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所屬欄目：教育學習 > 龍山文化 > 文化遺產(chǎn) > 使用方法 內(nèi)容摘要：我國有大量土建筑遺址，它們在建筑形態(tài)和建造技術上各不相同，是我國古代建筑藝術寶庫中重要的組成部分。本文對多處古代典型生土建筑的施工技術和建造方法做了考察，將我國古代土工建造方法歸納為挖余法、夯土法、垛泥法、土坯砌筑法和生土塊法，并分別做了詳細介紹。本文還對不同施工技術條件下各種土的物理性質(zhì)指標進行了測試分析，并對比其異同，指出各種生土建筑與其相應建造方法配合的合理性。關鍵詞：生土建筑；建造方法；土遺址；物理性質(zhì) 中圖分類號：TU361 文獻標識碼：A 文章編號：1000-4106(2008)05-0081-010 引言 土是我國古代建筑中使用最廣泛的材料，生土建筑的發(fā)生、發(fā)展與人類社會的發(fā)展緊密相連，生土建筑遺存是我國古代文化遺產(chǎn)的重要組成部分。生土建筑具有造價低廉、施工工藝簡單和綠色環(huán)保等其它建筑形式不可替代的優(yōu)點。 我國發(fā)現(xiàn)史前和歷史時期大量的生土遺址，這些土遺址是利用就近的天然土質(zhì)材料建造而成的，由于其大體量、不可移動的特點，必須露天保存，因而了解其建造方法對于土遺址文物保護則具有重要的意義。 1.生土建筑的概念、類型及其發(fā)展狀況 生土建筑是一個現(xiàn)代術語，泛指世界各地以僅經(jīng)過簡單加工的原狀土質(zhì)材料建造的建筑，包括黃土塬上開挖的窯洞、用夯土形式建成的古城、用土坯形式砌筑的墻體、用泥加草調(diào)拌后修造的挑土墻、用版筑形式夯造的版筑墻和生土塊砌筑的構筑物，等等。按照材料、結(jié)構與建造工藝，生土建筑可以分為黃土窯洞、土坯窯洞、土坯建筑、夯土墻、草泥垛墻以及各種大體量夯土構筑物。被土覆蓋的掩土建筑。總之，生土建筑的最大特點就是土材料未經(jīng)燒造，僅在建造方法和施工技術上有一些變化而已。古代土工建造方法示意圖(圖1)，比較形象地說明了古代的土作技術。 黃河流域的中原一帶是中華民族起源地之一。這一地區(qū)干燥少雨，豐富的黃土層就成為原始先民的天然建筑材料。距今6000年的半坡遺址地穴、半地穴和地面建筑，即用生土建筑材料；4000年前的龍山文化遺址，出現(xiàn)了夯土建造的城墻、臺基和墻壁。中國絲綢之路沿線分布著大量極具地域特點的各類生土建筑遺址，如河西走廊綿亙千里的長城遺址，新疆交河故城遺址、高昌古城遺址等，都是古代先民因地制宜的偉大建筑杰作。土作為最簡單的建筑材料，在古建筑的發(fā)展過程中一直扮演著重要的角色。 2.生土建造方法總結(jié) Ivo Herle系統(tǒng)地介紹了生土建筑的歷史及其演化，而P.Doat、Oernot Minke等人通過對世界各地的生土建筑及其相關資料的考察，比較全面地介紹了各種土作技術的營造方法。John Norton在此基礎上引入現(xiàn)代土建筑的觀念，從理論角度闡述了生土建筑營造技術的發(fā)展。中國古代的生土建筑內(nèi)容豐富，但建造方法的記述略顯貧乏，只有少數(shù)學者針對某一特定土遺址或土建筑在技法上做了較為詳細的研究。 本文通過對我國古代典型生土建筑形制及其建造方法的考察，將我國的生土建筑施工技術歸納為以下幾種： 2.1 挖余法 挖余法，即在原來地貌形態(tài)基礎上挖出空間成形的建筑形式。這種建筑方法不是采用投入建筑材料以構筑空間的“加法”方式，而是采用挖去天然材料以取得地下空間的“減法”方式。它主要利用土體直立的性質(zhì)，在不改變原狀土體結(jié)構和物理性質(zhì)的前提下對土體的應力空間作了調(diào)整，因此在一定程度上改變了土體的抗壓、剪切等工程特性。挖余法建筑主要包括地穴、半地穴、窯洞式建筑，以及從地面向下挖出的庭院式建筑和故城形制，我國的黃土高原各式窯洞和新疆交河故城遺址，即為典型代表。 2.1.1 生土挖造的發(fā)展及其施工技術 遠古人類的居住條件十分簡陋，最初只是尋找一些自然山洞居住。在沒有自然山洞的地方，他們主要有兩種居住方式：一種是筑巢而居，棲息在樹上；另一種是在較高的山丘上挖穴而居。原始社會，人們挖洞為穴，也就是后世所說的“穴居”。隨著經(jīng)驗的積累，人們逐漸了解了一些土的性質(zhì)，掌握了哪些地區(qū)的土體更適合挖造，并開始在挖造的形式和空間上有了一定的改進。 生土挖造，首先需要選址，因為土質(zhì)的好壞直接決定著是否適合挖掘以及開挖后建筑物的穩(wěn)定性，同時也決定著施工量的大小和施工的難易程度。一些比較有經(jīng)驗的人能夠用“握土法”估計土的含水量，能用指捻法知道土的堅實性，用拳擊法知道土的抗剪能力，還能憑鈑镢反作用于手的力量了解土的強度，從而確定營建地點。 選址完成后，就要根據(jù)將要開挖的類型和大小進行規(guī)劃布局，確定挖掘的形狀、大小、深度等。剛開始可以在不超挖的前提下比較隨意地大幅度挖掘(但不同建筑型式的各部分挖掘有先后次序，這主要是為了讓挖出的空間應力釋放均勻，減少土體的應力集中以保持穩(wěn)定性)而形成雛形，待通風晾干后再進行修整，用草泥或灰泥(或麻刀白灰)作土壁維護。挖余法在洞室的挖造進度和形式上也有一定的要求，通常情況下每天挖土不宜超過一定量(不同地區(qū)根據(jù)土質(zhì)而定)，這樣是為了保證土體應力緩慢釋放防止坍塌。洞室頂部以穹隆頂最好(窯洞以拱頂為最佳)，可以減少應力集中效應。但也發(fā)現(xiàn)一些平頂洞室的實例。 2.1.2 生土挖造主要的幾種形式 目前可以看到的，生土挖造形式主要有以下幾種： (1)地面上首先規(guī)劃好布局，確定了墻壁的位置之后，把墻內(nèi)土挖去以形成墻體，接著挖出房間、院落及街道。交河故城的大型院落區(qū)、官署區(qū)的部分建筑、中央大道、東西大道、東門、一部分護墻及大部分街巷就是這類建筑形式的典型代表。 (2)選擇地勢較高的小山包或崖面，經(jīng)粗略切削，在垂直的黃土壁面開洞而向縱深挖掘，如靠崖窯洞。 (3)平地上按需要的大小和形狀垂直向下挖出深坑，再從坑壁向四面挖靠山窯洞，布局如同四合院，入口處挖成隧道式或敞開式的階梯通往地面，如下沉式窯洞。 (4)平地上先挖出傾斜坡道，達到一定深度后，在斜坡盡頭的壁面向縱深挖掘出所需要的洞室。 生土挖余法施工的最大特點，就是在原有地貌上直接挖掘，使挖出的空間形成建筑。這種生土建筑形式取之自然、融于自然、因地制宜、施工簡便、造價低廉。窯洞式建筑深藏于土層中，具有保溫、隔熱、蓄能、調(diào)節(jié)洞室小氣候的功能。但是這種方法的局限，就是不能建造規(guī)模很大的建筑，而且一旦院落或窯洞形成，再想改造也非常困難。 2.2 夯土法 夯土技術就是用夯土工具打土，以外力的作用使局部土質(zhì)密實牢固，從而求得整體堅實。夯土法是我國生土建筑中運用最廣泛的建造方法之一。按照施工技術的不同，我國的夯土技術可以分為直接夯筑和版筑夯土兩種。 2.2.1 直接夯筑直接夯筑，可以根據(jù)建筑用途分為兩種：一種是用于基槽型墻體的基礎處理部分，即先在擬建墻體地帶挖一深溝作為墻體的基礎槽，然后從基槽底部向上填土逐層夯實。這種方法多用于大型墻體的構筑，如城墻。另一種是堆土夯筑，即在需要夯實的部位直接堆土，然后用夯具逐層夯實，無須在土的周圍進行支擋，使土自然成坡。堆土夯筑一般用于一些城臺、墩臺和大型墻體的建筑。 直接夯筑在基槽型城墻基礎中所用的土，都是從基槽中挖出的土，一般不作處理，也有加入一些卵礫石、砂礫或灰土的作法，以使夯筑效果更好些。 堆土夯筑的土一般也是就地取土，有些時候會對土作一些處理，例如按一定比例加入灰土、砂，并加入一定量的水達到最優(yōu)含水率。在夯筑過程中大多還添加入一些加筋材料，如蘆葦、麻繩等。堆土夯筑與下面將要介紹的版筑夯土在土的處理、加筋、夯筑方式等方面有許多共同點，故在此不作詳述。 2.2.2 版筑夯土 (1)版筑夯土的起源與發(fā)展 版筑夯土亦稱夯土版筑。版筑技術的應用，最早的目前僅見于殷商時期?！睹献印じ孀酉隆份d：“傅說舉于版筑之間?！毖陨檀t士曾版筑于傅巖之地舉為相。版筑即用木板作邊框，在框內(nèi)填土用木杵打?qū)?，然后將木板拆除向上移動，再依次填土夯實，直至所需高度為止。農(nóng)村稱為打土墻或干打壘。考古學家發(fā)現(xiàn)了比較成熟的商代中期的夯土遺跡，不少高臺和生土住宅就是利用夯土技術建造起來的。春秋戰(zhàn)國時期的筑城、筑堤壩和建房廣泛使用夯土法，此后經(jīng)秦、漢、唐、五代到北宋，夯土技術得到進一步的改進。到了明清時期，發(fā)源于中原的夯土版筑技術，隨著中原漢民族的南遷，從黃河流域傳播到福建省西南部和廣東省東北部、江西省南部，在南方客家地區(qū)得到了發(fā)展。 (2)版筑夯土的材料 傳統(tǒng)夯筑使用的材料主要是土、沙石和植物纖維等。土質(zhì)的好壞直接關系到土墻的耐久性和堅固性，故一般應盡量避開含有機物、泥炭等腐蝕質(zhì)的土料。黏性好又含有一些沙子的黃土為最佳材料，少量沙子可以減少土墻筑成后的收縮，使土墻不易裂縫。夯土可分為素土、石渣土、灰土、特殊土等，根據(jù)土質(zhì)條件和夯筑要求，可以單獨使用，也可以幾種配合使用。石渣土即在素土中加入礫石等，它能提高夯筑的密實度和夯土墻的強度?；彝潦购恢軐?，老化后強度大，且有一定的抗水蝕能力。 夯筑一般是就地取土，因此它的材料受地域限制比較大。如長城沿線的夯土墻：有的是用黏土和沙再夾以紅柳或蘆葦?shù)闹l夯筑而成的；也有的地方用土、沙、石灰加碎石夯筑的。福建土樓夯筑的土墻最講究的是用三合土，即以黃土、石灰、河沙攪拌夯筑。還有將紅糖、蛋清水及糯米湯水加入三合土中，以增強三合土的堅韌度。用這種方法夯筑的土墻干燥后異常堅硬，水浸不變，即使鐵釘也難以釘入，其堅固耐久性甚至勝于水泥。因此許多土樓歷經(jīng)數(shù)百年風雨依然完好無損。三合土夯筑又分為干夯、濕夯與特殊配方等濕夯三種夯筑方法。生土挖出后一般不直接夯筑，而要敲碎研細，并放置一段時間讓其發(fā)酵，使其和易性更好，以保證夯土墻的質(zhì)量。 (3)版筑夯土的施工技術 版筑夯土筑墻之前，先在墻基邊緣栽立四根高大結(jié)實的柱子，深入地下30—50厘米，兩邊平行，長寬距離相等，古代謂之楨，是筑墻工程中的支柱，將制作好的木板或圓木放在平行立柱的內(nèi)側(cè)(圖2)，以限定墻基的方位和墻體的長度、寬度及高度，是為“版”。 夯筑時一般都要對土的含水量進行調(diào)整，多數(shù)情況下是向土中加水，使其達到一定濕度(最優(yōu)含水率)，具備重新黏結(jié)的條件后填入加筑的木板內(nèi)，整平后，雙人抬夯夯筑。當夯土層達到頂層木板或圓木的高度時，兩邊再加木板或圓木，繼續(xù)填土夯打。第二層填滿后，取下第一層木板，放到第三層，再填土夯打，這樣連續(xù)不斷，直到需要的高度(有些地區(qū)為了使夯筑墻體有足夠的穩(wěn)定時間，采用三層木板或圓木輪換，有些甚至采用四層)，這就完成了一堵夯土墻。把一楨側(cè)移，利用已成墻的一端代作另一楨，接著夯第二堵墻，如此，直至所需長度為止。用此法夯筑的墻是由多堵連成的，夯層一般厚10～12厘米(不同地區(qū)因土質(zhì)、建筑要求等不同，夯層厚度有差異)。 另一類版筑是用兩塊側(cè)版一塊端版組成模具，另一端加活動卡具，夯筑后拆模平移，連續(xù)筑至所需長度，此為第一版；再把模具移放第一版上，如法筑第二版；逐版升高直至所需高度為止(圖3)。夯土墻在施工時每版夯筑高度不宜大于45厘米，每版分3次下土，鋪土后踩平，用夯具全面夯筑，每層夯5～6遍，先夯邊，后夯中間，每天夯筑高度不宜超過3版。 夯土版筑墻體一般都有收分，即墻的下部較寬，向上逐漸變窄。不同時代和不同地區(qū)，夯筑墻體的收分有很大的差別。例如隋代以前一部分版筑夯土長城，它的高度一般是底厚的一倍左右，頂部寬度為墻高的四分之一至五分之一。有些墻體的收分則不明顯，例如現(xiàn)在福建的版筑土樓可以達到高度與寬度之比25:1。還有很少一部分，高度不是很高的墻體則不收分。 夯土版筑墻體，一般都在夯筑過程中添鋪加筋材料，這樣可以加強夯土的堅固性，增加抗拉強度。加筋材料因地而異。如甘肅河西地區(qū)的漢長城在修建時，用紅柳、蘆葦、羅布麻以及胡楊樹等的枝條為筋材，在土、砂礫石間夾蘆葦?shù)冉畈?，層層夯筑而成。敦煌以西大方盤城一段的漢長城，從地面以上50厘米處，每隔15厘米夾鋪兩層蘆葦。福建土樓則以竹片為主要筋材，土樓夯筑，一般每版高40厘米，分四伏土或五伏土，每版埋入兩根長約2米的竹片或杉木枝條為“墻骨”，每兩伏土放置兩根短竹、木片，以增加拉力和穩(wěn)固性。 夯土所用的工具為夯杵(杵是最早加工谷物的工具)，宋以前主要用木杵，有的加鐵或石制的夯頭。夯杵的大小、重量一般以單人使用方便為宜，夯頭一般上小下大，下部較平整，直徑約10—15厘米左右。夯杵的形式和種類后來發(fā)展得逐漸增多，例如尖鐵頭的夯土工具和用于大面積夯土的鋨。 版筑夯土墻的夯土方法有一定的要求，《營造法式》規(guī)定每步土夯實三遍，杵數(shù)為六、四、二遞減。清工部《工程做法》記夯土有大夯、小夯。小夯徑3寸，用來筑灰土，按所需堅實程度分別用24、20、16把夯(每夯1人)夯筑。為求均勻密實和整體性強，行夯的次序、路線、遍數(shù)都有規(guī)定。為使夯層間結(jié)合密實，還有用“拐子”(尖鐵頭的工具)打眼，使上層局部突人下層中。大夯徑6寸，用來夯灰土和素土，只用5把施工，由2人抬1夯。打夯時，循序漸進，分段分層夯打，叫做打順夯。還有一種叫做梅花夯，即打一個梅花再從四面打梅花。打夯的方式各地不盡相同，有2人夯、3人夯、4人夯和5人夯等，其區(qū)別主要與當?shù)氐暮痪?、建筑要求和夯筑?jīng)驗等有關。例如福建土樓對夯筑要求比較高，通常一天行墻一周，行第二周時，必須反方向進行，正反方向輪流夯筑，這樣墻體才更加牢固。有些地方用一種叫鋨的石夯，鋨上洞眼拴繩，一個鋨用7至12人，用力拽繩把鋨抬拉起來，利用地球引力慣性下夯。它多用于大型臺基、城臺的建造。 2.3 垛泥法 垛泥建筑在國外稱為草泥黏土建筑，是比較簡單的生土建筑，用沙子和灰泥，再加上稻草、麥秸和水，混合之后堆砌成墻。我國垛泥墻最早見于陜西岐山鳳雛的早周建筑。 2.3.1 垛泥建筑的材料 垛泥建筑所需要的原料，是隨處可見的泥土(有機質(zhì)、淤泥、細砂含量高的除外)，有時候，土中的沙子和黏土的含量正好適合用來制造堅固耐久、不會收縮和破裂的垛泥墻，但一般都需要向土中添加黏土、粗沙和植物纖維。 黏土，混合物中最主要的黏合劑，能夠把其它材料結(jié)合起來。黏土濕潤的時候會膨脹有粘性，干燥的時候則會收縮而堅硬。如果混合物中黏土含量太高，則易開裂。 沙子，硬度較高且化學性質(zhì)比較穩(wěn)定，當沙粒之間的粘土干燥收縮的時候，能增加垛泥的可壓縮性和強度。 植物纖維(多為農(nóng)作物纖維)，用以增加垛泥的抗拉性，農(nóng)作物纖維在垛泥中隨意分布，形成三維空間的編織網(wǎng)，因此有很大的抗拉性。同時，它還增加了垛泥的隔熱性能，因為莖稈中含有空氣，而且能通過毛細作用把垛泥墻中的水分散發(fā)出去。 2.3.2 垛泥建筑的建造方法 垛泥建筑按照施工技術的不同可以分為兩類：一類是直接用手工控制形態(tài)并成型；另一類是使用模板，又稱板筑泥法建筑，即在筑板之間垛泥建造墻體。 黏土在垛泥混合物中的比例為3—20％不等，垛泥的混合攪拌工作可以由人用鏟子進行，或者直接用腳垛，也可以由體重較大的動物(例如牛)來踩踏。 通常垛泥砌筑施工由地面、墻上兩組人共同完成。地面上的人向墻上的施工者輸送黏稠的泥漿混合物，墻上的人隨即用力向下把泥片甩到要堆砌處，在手臂所能及的范圍內(nèi)將泥片堆砌到預定的高度，即完成一垛的堆砌(圖4)，如此反復接著下一垛的堆砌。也有在每一層泥土的頂部加入一些稻草或麥束的。交河故城的垛泥建筑，層與層之間則加一層細干土，相鄰兩層泥塊的垛壘方向相反，立面裂痕呈人字形，說明建筑時顯然是一往一返進行的。 在垛下一層泥土之前，要留一段時間待泥層自然干燥。干燥過程中，要用工具把泥土壓實，并且讓墻面保持平坦和垂直。完成垛墻后，最后再用草泥抹面，這對于因泥片含黏粒較多以及垛間無刻意銜接處理等原因出現(xiàn)的垛間收縮縫，具有修飾和補強的雙重作用。 無模和有模垛泥墻在施工方面沒有太大的區(qū)別，只是無模垛泥墻是將潮濕的泥塊在無模具限制的情況下一層層堆垛至所需高度后，再鏟削平整墻面而成(圖5)，而有模垛泥墻則不需對墻面作修整。 此外，古代的土遺址中，還可看到類似于垛泥建筑的建造形態(tài)——木骨泥墻。所謂木骨泥墻，就是在挖好的基槽內(nèi)埋設成排的柱子，柱子之間用植物藤條連接，然后在里外涂上草拌泥，有的還要經(jīng)過燒烤。通常情況下，埋設的柱子都比較粗大，能對整個墻體起到支撐的作用，抹泥后便看不到柱子了。與前面的純粹垛泥相比，這種墻體的厚度要窄很多，由于柱子和藤條的聯(lián)結(jié)作用，墻體不易傾倒，泥漿的強黏結(jié)性使得比較結(jié)實，是一種較好的墻體建筑形態(tài)。但這種墻體的建造需較多木材和植物藤條，且其承重能力不是很大，一般不作承重墻，因此古代建筑中使用較少。 2.4 土坯砌筑法 土坯就是使用模具將土制成一定形狀的塊體，用現(xiàn)代的建筑術語說，就是小型砌塊，北方的某些地方把它稱之為胡墼。土坯作為建筑材料，會使施工更為靈活方便。它與夯土砌筑同時向前發(fā)展。 土坯砌筑技術目前所知最早的，出現(xiàn)在河南永城龍山文化晚期遺址中，秦漢時期的一些建筑遺址都發(fā)現(xiàn)有土坯砌筑的墻體。交河故城的部分墻體和城內(nèi)廟宇墻壁都是用土坯砌筑的。 土坯的制作要經(jīng)過選土、和泥、制坯模和制坯等工序。各地的土質(zhì)不同、風俗習慣不同，土坯的制作與具體使用方法也各不相同。僅制坯就有很多不同的方法。如：手模坯，將泥土裝滿坯模，再用手將泥面與坯模抹平，過一定時間將坯模拿掉；杵打坯，將坯模放在平整石面上，裝土后用石杵搗固，拿掉坯模取出土坯(圖6)；水制坯，先將制坯場地放水沖平，等水蒸發(fā)后呈半泥狀態(tài)時，將泥切成坯塊，取出晾干即成。這幾種制坯方法中，使用杵打制出的土坯最為堅固，可承受較大的壓力。 夯制土坯所用土料多為當?shù)氐乃赝?，一般選用較好的黏土，再摻合適量的草筋或麥糠，有的地方還添加木棍、蒿桿等，以增加土坯的拉結(jié)力。有經(jīng)驗的工匠，夯制前幾天在土堆上潑灑適量的水，施工時恰好達到預期的含水量，然后用機母(土坯的模具)夯制土坯。 工匠將土坯的制作過程形象地概括為“三锨六腳三夯”。將模具放在一塊平整的石板上，加三锨土料，即“三锨”；用腳將土踏實，須移動腳步六次，即“六腳”；有經(jīng)驗的工匠只用三夯，即“三夯”。 土坯的尺寸在不同時代、不同地區(qū)各不相同，其體積不宜太大，大了不易搬運且易損壞。不宜太厚，厚了不易晾干。 根據(jù)使用土坯的多少，土坯墻體主要分為五種：一是全部使用土坯的全土坯墻，二是四面用磚，內(nèi)填土坯的填心墻，三是上半截用土坯，下半截用夯土的版土坯墻，四是用土坯全部空心橫砌的空心墻，五是土坯墻部分用磚包邊的混合墻。 土坯的砌筑方式多為順磚與丁磚交替式砌筑，上下兩層有錯分，相互錯縫搭接，搭接長度不小于土坯長度的三分之一。土坯墻砌筑，采用擠漿、刮漿法、鋪漿法等交錯砌筑，不使用灌漿法，以免土坯軟化及加大土坯墻體干縮后的變形。泥漿縫的寬度一般在1.5厘米左右，土坯墻每天砌筑高度一般不超過1.2米。 2.5 生土塊法 所謂生土塊，是指利用當?shù)靥烊换蛲诰虻纳馏w，將其削切成大小適中的塊體，形成便于搬運和砌筑的砌體。這類砌筑技術在生土建筑中使用較少，在不嚴格的意義上可以將其歸入土坯砌筑類。 生土塊的使用，要求當?shù)貧夂驐l件比較干燥，土質(zhì)較為堅硬，土易成塊體狀，這些限制是生土塊在生土建筑中使用較少的一個重要原因，生土塊是天然條件下固結(jié)的，強度受沉積年代上覆土壓力等諸多影響較嚴重，一般情況下強度較低，尤其是抗剪、抗拉強度都很低，因此這也限制了它的適用范圍。生土塊的制作工藝比較簡單，主要是受原材料的限制，在原料比較豐富的條件下它的制作還是比較快捷的。 生土塊可以隨意削切，根據(jù)建筑要求可以削切成所需的規(guī)格，砌筑起來方便靈活，砌筑方法也因地而異。由于其抗拉、抗剪強度都較低，一般只用它來做少量的生土塊砌墻、補洞、地基找平等(圖7)。生土塊所砌的墻一般都為非承重墻體，例如建筑物的隔墻、輕質(zhì)屋頂?shù)奈輭Φ取?br> 以上各種傳統(tǒng)土作技術和施工方法見下表： 3.土體物理性質(zhì)測試及分析 我國土遺址分布廣泛，本文通過對長城、交河故城、西夏王陵、破城子、玉門關、秦俑坑和河倉城等典型土遺址土樣物理性質(zhì)的分析，以求找到生土建造方法中各類土的共性(以下部分數(shù)據(jù)來自李最雄文)。 3.1 粒度成分測試分析 從幾種遺址土的粒度成分三角圖(圖版33)可以看出：(1)紅色表示夯土，粉粒含量都比較高，只有西夏王陵的稍低一點，大部分超過40％。沙粒分布則比較分散，在2％至60％之間不等。黏粒含量非常小，大都在10％左右甚至更小，最多的也不超過17％。(2)黑色表示原生土，粒徑分布比較分散，仍可看出其占優(yōu)勢，黏粒含量不大。(3)藍色表示地仗層土，粉粒含量不及前兩種土高，沙粒含量有所增高，且黏粒含量總體也比前兩種土稍高一些。 夯土大多數(shù)級配比較好，這也驗證了夯土顆粒對級配的要求，級配越好則越容易夯實。生土比較分散，也驗證了其選擇性比較小，土粒只能是先存的土體，不能對其改造和摻配。地仗層土草泥、棉泥層粗細顆粒含量各不相同，各種粒徑含量都有，總體黏粒含量較高，級配也較好一些。 3.2 基本物理性質(zhì)指標測試分析 從不同施工技術條件下各種土的干密度分布圖(圖8)可以看出：(1)夯土的干密度分布范圍較寬，從1.25g/cm3至1.95g/cm3，但以1.6g/cm3左右分布居多，總體來說夯土的干密度大于生土，說明夯筑過程使得土體更為密實，提高了力學性能。(2)生土的干密度較小，一般不超過1.7g/cm3，同一地區(qū)生土的干密度分布范圍較夯土要小一些。不同地方的生土干密度差異性比較大，充分說明了原狀土體性質(zhì)的地區(qū)域差異性。(3)版筑泥的干密度大于生土，與夯土相當，說明力學性能也有較大的提高。 夯土和版筑泥都是在施工手段和建造方法上對生土的改造，在很大程度上使土體的密實度提高。這說明人們早已認識到這種方法的實用和可靠。 不同施工技術條件下各種土的孔隙比分布圖(圖9)表明：(1)夯土的孔隙比總體小于生土，但夯土孔隙比的分布范圍比較寬，從0.42到1.15都有分布，這說明不同夯土條件下夯土的性質(zhì)有很大差異。(2)蘭州馬蘭黃土孔隙比可以達到1.18，而交河故城最大不超過0.78，充分說明了土體性質(zhì)的地區(qū)差異性。(3)版筑泥的干密度與夯土相當，但孔隙比卻大于夯土，說明在同等條件下它的密實度不及夯土好，但由于版筑泥的黏聚力大于夯土，它的力學性能不一定比夯土差。 不同施工技術條件下各種土的含水率分布圖(圖10)表明：(1)總體來說幾種土的含水量相差不是很大，這主要與土體所在地的氣候環(huán)境相關，這些土樣都取自我國北方地區(qū)緯度相當?shù)牡胤?，故氣候差異不明顯，使得含水量表現(xiàn)出相似性；(2)夯土的含水量分布范圍較寬，說明在不同夯土條件下含水量各有所異，且陽面和陰面對土體含水量的影響也很大。(3)版筑泥的含水量與夯土相當或略大些。(4)與干密度、孔隙比相同，生土的含水量也反映出很大的地區(qū)差異性，交河生土最大含水量不超過2.5％，而蘭州馬蘭黃土則在5％左右。 從不同施工技術條件下各種土的液限(圖11)、塑限(圖12)和塑性指數(shù)分布圖(圖13)，可以看出： (1)各種土的液限、塑限分布范圍寬度大致相當(都在10個百分點左右，塑限都在5個百分點左右)，只有漢長城的夯土分布范圍比較寬(液限17％～38％，為21個百分點，塑限9％～26％為17個百分點)。這與漢長城夯筑過程中土的類型變化關系比較密切，不同地段筑造時，土的性質(zhì)差別較大。(2)除蘭州馬蘭黃土塑限在4.5％～8.5％以外，其余大都超過了10％，16％者左右居多，結(jié)合含水量分布圖，可知除蘭州馬蘭黃土外，其余土體都不容易達到蘭州馬蘭黃土的塑限。(3)結(jié)合塑性指數(shù)和液限分布圖，可以將這些土都劃歸到低塑性土的范圍內(nèi)。(4)大多數(shù)土的塑性指數(shù)都在3％～10％之間，其中以8％左右居多，故為粉土系列，只有漢長城夯土、秦長城夯土：河倉城夯土和交河生土的部分土體大于12％，表明其中的黏粒含量稍多一些，這與土的粒度三角形分布圖一致。(5)總體來說，夯土的塑性指數(shù)分布范圍寬度大于生土，這說明夯土粒度成分的變化大于生土，它可以摻和不同粒徑的土，以達到更大的密實度。 3.3 綜合分析 生土建筑因地制宜，原材料都取自當?shù)?，受地域限制比較大，而且地形地貌也在很大程度上控制著施工技術的選擇，如在臺地和平原區(qū)，一般可向下挖出空間或在地面上夯土、垛泥。斜坡和陡面的地貌處，可以借用崖體向內(nèi)挖出空間。各種生土建筑，通常情況下并不是單獨使用一種施工工藝進行建造，而是幾種施工技術相互結(jié)合而建造。我國許多土遺址一般都是先在生土層中挖造基礎，于其上夯筑一定高度的墻體，再于其上用土坯砌建。有些烽燧、土塔，周圍先用土坯砌建，中心用粉土夯筑。有的在夯筑基礎上垛泥或土坯砌筑，分層中間鋪夾灌木枝條或蘆葦類的柴草。 4.結(jié)論 通過對古代生土建筑建造方法的綜述和不同施工技術條件中土體物理性質(zhì)的測試分析，可以得出以下結(jié)論： (1)對材料作一定處理，可以有效地提高生土建筑的穩(wěn)定性和耐久性。例如夯土中使用特殊三合土砂后可使土墻更為堅硬，垛泥建筑中黏土、沙子、植物纖維的合理配比則可提高耐久性，紅燒夯土也可在很大程度上提高耐久性。 (2)各種施工技術各有其一定的優(yōu)缺點，生土施工中可以多種技術交互使用、相互配合，從而進一步提高其建筑的穩(wěn)定性和耐久性。 (3)夯土和垛泥多為粉土系列土，垛泥中粘粒的含量較高，同等條件下，它們可使土體的干密度和密實度指標提高很多。 (4)同一施工方法，由于土的性質(zhì)、施工器具和施工條件等不同，使得生土建筑的力學性能和強度有很大的不同。 (5)很多古代的生土建筑能夠經(jīng)歷風風雨雨保存下來，說明土的性質(zhì)與其相應的施工技術結(jié)合得較好，因此土遺址加固保護應盡可能地查明并正確運用合理的施工技術進行修復。 (責任編輯 戴春陽) 牛bb文章網(wǎng)歡迎您轉(zhuǎn)載分享：http://www./article/1027621-1/1/ |
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