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紫禁城古建基础里的奥秘

2019-02-22 11:03 来源:科技日报
标签:微创 澳门威尼斯人官网 万木乡

  周 乾

  紫禁城古建筑群建造于明永乐十八年(1420年)。近600年来,它们历经各种自然灾害而基本无恙,是我国古代建筑工匠的智慧结晶。而紫禁城古建筑营建智慧的一个重要体现,就是合理有效的建筑基础做法。其中,又以“一块玉”基础和“糯米”基础值得称道。

  所谓“一块玉”基础,是指基础做法为一个整体,专业上又称之为“满堂红”基础。这种做法的一个显著特征是:原有地基被全部挖去,然后重新由人工回填。

  为什么要挖去原有地基,而不是利用原始土层的基础呢?这与中国古代的朝代更迭密切相关。我们知道,现存紫禁城是明朝永乐皇帝朱棣建造的。他建造的紫禁城,是在元朝紫禁城的基础上建立的。也就是说,在明朝之前,紫禁城这个位置是元朝皇宫所在地。在中国古代有一个不成文的规定,就是任何一个朝代取代前朝时,都会灭前朝的“王气”,其做法之一,就是把前朝的建筑从底到顶都给毁了,包括基础,尔后从头再来盖自己的宫殿。因此,明朝建立紫禁城时,把元朝所有的建筑连根毁掉,这样一来,明紫禁城的基础都得重新再做一遍,这就是紫禁城古建筑基础为“满堂红”做法的主要原因。

  在进行人工回填土时,具体做法为:一层三七灰土、一层碎砖,反复交替。所谓三七灰土,是一种以生石灰、粘土按3:7的质量比例配制而成具有较高强度的建筑材料,在我国具有悠久的使用历史。比如南北朝时,南京西善桥的南朝大墓封门前的地面即是灰土夯成的。这种灰土基础的优点在于,生石灰遇水生成熟石灰,强度增大,吸水性很强,有利于在潮湿的环境中使用。灰土基础本身的粘结强度比较高,适合于承受上部建筑传来的重量,而不会产生土体松散。

  石灰是一种易于获得的建筑材料,我国在公元前7世纪就开始使用石灰。《本草图经》有:“石灰,今所在近山处皆有之,此烧青石为灰也。又名石锻,有两种:风化、水化。”由此可知,生石灰取材方便,加工简单,使用效果好,因而在古建筑基础中大量使用。

  那么,为什么紫禁城古建筑的基础不是全部做灰土分层,而非得“一层灰土、一层碎砖交替”呢?其实,这主要出于减小建筑物发生沉降的考量。我们知道,灰土材料一般比较松软,但柔性强就意味着硬度低,当上部建筑的重量较大时,尽管建筑在自重作用下会均匀下沉,但下沉量过大就会影响建筑的有效使用。相比而言,碎砖的硬度远大于灰土,且大部分属于烧窑或砌墙用的残余料。把它们过筛子后得到尺寸相近的颗粒,就可用于代替灰土层。

  关于“糯米”基础,我国古建筑专家刘大可先生在《明、清古建筑土作技术(二)》中认为,古建基础中有灌江米汁(糯米浆)的做法。就是将煮好的糯米汁掺上水和白矾以后,泼洒在打好的灰土上。江米和白矾的用量为:每平方丈(10.24平方米)用江米225克,白矾18.75克。在清代,官方对小夯灰土的做法也有这样的描述:“第二步须在此步上趁湿打流星拐眼一次,泼江米汁(糯米汁)一层。水先七成为好掺江米汁,再洒水三成,为之催江米汁下行,再上虚,为之第二步土,其打法同前”。此外,张秉坚等学者对西安明代城墙灰浆进行了试验,证明了其中含有糯米成分。尽管西安城墙与故宫古建筑基础无直接联系,但也可辅证这种施工工艺确为古建的传统做法。

  糯米具有很好的粘性,掺入灰土基础中,可使基础具有很好的整体性和柔韧性,类似于硬度较高的均匀面糊团。这使得紫禁城古建筑的基础成为一个整体,建筑物上部传来的重量使得基础产生整体均匀的下沉,几乎不产生破坏,保证了上部建筑的稳定性。即便是地震发生之时,基础产生整体均匀变形,可延长建筑的晃动周期,错开地震波的峰值,减小基础及上部建筑的破坏,甚至有日本学者将这种柔性人工地基称之为建筑结构地基隔震应用的先例。

  对于有淤泥层或地下水的地基层,古人则考虑在填土层之下埋设木桩。木桩可穿透淤泥层,并使得桩尖抵达坚硬的岩石层,木桩之上再为分层夯土。这样一来,就可以避免基础的不均匀沉降了。(作者系故宫博物院研究馆员)

(责任编辑:韩璐)

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