“马王堆一号汉墓”考古遗址复原技术研究

第28卷 第6期 湖 南 城 市 学 院 学 报 （自然科学版） Vol.28 No.6 2019年11月 Journal of Hunan City University （Natural Science） Nov.2019 “马王堆一号汉墓”考古遗址复原技术研究 张晟熙 (湖南建工集团 装饰工程有限公司，长沙 410002) 摘 要：“马王堆一号汉墓”是世界十大古墓稀世珍宝之一，依据考古资料和现场调研，对墓坑遗址的形制、尺寸、造型和材料等做分析，将墓坑遗址在湖南省博物馆新馆建筑内进行场景复原，结合遗址复原过程中建筑结构与装饰装修专业遇到的技术难点，提出具有创新性的悬挂倒棱台形混凝土结构和超薄夯土面层的施工技术与方法，并阐述其技术原理和操作要点﹒ 关键词：施工技术；悬挂倒棱台形混凝土结构；超薄夯土面层；考古遗址；马王堆一号汉墓 中图分类号：TU242.5; TU745.5; TU767; G265 文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.1672-7304.2019.06.0003 文章编号：1672–7304(2019)06–0014–06 Research on the Restoration Technology of Archaeological Sites of “Mawangdui No. 1 Han Dynasty Tomb” ZHANG Shengxi (Decoration Engineering co., Ltd., Hunan Construction Engineering Group, Changsha 410002, China) Abstract: \"Mawangdui No. 1 Han Dynasty Tomb\" is one of the ten rare treasures of ancient tombs in the world. According to archaeological data and on-site investigation, the shape, size, shape and material of the tomb site are analyzed. The site of the tomb pit is restored in the new building of Hunan Provincial Museum. Combined with the technical difficulties encountered by the building structure and decoration in the restoration process of the site, the innovative construction technology and methods of hanging chamfer-shaped concrete structure and the ultra-thin rammed soil surface are put forward. Its technical principles and operation points are explained. Key words: construction technology; hanging chamfer-shaped concrete structure; super-thin rammed soil surface layer; archaeological sites; Mawangdui No. 1 Han Dynasty Tomb 目前，我国关于古代遗址墓坑在建筑物内复原技术的研究与实例不常见，且局限于在墓坑原址的基础上进行保护或修复﹒侯卫东[1]在早期历史建筑遗址的保护与展示途径探索中认为遗址复原是文物保护界的禁忌，担心复原会喧宾夺主﹒李鑫[2]认为应在遗址上建立遗址博物馆以真实性、通俗易懂等原则进行复原陈列﹒周阳生[3]提出要坚持科学性，力求接近原始文化的本来面貌，以及发挥观赏和游览等功能的5项原则进行遗址保护﹒湖南省博物馆策划的“汉代璀璨文明的再现”以考古发现作为大背景，用生动有趣的“讲故事”的方法描绘軑候一家人生前的生活画卷[4-5]﹒其遗址墓坑复原是根据考古资料在博物馆建筑中进行建造，将墓坑按1∶1的比例复制还原，此举暂无先例，在博物馆展览陈设领域是较大的创新，在建造复原技术上也是很大的挑战﹒本文依据 收稿日期：2019-03-15 考古发现资料和现场调研，对墓坑遗址的形制、尺寸、造型和材料等分析，将墓坑遗址在湖南省博物馆新馆建筑内进行场景复原，结合遗址复原过程中建筑结构与装饰装修遇到的技术难点，提出创新技术与方法，阐述其技术原理和操作要点，最后对完成结果评定和总结﹒ 1 考古资料及现场调研 1.1 考古资料 文献[6-7]记载，东土塚即一号汉墓大部分系夯土筑造，其形制为带斜坡墓道的长方形土坑竖穴，方向正北﹒斜坡墓道在墓坑北边正中，上宽下窄，上宽3.1 m，下宽2 m﹒墓坑在封土下，墓口南北长20 m，东西宽17.9 m﹒从墓口向下有4层台阶，每层四壁向内收缩，宽厚各1 m左右﹒ 作者简介：张晟熙(1988-)，男，长沙人， 工程师，一级建造师，主要从事建筑装饰装修、博物馆展览陈设研究．E-mail: 289556806@qq.com 第28卷 台阶以下作斗形坑壁，直达墓底﹒该遗址距今已有2 100多年历史，属于以土为主要材料，具有 张晟熙，等：“马王堆一号汉墓”考古遗址复原技术研究 15 阶底面平整，为夯土建筑类型﹒发掘遗址照片，见图1，墓坑复原深化设计见图2﹒ 历史、文化和科学价值的汉代墓坑﹒ 1.2 现场调研 马王堆一号汉墓发掘遗址的现场调研结果表明，墓坑的带斜坡墓道的坡度32°，靠近墓室的一端距离墓穴底端高约3.5 m﹒墓口南北长19.5 m，东西宽17.8 m，墓口往下的第1层台阶长16.8 m，东西宽15.42 m；第2层台阶长14.64 m，宽12.8 m；第3层长12.54 m，宽10.45 m；第4层台阶长10.34 m，东西8.45 m﹒每层台阶高约为1~1.15 m，台阶墙壁与每层夹角为105°~108°，台图1 “马王堆一号汉墓”墓坑遗址 图2 墓坑遗址复原深化设计 2 墓坑复原技术难点 “马王堆一号汉墓”遗址墓坑复原场景位于湖南省博物馆新馆建筑空间的中心位置，按1:1的比例重现出土场景﹒建筑结构为悬挂倒棱台形混凝土结构体系，由斜吊柱、异形梁和薄斜板交叉组合而成，底端悬空4.85 m，顶端17.75 m﹒墓坑面层装饰材料为薄型夯土，在建筑施工中极为少见﹒其倒棱台形超大悬挂体与超薄夯土面层组合形成的墓坑复原技术在国内均无可借鉴的工程实例，使工程面临极大的技术瓶颈﹒需要解决的技术难点可分为建筑结构和装饰装修2部分，分别为悬挂倒棱台形混凝土结构施工技术和超薄夯土墙面施工技术﹒ 悬挂倒棱台形混凝土结构的施工相当复杂，技术要求高，需要制定安全可靠的施工技术方案﹒复原墓坑建筑结构的装饰面层选用超薄夯土，国内夯土主要应用于古建城墙等，为大于240 mm厚的建筑承重墙体，薄型夯土一般为混凝土喷射仿夯土效果﹒景宏杰[8]在建筑外立面运用特制模板及轻骨料混凝土做仿夯土墙面，夏永峰[9]提出的采用面层喷射混凝土再修复处理成夯土效果﹒为力求复原场景接近遗址墓坑的本来面貌，需对较厚的夯土建筑墙进行技术优化和创新，研发一种40~50 mm厚的薄型夯土面层技术迫在眉睫﹒ 3 墓坑遗址复原技术 3.1 悬挂倒棱台形混凝土结构施工技术 采用BIM技术建立悬挂结构模型，设置模板及支架，进行三维可视化交底，简化了复杂悬挂结构模板的加工，且安装一次到位，提高了施工效率，保证了工程质量﹒悬挂结构重力集中在6根吊柱和环梁上，模板支架受力立杆的布置采用集中与整体协调，保证了模板的稳定性﹒吊柱贯穿整个空间模型，节点钢筋密集且复杂，采用部分模外绑扎成形吊装入模，解决了斜吊柱钢筋难以绑扎的问题﹒使用自密实混凝土，有效解决了钢筋密集、薄斜板狭小空间混凝土难以浇筑和振捣的问题﹒ 3.1.1 工艺原理 采用Revit平台创建悬挂倒棱台形混凝土结构BIM模型，依据模型设计支架与布局，经承载力验算合格后确定立杆间距等具体参数﹒分别对模板、支架和钢筋创建模型，优化模板分块、精 16 湖 南 城 市 学 院 学 报（自然科学版） 2019年第6期 确每根立杆搭设高度和钢筋排布，获得详细的模板尺寸和定位信息，形成模板下料表﹒进行三维可视化交底，以模型信息作为现场施工的主要依据，简化复杂结构模板的加工、定位及安装﹒悬挂结构重力集中在6根吊柱和环梁上，模板支架受力立杆的布置确定统一模数，间距成倍数关系﹒优化各分项工程的搭接、穿插，结构外模一次安装成形，内模划2段分次安装，解决模板安装、钢筋安装和混凝土浇筑间的矛盾﹒ 3.1.2 工艺流程 工艺流程为：创建BIM模型→确定搭设技术参数→可视化交底→模板支架体系搭设→模板支架体系验收合格→钢筋制作及安装→钢筋隐蔽验收合格→混凝土浇筑及监控﹒ 3.1.3 操作要点 1)BIM建模﹒采用Revit软件建模，将二维平面图纸转化为三维立体模型，确保模型完全符合设计意图﹒三维立体模型见图3(a)﹒依据三维 (a)BIM建模三维立体模型 (b)支模体系搭设 图3 模板安装模拟与现场施工 模型和图纸配筋信息，制作钢筋三维模型，要求 钢筋信息准确，钢筋排布、锚固长度和连接位置符合规范要求﹒对特殊的吊柱构件，建立单体模型和分段模型﹒依据结构三维模型，建立模板安装模型，要求模板模型尺寸精确，对模型进行分块，并利用软件统计功能，进行分块信息统计及优化调整﹒最终形成详细的模板下料表，包含详细的模板加工简图、尺寸、数量等信息﹒ 2)确定搭设技术参数﹒根据BIM三维模型，进行支架立杆布局，采用CAD软件绘制立杆平面布置图﹒分别对荷载集中处和一般荷载处，分别进行支模架受力验算，最终确定不同区域的立杆纵横间距和步距等基本参数﹒若支模架底部为楼板，在下部楼层搭设相同的支模架，将荷载传递至基础底板，上下层立杆位置需一致﹒按照规范要求，确定支模架水平及竖向剪刀撑布置和连墙件设置等其它构造措施参数﹒ 3)可视化交底﹒依据最终确定的支架详细搭设参数，建立支架三维模型，进一步校验支架能否满足悬挂结构造型模板安装要求，精确每根立杆定位及高度，并将支架搭设直观展现﹒以建立的三维立体模型为基础，制作模拟施工动画，将施工总体安排和关键工序形象的表达出来，并配音频解说施工关键点及相关要求，形成可视化交底视频文件﹒ 4)支模体系搭设﹒支架搭设前，在楼面上弹出吊柱、水平撑梁和对称轴等控制定位构件的边线﹒按照支架立杆平面布置图，在现场进行立杆排布放样，吊柱设置立杆矩阵，壁板沿线设置立杆加强带﹒立杆搭设时要求拉通线，杆件横平竖直，位置可根据现场具体情况进行微调，但立杆总数不得少于立杆平面布置图数量﹒对照支撑楼层结构梁图，支架立杆位置不在结构梁处的，立杆底必须加设通长槽钢，长度同结构梁间距﹒后浇带处的立杆底部必须加垫工字钢﹒模板支架搭设在负1层楼板上，需对照立杆位置，在负2层和负3层同区域相应搭设支撑架，将施工荷载传递至地下室底板﹒水平和竖向剪刀撑随架体同步搭设，按照验收程序，完成支架搭设﹒模板安装前进行放样、复核，在相应位置悬挂控制线；依据模板下料表，进行模板加工﹒在安装过程中随时检查模板的定位和加固，确保模板的位置、坡度、拼合、弯折位置和角度的准确性﹒支模体系搭设见图3(b)﹒ 5)支模体系验收﹒现场使用的钢管、扣件等第28卷 张晟熙，等：“马王堆一号汉墓”考古遗址复原技术研究 17 周转材料质量是否符合；确认现场支架搭设立杆及横杆间距、剪刀撑设置、安全防护和连墙件等其他构造措施是否符合专项方案要求；扣件的拧紧力矩是否符合要求等﹒ 6)钢筋制作及安装﹒钢筋制作人员对模板安装尺寸进行交接检查，复核钢筋模型中的钢筋尺寸、弯起位置及角度是否与现场一致﹒确认无误后，依据模型信息编制钢筋下料表，进行梁、板和柱钢筋制作﹒吊柱钢筋下半部分，在模板外一次绑扎成型，采用塔吊整体吊运至模板内，上半部分在模板内进行安装﹒严格复核吊柱钢筋笼的外观几何尺寸，并拉通线复核顺直度、转角位置和转角角度，确保钢筋保护层厚度﹒采用多点起吊，防止钢筋笼在吊装中发生塑性变形而影响安装﹒壁板与梁的钢筋在模板内现场安装，分2次进行安装，第1次安装待混凝土浇筑完后，再安装至悬挂结构顶﹒ 7)混凝土浇筑、养护及监控﹒①为解决现场钢筋密集，混凝土浇筑及振捣难度大的问题，采用了自密实混凝土进行施工﹒施工前，由混凝土搅拌站进行配合比设计，并进行试配，在达到要求的前提下，确定最优配合比﹒②现场混凝土施工，采取分圈浇筑的方式施工，根据梁的位置划分圈数﹒每圈全部浇筑完后，再开始浇筑下一圈混凝土﹒③在梁柱节点处，钢筋非常密集，为确保混凝土的密实度，采取外部振捣器，在模板外对该部位进行适量振捣﹒④悬挂结构混凝土浇筑完，内模应带模湿润养护3 d后才能拆除，内模拆除外露的混凝土面，必须覆盖土工布，且保持土工布湿润﹒⑤第2次浇筑的混凝土达到28 d龄期，且同条件混凝土试块抗压强度达到规范要求时，方能拆除悬挂结构模板及支架﹒监控措施：在悬挂结构支架吊柱和壁板处设置观测点，在周边结构柱上设置基准点，在混凝土浇筑前测得初始值，浇筑时对观测点进行实时监测﹒浇筑混凝土时，对模板支架进行实时监测，采用水准仪和经纬仪分别监测沉降值和变形值﹒若超预警值，则立即暂停浇筑，查找原因，采取相应措施﹒ 3.2 超薄夯土墙面施工技术 对复原墓坑的土块进行取样后制作多组实验小样，最终配出能达到原址相似的装饰夯土料﹒ 装饰薄型夯土具有以下特点：现代装饰夯土墙的厚度仅40~50 mm，比较建筑夯土墙(≥400 mm)和夯土填充墙(≥150 mm)要薄很多，大大减少 了同面积墙体的夯土原材料的消耗量；改变了传统建筑夯土墙自承重受力特点，现代装饰超薄夯土墙可利用不同的支撑骨架形式与主体结构连接，对不同建筑墙体的适用性非常强；原材料是一种粉末状的零尺度材料，具有松散、无固有形态等属性，不同于木材、石材等有形材料，只需制作出适合的模板，就可以塑造出对应的形状或造型；它具有耐久性好、取材方便、低污染、无产生建筑垃圾和生态环保等优点﹒ 3.2.1 工艺原理 覆盖式构造装饰夯土墙面，是采用钢筋植入钢筋混凝土墙体中，作为夯土与结构墙的连接筋，将竖向主钢筋与连接筋焊接，单侧逐层支模，分层逐步绑扎横向分布钢筋，每层模板内再分层夯锤夯土﹒ 3.2.2 工艺流程 工艺流程：作业准备→测量放线→植筋→焊接竖向主筋→单侧支模(逐层)→填放土料、夯锤压实→焊接分布筋(逐层)→逐层分段支模、放料、夯锤(工序循环至整面完成)→模板拆除→修整→养护→涂刷保护剂→检验﹒ 3.2.3 操作要点 1)定位放线﹒弹出基准线，检查建筑结构墙面是否满足装饰施工的基本要求，特别是垂直度偏差﹒将夯土墙面的控制轴线、边界线、定位标高和门窗洞口定位线，根据施工图准确清晰地弹墨线在建筑墙面上，作为施工依据﹒复核其尺寸，并在地面和墙面弹出装饰夯土墙面与其他材料的细部处理轮廓线﹒ 2)制作钢筋网﹒夯土墙面内设置钢筋网，钢筋网由连接筋(植筋)、主筋和分布筋组成﹒主筋呈竖向布置，间距不大于900 mm，主筋与拉结筋焊接，分布筋由水平和垂直2个方向呈网格分布，网格间距不大于300 mm×300 mm，分布筋与主筋绑扎连接﹒水平方向的分布筋应根据夯土夯实逐层绑扎，不影响夯土的夯锤操作﹒ 3)安装组装式单侧支模架﹒采用热镀锌角钢三角支撑架，热镀锌角钢为主背楞，水平间距1 m，与墓坑建筑结构间采用金属膨胀螺栓固定，钢模板之间采用螺栓连接紧固﹒ 4)现场搅拌夯土料﹒现场搅拌必须严格按照夯土材料配合比进行﹒根据配合比确定每盘夯土各种原材料的用量，分别固定好夯土粉末和小石子磅秤标准，在上料时盘盘过磅﹒装料顺序：先18 湖 南 城 市 学 院 学 报（自然科学版） 2019年第6期 装夯土粉末，再装小石子，搅拌均匀后再按粘稠度要求加入适量的水，采用搅拌机搅拌﹒搅拌时间根据实验夯土搅拌的最短时间确定﹒ (5)入料分层夯实﹒入料前对模板内的杂物及钢筋上的油污清除干净，并检查钢筋与夯土层的位置关系，钢模板在入料前应均匀涂刷脱模剂﹒搅拌好的夯土料在现场运输工具可使用小推车和吊斗等，搅拌卸出后应及时运到入料位置，延续时间不能超过夯土料的初凝时间﹒夯土料应分层入模并逐层夯实，每层入模厚度50~70 mm﹒锤夯振捣夯土料时，不得触动钢筋和预埋件，并随时检查夯锤情况，避免胀模和空鼓等现象﹒夯锤移动间距应小于100 mm，每个锤点的延续时间经表面呈现浮浆为度，夯锤时注意钢筋网，为防止漏锤漏夯，必须在竖向钢筋两侧连续锤夯﹒夯土墙面完成后，将墙面上口甩出的钢筋加以整理，用木抹子按标高将顶部夯土抹压平整，切除多余部分﹒墓坑复原施工现场见图4﹒ 图4 墓坑复原施工现场 6)养护﹒夯土墙面夏天的养护时间为14 d，冬天养护时间为28 d，含水率小于10%后，再进行涂刷保护剂﹒一般瑕疵可不做修补，对于夯土墙面被污染和漏浆明显等缺陷处，应当适当修补完毕后，再进行涂刷保护剂﹒夯土墙面保护剂按照合理的比例进行兑水，搅拌均匀后，采用喷涂或涂刷的方法进行施工，涂刷2遍，第1遍未完全干透之前进行第2遍涂刷，且必须完全覆盖，不出现流淌和漏刷等现象﹒ 3.2 施工效果与技术评价 “马王堆一号汉墓”古墓坑复原的施工完成后，施工质量验收与观感效果评定为优质，效果照片见图3﹒其过程中研发与创新的2项施工技术均被评为“湖南省2017年度建设施工工法”，工法编 图5 遗址墓坑复原场景 号HNJSGF001-2017和HNJSGF084-2017，项目顺利通过“湖南省2017年度建筑业新技术应用示范工程”验收，博物馆于2017-11-29顺利开馆﹒ 墓坑遗址复原技术有效地解决了较多难题，如传统施工方法中夯土墙面须控制高厚比、材料消耗量极大、施工工期过长、质量不易被控制以 第28卷 张晟熙，等：“马王堆一号汉墓”考古遗址复原技术研究 19 及作业环境要求高等问题，确保了古墓坑复原施工的质量和安全，同时有效缩短了施工周期﹒古墓坑复原技术的创新与运用，结果证明其可弥补建筑与文物保护工程中古墓坑复原技术的不足，在同类工程中具有推广价值﹒ 4 结语 “马王堆一号汉墓”考古遗址复原技术由悬挂倒棱台形混凝土结构和超薄夯土墙面施工技术组成，改变了传统建筑夯土墙体的大体量、施工效率低和结构性弱的缺点，是夯土材料在建筑装饰行业运用的一次革命，也是夯土施工技术的一次创新﹒该技术的创新有效地解决了大型夯土古墓坑遗址复原的技术瓶颈，同时也紧随国内外建筑夯土材料的推广及运用，有效弥补了装饰超薄夯土墙面施工的技术空白﹒ 参考文献： [1] 侯卫东. 早期历史建筑遗址的保护与展示途径探索[J]. 人类文化遗产保护, 2003(00): 15-20. 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