浅议不可移动文物本体与周边环境整体保护——以嘉峪关长城第一墩文物保护工程为例

作者:李建荣时间:2020-10-27 13:21:59  来源:视界观  阅读次数:47次 ]

浅议不可移动文物本体与周边环境整体保护

——以嘉峪关长城第一墩文物保护工程为例

李建荣

嘉峪关丝路(长城)文化研究院,甘肃,嘉峪关  735100

摘要:嘉峪关长城第一墩是明代万里长城西端的第一座墩台,由于受到修筑材料本身特性和自然、人为等因素影响,本体产生各种病害;另外第一墩赋存载体崖壁下方常年受到河水冲刷和侵蚀,受自然重力卸荷因素的影响,墩台东西两侧的崖壁顶部形成贯通性裂隙,导致墩台近1/5崩塌,严重危及墩台本体安全。通过对墩台本体的保护维修,延缓了墩台病害的加剧,同时对墩台赋存环境进行保护,对墩台的长期保存起到了积极作用。

关键词:长城第一墩;病害;本体与周边环境整体保护

一、概况

嘉峪关长城第一墩又名“讨赖河墩”和“头墩”,位于嘉峪关关城南7.5km讨赖河北岸56m的崖壁之上。它是明代肃州西长城的尽头,又是明代万里长城最西端的第一座墩台。该墩台由肃州兵备道李涵于明嘉靖十八年至十九年(公元1539—1540年)监筑。

为了确保长城第一墩文物安全,嘉峪关市政府于2010年实施了长城第一墩本体加固和崖壁锚固工程,对墩台本体结构进行了补强;2012年实施了嘉峪关长城第一墩文物保护防洪工程,阻隔了河水对第一墩赋存崖壁的掏蚀;2013年又实施了第一墩崖壁锚固二期工程,对第一墩下方及墩台东西312米跨度崖壁进行了系统锚固,这些工程的实施保证了第一墩的文物安全。

二、保存现状

长城第一墩原高14.5m,底边长、宽均为14.5m,现存墩台长13m、宽10m、最高处高约9m。由于常年风吹雨蚀,墩台表面产生各种病害,另外墩台下崖壁常年受到讨赖河水冲刷、风雨侵蚀等原因多次崩塌,导致墩台约1/5随着崖壁的崩塌坠入河谷。

1.第一墩本体病害

1)片状剥离

片状剥离是指土遗址表面在外营力和内营力的作用下疏松起壳,在外力和重力的作用下片状或块状脱落。长城第一墩长期处于干旱环境中,温、湿度变化大,土遗址表面的较脆弱部位易出现剥离。

2)酥碱

酥碱是指土遗址在水的作用下,内部的盐分在表面富集,由于盐分反复结晶溶解,内部不断疏松,在外营力的作用下土遗址出现掏蚀凹进。

3)冲沟

冲沟是指在雨水长期作用下,土遗址表面低洼部分形成较明显的冲蚀痕迹。第一墩墩台由于长期的受到风雨侵蚀,北侧顶部至中部形成明显的冲沟。

4)裂隙

裂隙是指土遗址在外力和内力等因素作用下形成的裂缝。长城第一墩本体由于长期强烈的温湿差引起土体反复胀缩、冻融、卸荷和地震等自然因素影响下产生裂隙,主要有卸荷裂隙和冲沟裂隙。

5)病害成因分析

1)组成墩台的土体性质是本体病害产生的内因。土体的抗冲刷、抗崩解、抗侵蚀的能力较差,在长年的风沙雨雪侵蚀下,土体结构逐渐松散,孔隙率增大,密实度变小,风化病害日益严重。

2)第一墩所处的自然地理环境是本体病害产生的外因。嘉峪关的戈壁气候对墩台本体的耐久性产生着不利影响,主要表现:区域内年温差和日温差较大,使得墩台土体经受着频繁的热胀冷缩循环;区域内强降雨多集中于夏季,强烈的冲刷作用对墩台表层土体产生了极大的破坏;区域内常年多风,风沙吹蚀造成了墩台表面土体的损伤和流失。

2.第一墩赋存环境病害

1)崖壁裂隙

长城第一墩赋存的崖壁顶部东西两侧,分布有三条延伸较长贯通性卸荷裂隙,其中一条在墩台东侧距崖壁边缘3.8m处,可见长度为45m,裂隙宽度为2—5cm,第一墩本体就在该区域,直接关系长城第一墩本体的安全。另一条裂隙则距崖壁边缘2.0—5.6m,裂隙宽度为2—80cm,可见长度78m,裂隙向墩台延伸趋势明显。还有在第一墩西侧,也存在裂隙,宽度1—3cm,长约90m。这些卸荷裂隙走向与崖壁面走向平行,表现为上宽下窄,危岩体底部悬空。裂隙的存在威胁着第一墩的稳定。

2)崖壁底部河水掏蚀

第一墩墩台下的讨赖河属于季节性河流,常年有水,尤其6—9月的径流量占年径流量的一半以上,尤其在丰水期产生洪水,对崖壁基础形成十分严重的冲刷和掏蚀。

3)病害成因分析

墩台赋存的崖壁由于河水常年冲刷、侵蚀,高差有56米,崖壁顶部边缘在卸荷作用影响下,易形成拉力带,产生卸荷裂隙。崖壁岩性均为卵石,胶结强度低,整体性差,易于变形失稳。

崖壁位于讨赖河边缘,由于河流在此河谷坡降大,流速高,6—9月份洪峰时流量剧增,水流对河床的冲刷掏蚀,会引起河岸岩体崩塌。另外河水的浸泡,使崖壁底部泥质胶结软化,造成岩体强度降低,使崖壁失稳。

三、病害治理措施

1.墩台本体的保护措施

1)墩台临空侧土体补强加固

墩台临空侧(南侧)土体被裂隙切割,处于不稳定状态,采用锚固和注浆的方式对其进行补强加固,结合锚固对主要贯通裂隙进行注浆加固,浆液采用水玻璃类浆液。

2)片状剥离、酥碱修复补强

为贯彻“最小干预”的文物修缮原则,对存在于文物本体表面的众多片状剥离、酥碱进行重点局部加固。采用局部嵌补的方式仅对墩台底部的、影响墩台稳定的主要片状剥离、酥碱进行嵌补加固,局部嵌补采用灰土材料。

3)冲沟加固

由于雨水的冲刷,墩台顶部及中部土体上存在冲沟,冲沟日益加深,对墩台本体的稳定性、耐久性均产生了不利的影响。为防止和减缓冲沟的进一步深化,对冲沟部位的土体进行微型钻孔注浆加固,表面加固采用PS浆液。

4)墩台表面防风化加固

由于工程直接实施于文物本体表面之上,为了达到既保护墩台本体又不对文物外观造成太大影响,对文物本体采用喷涂PS防风化浆液的方法进行防护处理。

2.赋存环境的保护措施

1)崖壁锚固

墩台赋存的崖壁顶部主要分布有三条贯通张开的卸荷裂隙,对裂隙稳定性处理,对墩台安全至关重要。在2010和2013年实施崖壁锚固时,考虑到文物安全,锚固体设计安全系数为2.2,锚杆筋体设计安全系数为1.8。拉力分散型锚索采用4Φs15.2高强度、低松弛钢绞线制作,长10m。普通锚杆采用钢筋锚杆,长度8-12m,为非预应力锚体。抗剪加强锚杆采用10#槽钢和Φ28的螺纹钢筋制作,单根长12m。通过在危岩体上交叉设置12排锚杆、锚索,在崖壁上形成了一张约15600㎡密织形的网,阻止了崖壁裂隙的继续发育,确保了崖壁的稳定性。

2)崖壁底部冲蚀凹槽嵌补

对危岩体进行锚固和注浆加固的同时,采用C25素混凝土对河水冲刷掏蚀形成的崖壁底部凹槽进行嵌补,嵌补高度2.5m,厚度1.5m,对悬空的崖壁形成强有力的支撑,加强了崖壁的稳定性。

3)地表排水

对崖壁顶部卸荷裂隙注浆后表面宽大裂隙采用粘土夯填处理,对场地进行平整,在距离崖壁15m位置设置排水沟和集水井,均采用C25水泥现浇,防止外渗,在雨天可以有效将雨水进行收集,避免雨水流入裂隙,造成崖壁坍塌。

4)重修拦水坝

讨赖河常年流经长城第一墩区域,原有260m简易拦水坝,由于渗漏严重,不足以阻断河水对墩台下崖壁的冲刷、浸泡。2012年嘉峪关市政府在该区域按照100年一遇防洪标准修建了全长500m的拦水坝。坝体采用卵石堆砌,坝体断面为梯形断面,并采用浆砌石砌筑,坝体高6.3m,坝体宽8m,坝体距崖壁约25m,为了增加坝体防洪和抗洪能力,坝体迎水面设置了5座导流丁坝,有效的保护了防洪坝堤脚,起到延长拦水坝使用寿命、保护文物本体的目的;同时由于坝体距崖壁约25m,也有效地的防止了河水渗透至崖壁底部。

四、结论

长城第一墩由于其自身建筑材料的物质特性,其保存受到日照、温度、湿度、降雨、降雪、风沙等因素的影响较大,病害也是由这些自然因素长期作用而形成,对本体进行适度人为科学干预,如对本体裂隙锚固注浆、对冲沟进行嵌补、表面防风化处理等,可以有效地减缓本体病害的发生。同时通过对墩台赋存载体崖壁进行锚固,对墩台赋存载体崖壁底部河水掏蚀凹槽进行混凝土嵌补,提高了崖壁稳定性;在崖壁下方重修拦水坝,很好的阻隔了河水对崖壁的掏蚀和侵蚀,杜绝了崖壁失稳垮塌,导致墩台灭失。墩台本体与其所赋存环境的整体保护,有利于文物本体的保存,也是促进文物本体长期保存的有效手段。由于不可移动文物本体所处环境不尽相同,如何进行整体保护,措施必须因地制宜。嘉峪关长城第一墩本体与周边环境的整体保护,效果十分明显,为移动文物保护工作的拓展延伸提供了借鉴。

参考文献:

[1]董耀会.长城保护与维修[Z]中国长城年鉴.2006

[2]王锦芳、严耿升.非饱和状态土遗址水盐运移特征研究[J]科技风,2011(8)11—12

[3]孙满利.土遗址研究现状与进展[J].文物保护与考古科学,2007,19(4):64—70

 

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