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閱讀 17402 次 西安小雁塔地基與基礎構造的研究

摘要:通過對西安小雁塔結構構造的分析,結合小雁塔在1964年加固整修時塔身實測幾何尺寸、加固維修前塔身的裂縫資料和塔基的勘測資料,對小雁塔地基與基礎部分的構造進行了假設分析,從而為進一步研究小雁塔地基與基礎構造的奠定了基礎。...
 
西安小雁塔地基與基礎構造的研究
 
  王華1,白靜靜2
(1 楊凌職業技術學院,楊凌,陜西,712100.
2 西安有色冶金設計研究院,西安,陜西,710001)
一、引 言
      小雁塔坐落于西安城南薦福寺內[1],建于唐代景龍年間(707-709年),迄今已經有1300年的歷史。自修建至今,小雁塔經受了70余次大小地震,仍巍然屹立,表現出良好的抗震性能,也說明了其地基與基礎處理的良好特性。本文依據小雁塔1964年加固整修時的實測資料以及加固維修前的塔身裂縫資料的分析,并結合小雁塔基礎發掘清理說明,在已知的地基與基礎構造的基礎上,對未知部位進行了分析,從而為進一步研究小雁塔地基與基礎構造的奠定了基礎。
 
二、小雁塔的結構構造及特點
      小雁塔是中國早期密檐式磚塔的典范[2]。它主要由塔基座、塔身、塔檐、基座內地宮等主要部分組合而成,用青磚和黃泥漿砌筑。其平面為正方形,塔身中空單壁,底層較高,二層以上逐層遞減,塔每層迭澀出檐,底層南北各有券門,上部各層南北有券窗。原有15層,在歷史的震害中塔頂損毀,現殘存14層的大部分和15層的局部塔身,殘高43.20米。其平面為正方形,中空,結構上有以下特點:
 
      (1)塔址良好,地基堅固,小雁塔自修建以來共經歷大小七十余次的地震,其破壞情況嚴重。盡管如此,在1965年整修加固前,塔仍屹立而不倒。這說明在當時的技術水平下,除了塔身結構的處理外,小雁塔的地基基礎的選擇和處理是合理的。
 
      (2)形體規則有律,其平面對稱,整個塔身部分由下至上逐層收分,整體輪廓呈自然圜和的卷剎曲線。從結構上增強了塔體穩定性。
 
      (3)小雁塔塔身第一層較高,一層塔身高6.84m(算至一層塔頂板位置),一層以上,塔檐緊密相連,層層重疊,各層之間的距離特別近,如第二層則3.75m,而十四層就僅有1.45m了,幾乎看不出樓層了。
 
      (4)砌體強度較低,小雁塔所用磚的質量優良,其強度等級相當于現在的MU15磚。砌筑所用的粘結材料為黃泥漿。由于砌筑材料的先天性缺陷,致使其體強度偏低,尤其是不利于中軸抗剪。此外由于長期受到風雨侵襲,大氣熏蝕,塔檐、塔角及墻面部分磚已經酥堿,不少地方已經碎裂剝落,從而降低了塔體強度,這一點也是現存古塔的普遍存在的一個特點。
 
      (5)小雁塔僅在南北方向的塔身上開有小窗,削弱了整體結構的牢固性。

三、塔身裂縫情況
      歷年地震使塔身南北兩面拱券上下形成了一道明顯的裂痕,但是三層以下只有一些細小的裂縫,券窗從內到外完好無損[3],僅三層南北面的拱頂有幾塊券磚下沉。自第四層開始向上各層的拱券上部開始破壞,約三分之一的券磚墜落,塔身中裂的現象也在逐層加重。到第十三層時,南面的券磚全部坍毀,但券墻的寬度仍清晰可辨。北面的破損卻已無法辨認了。再向上可以看到第十四層的大部分塔身和第十五層四角殘存高低不一的局部塔身,塔頂和塔剎部分早已蕩然無存。
 
    在1965年修復塔身及拱券裂縫的施工中清楚地看到塔身內部隱蔽部位的塔磚松散和裂縫情況。四層以上至十二層,隨著拱券破損的逐漸加重,券頂上部的磚也不同程度的坍落。能夠保存下來的塔身磚塊除了中心部分局部向下傾斜外,其余部分仍然保持在水平狀態。
 
      根據以上小雁塔的塔身裂縫資料可以得到如下結論:
      (1)歷次的地震對小雁塔造成了嚴重的破壞。塔身的破壞情況以三層為界劃分為兩個區域,即塔身中裂區和細小裂縫區。三層以上塔身中裂,且逐層加重,三層以下的塔身只是一些細小的裂縫。
      (2)塔身中裂出現在南北開洞的位置。小雁塔從構造上來講有一個明顯特點就是僅在南北方向開設門洞。從建筑的角度上增加了立面效果,而從結構的角度上又削弱了塔體的抗震能力。由于門洞的開設,減少了受剪面積,削弱了塔在南北方向的抗力,是塔在地震作用下沿南北方向發生破壞的直接原因。
      (3)小雁塔的薄弱層位置。從塔體的破壞以及裂縫的分布特點,大致可以初步確定四層、十四層為塔的薄弱層。
      (4)塔址選擇合理,地基與基礎構造合理。小雁塔有千年的歷史,又經歷了無數次的大小地震,塔身雖有中裂,但其仍然屹立,這充分的表明了小雁塔地基基礎的堅固性以及其建筑結構的合理性。
 
四、小雁塔基礎發掘清理說明
      小雁塔地基與基礎構造是依據上世紀60年代主持小雁塔維修工程的古建高級工程師鄭燦揚老師所提供的基礎發掘清理說明。
 
      (1)從磚基向內約1.8m處有規格較整齊的青石,青石的正面平整光滑,上面光滑部分約寬15cm,再往內皆為毛面,唐代原有基座是砌在這種青石的毛面上的,光滑處則都是露明的部分。塔基座的邊長為  ,其中基座底面標高為-4.26m,頂面標高為-0.09m。
 
      (2)現有塔基座之下的磚砌基礎邊緣距離塔身均為7.80m左右,磚基的下部采用青石條鋪設,東、西面均為一層,南、北面及東北角則為兩層,石面的高低基本相同,基礎尺寸為 ,基礎底面標高-6.67m,頂面標高-4.26m。
 
      (3)塔基座的周圍約30m以內地下都是夯土,靠近塔基處的夯土深度約2.35-3.60m,最遠處夯土深度較淺約1.401.70m.可以得知是在塔基礎四周30m范圍內都有夯土存在,而且在塔基處夯土較深,距離塔基30 m處的夯土較淺。
 
五、基礎結構形式的研究
      通過上面關于小雁塔加固前塔身裂縫及分析[4],再結合基礎發掘清理說明的分析,在已知地基與基礎構造情況的基礎上,對未知部分進行合理的假設,可以得到小雁塔地基與基礎結構的形式如圖1所示。
                         
                                                                     1 小雁塔地基與基礎剖面圖
      其中關于地基部分中30m范圍內的夯土以及基礎底下夯土的變化情況,作如下三種推斷,如圖2所示:第一種是階梯型變化(a),即就是在塔座以外30m范圍內夯土按階梯型規律變化,圖中僅為示意圖;第二種是斜線變化(b),即在塔座以外30m范圍內夯土隨距離塔座而均勻變化,這樣的假設較理想化,第三種是弧線變化(c)。
                                                  
                            (a)階梯型                                                            (b)直線型                                               (c)弧線型
2夯土地基的三種假設形式
六、結 語
      本文依據小雁塔加固整修時的實測資料以及加固維修前的塔身裂縫資料的分析,并結合小雁塔基礎發掘清理說明,在已知的地基與基礎構造的基礎上,對位置部位進行了假設分析,提出了小雁塔地基與基礎構造的三種形式,,即階梯型,斜線型和弧線型三種。從而為進一步研究小雁塔地基與基礎構造的奠定了基礎。
 
參考文獻:
1.樵衛新.薦福寺與小雁塔[M].西安:陜西人民出版社,2002.
2.陳平, 趙冬等. 西安小雁塔抗震能力研究[J]. 西安建筑科技大學學報, 2001, 31(2):       64-66.
3.王華. 西安小雁塔地基與基礎的研究 [D]. 西安建筑科技大學碩士學士學位論文, 2008.
4.中國建筑科學研究院 工程抗震研究所八室 西安市大雁塔等六座古建筑物動態試驗報告.[R]1988.5
 
 
(本文來源:陜西省土木建筑學會  文徑網絡:文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)
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