故宫古建筑石勾栏的安装工艺技术

      勾栏即“勾阑”、“钩阑”，也称“构栏”、“栏杆”。《水经注·河水》：“吐谷浑于河上作桥……勾栏甚严密”。《朝野金载》：“赵州石桥甚工……上有勾栏，皆石勾栏，并为石狮子”。“宫殿庙宇的台基或是下部的基坛，因为离地面很高，有用栏杆之必要。栏杆的形制虽然有种种的样式，但是主要的构造多是一样。最底下阶条石上放地栿，地栿之上立望柱，望柱之间安栏板”[1]。勾栏虽不承受重量，但起着挡护作用，亦当安装牢固。石勾栏广泛地使用在重要建筑的楼阁高台、河道桥梁等位置。石勾栏在修缮时需要进行拆散、修整和重装，是对石勾栏建筑体的拆分与再组合。

      《营造法式》记载有重台钩阑和单钩阑中的地栿、望柱、蜀柱、华板、寻杖等石构件的尺度关系及造作、组合装配功限[2]，《工程做法则例》、《清代匠作则例》及《内廷工程做法》等诸项清代石作工程则例中也有望柱、栏板、地栿的雕造做法及用工记载[3,4,5]，另外，《园冶》、《营造法原》中也提及清代江南地区栏杆的构成及尺度关系[6,7]，但石勾栏的地栿、望柱、栏板的安装做法未见有具体说明。古代建筑石勾栏的修缮归安是对地栿、望柱、栏板的再安装，体现了石勾栏的传统匠作安装技法。

      石勾栏由地栿、栏板及望柱组成（图1）。伏于阶条石、台明或须弥座上枋之上的石构件为地栿，地栿石为石勾栏的基础，横截面形状呈凹字型，凹型槽口宽度为栏板底部宽度。连接栏板或处于拐角部位的石构件称为望柱，望柱头有云龙、云凤、狮子、蕉叶等各式造型雕[8,9]。两望柱间的板状石构件称为栏板，栏板两头与望柱相连接，是石勾栏的拦护主要功能构件，栏板多带有镂空的造型及雕刻，纵截面形成呈上窄下宽的梯形。处于坡道、踏垛的石勾栏起点端面呈鼓状的石构件为抱鼓石，其具有稳固上部石构件的作用。处于坡道、踏垛等斜面或弧形、不规则形的建筑体之上的异形石勾栏，其石构件随异形建筑形体有所变化。

图1：石勾栏的构成图

      石勾栏作为古建筑整体的组成部分，其样式做法由木勾栏演化而来，木勾栏与石勾栏都是以榫头插入卯窝的榫卯连接结构进行安装组合，榫头是在独立结构体上制作凸出结构体之外的凸出材体，卯窝是与榫头对应的独立结构体上制作凹入结构体的凹入槽口，唐大明宫太液池遗址出土的透雕龙纹石栏板、莲花座望柱以及隋安济下出土的龙头、凤凰栏板桥都可见石质榫卯结构[10,11]。但由于石材和木材的材质差异，在工艺做法上有一定的区别，木勾栏为分件拼合而成，石勾栏为整体雕刻而成。木材密度约为500kg/m³，石材密度约为3000kg/m³。木材可塑性强，木勾栏可分件制作并可由榫卯连接，使结构紧密牢固，而石材可塑性差，不易加工且搬运安装困难。由于石材材质的加工限制性与石活安装工艺的特点，石勾栏连接点外沿为精确合槽做法，即榫头长度略小于卯窝深度，内部榫卯结构有明显框量，从而导致石勾栏的榫卯连接紧密性较差，石勾栏各结合部位在安装组合完成后会出现缝隙，尤其以栏板与望柱之间的榫卯连接点最为松框。连接点的内部松框空隙需由生石灰浆来填充，连接点的外沿缝隙需采用油灰勾抹做法填实补平。依靠地栿、望柱、栏板之间的榫卯结构连接以及连接点内外粘结材料的填固，石勾栏形成坚固的整体结构。

      在故宫石勾栏的修缮保护中可以看到各石构件的安装做法及材料，用于调整望柱、栏板高度及垂直度的支垫材料有青砂石片和铅铁片，青砂石片主要用于支垫有较大缝隙的石构件，而铅铁片主要用于支垫缝隙较小的位置及望柱、栏板两肋的支戗。石勾栏各构件的接缝处、榫卯处有石灰填充，经勘查发现，地栿与阶条石之间的缝隙以砌筑法进行填充，栏板与地栿、望柱之间缝隙以灌浆法进行填充。有些望柱与栏板结合处石灰填充未到饱满程度，望柱与栏板连接处上部多出现空隙。通过灌浆法填充进入石构件缝隙的石灰浆液经过固化与沉降，上部会有一定程度的质量损失。石构件之间缝隙处所用勾缝灰面层多呈灰白色，而内部呈纯白色，且硬度和密实度都大于内部的灌浆石灰。地栿与阶条石之间的石灰呈现高密实度，地栿、栏板、望柱的重量全压于地栿与阶条石之间的石灰浆上，石灰浆固化后与两者结合牢固，硬度高且难于剔除。

      故宫石勾栏多因灰料流失进而风化加剧，导致勾栏结构结合松散，从而引起挪闪、错位等问题。石勾栏接缝处勾抹的油灰脱落，缝隙间灌浆石灰逐渐流失，缝隙裸露造成风化加速，勘察发现灰缝脱落位置的风化受损程度明显严重于灰缝完好的位置。石勾栏在雨雪风沙等不同温湿度自然环境中受到物理化学污染，石勾栏构件之间灌注石灰浆和勾抹油灰的做法，可以有效阻止污染物质从石勾栏缝隙进入，进而侵入石勾栏内部。灌注石灰浆的做法是用油灰勾抹严实的石构件缝隙预留浆口处灌注石灰浆液（将生石灰加水调成浆液状），直至石构件内部石灰浆液饱满（图2）。由于石勾栏构件间缝隙很小，灌注的石灰浆中不能有石灰渣子，以免堵住浆口造成灌浆不饱满。另外，石勾栏风化严重导致石质疏松及颗粒状石粉脱落，进行石勾栏的拆除归安修缮会造成二次破坏，尤其是使用撬棍挪动石构件产生的崩棱掉角及开裂等损伤。通过砌筑法安装可以有效减少二次破坏，砌筑法是将要安装石构件的位置上预先铺上石灰膏（生石灰加水泼制过细筛，加水调制成膏状），再将石构件安放在灰浆上，利用灰膏的可塑性和粘结性，可调整石构件的位置及高度，并使其牢固地粘结成一体（图3）。特别是栏板安装时由于石灰膏置于地栿与栏板之间，减少了地栿与栏板底面的摩擦力，栏板就可以相对容易地平稳移动。同时在栏板重量的压力下石灰膏均匀分散，充填了地栿与栏板之间的缝隙，使得栏板底面受力均匀，大幅度削弱了栏板底面突出棱角的受力强度，减少棱角单独受力造成二次损伤的可能性。

图2：石勾栏石灰浆灌浆

图3：砌筑法安装栏板

     石勾栏的清理；石勾栏拆解前将各构件按顺序排列编号，保证安装时各构件仍处于原始的安装位置。使用瓦刀、笤帚等工具对望柱、栏板、地栿、阶条石之间互相连接的梓口、榫头、卯窝中的灰迹、浮土等进行清理，并用清水冲洗干净。如望柱梓口、栏板两肋有风化引起的石质颗粒性脱落现象，应使用钢丝刷对风化表面进行适度清理，将风化石质表层除净并用清水清洗表面。石勾栏连接处的杂物、杂质会影响灰浆与石构件的粘合牢固程度。

     地栿的安装；地栿是石勾栏最下层的石构件，其横截面宽度大于望柱、栏板，是石勾栏中宽度最大的构件。石勾栏的望柱、栏板、地栿连接形成上窄下宽的类三角形结构，地栿石的稳固安装对石勾栏整体性有着决定性作用。地栿安装时先按设计要求定好标高、位置，然后将地栿按实际位置样活安装。若安装高度不够或不平稳，应使用铅片支垫（铅氧化后产生灰白色粉末，不会污染石构件）。为保证支垫安装的地栿稳固性，使用铅片支垫地栿的支垫点一般每隔30cm布置一个。支垫点过少，会造成望柱、栏板安装中地栿的下沉和走闪错位。尤其是当地栿块型较长，若支垫点之间距离过长会使地栿石弯曲应力变大，在望柱、栏板的下压重量下易发生断裂。样活后将地栿移开，并在安装地栿的梓口内平铺软硬度适合的石灰浆，灰浆量应略多于实际使用需要，以确保灰浆饱满。将地栿平稳准确地安放回样活原位，用橡皮锤对地栿进行振动敲击，至地栿石稳固安装入位。

      望柱的安装；望柱、栏板应以倒链配合起重安装，安装前要检查起重架、承重木、倒链及绳索的使用安全情况。捆绑望柱应使用棕麻或尼龙类绳索，一般不使用钢丝类硬质绳索，以免对望柱表面造成划伤。如特殊情况使用钢丝类绳索时，需采用木板、橡胶片等包裹柱体的保护措施以隔离钢丝与柱体的直接接触。采用钢丝类绳索存在滑脱隐患，比如：望柱的面层风化造成石材颗粒性脱落，脱落的沙粒在木板或橡胶片与望柱之间形成了隔离层，减少了木板或橡胶片、绳索、望柱之间的摩擦力；另外，沙粒随着起吊拉力而滚动，起吊中的摆动与碰撞产生瞬间冲击力也会改变绳索与望柱接触点的作用力，多重因素会增加钢丝绳索、隔离保护物、望柱之间产生滑脱的可能性。望柱底面窄小，以大底捆绳方式易出现望柱的偏倒，在吊运望柱时要将绳索捆绑在望柱的寻仗梓口上方。但柱体如有横向裂纹，则必须从底面兜绳起吊。望柱的安装从角望柱开始，将台基拐角处角望柱垂直吊运至地栿的角柱槽口上方，并缓慢将角望柱放入槽口。检查其高度、垂直度、水平度及稳固程度，如望柱有倾斜晃动情况，应进行铅片支垫调整，直至符合安装要求。样活后将角望柱垂直吊起，在槽口、榫眼内铺入适当过量的石灰膏，并再将望柱稳稳地放回。石灰膏在望柱重量下被挤压，充填饱满望柱与地栿之间的连接缝隙。安装完毕的角望柱独自竖立，应以支戗方法进行临时稳固，并在安装远端设定好相应的尺寸与位置，拉通线控制出进、高度和垂直角度以保证后续安装。

      栏板的安装；根据栏板残损状况确定吊装及绳索捆绑方式，安装栏板应以钢丝绳捆绑，并按栏板重量配置相应粗细型号的钢丝绳。以钢丝绳而非麻绳吊装栏板主要考虑样活的准确性，栏板吊装都要通过底面捆绳，吊运到位后还要将绳索撤出，撤绳会带出部分预铺的灰浆，造成局部灰膏填充欠饱满。并且安放、撤出绳索需将栏板撬起，绳索的直径越大，撬起的高度就越高，样活的准确性受到影响，使用钢丝绳吊装撤绳高度更低，撤绳也损失更少的灰料。栏板底面一般有2个榫长约3cm的石榫，将栏板立直扶正后，栏板底面就会出现离地3cm的缝隙，套绳可以直接从缝隙通过。为防止栏板在吊装时偏闪，绳结应使用索套方式。为防止钢丝绳划伤栏板或将栏板底面边棱拽崩，栏板底棱可用一小段三角铁进行保护，大面使用薄木板或扎绑绳垫护。如栏板底面无石榫，扶正后无法套绳，应在栏板肋部下方正中，用撬棍将栏板一头撬起套绳，并在地栿上的栏板安装位置中部横放一块高于绳索直径的小木方。若栏板风化严重，寻仗部位或底部已有裂纹或其他可能暗伤，应使用棕麻类绳索对栏板进行横向捆绑，并用标棍将绳索打紧作为防护措施。

      地栿的准确安装可以保证石勾栏的平整顺直，角望柱的准确安装可以保证石勾栏的直立垂顺，栏板底面只要顺向安放在地栿梓口内，而后向望柱方向推动直至栏板肋部插入望柱的梓口。在地栿及角望柱的梓口内、榫眼内铺垫上石灰膏，石灰膏要能粘伏在望柱垂直面的梓口、榫眼上不坠落，并且有适当的含水量保证灰膏的可塑性。如石灰膏含水量过低，石灰膏可塑性差会导致在栏板与望柱的合榫安装时挤移望柱。石灰膏用量以饱满充填缝隙且无过多余灰，梓口中部灰膏要略多一些。将栏板吊运到地栿上方，两个看面底边正对梓口，肋部榫子邻近但不靠紧望柱。将栏板缓慢地落下，栏板底面和肋部的榫子均未入榫，底面榫子落到了地栿上。未安装合榫的栏板不稳固且易向两侧偏倒，两侧应有安装人员进行稳固并合榫前将钢丝绳撤出。在栏板后肋中部使用撬棍将栏板推入望柱梓口内，同时栏板肋部和底部的榫子也都进入望柱和地栿的榫眼中。合榫后吊线检测栏板垂直度，同时轻晃栏板检测其平稳度，如有栏板偏闪晃动现象应用铅片支垫。有时栏板并未完全落实在地栿上，个别位置仍由石灰膏支撑，铅片还未完全支顶载荷，这时需要使用橡皮锤对栏板进行敲打振动，直至栏板完全落实着地。

      望柱的再安装。待角望柱与栏板安装完毕，进行望柱的再安装。栏板落于地栿上，其肋上榫子凸出于肋部平面，望柱不能紧靠栏板肋部垂直下落安装。安装时在栏板肋部榫子抹上石灰膏，在地栿梓口内、榫眼内铺放石灰膏，并在安装望柱的梓口四角安放铅片，使望柱底面先落于铅片上。如望柱底面直接落于石灰膏上，会将石灰膏压薄，部分望柱底面与地栿接触并出现不规则缝隙，而且缝隙不易再次充填饱满。预放支垫望柱的铅片厚度约为1mm，一般将铅片剪成小块靠边叠放三层并有二层露头，以便调整移动。望柱吊运到位，将望柱底面石榫对准地栿上的榫眼，望柱身向栏板肋的反向倾斜并撤掉绳索，当望柱身正对栏板肋部榫头时，向栏板方向推动望柱柱头部分，直至望柱柱身垂直，其肋部榫眼与栏板肋部榫子合榫。安装到位后再次检查望柱安装准确度，如有偏闪不稳，可在望柱的梓口中部使撬并在柱身上部使撬方向施力，在望柱抬起时调整铅片水平高度。至此，再按照原始排列编号进行栏板和望柱的交替吊运安装，直至整组石勾栏安装完毕。

      石勾栏缝隙勾抹；古建筑石构件之间的缝隙表面均使用油灰进行勾抹，调制油灰的原材料为矿物质和植物质材料，不会对石构件产生侵蚀。并且油灰的硬度远小于汉白玉石、青白石等古建筑石材的硬度，在石缝结合面上的硬度差异，保障了在修缮拆安归安时只对油灰产生破坏，而不会损伤石构件。

      油灰由生石灰、桐油、沙子和适量水调制而成。生石灰需由块状生石灰淋水发制成生石灰粉末，发制中淋水要均匀缓慢并不断翻捣灰堆，发制后过筛备用。当石构件之间缝隙大于1cm或石构件损伤面积大于800mm²时应添加适量白色沙子作为骨料，骨料的加入可以防止灰缝开裂，还要根据石缝深度、大小、石构件损伤面积加入不同粗细的沙子。以质量比1份桐油逐渐加入5份的石灰粉末中反复翻搅均匀，并分多次加入适量水，至翻搅均匀后使用竹棍类工具对灰料进行练打搅拌，练打中可根据石缝情况适量加入过筛细沙，直至灰料呈滋润统一的膏状。油灰应现调现用，勾缝后应保持灰缝湿润使其延长固化周期，以增加油灰固化强度，湿润保养期以15天左右为宜。

      石缝勾抹前，应使用薄竹片将石缝边口的灰浆勾刮平整，勾刮深度不应少于5mm，石构件之间大于1cm的缝隙的勾刮深度不应小于1cm。对勾刮石缝清理干净后，使用油灰进行勾缝，并分多次带灰赶轧（图4）。油灰在干燥固化过程中会有一定程度的收缩，分次带灰赶轧可使石缝充填更饱满、粘结更牢固，减少油灰收缩引起的灰缝开裂现象。

图4：石勾栏油灰勾缝