王凯，崔龙雨，范一鸣
（1.亳州职业技术学院，安徽 亳州 236800；
2.亳州学院，安徽 亳州 236800）
曹操运兵道位于安徽省亳州市老城内，是中国现存最古老、保存最完整的地下大型军事设施。运兵道始建于东汉末年，唐宋时期多次修葺。整个地道经纬交织，纵横交错；
布局奥妙，变化多样；
立体分布，结构复杂；
规模宏伟，工程浩大。
目前已探明长度为8000余米，但由于大部分地段损坏严重，存在着较大的安全隐患，实际开放段仅600余米，供游客游览段仅400余米。
运兵道属于非常特殊的古建筑，深埋于地下，平均埋深度为6m，因此很难像普通古建筑一样进行维护、修缮。地下运兵道经受了几百年乃至上千年的风雨沧桑，我市古建筑保护团队于2020～2021年对运兵道的现状进行详细调查。通过现场调研发现，目前已开放段部分位置墙体出现裂缝、灰缝劣化、泛碱及青苔滋生等病害，严重影响古建筑的美观和安全，如果继续风化和破坏下去，对运兵道来说无疑是雪上加霜，加速破坏和蜕变。本文结合国内外古建筑修缮经验，综合分析运兵道结构特点及环境特点，提出了适合运兵道的修复方案，其结果可供文物保护单位在修复运兵道时作为参考。
运兵道已有千年的历史，具有非常重要的历史、文化和艺术价值。运兵道的修复工作非常重要，采用的修复工艺不仅要保证坚固和修旧如旧之外，还应该具有经济性、实用性、便捷性等特点[1]。对运兵道的加固与修复应遵循的基本原则，总结为以下四点。
2.1 安全
由于运兵道处于地下，很多病害与安全隐患都难以发现，修复后要保证运兵道在运营过程中的安全性，保证运兵道满足强度、刚度以及稳定性的要求，使其在正常的工作条件下，不发生破坏、不发生过大的变形，能保证自身的稳定性。
2.2 美观
美观就是不改变运兵道的最初风貌，尽量体现出建筑物本身的文化、创造性及艺术性，简单地说就是修旧如旧。
2.3 耐久
耐久就是尽量延长运兵道的寿命，这样才能把古人的创作留给后人，把古人的智慧结晶代代相传，让中华文化源远流长。
2.4 经济
首先要分析运兵道的文化价值，还要综合分析具体病害的维修成本，以及修复后的维护成本。
运兵道的病害形式有很多，例如泛碱、青苔、压裂、屈曲、倾斜甚至倾覆，不同的病害形式对应着不同的病害程度，其修复方法也不一样。根据罗马修复中心发表的修复准则，按破坏程度可将修复方法分为七种不同级别[2～3]（图1）。本文只讨论“复原”及以下级别的修复方法，至于复制、重建与再利用级别的修复方法，由于工程复杂，且受地方环境、经济和政策的影响，很难应用于实际修复。
图1 罗马修复中心七级修复方式
3.1 墙体裂缝
墙体裂缝是砖砌体结构上常见的病害，通常由地基不均匀沉降、局部应力过大而引起。墙体裂缝主要有竖向裂缝、横向裂缝及斜向裂缝三种表现形式。竖向裂缝是由局部荷载过大或湿度、温度引起的变形被限制，导致局部应力过大，超过了墙体材料的强度而出现裂缝，在墙体的角隅处多见。横向裂缝表现为沿砌体通缝截面开裂，横向裂缝的产生是由于水平荷载过大，导致墙体剪应力、弯拉应力达到极限而开裂，一般在挡土墙上比较常见。斜向裂缝表现为沿阶梯形截面开裂，通常是由于地基不均匀沉降引起[4]。
修补墙体裂缝首先要分析其产生原因，分析裂缝对结构承载力的影响，观察裂缝是否会扩张，针对不同情况采取相应措施。运兵道顶部为拱结构，拱结构的内力以压力为主，拱顶不易开裂。两侧竖直墙相当于挡土墙，其内力比较复杂，裂缝多出现在两侧竖直墙体上。运兵道基础比较稳定，在周围土荷载的作用下，竖向裂缝比较常见（图2）。
图2 运兵道墙体竖向裂缝
在砌体结构中，裂缝不仅影响结构承载能力，而且影响结构的美观。在裂缝修复过程中，判断裂缝是否继续扩张是非常重要的，扩张的裂缝称为活动裂缝，不扩张的裂缝称为静止裂缝。判断裂缝是否扩张，最简单的方法是在裂缝上打石膏带，然后在上面标上日期，如果裂缝是静止的，石膏带将长期保持不裂。反之，石膏带将会开裂。也可用测缝仪对裂缝进行定期持续观测。
目前，对于砖材裂缝比较常用的修复方法有两种，根据裂缝的大小可采用“表面封闭法”或“灌浆法”。
表面封闭修补是针对砖材裂缝较小的情况，以满足墙面的外观和结构的耐久性。具体工艺如下，首先将裂缝表面的尘土以及松散的物质清除掉，然后对裂缝周边进行清洗，等裂缝周边干燥之后，在其表面均匀涂抹水泥浆或环氧树脂胶[5]。该工艺操作简单，能够满足一定的视觉效果，防止劣化继续发生，但破坏了建筑的真实性，可识别性较差。
当裂缝较大时，可能对整个墙体的承载造成不利影响，通常采用灌浆修补方法。首先对裂缝表面进行清洗处理，预埋灌浆嘴，对裂缝进行密封处理，确保密封性没有问题后，使用手动注入枪进行灌浆，凝固后做好清理等修整工作，浆料一般选用水泥砂浆、环氧树脂砂浆等，根据裂缝性质以及宽度大小，采用与之相对应的灌浆材料，具体流程如图3所示。该方法对于活动裂缝能够防止劣化继续发生，但如果使用环氧树脂胶修复，对于文物是不可逆的过程。
图3 墙体灰缝劣化
图3 墙体裂缝分类及修补方法
3.2 灰缝劣化
砌体结构的灰缝非常重要，通常占墙面面积的20%～30%，灰缝不仅起到粘结砌块的作用，而且还可以传递砌块之间的压力和剪力，使得砌块形成整体共同工作。在砌筑墙体时，工人会将灰缝砌筑得比较饱满，这样才能保证砌块之间均匀受力。墙体砌筑之后，灰浆完全凝固前，还要对灰缝进行修整，通常称为“勾缝”，勾缝的目的是让墙体的灰缝表面一致，增加墙体的美观。
灰缝劣化是由于潮湿侵袭或者风化的作用，使灰浆的粘结性下降，进而灰缝粉化、破损、脱落等。灰缝不饱满，导致砌块受力不均匀，引起应力集中，砌块就会出现裂缝，影响砌体结构的承载能力。
运兵道灰缝所用灰浆为糯米三合土，与现代水泥砂浆相比不够稳定，受外界因素干扰大。地下与运兵道处于地面以下3m～7m处，雨季时会受到地下水的侵袭，灰缝会灰化流失。旱季时灰缝会龟裂，在外界动荷载作用下（例如车辆荷载），龟裂后的灰缝会自然脱落。随着时间积累，灰缝不饱满，严重影响结构的强度。
针对运兵道灰缝修复的方法有“重嵌”和“压浆”，灰浆由石灰、细沙、黏土、水泥等添加剂按一定比例配制[6]。为保证新旧砂浆的兼容性，需遵循颜色、质地以及施工工艺，应与原始灰浆相对应。
如果墙体局部灰缝被严重侵蚀或者质地松软易碎，就需要重嵌灰缝。首先，采用手工工具剔去一定深度尚未损坏或劣化灰缝，使用工具置入砖缝新砂浆，将填补的砂浆层层压实，对砂浆进行勾缝处理，定期养护，重塑原始灰缝的形貌。
压浆针对的是运兵道内大面积墙体灰缝劣化的修补，由于运兵道墙体一侧是围岩，可采用压力灌浆工具满墙灌浆填缝，灌浆工具可以使用自动压力灌浆器、手动注入枪或灰浆泵机器等设备，灰缝填满后，对灰缝进行勾缝及养护处理。
3.3 泛碱
泛碱又称白华、反碱、泛霜、泛白、析白、起霜，是古建筑最常见的病害之一，表现为构筑物表面附有一层白色或灰褐色的物质，其主要成分是可溶性盐，在不同材料的构筑物上泛碱的成分不尽相同，环境因素差异也会使泛碱的成分产生差异。受温度、湿度等外部环境的影响，在吸收水分、水分迁移、水分蒸发过程中，随着物理、化学变化的发生而使原建筑砌块破坏，破坏的程度也有很大的差异，常见的有返潮、起泡、粉化、起鼓、开裂、剥落、发霉、结晶等现象[7]。
图4 墙体泛碱
泛碱不仅影响砖墙的美观，而且长期的干湿循环过程中对砖砌块体会进一步产生破坏。对于运兵道，墙体砌块中和围岩土体中带有大量盐类物质，雨季环境潮湿，盐类物质溶解并析出砌体表面，干燥时在表面结晶产生絮状粉末。当湿度再次升高时，通过离子扩散和毛细现象，这些可溶于水的盐类会渗透到砖的孔隙、裂缝中，水分再次蒸发后，盐类物质再次结晶。结晶后体积膨胀而产生压力，长期的干湿循环使盐类不断往返于砖体内部与表面，从而引起砌块开裂或崩裂。长期的后果表现为砖体的脱皮和毛细裂缝扩大，砌块的强度降低。
图5 墙体青苔滋生
为了了解运兵道墙壁泛碱的主要物质成分，在砖墙泛碱处取样，经研磨，混匀后采用化学方法进行分析。结果表明，砖墙表面泛碱物质的主要成分有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-、CO32-、Cl-等离子，其中Na+、Ca2+、SO42-含量较高。
受运兵道周围环境影响，墙体泛碱很难预防，只能通过有效手段定期去除，常用的墙体除碱法有水洗法、喷砂法、化学试剂清洗法等[8]。但是运兵道处于地下，空间相对密闭、狭小，不利于排水、排污，可采用人工刮除，然后使用土工布敷贴的方法去除。
该方法比较复杂，其工作原理相对简单些，且不会对墙体造成伤害。首先，工人使用工具刮除大部分碱块，然后用去离子水浸泡土工布，再将土工布敷在墙体表面，墙体中的盐分会溶解，渗透进入土工布中，这样便将盐碱物质去除，而且不会受运兵道内环境的影响。
3.4 青苔
青苔是绿藻和细菌、真菌的共生体，温暖湿润、微弱光照、空气流通的环境下容易导致青苔的孳生。绿藻作为真菌、细菌的载体构成了青苔。青苔不仅在文物建筑表面形成色斑，严重影响墙体的美观，而且还会使砌体发生生物风化和物理风化。生物风化主要是由微生物的酸解作用和络解作用引起的，会使得砌体结构表面粉化。物理风化主要是砌块毛细裂缝中的藻类植物引起的，裂缝中的藻类植物生长繁殖，导致裂隙加剧扩大，影响砌块的强度[9]。
由于青苔的环境适应能力强，很难消灭，因此控制青苔的生长，需要了解影响绿藻的生长因素。
3.4.1 光照
光是植物体光合作用必不可少的条件，作为低等植物体，光照对绿藻的生长有着至关重要的作用。在运兵道内，开放区域的照明为绿藻提供了光照，因此青苔一般出现在旅游开放区域，另外地下运兵道每天接待大量游客，高浓度的二氧化碳为青苔的光合作用提供了原材料。
3.4.2 温湿度
温度对细胞内酶的活性有直接的影响，进而影响着绿藻的生长速度。研究表明，绿藻对温度有较高的适应范围，在30℃范围内，细胞数量均有不同程度的增加，在20℃时细胞增加速率最大，绿藻生长速度最快。地下运兵道内温度常年处于5℃～15℃，地下道内渗水、潮湿的环境，为青苔的生长提供了温度和湿度的条件，在运兵道里可以发现，渗水的区域青苔比较明显。
3.4.3 PH值
环境PH值也是绿藻的一个重要生长因子，绿藻的光合作用对PH值非常敏感，PH值对绿藻细胞内酶的活性有着重要影响。运兵道周围的地表水掺杂着少量的生活污水，为青苔的生长提供了合适的酸碱环境，同时污水中的氮、磷元素正是绿藻生长所需要的养分。
根据以上三点分析，运兵道为青苔提供了适宜的生长环境，因此运兵道内有大量青苔繁殖。
青苔的生长是可以预防的，可以通过调节以上三点因素，来抑制青苔的生长。例如光照的强弱以及光照时间的长短决定了绿藻细胞内光合作用的效率，不同色谱的光照对绿藻光合作用影响不同。因此，改变运兵道内照明的光照强度和光谱可以控制青苔的生长，也可在青苔表面涂抹化学物质改变PH值或直接杀死青苔。
去除运兵道内的青苔有很多方法，例如人工刮除、高压蒸汽、敷剂法等。青苔去除后，可采用表层涂抹渗透结晶透明保护膜技术，增强砌体表层密实性，并在表面形成闭合保护膜，保护膜具有很好的弹性、基层粘结性、优良的透气性能、良好持久的物理稳定性和化学防水防腐性能，而且透明状能真实反映原来视觉需求的光泽度和质感，并能长期保持古建筑的原始风貌。
图6 青苔治理流程图
本文以曹操地下运兵道的保护与修复为研究对象，结合运兵道的特点，提出了针对运兵道修复的基本原则。通过查阅文献资料以及实地调研，归纳了病害类型，对病害原因进行了深入分析，为运兵道病害修复与预防提供了依据。参考了国内外大量古建筑修复相关经验和案例，总结了优秀的古建筑修复工艺工法。考虑到地下运兵道处于地下，周围环境复杂，其病害特点与地上文物建筑有所不同。另外，受空间、排污、排水限制，维修的难度也有所提高。结合前人经验和地下运兵道所处环境特点，提出一些具有创新性的修复措施，其中的措施方法也能应用于砌体挡土墙。
①运兵道内墙体裂缝大多为竖向裂缝，小裂缝采用“表面封闭法”修补，大裂缝采用“灌浆法”修补。
②墙体灰缝劣化是运兵道内最严重的病害，根据灰缝劣化分布面积大小，可以采用“重嵌法”或“压浆法”填补。
③泛碱是古建筑最常见的病害之一，受运兵道内环境影响，对于运兵道内的泛碱问题，只能采用人工刮除，然后采用“土工布敷贴法”去除。
④对于运兵道内青苔的治理，可以采用药物杀死或人工刮除，后期通过改变照明、改变PH值或表层涂抹渗透结晶透明保护膜预防。
猜你喜欢 砌块砌体青苔 砌体结构历史建筑保护在抗震改造工程中的难点分析建材发展导向(2022年14期)2022-08-19砌块路面设计要素及机理介绍交通科技与管理(2022年9期)2022-05-24蒸压加气混凝土砌体工程质量技术分析建材发展导向(2022年6期)2022-04-18砌体墙上安装摩擦型阻尼器施工技术探讨建材发展导向(2022年5期)2022-04-18房屋建筑中砖砌体施工技术分析建材发展导向(2021年22期)2022-01-18青苔之美思维与智慧·上半月(2020年8期)2020-08-09青苔小巷中的情书文苑(2018年22期)2018-11-19雨天诗潮(2018年1期)2018-04-25一种便于搭砌的挡土墙砌块科技资讯(2016年5期)2016-08-13青苔的生命岁月(2014年9期)2014-11-19