理论教育 砖石古塔基础处理方式-融古汇今

砖石古塔基础处理方式-融古汇今

时间:2023-08-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:眉县的净光寺塔也基本是这样,地基很简单,基本没有做处理。林您说唐塔基础处理得很简单除了挖深很浅还有什么?|陈从现有资料看,小雁塔地基处理深度在现有地面下2米左右,塔中部地宫在这个高度之上。林也就是说唐代塔基的处理没有一个很规范的或者标准化的作法。旬邑的泰塔6也是宋塔,关于泰塔的地基处理我很清楚,它的处理范围没这么大,泰塔比太平寺塔要高好多。

砖石古塔基础处理方式-融古汇今

林 古塔维修的工作您做了多少年了?

|陈 从2001年开始,宝鸡眉县净光寺塔1是第一个。

林 净光寺塔现在又在维修呢!

|陈 这次是维修,当时只是纠偏。说到塔最早接触的是扶风法门寺塔,当时是1984年,我研究生刚毕业。那时候法门寺塔半边塌了2,侯卫东3毕业以后就去了(陕西省)文(物)管(理委员)会(工作),他把我拉去看法门寺塔。

林 您那会只是做了净光寺塔的纠偏没有修是吧?

|陈 只纠偏,当时国家总共只给了10万元。

林 10万元钱?对于这个塔的纠偏工程是个什么样的概念,是不是很紧张?

|陈 确实非常紧张。比萨斜塔体量要大一些,他们研究准备了17年,花了4000万美元,到2001年进行了适当纠偏。我们稍微晚一点,当时国家只给了10万元。因为陕西塔比较多,又地处湿陷性黄土地区,斜塔保护的压力要大一些。眉县净光寺塔位于医院家属楼旁边,斜的比较严重,舆论呼声较大,主管部门就让我们做一下试验。应该说我们做得比较大胆,没条件上一些保护性措施。

林 您说的比萨斜塔是纠偏做了17年,还是只前期准备工作就花了17年?

|陈 从前期准备研究到完工。遗产保护工作前期研究很重要,实施起来相对简单。研究阶段试验了很多办法。所谓的完工,实际上就是把比较紧迫的危险消除了。人家那个塔相对还是比较稳定的,塔顶偏移有4.5米,矫正了450毫米多一点,据说是按照以前的倾斜速率,可以维持300年。300年以后塔才会回到纠偏前的状态。

林 所以纠偏回正450毫米多就够了。

|陈 对,这与塔的构造也有关系。比萨斜塔60多米高,但是塔身比较胖,不像我们的塔比较高耸一些,在力学上就是它的高宽比或者长细比相对来说小一些,所以稳定性好一些,这是一点;第二点,它是大理石砌的,与咱们的砖塔相比,大理石塔的整体性还是要好一些。

小雁塔基础剖面图
引自:陈平《窣堵千秋未寂寥 —— 古塔建筑纠偏与加固工程案例》

林 石头塔每层的收分也不像中国的砖塔收得那么厉害,基本上可以看作是上下一般粗。那您那会就10万块钱,怎么能解决这些问题呢?

|陈 国家是没钱。(当时)因为陕西地区好几座塔倒了,像扶风县法门寺塔倒了(一半),武功县报本寺塔拆掉重砌了。

林 报本寺塔是整个倒掉了重砌的?

|陈 是倾斜严重,有安全危险,就拆掉重砌了。塔斜的原因比较多,首先,古人在建塔的时候,不怎么处理地基,也不做面积比较大的基础。有一种观点说,唐代建塔是平地起塔,就是不做地基。从小雁塔来看,确实是这样。眉县的净光寺塔也基本是这样,地基很简单,基本没有做处理。

林 现在小雁塔的底下有一个很高的基座。

|陈 从力学上看,这种基座没有多大意义,主要是视觉效果的作用。

林 小雁塔的地基和现在的台基是什么关系?

|陈 地基是指塔身下面承受压力的土壤4,台基则是地面以上塔身周围的台阶。我这书里面有照片给你看看。

岳 一般的地基有多深?

|陈 从现有资料看,古人一般做得较浅。

岳 这就是导致塔倾斜的主要原因吗?

|陈 这是原因之一,第二个原因是咱们陕西地区是湿陷性黄土,这种土在干燥的时候承载力还是可以的,但是比较怕水。你可以把它想象成海绵状的结构,盐把它们连接在一起,遇见水以后盐一溶化,土就会塌陷。

林 您说唐塔基础处理得很简单除了挖深很浅还有什么?

|陈 不是挖深很浅,几乎就是平地起塔。

林 是下挖一点还是完全不挖?

|陈 一般会下挖一点,也有不挖的。

林 那相当于(小雁塔)地基基本没挖,塔就直接往上做了。

|陈 从现有资料看,小雁塔地基处理深度在现有地面下2米左右,塔中部地宫在这个高度之上。塔周现有地面以下2米左右为夯土,唐代地面有可能在现状地面以下,夯土有可能是以后做的。从这个作法和深度看,当时处理很简单。

岳 唐塔的塔基深度有一个经验值吗?

|陈 应当没有。过去建塔都比较慢,净光寺塔(前后)建了47年5,塔的旁边有个经幢记载了从哪一年到哪一年的建造过程。其他塔还没有看到这样的记录。一般而言,建塔时间都比较长。这样就有个好处——慢慢压,其实压也是一种地基处理的方法,你看现在地基处理用重锤夯,就是把刚才说的絮状结构破坏掉,压密实。建塔时慢慢建,建上好几十年,下面的土会自然而然地被压密实一些,也就是说稳定一些。

林 您说古人是有意地拉长建塔的施工工期和过程吗?

|陈 可能还不是有意的。

林 也可能就是没钱了,比如说我有钱盖两层,然后再出去化缘筹钱,回来再盖一点,无意中造成了结构上的这种处理,但是也有可能是有意识这样做的。

|陈 这个目前就不得而知了,不好判断。

林 也就是说唐代塔基的处理没有一个很规范的或者标准化的作法。

泰塔地基底部
陈平教授提供

|陈 直到后期都没有(塔基处理)。前几天我们去验收(岐山县)太平寺塔,宋塔。地勘人员发现下面有直径15米、深6米的卵石和土混合的地基,卵石这么大(用手比划,大约20厘米)。根据我的经验,眉县净光寺塔下面有一层卵石,10~20多厘米的大石,可是这样的(用纸片操作示意),考古人员把它叫作潦石,说是建塔的时候要采取这种宗教仪式,石头摆成的样子,象征星象,人在中间可能要做一些奠基的仪式。只发现了一层。他们说太平寺塔下卵石的范围是15米,深6米,那么大,我不太相信,我问他们具体情况都说不清楚。我说他们,这么重要的东西,千年等一回,都没有详细勘查和记录下来,连照片都拿不出来,太可惜了。旬邑的泰塔6也是宋塔,关于泰塔的地基处理我很清楚,它的处理范围没这么大(指15米方圆,6米深),泰塔比太平寺塔要高好多。而且从力学上看,地基处理这么大的范围意义也不大,关键是深度够就行。因为实际上塔对地基压力基本是沿45°角扩散的。

林 您说塔的高度与地基的深度有没有一个比例或者经验值?

|陈 应当有,你看现在的高层建筑,要求地下埋的深度不得少于上面高度的1/10,这是从稳定性上来说的,塔就是古代的高层建筑。还有一点,越往下处理,下面的土相对来说更稳定,上层的土沉积时间短,(稳定性)还是差一些。

林 那您说像比萨斜塔那样的,它的地基是个什么样?

|陈 咱们陕西地区的土是湿陷性,比萨斜塔塔基土层我记得是淤泥质,总的来说它的压缩性也比较大,塔在建的时候就斜了。

林 意大利的斜塔不只有比萨斜塔,我在意大利见到的斜塔可多了。

|陈 应当和我说的一样,过去对塔基一般都不做特殊处理。现代地基处理技术是伴随着现代化建设的发展而发展的。现代工程力学开始于伽利略(Galileo Galilei,1564—1642)的简支梁试验,现代岩土力学则开始于K.泰尔扎基(Karl Terzaghi,1883—1963)。像塔这么庞大的古代建筑不出问题是比较难的。

林 那根据您刚才说的就是基础的深度与地面之上塔身的高度似乎没有一定的比值范围。

|陈 应当没有形成固定的关系。这个问题也比较复杂,与什么有关呢,一是塔的高度,二是塔下地质构造。假如建在岩石上,那什么都不用处理,直接在上面建就行了。下面如果是淤泥、淤泥夹层,那就必须处理。现在的类似建筑其地基处理一般都是打桩,在建桥梁的时候有些桩要打70~80米深。

林 陕西以外地区也有斜塔,就是说不在湿陷性黄土地区塔也会发生倾斜。

|陈 有这种可能,这还是塔下土层压缩性的问题。南方也有斜的塔,但是南方地区相对来说土层比较薄,岩石比较浅,陕西地区黄土土层厚,七八十米都有。

林 所以说岩石浅依然会带来这些问题。

|陈 如果下面基岩是斜的,上面的土层就会一边厚一边薄(不均匀),一样会有这问题。沉降是难免的,无论怎么处理还是必然有沉降,怕的是不均匀沉降。(沉降有两个方面问题)一是大小的问题,一是均匀不均匀的问题。

林 也就是说,江南地区的斜塔不见得要比黄土地区要少。

|陈 还是要少一些,因为咱陕西的古塔基数大,唐塔80%都在这里。浙江好像有一个斜的塔,资料显示倾斜了7°多,已经斜得相当厉害了,但是塔很低。我到山西运城地区,看到有些唐塔,不在县城里的,比较偏远,都是小型塔,找两个小伙子都能把它们推直。小塔比较好办,大型塔比较困难,我们处理的基本都属于大型塔。抢救泰塔的技术难度是前所未有的。

林 从塔的体量和高度来说,陕西现存的宋塔普遍比较大个,全国都是少见的。高陵的昭慧寺塔是明塔,我看明塔好像歪的不多,像泾阳的崇文塔7,那么高一点都不歪。

|陈 这个应当说也与地震有关系,崇文塔是地震8以后重建的。

岳 从唐、宋到明、清,随着时间的推移,您认为塔地基的处理方式有什么变化?技术方面是否有什么进步?

|陈 崇文塔的地基资料目前还不清楚。其他塔地基处理的资料也不多,目前还不能归纳出规律性的结论。

岳 与塔的结构是不是也有关系?很多唐、宋塔的塔身是单层塔壁的。

|陈 塔倾斜主要是其高度及压在地基上的重量。崇文塔压在地基上的重量我估计在每平方米60吨以上,咱们关中的黄土一般是每平方米20吨就到(承载)极限了。

林 那崇文塔的基础应该很特别。

|陈 目前没有看到资料,应当和当地的地质条件也有关系。目前咱们国家总的来说,对于保护工程的研究太少,工程费用中就没有研究经费。日本寺庙的东、西两塔,其中一座维修用了15年,他们把大量精力用在研究上。我们的施工队伍大多只要有个好匠人就算不错了,技术层面的要求往往达不到,有研究能力者极其稀有。当年处理净光寺塔,因为塔紧靠着县医院家属院,对于住户有安全威胁,所以定的目标即是,能矫正则好,不能矫正就拆了。

林 一个唐塔,修不了就拆?

|陈 那没办法,就是实验性的。

林 有些塔就在荒郊野外,所以倒了就倒了……您刚才说倒了的塔还有哪些?长安县的二龙塔?

|陈 二龙塔是“文革”中被部分拆除,组织农民去拆的。

林 它在荒郊野外为什么要拆呢?

|陈 “文革”破四旧,拆的砖生产队还可以用。二龙塔拆的非常可惜,它和小雁塔同一时期建的,形制也相同,做研究就可以互相佐证。前几年对残留部分进行了维修,维修效果比较差,也没有留下可供后人研究的资料。

林 那都怎么维修的?重建了?

|陈 没有,原塔(剩下的部分)也还比较高,就在剩下的那部分(塔身)上面盖了个顶。

林 二龙塔以前的历史资料、记录、照片之类哪里能找到?

|陈 没看到资料,那个可能是塔的维修里面最失败的一个。那个塔的历史价值很高,虽然残损成那样。二龙塔、小雁塔和大理的崇圣寺千寻塔,都有一定的相似度,二龙塔的外观形状基本上和小雁塔是一样的。下面基层的文化管理部门素质还是比较差的……(www.daowen.com)

林 除了专业素质,对文物也没感情……2001年您修了净光寺塔以后呢,又修了哪个?

|陈 纠偏处理的第二个塔就是西安万寿寺9,2013年修的。当时要是不加支撑可能就已经塌了。应当是2011年左右开始倾斜,我记得好像是“五·一”的时候发现的,当时我去广州出差,回来以后去现场看,几天就变化很大,有3天就斜了200多毫米,速度非常快,实在没办法了,只能先用钢架支着。万寿寺塔是明塔,有个特点,是六层的。

林 陕西地区的塔双数层的还有好几座呢……万寿寺塔倾斜也是地基问题造成的?

|陈 万寿寺塔斜得很早。以前交大(西安交通大学)还有专门课题研究。塔往这边斜,他们的方法是在另一边挂些石头,想用这种改变重心的方法把塔拉过来,那都是一些很幼稚的想法。因为塔是砖砌的,砖之间的黏接材料强度很低,塔体横断面是不能承担拉应力的。

万寿寺在西光中学校园里,2010年左右学校做了个橡胶操场,地面铺橡胶等于把水封住了,但是塔周围的排水没做好,特别是操场周围一圈的排水沟,在塔附近是以PVC管接通的,接头处没做好,漏水了,所以造成塔基湿陷,急剧倾斜。万寿寺塔地基处理的方法比较简单10,塔下约2米厚度夯土,但上部1米以黄土和红黏土相间夯筑,关中人称之为“五花土”。塔基本没有放大基础。

林 那您认为古人不重视塔地基与基础是因为觉得不需要还是因为没有这种意识?

|陈 可能还是没有这个意识,殿堂建筑的地基也挖的不深。另外我觉得可能还有观念的问题,再一个就是技术问题。塔的地基处理相对较复杂,比殿堂建筑要复杂,殿堂的荷载相对小一些。塔是高层建筑,稳定性更差。

林 关于这个地基的问题我还想跟您讨教一下,早期的建筑都是满堂夯,大概隋唐时候开始做条形的夯土基址,就是沿着柱子的轴线。再往后发展,就只做磉墩(柱础下的砖砌地基)了,磉墩中间做拦土墙,这种现象要么就是技术越来越进步了,要么就是越来越知道偷懒了。

|陈 总的来说,对殿堂建筑,做磉墩一般可以满足要求。基础的处理技术在发展,力的概念在逐渐形成。

林 就是,偷懒的前提是工匠们能够搞明白这个原理才敢“偷懒”。

|陈 这是一点,第二点,殿堂建筑对地基的处理技术需求不高,没有太大的荷载,

林 可是对于塔,(塔身)又高、底面积又小,还不重视处理基础,这点很神奇。

|陈 现代建筑对地基处理是非常重视的,室内回填土也得夯,不夯实的话也要沉陷的。目前看到的古塔地基与基础资料还比较少。所以我说太平寺塔这么重要的资料,就这么放过去了。以小雁塔来说,塔壁砌到下面有没有放脚,砌到什么位置,都不知道。其实要搞清楚这个很简单,只需要在塔的侧面挖一个探槽就知道了,对塔也不会有影响。

林 净光寺塔和万寿寺塔的纠偏工程有什么不同的地方吗?

|陈 万寿寺塔纠偏走了一个比较完整的程序,从塔倾斜时候的支撑、抢救,到后期的纠偏。净光寺塔因为经费限制稍微纠了一下,稳定之后就再也没有采取什么措施,到现在20年了,因为净光寺塔的地基土比较干。万寿寺塔下面的土很湿,它的纠偏难度更大,它不只是斜了,还沉降了大约60厘米,所以除了纠偏还把整个塔体往上抬升了,现在塔基比周围操场的地坪稍高一些。

林 您抬升万寿寺塔和抬升开封玉皇阁用的技术一样吗?

|陈 两个差不多,但是有区别。玉皇阁平面是方形的,体量也大,情况要比万寿寺塔复杂得多。

岳 塔倾斜抢救的时候一般采取什么措施?

|陈 应视情况不同确定。万寿寺塔用了三组钢架支顶。泰塔太大,钢架支持比较勉强。

岳 纠偏的施工过程一般来说要持续多长时间呢?

纠偏前的万寿寺塔

|陈 泰塔前后做了三年,不敢快,因为塔体纠偏过程中塔身自身内部应力要慢慢调整,回正得太快,很容易出现脆性破坏。

岳 那回正的速度大概怎么控制?

|陈 有一个经验值是一天不均匀迫降不得超过2厘米。泰塔50多米高,偏了超过3米。钢架支住以后,晚上能很清楚地听见钢架被压得嘎嘎响。这样大型的塔,纠偏只能是用迫降的方法,不敢用抬的方法让塔回正。万寿寺塔敢抬,泰塔就不敢,泰塔甚至局部低的一侧都不敢抬。我们采取了其他办法。

林 我记得您当时讲过处理泰塔时,是从塔基下面把土往外抽,低的一侧不动,然后让高的一侧慢慢下降。

|陈 基本是这样,但低的一侧也会有所下降。

林 高的一侧下降的多,然后整体再慢慢回正。

|陈 对,但是迫降方法要完全矫正是比较困难的,可以结合塔下地基加固做一些微调整。

卞 泰塔基础是怎么处理的?

|陈 泰塔原来也没有放大基础,这次纠偏抢险后通过人工盾构11的办法做了一个钢筋混凝土梁组成的网格状基础,下面静压桩。

林 我记得您讲过也就是不到一人高的通道。

|陈 对,在塔底下,人钻进去把土挖出来,人工挖一个梁的空洞模板,把钢筋骨架放进去,然后浇筑混凝土。按设计好的顺序,先做放射状布置的,一个一个交叉着做,做完放射状梁以后,在里外各做一道圈梁,织成网子,形成整体,然后在这下面压桩。

卞 那它(网格)就没有穿过塔的中心。

|陈 对,中间是空的。

卞 那只是做一个基础,一个框架,然后把塔箍住。

|陈 不是箍住,只给塔做了个基础,塔在上面。

岳 这个深度(指后做的塔的基础)在什么位置?

|陈 它与塔体底面的砖之间留了10厘米厚的土,相当于一个垫层,起缓冲作用。不能直接贴着砖做,贴着砖跟前过去,有些砖就可能破坏了。网状的基础做好了下面就压桩。

林 泰塔是修完万寿寺塔以后做的?

|陈 2013年万寿寺塔工程收尾时,11月就发现泰塔问题严重了,我们是2014年8月进场的。

林 泰塔以前不斜,从2013年11月开始斜的吗?

|陈 泰塔一直是斜的,每年就斜1~2厘米。我们从2004年就开始关注了。当时我有个想法就是在高的那一边放一些沙袋,用脚手架做个框子,用些沙袋在那压着。比萨斜塔用的是铅块压,咱没这么多铅块沙袋也行,但是没有实施。2014年国庆节几天连阴雨以后泰塔就开始以很快的速度倾斜。

卞 那是什么原因造成加速的呢?

|陈 泰塔的地基重量我们估算大致是56吨每平方米,超出黄土可承受的荷载太多了。再加上地下水位发生变化。地下水位变化的原因我们到现在还没完全搞明白,南侧地下水位要比北侧高将近1米,这水哪来的一直不明白。另一个可能原因就是盗洞,2013年10月前后,有一伙盗贼,把泰塔地宫盗掘了。我们中间做圈梁就是为了把地宫让开,当时虽然没有探出有地宫,但是想可能会有。

林 这伙盗贼挖到了地宫吗?

|陈 他们挖到了。10月份盗的,11月发现塔就加速倾斜了,而且倾斜的方向就在盗洞的方向。

林 就是说盗洞在这边,它就往盗洞这边斜。

|陈 对,东北方向,陕西的塔基本上都是往北斜。

林 盗掘是导致质变的最终原因吗?

|陈 这个目前也是一个推测,突然倾斜加速的时间和方向,都是和盗掘的时间和方向重合的。所以,古塔的保护有一个很重要方面——不光要保护地面以上的也要保护地面以下的。这一次咱们陕西的塔就被盗了五个,以后会不会再发生呢……

林 对于古塔的保护除了安全方面,各种基础信息的提取、记录也是非常重要迫切的。

|陈 最起码保护措施要做到位,要能发挥作用。如果不能达到预期效果还不如不做,做了还可能是破坏性的。前面说过,保护工程有三个层面,一是匠人层面,二是技术层面,三是研究层面,起码技术层面要有保证。日本人修个塔能做上十几年,人家做一段静下来研究一段,出专著、出成果。总的来说我们这方面对历史、考古还是研究不够。我们虽然修了这么几个塔,但是对于古塔的地基构造,还没有能得出一些清晰完整的概念。

林 因为案例不够多,不能都挖开勘察基础。泰塔结束后您又修了哪个塔?

|陈 2018年7月开始合阳大象寺塔12的纠偏,还没有完工。

林 什么时候竣工?

|陈 2020年6月左右,2年时间。

岳 陈老师,在纠偏过程中要做力学模型分析吗?

|陈 要用计算机模拟,做分析和计算。

林 您再给我们讲讲除了您纠偏的这些塔,您参与的其他古塔的维修保护工作吧。

|陈 除了上面几例,还参与了其他一些塔的维修。比如说大雁塔,是有安全隐患的。

林 您是说大雁塔倾斜以外的其他问题?

|陈 大雁塔倾斜目前构不成安全问题,主要是外面包砌的那层砖,和原来的塔体连接简单,已经历过几百年,又受到汶川地震的影响,有局部脱离现象。

林 外包的砖就像化的妆,可能一片片地往下掉。

卞 内外两层之间可以加粘结材料吗?

|陈 不好加。由于时间的原因,内外砖两侧缝隙表面会有灰尘、风化层、污垢等物质,即使压力灌注高强度粘接材料,也难以直接粘接缝隙两侧结构体,这就像金属材料焊接中的假焊。真正的粘接,必须彻底清理缝隙两侧构件表面的非结构粉尘,还必须以丙酮类材料清洗,只有粘接在真正的结构构件上,粘接材料才能发挥作用。这些工艺对于大雁塔很难实现。记得南方有座石桥,仿木构造,很有特点,部分构件断裂,他们通过注浆的办法粘接加固,据说还在大学的实验室做过粘接试验,强度很好。殊不知,现场的粘接环境与实验室是有天壤差别的,这就是缺乏工程经验。

林 而且可能粘结材料没断,要保护的构件断了,因为后加的材料比遗产本体结实。

|陈 对的。

卞 那大雁塔怎么办呢?

|陈 首先应当做一些研究。大雁塔经历过华县大地震,已是伤痕累累。汶川地震以后我第一时间上去看,里面裂缝纵横。好在大雁塔比较矮敦,底宽25米,相对稳定。2016年我们做了大雁塔二层南侧塔檐抢险加固工程。当时的情形非常危险,新包砌的砖和原来的塔体之间有很大的裂缝,拳头都能伸进去。

林 那采取了什么措施呢?

|陈 进行了小范围择砌13,并加强了外包层与塔体的拉结,应该不会再出问题。

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