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古代建筑夯土地基研究

生土建筑是一个现代术语,泛指世界各地以仅经过简单加工的原状土质材料建造的建筑,包括黄土塬上开挖的窑洞、用夯土形式建成的古城、用土坯形式砌筑的墙体、用泥加草调拌后修造的挑土墙、用版筑形式夯造的版筑墙和生土块砌筑的构筑物,等等。按照材料、结构与建造工艺,生土建筑可以分为黄土窑洞、土坯窑洞、土坯建筑、夯土墙、草泥垛墙以及各种大体量夯土构筑物。被土覆盖的掩土建筑。总之,生土建筑的最大特点就是土材料未经烧造,仅在建造方法和施工技术上有一些变化而已。

黄河流域的中原一带是中华民族起源地之一。这一地区干燥少雨,丰富的黄土层就成为原始先民的天然建筑材料。距今6000 年的半坡遗址地穴、半地穴和地面建筑即用的是生土建筑材料;4000年前的龙山文化遗址,出现了夯土建造的城墙、台基点的各类生土建筑遗址,如河西走廊绵亘千里的长城遗址、新疆交河故城遗址、高昌古城遗址等,都是古代先民因地制宜的伟大建筑杰作。土作为最简单的建筑材料,在古建筑的发展过程中一直扮演着重要的角色。

生土建筑及其分类模式探讨

生土建筑按材料、结构和建造工艺区分,有黄土窑洞、土坯窑洞、土坯建筑、夯土墙或草泥跺墙建筑和各种覆土建筑,以及夯土的大体积构建筑。按照建筑方式和使用功能区分,则有窑洞民居、其他生土建筑民居和以生土材料建造的公用建筑。由于受不同地区不同环境的影响,各地区的生土建筑在建筑结构和建筑艺术上也各有特点现存的研究者大多会将生土建筑分为穴居或窑洞、夯土版筑建筑和土坯建筑。而在焦春节先生的《土坯、泥浆改性试验研究及生土墙体高厚比限值研究》中则把生土建筑及其房屋类型做了如下的分类:生土建筑是我国传统建筑中的一个重要组成部分。生土建筑按结构特点大致可分为以下几种形式:

(1)生土墙承重房屋(a)土坯墙承重房(b)夯土墙承重房屋(c)夯土、土坯墙混合承重房屋(d)土窑洞

(2)砖土混合承重房屋:(a)下砖上土坯(b)砖柱土山墙

(3)木构架承重房屋

主体结构为木构架,其屋架、屋盖重量以及其他荷载由木柱及其形成的木构架承担。按结构形式可分为四种:

(a)平顶木构架,又称门式木构架;

(b)老式坡顶木构架,又称北方小式木构架;

(c)三角形木柱木屋架;

(d)穿斗木构架,又称瓦顶木构架。

生土建筑包括了土木建筑和砖土建筑。通过扩大生土建筑的内涵,而洪石龙的《泉州土楼及其类住宅设计模式》中对生土建筑也进行了论述:在此分类表中生土建筑包括了客家土楼和闽南土楼,而夯土在不断的发展过程中不断改进加料和“加筋”。不但对夯筑的工具讲究,更重要的是“三合土”化,即加料后的不同土壤成分之间还会发生化学作用;《墙体营造技术》就提到贝灰版筑墙;相当于石灰的化学成分。在夯筑的过程中将其和其他土质进行一定的化学作用,能够使夯筑的墙体更为坚固。在《传统夯土民居生态建筑材料体系的优化研究》中提到夯土的优化就在于改性:“改性技术通常有三种,一是密实技术,通过颗粒的合理级配,使夯土的密实度最大,从而提高夯土强度; 二是掺入适当骨料,增加夯土骨架作用,提高强度;三是掺入活性掺合料,增加夯土内固相物质的重组,以提高强度和耐久性。

然而,不同土质,哪种土适用于夯土,哪种土适合于改性,在提高夯土材料性能要求下,唯一的方法是通过大量试验,开展包括改性剂的品种、掺量的选择与确定以及土改性后性能变化的研究,为建造高质量的夯土建筑以及施工中夯土材料的性能控制提供科学依据。”

关于改性的土作材料是否还与原来“生土” 的概念相吻合,在北宋李诫编修的《营造法式》中就有泥作相关的论述,其中的用泥和垒墙都涉及了 “三合土”化和加料: “用石灰等泥壁(涂)之制:先用粗泥搭络不平处,候稍干,次用中泥趁平;又候稍干,次用细泥为衬;上施石灰泥毕,候水脉。

生土建筑因地制宜 ,原材料都取自当地 ,受地域限制比较大 ,而且地形地貌也在很大程度上控制着施工技术的选择 ,如在台地和平原区 ,一般可向下挖出空间或在地面上夯土、垛泥。斜坡和陡面的地貌处 ,可以借用崖体向内挖出空间。各种生土建筑 ,通常情况下并不是单独使用一种施工工艺进行建造 ,而是几种施工技术相互结合而建造。我国许多土遗址一般都是先在生土层中挖造基础 ,于其上夯筑一定高度的墙体 ,再于其上用土坯砌建。有些烽燧、土塔 ,周围先用土坯砌建 ,中心用粉土夯筑。有的在夯筑基础上垛泥或土坯砌筑 ,分层中间铺夹灌木枝条或芦苇类的柴草。

黄河流域的中原一带是中华民族起源地之一。这一地区干燥少雨 ,丰富的黄土层就成为原始先民的天然建筑材料。距今 6000 年的半坡遗址地穴、半地穴和地面建筑 ,即用生土建筑材料;4000 年前的龙山文化遗址 , 出现了夯土建造的城墙、台基和墙壁。中国丝绸之路沿线分布着大量极具地域特点的各类生土建筑遗址 ,如河西走廊绵亘千里的长城遗址 ,新疆交河故城遗址、高昌古城遗址等 ,都是古代先民因地制宜的伟大建筑杰作。土作为最简单的建筑材料 ,在古建筑的发展过程中一直扮演着重要的角色。

结论:

(1)中国古代建筑的地基基础有着悠久的发展历史和辉煌的技术成就,可为中国古代建筑的保护维修和现代建筑的设计建造提供借鉴和参考。夯土和版筑都是在施工手段和建造方法上对生土的改造 ,在很大程度上使土体的密实度提高。这说明人们早已认识到这种方法的实用和可靠。

(2)很多古代的生土建筑能够经历风风雨雨保存下来,说明土的性质与其相应的施工技术结合得较好,因此土遗址加固保护应尽可能地查明并正确运用合理的施工技术进行修复。

(3)在地基方面,古人掌握了夯实土层可以增加土的承载力,能够提高建筑物的稳定性,创造了夯土地基,并在地基夯打之前,重视地质因素的影响,注意土质特征的选择。

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