古建筑城墻地基處理概述

古建筑城墻地基處理概述摘要：我國境內(nèi)分布有大量的古建筑城墻，城墻不僅具有防御功能，其本身的營造形制亦存在自身獨(dú)有的歷史價(jià)值、藝術(shù)價(jià)值及科學(xué)價(jià)值。古建筑城墻的本體主要有夯土、石砌、外包磚內(nèi)夯土等結(jié)構(gòu)形式；其地基處理方法更是種類繁多，多因地制宜，就地取材，為上部城墻本體的結(jié)構(gòu)安全及穩(wěn)定提供了最根本的保障。對于建造在山脊之上的城墻，多采用基巖作為地基，位于平原地區(qū)的城墻地基有采用灰土地基的，也有采用木樁處理或碎石墊層的，這些地基處理的方法不僅保護(hù)城墻在漫長的歷史長河中得以屹立不倒，更讓現(xiàn)在的世人被古人的智慧所折服。本文將對地勢平坦區(qū)域（平原、濱海等地區(qū)）的城墻地基的處理形式進(jìn)行介紹，同時(shí)針對不同地基條件下采用何種處理方法提出自己的見解，可作為同類古建筑的修繕保護(hù)的參考。關(guān)鍵詞：古建筑城墻；地基處理；復(fù)合地基刖言古建筑城墻在我國大部分區(qū)域分布，由于近些年國家對古建筑保護(hù)的高度重視，古建筑城墻類建筑的修繕保護(hù)工作也越來越受到重視。古建筑城墻本體結(jié)構(gòu)多采用夯土、石砌、外包磚內(nèi)夯土等結(jié)構(gòu)形式?；旧喜捎靡虻刂埔说姆绞?，比如河北省內(nèi)的長城多在山脊上修建，采用石砌較多。平原地區(qū)則采用夯土加包磚形式較多。西北地區(qū)的城墻基本上主要采用夯土結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)方式充分體現(xiàn)了我國先人們的智慧，因此古建筑本身的歷史價(jià)值、科學(xué)價(jià)值和藝術(shù)價(jià)值不言而喻。我們對于古建筑城墻的本體結(jié)構(gòu)多不陌生，但是對于此類建筑的地基［1］，很少有人進(jìn)行系統(tǒng)的研究。這一方面是因?yàn)楣沤ㄖ鼗诼L的時(shí)間作用下，已經(jīng)經(jīng)過壓密作用得到了提高，城墻地基承載能力已經(jīng)不是影響城墻本體結(jié)構(gòu)安全的主要因素；另一方面則是文物保護(hù)相關(guān)方對地基不夠重視，因此即使在古建筑結(jié)構(gòu)本體得到了修繕保護(hù)后，地基往往存在著安全隱患。對于古建筑城墻地基應(yīng)得到足夠的重視，以為將來城墻類建筑本體的修繕保護(hù)工作提供最基本的保障。1古建筑城墻地基處理形式古建筑城墻地基存在多種形式，其中建造在山脊上的城墻地基主要采用基巖作為地基，此類地基的承載力以及抗變形能力相對較強(qiáng)，其余就是建造在地勢相對平坦的地區(qū)，如平原地區(qū)、山前沖積扇、近海灘涂等等。此類城墻下的天然地基復(fù)雜多變，承載力及變形特性均存在較大差異，并且由于城墻一般均較其他建筑分布范圍較大，往往城墻的地基在各段區(qū)域就會(huì)存在很大的差異；因此，為消除地基的不均勻性，同時(shí)也為了提高地基承載力，先人們對城墻地基采用了不同的處理方式，保證了城墻本體的安全。經(jīng)過多個(gè)古建筑城墻保護(hù)的調(diào)查和現(xiàn)場實(shí)際開挖揭露，古建筑城墻地基的處理方式［2］存在以下幾種形式：1.1灰土地基灰土地基（圖1）在中國古建筑的地基中是最常見的一種，我國的古建筑中灰土的采用可以貫穿整個(gè)古建筑史?？梢娀彝恋睦?，對于中國古建筑的重要作用?；彝恋鼗枪沤ㄖ鼗幚碇械氖走x，長城的地基也是如此。在城墻下面夯實(shí)幾十公分厚的灰土地基是一種普遍的地基處理方式。當(dāng)然，對于地基本身承載力較好的區(qū)域，一般不采用灰土地基，灰土地基本身具有防水、隔潮等作用，因此在部分水位較高的地方也有采用，灰土地基的設(shè)置，既可以起到防水等作用，又可以增加地基承載力，可謂一舉兩得。1.2木樁復(fù)合地基木樁（圖2）的使用主要在地基土本身較軟、承載力和抗變形能力均較差的區(qū)段。木樁的主要材質(zhì)多為松木、柏木，也有就地取材的其他木材。直徑一般在幾公分到十幾公分不等，樁長一般在幾十公分至一、兩米不等。在山海關(guān)東城墻下開挖的木樁已經(jīng)完全腐朽（圖3），可以清晰地辨認(rèn)出木樁輪廓以及樁周圍發(fā)黑的淤泥質(zhì)土。木樁的使用可以看見現(xiàn)在復(fù)合地基的雛形。1.3換填墊層墊層在古建筑的地基中同樣被大量使用，墊層的材料多種多樣，有土石、砂石墊層、磚瓦土分層（圖4）等等，其中采用土石墊層的較多，并且無論采用何種墊層均夯實(shí)而成，墊層的密實(shí)性均較高。墊層的厚度有采用幾十公分，也有一、兩米厚的，主要是根據(jù)地層特點(diǎn)和地形綜合確定的。1.4夯實(shí)地基這里所說的夯實(shí)地基主要是指地基未采用換填或墊層處理，而是直接在墻基范圍內(nèi)采用夯實(shí)處理的處理方式。通過現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，大部分采用天然地基的城墻地基均夯實(shí)處理過，即在進(jìn)行城墻砌筑之前，先對地基進(jìn)行夯實(shí)處理。通過上述不同地基處理方法的介紹，不難發(fā)現(xiàn)古人對于地基處理的方法的選擇有其本身獨(dú)到之處，并且地基處理的設(shè)計(jì)理念與現(xiàn)在地基處理理念相近，或者可以說，我們現(xiàn)在的地基處理方法就是傳統(tǒng)方法的一種傳承和發(fā)展。2古建筑城墻地基作用機(jī)理通過現(xiàn)場調(diào)查和相關(guān)資料收集，古建筑城墻地基處理的方法選擇有其自身特點(diǎn)。夯實(shí)地基主要是采用天然地基的區(qū)域，一般均采用夯實(shí)處理形式。現(xiàn)對各種地基處理作用機(jī)理進(jìn)行闡述如下：2.1灰土地基灰土地基作用機(jī)理較為直接，灰土地基主要是將上部荷載擴(kuò)散，從而使下部持力層所受荷載值變小，同時(shí)減少地基的變形。灰土地基最大的優(yōu)點(diǎn)是隨著時(shí)間的推移，灰土的強(qiáng)度有一定增長。并且灰土自身的防水能力很強(qiáng)，可以保證灰土下地基土免受浸泡，對于地下水位較高的區(qū)域，灰土地基又可以阻止灰土地基下的地下水向上侵入，對城墻上部結(jié)構(gòu)起到一定的保護(hù)作用。2.2木樁復(fù)合地基采用木樁處理的地基，多在木樁頂部設(shè)置砂石墊層，這與現(xiàn)在的復(fù)合地基褥墊層一樣。顯然，由木樁、樁周土、墊層共同組成的地基形式就是現(xiàn)在大量使用的復(fù)合地基。木樁和樁周土相互作用，再通過上部褥墊層的變形調(diào)節(jié)作用，有效抵抗上部荷載，達(dá)到地基處理的目的。當(dāng)然，木樁類似現(xiàn)在的預(yù)制樁，在計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮擠密作用。這種豎向增強(qiáng)體的使用，讓荷載向下部承載能力較好的土層傳遞，相對于大量換填地基軟土的處理方法較為經(jīng)濟(jì)。2.3換填墊層換填墊層的使用，一則因?yàn)榈貏葺^低，預(yù)抬起基礎(chǔ)必須進(jìn)行地基的墊高處理；另一種是表層土質(zhì)較差并且厚度較薄，清理軟土后進(jìn)行換填墊層處理。無論是哪種墊層，其作用機(jī)理與灰土地基相似，都是通過墊層的應(yīng)力擴(kuò)散，減小墊層下地基持力層的受力，減小地基變形。2.4夯實(shí)地基夯實(shí)地基的處理深度一般較小，主要是因?yàn)楣艜r(shí)夯土設(shè)備的夯擊能較小所致，夯實(shí)地基一般作為一種保障措施使用。主要起到一定的保護(hù)作用，其作用機(jī)理主要是通過夯擊使地基土空隙減小，地基土得到壓密，從而承載力得到提高，這完全符合太沙基固結(jié)理論。通過上面的論述，古建筑城墻的地基處理采用的傳統(tǒng)做法與現(xiàn)在的地基處理方式相同，其作用機(jī)理與現(xiàn)在采用的地基處理方法相同。因此，現(xiàn)在的地基處理方法和地基處理理念均是傳統(tǒng)方法的傳承和發(fā)展。3古建筑城墻地基修繕保護(hù)理念雖然古建筑城墻地基多進(jìn)行了地基處理，但是由于古建筑歷經(jīng)上百年或幾百年，早已經(jīng)超過了建筑物的正常使用期限。由于部分城墻倒塌破壞，讓本體下的地基長期暴露于外，歷經(jīng)了自然、人為破壞。如果對這類城墻進(jìn)行恢復(fù)，則一些處理過的地基已經(jīng)不能滿足使用需求，因此需對此類地基進(jìn)行再處理，但采用哪種處理方法進(jìn)行地基處理是擺在古建筑修繕保護(hù)工作者面前的一個(gè)不可回避的問題?，F(xiàn)階段，人們對于古建筑的本體保護(hù)理念已經(jīng)相當(dāng)重視，并且取得了不小的成績，本體的各種保護(hù)方法也更加明確、更加規(guī)范。但是，對于古建筑本體下的地基保護(hù)處理方法認(rèn)識(shí)不夠，要么不去處理，要么處理方法過于單一，異或采用的處理方法不得當(dāng)，總之，并未達(dá)到理想的、最佳的處理效果。筆者認(rèn)為，在對古建筑城墻的本體進(jìn)行修繕保護(hù)的過程中，應(yīng)明確原有地基采用的地基處理形式，判斷其適用性，如果采用的方法得當(dāng)，建議仍應(yīng)采用原有方法，若原有地基處理過程中采用的材料不再適宜，可以采用新型材料替代。對于未采用或采用的方法未達(dá)到預(yù)期效果的古建筑地基，應(yīng)根據(jù)上部本體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及地基土的實(shí)際情況來確定地基處理方法。當(dāng)然，無論采用何種地基處理方式，均應(yīng)采用相應(yīng)的現(xiàn)場載荷試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，以保證設(shè)計(jì)方法的科學(xué)性及適用性。4地基處理理念我們都知道，現(xiàn)代的地基處理方法從國外被大量引進(jìn)，甚至，我們已經(jīng)忘記了我們的先人曾經(jīng)使用過的各種地基處理方法。我們在慨嘆恢宏的古建筑群體，慨嘆蜿蜒萬里的萬里長城時(shí)，并沒有去仔細(xì)想想深埋在古建筑物之下的地基中注入的先人智慧。我們所迷戀的國外先進(jìn)的地基處理理念，其實(shí)深深的根植在我們高大雄偉的古建筑之下，只是我們沒有去關(guān)注它，亦或是因?yàn)槲覀兪熘闹袊肥悄敲吹穆浜?，那么的屈辱，而放棄了發(fā)展的最好時(shí)期。正是這時(shí)，國外的地基處理理念和方法得到了空前的發(fā)展。通過上述的研究，我們可以看到，現(xiàn)代的地基處理方法在古建筑中已經(jīng)被大量使用，現(xiàn)代的地基處理方法是傳統(tǒng)方法的進(jìn)一步傳承，古建筑地基的處理方法和現(xiàn)代的地基處理的理念相通。結(jié)論：本文通過對古建筑城墻地基處理形式的論述，并與現(xiàn)在采用的地基處理方法進(jìn)行了比較，得出了以下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）古建筑城墻地基處理往往容易被忽視，地基處理理念沒有得到充分認(rèn)識(shí)；（2）古建筑城墻地基處理形式根據(jù)天然地基性質(zhì)，采用不同的地基處理方法，設(shè)計(jì)方法因地制宜，設(shè)計(jì)思路應(yīng)明確；（3）古建筑城墻采用的地基處理方法與現(xiàn)在采用的地基處理方法的作用機(jī)理相同、相通，現(xiàn)在采用的地基處理方法是傳統(tǒng)方法的進(jìn)一步發(fā)展的結(jié)果；（4）古建筑城墻進(jìn)行修繕保護(hù)工作，地基處理的方法不應(yīng)千篇一律，采用同一種處