内蒙古元上都遗址穆清阁、大安阁和御天门抢险加固工程

元上都遗址位于内蒙古自治区正蓝旗五一牧场境内、滦河上游的闪电河北岸，始建于蒙古宪宗六年（1256年），明宣德五年（1430年）废弃不用。作为元王朝的都城，见证了蒙元盛况的上都城历经风雨洗礼，仍较完整地保留了原貌，是目前保存最完整的草原都城，也是草原文化和中原文化交汇融合之地。元上都遗址1988年被国务院公布为全国重点文物保护单位，1996年被列入申报世界文化遗产名录清单。配合元上都申报世界遗产，国家文物局启动了元上都遗址抢险加固工程。

2010年11月初，内蒙古博物院邀请敦煌研究院参加了元上都申报世界文化遗产的会议，会议决定由敦煌研究院负责元上都遗址穆清阁、大安阁和御天门三处遗址的抢险加固工程。2010年11月中旬，敦煌研究院联合兰州大学和西北大学进入元上都遗址开始勘察。2011年4月初设计方案通过了论证评审。2011年5月由敦煌研究院文物保护技术服务中心正式开始施工，2011年8月完成了三处遗址的加固并通过了国家文物局组织的验收。

一、主要存在的病害

元上都遗址穆青阁、大安阁和御天门三处遗址单体存在的病害较多，病害成因也较复杂，总结起来主要有以下几种：

1.顶部坍塌堆积

在穆清阁和御天门遗址顶部存在大量坍塌堆积物，这些坍塌堆积物结构杂乱，主要为青砖和灰褐色土的混合物，局部以青砖为主，整体较疏松。发掘后，由于应力释放，这些松散堆积物已出现坍塌。这是穆清阁最主要的病害，基本在每一个墙面上都有。

2.墙体包砖破损残缺

遗址开挖后，由于应力释放，保存环境变化等原因，墙体外包砖出现破损、脱落。外包砖的破损、残缺情况基本在每个墙都有，在墙的顶部、底部还继续发育。由于底部砖体的不断脱落会影响到整个墙体的稳定性，所以对急需对这些部位进行保护。

3.盐害发育

由于水汽运移，导致盐分在砖、石表面发生结晶，而砖属于多孔结构材料，盐分的反复潮解—结晶会破坏砖体。

4.裂隙发育

由于卸荷、地震，以及植物根系的生长作用，导致墙体出现了许多垂直的裂隙，这些裂隙破坏遗址，导致坍塌发生。

5.坍塌

大安阁遗址底部台基由块石包边，内部粉土夯筑而成，顶部遗址墙体由条石和青砖砌筑而成，块石采用干垒工艺而成，块石之间没有任何灰浆填充。目前由于自然和人为作用，台基和顶部墙体都出现坍塌病害。

6.人为破坏

人为破坏主要是在穆清阁遗址中间台基底部开挖洞穴，在大安阁遗址踩踏形成道路等。

二、前期试验研究

为确保加固工程措施的可行性与可靠性，根据多年的土遗址保护加固经验，并结合元上都遗址主要存在的病害，我们在室内开展了加固材料（与遗址土作用后）各种性能的测试；在现场主要开展了以PS材料为主要加固剂的表面防风化加固试验研究；夯土层和遗址顶部松散堆积层的锚固试验研究；以确定花管的分布范围、间距、深度及技术工艺等为主要试验内容的松散堆积土层花管注浆加固技术试验研究；砖砌体灰缝加固材料及工艺试验研究；可溶盐运移对砖体破坏的防治及脱盐试验研究。

1.室内试验研究

（1）DAL、DAA加固材料

DAL和DAA是李最雄先生近年研发的新型保护材料，即将料礓石和阿嘎土经过不同温度的烧结而形成具有水硬和气硬性、强度可调的岩土类遗址保护加固材料。我们在采集的元上都遗址土中分别添加15%的DAL、DAA及30%的DAL、DAA材料，配比制作成50毫米×50毫米×50毫米的试块，进行环境适应性研究，测试不同环境条件下的物理力学性能，以比较加固后的耐候性能。

测试证明：DAL和DAA材料是本身具有很好的耐水性和耐候性的无机保护加固材料，根据不同的烧结温度，强度和水硬、气硬可调，具有很小的收缩性，适合于潮湿环境下不同强度遗址的灌浆、修补和缝隙的黏结等。遗址土中分别加入15%、30%的DAL和DAA后，从根本上改变了遗址土的物理力学特性。除加入15%DAL的配方外，其余配方均能大大提高遗址土的物理力学性能，尤其是在潮湿环境下的防雨蚀性能，以加入30%DAA的配方强度最高。且加入DAL和DAA后，试块外观和色泽与遗址土相近。耐候性实验表明，遗址土中分别加入15%、30%的DAL和DAA后分别进行温度、干湿、冻融及耐水循环实验，多个循环后对试块物理力学性质影响不大，说明遗址土经DAL和DAA加固后，有很好的耐候性和极好的耐水性能；耐风蚀的风洞模拟实验表明，遗址土中别加入15%、30%的DAL和DAA后，含DAA的试块耐风蚀性能明显提高，尤其以掺加30%DAA的试块耐风蚀性能显著增强。

（2）PS材料加固遗址土试验

水崩解实验证明，遗址土经7%、5%PS加固后，其耐水性能显著提高；遗址土经5%、7%PS加固后，遗址土的强度大大提高，抗压强度增加了近2倍，遗址土体的加固强度也可通过控制PS浓度和渗透次数来达到要求的强度。通过温度、湿度、温湿度、冻融实验表明，经PS加固后的遗址土有较好的耐候性能。14%、11%、7%含水量的遗址土通过PS加固后，以7%含水量的土样渗透性最好，与未加固试样相比较，抗风蚀性能明显提高，加固效果比较理想。耐风蚀的风洞模拟实验表明，遗址土经模数3.8、浓度分别为7%、5%的PS渗透加固后，耐风蚀性能显著提高。

2.现场试验研究

在以上前期试验研究的基础上，我们对以下技术措施进行了施工前的现场试验，确定了以下的施工措施及相关施工工艺。

（1）采取削坡、堆积层花管注浆挤密桩加固和表面防风化相结合的方式，对遗址顶部松散堆积物形成的考古面进行了加固，有效提高了松散堆积考古表面的抗风化能力。

（2）采用耐久性好的玻璃纤维杆体，烧料礓石（DAL）+粉煤灰按照1:1比例配成水灰比为0.4的浆液作为填充料，对稳定土体进行了锚固。

（3）采用埋设微型注浆管进行注浆的方法对遗址体裂隙进行封闭注浆，注浆浆液为为模数3.8、浓度5％的PS与粉土、按水灰比0.4~0.5拌制的PS-C土遗址保护注浆专用浆液。

（4）采用模数3.8，浓度5%的PS溶液，进行多次喷洒渗透，进行遗址土体表面防风化加固。

（5）采用原规格、原工艺的砖块，对砖体残缺并影响到遗址稳定性的部位，进行外包砖进行补强加固。

（6）对根系较发达，已对遗址产生裂隙破坏的植物，采用生物杀灭的方法抑制植物根系进一步生长。对其他植被仍保持原状。施工过程中尽量减少对遗址植被的破坏，并采用种草籽和铺草皮两种方法对遗址区域草皮进行复原处理。

（7）采用按埋管道及微型拦水坝（不影响遗址景观）相结合的方式。按埋管道是将汇集水通过按埋管道通过渗漏方式导出遗址本体范围以外的方式，在汇水面积较大区域分流修筑拦水坝，通过拦水坝将汇集水分流。