吐鲁番交河故城保护加固研究

论文摘要

交河故城遗址是国务院1961年公布的第一批全国重点文物保护单位，位于新疆维吾尔自治区吐鲁番市西10km的雅尔乃孜沟村。它是丝绸之路上具有两千多年悠久历史的名城，自公元前2世纪直到公元14世纪一直是西域重镇，是古代西域政治、经济、军事、文化中心之一，在东西方文化交流中起过十分重要的作用，具有极高的历史价值、艺术价值和科学价值。它的建造技法基本上涵盖了土遗址的不同建造形式，是我国乃至世界土遗址的典型代表。目前，土遗址保护的研究还不很成熟，研究交河的保护问题对其它土遗址有借鉴意义。本文从抢救性保护工程的角度出发，按照《中国文物古迹保护准则》（2004）、《中华人民共和国文物保护法》（2002）的有关要求，采用地质学、岩土工程学、环境学、材料学、建筑学、历史学等相关学科的理论与方法，应用先进的科学仪器，以文物保护的新理念作指导，对交河故城的保存现状、建造技法、赋存环境、土质类型和性能、病害分布及特征进行了全面的野外测绘、调查与测试，研究遗址土的工程特性，分析了病害成因及机理，并就具体保护加固技术进行了室内实验和现场试验研究，提出保护加固的方法和手段。主要内容有：（1）初步阐述了土遗址保护科学的理论体系，提出了土遗址保护科学的概念，将土遗址保护研究的工作框架概括为：以土遗址赋存环境研究为基础，以土遗址病害分析为核心，以土遗址保护勘察为手段，以土遗址保护工程为目的。（2）系统研究了交河故城的赋存环境，认为交河故城的环境主要特点是风大，8～10级大风年平均为36.2天；温差大，日地面昼夜温差可达44.5℃；偶有40mm以上的大雨，大降水具有时间短、强度大、范围小、雨量集中等特点；位于新构造活动带。分析了环境对土遗址的作用机理，提出了影响交间古城的主要环境因素是风和雨。（3）建筑形制和价值评估是土遗址保护科学的重要内容，详细研究了交河故城的建筑形制，其主要建造技术是“减地法”建造、垛泥建造、夯土及土坯和土块建造，其中“减地法”建造和垛泥建造占主要地位。系统地分析了交河故城的历史价值、艺术价值和科学价值，它对研究古代西域的政治、经济、军事、文化、宗教、交通、建筑等历史有重要历史价值，它雄伟的建筑、典型的风蚀地貌和优美的自然环境和人文环境等艺术价值需要很好的保护，它的建筑布局和工艺及凿井技术等科学价值需要认真研究，在保护工程的设计中应充分考虑其价值的体现形式。（4）病害分析是土遗址保护科学的核心，首次建立了土遗址病害的三级分类系统，即按病害成因、病害表现形式和形成机理的不同进行分类，该分类有利于规范土遗址保护的研究。在全面勘察的基础上，分析了交河故城病害的类型、成因，认为交河故城文物本体的主要病害有片状剥离、掏蚀和裂隙（缝）等，载体（崖体）的主要病害是崩塌。（5）在前人研究的基础上，通过室内实验和野外试验，研究了PS材料在交河故城应用的可行性及施工技术。结果表明，PS材料可以较好的提高交河故城土体的力学性能及抗风蚀、雨蚀能力，原状土样加固后的抗风蚀能力提高7-16倍。在雨淋、老化、风蚀的组合作用下，加固后的重塑土样比未加固的重塑土样抗风蚀能力提高9倍，而其中由于雨的影响可使土样的抗风蚀能力降低1～2倍。针对PS的渗透施工和做旧，提出了应根据土遗址及其病害类型采用不同施工工艺的观点。（6）采用现场试验研究了楠竹锚杆和楠竹加筋复合锚杆的锚固力，研究表明楠竹锚杆的单位锚固力可采用5kN／m，单根锚杆的锚固力大于4kN，长度不宜过大；采用楠竹加筋复合锚杆加固土遗址是合适的，当采用水泥砂浆作为灌浆材料时单位锚固力可采用30kN／m，当采用PS-（F+C）浆液灌浆时单位锚固力可采用20kN／m。（7）应用研究成果，对交河故城进行了保护加固设计，提出了几种典型病害土遗址的保护加固方案，采用PS渗透、裂隙灌浆、锚杆锚固和框架桩等技术进行加固，该方案已获国家文物局批准。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 交河故城概况
• 1.2 选题的依据及研究意义
• 1.2.1 土遗址保护研究的工作框架
• 1.2.1.1 土遗址保护和文物保护的关系
• 1.2.1.2 土遗址保护科学的研究对象
• 1.2.1.3 土遗址保护科学的研究内容
• 1.2.1.4 土遗址保护科学的任务与实际意义
• 1.2.1.5 土遗址保护科学的理论体系
• 1.2.2 研究现状及保护历史
• 1.2.2.1 国外文物保护的现状
• 1.2.2.2 我国遗址文物保护的现状
• 1.2.2.3 土遗址保护研究现状
• 1.2.2.4 交河故城前人研究程度
• 1.2.3 研究意义
• 1.2.3.1 文物保护的意义
• 1.2.3.2 交河故城在土遗址中的代表作用
• 1.2.3.3 研究意义
• 1.3 主要研究内容和技术路线
• 1.3.1 本文研究的主要内容
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 交河故城的建筑形制及价值评估
• 2.1 交河故城的建筑形制
• 2.1.1 交河故城的保存现状及布局
• 2.1.2 交河故城的建造技法
• 2.1.2.1 建造工艺
• 2.1.2.2 建造技术
• 2.2 交河故城的价值评估
• 2.2.1 交河故城的历史价值
• 2.2.1.1 交河故城的历史
• 2.2.1.2 交河故城的历史价值
• 2.2.2 交河故城的艺术价值
• 2.2.3 交河故城的科学价值
• 第三章 交河故城的赋存环境因素及作用机理
• 3.1 交河故城的赋存环境因素
• 3.1.1 地质环境
• 3.1.1.1 地形地貌
• 3.1.1.2 地层与岩性
• 3.1.1.3 水文与水文地质条件
• 3.1.1.4 地质构造
• 3.1.1.5 地震
• 3.1.2 风场的特征
• 3.1.3 温度的特征
• 3.1.4 降雨的特征
• 3.2 赋存环境因素的作用机理
• 3.2.1 风的作用机理
• 3.2.2 温度的作用机理
• 3.2.3 水的作用机理
• 3.2.3.1 吸附水的作用
• 3.2.3.2 雨对土遗址的作用
• 3.2.3.3 地表水的作用
• 3.2.4 构造的作用机理
• 3.2.5 地震的作用机理
• 第四章 交河故城土的工程特性
• 4.1 样品采集
• 4.2 遗址土的矿物特性
• 4.3 遗址土的化学成分
• 4.3.1 遗址土的全化学分析
• 4.3.2 遗址土的易溶盐组成及分布特征
• 4.4 遗址土体的物理特性
• 4.5 遗址土的力学特性
• 4.6 遗址土的崩解特性
• 4.6.1 一般特征
• 4.6.2 遗址土的崩解速度与取样位置的关系
• 4.7 交河故城土的波速特征
• 4.7.1 声波测试
• 4.7.1.1 声波测试仪器及原理
• 4.7.1.2 结果分析
• 4.7.2 面波测试
• 4.7.2.1 面波测试仪器及原理
• 4.7.2.2 面波测试结果及初步分析
• 4.7.2.3 面波测试结果分析及讨论
• 第五章 交河故城的主要病害及成因机理
• 5.1 土遗址本体的病害类型及分类
• 5.1.1 土遗址本体病害分类原则
• 5.1.2 土遗址本体病害分类的定义和内容
• 5.1.3 土遗址载体（台地崖体）病害分类
• 5.2 交河故城的病害类型及分布特征
• 5.2.1 土遗址本体的病害
• 5.2.1.1 片状剥蚀
• 5.2.1.2 掏蚀
• 5.2.1.3 裂隙（缝）
• 5.2.1.4 冲沟
• 5.2.1.5 人为破坏
• 5.2.2 交河故城台地崖体的病害
• 5.2.2.1 崖体崩塌
• 5.2.2.2 地表水冲蚀
• 5.3 交河故城病害的形成机理
• 5.3.1 交河故城本体病害的形成机理
• 5.3.1.1 片状剥蚀的形成机理
• 5.3.1.2 掏蚀的形成机理
• 5.3.1.3 裂隙（缝）的形成机理
• 5.3.1.4 径流型冲沟的形成机理
• 5.3.2 崖体崩塌的形成机理
• 第六章 交河故城保护加固技术研究
• 6.1 PS材料加固土样的室内实验
• 6.1.1 室内实验方案
• 6.1.1.1 试样的制备
• 6.1.1.2 加固剂的特性及配制
• 6.1.1.3 强度对比实验
• 6.1.1.4 雨淋、老化、风蚀组合试验
• 6.1.2 实验结果及分析
• 6.1.2.1 抗压强度试验
• 6.1.2.2 抗拉强度试验
• 6.1.2.3 土样的雨淋、老化、风蚀组合试验
• 6.2 野外原位试验
• 6.2.1 PS表面喷洒渗透试验
• 6.2.1.1 试验场地选择及概况
• 6.2.1.2 试验方案
• 6.2.1.3 试验结果及分析
• 6.2.2 PS表面滴渗试验
• 6.2.3 做旧试验
• 6.2.4 锚杆试验
• 6.2.4.1 楠竹加筋复合锚杆试验
• 6.2.4.2 楠竹锚杆试验
• 第七章 交河故城保护加固方案设计
• 7.1 土遗址保护加固设计的原则
• 7.1.1 文物保护的基本原则
• 7.1.2 交河故城保护设计应采用的原则
• 7.2 文物本体的加固技术
• 7.2.1 表面进行防风化加固
• 7.2.2 掏蚀区加固
• 7.2.3 裂隙（缝）加固
• 7.2.4 顶面冲沟加固
• 7.2.5 洞顶加固
• 7.3 崖体的加固技术
• 7.3.1 框架桩
• 7.3.2 锚杆
• 7.4 交河故城抢险加固工程设计
• 7.4.1 大佛寺加固设计方案
• 7.4.2 官署西洞口加固设计方案
• 7.4.3 崖体加固设计方案
• 第八章 结论
• 参考文献
• 在研期间的研究成果
• 致谢