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0 引言
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西安东郊发现一座形制完整的宋金时期斜坡墓道砖室墓。墓室砖砌仿木构厅堂布局,北、东、西三面采用浅浮雕砖体拼合,表面施以红、黑、黄三色,形成“夫妻并坐图”(或简化为“芳宴图”)[1]、“备食图”“妇人启门”等题材,似墓主人生活场景的真实反映,为此时期砖雕墓的典型题材,具有显著时代特征[2-4](图1),是目前西安地区少见保存较完整的宋金时期砖雕墓,欲保留整体形制以便后续研究、展示。
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图1 墓室结构
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Fig.1 Structure of the tomb chamber
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完整度较好、价值高的墓葬越来越多的采用整体搬迁保护[5-6],然而该墓室西北角出现严重挤压、塌陷、错位至结构缺损,墓室内彩绘层薄且明显脱落,亟待保护。根据目前砖石墓葬、棺椁等完整遗迹结构的整体保护方法[7-8],该墓葬可选择砖体逐个编号拆除,再重组复原,或整体打包易地保护。综合考虑墓葬价值,完整复原可行性及展示需求,欲采用整体迁移保护。墓葬整体稳定性评估、搬迁风险分析、缺损处外部土的去留及整体固型方式是本次保护工作的重点及难点。本工作欲建立物理力学模型进行质心校正、倾覆风险分析,为固型方案提供数据支撑。并以此为例,尝试探索有结构缺损的非完整性墓葬搬迁保护方法,为同类需整体搬迁保护的墓葬提供固型方法借鉴。
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1 保护前期调查
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在未去除四周土体前、墓葬结构暂稳定状态下,对砖体及接缝、彩绘层成分及绘制工艺进行了初步分析,对墓室内部结构进行了高清摄影及三维扫描。
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1.1 墓室结构及雕刻内容
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砖室以土圹为支撑,砖块楔入土圹中垒砌成砖墙,拼合成仿厅堂结构。仿木构件形成立柱、斗拱、门窗等主体,北墙砖雕形成“夫妇并坐图”,东西两侧各拼接隔扇一组,东侧呈“备食图”、东西两侧呈“妇人启门”图。墓室砖表面残留极薄彩绘层,以红、黑颜料为主,分布于仿木结构及人物部分;黄色较少,集中分布于北墙幔帐之上(图2)。
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图2 墓室北壁“芳宴图”及东壁“备食图”
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Fig.2 Carvings titled “feast” on the north wall and “food preparation” on the east wall
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1.2 材料、工艺初步分析
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在墓室揭示的第一时间采用便携式X射线荧光光谱仪(XRF)、显微观察等分析彩绘、砖雕材质及工艺,并利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱对分析结果进行补充验证。
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工艺调查结果显示,砖体呈青灰色,质地致密,砖块间紧密衔接但并未黏连,应采用了紧密堆砌的方式将砖块直接嵌入土圹中垒砌拼合,与其他此时期的砖雕墓建成方式一致[2];彩绘层极薄,直接绘于砖表面,未见打底层。
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XRF及XRD分析结果表明(表1),砖体主要含Si、Ca、Fe、Al、Mg等元素,主要物相成分为石英、钙长石、钠长石、云母、方解石等,两者分析结果吻合;砖表面红色、黄色以Fe元素为主,应使用了土黄、土红,XRD分析结果与此一致。黑色颜料XRF分析中未见主要显色元素,取样后通过拉曼光谱进行补充分析,结果显示为炭黑(图3)。
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1.3 病害调查
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墓室南、北、东三面砖结构保存较好,西北受挤压变形缺损严重,约占整面墙的二分之一。结构缺损处砖块脱离土圹,外部土向内挤压并填充至原砖结构位置,暂时保持“稳定”状态。砖表面彩绘颜料层脱落较严重,南侧墓门与砖雕人物表面,几乎无颜料层残留(图4)。墓葬结构稳固及颜料层加固是搬迁保护的重点。
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图3 墓室砖体、颜料成分分析结果
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Fig.3 Composition analysis of bricks and pigments in the tomb chamber
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图4 墓室西壁砖结构缺损、颜料层脱落
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Fig.4 Structural defacts and pigment falling off on the west wall of the tomb chamber
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1.4 墓葬结构稳定性调查
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因墓室存在上述结构病害,在确定具体墓葬保护作业方案前,需针对墓葬整体物理结构做建模分析,为后续文保工程提供理论依据。
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以调查结果为依据,墓室中保存完整的墙面为简单砖砌体建筑,砌体间无黏性材料连接。建筑外层为黏土材质,工程作业时段为冬季,因此黏土湿度低、硬度高,可视为弹性黏连体。病害处黏土层与砖砌层混合,相互支撑,形成混合结构。
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在砖砌体建筑结构分析中,根据砂浆、块体以及二者的黏连方式可构建整体式模型和分离式模型两类数学模型[9]。其中整体式建模是将整个砖体结构视为连续性材料,不考虑具体砖块间的位移和力学相互作用。如邬瑞峰等[10]提出的剪切拉压开裂模型、张望喜等[11]提出的混凝土损伤塑性模型等可归属此类。分离式模型更侧重于分析砖层间的相互作用机理,刘蒙等提出的“扩展三体单元法”[12]以及Lourenco等[13]利用连续块体单元、无厚度单元和预置裂缝单元对砌体结构所做的分析属于该类。
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本研究的建模分析旨在为实际文物保护工程服务,结合整体式模型和分离式模型两种方法对墓室进行分析。本次对墓室的整体迁移保护,其核心问题在于起吊的重心配置和如何避免在迁移过程中发生墓室的二次结构破坏。起吊重心的配置基本不受砖砌体间微小位移的影响,故采用整体式建模分析墓室的总体力学特性;在起吊过程中存在横向晃动的可能,需要以分离式建模,考察砖层之间、砖墙与土层间的相互作用,为工程实施过程中的保护性措施提供理论指导。下面对各部分模型分析做具体阐述。
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1.4.1 质心偏移校正
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墓葬所在场地空间极为有限,暴露于室外有进一步结构破坏的风险,因此需对墓室整体打包固型并吊装搬迁。吊装搬迁的首要问题在于确定搬迁整体的质心位置,且由于西壁北部墙体破损,与外围黏土形成互相依托关系,故需要对黏土层的去留问题进行理论预先分析,评估不同固型方式下结构缺损部位对质心及吊装稳定性的影响。
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为便于理论分析,取坐标原点于墓室西南角外侧(图5)。根据质心公式(1),对墓室整体质心位置进行计算,考量“完全去土”“保留缺损填充土”“保留缺损填充土及外部包裹土”3种固型方式的质心分布情况。计算所涉参数均取实地样品的实验测量值,如下:四壁砖墙长2.4 m、高1.6 m、厚约0.16 m;墓门长1.2~1.24 m(计算中取最长1.24 m)、高1.6 m、厚0.32 m;坍塌面长1.64 m、高1.6 m、厚0.16 m;经计算砖壁密度:1.6×103 kg/m3;填充土密度:1.7×103 kg/m3。
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式中,M为吊装整体的总质量;为密度分布函数;r为空间各点的矢量,由(x,y,z)三个坐标值表示。rc=(xc,yc,zc)即为质心所在空间坐标,z表示高度。
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图5 不同吊装方案质心位置
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Fig.5 Barycenter locations in different lifting approaches
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经计算(质心计算过程通过“mass_center.nb”程序在Mathematica软件运行),三种固型方式及相应质心位置(图5)如下。
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1)破损。即完全去除填充在西壁破损处土层及墓室四壁外包裹土,仅保留原墓葬墙体。吊装时其质心位于(186,128,80)处。中心向东南角偏移,如不增加配重,在起吊过程中将出现失稳侧翻的事故。
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2)未破损。即保留西壁破损处的填充土,但去除四壁外包裹土。吊装时其质心位于(168,138,80)处。此方案的质心在x方向(东西向)位于几何中线处(x=168),但由于墓门的非对称分布,使质心在y方向(南北向)向南偏移,同样在起吊过程中易引发失稳。
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3)破损+留土。既保留西壁破损处填充土,又在墓室四壁外保留与封门处外沿厚度相同的外包裹土层(厚32 cm,图中绿色部分)。此方案的几何中心坐标为(168,168,80),质心坐标为(167,168,80),二者在工程作业的精度范围内认为重合。
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可知采用保留缺损填充土及外部包裹土方式处理四壁,发生侧翻事故的可能性最小、安全性最高。
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1.4.2 砖壁倾覆风险分析
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在整体吊装过程中,还存在横向动荷载的影响,需分析砖砌体的倾覆风险。砖体墙面可视为无黏性连接的砖散体结构,对于此类建筑结构可采用有限元数值模型[13]对墙体砖块做微观力学分析,该方法获得的分析精度高,但同时计算量较大。针对砖砌体的立面结构,同样可采用宏观分层模型的立面建筑物稳定性公式进行分析,其在工程实践中已证明具有足够的可靠性并得到广泛运用[14-15]。结合墓葬结构情况,采用砖体的立面结构稳定性公式进行分析。
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式中,K为倾覆系数,根据GBJ3-88《砌体结构设计规范》,并参考MorGain等通用结构设计软件中砌体的计算参数说明,非黏性砖体立面的倾覆系数在0.9~1.2间,考虑砖体外侧的黏土保留层,取计算值为1.12[9];H为砖壁高度;p为施加在砖壁的横向作用强度,单位N·m-2;b为砖壁厚度。γ是砖壁的容重,表征总重量和总体积的比值。
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式中,g为重力加速度常数,取9.8 m·s-2。
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计算求得,单独砖壁不发生侧倒倾覆的横向作用强度≤224 Pa,考虑到倾覆系数的取值浮动,计算值存在5%的不确定度。
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单块砖的几何参数如下:长0.32 m、宽0.16 m、厚0.05 m。由此计算一块砖所受重力为40.14 N,对应能承受的最大横向力为Fc=×S=3.58 N,其中S为砖块侧面面积。显然单一砖壁在吊装过程中存在极高的倾覆风险。从公式可以看出,稳定度与砖壁的厚度成2次方正比。即通过保留外部土可以有效增加整体立面的稳定性。墙壁可承受横向作用强度见公式(4)。计算结果如图6所示,若采用与墓门相同厚度的留土,则可承受的横向作用强度增加至1 176 Pa(横向荷载计算程序“lateral_load.nb”由Mathematica软件计算)。整体墓室在吊装过程中的稳定性、抗扰动能力得以大幅提升。
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式中,角标s表示保留外土层的参数;b为砖壁的参数。
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图6 保留外部土厚度与墙壁横向荷载关系图
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Fig.6 Relationship between the wall lateral loading and thicknes of soil remaining outside
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1.4.3 内侧保护必要性分析
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通过上述分析,保留外部土可以起到校正墓室质心位置和增加抗横向扰动的能力。但外部土层会对砖壁产生向内侧的压力。根据朗肯理论(Rankine earth pressure theory),若土层高度小于等于砖壁高度,土层对砖壁存在内向压力(at rest pressure)[16],其内向压力强度为:
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式中,φ为土层内摩擦角,吊装环境为冬季的黏土层,取内摩擦角为60°[17]。计算得到当留土层高度为1.6 m时,σr=3.571×103 Pa。若留土层高于砖壁,则会产生向内的主动压力(active pressure),其中压力系数Ka是内摩擦角和土层倾斜角的函数(由“Rankine_earth_pressure.nb”程序经mathematica软件计算)。式中第一项可知,压力随土层高度的平方变化,将远大于内向压力。由此确定保留土层的高度应不高于砖壁高度,且在内室中需要加装加固装置,对抗和抵消留土层对砖壁的内向压力,保证在整个吊装过程中墓室结构的稳定性和完整性。
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2 搬迁保护
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2.1 保护方式及技术路线
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综合上述模型分析,可确定固型方式为:四周保留32 cm厚度、与四壁高度一致的外部土,内部采用木龙骨提供网格刚性支撑抵消侧向四壁压力,并采用发泡材料填充多余空间,可确保结构缺损处稳定性,使整个墓室在打包过程中形成整体。固型前须进行彩绘层隔离加固,最终设计如下搬迁保护技术路线(图7)。
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图7 搬迁保护技术路线
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Fig.7 Technological route of relocation conservation
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2.2 彩绘加固隔离材料、工艺选择
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为确定材料、浓度、隔离保护工艺及效果,选取常用加固材料开展模拟试验,考察材料加固、防霉、再处理能力,筛选出适宜材料及隔离保护操作工艺。
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模拟实验基底采用原墓砖,将其中一种原材料——土红配以适量浓度明胶涂刷在砖表面并待其干燥,选择明胶、桃胶、SF016、PB72四种常用粘接加固材料,1%、2%、3%、4%、5%五种浓度,“先覆纸后涂胶”和“先涂胶后贴纸”两种操作工艺,按实验设计(图8)将宣纸贴附于彩绘层表面,模拟保护隔离操作。待各试验区干燥后浸湿宣纸层,密封于透明罩中,并在保护罩中放入过饱和硫酸钾溶液,模拟固型包裹后墓室内封闭的高湿环境,分别间隔24 h、48 h、5 d、10 d、15 d进行观察,考察材料防霉效果。最后将玻璃罩取下,待各试验区完全干燥,对宣纸试块用饱水脱脂棉垫湿敷后轻柔揭取,模拟易地搬迁后拆包去除表面隔离层,考察可再处理性(图9)。
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结果显示:
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1)同一材料,“先涂胶后贴纸”试块粘附力较差,“先覆纸后涂胶”较好。SF016最易贴附,试块湿润即可贴敷且短时间内不易脱落,PB72次之,桃胶和明胶均较难贴敷。
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2)操作工艺相同时,材料贴附程度有差异。以“先覆纸后涂胶”为例,明胶、桃胶试块干燥后脱离砖体表面明显,有不同程度起翘、褶皱、隆起,SF016与PB72贴敷效果更好。
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3)从不同浓度的贴附程度来看,当浓度大于3%时,基本具有较强的粘附力,且随着浓度的增加粘附力越好;
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4)试块在24 h、48 h、5 d、10 d、15天 d,未见明显霉变。
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图8 模拟隔离层材料、操作工艺筛选实验设计
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Fig.8 Design of the modeling experiment on the selection of materials for the insulation layer and operation processes
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图9 隔离层材料防霉效果模拟实验
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Fig.9 Modeling experiment on the mould proof effect of insulation layer
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5)在揭取隔离层时,桃胶、明胶因粘附力较差,贴敷饱水脱脂棉垫后即可轻易脱离彩绘层;PB72、SF016隔离层在宣纸完全湿润时通过镊子揭取方可脱离彩绘层,具有一定可再处理性。
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6)观察揭取或脱落后宣纸试块,未出现明显颜料粘附。明胶、桃胶试块对原颜料层隔离效果较好,未见颜料颗粒被宣纸带下(或为贴敷力不强所致);PB72、SF016试块有轻微颜料颗粒粘带,但并未造成颜料层脱落或明显脱色。
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为此,记录了隔离前及揭取后的各色块色度值(用L,a,b表示,各测量点测量三次取平均值)并计算色差表征脱色程度(用ΔE表示),结果见图10。结果显示:ΔE最大值为2.83,最小值为0.18;ΔE在0~0.5之间有5组,在0.5~1.5之间有18组,1.5~3.0之间有17组,其中数值大于2的有9组,总体来看4种材料揭取前后色度变化不显著,脱色不明显。根据色差值与物质颜色变化关系[18],4种材料实验区具有明显差异:“微量”变化在明胶实验区中分布最多,其余3种材料相差不大;“轻微”变化在PB72和SF016实验区分布较多,在明胶、桃胶实验区分布较少;“能感觉到”变化在桃胶实验区分布最多,PB72实验区分布最少,在SF016、明胶与PB72实验区相差不大。“微量”和“轻微”变化,在PB72实验区中分布最多,SF016、明胶次之,桃胶分布最少。
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图10 4种隔离材料揭取脱色情况色度表征结果图
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Fig.10 Chromatic results of decolouring after insulation layer uncovering
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结果表明:PB72揭取前后颜色变化最小,SF016与明胶揭取前后颜色变化较不明显,与PB72效果接近,桃胶隔离层揭取后色差改变较为明显。综合考虑贴敷力、易操作性、脱色程度、色差变化、可再处理性等因素,及砖体回潮时材料宜具有水溶性的要求,且隔离操作正值夏季,为获取较好的贴敷效果宜选溶剂挥发速度稍慢的隔离材料SF016水溶液为宜。操作时浓度选择2%~3%,采用先贴覆皮宣纸,后在表面涂胶、微渗透胶液粘贴的操作工艺,既可基本满足隔离层需求,又可兼顾可再处理。
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2.3 整体打包与搬迁保护
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2.3.1 彩绘层预处理
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1)彩绘层清理、加固。
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固型包裹后墓室将完全封闭一段时间,为降低彩绘层加固后产生霉变的风险,采用竹签、手术刀等工具机械清理表面附着物,对彩绘层均匀喷涂霉敌水溶液至干燥。清理过程中,采用与加固隔离层相同材料、低浓度SF016水溶液对脆弱彩绘层进行预加固处理,直至彩绘层表面洁净、颜料层稳定贴附于砖体表面(图11)。
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图11 颜料层表面清理、隔离
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Fig.11 Clearing and insulation of the pigment layer
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2)彩绘、砖雕隔离。
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贴敷宣纸隔离时,根据砖面大小、凸起将宣纸裁成不同形状、大小后,覆盖在彩绘层表面,毛笔蘸取适量SF016水溶液涂刷在宣纸表面,使加固材料微渗透于宣纸层,与砖体完全贴合。试剂用量尽可能少,提供足够的黏附力即可。表面凹凸不平处,用毛笔排出空气,确保砖体表面完全被宣纸贴合覆盖。
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2.3.2 砖室内部支撑加固
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为同时兼具强度和拆包时可再去除,砖室内空间采用兼具刚性、柔性支撑的“泡沫-龙骨”体系填充支撑(图12)。
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1)隔离缓冲层。
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平衡4壁厚度,在宣纸隔离层表面覆盖多层聚乙烯塑料泡沫板,再于泡沫板表面覆盖一层木工板,泡沫板与木工板组成支撑龙骨受力的西壁缓冲层。
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2)刚性支撑。
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选择3 cm×5 cm规格的方木,制作成每层50 cm×50 cm,层间间隔50 cm的6层网格支撑结构。固定龙骨位置时预留搬迁将产生的挤压形变空间,确保搬迁过程中不会因内部刚性过强而破坏墓葬结构,支撑时有意控制了龙骨与4壁之间支顶力,每层龙骨结构以:既能使龙骨与木工板接触、受一定挤压力和摩擦力保证龙骨原位稳定性,又保留龙骨与木工板间有微小缓冲为标准支撑。
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3)韧性支撑。
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在龙骨网格空间中逐次浇入聚氨酯发泡材料填充剩余空间,直至砖室墓上开口,提供韧性和挤压缓冲,使墓室内部形成统一整体。待聚氨酯发泡材料膨胀定型后进行表面修平、填补,用木工板对中空填充部分封顶。
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2.3.3 砖室外部适度去土及支撑加固
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为平衡4面墙体强度配重,确保西壁不再出现挤压、变形,并减轻固型包裹自重,去除外部土圹至32 cm时,始终保持四壁厚度基本相同。为避免西北角在底部分离时因震动塌陷、错位或外包裹土体掉落,底部分离方向必须且只得选择与缺损墙面垂直方向进行,并提供刚性支撑兜底加固(图13)。
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图12 砖室内部支撑加固
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Fig.12 Supporting and consolidation inside the tomb chamber
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图13 砖室外部加固
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Fig.13 Consolidation outside the tomb chamber
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具体操作如下:
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1)从砖室墓上沿开始,以20 cm为一个工作高度,由外向内逐层去除外包土,控制4壁的清理厚度尽可能保持一致。原始砖结构保存情况较好的,将土层去除至砖结构完全显露;原始砖结构保存情况较差或无砖结构保留之处,以保存较差的一侧厚度为基准,其余3面外包土的保留厚度与之保持一致。清理结构保存较差的部分时,4面同时由外向内以每5公分为工作进度逐层去除,任何一面或结构损坏处最先出现砖块移位或砖碎块等现象时立即停止,以此为准对其他位置进行清理,最终保证每个工作高度四壁厚度基本一致,最厚不超32cm。
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2)边清理边用石膏麻布包裹加固。每完成一个工作高度的清理,将粗麻袋布裁减成约宽20 cm、长60 cm麻布条,蘸取石膏浆液形成麻布绷带展平贴敷在清理后的外表面。由内向外共贴敷三层,每一圈贴敷完成后,从贴敷的初始位置起,错缝贴敷下一层,此时恰好第一层绷带逐块固化。每层绷带贴敷完成后,用剩余石膏将未挂住石膏浆液的布眼进行填充,最后一层绷带完成贴敷后,在表面完整涂抹一层石膏浆液,至表面恰好看不出麻布孔隙时为止。
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3)根据墓室尺寸、外形,将槽钢裁切成不同长度,使槽钢宽面尽可能紧贴石膏包裹层,将槽钢焊接为间隔50 cm的网格框架,固定石膏包裹并提供刚性支撑。因墓室外包土并未完全去除,为避免在底部分离时外包土出现松散、掉落、向外挤压石膏麻布层造成变形、失去加固效果的情况,将墓室四壁外的槽钢框架在网格的基础上制作成“米”字型,起到固型作用。最后将网格钢架结构下端与底部分离的槽钢联排焊接、固定。
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2.3.4 砖室底部分离
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固型打包时处于冬季,土台基受冻融作用影响,可能产生承重裂隙。在完成固型后需尽快在墓室结构底部形成一个刚性支撑,同时起到分离作用。待墓室内外固型工作完成后,经专业人员评估,墓室本体、外包土及加固支撑材料总重约25吨,分离所采用的钢材和结构要承受上述重量,宜在钢联排后再垂直间隔焊接工字钢,形成网格状底部支撑,且槽钢和工字钢连接处需点焊加固。
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为减少摩擦力,底部分离采用逐步替换法完成。墓室西墙的结构塌陷,只能以东西方向贯穿替换。以墓室东西墙中心为起点,探铲沿石膏包裹层下,从东西墙两侧同一位置,同时对向中间水平打孔。当打孔贯穿后,根据插入槽钢的宽度,对孔进行修平,将槽钢宽面紧贴墓底放入孔洞中。以此槽钢插入点为基准,采用同样的打孔方法向两侧逐一开孔插入槽钢,每根槽钢间尽可能紧贴,每插入一根槽钢将其与相邻槽钢并排焊接,直至最后槽钢连成一排,既支撑又达到底部分离的目的。
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在逐个替换槽钢的过程中,为减少槽钢受重力下压弯曲变形,在槽钢两侧露出部分下方垂直搭一根工字钢横梁,每隔50 cm在横梁下架设一个千斤顶,顶起横梁至槽钢保持水平。
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2.3.5 砖室底部加固
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根据包裹预估重量,在槽钢分离层下,与槽钢联排方向垂直,采用同样打孔方式,南北两侧同时打孔至贯穿后,每间隔45 cm插入承重能力更强的20#H型钢,并对与槽钢的每个接触点进行焊接。同时在每根H型钢跨度间,横向连接H型钢端头,使H型钢形成一个完整的网格底盘固定整个钢架结构,使所有钢架结构形成一个完整的整体(图14)。
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图14 底部加固与支撑
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Fig.14 Supporting and consolidation at the bottom of the tomb
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2.3.6 搬迁运输
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经物理模型计算及固型后专业人员评估,该墓室结构重心即位于中心,吊点应设置于钢架底盘两侧,焊接两根承重力更大的H型钢。综合考虑目前包裹重量、吊点位置、起吊车位置及臂杆工作半径,选用40#国标H型钢焊接在底座南北两侧,两端各伸出20公分,作为吊点。
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3 保护方法的思考与探讨
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1)砖结构的缺损部位固型以及在操作搬迁过程中的稳定性应是首要考虑因素,应充分评估并设计针对性的技术路线。结构缺损处通常在考古发掘时呈现暂时“稳定”状态,靠包裹土圹固定或现有结构塌陷搭接保持内应力,一旦抽取砖体或施加外力不均匀,必然造成“稳定”状态失衡,可能导致此处结构发生不可逆的破坏或缺失。此次保护在制定方案前,预估了可能使暂稳状态失衡的3个风险环节:本体内外加固平衡的作用力、底部分离过程中上抬撬动的作用力、吊装时向内挤压的作用力,为此尝试建立物理模型并计算评估外部土去留程度与质心稳定性、倾覆风险关系,确定了保留缺损土并去除外部土至32 cm的方式使缺损处所在的西壁保持整体性及墓室4面配重平衡,在起吊时重心即质心。墓室空间木龙骨网格刚性与发泡材料组合填充支撑确保具有对抗向内挤压力的同时具有一定空间来缓冲挤压力,底部分离方向选择与塌陷西壁平行,减少底切撬动力,吊装时另加H钢设吊点,减少起吊作用力直接作用于文物包裹本体。
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2)文物本体的隔离保护应兼顾后期再处理、展示,设计有关操作工艺、材料、效果的模拟筛选实验。本次工作中,为使彩绘层不再脱落,同时考虑隔离保护材料的再处理难易程度、封闭环境下隔离材料保护效果等,设计模拟实验时重点考量材料加固效果、筛选涂刷工艺、再揭取时脱色程度以及材料防霉性,尽可能确保筛选的材料可以减少对彩绘层的影响、提高再展示的工作可行性。
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3)在确保文物安全固型、搬迁保护的前提下,可对刚性加固材料进行组合优化,减轻包裹自重,减少再处理时工作难度,便于展示利用。本次工作中为减轻自重、增强缓冲效果,在内部四壁上覆3层塑料泡沫板并在龙骨空间填充发泡材料,外部刚性支撑缝隙中填充塑料泡沫块。钢材的承重力优化还有可再提升的空间,将在下次工作中进一步改进。
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4 结论
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1)本次搬迁保护引入质心偏移校正、砖壁倾覆风险分析物理模型、计算评估墓葬搬迁风险环节,指导实现缺损处保留外部包裹土固型,为搬迁保护方案提供数据支撑及科学依据;
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2)针对固型前颜料层隔离保护,设计开展模拟实验,完善搬迁保护技术路线,使保护方案具有针对性、适应性、可行性,兼顾后期可再处理、再展示工作;
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3)通过模拟实验、建模分析,使文物本体保护、搬迁过程实现科学量化,探索了有结构缺损但价值高、需整体保护的非完整性墓葬异地搬迁保护的规程化方法,可为后期同类型的其他保护工作提供参考。
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摘要
价值高、完整度好的墓葬越来越多选择整体搬迁保护。但在考古工作中,有结构缺损的非完整性但价值较高的墓葬不在少数。西安出土一座关中地区少见的、形制完整的宋金时期砖雕墓,尽管其结构局部缺损但研究价值高,是研究该时期墓葬形制、丧葬风俗的重要补充。为完整保留墓葬形制,兼顾再研究与展示,欲进行搬迁保护。保护前通过建立物理力学模型模拟墓室质心的偏移校正,并分析计算搬迁过程中砖壁的倾覆风险,确定了采取保留外部土圹固型、内部加固支撑的整体吊装搬迁方案;再根据理论计算出留土高度、通过模拟实验改进彩绘层隔离保护工艺,成功实现该墓葬的整体搬迁保护。本工作在文物搬迁保护中引入理论模型对缺损结构的量化评估,探究搬迁保护规程化方法,可为同类非完整性但价值较高的墓葬搬迁保护提供方法借鉴。
Abstract
Overall relocation has been selected for more and more undamaged high-value tombs. However, there are still a large number of incomplete (partial structural defects) but high-value tombs that need to be preserved. A rare Song-Jin carved-brick tomb, as an important supplement for the study on tomb types and burial customs in the Song and Jin Dynasties, was found in Xi’an, and relocation conservation was considered to take it as an example to explore the overall relocation conservation method for such structure-defected tombs. To keep the tomb structure, based on the physical modeling of centroid offset correction and wall overturning risk analysis, the center of mass and its influence during relocation was calculated, leading to the plan of keeping some soil outside and add fill inside. Then the width and height of the soil remaining outside was calculated based on modeling. Furthermore, before following the guide above, an experiment to select materials and techniques for painting layer protection was conducted, to ensure the successful overall relocation of the tomb. This overall relocation conservation is an attempt to utilize physical modeling to evaluate risks and give a scientific guide for ensuring the stability of structural defects in high-value tombs. It is also an exploration of the standardization of conservation methods for overall relocation of structure-defected tombs. This method could provide a reference for the conservation of other similar tombs.