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[摘 要]嘉峪关关城出现的地基不均匀沉降对嘉峪关关城整体的保护已经造成了相当大的影响。如何科学的监测和保护关城已经提上工作日程。本文就地基不均匀沉降病害入手，通过观察、讨论、分析得到造成病害的可能原因，并基于分析提出监测工作中应当注意的事项和以后工作中的设想，为今后更好的开展监测工作拓展思路。
[关键词]不均匀沉降、病害分析、文物监测
中图分类号：TU973+.16 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0075-01
一、嘉峪关简介
嘉峪关地处河西走廊中段，嘉峪关市西5公里的嘉峪塬上，南接祁连山，北靠黑山。嘉峪关所在区域为温带大陆性荒漠气候，夏季日照时间长且阳光强烈，冬季寒冷干燥，降水稀少蒸发快，昼夜温差大，常年盛行西北风。
嘉峪关关城坐东向西，形状略呈长方形，周长为1107米，有内城、罗城、瓮城、外城、城壕、墩台、以及硬山顶式、歇山顶式、悬山顶式木构建筑组成。内城墙体多为黄土分段分层夯筑而成；外城城墙则使用黄土夯筑；罗城以及三座城台使用花岗岩石条做基，墙体内部为黄土夯筑，外部则使用青砖垒砌而成。
嘉峪关自明洪武五年（1372年）初建，距今已经有六百多年的历史。这座蔚为壮观的土体建筑经历了风风雨雨还能保存完好已经实属不易，在承载着历史和文明跌跌绊绊走到今天的同时，我们也看到了岁月留在这座古老遗迹身上的印记。作为文物保护工作者的首要就是保护和修缮文物，并在此基础上钻研出科学合理的保护方法。结合现代保护思想和高科技技术，形成一套由文物保护核心思想为中心，以现代技术分析方法为导向的科学合理的分析方法和应对措施。为更好的科学合理的保护文物作出应有的贡献。
二、不均匀沉降
2.1 病害分布
此类病害集中分布在罗城，现就罗城北箭楼楼台南侧不均匀沉降为例分析。从现场的观察可以清楚的看到北箭楼处的沉降，从罗城的剖面来看呈现“凹”状，使用钢卷尺测量，量得沉陷的最大距离为5cm，北箭楼的砖体已出现明显错位，在墙体的两侧甚至出现与水平呈45？的裂缝，墙体的裂缝较大，最宽处为2cm，裂缝长达35cm，可以清晰的看到内部的结构，墙体损坏严重。
2.2 沉降原因
2.2.1 材料性质
北箭楼位于罗城的北端。北箭楼楼台建筑材料主要为黄土和石灰，按照黄土七成，石灰三成的配比混合，石灰在拌合的过程中缓慢的与水、二氧化碳等物质作用，在微环境下形成胶体，提高土体的胶结力，其中还要加入丝麻、秸秆等以增强土的粘结力，类似于现在建筑中钢筋的作用。黄土的特殊性质决定了在降雨等有水参与的气象条件下易出现掏蚀的现象。砖为普通粘土烧制，粘土的选用均采用本地粘土。罗城作为嘉峪关的一道屏障，军事作用极其突出，明代修筑时采用砖包土的筑墙方式，外层均采用青砖垒砌，增强墙体的军事防御能力。青砖在雨雪的长时间作用下易酥碱，出现承载力下降的现象。石料多采自嘉峪关本地磨子沟采石场，石料为花岗岩，用于铺就城墙墙基。粘结材料大多采用石灰，在石灰中又加入桐油、糯米汁等有机材料，这些添加剂的使用促进了古代砖砌建筑的发展。嘉峪关砖墙砌筑采用的粘结材料为生石灰掺合糯米汁。
2.2.2 地基土质软弱
建筑物基础下端土体软弱，上部荷载均匀的坐落在此种地基上，地基承载力无法支撑上部建筑，易出现不均匀沉降。但从图片可以清晰看出，不均匀沉降的形状为“凹”型，若为地基土质软弱应出现向一侧倾斜的现象，再者嘉峪关本地地质条件良好，为优良的卵石层，地基承载力良好，不大可能是地基土质软弱造成。
2.2.3 地基土质含水量变化
嘉峪关东南侧有上世纪五十年代建造的数个酒钢机井，常年抽取地下水。本世纪初，随着工农业生产步伐的加快，嘉峪关周边的地下水采集越来越多，地下水位不断下降，关城东南侧的九眼泉湖目前也主要靠人工注水来维持正常水位。位于关城景区南侧的数口酒钢机井不断采集水源直接影响到了景区整体的地下水位。但笔者认为地下水位的下降是有一定影响的，不过还无法对北箭楼的沉降作出合理的解释，如果地下水位整体下降，那关城整体建筑都有可能出现不同规模的沉降，不会集中在北箭楼而且还表现的如此剧烈。
2.2.4 地基基础施工不当
古人在施工的时候压实密度不够，没有做到真正的夯实黄土，使得土颗粒和颗粒之间还留有间隙，在修筑城墙时，上端荷载逐渐累积，不断对下端夯土挤压，承载力不足，夯土挤出的空间累积到上端形成缝隙，导致沉降过大，是最终在北箭楼这段呈现出点状病害分布的原因。
2.2.5 其他原因
嘉峪关夏秋两季不时会发生暴雨，雨水也是造成不均匀沉降的间接因素。在黄土未能夯实的基础上，墙体多处开裂，雨水渗入墙体内部，与土壤中的可溶盐形成作用，可溶盐溶解进入雨水渗入地下，夯土不断出现微小孔隙，加之上端荷载不变，持续削弱地基承载力，成年累月加剧了不均匀沉降病害的发展，最终形成了现在沉降值多达5cm的严重病害。
三、结合监测工作的一点想法
不均匀沉降是嘉峪关关城的典型病害。不均匀沉降病害的发生，从目前分析来看很大原因归咎于古人施工中的偷工减料，敷衍工程质量，人为因素所占比重更多。现就不均匀沉降简单谈谈在监测工作中的所思所想。
按照《中国世界文化遗产监测巡视管理办法》，国家对文化遗产监测分为日常监测、定期检测、反应性监测三类。结合不均匀沉降我认为监测工作可以从上面三个方面入手：
1.日常监测。嘉峪关关城不均匀沉降是点状分布的病害。在嘉峪关本地并不具有典型性。经过上文分析出现病害存在一定的偶然性和特殊性，因此在做日常监测时需要结合多点位移计做好数据记录的采集。通过数据的收集和分析，动态的掌握北箭楼不均匀沉降的信息，为以后的决策提供数据支持。
2.定期监测。间隔一季或半年对北箭楼做一次系统的数据采集和对比分析。定期监测可以动用便携式设备全面采集数据，采集数据的多样化能够全面反应此时间周期内北箭楼的沉降变化。在收集若干周期内的数据后纵向对比，客观的评估北箭楼在修缮后的修缮效果。
3.反应性监测。反应性监测指的是在大风雨雪、地震、施工中或突发的状况下出现的文物损毁的情况，利用便携式设备和固定监测设备采集数据。可根据灾害的程度更改固定设备的监测频率，同时对比突发状态下前后数据，分析此条件下对北箭楼造成的影响。与此同时激活监测预警平台，对可能出现的危险情况做及时处理。
参考资料
[1] 张晓东、张斌：《嘉峪关关城现状及病害分析研究》.
[2] 张晓东：《嘉峪关城防研究》.
[3] 刘卉：《关于地基不均匀沉降的成因与防治措施分析》.
[4] 邓晓宇：《中国世界自然遗产监测指标体系构建与应用研究》.
[5] 郭宏：《论文物保护科学研究的内容与方法》.
[关键词]不均匀沉降、病害分析、文物监测
中图分类号：TU973+.16 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0075-01
一、嘉峪关简介
嘉峪关地处河西走廊中段，嘉峪关市西5公里的嘉峪塬上，南接祁连山，北靠黑山。嘉峪关所在区域为温带大陆性荒漠气候，夏季日照时间长且阳光强烈，冬季寒冷干燥，降水稀少蒸发快，昼夜温差大，常年盛行西北风。
嘉峪关关城坐东向西，形状略呈长方形，周长为1107米，有内城、罗城、瓮城、外城、城壕、墩台、以及硬山顶式、歇山顶式、悬山顶式木构建筑组成。内城墙体多为黄土分段分层夯筑而成；外城城墙则使用黄土夯筑；罗城以及三座城台使用花岗岩石条做基，墙体内部为黄土夯筑，外部则使用青砖垒砌而成。
嘉峪关自明洪武五年（1372年）初建，距今已经有六百多年的历史。这座蔚为壮观的土体建筑经历了风风雨雨还能保存完好已经实属不易，在承载着历史和文明跌跌绊绊走到今天的同时，我们也看到了岁月留在这座古老遗迹身上的印记。作为文物保护工作者的首要就是保护和修缮文物，并在此基础上钻研出科学合理的保护方法。结合现代保护思想和高科技技术，形成一套由文物保护核心思想为中心，以现代技术分析方法为导向的科学合理的分析方法和应对措施。为更好的科学合理的保护文物作出应有的贡献。
二、不均匀沉降
2.1 病害分布
此类病害集中分布在罗城，现就罗城北箭楼楼台南侧不均匀沉降为例分析。从现场的观察可以清楚的看到北箭楼处的沉降，从罗城的剖面来看呈现“凹”状，使用钢卷尺测量，量得沉陷的最大距离为5cm，北箭楼的砖体已出现明显错位，在墙体的两侧甚至出现与水平呈45？的裂缝，墙体的裂缝较大，最宽处为2cm，裂缝长达35cm，可以清晰的看到内部的结构，墙体损坏严重。
2.2 沉降原因
2.2.1 材料性质
北箭楼位于罗城的北端。北箭楼楼台建筑材料主要为黄土和石灰，按照黄土七成，石灰三成的配比混合，石灰在拌合的过程中缓慢的与水、二氧化碳等物质作用，在微环境下形成胶体，提高土体的胶结力，其中还要加入丝麻、秸秆等以增强土的粘结力，类似于现在建筑中钢筋的作用。黄土的特殊性质决定了在降雨等有水参与的气象条件下易出现掏蚀的现象。砖为普通粘土烧制，粘土的选用均采用本地粘土。罗城作为嘉峪关的一道屏障，军事作用极其突出，明代修筑时采用砖包土的筑墙方式，外层均采用青砖垒砌，增强墙体的军事防御能力。青砖在雨雪的长时间作用下易酥碱，出现承载力下降的现象。石料多采自嘉峪关本地磨子沟采石场，石料为花岗岩，用于铺就城墙墙基。粘结材料大多采用石灰，在石灰中又加入桐油、糯米汁等有机材料，这些添加剂的使用促进了古代砖砌建筑的发展。嘉峪关砖墙砌筑采用的粘结材料为生石灰掺合糯米汁。
2.2.2 地基土质软弱
建筑物基础下端土体软弱，上部荷载均匀的坐落在此种地基上，地基承载力无法支撑上部建筑，易出现不均匀沉降。但从图片可以清晰看出，不均匀沉降的形状为“凹”型，若为地基土质软弱应出现向一侧倾斜的现象，再者嘉峪关本地地质条件良好，为优良的卵石层，地基承载力良好，不大可能是地基土质软弱造成。
2.2.3 地基土质含水量变化
嘉峪关东南侧有上世纪五十年代建造的数个酒钢机井，常年抽取地下水。本世纪初，随着工农业生产步伐的加快，嘉峪关周边的地下水采集越来越多，地下水位不断下降，关城东南侧的九眼泉湖目前也主要靠人工注水来维持正常水位。位于关城景区南侧的数口酒钢机井不断采集水源直接影响到了景区整体的地下水位。但笔者认为地下水位的下降是有一定影响的，不过还无法对北箭楼的沉降作出合理的解释，如果地下水位整体下降，那关城整体建筑都有可能出现不同规模的沉降，不会集中在北箭楼而且还表现的如此剧烈。
2.2.4 地基基础施工不当
古人在施工的时候压实密度不够，没有做到真正的夯实黄土，使得土颗粒和颗粒之间还留有间隙，在修筑城墙时，上端荷载逐渐累积，不断对下端夯土挤压，承载力不足，夯土挤出的空间累积到上端形成缝隙，导致沉降过大，是最终在北箭楼这段呈现出点状病害分布的原因。
2.2.5 其他原因
嘉峪关夏秋两季不时会发生暴雨，雨水也是造成不均匀沉降的间接因素。在黄土未能夯实的基础上，墙体多处开裂，雨水渗入墙体内部，与土壤中的可溶盐形成作用，可溶盐溶解进入雨水渗入地下，夯土不断出现微小孔隙，加之上端荷载不变，持续削弱地基承载力，成年累月加剧了不均匀沉降病害的发展，最终形成了现在沉降值多达5cm的严重病害。
三、结合监测工作的一点想法
不均匀沉降是嘉峪关关城的典型病害。不均匀沉降病害的发生，从目前分析来看很大原因归咎于古人施工中的偷工减料，敷衍工程质量，人为因素所占比重更多。现就不均匀沉降简单谈谈在监测工作中的所思所想。
按照《中国世界文化遗产监测巡视管理办法》，国家对文化遗产监测分为日常监测、定期检测、反应性监测三类。结合不均匀沉降我认为监测工作可以从上面三个方面入手：
1.日常监测。嘉峪关关城不均匀沉降是点状分布的病害。在嘉峪关本地并不具有典型性。经过上文分析出现病害存在一定的偶然性和特殊性，因此在做日常监测时需要结合多点位移计做好数据记录的采集。通过数据的收集和分析，动态的掌握北箭楼不均匀沉降的信息，为以后的决策提供数据支持。
2.定期监测。间隔一季或半年对北箭楼做一次系统的数据采集和对比分析。定期监测可以动用便携式设备全面采集数据，采集数据的多样化能够全面反应此时间周期内北箭楼的沉降变化。在收集若干周期内的数据后纵向对比，客观的评估北箭楼在修缮后的修缮效果。
3.反应性监测。反应性监测指的是在大风雨雪、地震、施工中或突发的状况下出现的文物损毁的情况，利用便携式设备和固定监测设备采集数据。可根据灾害的程度更改固定设备的监测频率，同时对比突发状态下前后数据，分析此条件下对北箭楼造成的影响。与此同时激活监测预警平台，对可能出现的危险情况做及时处理。
参考资料
[1] 张晓东、张斌：《嘉峪关关城现状及病害分析研究》.
[2] 张晓东：《嘉峪关城防研究》.
[3] 刘卉：《关于地基不均匀沉降的成因与防治措施分析》.
[4] 邓晓宇：《中国世界自然遗产监测指标体系构建与应用研究》.
[5] 郭宏：《论文物保护科学研究的内容与方法》.