自然科学版[需手动填充]明代夯土长城的城墙材料与构造特征

自然科学版）ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＯＵＴＨＥＡＳＴ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ （Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖｏｌ．４４ Ｎｏ． Ｊａｎ．２０１４ ｄｏｉ：１０． ３９６９ ｉｓｓｎ．１００１ －０５０５． ２０１４． ０１． ０３７ 明代夯土长城的城墙材料与构造———以大同镇段为例 （东南大学建筑学院，南京 ２１００９６） 摘要： 为了深入了解夯土长城的材料和构造特征，在对现存明大同镇段长城这一典型夯土长城 遗存进行实地考察的基础上，借鉴土力学的相关理论和方法，对城墙夯土材料的种类和存在方式 进行了分类统计，并从基础做法、夯层厚度、夯层构造和铺设植物枝条做法等方面分析了城墙的 构造特征，揭示出夯土长城在材料和构造方面的丰富性以及与环境的密切相关性． 结果表明，明 大同镇段夯土长城的城墙高度一般为６ ～１０ ｍ，墙面斜度一般为７０ ２５０ｍｍ，夯土材料由细粒土、砂砾、碎石、块石和植物枝条组成，夯土材料中砂砾、碎石和块石的 含量与地形和土壤环境有密切关系，证明取材方式为就近取土，夯层中砂砾、碎石和块石或铺砌 或掺杂的多种构造方式反映了古人基于当地土质和实践经验对夯层构造的改良，少数案例显示 了夯土中可能铺设了植物枝条作为连接筋，反映了古人的夯土技术成就． 关键词： 明大同镇；夯土长城；明长城；城墙材料；构造 中图分类号： ＴＵ０９８ 文章编号：１００１ －０５０５（２０１４）０１０２０５０６ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｒａｍｍｅｄｅａｒｔｈ ｗａｌｌｓ Ｍｉｎｇｇｒｅａｔ ｗａｌｌ—ｗｉｔｈ Ｄａｔｏｎｇ ｔｏｗｎ ｓｅｃｔｉｏｎ ｅｘａｍｐｌｅＳｈｅｎ Ｙａｎｇ Ｚｈｏｕ Ｘｉａｏｄｉ Ｃｈａｎｇ Ｊｕｎｆｕ （Ｓｃｈｏｏｌ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９６， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｓ ｔｙｐｉｃａｌｒａｍｍｅｄ ｅａｒｔｈ Ｇｒｅａｔ Ｗａｌｌ ｒｅｍａｉｎｓ， Ｍｉｎｇｇｒｅａｔ ｗａｌｌ Ｄａｔｏｎｇｔｏｗｎ ｂｅｔｔｅｒｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｒａｍｍｅｄｅａｒｔｈ ｗａｌｌｓ． Ｏｎ ｆｉｅｌｄｗｏｒｋ， ｓｏｉｌｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ ｒａｍｍｅｄｅａｒｔｈ ｍａｔｅｒｉａｌｓ． Ｓｔｒｕｃ ｔｕｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｒａｍｍｅｄｅａｒｔｈ ｗａｌｌｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｆｒｏｍ ａｓｐｅｃｔｓ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｒａｍｍｅｄ ｌａｙｅｒ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ， ｒａｍｍｅｄ ｌａｙｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｌａｙｉｎｇｔｗｉｇｓ， ｗｈｉｃｈ ｒｅｖｅａｌｅｄ ｖａｒｉｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎｔｅｒｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｒａｍｍｅｄｅａｒｔｈ Ｇｒｅａｔ Ｗａｌｌ ｗｅｒｅ ｃｌｏｓｅｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ＭｉｎｇＧｒｅａｔ Ｗａｌｌ ＤａｔｏｎｇＴｏｗｎ ｒａｍｍｅｄｌａｙｅｒ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ２５０ｍｍ． Ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｒａｍｍｅｄｅａｒｔｈ ｗａｌｌｓ ｃｏｎｓｉｓｔ ｆｉｎｅｇｒａｉｎｅｄｓｏｉｌ， ｇｒａｖｅｌ， ｃｒｕｓｈｅｄ ｓｔｏｎｅ， ｂｌｏｃｋ ｓｔｏｎｅ ｔｗｉｇｓ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｇｒａｖｅｌ，ｃｒｕｓｈｅｄ ｓｔｏｎｅ ｂｌｏｃｋｓｔｏｎｅ ｃｌｏｓｅｌｙｒｅｌａｔｅｄ ｓｏｉｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ ｔｅｒｒａｉｎ， ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｅｓ ｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅ ｄｒａｗｎ ｆｒｏｍ ｎｅａｒｂｙ． Ｖａｒｉｏｕｓ ｒａｍｍｅｄ ｌａｙｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｄｏｐｅｄｇｒａｖｅｌ， ｃｒｕｓｈｅｄ ｓｔｏｎｅ ｂｌｏｃｋｓｔｏｎｅ ｒｅｆｌｅｃｔ ａｎｃｉｅｎｔｓｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｂａｓｅｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｓｏｉｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｌａｉｄｔｗｉｇｓ ｕｓｅｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｔｅｎｄｏｎｓ ｓｅｖｅｒａｌｃａｓｅｓ， ｗｈｉｃｈ ｒｅｆｌｅｃｔｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌａｃｈｉｅｖｅ ｍｅｎｔｓ ｍａｄｅ ｒａｍｍｅｄｅａｒｔｈ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｄａｔｏｎｇ ｔｏｗｎ Ｍｉｎｇｄｙｎａｓｔｙ； ｒａｍｍｅｄ ｅａｒｔｈ ｇｒｅａｔ ｗａｌｌ； Ｍｉｎｇ ｇｒｅａｔ ｗａｌｌ； ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ； ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ 收稿日期： ２０１３０６１１． 作者简介：沈（１９７８—），男，博士，讲师， ｄｍ０７０２＠１２６． ｃｏｍ． 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（５１３０８１００）、高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（２０１２００９２１２０００４）． 引用本文： 明代夯土长城的城墙材料与构造———以大同镇段为例［Ｊ］．东南大学学报：自然科学版，２０１４，４４（１）：２０５ ２１０． ［ｄｏｉ：１０． ３９６９ ｉｓｓｎ．１００１ －０５０５． ２０１４． ０１． ０３７］ ｈｔｔｐ：／ ｊｏｕｒｎａｌ．ｓｅｕ． ｅｄｕ． ｃｎ 明代为保卫北方从西到东的漫长边境，抵御外族的侵扰，先后设置了９ 个军事重镇，分管不同的边 防区域，通称九边重镇． 据《明史兵志》，“元人北 归，屡谋兴复． 永乐迁都北平，三面近塞，正统以后， 峪，绵亘万里，分地守御．初设辽东、宣府、大同、延绥 四镇，继设宁夏、甘肃、蓟州三镇，而太原总兵治偏 头，三边制府驻固原，亦称二镇，是为九边” 就长城墙体的材料和构造而言，包砖者集中于宣府、蓟州和辽东三镇，土坯类遗存大量存在于延 绥、宁夏、甘肃、固原四镇 ，大同镇可以看作是东西各镇之间的过渡地带． 其遗存的突出特征是以 夯土版筑为主要建造方式，局部外包砖石砌筑 本文以之为观察对象，基于实地调查测绘和数据采集分析，总结夯土长城的墙体材料和构造特征． 实地考察段落分布据（明）翁万达《修筑边墙疏》，大同镇管辖范 大同镇主要位于今山西省和内蒙古自治区的交界处，此 外，省界以北尚有历史上的“大边”和“二边”，共同 构成了大同镇段的防御体系． 实地考察的具体段落（见图１） 自东向西分别 为：大同市天镇县的平远头 八台子段；右玉的二十五湾～ 本次编号结合了各类型字母代号和数字序号，城墙转折点、敌台和烽火台分别用 大写字母Ｃ，Ｄ，Ｆ 表示，数字序号为三位数，按考察 先后分配． 其中，本文涉及的城墙段落的命名主要 明长城大同镇段范围与考察段落分布以相邻敌台作为定位参照加以确定． 城墙体量城墙因其单薄而绵长，受自然和人为破坏较为 严重，大部分段落内侧高为６ ～１０ｍ，主要包括天镇张仲口到李二口之 间、李二口北侧的爬坡段 Ｄ０２１Ｄ０２３ 之间，以及榆 林口东侧的 Ｄ０３０Ｄ０３３ 之间，后者的最高处达１０ 上述这几段较高的墙体均位于天镇和阳高境内，为明嘉靖间翁万达总督宣大时所筑，当时的修 筑就比阳高以西段落要高厚许多，至今犹然． 阳高 以西长城的高度普遍在７ 以下，（明）翁万达在 《修筑边墙疏》中提议增补大同镇阳和口到丫角山 之间长城（即阳高以西长城） 时，提及的城墙尺寸 高二丈，底阔一丈七八尺， 收顶一丈二三 就地形而言，今天大同市天镇县、阳高县一带明长城，大多位于山脉南侧或东侧的山脚处，墙外 地平高而墙内地平低，客观上也使得城墙必须加高 才能满足防御需要；而阳高以西段落地处平地或山 坡上，没有内低外高的弊端． 墙体斜度本文墙体斜度是指外墙面与地面的内夹角度 数，由于测绘所用仪器为斜度测量仪，因此采用度 数来代替收分，仪器误差为１． 根据测量数据的统计结果（见图２），城墙墙体 的斜度一般在７０ ８０之间，且墙体内外斜度相差不大，斜度最大者位于 Ｄ０３０Ｄ０３３ 之间，达到 ８５． 就地域差别而言，大同镇东侧，尤其是天镇一 带城墙的斜度普遍大于大同镇西侧，和上述城墙体 量的地域差别一致． 仍据明代翁万达的规定，城墙 ｊｏｕｒｎａｌ．ｓｅｕ． ｅｄｕ． ｃｎ 的标准斜度约为８３，由于城墙墙体很容易受外 界侵蚀， 今天的实测数据大多低于这一标准 斜度． 城墙材料在土木工程中，土是指覆盖在地表上松散的、 没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物． 土的特征包括 粒度、矿物组成、化学成分和结构等多个方面 工程中主要以土的粒度进行分类．借鉴《土的工程 分类标准》 （ＧＢＴ５０１４５—２００７） ，本文对调查对象的夯土材料进行了简化说明（见表１），把肉眼无 法识别的颗粒（包括细粒和粗粒中的细砂）统称为 细粒，把除细砂以外的粗粒合称为砂砾（“粗粒”保 留但不使用），巨粒部分在描述时使用块石和碎石 等较通俗化的名称． 颗粒名称粒径ｄ 的范围／ ｍｍ ＞２００碎石 ６０ ｄ２００粗粒（砂砾） ｄ６０砂粒 细粒细粒 由于现状土体遗存中细粒土为主体，因此在描述时，本文采用“细粒土中（上部／ 中部／ 下部）掺杂 少量／ 大量其他颗粒（如砂砾、碎石）”或“细粒土中 铺砌（数量或层数）碎石／ 砖块在夯土中的构造方式）的表述方式．基于以上的定义和分类，对实地考察段落的墙 体材料进行了统计，结果见表２． 墙体材料统计材料 存在方式 含量 案例数目 案例比例／ 细粒土５５ １００ 砂砾 掺杂类 少量掺杂类 ４６ ８３ 铺砌类少量铺砌类 碎石掺杂类 少量掺杂类 １２ ２１