土遗址加固工程——河仓城加固工程

　　河仓城，俗称大方盘，位于敦煌市西北90km的戈壁滩上，西距玉门关20km，建于汉代，是汉至魏晋时期国防线储粮军需仓库。遗址坐落在高出河床2m多的自然土台上，呈长方形，坐北向南，夯土墙东西长132m，南北宽17m，残垣最高处6.7m，内筑南北方向的土墙两堵，隔成连续多间的仓库。每间长42.5m，宽14.7m。每间向南开一门，四壁多已残圮，北壁较为完整。南壁倾圮，出粮的小洞所剩无几，但仍可看出与北壁小洞两相对称。
　　河仓城具有重要的历史、考古及建筑学方面的价值，于1988年和玉门关一起被国务院公布为全国重点文物保护单位。
　　由于戈壁上严重的风蚀及暴雨的冲刷破坏，部分墙体坍塌，即使保存下的墙体，严重的风蚀作用将墙基掏空，随时都有倾塌的危险。因此，经国家文物局批准，河仓城作为第一个抢险加固的土遗址。
　　(一)河仓城夯土的分析测试
　　在河仓城东、西墙的墙基处和西、北墙的墙体上取样，测试其在水中的崩解性和其他物理性能。
　　1.夯土样特征描述(表14-3)
　　2.夯土样的崩解性能测试(表14-4)
　　由于局部有钙质结核或砂粒透镜体，加之土粒粗细差异明显，土块的崩解速度差异极大。有的崩解剧烈(17.46g/min)，有的远小于0.1g/min。
　　3.夯土样的物理性能(表14-5)
　　从土样颗粒分析结果来看，颗粒分析曲线不规则，这是人工填土的典型特征之一。液塑限联合测定成果可以看出，土样大多为粉土和粉质黏土，塑性指数在6.8～15.6之间。由于表层土风化强烈程度不一样，加之土样颗粒不均匀，局部有钙质结核，使得土样的密度有较大的差异。基于上述特征，土的孔隙性也具有明显的差异性，干密度越大，土的孔隙愈少，土愈密实。总的来看，由于土样不均匀，局部又含钙质结核(CaSO4·2H2O)，这样很容易造成土的工程性质不均匀，从而影响土体的强度和稳定性。
　　(二)主要病害
　　整个遗址的基础有多处被风蚀、雨蚀而掏空，其中以东南角最为严重，掏凹进高约2m，深约1.5～2m，使遗址的墙体完全悬空，随时都有坍塌的危险(图14-5、图14-6、图14-7)。遗址的护坡基本破坏，使残破的墙体无支护。图14-8为修复加固后的河仓城。
　　由于可溶盐的运移、富集所引起的风化作用，遗址的墙体下部大都被风化凹进，使墙体上大下小，呈倒挂形，这也是造成墙体经常坍塌的一个主要因素。
　　受雨水冲刷及风蚀的作用，墙面上形成许多龟裂和即将剥离的小块，这种病害不断发展，使墙体变薄。
　　裂隙发育，严重切割墙体，也是导致其坍塌的一个重要因素。鉴于上述病害对遗址造成越来越严重的破坏，1998年经国家文物局批准立项，对河仓城进行抢救加固。河仓城的保护加固工程分两个阶段进行，第一阶段重点对严重掏空的基础及护坡进行抢救支护加固，第二阶段主要进行墙体的PS渗透加固。
　　(三)基础及护坡加固
　　基础及护坡加固属抢险工程，主要采用砖砌体支顶的工程措施，对即将坍塌的东南角基础及其他几处严重掏空的基础进行了加固。砖砌体做在基础掏空较深的部位，即隐蔽的部位，然后视现场的具体情况，或用土坯砌体包筑外部，或用夯土体包筑外部。采用这种砖和土坯砌体相结合或砖和夯土相结合支护加固，主要是考虑全用土坯砌体或全用土夯筑体其承载达不到设计要求。
　　对基础和护坡凹进不深的部位，采用夯土体支护加固和土坯砌体支护加固的方法。但是，在夯筑土时，在土中掺加适量低浓度、高模数的PS(一般用模数为3.8～4，浓度为2%～3%的PS)，或每做一层夯土后，喷洒渗透适量低浓度、高模数的PS。做土坯砌体时也采用同样的工艺，即每砌一层土坯后，喷洒一次低浓度、高模数的PS。在做土坯砌体时，还有一点是至关重要的，就是每砌一层土坯，用低浓度PS拌和的泥浆灌注，使每个土坯之间、土坯与遗址的土体之间孔隙填充密实、结合紧密。若留下孔隙，一旦雨水渗入，就会对遗址的稳定带来很大隐患。
　　(四)遗址墙体的PS渗透加固
　　以低浓度的PS，对遗址墙体及护坡喷洒渗透加固，是河仓城加固中很重要的一项工程。过去，在现场进行试验时，我们采用了两种渗透工艺，一种是低浓度(一般3%～4%)一次性反复喷洒渗透加固。另一种工艺是，多次喷洒渗透加固，每次间隔一定时间，其原则是待第一次喷洒的PS完全干燥后再做第二次，依次做第三次、第四次，喷洒渗透。
　　因此，我们做河仓城墙体PS渗透加固时，先在现场做了试验，以选择PS的浓度及喷洒工艺。
　　试验现场选在河仓城北墙内侧进行。将墙面划分为轻微风化和严重风化的两种类型。所用的PS的浓度为3%、4%、5%、6%、7%。选用3%PS一次反复喷洒渗透加固和以上五种浓度PS多次喷洒渗透加固。
　　经过现场加固效果观察和测试，确定对严重风化的墙体采用3%、4%、5%的PS多次喷洒渗透加固，对风化较轻微的墙体采用3%～4%的PS，一次性反复喷洒渗透加固。
　　对墙基凹进而特别疏松的酥碱土做加固时，先应适当清除这些疏松的酥碱土，然后以PS喷洒三遍进行渗透加固，第一遍以3%PS喷洒，每次喷洒要保证PS溶液的充分渗透，间隔以一周为宜。对墙面特别疏松、多孔部位，可用10%PS掺加适量黏土进行喷洒，这样可以胶结大颗粒黏土。最后用当地黏土制成的浆液进行做旧处理。
　　对墙体上，局部特别松散又无法清除的部位，以10%的PS，用大型注射器进行重点注入加固。
　　部分墙体的表面凹凸不平呈蜂窝状，或呈鳞片状龟裂剥离，对这样的墙面进行加固时，先用澄板土制成的浆液进行表面灌注，以胶结墙体上即将剥离的小土块和填充细小的裂隙，待稍微干燥后，用4%的PS喷洒一遍，最后用澄板土制成的浆液加少量的PS进行喷洒做旧(表14-6)。
　　(五)裂隙封护、灌浆
　　在完成墙体PS渗透加固的同时，我们还对墙体的大小裂隙进行了封护、灌浆处理。采用浆液为PS-(F+C)，工艺方法与玉门关相同，PS浓度为7%～10%，模数为3.6～3.8，浆液配制为PS：(3份粉煤灰+1份黏土)=(0.5～0.6)：1，灌浆效果很好。
　　河仓城加固工程量大，工程历时4个多月，加固基础和墙体面积约4000㎡，共用PS约30t。加固后，遗址的各种病害从根本上得到了治理，墙体稳定且表面的强度得到了提高，特别是耐风蚀和耐雨蚀强度有了很大提高，达到了保护加固设计的要求。