统万城遗址如何做预防性保护

《中国文物古迹保护准则》将预防性保护界定为，是指通过防护和加固的技术措施和相应的管理措施减少灾害发生的可能、灾害对文物古迹造成损害、以及灾后需要采取的修复措施的强度[1]。《国家文物事业发展“十三五”规划》明确提出预防性保护策略。

土遗址作为见证中华文明的重要实物依存，长期遭受风蚀、雨蚀、冻融、地震等多种自然营力和人类活动影响，一直是文物保护领域公认的难题。本文在预防性保护理念的指导下，通过统万城遗址保护修缮工程案例的阐释，探讨土遗址预防性保护的相关理念和措施。

统万城遗址位于陕西省榆林市靖边县红墩界乡白城则村以北的大漠台塬之上，距今已有近1600年的历史，是十六国时期匈奴族后裔赫连勃勃建立的大夏国国都遗址。统万城历经北魏、西魏、北周、隋、唐、五代，一直是鄂尔多斯高原南部地区的政治、军事中心。统万城遗址现留存有大量历史遗迹，是研究中国古代城发展、民族交流，特别是研究生态脆弱地区环境变迁的重要实例。

统万城遗址由内城和外郭城构成，内城由一道南北向城垣分割成东城（皇城）和西城（宫城）两部分，由东往西依次为外郭城、东城、西城。东城墙、西城墙和外郭城墙均由夯土筑成，夯层厚约8～15厘米，内城墙周长4696米，外郭城周长约4900余米，城垣走向不规则。东城周长约2566米，面积约37万平方米。西城周长约2470米，面积约37万平方米。主要遗存包括：城址（外郭城、东城、西城）、城垣、墩台、马面、护城壕、道路，以及大型人工夯土台址等（图1）。

图1 统万城遗址卫星影像图

由于自然损坏、人为破坏和管理不善等原因，统万城遗址存在不同程度的损坏。为全面认识统万城遗址的保存现状、病害分布规律及成因机制，为制定保护方案提供科学依据，对统万城遗址西城南城墙4、5、6、7号马面，西门瓮城，西北角台进行了文物保护调查。根据不同病害产生的原因、病害的发展特征以及对遗址稳定性的影响差异，其中表现得较显著的病害有:风蚀酥碱、人为破坏、生物破坏、自然坍塌、裂隙发育。主要表现为：

墙体坍塌：威胁遗址安全的主要因素。由于地震、裂隙发育，造成遗址存在不同部位坍塌、墙体残断等。内城南城墙4号马面底部由于严重坍塌边界不明，从顶面至现状地面的残存高度约1.5米，表面有多处风蚀孔洞和雨水冲沟。

墙基掏蚀凹陷：由于地下水蒸发可溶盐析出，造成墙体根部土体表层疏松、散落。长时间受风沙侵蚀夯土剥蚀而凹损，对稳定性有一定影响。内城南城墙5号马面、7号马面、西北角台都存在不同程度的根部掏蚀。

墙体裂缝：该地区的年平均气温为7.9℃，极端最高气温为36.4℃，极端最低气温为-26.9℃。气温日较差和年较差很大，较大的温差形成温度应力，成为夯土裂缝和遗址表面酥松剥离的诱因。温差交替、地震、冻融和卸荷等自然因素的影响，使遗址产生许多纵横交错的裂隙、错落变形伸展开裂。最大的墙体裂缝宽约80毫米。

雨水冲沟：统万城环境处于半沙漠环境，植被稀少。虽然降雨量小，但非常集中，长期受降雨及顶面汇集雨水的冲刷，墙体表面形成冲沟，冲沟宽度最大达2米。同时雨水易通过裂缝渗入夯土内部，加速土体内部裂隙发展，影响夯土遗址的稳定性，进而诱发夯土解体坍塌。2012年遭受持续暴雨袭击，发现城墙荏木孔洞内有水流出，浸泡墙体，通过反复比对高差的方法，在西城墙内侧窑洞内找到进水洞口。

风化剥落：统万城地处毛乌素沙漠南缘，常年主导风向为西北风。风里携带的砂尘及颗粒加强了风蚀作用，造成夯土墙体表面酥松、分层剥落形成风蚀孔洞，或者墙面形成疙疙瘩瘩满是凸起的钙结核颗粒，或呈层片状风蚀外貌，影响遗址的稳定性。

生物病害：主要包括动物病害和植物病害。土蜂、鸟、老鼠等在夯土墙内部挖洞筑穴，这些孔穴可导致夯土墙体表面结构疏松，并为其他病害提供影响或作用条件。内城墙6号马面北立面和7号马面西立面布满虫穴。西北角台南立面植被根系蔓延，导致遗址土体结构疏松开裂，雨水易下渗，影响遗址稳定。此外，夯土表面生长黑色苔藓、地衣等植物，形成表面颜色变化。

此外，人为破坏主要表现在城内及周边居民开垦农田、放养牲畜、取土、掏挖窑洞、刻画等。当地农民在城垣上凿造多处窑洞，围建羊圈等。

统万城遗址所处的榆林地区生态环境脆弱，温差大、多风、降水少且集中，因此该区域的生土建筑受冻融、风蚀等自然灾害的影响较大，文物整体保存状态较差。而随着统万城遗址公园的对外开放，大量游客的涌入会对土遗址本体造成力学变化继而产生危害。因此，统万城遗址预防性保护是统筹保存状态评估、日常维护、监测、风险预防等多项工作并循环反馈的综合性框架[2]。

根据勘察结论，统万城遗址的预防性保护应包含必要的修复工作[3]。在“不改变文物原状”的原则下，以现状加固维修为主，尽量减少对遗址本体的干预，最大限度地使遗址存留下去，保护遗址的真实性和完整性。

由于所在区域的生态环境和周边人文环境对遗址安全的威胁，统万城遗址预防性保护应重视对环境的控制，需要进行更大空间尺度的关注[4]。

此外，通过系统监测和日常维护，对遗址面临的风险进行预判和采取保护措施，把风险降到最低。

统万城遗址维修工程经国家文物局专家论证后批准，于2014年9月开工，2015年8月竣工，2017年12月榆林市文物局组织工程初步验收。工程主要包括：（1）统万城西城南城墙3号马面以东约170米城墙（包括4、5、6、7号马面），占地面积约1730平方米；（2）西城西北角墩台，占地面积约1140平方米。具体维修措施如下：

针对遗址病害的科学分析

1. 土坯试验

在确定维修方案前，首先对遗址的土坯进行相关科学试验，以确定其物理化学性质。包括土壤含水率、天然密度、土粒比重、颗粒分析、液塑限、立方体抗压强度、静三轴（抗剪强度）和冻融（耐久性）试验。

2. 土样试验

分别对土遗址本体土样和三种拟选用修复土样的含水率、液塑限、比重、颗粒尺寸及级配、最有含水率和最大干密度等指标进行了试验研究，以选择与土遗址本体土样性质最接近的土样来修复本遗址。

土样类型包括原状土样和修复土样两大类。原状土样包括四至七号马面土样和西北角墩台土样，对其进行测定。选择各项性质与土遗址本体土样性能接近的土样，作为修复用土样原材料。

3. 结构力学分析

为了对遗址城墙的稳定性和安全性进行评估，根据详细现场调查、试验资料、室内分区资料，以有限单元法为基础，借助大型有限元软件ABAQUS建立三维有限元模型，数值模拟分析了具有代表性的城墙遗址部分的受力和变形，从理论上为城墙遗址设计方案的加固措施提供参考。

保护加固措施

1. 土坯补砌

针对墙体掏蚀凹陷及村民后期开挖的窑洞等病害，采用土坯砌筑方法加固。其具体步骤为：首先清理表面浮土及塌落土体，剔除遗址表面酥松土体；再人工砌筑土坯支护加固，粘结材料用黄泥浆，新砌土坯与原墙体间的缝隙用泥浆灌实；新砌墙体侧面坡度与原墙体坡度尽可能保持一致，每日砌筑高度不得超过2米；为减缓地下毛细水对遗址墙基的侵蚀，在新补砌土坯上距地200毫米处打一排Φ20排水孔，排水孔水平间距2米；新制作土坯材料与原墙体材料在物理力学性能上比较接近，以保证两者的协调，这样操作可有效避免因温度差异、局部变形造成的分离、开裂。土坯的制作选用了与遗址相近的白黏土，其尺寸为360×240×100毫米和360×180×100毫米两种，这与测量的统万城遗址土坯尺寸接近。（图2)

图2 西南角墩台西立面土坯补砌前后对比图

2. 裂缝修补

对宽度小于30毫米的裂缝，直接用裂缝灌浆封闭方法加固。对宽度大于30毫米的墙体裂隙采用土块填塞封堵和灌注泥浆相结合的方法加固。具体步骤为：在裂缝内埋入注浆管；用黄泥粘接塌落的土块将裂缝表面封堵压实；埋入的注浆管间隔在400～500毫米，由低至高注入浆体，一次注入后间隔1小时再进行上一层的注浆施工；黄泥风干过程中注意养护，对新老土体接触面进行多次处理，防止干缩后开裂；待裂缝修补完成后将裂隙部位做旧处理，使其与原墙面色感一致。（图3)

图3 西南角墩台裂缝修补

3. 夯筑加固

首先清理坍塌、松散的土层至原夯土层；选用白黏土加白灰（白灰：白粘土=2:8）；以椽子为模具，采用石杵和椽头分层夯筑，夯土层厚度80～100毫米；新夯墙体侧面坡度与相接墙体坡度一致，新旧夯体接茬自然流畅。（图4)

图4 西南角墩台护坡夯筑加固前后对比图

4. 窑洞回填

针对墙体窑洞，采用灰土填夯与土坯砌筑的方法。首先清理窑洞内的杂物垃圾，将白石灰与黄土按3∶7的比例配成灰土后回填，分层分段夯实回填，窑洞洞口用土坯砌筑。（图5)

图5 遗址窑洞回填前后对比图

5. 顶面封护

为了增加遗址顶部耐风雨侵蚀的能力，对城墙顶面不满足植被生长环境的采用3:7灰土对城墙顶部进行夯实覆盖保护；对能满足植被生长环境的采用覆土25厘米再种植当地生长的松巴圪堵草进行顶部保护。针对城墙顶面严重酥碎开裂的区域做一层泥浆保护层，而对凹陷较大的区域，先用土坯添补后，再做保护层。施工时，首先清除城墙顶面的杂草和酥松土体，清除时做到对遗址最小破坏；再喷洒清水，使土面润湿；使用泥浆抹面。泥浆掺入麦草、玻璃纤维及适量粘结剂调制；顶面抹泥封护时结合周围墙顶走势，接近原始风貌，同时要做成一定坡度，防止下雨时雨水汇集。（图6)

图6 遗址顶部安装水篦和植草封护后的面貌

环境治理

风沙是统万城遗址保护面临的首要破坏因素。为了改变遗址所在的沙漠环境，当地启动“统万城绿色都市恢复行动计划”，在统万城建设“绿色都市基地”，在城外植下的一批乔灌木，现在周围的流沙有的已经变成了固定或半固定沙丘。

为了减轻风沙对遗址的侵袭与破坏，同时考虑到遗址周边景观要求，在距离外郭城西城垣约2公里处，进行防风林带建设，减弱风沙对遗址的破坏。

日常保养和维护

为确保遗址处于稳定的保存状态，通过日常巡查的方式及时发现问题，并组织施工人员进行日常保养维护。为防止遗址进一步坍塌破坏，采用钢支撑、木支撑的方式，对不稳定土体、窑洞进行临时支护。为了防止遗址进一步破坏，对墩台遗址载体进行加固，消除遗址本体安全隐患。

系统监测

为进一步了解遗址保存状态，通过遗址本体及周边环境监测，数据收集整理，进行分析研究，并实现环境变化的及时预警。

统万城遗址的预防性保护，体现在以下几点：

1.在开展保护工作前，重点调查遗址所面对的各类风险（包括自然和人为两方面），评估遗址病害发育状况，采取有效的应对措施，并通过预防性保护避免或延缓类似病害的发生。

2.在遗址保护策略提出前，通过采取有效的科学检测，包括土坯试验、土样试验和结构力学分析等，以了解材料性质，为制定保护策略提供数据支撑。

3.通过前期研究，采取针对性的裂缝修补，砌补加固等保护措施，同时土坯材料选用和遗址土一致的材料，在顶面建立水篦和植草封护等保护层，预防气候天气等原因对文物的破坏。

4.在保护工程中对各种病害进行控制，对土层稳定性监测，对保护材料的实施效果进行鉴定，预防工程过程中对文物产生的破坏。

5.通过管理具体要求，对开发利用进行规范，在修缮后预防未来自然与人为破坏对遗址的影响，同时进行制度化的巡视和规范化的保养维护。

统万城遗址保护修缮整个工程从勘察设计到竣工验收历时五年，从深入勘察遗址病害的发生发展规律，到采取科学措施降低风险带来的危害，进而构建遗址风险监测和全程管控，其预防性保护理念的实践对提高土遗址科技保护水平具有积极的现实意义。