1.城墙原为夯土,后来经过保护,在外面包了一层保护用土,然后再在保护用土外包了一层砖。
2.因为文物保护的需要,保护工程必须可逆,也就是说日后如果要把保护用土和包砖拆掉,不能损害最里面的夯土城墙原物。
3.所以三者的两两结合部位,不会特别严丝合缝,而是留有一定的空间。一旦遇到短时间内密集降雨,雨水就会渗入其中。
4.渗入其中的水会产生向外推的压力,一旦超过包砖的承受程度就会垮塌。
5.就文物保护来说,这是夯土城墙包砖保护方式的痼疾。印象里开会听文保专家讲课的时候,说过更好的保护方式,具体我要去翻翻论文资料了。
秦王府城墙这段城墙就在省政府的新城广场南侧,算是陕西的政治中心和市中心。我想从三个方面来说,城墙乃至古建筑的保护问题。今年西安雨水多,众所周知,长期雨水浸透,土壤饱和,原城墙裂缝进一步开裂,土体崩塌侧压力,将外侧后砌筑的砌体推倒。这个原因,一般学过土木工程的,都应该知道。事故既然已经发生,再强调雨水诱因的情况下,我想说一下问题:
1、城墙保护设计方案的问责 同样,众所周知,秦王府城墙属于陕西省文物保护单位,在后期砌筑墙体的保护方案制定单位应该是XX遗产院(打X真的是给贵单位面子了)。根据惯例,省保由省级文物局提出保护方案,国家文物局备案。也就是说,保护方案的审批单位是省文物局。没有说错的话,XX遗产院就是文物局的下属单位。自家人干自己的活,体制里就把这是项目循环了。至于方案是不是可靠。我有幸见过XX遗产院关于X万城等类似的城墙方案,当时就颇为惊讶。所以这段城墙的倒塌也就不意外了。有幸和XX遗产院的工程师交流过,开口闭口都是历史信息本体保护等之乎者也,问一个结构问题,避而不谈。这大概是文物系统中的文科生多的原因吧?!
2、就后砌砌体本身的设计方案问题 根据我曾经处理过的类似城墙的设计经验,首先处理好城墙顶部的防水排水问题,原城墙夯土因为风水雨淋,内部往往有裂缝,树根等,容易造成雨水侵入,故方案必须把城墙顶部的防水和排水考虑好。其次,受力上按照挡土墙处理砌体。目测该砌体厚度约500mm左右,严格上,只能算是护坡。当土体坍塌的时候,根本阻挡不了土体侧压力。也就说,过去没倒,是因为诱因(雨水、裂缝)没有起主导作用,但坍塌,是必然的。至于按照挡土墙设计,是考虑到土体饱和工况、地震工况下的不利情况,类似墙体高度一般都在8米以上,计算中应该把夯土看成有利条件,但应该从工程角度,还是按照普通土体考虑。
3、关于监测,同样是众所周知,坚持"动态设计,动态监测”的设计原则 。我的公司也从事在线监测技术研究与开发,根据经验,往往出现问题的,都是静态设计,完工了事的工程。通过动态监测,提前预警,提前采取相应措施,防患于未然,这种事情就不会发生,更不会对人民生命财产构成威胁。要不不监测,要不就是编造假资料,事故出现了,就往老天爷身上推。
4、从目前新闻看,文物部门的意见还是文物本体没有破坏的说辞,突然感觉后怕。文物本体是城墙夯土,城墙夯土不坍塌,后砌筑的墙体肯定不会倒。不首先向社会道歉,张口就是文物本体之类的之乎者也,难道受伤的群众,还好?社会影响不大?继续体制内消化问题?
既然发生,也是好事,起码可以防微杜渐也好,就怕过后就忘的不长记性,不从根子上找问题。
倒塌的城墙是明代秦王府遗址的一部分。明秦王朱樉为朱元璋的第二个儿子,明秦王府是其府邸。倒塌的部分位于府邸的南侧。
经过了600余年风雨的洗礼,原来的城墙早已是残砖败瓦。特别是1921年冯玉祥在西安为了修建督军府,把城墙的包砖全部都拆了,真正遗留下来的仅为裸露的夯土。
裸露的夯土没有任何防护,长期被雨水冲刷可能会出现崩塌。为了保护好历史性的文物,西安市在2003年后陆续对这些城墙进行了加固与防护,主要的方式是在这些夯土的外部加砌砖头与填土,力图恢复以往城墙刚建成时的风貌。
本次事件中倒塌的城墙也进行了类似的处理。在残存下来的夯土墙外部,是新建的包砖砌体和填土,原来的土墙则被包裹在新建的城墙内部。
从现场照片来看,本体夯土墙似乎并没有遭受破坏,出现倒塌的仅是城墙新建部分。
在视频中,可以十分清晰地看到,城墙的包砖发生了绕底部支点的整体转动,并最终倒下。
挡土墙工程发生整体破坏时,大致可以分为三种主要的破坏类型。一是滑动(Sliding),挡土墙整体向外挤出,没有明显的旋转或转动;二是倾覆Overturning),挡墙绕基础底部发生整体向外的转动;三是失稳(Instability),这是由于地基土过于松软导致的,与前者相反,此时挡墙将绕墙顶产生反方向的转动。
在本次事件中,城墙的包砖正是扮演了挡土墙的角色,发生了典型的倾覆型破坏。
对于倾覆型破坏,一般是由墙背后的填土压力过大引起的。当填土作用于墙背的压力超过临界点,压力将开始令墙体产生转动。
但值得注意的是,新建的城墙已完工多年。如果说包砖的强度一开始就不足以抵抗背后土压力,似乎难以解释为什么在多年之后才发生了破坏。
如果我们在网上深入搜索,可以发现事件中倒塌的城墙在去年已经出现了损害。
2019年9月,也是因为连日阴雨,城墙的顶部(海墁)部分区域出现下陷开裂。
除此之外,墙体在端部与侧面也开始渗水。
从城墙倒塌的现场照片来看,19年城墙的损害还没完全修复。照片中,城墙顶部似乎设置有简易的挡雨蓬,应该是为了防止雨水流入破损的海墁。
墙面渗水与海墁下陷值得进一步研究,因为这不是城墙在正常情况下应该出现的。这些征兆,暗示着城墙内进入了大量的水,而且不能充分顺畅排出。
当城墙内没有良好的排水条件时,水会积聚在墙的内部,形成三角形分布的静水压力。
在静水压力的水平作用下,包砖砌体会发生侧向变形,墙背后的土体发生侧向挤出,从而带动了城墙顶部伴随发生下陷。
相比起风沙,水更为城墙的克星。
在正常情况下,城墙会设置多项措施,以防止雨水进入城墙内部或在内部积聚,即使是在古代。
城墙墙顶的海墁通常会设置坡度,当降雨时,雨水会顺着坡度集中到以一定间隔布置在墙顶的集水口。
集水口与城墙的流水槽相连,汇聚的雨水最终通过流水槽垂直排到地面的水沟。
通过这项措施,可以保证大部分的雨水系统性地排到地面。然而,有小部分雨水仍可能通过包砖之间不密实的缝隙进入到城墙内部。这时,在城墙内部也要设置排水通道。
如南京的古城墙,同样为明朝所建,在城墙的顶部与底部均设置有内部排水口,当下雨时,渗入城墙内部的雨水也可以通过这些排水口泄出,形成了独特的“龙吐水”现象。
回头看本次倒塌的城墙,虽然在侧面找到了用于表面排水的流水槽,但从19年墙面渗水的情况来看,内部可能并没有设置充足的排水通道。
综合以上分析,西安明秦王府城墙倒塌的主要原因可能是城墙内部缺乏排水,雨水积累在城墙内部,最终诱发了倒塌。
在城墙建好之后,包砖仅承受内部填土的水平压力。在土体干旱时,这个压力很小,包砖的强度完全可以承受。
降雨后,部分雨水通过包砖的缝隙进入了城墙内部。由于内部缺乏排水通道,雨水只能通过墙体侧面缓慢渗出。在连续下雨时,因雨水排放能力不足,城墙内部的水位不断升高,导致了越来越高的静水压力。城墙在额外的压力下发生挤出变形,并导致了墙顶海墁的下陷。
墙顶在19年下陷破损后,一直未得到完全修复,降雨天气时雨水比以前更容易通过破损部位进入城墙内部。内部填土在雨水的长期浸泡下,力学性质被削弱,包砖受到的填土压力逐渐增大。在不断增大的填土压力与静水压力作用下,包砖砌体的强度逐渐接近临界点。
城墙到达临界点后,倒塌进入倒计时。