1760年)，在城內(nèi)增筑兵房400間，供駐防官兵眷屬居住，1865年老城被毀；清光緒九年(1883年)，由當(dāng)?shù)伛v軍重建老城，比原城擴(kuò)大兩倍，有東、西、南、北四門，城內(nèi)有東西走向和南北走向的兩條主干道連接四門。城墻大部分被毀，現(xiàn)存部分殘?jiān)挥诠苁凶杂陕纺蟼?cè)，東西向，長約249 m，城墻底寬約5.5 m，上寬約2 m，高約8.9 m。

原城墻平面呈長方形，南側(cè)城墻東西走向，西側(cè)城墻南北方向，墻體為素土夯筑而成，城址完整的形態(tài)已無存，現(xiàn)僅存局部殘墻。

1.3 哈密新城

建于清代，清同治四年，哈密幫辦大臣文麟建城供軍隊(duì)駐扎，城池規(guī)模較小，周長僅一里，有南、北兩座城門?，F(xiàn)城墻大部分被破壞，僅存幾戶居民院內(nèi)的殘墻，夯土筑成，長約50 m，高約4 m，位于新疆哈密市第五中學(xué)附近，保護(hù)級別為市級文物保護(hù)單位，見圖3。

2 建造工藝

哈密回城、老城和新城等三處文物均采用夯筑建造工藝，城墻選址講究，設(shè)計(jì)巧妙，城墻采用夯實(shí)營建，工藝技術(shù)獨(dú)特，是新疆現(xiàn)有的夯土筑城墻體的一個重要實(shí)例，也是唐代以前中國北方通行的筑城方式，夯層緊密，墻體收分明顯，有因地制宜、就地取材的優(yōu)勢，是城防規(guī)制、做法的典型實(shí)例。

夯筑的施工工序?yàn)椤皽?zhǔn)備夯土材料→支?！谷氩牧稀鷵v實(shí)→夯實(shí)→拆模”等幾個主要步驟。支模使用的模版有長版和短版兩種，夯筑時(shí)基本過程是一致的，用兩塊側(cè)版一塊端版組成模具，而另一端則加活動卡具。模板內(nèi)倒入夯土材料，將夯土搗實(shí)，逐層夯實(shí)，每層所加的土應(yīng)高出板邊50 mm左右，將土鋪平后再用夯錘夯擊。夯擊時(shí)先夯邊，后夯中，不能有遺漏的地方。夯筑時(shí)，采用一夯壓半夯的夯實(shí)方法。一層夯實(shí)后脫模，將最下層的圓木翻上來固定好，用同樣的方法再重復(fù)支模、加土、夯實(shí)，這樣一層一層向上夯筑，以此來逐版升高到最終所要的高度。為了連續(xù)夯到所需要的長度，邊拆模邊平移，這稱為第一版；然后再把模具放到第一版上，采用與夯筑第一版相同的方法來夯筑第二版。

現(xiàn)遺存的城墻為夯土墻體，剖面呈梯形，墻體坡度在60°～75°之間，墻體兩側(cè)不對稱，是自然基礎(chǔ)上人工版筑的土墻，每夯層高度約90 mm～120 mm，底寬約5.5 m～7.5 m，頂寬1.5 m～2.0 m，高約7.5 m～8.5 m，內(nèi)外高差1.0 m～1.5 m，結(jié)構(gòu)形制為實(shí)體夯筑，見圖4。

3 夯補(bǔ)工藝做法

主要針對城墻底部懸空失穩(wěn)、掏蝕凹進(jìn)，且上部本體自重相對較大的范圍采取夯補(bǔ)措施，采用和原遺址土一致或近似的材料為主材，夾雜一定量的砂石土和不小于1/25的改性料礓石(參照敦煌研究院實(shí)施完成的“蘇巴什佛寺遺址一期搶險(xiǎn)加固工程”項(xiàng)目[3-6]等文獻(xiàn)資料)。夯筑的施工工藝盡量按照遺址原建筑工藝進(jìn)行。夯補(bǔ)時(shí)在保證遺址安全穩(wěn)定的前提下，按照最優(yōu)含水率控制夯土的含水率，制作好夯筑條板，夯補(bǔ)區(qū)域墻體至少比原有墻體寬出200 mm進(jìn)行收分夯筑，每層夯筑高度90 mm～100 mm。具體施工工藝如下。

3.1 材料準(zhǔn)備

1)選取和原遺址土一致或近似的材料為主材(就地取材)，進(jìn)行磨細(xì)、過篩、加水、翻曬、脫鹽制成新夯筑材料。含可溶鹽的量低于0.3%，最大干密度1.81 g/cm3，最優(yōu)含水率(質(zhì)量分?jǐn)?shù))14.79%。

2)主材摻入不同配比的砂石土和不小于1/25的改性料礓石，以控制水灰比(質(zhì)量比)為1∶0.2拌制；并根據(jù)施工時(shí)氣候變化情況適當(dāng)調(diào)節(jié)，充分拌和，至少封閉浸泡放置24 h。

3)測試封閉浸泡后的夯土是否達(dá)到夯筑所需的最優(yōu)含水狀態(tài)。a.經(jīng)驗(yàn)法：手捏成團(tuán)，松手落地成渣；b.實(shí)驗(yàn)室測定：送第三方測出最優(yōu)含水率，隨即取樣測試現(xiàn)場浸泡的含水率來確定。

3.2 修繕做法

1)清理：將城墻根部范圍內(nèi)的掉落土塊，松散、風(fēng)化的虛土層清理干凈，清理至持力層，并進(jìn)行必要的夯實(shí)。

2)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況分層，每層壓實(shí)高度控制90 mm～100 mm(按原工藝做法制作)均勻倒入模板并夯實(shí)。

3)新夯筑墻體側(cè)面坡度與原墻體坡度保持一致，墻體斷面通常呈梯形，下寬上窄，按實(shí)際情況設(shè)定，夯筑寬度一般超出原墻面200 mm，以保證夯土效果。

4)為確保夯筑砌補(bǔ)墻體與原墻體有足夠的黏結(jié)力，新夯土體與原遺址間形成的縫隙用黏土泥漿灌實(shí)，并用木質(zhì)錨桿(楠竹)進(jìn)行拉結(jié)處理，高度方向間隔300 mm，水平方向間隔500 mm，采用φ35 mm～φ50 mm壁厚5 mm～10 mm的楠竹錨桿，含水率(質(zhì)量分?jǐn)?shù))不大于3.0%，單根錨桿桿體抗拉強(qiáng)度應(yīng)不小于10.0 kN，需采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行表面防護(hù)。長度距土體外表面退進(jìn)100 mm計(jì)算，根據(jù)實(shí)際夯補(bǔ)厚度而定，錨固深度不應(yīng)小于300 mm。

5)螺紋鉆人工鉆孔，孔徑50 mm～70 mm左右，孔深比錨桿設(shè)計(jì)長度大100 mm；清除孔中虛土，注入體積濃度5%PS漿液進(jìn)行加固孔壁(模數(shù)為3.8)；孔壁固化后，注入PS-C錨固漿液(模數(shù)為3.8,體積濃度16%PS與粉土)，泥漿水灰比0.5～0.6配制；待泥漿初凝時(shí)，插入錨桿，以保證桿體與孔壁錨固力，現(xiàn)場進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。

6)通過《土工檢測試驗(yàn)報(bào)告》結(jié)果可知，該城墻無側(cè)限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)壓縮模量Es=17 MPa～22 MPa，壓縮系數(shù)a=0.1 MPa-1～0.12 MPa-1,干密度1.72 g/cm3,在綜合考慮夯錘重量與直徑、夯筑遍數(shù)和鋪土厚度的基礎(chǔ)上，采用傳統(tǒng)夯筑工藝。

7)參照傳統(tǒng)夯筑工藝，逐層錯層夯筑，夯筑的分層處利用弧線形分層(增強(qiáng)墻體的摩阻力)，采用夯錘質(zhì)量為5.5 kg的夯錘，鋪土厚度160 mm。

8)表面復(fù)舊。通過對遺址本體整體外輪廓、線條、空間特征、色彩等的理解與認(rèn)識，按照原有遺址墻體修整夯補(bǔ)區(qū)域的遺址表面，應(yīng)保證新舊土體的融合，夯補(bǔ)部分做表面粗糙度處理，使得表面與原有夯土墻體協(xié)調(diào)一致。

原遺址與新夯補(bǔ)體可通過原材料色差做初始控制和調(diào)整，原遺址與新夯筑支頂體色度差值不大于4，使之與本體協(xié)調(diào)。色差控制測試比較時(shí)，盡量控制原遺址與新夯筑支頂體含水率一致。

4 材料屬性

哈密市晝夜溫差大，年降量低，土體含水量較小，屬于干燥類土遺址特征。含水率、密度、顆分有差異，主要以風(fēng)化原因?qū)е隆Ｍ恋酿ぞ哿蛢?nèi)摩擦角影響城墻可塑性，黏粒含量越多，與空隙溶液的結(jié)合能力越強(qiáng)，本體屬于堅(jiān)硬狀態(tài)。

哈密老城城墻土體試樣所含黏粒較多，摩擦角和黏聚力偏大。土的抗剪強(qiáng)度主要體現(xiàn)為各向異性，這與土體的建筑形式和結(jié)構(gòu)有關(guān)。土顆粒大小、形狀以及級配直接影響土中孔隙的大小及形狀，進(jìn)而影響土的滲透性，此外，黏性土中的交換陽離子的成分及濃度大小，影響著黏粒外圍結(jié)合水膜的厚度。由顆分以及液塑限實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，滲透試驗(yàn)中僅試樣為粉土，其余均為粉質(zhì)黏土，因此滲透系數(shù)均較小。另外，鹽分導(dǎo)致的風(fēng)化是一種以化學(xué)過程為機(jī)制，因此土的易容鹽含量對城墻有一定的影響，鹽分隨著水分運(yùn)移，聚集至墻體表面，城墻陽面的蒸發(fā)量較大，導(dǎo)致陽面表層風(fēng)化較嚴(yán)重。

總之，哈密老城城墻土體的各指標(biāo)具有較統(tǒng)一的規(guī)律性，各個指標(biāo)之間也具有很好的相關(guān)性，已確定遺址土體各指標(biāo)的特殊性和規(guī)律性，掌握了遺址土體的工程性質(zhì)。

5 病害特征及成因

5.1 病害特征

三處文物主要有片狀剝蝕、掏蝕、裂縫、孔洞、坍塌、人為及生物破壞等病害類型，其中，外側(cè)主要孔洞、掏蝕、剝蝕較嚴(yán)重，內(nèi)側(cè)主要裂縫和剝蝕較嚴(yán)重。城墻后期多處增設(shè)貼建墻體，嚴(yán)重影響了城墻整體外觀及風(fēng)貌。城墻頂部局部凹凸不平，雨水易積。城墻底部雜草叢生、散土堆積、排水不暢，導(dǎo)致易積水現(xiàn)象。另外，城墻后期種植樹木，距城墻較近，導(dǎo)致樹木根系對墻體的破壞較嚴(yán)重，周邊生活及建筑垃圾堆積。

5.2 成因

1)溫濕度變化、含水率變化以及鹽分反復(fù)的溶解-結(jié)晶都是可能原因。其中，鹽分的可能來源包括材料本身的易溶鹽、地下水帶入、難溶鹽在適當(dāng)條件下轉(zhuǎn)化變?yōu)橐兹茺}，甚至微生物活動的參與，有些部位可見鹽分聚集。

2)動物破壞，如動物營穴和生物糞便。馬蜂、縷姑、白蟻、螞蟻等會在土體內(nèi)營穴生存，在表面(多見于建筑根部)形成密集孔洞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疏松，為其他病害提供有利條件，影響遺址穩(wěn)定性。生物糞便由于含有大量有機(jī)物和無機(jī)物，會對該城墻表面造成腐蝕破壞和外觀損毀。

3)人為作用，如它物占壓、建筑設(shè)施及道路等人類活動對于文物本體的破壞，由于不斷的踩踏而導(dǎo)致體量持續(xù)變小，歷史保護(hù)措施中出現(xiàn)風(fēng)貌不協(xié)調(diào)，需要采取措施，確保人類活動不會對遺址造成進(jìn)一步的損傷。

6 結(jié)論與建議

1)由于近期新建工程使城墻周邊環(huán)境發(fā)生變化，高層住宅建設(shè)及綠化植被等對城墻亦造成了不同程度的破壞，影響遺址環(huán)境風(fēng)貌，遺址歷史風(fēng)貌環(huán)境已發(fā)生變化。

2)附近城市道路行駛的汽車產(chǎn)生的噪聲、震動和尾氣對城墻自然環(huán)境和游客感受產(chǎn)生了負(fù)面影響。

3)城墻遺址的利用，具有文化教育、科學(xué)研究價(jià)值。在對城墻遺址進(jìn)行可持續(xù)保護(hù)的過程中，積極保護(hù)與開放管理，達(dá)到傳承歷史的目的。