潮湿环境土遗址保护理念探索与保护技术展望

1、潮湿环境土遗址保护理念探索与保护技术展望内容摘要：潮湿环境土遗址，特别是作为中华文明发源的直接实物证据的一些史前遗址，具有极其突出的历史、艺术和文化价值，也是我们保护的重要对象。本文通过分析潮湿环境土遗址的病害成因及其主要类型，总结和归纳出了潮湿环境土遗址保护的主要问题，并针对这些问题，探索了潮湿环境土遗址的保护理念，分析了保护所需的技术需求，最终得出潮湿环境土遗址的保护主要是水的问题，通过水环境控制措施，可将潮湿环境土遗址保护问题转变为“干燥环境”土遗址保护的问题；可将潮湿环境土遗址分为展示类遗址和非展示类遗址，不同类别的遗址采用不同的保护方法和措施；通过保护提前介入，促进保护与考古工作之间

2、的深度交叉与融合等措施，最大限度的保护遗址；将化学与物理加固方法有机结合，形成潮湿环境展示类考古遗址综合加固技术，是土遗址本体保护加固技术发展的方向和趋势等结论。关键词：潮湿环境；土遗址；保护理念；保护技术中图分类号：K870.63文献标识码：A文章编号：1000-4106（2013）01-0001-061前言我国是历史悠久的文明古国，也是幅员辽阔气候地形复杂的大国。潮湿环境土遗址分布范围很广，数量庞大。特别是一些具有重大价值的史前考古遗址，是中华文明发源的直接实物证据，具有极其重要的保护意义和展陈价值。然而，受土这一材质的物理、化学性状决定，土遗址保护是文物保护工作中最为困难的课题之一。潮湿

3、环境中的土遗址，所处自然环境更为复杂恶劣。雨水冲刷，地表水和地下水的渗透和溶胀，夏日暴晒的干缩龟裂，冬季冰冻的表层起壳等都给土遗址保护造成了巨大困难。因此，潮湿环境土遗址的保护成为文物保护技术中一个亟待解决的重大课题。近年来，我国的土遗址保护研究多开展于西北干旱、半干旱地区，并在病害机理、保护加固技术措施方面有所突破，为我国北方地区的一些大型土遗址的保护提供了强有力的技术支撑1-10。有关中原、南方等地区潮湿环境的研究主要集中于保护加固材料和潮湿环境概念的探索11-14，遗址保护问题仍然非常突出，研究和保护工程都开展的相对较少。从国内潮湿环境的几个重要土遗址如良渚遗址、金沙遗址、里耶遗址、城头

4、山遗址来看，保存状况不容乐观，遗址的病害极为复杂。为使潮湿环境土遗址保护取得实质性进展，由国家文物局组织，敦煌研究院联合兰州大学、中科院地质与地球物理研究所、浙江大学、西北大学、北京大学和中科院上海硅酸盐研究所开展了科技支撑计划课题“潮湿环境下考古现场史前土遗址保护关键技术研究”，试图通过该课题的研究，在潮湿环境土遗址保护方面有所突破。2潮湿环境土遗址病害及存在的主要保护问题2.1潮湿环境土遗址病害成因及其类型2.1.1病害成因潮湿环境土遗址的病害大多和水密切相关，如遗址发掘后失水产生的干燥开裂和坍塌、过饱和水渗出对遗址的冲蚀、土体在水作用下的软化、变形和垮塌、土体表部在湿度变化和土体干湿交替

5、作用等因素下出现的风化以及生物因素等作用下出现的各种破坏。分析土遗址的病害机理可以从内因和外因两个方面来阐述，内因是土遗址本身的组成与物理力学性质，外因是土遗址的环境因素。就内因而言，土遗址的物理力学性质取决于遗址土的固体颗粒大小和形状、矿物成分及其三相组成体系在空间的排列与联结特性。潮湿环境下的土遗址多为含大量黏粒的黏性土组成，三项组成体系中液态部分含量较高，这就决定了遗址土体易在干湿交替作用下发生膨胀和收缩，导致土体坍塌、开裂、粉化。就外因而言，顾名思义，潮湿环境土遗址不但处于潮湿多雨的气象环境，而且土体也容易遭受地表水、地下水的侵蚀，干湿交替作用频繁。水化学作用可以溶解土的矿物成分、胶结

6、物或使某些成分结晶、沉淀，导致土的孔隙率、土颗粒的排列方式等微观结构发生变化，改变土的性状，使土的天然强度、变形特性发生变化。潮湿环境中湿度的变化将产生不稳定体系，通过自身含水量的增减使小环境达到一种新的平衡，在这个趋于稳定的变化过程中，土质类文物必然会产生膨胀和收缩，黏土矿物含量较高时吸水膨胀、失水收缩的现象更为明显。埋藏在地下的土遗址经发掘后，从潮湿的地下环境暴露于大气环境中，遗址土体由于失水发生剧烈收缩而产生裂隙、裂纹、裂块，不断发展而导致剥离、坍塌等病害的发生。昼夜和季节交替温差变化引起遗址土的差异性胀缩，扩大了原有裂隙并产生新的裂隙，形成差异性病变、层状脱离、裂缝等病害。因此，潮湿环

7、境对土遗址产生破坏作用的主导因素就是水，它可以直接或间接引发土遗址发生病变，加速物理、化学和生物破坏作用。地下水位和土体含水量的变化使土中可溶成分溶解、沉淀、转移并侵蚀土遗址。2.1.2病害类型以良渚遗址为例来概括潮湿环境土遗址主要存在的病害类型。良渚遗址位于浙江省杭州市余杭区，年降水量在1150-1550毫米之间，属于典型的潮湿环境土遗址。由于遗址处于高湿地区，使得发掘后的遗址土体处于高含水状态，并不断进行干湿交替，各种病害频发，不利于考古遗址的保存。通过对良渚遗址现场调查，目前遗址体发育的病害有：（1）水的侵蚀由于地下水或大量降水在开挖的探坑内形成渗水，浸泡和侵蚀遗址，导致遗址产生病害，包

8、括霉菌、真菌及低等植物滋生、遗址体物理力学性质退化等文物变质腐烂、溶解、水解及冲刷潜蚀、干缩胀裂、地面沉降、坑壁边坡变形和可溶盐沉淀覆盖等等。这些病害直接起因于地下水的循环交替作用和地下水位波动，危害大，影响面广，几乎每个遗址都存在此类病害，只是由于所处的水文地质条件不同，其病害类型及程度不同而已。因此，治水是遗址保护的关键，也是其后续保护措施得以实施和初见成效的前提条件（图版1）。（2）裂隙遗址裂隙包括干缩开裂和卸荷裂隙。干缩开裂：原来埋藏在地下的土遗址，被考古发掘揭露出来，本来潮湿的遗址急剧变干而收缩产生微裂隙。裂隙面的土粒不断风化脱落，使得裂隙逐渐扩大（图版2）。卸荷裂隙：考古发掘形成坑

9、壁，其周围产生卸荷裂隙（图版3）。（3）根部掏蚀：由于地下水位波动，不断掏蚀遗址体底部，使其逐渐丧失自身稳定性而坍塌，底部坍塌诱使其上部产生裂隙，最终发育成较大坍塌（图版4）。2.2潮湿环境土遗址存在的主要保护问题通过对潮湿环境土遗址病害的成因和病害类型的分析，潮湿环境土遗址保护存在的问题主要有以下几个方面：（1）水环境控制问题如前所述，潮湿环境土遗址的保护，关键在于水环境的控制，如何防止地表水对遗址的冲刷和下渗；地下水对遗址的浸泡和侵蚀；由于水的作用带来遗址土体的软化、坍塌，干湿循环和冷热交替导致遗址土体粉化等。因此水环境的控制是解决潮湿环境土遗址保护的关键因素和先决条件。（2）遗址土体力学

10、稳定性问题遗址本体的开裂、坍塌在我国一些重要的潮湿环境土遗址中也时常发生，而且，这对一些遗址单体的破坏往往都是毁灭性的。因此，遗址土体的稳定性问题也是潮湿环境土遗址保护中的重要问题之一。目前潮湿环境考古现场保护多侧重于出土器物的保护，对于遗址力学稳定性问题的研究相对较少。（3）遗址表面防风化问题潮湿环境土遗址的表面往往承载有较多的历史信息而成为我们保护的重点，但遗址表面由于干缩开裂、土体粉化等病害也是最容易被破坏的部位，因此防止遗址表面风化也就成为潮湿环境土遗址保护的重要问题。遗址的防风化加固保护是长期困扰我国文物保护界和考古界的难题，而潮湿土遗址防风化关键在于保护加固材料和工艺的研发。3潮湿

11、环境土遗址的保护理念探索我国潮湿环境土遗址保护尚处于起步阶段，为使该项工作取得实质性进展，并使之符合文物保护的原则，探索潮湿环境土遗址的保护理念显得非常必要，也是潮湿环境土遗址保护急需开展的重要工作。分析潮湿环境土遗址保护自身特点，结合多年土遗址保护实践，我们提出以下几点保护思路，供土遗址保护与研究者共同探讨与参考。（1）展示类遗址和非展示类遗址将潮湿环境土遗址分为展示类遗址和非展示类遗址，以使我们的保护精力更加集中，保护方向更加明确，工作目的性更强。由于潮湿环境土遗址大多规模较大，全面、完整地展示整个遗址本体，无论在资金还是在保护能力方面均存在很大的难度。因此，在保护工作开始之前，可将遗址分

12、为展示类遗址和非展示类遗址。对于非展示类遗址，考古发掘后立即采取适当措施后回填保护；对于展示类遗址，根据展示目的和需要，采取相应的工程技术措施进行保护。通过将潮湿环境土遗址分为展示类遗址和非展示类遗址，既能较好解决资金和保护力量的不足，也能集中保护力量，重点对遗址的一些重点展示部位采取有效保护。（2）将潮湿环境土遗址保护问题转变为“干燥环境”土遗址保护的问题由于潮湿环境遗址土容易受地表水的冲刷和地下水的侵蚀，加之遗址土体自身较为脆弱的属性，因此在不改变遗址土属性的情况下，发掘后露天保护难度极大。因此，对于展示类遗址，可首先通过修建保护棚、降排水、隔阻水、控制小环境等工程措施，将潮湿环境土遗址保

13、护问题转变为“干燥环境”土遗址保护的问题。如前所述，潮湿环境土遗址的问题关键是水的问题，一旦解决了水的问题，一些在干燥环境下成熟的保护加固措施与施工工艺将可通过一定的改进后，在潮湿环境土遗址保护中得到推广和应用，从而解决潮湿环境土遗址保护的问题。（3）保护提前介入并与考古工作深度交叉融合多年来，我国遗址一般是考古发掘先行，保护工作相对滞后。经过多个遗址调查发现，考古发掘打破遗址多年保存环境平衡后，遗址往往处于破坏最快的阶段，甚至于在我国潮湿环境考古发掘现场多次发生过遗址体坍塌造成人员伤亡和文物损坏等事故，造成不可挽回的损失。由于保护工作和考古工作之间的时间差，对很多遗址造成了不可挽回损失的同时

14、，也极大增加了保护的难度。因此，潮湿环境土遗址的保护要提前介入考古发掘工作，与发掘清理工作同步实施。通过对遗址的预探测和预加固，抢在遗址变形、干缩开裂、坍塌未发生之前就开展保护。通过保护和考古工作之间的深度交叉融合，在投入较小的情况下，最大限度地保护遗址所承载的历史信息，并确保考古人员与遗址的安全。（4）采取综合保护措施，确保遗址保护效果多年的保护实践表明，土遗址保护是一个复杂的多学科问题，而土遗址病害及成因的多样决定了一种保护方法是不能完全解决所有问题的。因此，潮湿环境土遗址保护需要搭建保护棚、采取降排水、隔阻水进行环境控制；需要采用锚固、灌浆、支顶等物理加固技术；也需要采用保护加固材料进行

15、化学加固的技术手段。理想的土遗址保护项目，应该由多学科的高水平团队，在全面调查和正确分析病害成因的基础上，遵循文物保护原则和中国文物古迹保护准则，采用综合保护加固措施，才可能达到较好的保护效果。（5）重视遗址监测与现场模拟保护近年来，随着科学技术的发展和文物保护理念认识的深化，科学监测越来越成为我们开展科学保护的重要手段。科学监测对了解病害的发生、发展过程，揭示病害机理，评价加固效果，改进保护技术等方面均有十分重要的意义。潮湿环境土遗址原来大多处于埋藏状态，经过考古后才暴露出来。对考古和保护全过程的监测，可使我们更好地认识和了解原有埋藏环境及发掘后环境的变化、遗址本体发掘前后的变化，对于保护方

16、案的制订和保护措施的选择具有很好的指导意义。另外，由于土遗址文物的脆弱性和不可再生性，保护工作的开展必须慎之又慎，将保护加固带来的不利影响降至最低。因此，需要通过对整个考古及保护过程的现场野外模拟，及早发现考古过程中可能存在的问题；也通过现场模拟保护，总结和凝练出可直接移植于考古遗址的成熟可靠的保护加固技术，确保遗址有效保护。4潮湿环境土遗址保护技术措施展望目前关于潮湿环境土遗址保护研究，国内外多集中于室内和现场保护加固材料研究，而潮湿环境土遗址保护的关键问题是水环境控制问题。因此，开展潮湿环境土遗址保护工作时，我们首先考虑的问题应该是如何控制水的问题；在水环境得到较好治理后，急需解决开挖遗址

17、的力学稳定性问题，因为稳定性问题导致的破坏对遗址本体往往是毁灭性的；然后，我们将通过保护加固材料结合锚固、灌浆等综合措施来解决遗址土体表面粉化、剥离等方面的问题；最后，还应通过长期的监测措施，评估和修正加固措施，并及时开展日常保养和维护。解决以上保护方面的问题，需要研发和拓展以下的主要技术措施。（1）潮湿环境土遗址水环境监测与控制技术在详细调查潮湿环境的基础上，将文物保护理念和岩土工程技术相结合，研发土遗址现场水环境综合实时监测技术，达到实时掌握遗址水环境状况；结合文物保护特殊需求，研发可用于土遗址地表水遮挡，地下水降排、阻隔的综合防治技术，研发考古现场土体水分快速蒸发导致遗址土体干缩开裂的防

18、治技术。通过以上研发、减少降水和地下水对遗址考古的不利影响。（2）潮湿环境土遗址保护棚的设计与搭建技术潮湿环境较大的降水量和高湿度，决定了潮湿环境土遗址露天保护难度极大。因此，将潮湿环境土遗址转化为“干燥”环境土遗址是潮湿环境土遗址保护的重要思路，转化的主要方式就是修建保护棚。我国在一些重要遗址修建了一些保护棚，但大多数由于对遗址环境改变研究不足，一些遗址在修建保护棚后，发生了土体风化、剥落、盐析和霉变等病害。另外一些遗址保护棚的修建，由于基础坐落在遗址之上，也毁坏了部分遗址的基址。搭建保护棚前，对遗址保存环境影响进行评估，遗址保护棚设计原则与规范，以及如何修建遗址保护棚均是需要开展的研究内容

19、。（3）潮湿环境考古遗址稳定性预判和预加固技术虽然我国的考古和保护工作近年都取得了较大的进展，但我国的考古与保护工作之间还是存在脱节的问题，往往都是考古工作结束后保护人员才介入遗址的保护。我们提倡保护工作提前介入，并与考古工作深度融合，即针对潮湿环境史前考古遗址开挖过程中变形、鼓胀、开裂、坍塌等方面的问题，利用相关遗址土体稳定性分析理论，提出考古过程遗址稳定性预判方法，也可引入和改进一些岩土加固措施与方法，使之适合遗址开挖前或遗址开挖发生形变之前对遗址的预加固。通过保护人员的提前介入，最大限度地减少遗址开挖后由于保存环境的变化给遗址带来的破坏，强化土遗址暴露出土后的保存能力。（4）潮湿环境考古

20、遗址回填保护技术对于非展示类遗址，在当前保护技术还不能满足所有遗址保护需求的情况下，快速回填不失为一种可行之策。因此，在全面调研国内外遗址考古发掘后的回填保护措施、隔离材料，分析回填保护中所用方法的保护效果与利弊的基础上，全面评估各种回填方法的科学性和有效性，总结和凝练出适合潮湿环境考古遗址的回填技术，可确保遗址的完整保护。（5）潮湿环境展示类考古遗址综合加固技术研究和实践表明，单一的保护技术已经无法解决潮湿环境土遗址保护中的众多复杂问题。在充分调查、挖掘传统建筑材料与工艺的基础上，深入开展保护加固材料与加固工艺的研发，并结合锚固、灌浆、支顶加固等手段，将化学与物理加固有机结合，形成潮湿环境展

21、示类考古遗址综合加固技术，是土遗址本体保护加固技术发展的方向和趋势。我们只有考虑得更全面，准备得更充分，才可能对遗址保护得越来越好、越来越有效。5结论潮湿环境土遗址保护是一个世界性的难题，也是各类材质文物保护中最难的类别之一。在我国文化大发展、大繁荣方针的指引下，大型文化遗址保护需求在不断增加量的同时，也对潮湿环境土遗址保护技术研发提出了更高的要求。因此，保护工作者只有在深入探索保护理念的前提下，加快保护技术研发速度，才可能真正有效保护好我们珍贵的文化遗产。通过本文研究，可得出以下主要结论：（1）潮湿环境土遗址的保护主要是水的问题，遗址水环境的控制是解决潮湿环境土遗址保护的关键因素和先决条件。

22、通过水环境控制措施，可将潮湿环境土遗址保护问题转变为“干燥环境”土遗址保护的问题，一些在干燥环境下使用的保护加固措施与施工工艺通过一定的改进后，可在潮湿环境土遗址保护中推广和应用。（2）可将潮湿环境土遗址分为展示类遗址和非展示类遗址，不同类别的遗址采用不同的保护方法和措施。（3）遗址考古发掘打破多年保存环境平衡后，处于破坏最快的阶段，可通过保护提前介入，促进保护与考古工作之间的深度交叉与融合等措施，最大限度地保护遗址。（4）单一的保护技术已经无法解决潮湿环境土遗址保护中的复杂问题。将化学与物理加固方法有机结合，形成潮湿环境展示类考古遗址综合加固技术，是土遗址本体保护加固技术发展的方向和趋势。参

23、考文献：1LiZuixiong，WangXudong，SunManli，etc.ConservationofJiaoheancientearthensiteinChinaJ.JournalofRockMechanicsandGeotechnicalEngineering，2011，3（3）：270281.2李最雄，赵林毅，孙满利.中国丝绸之路土遗址的病害及PS加固J.岩石力学与工程学报，2009，28（5）：1047-1053.3王旭东.土建筑遗址保护理念探索与实践-以交河故城保护为例J.敦煌研究，2010（6）：1-9.4王旭东.中国干旱环境下土遗址保护关键技术研究新进展J.敦煌研究，200

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