古遗址保护前期加固与处理

一、古遗址的病害类型及其影响因素

我国历史悠久，幅员辽阔，在全国各地分布有众多的古遗址，经过数百年乃至数千年地质营力、自然环境，如温度、湿度的反复变化、风沙、雨水滴蚀、洪水冲刷等的作用，很多土遗址产生了严重的环境地质病害；另一方面，人类的各种活动也造成了土遗址新的病害。

常见古遗址本身的病害类型主要有：土质风化酥粉、坑壁坍塌、土体干裂、地面坍塌、表面泛碱、鼠洞蔓延、杂草丛生等问题。

造成上述病害的原因主要由两方面的因素构成：一方面，古遗址本身质地多为自然地质土体、人工处理的土体（土坯、夯土、砖等），具备多孔性，其特点就是吸水性强。另一方面，自然因素和人为破坏是造成土遗址破坏的外部因素，这些因素主要包括：

１、温度变化的影响：地表的温度通常都要经历日变化与年变化等周期变化。常规下物体热胀冷缩，这种变化随着温度的周期变化而变化。对于土遗址，这些变化产生的土体的张缩应力，必然导致稳定性的下降，具体表现为开裂，脱落等。另外，由于温度传导的梯度，产生内外张力，破坏也很大。这种现象在土遗址暴露于自然环境中时非常强烈，温度低于冰点还会导致水分结冰。

２、水分的影响：水在土壤毛细管内的迁移运动，产生毛细压力，对管壁产生破坏；低温下在土壤毛细孔中结晶，造成土体的破坏；地下水的毛细上升造成可溶盐向表面的迁移与富集；水可以造成粘土颗粒的膨胀导致机械强度的降低；水分可以溶解对土壤微粒有粘结作用的物质，从而导致土壤崩解；霉菌在含水高的土遗址上容易滋生等。雨水滴蚀、洪水冲刷等对土遗址造成直接破坏。

３、湿度变化：空气中湿度的变化是土壤表面风化的重要影响因素之一。通常情况下，白天湿度低，晚 上湿度高，温度低于露点时，水分会在土壤表面冷凝，低于０℃时冷凝水在土表面结晶，由于表面张力和结晶压力，造成土体表面风化破坏；湿度的循环变化可使迁到表面的可溶盐反复溶解结晶，产生破坏作用；高的空气湿度还可以促进霉菌的生长繁殖。

４、可溶盐的影响：可溶盐在水的作用下，在土体内迁移运动，根据条件的不同，可迁移到土体表面结晶，造成土表面结构的破坏及外观的改变；也可在土体内部富集结晶，造成空鼓、开裂、表层脱落。

５、气体污染物的影响：气体污染物包括二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等，可以被吸附能力强的土微粒所吸附，并与水作用形成酸、碱、盐或者直接在空气中变为酸碱盐溶液的微粒，再吸附到土体表面，破坏矿物及胶结物，并产生膨胀能力较大的结晶，导致土体的风化。

６、降尘的影响：降尘包括矿物微粒、工业粉尘、孢粉、霉菌等。降尘的破坏在于，掩盖土体表面，改变其外观；带来可溶盐；带来霉菌；增加机械磨损的机会。

７、霉菌的影响：霉菌的生长改变了遗址的面貌，对土体表面产生机械破坏，霉菌在生长过程中产生一些具有破坏作用的酸碱分泌物，破坏土壤的结合物。

８、动植物的影响：动物如蝼蛄、白蚁、蚂蚁、老鼠等，在土遗址内营穴生存，草类在土遗址表面的生长都有破坏作用。

９、震动的影响：来自地震、工程施工、交通等方面的震动对土遗址有危害，表现在使表层颗粒脱落、土体开裂坍塌、结构失稳。

在以上几种破坏因素中，水的破坏作用最普遍、最复杂，破坏性最大，但在某些特定的区域、环境条件下，风或风沙的吹蚀破坏也可能是主要的威胁。

此外人为活动的破坏因素主要来自人类在遗址上进行的生活、生产、建设等活动，有意无意地对遗址造成破坏。

二、古遗址保护的前期加固处理

古遗址的保护同其他类型的文物保护一样都要首先进行文献资料、现场病害等调查，尤其是还应进行水文地质方面的调查与研究工作，以搞清楚遗址的内涵和造成遗址病害的原因。就其具体的保护工作而言，主要为遗址本体的保护和遗址环境的保护两个方面。目前关注和应用最多的还是工程保护的方法，通过工程手段来改善古遗址的保存环境、改善其力学稳定条件等，如：围栏隔离保护，遗址表面复原、遗址回填保护、建设保护棚保护都是比较常见和有效的工程方法。

但是，工程方法并不能解决土遗址保护的全部问题，尤其是遗址本体比较脆弱情况下的保护问题，很多情况下都需要首先进行专门的本体保护技术处理。

１、土遗址表层的化学加固

通过化学、生物等保护技术，对已经风化的遗址进行化学渗透保护处理，以增强土遗址本体的强度和稳定性，因化学、生物加固施工容易，操作简单，且不影响遗址外貌而被广泛推崇。

用于土遗址的化学加固材料通常可分为两大类：无机类和有机聚合物类。

其中无机类加固材料主要有硅酸盐类（水玻璃）、氢氧化钙、氢氧化钡等。其特点是耐候性好，强度大，但脆性差，易开裂，粘结力差，含有可溶性盐，易对土遗址造成再次风化破坏。

有机类的加固材料种类广泛，可分为小分子和高分子两种类型。小分子的有机加固材料目前应用较多的是硅酸酯类，包括硅酸乙酯，硅酸乙酯＋硅氧烷或烷基硅酸盐等。丙烯酸类聚合物也是一种广泛应用的加固材料。还有一些丙烯酸的改性材料，如环氧丙烯酸，有机硅改性丙烯酸等。四氟甲基丙烯酸、三氟乙基甲基丙烯酸与丙烯酸的共聚物的研究也有报道。

此外还有以二氧化硅、丙烯酸酯为主要成分的有机－无机复合体系。在这一体系中，采用分散聚合的方法制备的加固剂，是以有机溶剂为分散介质，将不溶性胶体分散在其中的体系，是目前热门的土遗址保护材料。

２、土遗址本体的机械加固与保护

根据土遗址的病害特点，通过现场实验，引入与土体弹塑性相匹配的主筋材料（如化学浆液锚杆、塑钢、高强度纤维等）、注浆材料、粘接材料、支护和固定材料，并综合考察锚固、支架、砌筑、灌浆等方法的保护效果，从而强化土遗址表层及土体稳定性的工程技术手段和施工方法，在不改变外观的前提下，进行遗址本体的加固。

３、土遗址的修复性保护加固

对于缺失、凹陷、掉落土块、松动土块、大型裂缝、鼠洞、坍塌等如不进行修复就会造成遗址局部缺失的部位，需要进行修复性保护处理。修复处理需按照文物修复的原则进行，所用修复材料需在科学实验的基础之上。

４、遗址回填中的加固保护

回填保护是土遗址保护中的一种常用方法，回填的原因多种多样，但永不进行二次发掘的绝对回填几乎是不可能存在的。为了对二次发掘打好基础，保护好遗址，在回填过程中可以采用多种方法对遗址进行加固和保护。这些方法主要有重点部位的化学保护、遗址表面的防霉处理、轻质材料对遗址进行隔离；关键部位进行支护与棚护、局部支撑；木箱套箱保护；木板棚护、搭架防护、重点部位支护、袋装沙堆砌保护，散沙过渡、黄土覆埋、表面防水处理等步骤和方法。

三、保护实例

１、半坡土遗址临时性保护工程

因建设新的遗址保护大厅熚避免遗址在拆除现存大厅和新建施工过程中受到不可挽回的破坏，通过对遗址的土力学性质等相关资料的调研和实验研究，采取了以下几项主要措施来对遗址进行临时性回填保护处理熤饕包括如下内容：

煟ǎ保、首先对遗址内裂缝、濒临崩塌土块、鼠洞、散落的土块、表面雨蚀洞孔等进行临时性修复保护。

煟ǎ玻、对遗址表面强度较低的棱角处、表面风化酥粉处、表面松散土等处进行化学加固。

煟ǎ常、对遗址全部表面进行防霉处理。

煟ǎ矗、对遗址内的大围沟、小围沟、建筑遗迹、窖穴、公共灶等处进行临时性棚护保护处理。

煟ǎ担、遗址内建筑台基采用套箱保护处理。

煟ǎ叮、遗址表面铺土工布隔离层、和１０－２０厘米细沙过渡层。然后进行回填。

煟ǎ罚、回填后表面进行防水处理，找出排水坡度，上铺油毡，油毡上使用三七灰土泥抹平，表层再进行化学憎水处理。

半坡遗址保护项目至今已近三年，其中经数次对保护结果的探查，证明效果比较理想，目前遗址展览大厅还在建设之中，今年底建成后将对其重新发掘，并进行一次全面的保护修复使其恢复回填前的原状。

２、汉长乐宫４号、５号土遗址保护工程

汉长乐宫遗址特别是４号遗址，自开挖后至今已有一年多时间，由于种种原因，尽管也采取了一定的保护措施，但是由于方法简陋（简易棚屋），遗址的保存环境难以控制，冷热变化、干湿交替基本与户外同步，加之“遗址”周边没有考虑雨水等的排疏设施，目前已发生数处土坯表层的坍塌（由下而上垮落）、破碎，土坯墙上存留的灰皮大部开裂、空鼓，遗址面的土体，也已基本风化，土遗址的保存状况不甚理想。

为了有效保护汉长乐宫４号、５号遗址的安全，配合已经启动的遗址保护大厅的建设工程，确保在工程建设期间土遗址的安全，我们进行了以土遗址稳定性为主的回填保护工作：将有可能坍塌、破损、变形的部位，先期进行物理性加固处理，再通过缓冲防护、物理支护、局部回填等措施，保持原遗址形状、界面、考古痕迹及信息的安全稳定。在保护大厅建设工程完工后，重新发掘、清理遗址、并将其恢复到原有状态。

３、唐大明宫含元殿窑址保护工程

大明宫窑址前期加固保护工程的主要内容为：

煟ǎ保、窑址表层的渗透加固

选用硅酸乙酯类材料对整个窑址保护区进行了化学渗透喷淋保护，在必要时还可对危险部位进行针注渗透加固保护。经过化学加固保护后，窑址保护区的表面强度得到了一定的改善。

（２）、裂缝、脱离、松动部位的填充固结处理

对窑顶较宽大的裂缝部位，窑壁出现掉块、松动离层的“玻璃质”部位，以及其他因结构缺损而可能出现掉落、剥离、甚至凹陷、碎裂的部位，进行了填充、固定。考虑到此次加固的临时性、可逆性要求，全部选用土质文物修复用的灌逢、固结材料。

（３）、窑址表面的日本纸贴护处理

为了切实保护好原窑室、烟室、窑门区等有一定历史、考古价值的发掘面，防止回填时发泡材料渗入窑壁，缓冲沙袋对窑壁的直接磨蚀，用羧甲基纤维素钠水溶液对整个表面贴敷了一层有一定柔韧性、又有一定强度的日本纸，作为最后的保护层（贴日本纸时，考虑到回填后的环境条件，加有足量的霉敌）。

（４）、窑址区域的回填

干沙装袋回填窑址，沙袋与窑壁结合处填充发泡材料，回填整个窑址区，并做防水处理。

（５）窑址边坡的硅化法加固处理

对于窑址的窑体整体加固，我们采用了窑址区边坡的硅化法地基加固方法，较好地解决了窑址区的整体稳定性问题，为保护覆房工程的施工，提供了安全保障。

四、古遗址保护存在问题与展望

古遗址保护无论从其保护理念、保护技术、保护材料研制、管理和利用等方面的研究工作都相对薄弱，基础研究相对滞后。面对土遗址本身的脆弱性、复杂性和多种自然因素和人为因素的影响，需要多学科对土遗址保护问题进行联合攻关研究。

随着土遗址的保护被国家提到议事日程上后，伴随我国经济和科学技术的快速进步，很多新技术、新材料和新工艺将会被应用于土遗址的保护。在广大文物保护科技人员的共同努力下，土遗址保护技术领域正面临新的突破。