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宁波望京门城墙遗址“黑屋+隔水+控湿”的保护工程策略

编辑:人文学院 时间:2023年05月25日 访问次数:10



1潮湿环境土遗址原址保护的困难

三十多年来,对潮湿环境土遗址的保护尽管已有过大量的研究和实践,但至今仍然是十分困难的课题,尤其在我国南方多雨区域。

困难1我国南方气温适中,四季分明,光照充足,雨量丰沛,适合大多数乔木、灌木、地被(含草本、苔藓、地衣等)的生长。土遗址本体上往往植物十分茂盛,其根系导致土遗址破坏,且很难根除。

困难2丰沛的雨量导致地下水位高、土壤潮湿松软、低洼处积水,土遗址边坡垮塌、泥土流失。在这样的自然环境下,野外土遗址很难长久保存。

困难3为避免土遗址受雨水冲刷,最简单的办法是建立保护棚罩。在保护棚环境下,大气降水被隔断,但是遗址本体中水的蒸发仍然继续,水分不断向上单向迁移,导致遗址土体收缩开裂和表面析盐,可溶盐的反复结晶又造成遗址表层粉化。

困难4为防止遗址开裂和粉化,一般都认为可采用各种化学材料进行渗透加固。但是,化学加固后的土体与未加固的土体在物理性能(热膨胀率、湿膨胀率)上很难匹配,往往导致在环境湿度和温度变化时产生界面应力,使加固层剥离。


2 工程策略

2.1 “黑屋”策略

绿色植物的生长离不开光合作用,利用太阳光能将水和二氧化碳合成为碳水化合物同时释放出氧气,这里光能是必要条件。在潮湿温暖的土体上,只要阳光能照射到,土遗址表面的绿色生物就生长茂盛,即使在保护建筑内的阳光照射区。使用玻璃罩阻挡紫外线后,植物也照样生长。

借鉴来自杭州萧山跨湖桥遗址博物馆,因遗址处于水下6米,防水围堰和保护建筑隔绝了阳光,即,监测发现“黑屋”是抑制绿色生物生长的有效方法。

2.2 “隔水”策略

避免土遗址受大气降水、地下水浸泡和边坡渗水的工程策略主要有:1)建立遗址保护棚;2)铺设防渗毯;3)构建防渗墙(防水围堰)。

这些都是比较成熟的工程措施。但是,应用于大型土遗址保护仍然面临许多困难,尤其是防渗墙。因遗址不可再生,为避免扰动遗址、破坏遗址的完整性和原真性,水文勘探和工程作业的范围受到很大限制;另外大片土遗址区域地下情况往往非常复杂,一般水文勘探的理论、技术、或资金难以完全满足保护需要。

2.3 “控湿”策略

考古人保护土遗址的简单办法是回填。埋在土中,土遗址就能够保存在比较稳定的湿度环境中,但也失去了展示的价值。一种替代方式是采用全封闭的玻璃保护罩。该方法可以保湿,防止灰尘和其他污染物袭扰。例如陕西汉阳陵俑坑遗址的玻璃罩,加热玻璃能避免玻璃上的冷凝水雾,不影响观众的视觉效果。但是,由于遗址水分的蒸发,局部仍有裂隙和析盐泛白的现象发生。

保持土体含水率稳定是维持潮湿地区土遗址稳定的重要途径。浙江大学文物保护材料实验室在杭州萧山跨湖桥遗址博物馆的土遗址上进行了一系列实验研究,发现高于土体温度10℃左右的蒸汽(高湿度气体),可以自动在较冷的土体表层和内部冷凝,形成液态水,可做到“补水于无形”,同时所补水量可以比较准确地预测和控制。


3 望京门城墙遗址保护的工程实践

20199月,经多轮专家论证与意见征询,浙江大学文物保护材料实验室团队编制的《宁波望京门城墙遗址公园原址保护设计原则研究报告》被确定实施。

该遗址保护的基本思想是:不使用任何化学材料加固,而采用“黑屋+隔水+控湿”的保护策略,基本措施包括:

1)在遗址公园(约1.2万平米)区域周边建立地下止水帷幕,形成封闭的防水体系,控制周边水源,确保遗址土体内无显水渗流。

2)构建遮蔽阳光的保护大厅,抑制绿色生物生长。

3)对揭示区域(长18米、宽16.5米)使用加热玻璃罩封闭,使土遗址揭示区域环境接近填埋状态,保持空气湿度稳定。

4)采用主动气相适时补水,使遗址区空气湿度和土体含水率维持稳定。

5) 建立监控体系,随时了解和控制遗址区湿度(控湿不控温)。

1 宁波望京门城墙遗址公园地下止水帷幕建设工地

  20214月,遗址保护建筑(遗址馆)完成主体框架建设(图2)。

2 遗址保护建筑(遗址馆)完成主体框架建设


20218月,由宁波财经学院人文学院开始指导实施玻璃罩内喷雾系统和监测控制系统的建设施工。

3 电加热玻璃罩内的望京门城墙遗址


202112月,望京门城墙遗址公园工程正式完工。到目前城墙遗址展示已接近2年,状况基本稳定。

4 望京门城墙遗址公园全景俯瞰


4 结论

望京门城墙遗址保护工程是一项探索性工程,它完全摒弃了过去采用化学材料加固土遗址的做法,通过建设止水帷幕控制周边水源;使用遮光保护厅抑制绿色生物生长;使用加热玻璃罩封闭遗址小环境;采用气相补水保持土体含水率稳定;安装系列监测探头感知遗址状况和调控保护措施等等。这种新的集成“黑屋+隔水+控湿”的保护策略是国内土遗址保护的首次尝试,尽管在工程实施过程中遇到了许多困难和新问题,经过设计、施工和后期管理人员的共同努力,目前已初步实现了基本目标,期望为南方潮湿环境脆弱土遗址的保护提供借鉴。

参考文献

[1] 张秉坚,周环,王旭东,潮湿环境的定量判别初探——以杭州良渚遗址为例[J],敦煌研究,20101246):104-108

[2] 周环,张秉坚,陈港泉等,潮湿环境下古代土遗址的原位保护加固研究[J],岩土力学,2008,29(4):954-962

[3] 徐燕祎,王思嘉,张秉坚等, 遗址博物馆土遗址病害调查与成因分析[J], 文物保护与考古科学,201830(1)5362

[4] 王永进周伟强党小娟,汉阳陵地下博物馆遗址表面硫酸钙(CaSO4·2H2O)形成原因探析[J],文物保护与考古科学,2016284):26-30

[5] 王思嘉,张秉坚,吴健,室内土遗址气-液相变补水的可行性研究—以杭州萧山跨湖桥遗址博物馆为例,文物保护与考古科学,201931(3):16-25

[6] 张秉坚,林国聪,潮湿环境土遗址“气相补水-湿法保护”的尝试-----宁波望京门城墙遗址的保护策略和工程实践,石窟与土遗址保护研究,创刊号,20223月,

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