/半坡遺址大廳重建前遺址的臨時(shí)性加固保護(hù)９９級(jí)文物保護(hù)技術(shù)張新田摘要:半坡土遺址保護(hù)大廳年久失修,頂棚漏雨,直接威脅到遺址的安全,現(xiàn)需重建新的遺址大廳。為了確保在重建過(guò)程中遺址不受任何損壞，必須對(duì)遺址進(jìn)行回填和回填前的臨時(shí)性加固.本文在對(duì)半坡遺址風(fēng)化狀況詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上,探討了其風(fēng)化機(jī)理,在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了采用硅酸乙酯對(duì)遺址區(qū)加固,采用聚醋酸乙烯酯對(duì)非遺址區(qū)加固,用干沙和蛭石作回填材料的保護(hù)方案,操作方便，方法可行，效果良好.關(guān)鍵詞：土遺址風(fēng)化機(jī)理加固回填前言土遺址是指人類(lèi)活動(dòng)遺留下來(lái)的由土和以土為主的遺跡和遺物。這些遺跡和遺物包括房屋、夯土臺(tái)基、城墻、窖穴、窖爐、糧倉(cāng)、土構(gòu)墓葬、糟朽文物在土上的印痕等。土遺址是人類(lèi)生活和生產(chǎn)的重要文化載體，具有重要的歷史價(jià)值、考古價(jià)值、科學(xué)價(jià)值、社會(huì)教育價(jià)值。我國(guó)境內(nèi)土遺址眾多，分布較廣.近幾十年，隨著考古發(fā)掘工作的進(jìn)行，許多各時(shí)期的遺址被發(fā)掘、研究、其中部分具有重要的古遺址在發(fā)掘后被現(xiàn)場(chǎng)保存，建立遺址性博物館并對(duì)外開(kāi)放。半坡遺址是較早發(fā)掘的史前遺址之一.半坡遺址位于西安市灞橋區(qū)浐河?xùn)|岸的臺(tái)地上,是黃河流域新石器時(shí)代仰韶文化的一個(gè)重要的聚落遺址,是距今六、七千年前新石器時(shí)代半坡先民所居住過(guò)的一個(gè)村落遺址。遺址由西北文物清理隊(duì)發(fā)現(xiàn)于1953年春，同年９月，中國(guó)科學(xué)院考古研究所陜西省調(diào)查發(fā)掘團(tuán)進(jìn)行了較深入的調(diào)查.１９５4——19５7年由中科院考古所組織人力進(jìn)行了五次大規(guī)模的科學(xué)發(fā)掘，采用大面積揭露與多層研究相結(jié)合的工作方法,獲得了大量珍貴的文物資料,計(jì)有房屋遺跡4６座，窖穴２00多座，圈欄2座,陶窯6座，圍溝3條,墓葬250座，還有大量的生產(chǎn)工具和生活用具,達(dá)萬(wàn)件之多，它以豐富的資料證實(shí)半坡遺址是黃河流域的一座距今670０—5６00年的典型的母系氏族社會(huì)的聚落遺址,是我國(guó)仰韶文化階段的歷史見(jiàn)證.在考古發(fā)掘的基礎(chǔ)上,于1958年在遺址所在地建立了中國(guó)第一座史前遺址博物館，也是中國(guó)唯一的新石器時(shí)代博物館。對(duì)外展出了保護(hù)大廳,大廳內(nèi)的2６00平方米的居住區(qū)，在陳列室內(nèi)展出了半坡遺址出土的文物，半坡博物館的建立為我國(guó)博物館事業(yè)增添了新的研究領(lǐng)域。還為史前考古學(xué)創(chuàng)立了新的研究基地。1961年又被國(guó)務(wù)院公布為全國(guó)第一批重點(diǎn)文物保護(hù)單位.半坡遺址的發(fā)現(xiàn)和發(fā)掘是新中國(guó)考古工作的新成就,為新中國(guó)考古學(xué)的建立作出了重大貢獻(xiàn)。使六千年前半坡先民豐富的文化遺跡及生活景觀重見(jiàn)天日，這一獨(dú)立的文化遺跡的揭露對(duì)關(guān)中地區(qū)的原始文化研究具有關(guān)鍵性意義①。半坡遺址大廳內(nèi)遺址的保存現(xiàn)狀1、概況大廳內(nèi)半坡氏族居住區(qū)及建筑遺跡保存著原始村莊居住遺跡的一部分，面積約２６0０平方米.主要有(１）大圍溝１條,深5~６米，寬６~8米,環(huán)繞居住區(qū)；（２）小溝：2條,位于居住區(qū)中部，寬1。９米，深１。5米左右；（3)半坡房屋類(lèi)型有半地穴居和地面建筑兩種形式,平面形式為圓形、方型和長(zhǎng)方形。建筑遺跡包括柱洞、灶坑等各種遺跡，時(shí)有疊壓；(4)其它遺跡有窖穴、圈欄、陶窯等。２、遺址病害大廳內(nèi)遺址表面通體有厚度不一的降塵，并有棉絮狀物零星散附著,土質(zhì)中可溶鹽的析出使遺址上大部分出現(xiàn)泛白現(xiàn)象。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，大圍溝底堆積細(xì)塵土達(dá)０．１6~0.25米厚,其余部分表面也有0.02~0．0３米厚的積塵。大廳南墻外和陶窖周?chē)乇硭拿?xì)現(xiàn)象作用對(duì)接近部分的土遺址造成侵蝕。經(jīng)過(guò)土質(zhì)分析，半坡遺址的風(fēng)化癥狀大致有以下幾種情況：（1）遺址中有大量裂隙，寬度不一。有的裂隙并逐漸發(fā)育成塊狀、片狀脫落?？扇茺}析出的重結(jié)晶區(qū)：主要出現(xiàn)在古代半坡人的各種生活遺跡上,這些遺跡土質(zhì)密實(shí)度相對(duì)較高,相當(dāng)部分又經(jīng)過(guò)半坡人陪燒.如房屋、窖穴、柱洞、圈欄、灶坑、大圍溝、小溝等遺跡的棱、角、邊緣、直立面、凹面處.這類(lèi)區(qū)域約占大廳遺址的９0%以上.（2）土質(zhì)砂化區(qū)：主要出現(xiàn)在堆積層和考古發(fā)掘的探方壁，由于砂化逐漸坍塌,順勢(shì)滑積于立墻根部。這類(lèi)區(qū)域約占整個(gè)遺址的５％左右。（3)土質(zhì)酥粉區(qū)：主要集中在后廳南側(cè)和兩廳相接處，占整個(gè)遺址不到5%的面積。除了風(fēng)化癥狀外,房屋由于年久失修,屋頂漏水造成土遺址深淺不一的水蝕洞、水蝕坑.另外我們還在遺址區(qū)發(fā)現(xiàn)有老鼠洞，這些現(xiàn)象嚴(yán)重的影響了半坡遺址安全.還有一些因遺址下部酥粉塌落造成上部失去支撐,如不修復(fù)有再崩塌的可能。二．回填的原因半坡遺址發(fā)掘于195３年,１9５7年修建了臨時(shí)性保護(hù)大廳，大廳是一座面積約４２１０平方米的弓形薄殼建筑。由于初設(shè)計(jì)時(shí)作為臨時(shí)性工棚，對(duì)密閉性能、隔熱防潮性能及防御廳外地表水、地下水滲透等均缺乏長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮,因而其屋梁僅為木架結(jié)構(gòu),屋頂僅鋪木板、鐵皮和玻璃纖維瓦,并因經(jīng)費(fèi)所限得不到及時(shí)修理，致使多處漏水，部分木構(gòu)件糟朽。大廳共有9８?jìng)€(gè)簡(jiǎn)易木窗，墻體較薄，為木條敷泥墻壁,建筑設(shè)施簡(jiǎn)陋落后，既不防塵，也不能調(diào)控溫度和濕度。無(wú)法起到有效的保護(hù)遺址的作用。２001年被國(guó)家文物局專(zhuān)家組定為危房。為了解決這一問(wèn)題,長(zhǎng)久有效的保護(hù)半坡遺址，國(guó)家文物局及陜西省政府決定建設(shè)新的遺址保護(hù)大廳。為了便于施工,需要拆除現(xiàn)存大廳，為避免遺址在施工過(guò)程中受到不可挽回破壞,確保遺址處于良好狀況,再次發(fā)掘后保持原貌,須做好回填前的臨時(shí)性加固及回填工作。這一工作由西安文物保護(hù)修復(fù)中心承擔(dān)。工程工期預(yù)計(jì)1～2年.待新大廳建好后，再次發(fā)掘，對(duì)外展出。半坡遺址自50年代發(fā)掘至今已有四五十個(gè)年頭,這期間半坡從發(fā)掘前的地下穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)入地表裸露狀態(tài)，并且趨于穩(wěn)定.長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化作用，鼠害使半坡遺址相當(dāng)脆弱。再次回填,穩(wěn)定的狀態(tài)又要被打破，如果前期的保護(hù)工作不力，對(duì)半坡遺址可能造成毀滅性的破壞?；靥钋坝幸韵聝蓚€(gè)問(wèn)題要考慮㈠水的作用。半坡回填后，地表水及地下毛細(xì)水都會(huì)破壞遺址。大廳建設(shè)工期近２年，舊的大廳被拆后，將毫無(wú)遮擋，故必須做好排水工作和防滲透工作，回填后,地下毛細(xì)水位肯定會(huì)升高,可能會(huì)浸沒(méi)遺址.由于遺址重建工程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，且有地表及地下水的影響,故應(yīng)考慮到遺址的發(fā)霉問(wèn)題。㈡土遺址由于多年的風(fēng)化，其強(qiáng)度未必能承受施工過(guò)程中的震動(dòng)，回填材料的重壓。所以回填前必須測(cè)量遺址的機(jī)械強(qiáng)度.并對(duì)遺址進(jìn)行適當(dāng)加固,以增強(qiáng)其抗壓，抗鉆強(qiáng)度。三.遺址的風(fēng)化機(jī)理由上面病害調(diào)查可知，半坡遺址主要受風(fēng)化因素的影響比較嚴(yán)重.因而需要對(duì)土遺址的風(fēng)化機(jī)理進(jìn)行探討.經(jīng)查閱有關(guān)文獻(xiàn)②可知，影響土遺址風(fēng)化的因素包括內(nèi)因與外因.內(nèi)因是土遺址本身的組成與性質(zhì),外因是指土遺址的環(huán)境因素，現(xiàn)分析如下:（1)土遺址的組成和性質(zhì)：土的成分有各種礦物如石英、高嶺石、長(zhǎng)石、蒙脫石、綠泥石以及有機(jī)質(zhì)等。土是由這些成分經(jīng)過(guò)無(wú)機(jī)與有機(jī)物的作用形成的,由大小不同的顆粒形成的復(fù)雜的多層次結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)很容易受外界因素的影響。例如在吸水潮濕或受熱時(shí)，各種礦物微粒膨脹程度不同，產(chǎn)生應(yīng)力，容易造成結(jié)構(gòu)的破壞.尤其是蒙脫石對(duì)環(huán)境因素比較敏感,潮濕或有水時(shí)，很容易吸水膨脹.土的膠結(jié)物如溶鹽及有機(jī)物在水作用下溶解,造成土壤結(jié)構(gòu)的破壞.土的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)化也有影響，例如土的孔隙結(jié)構(gòu)與孔徑分布.孔徑不同，對(duì)水分的吸收能力不同,對(duì)結(jié)冰和鹽結(jié)晶的抵抗能力也不同。（2）溫度變化：地表的溫度通常都要經(jīng)歷日變化與年變化等周期變化。常規(guī)下物體熱脹冷縮,這種變化隨著溫度的周期變化而變化。對(duì)于土遺址,這些變化產(chǎn)生的土體的張縮應(yīng)力,必然導(dǎo)致穩(wěn)定性的下降,具體表現(xiàn)為開(kāi)裂,脫落等。另外，由于溫度傳導(dǎo)的梯度，產(chǎn)生內(nèi)外張力,破壞也很大。這種現(xiàn)象在土遺址暴露于自然環(huán)境中時(shí)非常強(qiáng)烈,即使遮蓋建筑也只能緩解這種破壞。溫度低于冰點(diǎn)還導(dǎo)致水分結(jié)晶。(３)水分：水分的作用有以下幾個(gè)方面。ａ.水在土壤毛細(xì)管內(nèi)的遷移運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生毛細(xì)壓力，對(duì)管壁產(chǎn)生破壞；低溫下在土壤毛細(xì)孔中結(jié)晶,造成土體的破壞；b.地下水的毛細(xì)上升造成可溶鹽向表面的遷移與富集;ｃ。水可以造成粘土顆粒的膨脹以及機(jī)械強(qiáng)度的降低；ｄ.水分可以溶解對(duì)土壤微粒有粘結(jié)作用的物質(zhì)，從而導(dǎo)致土壤崩解；e.霉菌在含水高的土遺址上容易滋生等。(4）濕度變化：空氣中濕度的變化是土壤表面風(fēng)化的重要影響因素.通常情況下，白天濕度低，晚上濕度高,溫度低于露點(diǎn)時(shí),水分會(huì)在土壤表面冷凝，低于0攝氏度時(shí)冷凝水在土表面結(jié)晶，由于表面張力和結(jié)晶壓力,造成土體表面風(fēng)化破壞;濕度的循環(huán)變化可使遷到表面的可溶鹽反復(fù)溶解結(jié)晶，產(chǎn)生破壞作用;高的空氣濕度還可以促進(jìn)霉菌的生長(zhǎng)繁殖。(5）可溶鹽:可溶鹽在水的作用下,在土體內(nèi)遷移運(yùn)動(dòng)，根據(jù)條件的不同，可遷移到土體表面結(jié)晶,造成土表面結(jié)構(gòu)的破壞及表面外觀的改變;也可在土體內(nèi)部富集結(jié)晶，造成空鼓、開(kāi)裂、表層脫落（但均勻分布的可溶鹽也有一定固結(jié)土體的能力）。(6)氣體污染物：氣體污染物包括二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等,可以被吸附能力強(qiáng)的土微粒所吸附，并與水作用形成酸、堿或鹽;或者直接在空氣中變?yōu)樗釅A鹽溶液的微粒,再吸附到土體表面，破壞礦物及膠結(jié)物，并產(chǎn)生膨脹能力較大的結(jié)晶，導(dǎo)致土體的風(fēng)化。（7）降塵：降塵包括礦物微粒、工業(yè)粉塵、孢粉、霉菌等。降塵的破壞在于:a掩蓋土體表面,改變其外觀;b帶來(lái)可溶鹽;c帶來(lái)霉菌；d增加機(jī)械磨損的機(jī)會(huì)。(8）霉菌：霉菌的生長(zhǎng)改變遺址的面貌，對(duì)土體表面產(chǎn)生機(jī)械破壞，霉菌在生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生一些破壞作用的酸堿分泌物,破壞土壤的結(jié)合物。（9）動(dòng)植物：動(dòng)物如螻蛄、白蟻、螞蟻、老鼠等,在土遺址內(nèi)營(yíng)穴生存，草類(lèi)在土遺址表面的生長(zhǎng)都有破壞作用。（10)風(fēng)沙:暴露于自然界的土遺址，特別是在西北干旱地區(qū)的土遺址,多受風(fēng)沙的破壞作用.風(fēng)的壓力、沙子的撞擊與摩擦，對(duì)土體都有破壞作用。（１1)震動(dòng)：來(lái)自地震、工程施工、交通等方面的震動(dòng)對(duì)土遺址有危害。表現(xiàn)在使表層顆粒脫落、土體開(kāi)裂坍塌、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)。聯(lián)系半坡的實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)風(fēng)化內(nèi)因—-土質(zhì)性能分析(包括礦物成分、孔隙度、吸水率、膨脹系數(shù))和半坡環(huán)境進(jìn)行了研究,結(jié)果如下：1．半坡土質(zhì)性能③(1)礦物成分復(fù)雜半坡遺址土質(zhì)主要由碎屑礦物（機(jī)械風(fēng)化產(chǎn)物)和粘土礦物(化學(xué)風(fēng)化和成土過(guò)程的結(jié)果）組成。其中碎屑礦物為石英、長(zhǎng)石和方解石,其次為云母和其他副礦物。其中前三種占整個(gè)碎屑礦物含量的8０－90%，尤以石英含量為最高，可達(dá)48－65%.碳酸鈣的含量10%左右，顯微鏡下觀察結(jié)果為方解石比例較大，而且富集在粉土粒組中。碎屑礦物主要組成如下：ＳiO2(５0％以上）,Al2O3(10%以上），CaO(１7。5-1０.5%）次要組成：Ｆe2Ｏ３（3—6％),ＦeＯ(0.４—1。5％）,ＭｇO(1。5－5％),Ｋ2Ｏ（１．5-2。５％),Na2O（1.2-2．３%).粘土礦物主要以伊利石為主要成分,另外還有高嶺土、蒙脫石、綠泥石、蛭石及少量無(wú)序或有序混合層結(jié)構(gòu)礦物.其中伊利石約占50%，其次是高嶺土１5—20%，蒙脫石在1５％以下，綠泥石等其它均小于1０%。（2）顆粒大小和形狀土樣比重是土的重量與同體積４度蒸餾水重量的比值,其大小取決于土中礦物成分和有機(jī)質(zhì)的含量。土是由固體顆粒和孔隙體系構(gòu)成的,土的顆粒組成與土的各種性質(zhì)有著密切的關(guān)系．所以采用比重瓶法對(duì)半坡土樣比重值進(jìn)行分類(lèi)測(cè)定,采用比重記法(試樣用加氨煮沸微集成法處理）對(duì)半坡土樣顆粒組成分類(lèi)測(cè)定可知半坡土樣的比重值在2。667－2.7２6之間,土樣顆粒組成以粉粒（0．05-０。005mｍ)為主,其含量為48。9%－67。９%,其次是小于0.005mm粘土組，含量約9.８～38.3％;其次是砂粒（2-0。05mm）,其含量為8.８%０—2６．1％.根據(jù)顆粒組成分類(lèi),大多數(shù)為重粉質(zhì)壤土，其次是粉質(zhì)粘土,少數(shù)為中粉質(zhì)壤土，個(gè)別為重粉質(zhì)砂壤土。（３）通過(guò)對(duì)半坡土質(zhì)體積壓縮變化值的測(cè)定得知：體縮范圍（Vｙ）為9。6%－20.3%,其中最大為粉質(zhì)粘土,最小為粉質(zhì)壤土，其余土樣的體縮為1４％—17%均系重粉質(zhì)壤土。土質(zhì)中各種組分表現(xiàn)出不同的體積收縮性，當(dāng)溫度變化時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出不同的應(yīng)力,這就會(huì)導(dǎo)致裂縫,剝落現(xiàn)象出現(xiàn)。半坡土的壓縮性變化和半坡土的濕脹變化一致。天然土受力變形實(shí)際上包括土顆粒壓縮、土孔隙中水和氣的排出，是土體積減少的過(guò)程。（4)通過(guò)對(duì)半坡土質(zhì)抗剪強(qiáng)度(用內(nèi)聚力表示)的測(cè)定可知：當(dāng)試前含水量(Ｗ％）為１7．54%時(shí),內(nèi)聚力僅為0。30千克/厘米2.土的抗剪強(qiáng)度是指土體對(duì)于外荷所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。當(dāng)土中一點(diǎn)由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪度、發(fā)生土體的一部分相對(duì)于另一部分的移動(dòng)時(shí),便認(rèn)為該點(diǎn)發(fā)生了剪切破壞.（５)孔隙度試驗(yàn)：孔隙度是指土內(nèi)孔隙體積與土的總體積之比值。土中的含水量，水在土內(nèi)部傳遞與外界的交換均受土塊中孔隙分布的影響。而半坡土質(zhì)主要成分為石英，粘土膠結(jié)物將顆粒膠合在一起因此孔隙度比較大，約為5０%左右.真空條件下，礦物顆粒之間無(wú)空氣存在，土的總吸水量與孔隙度成正比,通過(guò)測(cè)定正常壓力下及真空壓力下的吸水量，即可算出空隙度Ｐ。(6）膨脹試驗(yàn)土質(zhì)吸水后，粘土礦物膨脹，使整個(gè)土塊隨之膨脹，即水對(duì)土樣的水力擴(kuò)張作用，此現(xiàn)象將導(dǎo)致土塊產(chǎn)生裂紋及剝落，最后引起遺址的坍塌.常用水力學(xué)膨脹系數(shù)來(lái)衡量這一過(guò)程。通過(guò)測(cè)定膨脹，當(dāng)膨脹含水量為３9。６1%時(shí)，膨脹為３.７7％。(7）毛細(xì)吸水系數(shù)及毛細(xì)滲透系數(shù):毛細(xì)吸水量是衡量水在多孔材料中活動(dòng)情況的一個(gè)重要參數(shù)。半坡遺址與大地相通,最主要的風(fēng)化因素就是毛細(xì)水?？捎妹?xì)吸水系數(shù)W和毛細(xì)滲透系數(shù)B來(lái)表示。記錄一定時(shí)間內(nèi)毛細(xì)吸水量和滲透高度隨時(shí)間的變化情況，則可計(jì)算出W和B值。ω=Wxt?H=Bｘt?ω為單位面積的毛細(xì)吸水量kg，H為毛細(xì)上移高度cm,t為時(shí)間(小時(shí)),W是ω-t?直線的斜率,Ｂ值是H—t?作圖的斜率，毛細(xì)吸水量是浸入樣品24小時(shí)后樣品總重增加的百分量。表1毛細(xì)吸水系數(shù)及毛細(xì)滲透系數(shù)３14．3532４。86３3１．52３36.7340．６315。６526.1632.8238.041．93ω７。2５12.11１5。1917．601９．41H（cｍ)23。33．7４．４５1６6．0176.718２.518６.７189。0１90。8５５.218．０1０．716.5２0．72３。０24。8ω6。79９.8５13。１41４.６015.75Ｈ(ｃｍ）２３3.７4。34．５W單位是千克/米2。小時(shí)?,B是厘米／小時(shí)?，可以看出毛細(xì)吸水系數(shù)約為50-８0之間,毛細(xì)滲透深度小于２0，這就是說(shuō),底面積為1平方米的土在第一小時(shí)內(nèi)最多可以吸收50－80kg的水，滲透深度可達(dá)２０cm,表明毛細(xì)水的作用不容忽視。（6)半坡土樣濕化性試驗(yàn)土在水中發(fā)生崩解或強(qiáng)度的減弱視為土的濕化，用浮筒法進(jìn)行土的試驗(yàn)。如下表2：BTA8為深層土,BＴB1為用硅酸鈉加固過(guò)的土樣品編號(hào)實(shí)驗(yàn)前崩解量崩解時(shí)間分鐘崩解情況干容重克/厘含水量%１．３41６.6４.08%1４４0粉狀崩解,有少量氣泡冒出，有裂縫出現(xiàn)BTＢ1１。363．310０%5有氣泡，粉狀及塊狀崩解由以上研究表明：半坡土質(zhì)表現(xiàn)出粘聚力小，空隙度大,體積壓縮變化范圍大，水溶脹大，毛細(xì)水活動(dòng)旺盛,遇水易崩解的特性。所以說(shuō)半坡土質(zhì)的結(jié)構(gòu)很容易受外界環(huán)境因素的影響。2．半坡遺址周?chē)沫h(huán)境。通過(guò)對(duì)半坡周?chē)h(huán)境的檢測(cè)表明，環(huán)境因素也是影響半坡風(fēng)化的重要因素之一.(1）溫度及濕度隨季節(jié)變化較大.西安屬于濕熱帶濕潤(rùn)氣候,季風(fēng)交替比較明顯.表現(xiàn)出：據(jù)有關(guān)氣象數(shù)據(jù)表明195１年至19７0年，西安地區(qū)最高氣溫達(dá)４１．7℃,最低氣溫達(dá)—20。６℃，氣溫日差春季為12。0℃,夏季為１０。７℃，秋季為10.２℃，冬季為1０。8℃。全年平均降水量為604．2mm，其中春季占23.2％，夏季占４0.3％，秋季占32.4%,冬季占4.1%.由于年降水量比較大,所以半坡博物館內(nèi)的相對(duì)濕度比較大.據(jù)半坡博物館提供的數(shù)據(jù)表明,遺址大廳夏季溫度最高達(dá)4６℃，冬季最低達(dá)-17℃，相對(duì)濕度最高大９5％,最低達(dá)33%。19９6到１9９8年間,全年溫差約60℃,年平均相對(duì)濕度７1％，氣溫及濕度起伏較大,濕度的變化會(huì)導(dǎo)致土質(zhì)體系的脹縮，同時(shí)也會(huì)影響其強(qiáng)度和壓縮度的變化。溫度的變化也很明顯，黃土是熱的不良導(dǎo)體,所以遺址晝夜溫度的變化僅限于很淺的表層，而由溫度變化引起黃土膨脹所產(chǎn)生的壓應(yīng)力和收縮產(chǎn)生的張應(yīng)力也僅限于表層，冷熱兩種過(guò)程的頻繁交替逐漸使遺址表層產(chǎn)生裂隙，以致呈片狀剝落或粒狀疏散，最終塌落.這些性質(zhì)決定了在遺址回填之前必須對(duì)其進(jìn)行化學(xué)加固，以增強(qiáng)其機(jī)械強(qiáng)度.(2）降塵也是影響半坡遺址的因素之一，在半坡每年落塵厚度達(dá)０。8～２cm。西北大文博學(xué)院提供1983年對(duì)博物館環(huán)境檢測(cè)結(jié)果表明:降塵為26.7５噸／km２·月，SO2為0．243mg/cm2·日，氮氧化物為０。２32mg/ｃm2·日，降落的灰塵一方面覆蓋了土遺址表面半坡先民生活的遺跡,另一方面灰塵中含有酸性物質(zhì)及微生物，對(duì)土質(zhì)有破壞作用，更進(jìn)一步,降塵落在多孔的遺址表面及白色鹽份結(jié)晶上以及落在裂縫內(nèi)，都會(huì)給除塵帶來(lái)困難。這就要求在遺址加固前必須對(duì)遺址進(jìn)行除塵處理.(3)霉菌作用將半坡遺址表面的土質(zhì)溶于去離子水發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域刮樣水溶液顏色，但大多為深色溶液,而且有懸浮物在里面，盡管現(xiàn)在還不能肯定是那種微生物或菌類(lèi)，但的確有這些東西存在,原認(rèn)為表面泛白全是鹽分，經(jīng)分析白色表皮除鹽分外還有霉菌類(lèi).半坡遺址與大地,大氣相同，濕度多大于7０％，潮濕有利于霉菌的生長(zhǎng)和繁殖.大廳內(nèi)空氣流通不好,游客量較大引起的空氣污染較嚴(yán)重，也有利于霉菌生長(zhǎng).綜上所述,半坡的土質(zhì)結(jié)構(gòu)表明它極易受水、溫濕度變化等外界因素的影響，而它所處的地理位置又提供了這樣的條件。所以多年的風(fēng)化造成土質(zhì)中膠結(jié)物（粘土礦物)減少,土質(zhì)?；?造成裂隙,砂化,塌落。四。半坡遺址的臨時(shí)性化學(xué)加固1.加固劑加固原理及加固劑的選擇：由風(fēng)化機(jī)理可知,風(fēng)化造成土質(zhì)中膠結(jié)物的減少,因此土質(zhì)中加入膠結(jié)物使其恢復(fù)粘結(jié)性能，提高機(jī)械強(qiáng)度,是針對(duì)風(fēng)化后土質(zhì)保護(hù)的最有效的措施.半坡土質(zhì)的孔隙較大，約為50％,毛細(xì)滲透系數(shù)較大約為50—8０之間,可以選用合適的流體加固劑對(duì)其進(jìn)行滲透處理,以提高土質(zhì)強(qiáng)度1．1化學(xué)加固劑的要求根據(jù)半坡的具體情況用于半坡的加固劑滿(mǎn)足以下要求：（１）加固劑不應(yīng)含有鹽分:由于土遺址所處的環(huán)境,遺址直接受雨水作用較小,但土遺址與大地相通，永遠(yuǎn)也杜絕不了地下毛細(xì)水的作用。環(huán)境監(jiān)測(cè)表明,年平均濕度71%，這樣典型的暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候環(huán)境雖然不象沿海地區(qū)那樣潮濕但卻有足夠的濕氣存在于遺址土質(zhì)內(nèi)。這樣，濕氣或毛細(xì)水在上移時(shí)，會(huì)把土質(zhì)中的鹽分帶到表面,在表面富集,除了使表面泛白影響觀瞻,而且會(huì)形成表面硬殼化，還會(huì)對(duì)土質(zhì)施加結(jié)晶、膨脹作用，威脅土遺址的存留。換句話說(shuō),用于半坡遺址的加固劑絕對(duì)不能含有鹽分，否則滲進(jìn)去的鹽分也會(huì)隨水析出，加重表面泛白。(2)加固劑加固后要有一定的透氣性,經(jīng)受的起水的長(zhǎng)時(shí)間作用。也是由于遺址與大地相通，地下濕氣及毛細(xì)水無(wú)限期的對(duì)土質(zhì)起作用,所以加固后的的土質(zhì)應(yīng)不受水的反復(fù)影響，且加固劑應(yīng)具備不助長(zhǎng)霉生長(zhǎng)的作用.（３）加固強(qiáng)度適中：加固劑的加固強(qiáng)度是相當(dāng)關(guān)鍵的一個(gè)因素。由于半坡土質(zhì)較疏松，粘聚力僅為0。３kg/cm３,空隙率卻為50%左右,這就要求所選的加固劑強(qiáng)度不宜過(guò)大,否則會(huì)在加固與內(nèi)層未加固的交界面上形成斷層。（4）具有足夠的深度且分布均勻：由于土質(zhì)較酥松，加固劑不能僅加固表面而是要有足夠的滲透深度（要求４厘米以上），滲透深度好且均勻分布。根據(jù)要求（１)，我們首先排除PS材料(高模量的硅酸鉀），Ｂa（ＯH)2等無(wú)機(jī)加固劑的使用。結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道及我們能購(gòu)買(mǎi)到的產(chǎn)品，我們初步選擇有機(jī)樹(shù)脂溶液，硅酸乙酯,B－7２，聚醋酸乙烯酯作為加固劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比。1.2加固劑選擇及加固效果評(píng)估我們選用半坡土制成模擬土樣，在實(shí)驗(yàn)室用以上加固劑加固，并用現(xiàn)代文物保護(hù)研究評(píng)估技術(shù)，對(duì)半坡土質(zhì)的加固效果進(jìn)行評(píng)估（可用滲透深度、毛細(xì)吸水系數(shù)、抗鉆強(qiáng)度、外觀顏色、持水量以及強(qiáng)度隨深度分布等參數(shù)來(lái)評(píng)估）,最后選出合適的加固劑。結(jié)果見(jiàn)表1－5表1擬選用的流體加固劑加固劑名稱(chēng)化學(xué)成分保存狀態(tài)溶劑配方（加固劑＋溶劑)施用狀態(tài)Ｒ—３０0硅酸已酯無(wú)色液體乙醇75％＋25%無(wú)色透明液體Ｂ—7２丙烯酸樹(shù)脂白色固態(tài)透明顆粒丙酮5％+95％無(wú)色透明液體PAＲ聚醋酸乙烯酯白色透明顆粒丙酮1０%+90％無(wú)色透明液體(1)滲透深度,吸收量及顏色變化情況見(jiàn)表2表２原土塊加固處理試驗(yàn)結(jié)果樣品編號(hào)加固劑樣品重量(g)濕重(10分鐘后）滲透深度(cm）加固劑吸收量（g)1年后重(g）滲透深度(cm）顏色1年后實(shí)際吸收加固劑量(g)1Ｒ—30０523。２9５78.665.0５５.３7550.４9６．９沒(méi)變化27。112R—3０0261。06294.364。533．３3２74。８06。５沒(méi)變化13．743B７2２66.４７２９2．544。126。07270.835.0沒(méi)變化4.36４B72２８１.88３0７.61４．0２５。73２86．784。0沒(méi)變化4。９5PAR２50.4627０.902。５2０。4425５。５2３.5稍深5。０66PAＲ１87。17２01．０03．01３.8318９．513．4稍深2.34可看出Ｒ－30０加固后，不但顏色無(wú)變化，而且滲透深度較深,達(dá)到6厘米以上,吸收較好。（2）加固劑強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表３樣品編號(hào)加固劑抗鉆斜率備注加固處理未加固處理平行垂直平行垂直1#Ｒ-3000。４70.２70。77１。4強(qiáng)度分布均勻8＃Ｂ-７2－1.070。9３1。3強(qiáng)度分布均勻1６＃PAR0．50．60.６0。7僅表面強(qiáng)度大可見(jiàn)Ｒ-3０0加固前后，加固強(qiáng)度變化明顯,且強(qiáng)度分布均勻(3）加固土樣的透氣性加固處理的土質(zhì)應(yīng)具有一定的透氣性才能經(jīng)得起水的反復(fù)作用，從表4中可看出處理前后毛細(xì)吸水系數(shù)及毛細(xì)滲透系數(shù)無(wú)明顯變化（稍降低）,這就是說(shuō)加固處理后，毛細(xì)孔隙仍然存在，不影響地下水的透氣。從表5可看出用硅酸乙酯處理的土樣能經(jīng)受水的反復(fù)作用，而且在水中無(wú)掉渣現(xiàn)象。即便是處理過(guò)的原土樣經(jīng)過(guò)抗鉆實(shí)驗(yàn)后，盡管孔洞排布較密，仍能經(jīng)受水的作用。也就是說(shuō)用此處理方法處理半坡土遺址的保護(hù),可以擺脫水的威脅，這正是我們所期盼的。表4加固劑處理土樣塊的毛系吸水系數(shù)及毛系滲透系數(shù)樣品編號(hào)加固劑編號(hào)底面積樣重時(shí)間分鐘吸水量后樣重上升高度毛細(xì)吸水系數(shù)毛細(xì)滲透系數(shù)備注1#R—3０04.8X4。6540。2８1５73。52１。574．４19。２80分鐘全部浸潤(rùn)258０.063。0３5８5．954.045９1。855．０5597．２55．3７＃B-724.８X5３0３.791３2４。8３。062.４１4．43分鐘掉渣塌落2３３8。８３．53340．04。543４7．25。05——-—--－--１8#PAR5X4235.2０125７．03.０７4.4１９．2—-——－-—２265.１4。0327１。5４.8４276。45.05281.65.5（4）耐老化性由于R-300前面表現(xiàn)出的出色性能，所以只選擇５0%的R-3０0進(jìn)行性能全面實(shí)驗(yàn),并對(duì)加固土樣在顯微鏡下觀察。表5浸泡加固后的物理參數(shù)及耐老化性能測(cè)試加固劑抗壓強(qiáng)度抗鉆強(qiáng)度持水量％孔隙度%耐老化性能耐水解情況耐凍融情況耐鹽腐蝕情況平行垂直５0％R-3000。56.０.8０0.９026.７29.317個(gè)循環(huán)后破裂18個(gè)循環(huán)后破裂６個(gè)循環(huán)后破裂顯微鏡下觀察結(jié)果表明,用硅酸乙酯加固過(guò)的土樣明顯含有較多的膠結(jié)物,顆粒間緊密堆集,在顆粒間有均勻分布的新的類(lèi)似膜層的東西出現(xiàn),這既是加入的加固劑，它將礦物顆粒交結(jié)在一起，起到了強(qiáng)化固結(jié)的作用.硅酸乙酯為液體，水解前粘度較低.在反應(yīng)過(guò)程中液體變成軟膠狀,膠收縮變得越來(lái)越硬,硅酸乙酯鏈的一端連接礦物顆粒，另一端與相鄰的硅酸乙酯相連．最后變成硅氧四面體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并填于土質(zhì)顆粒之間,正是這種聚合網(wǎng)鏈起到加固和強(qiáng)化的效果。可以看出硅酸已酯加固處理的強(qiáng)度及滲透深度都比較理想,通過(guò)對(duì)硅酸已酯處理過(guò)的樣塊的抗鉆強(qiáng)度測(cè)試，加固前后抗鉆強(qiáng)度變化明顯，滲透深度遠(yuǎn)不止５cm，加固后強(qiáng)度0.3提高到０.56,這已達(dá)到土質(zhì)加固要求。R-３00硅酸乙酯分子式:Si（OC２H5）４其加固原理是:Ｓi(ＯC2Ｈ５)4+4H2O=SiO２aq＋４Ｃ２H５OＨ+2H２0在這個(gè)反應(yīng)中,通過(guò)添加一些催化劑，使硅酸乙酯緩慢的與空氣中的水蒸氣及土遺址中的毛細(xì)水反應(yīng),并逐漸分解，最終形成一種礦物質(zhì)狀的SiO2膠體，沉積在已風(fēng)化遺址的空隙中成為新的膠結(jié)物,反應(yīng)的另一產(chǎn)物乙醇則完全揮發(fā)。因?yàn)榉磻?yīng)中催化劑是中性的，各反應(yīng)產(chǎn)物既非酸性也非堿性。且生成的物質(zhì)與土的成分基本相同，不會(huì)有任何雜質(zhì)帶入遺址中。土質(zhì)文物不會(huì)受到含鹽副產(chǎn)品物質(zhì)的威脅。同時(shí),由于其較小的粘度，因而滲透深度比較大,加固效果較好。因此對(duì)遺址區(qū)應(yīng)選用滲透深度和強(qiáng)度都比較理想的R—3０0（硅酸乙酯）作加固劑。對(duì)于遺址區(qū)所依附的非遺址區(qū),我們只希望它在回填過(guò)程中有一定的強(qiáng)度，能承受的起回填時(shí)沙袋的重壓，施工人員的行走，搭架等而不出現(xiàn)滑落,沒(méi)有必要要求加固強(qiáng)度分布均勻,一定滲透深度。要考慮到造價(jià)問(wèn)題,沒(méi)有必要用Ｒ—300加固處理,而選用聚醋酸乙烯酯乳液做加固劑就可以達(dá)到要求。實(shí)驗(yàn)表明,在相同的濃度下，以上加固劑聚醋酸乙烯酯加固土遺址表面的強(qiáng)度是最大的。在非遺址區(qū)使用它主要是為了防止在大廳重建過(guò)程中因?yàn)檎饎?dòng)或者擠壓導(dǎo)致這部分遺址的土體滑坡、疏松等。所以在價(jià)值較低的非遺址區(qū)選用聚醋酸乙烯酯乳液做加固劑進(jìn)行加固.2。化學(xué)保護(hù)程序測(cè)繪測(cè)繪工作的必要性Ａ：遺址回填覆蓋后，有些區(qū)域不能上人行走,必須作出相應(yīng)標(biāo)志牌.通過(guò)測(cè)繪工作可以得知應(yīng)在那部分設(shè)立標(biāo)志牌。B：為遺址再次發(fā)掘復(fù)原提供資料,減少再次發(fā)掘時(shí)因盲目對(duì)遺址造成的破壞.C：測(cè)繪工作反應(yīng)了遺址的保存現(xiàn)狀，為以后再處理留有資料。因?yàn)檫z址經(jīng)過(guò)一定時(shí)期后的狀況并非剛出土?xí)r的原始面貌.除塵半坡土遺址表面浮有較厚的灰塵和棉絮物，影響觀瞻和加固效果,必須去除。用軟毛刷輕掃表面灰塵，較硬表面的坑凹處的灰塵可用弱力吸塵器吸掉,酥松部位的灰塵可用干凈脫脂棉沾少許去離子水粘掉.(3)加固首先遺址區(qū)加固：所謂的遺址區(qū)，就是古代半坡人所居住的房屋，及他們平?；顒?dòng)的場(chǎng)所。包括遺址中的棱角、窖穴、柱洞、關(guān)鍵柱及房屋遺跡等。部分的加固主要是用濃度為50％的R-3０0乙醇溶液。非遺址區(qū)加固：所謂的非遺址區(qū),并非考古挖掘時(shí)的原始面貌,而是人為回填的，其表面并非原始人的活動(dòng)場(chǎng)所。聚醋酸乙烯酯乳液的滲透深度不大,防止“反遷”現(xiàn)象發(fā)生所以我們使用低濃度少量多次噴淋的方法。濃度為5%,一般達(dá)到八次以上。（4）修復(fù)對(duì)雨蝕坑洞和失去支撐的突出部分及大裂隙修復(fù)，以排除隱患。將土過(guò)篩出細(xì)土，加適量水和一定的白乳膠(增強(qiáng)泥漿和遺址之間的膠結(jié)力）制成泥餅和泥漿待用。對(duì)于鼠洞和雨蝕洞,先將泥漿用注射器注入,再用事先制好的泥餅進(jìn)行填塞,作舊。對(duì)大裂隙用注射器注射泥漿的方法填充。對(duì)于坍塌掉落的,用泥漿和白乳膠將其粘回原位。對(duì)由下部塌落而使上面失去支撐的，先噴白乳膠，后泥餅填補(bǔ).(5)防霉新廳建設(shè)需1~2年，半坡遺址又遭受地下水及地表水作用，毛細(xì)水旺盛,易滋生霉菌.為了防止遺址發(fā)霉,應(yīng)對(duì)其事先作好防霉處理。處理方法：用０．０5％的霉敵（西北大學(xué)華特集團(tuán)）乙醇溶液噴涂整個(gè)遺址表面，滲透深度應(yīng)在2~4毫米。待表面充分揮發(fā)后再作回填處理。五.回填過(guò)程中的具體操作1。根據(jù)實(shí)際情況制定出本次保護(hù)工程準(zhǔn)則A：全面保護(hù)的原則。半坡遺址是不可再生的文化遺產(chǎn),有很高的歷史、文化、科學(xué)藝術(shù)價(jià)值,必須對(duì)大廳東、中、西三個(gè)坑的各種文化遺存(包括關(guān)鍵柱)全部進(jìn)行保護(hù)。B：時(shí)效性原則。保護(hù)工程是臨時(shí)性保護(hù),有限加固,不做一次到位的加固。只保證１~２年，在工程建設(shè)完成后，即應(yīng)解除保護(hù)措施。Ｃ:可重復(fù)處理原則。所用加固材料及工藝，對(duì)以后的保護(hù)及加固措施無(wú)影響,一段時(shí)間后可以再次加固。Ｄ：最小損傷,最少干預(yù)原則。E:經(jīng)濟(jì)性原則.降低保護(hù)工程造價(jià).F：可操作性原則。保護(hù)技術(shù)易操作，工程易進(jìn)行并為日后清理做好準(zhǔn)備。G:方便重建工程進(jìn)行原則。在保護(hù)之后約有70％遺址面積可以上人行走。2．對(duì)于半坡遺址，從保護(hù)工程角度分析，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：A:遺址密集,文化疊壓層多，平面不規(guī)正,無(wú)法成行成列布置柱網(wǎng),也沒(méi)有落柱子的平面;B：遺址高低不平，從地面向上達(dá)2．4米高，向下達(dá)6．0米深，如