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何驽│湿陷性黄土地基:陶寺城墙建筑技术的关键问题
时间:2019-02-01 20:14:36   点击率:139
   摘要:通过陶寺宫城城墙基础夯土样品密实度的分析,认为陶寺城墙基槽里的填土与夯土的主要建筑工程学意义在于,以换土的方式,层层阻隔地表水和地下水对湿陷性黄生土地基的浸入,从而全部消除地基黄土的湿陷性,以保障地表以上墙体的安全与稳固。基槽内填土与夯土的干密实度都很低,是尽量减小地基垫土自身的重量压力,从而合理减少地基处理的深度、垫土厚度。借鉴埃及前王朝和新王朝时期土坯建筑和新砦城址城墙基础和灰坑内土坯的信息,推测陶寺城墙地表以上墙体很可能是夹心土坯墙。

  一、陶寺城址城墙建筑技术存在的问题

  自1999年至2001年考古发现陶寺中期外郭城之后,学术界认可了陶寺城址外郭城的存在,但同时也提出一个疑问:考古试掘和自然断面上的城墙剖面,均未发现地表以上的夯土墙体。周长约7千米的陶寺外郭城,推测原地表以上部分宽8~4米,高5米左右的夯土墙体。若按平均底宽4米,顶宽2米,高5米计算,陶寺外郭城城墙地表以上部分的夯土体量大约为10.5万立方米。如此大体量的夯土墙体,怎么就平毁得像被推土机推平的一样,没有一点地表以上的墙体残留?试想在4000年前的龙山时代末期,金属挖土工具没有出现,仅凭木器、骨器和石器将如此大体量的夯土墙体彻底夷平,确实匪夷所思,有些超乎想象。每当面对这样的提问,作为发掘者,我们的回答是“陶寺人就是这么疯狂”。这其实不是答案。

  2013~2017年,在我们原来推定的宫殿区周边,发现了沟墙遗迹,陶寺宫城得以确认。但是,围绕着陶寺宫城城墙的建筑,学界却存在着两种不同的认识。宫城的防御系统是规整的矩形封闭形沟槽基础,一般宽12~14米,大多7米深,部分深处达8~9米,少数3米深。围护的宫城面积约13万平方米。宫城沟墙的所有解剖处,均未发现地表以上夯土墙体。基槽沟底的下部,一般填充1~2米左右的填土,填土之上再版筑夯土。夯土质量大多数不高,许多夯土层夹杂灰土甚至较多陶片。于是,部分专家认为,陶寺宫城只有环壕,没有夯土基础,更没有地表以上的夯土墙体。理由是沟槽过深,完全超过了墙基槽的深度需求;所谓夯土质量太差,更像是沟中堆积;没有地表以上墙体的证据。

  作为发掘者,我们认为,宫城防御系统最初是环壕,后来环壕被回填,再作为宫城城墙的夯土基,地表以上应当是有夯土墙体的。理由一是陶寺宫城墙槽内的夯土,板块清晰,与沟内垃圾堆积和淤土自然堆积有明显区别。理由二是陶寺早期外城即下层贵族居住区的东墙Q9是接在宫城南墙Q16上的。2002年解剖Q9时,确认Q9使用的是直立挡土墙式俗称“帮埝”夯土建筑技术;外城南城墙Q8解剖发现夯土基槽。据此我们认为陶寺早期稍晚一段时间,陶寺下层贵族居住区外城城墙的修建,迫使宫城改环壕为城墙。不过,高江涛博士认为,陶寺宫城的沟墙,开挖之始就是宫墙基槽,原本也不是作为环壕使用的。

  2016年和2017年,我们举行了两次陶寺遗址宫城发掘现场会,仍有专家对陶寺宫城墙槽内的夯土持怀疑态度。为了说服异见,我们试图对陶寺宫城基础里的夯土进行密实度测试。按照以往我们在陶寺观象台夯土判断时的经验,陶寺的夯土密实度应当高于生土(表一),这样才能符合夯土台基的建筑施工要求。

  表一陶寺观象台土样密实度表


  正逢此时,谢礼晔来到陶寺遗址,进行“大型夯土工程与社会组织复杂化研究”课题采样工作,试图根据陶寺夯土密度所反映的夯土质量来计算人工量,再通过大型工程人力投入考察社会组织的复杂程度。这次采样涉及陶寺宫城基槽夯土,密度测试结果与山西队以往做的陶寺观象台夯土及生土密实度检测结果出现天壤之别:夯土的干密度范围跨度比生土干密实度范围大,但均值比后者低。这样便引发一系列问题,干密度能否作为夯土判断标准?干密度等同于甚至低于生土的夯土,有什么样的建筑工程学上的作用?陶寺宫城包括外郭城究竟有无地表以上的墙体?这些问题必须直面,认真分析。

  二、检测数据分析

  2017年陶寺宫城基槽夯土及生土采样和测试工作,由谢礼晔博士承担。采样的地点集中在陶寺宫城东墙Q10的解剖段和宫城南墙Q16在东南角门部位拐角的基槽内。采集到54个夯土有效样品,3个淤土和5个生土样品。取样环刀面积52×70mm,体积为200cm3。样品趁湿称重计算湿密度。经烤箱烘干后再复称,得出含水率,从而计算出干密度(表二:点击左下方“阅读原文”查看表格)。

  生土样品5个,干密实度从1.22~1.38 g/cm3。淤土样品3个,分别为1.35、1.34、1.28(表二),没有超过生土干密度,与夯土干密度没有区别。

  超过生土密实度最高值1.38的夯土样品有9个(表二),大约占夯土样品总数的16.67%。等于生土密实度1.38的夯土样品1个,约占总数1.85%。密实度小于1.38却大于1.35的夯土样品8个,占总数14.81%。

  干密度为1.35的生土样品1个。干密度为1.35的夯土样品3个,占总数5.56%。

  干密度为1.34的生土样品1个。干密度为1.35~1.24的夯土样品27个,占总数50%。

  干密度为1.22的生土样品1个。干密度为1.22至1.12的夯土样品6个,占总数11.11%。

  从检测数据分析来看,真正超过生土密实度的夯土样品,只占夯土样品总数的16.67%,剩下的83.33%的夯土与生土的密实度区别不大,其中甚至有11.11%的夯土样品密实度达不到生土的密实度。有14个夯土样品的密实度甚至低于淤土最低密实度1.28,占夯土样品总数25.92%。有22个夯土密实度与淤土基本接近或相同,占总数40.74%。

  足见,原来我们认为干密度超过生土的夯土特征判别标准是行不通的。夯土的干密度与淤土没有多大的区别。那么判断夯土的标准,还是要看版筑或夯打的痕迹。好在陶寺宫城基槽内的夯土板块还比较清楚,因此,我们坚持认为基槽内上部填充的是夯土。但是,陶寺宫城基槽内夯土的干密度为何绝大多数都与生土和淤土差别都不大,其欲意何为?

  三、基槽内低密实度夯土的建筑功能分析

  从行为上看,陶寺宫城城墙基槽内的夯土,属于人工垫土,有工程学上行为意义,而不是随意填沟的堆积行为。其夯土干密度低,首先不能也不想解决地表以上墙体荷载问题,那就必须考虑陶寺城址所处的生土地基性质了。

  陶寺城址坐落在山西的临汾盆地、汾河以东塔儿山前高阶地黄土塬上,生土地基土质为第四纪新近沉积黄土,土质松散,压缩性高,湿陷性不一,可在一定压力作用下受水浸湿,土结构迅速破坏而发生显著下沉,被称为湿陷性黄土。这类黄土多为自重湿陷性黄土,厚度多在5~10米,湿陷等级II~III级为多,对工程建设有一定的危害。

  2002年,我们山西队曾经将陶寺宫殿区IT5026内IFJT3基槽底部的生土取样,送到临汾市山西省地质矿产局213实验室检测,检测报告主要数据如下。

  含水率(Wo%)11.8,湿样密度(g/cm3)1.47,干密度(g/cm3)1.31,土粒比重2.71,天然空隙比1.061,孔隙度51.5,实验前饱和度30.1,压缩系数0.09,压缩模量22.9,液限(WL%)25.7,塑限(WP%)15.8,塑性指数9.9,湿陷系数δS(200Kpa)0.111,自重湿陷系数δzs 0.005。

  IT5026夯土台基基槽底部生土的湿密度与干密度,与谢礼晔测试的宫城东墙部位的生土密度数据接近(表二),可以验证谢礼晔测试技术流程的准确性。

  根据《中华人民共和国国家标准湿陷性黄土地区建筑规范》的标准,当湿陷系数小于0.015时,应定为非湿陷性黄土;当湿陷系数大于0.015时,应定为湿陷性黄土。湿陷性黄土可分为三个级别。

  当0.015≦δS≦0.03时,湿陷性轻微,在原《黄土规范》中称之为I级。

  当0.03<δS≦0.07时,湿陷性中等,在原《黄土规范》中称之为II级。

  当δS>0.07时,湿陷性强烈,在原《黄土规范》中称之为III级。

  陶寺宫城内IFJT3基槽底部生土至少能代表宫城一带的黄土特质,其湿陷系数高达0.111,严重超标,应属超强湿陷性黄土,虽然自重湿陷系数δzs为0.005,属于非自重湿陷黄土,但一旦浸水,在一定外在压力的作用下,也会迅速湿陷,造成强烈下沉,所以会对建筑产生重大危害。

  现代建筑工程中处理湿陷黄土地基的方法主要有土(或灰土)垫层、重锤表层夯实(表层土的水饱和度大于60%时不宜采用)、土或灰土挤密桩、把基础或桩尖设置在非湿陷土层上、预浸水、硅化法等。陶寺宫城基槽内的夯土性质首先可以肯定是人工有意识的地基处理垫土技术。较深的基槽部位如北墙Q15和南墙Q16底部一般先填1~2米左右的填土,就是垫土。以上部分再使用夯实法。使用夯土法时,遇到取来的土水饱和度较大时,就要掺草木灰和陶片,所以乍看就像灰坑或灰沟里的堆积。

  由于挤密桩、预浸法和硅化法都是晚出的湿陷性黄土地基处理技术,陶寺城址的人们采取了最原始也是最有效的技术换土垫土法和夯实法。陶寺夯实法采用了夯土板块技术,如搭积木一样在一定程度上有灰土挤密桩的工程学意义。陶寺宫城墙基槽内人工处理的垫土法和夯实法,只有一个目的,那就是通过用人工土替换所设计城墙下的生土,层层阻止地表水和地下水对基槽底部生土的浸水,从而消除其全部湿陷量。

  按照现代建筑《黄土规范》要求,“湿陷性黄土在某一压力下浸水后开始出现湿陷现象时的这个压力称为湿陷起始压力psh(kg/cm2)。也就是说,如果作用在湿陷黄土地基上的压力小于这个湿陷起始压力,地基即使浸水,也不会发生湿陷。……湿陷起始压力还可以用来确定垫土的厚度。”“对非自重湿陷黄土地基,如基础下地基处理的厚度达到压缩层下限,或达到饱和土的自重压力与附加压力之和等于或小于同一标高处的湿陷起始压力,就可以认为地基的湿陷性已全部消除。”

  我们推测四千年前的陶寺人很可能没有湿陷起始压力、自重压力和附加压力的概念,但是古今黄土湿陷的机理是不变的,所以土建工程解决黄土湿陷的技术原理是相通的。陶寺人很可能依照长期积累的黄土建筑地基处理经验,明白墙基槽内填土的自重与地表以上墙体的重量,都会直接影响到黄土地基湿陷的程度。他们可以根据经验,将墙基槽下挖到生土基础压缩层的下限,将垫土的厚度控制在抵消湿陷所需要范围内,即可全部消除城墙黄土地基湿陷的隐患。

  虽然基槽内的夯土干密度越高,质量越好,对于防止地表水下浸生土地基的效果越好,但是基槽内干密度越高的夯土,无疑会加重基础内夯土垫土的自重,从而增加地基湿陷的程度,于是有意降低夯土的干密度以求减小自重压力(理由详后),更不要求垫土和夯土的密实度要高于生土。这样就能很好地解释陶寺宫城墙基槽里的垫土与夯土为何83%以上质量很差,密实度不高。只要能从土质的结构性质上替换地基的湿陷性黄生土,同时层层阻隔水对黄生土的浸入,就达到目的了。

  另一方面,在建筑地基处理技术的角度讲,夯土的密实度更多与建筑的荷载直接相关。陶寺宫城城墙基槽内低密实度的夯土,是否意味着地表以上就没有墙体,所以就没有附加压力了,便不需要高密实度的夯土基础?然而,假如没有地表以上的墙体,地基就没有必要进行处理,所谓的环壕用垃圾土随意填平即可,完全没有必要按照湿陷性黄土地基处理工程技术要求进行换土垫土和夯实挤密的操作处理。

  这个问题看似陷入一个悖论循环之中,其实是有解扣之点的。

  四、陶寺城墙地表以上墙体的推测分析

  现代建筑工程中湿陷性黄土地基处理的要义是,设计时如能使地基的压力小于或等于湿陷起始压力,就可以根除湿陷的发生,而这个压力包括饱和土自重压力和附加压力。所谓饱和土自重压力,就陶寺城墙包括宫城和外郭城城墙基础来说,就是基槽里的人工垫土和夯土,假如没有附加压力,那么陶寺城墙基础饱和土的压力就不是问题,随便湿陷多少,继续填土找平即可,甚至连夯土都不需要,直接用杂土、垃圾土填充即可。显然,附加压力成了首要的因素。对于墙基槽来说,附加压力就是地表以上的墙体重量。

  换句或说,基槽内的人工地基处理出于消除黄土湿陷的目的,首先考虑的是消除附加压力所造成的湿陷。因为要消除附加压力,必须做基槽换土填充处理,由此产生垫土自重压力,是第二个要考虑消除的湿陷因素。因此,这一系列因果逻辑关系,表明陶寺城墙基础上应该是有墙体的。

  此外,陶寺城墙基础内夯土的密实度低,直接减轻了夯土的自重。在地表墙体重量一定的条件下,基础自重压力的减小,直接减小出现湿陷风险,现代建筑工程表述为减小湿陷起始压力,从原理上讲也就是减小垫土的厚度即基地处理的深度,实质上是减小工程量。准此,陶寺人并非忽视城墙基槽里夯土质量,而是根据经验为减轻垫土自重、减少工程量同时保证消除城墙地基湿陷性的明智之举。

  在陶寺城墙基础上应该是有墙体的前提下,我们要进一步分析该墙体的材质与结构。

  假如陶寺城墙地表基础以上是夯土,那么体量庞大、质地坚实的夯土墙体被彻底夷平、踪迹全无,确实难以解释。更重要的是,夯土墙体荷载,不仅要求地基处理的深度,还要求垫土的密实度。

  从陶寺观象台建筑基础土样密实度数据看(表一),尽管数据可能存在山西队自行操作土样阴干不透的技术系统误差,但是观象台夯土密实度高于生土的趋势与特点应该是正确的,与陶寺城墙基础夯土特点相反。而陶寺观象台路沟南侧的第一层台基的直立台壁仍保留着,上面残留有包木板的痕迹,显然观象台是夯土台体的(图一)。可以佐证地表以上部分建筑为夯土材质,要求地基的夯土密实度不仅要能够在消除湿陷中效力,同样要为承受地表夯土建筑荷载效力。

  图一陶寺观象台路沟南侧第一层台基里面

  与陶寺观象台基础夯土密实度特征相反,陶寺城墙基础夯土密实度绝大多数低于生土,说明陶寺城墙地表以上部分的墙体是有的,但重量不大,材质应当不是夯土,比夯土轻。

  我们推测,假如陶寺城墙的材质仅木栅栏,完全不必做宽12米以上的基槽。周长7公里大木材栅栏,恐怕在4000年前的黄土高原上也难有足够的可用木材。那么有可能陶寺城墙墙体材料是土坯。且土坯墙体还可以只垒砌挡土墙,中间填杂土,墙总厚度达4米左右,在当时是很难在短期内攻破的。

  埃及早王朝时期(公元前3000~前2686年),建筑的主要材料是泥砖或称土坯,古埃及人用来建造房屋、城墙、墓圹内壁、享堂及其祭台。阿拜多斯第二王朝国王哈谢姆威的庙寝宫殿(公元前2640年),也是用土坯建的。新王朝时期(前1540~前1070年),许多神庙的外城墙,还用土坯修建。

  图二埃及艾德福神庙西城墙内侧远观(笔者摄)

  图三艾德福神庙西城墙建造结构(笔者摄)

  图四艾德福神庙西南城墙结构细部(笔者摄)

  如艾德福神庙外郭墙,就是用土坯构建挡土墙“骨架”,挡土墙之间填杂土(图二~图四),城墙的表面再包土坯(图五)。

  图五艾德福神庙外郭墙外表包的土坯

  这样的土坯城墙,严格说是夹心土坯墙,其自重肯定远远低于同样体量的夯土城墙。从而减小附加压力对湿陷性黄土地基处理的工程要求,从根上减少工程量,也可以有效地缩短工期。同时,夹心土坯墙的人工投入量,远低于同等体量的夯土墙。而在防御功能方面,这样的土坯城墙,只要达到足够的体量,在很短的时间内,突破是很困难的,同夯土城墙没有多大的差别。

  但是,同夯土城墙相比,夹心土坯墙有一个极大的弱点,那就是在一定时间段内,比如几年或十几年,人为摧毁,比挖平夯土城墙要容易和迅速得多。只要扒散拆除土坯挡土墙,杂土心便随即土崩瓦解。将城墙土及时运走填沟填坑,甚至打碎肥田(据王炜林先生惠告,现在陕西部分农村,仍保留着如此做法),地表墙体无需多久便荡然无存。即便是残留一定高度的高于地表的墙根,也因雨雪冻涨,快速分解为尘土,像艾德福神庙外郭墙根的土坡(图二~图五),化为土垄。后期的平田整地,很容易夷为平地。只有这样的夹心土坯城墙被这样摧毁与分解,才能很好地解释为何陶寺的城墙全部连根夷平,没有一处高于地表的墙体。

  推测陶寺城墙地表以上夹心土坯墙体,最大的问题是缺乏土坯的直接考古证据。由于陶寺城墙是人为有组织的破坏,在城墙基础上发现土坯墙体证据的几率不高。但是,在灰坑或灰沟里发现土坯的可能性应当是存在的。而我们以往对土坯缺乏有意识的判别。比如,在以往的陶寺发掘中,我们经常在陶寺晚期灰坑和灰沟垃圾、甚至文化层堆积中发现所谓的“夯土块”,有些可能就是土坯残块。2002年陶寺早期外城南墙东端Q8发掘解剖时,在IT3402窖穴IJX7内堆积层第⑥层表界面上,发现一大块倒塌的土块,从形状判断应该是“墙面”(图六)。当时我们头脑中只有夯土概念,所以现场认定为夯土块。现在仔细观察照片结合笔者发掘现场印象,有土坯墙面的可能。IJX7时代为陶寺早期,打破早期外城南墙Q8基础,暗示IJX7⑥表界面上的“墙面”有可能来自Q8地表以上部分墙体。据最新考古资料,中国史前最早的土坯房屋是河南荥阳青台遗址仰韶文化房子,系平地起建土坯砌筑。所以陶寺城墙用土坯,在时代上完全没有问题。

  图六陶寺IT3402JX7⑥表界面“墙面”残块

  目前,陶寺没有确定土坯的考古证据,有待今后的发掘中辨析验证。河南新密新砦城址的考古资料可以借鉴。

  五、新砦城址的城墙与土坯资料的旁证

  新砦城址与壕沟发现于2002年,2003年经过考古发掘解剖。城址大致呈方形,南边以双洎河为天然屏障,其余三面皆建有城墙和城壕,是为大城。城内西南有内壕,为小城。外城总面积约70万平方米。大城北墙北边还有一道长1500米的外壕,使整个城址面积达100万平方米。

  新砦城址的城墙可分为龙山文化晚期和新砦期两大阶段。其建筑特点与陶寺城墙颇为相似。第一,均未发现地表以上墙体部分。第二,现存所谓城墙是自然冲沟或前期壕沟内壁的夯土护壁,也就是陶寺所谓“帮埝式”学名称为“直立挡土墙式”夯土墙。因此,有部分学者一直质疑新砦城址的城墙。

  2003年冬季,笔者参观新砦遗址城墙发掘现场,认为新砦大城东墙应当就是“帮埝式”夯土墙,并根据陶寺观象台夯土密实度测试经验,向发掘领队赵春青先生建议,采集土样进行检测,用土样的密实度来证明新砦城墙的夯土性质。赵春青先生采集了土样,进行了检测。检测的数据结果附于发掘简报。由于检测的结果极不理想,所有的夯土的密实度都不及生土,因此赵先生也不再提此事。学界对这些土样的检测数据没有重视。

  表三新砦城址CT4~CT7土样测试结果数据表(据《河南新密市新砦遗址东墙发掘简报》附表制)

  新砦城址东墙解剖处CT4~CT7共采集了11个夯土土样、3个生土土样、6个壕沟堆积土样和1个文化层堆积土样(表三)。干密度最高的是CT6黄生土1.54,所有的夯土、壕沟土、文化层土的密实度都不及该生土。接近1.54干密度的夯土只有1个,是QIC④夯土1.53,约占夯土样总数的9.09%。CT8褐红生土干密实度为1.52,有2个夯土样小于1.52,大于1.47,为1.49,约占总数18.18%。CT3泛青色生土密实度最低为1.47,却有8个夯土样低于1.47,约占总数的72.73%,而多数夯土略高于沟土的干密实度(表三)。也就是说,72%以上的夯土干密实度不及干密实度最低的生土。陶寺宫城城墙基础夯土低密实度特征以及地表以上不见残存墙体的特征,在新砦城址再次重演。

  我们推测陶寺城址城墙地表以上墙体很可能是夹心土坯墙,苦于未能确定直接的土坯证据。2004年揭露新砦小城内大型浅穴式建筑DF时,清理了四分之一的灰坑H163,时代为龙山文化晚期,坑的上部堆积内含有土坯。可以说,新砦H163堆积内的土坯,间接表明新砦城墙地表以上部分为土坯材质的可能。鉴于新砦城墙基础处理夯土特征以及无地表以上部分墙体残存的特点与陶寺城墙颇类,陶寺城墙地表以上部分为夹心土坯材质的推测,具有一定的合理性,也有待今后陶寺遗址考古发掘的验证。

  六、余论

  通过陶寺宫城城墙基础夯土样品密实度的分析,纠正了我们以往以夯土干密实度高于生土干密实度作为判断夯土物理标准的错误认识。夯土的判断还是要根据版筑痕迹或夯窝。城墙基槽里的填土与夯土的主要建筑工程学意义在于,以换土的方式,层层阻隔地表水和地下水对湿陷性黄生土地基的浸入,从而全部消除地基黄土的湿陷性,以保障地表以上墙体的安全与稳固,而不是通过夯实地基提高承载力来支撑墙体。也可以说是通过消除黄土地基的湿陷性直接达到提高地基承载力的目的。基槽内填土与夯土的干密实度都很低,主观目的不是为了偷工减料,而是尽量减小地基垫土自身的重量压力,从而合理减少地基处理的深度、垫土厚度,节省工时,这是最科学明智的工程设计与技术。

  借鉴埃及前王朝和新王朝时期土坯建筑和新砦城址城墙基础和灰坑内土坯的信息,我们推测陶寺城墙地表以上墙体很可能是夹心土坯墙,既减轻了对墙基础的附加重量压力,减小湿陷性黄土地基处理的工程量,同时也足以达到在当时条件下的防御作用。其弱点是在一段足够长的时间内,有组织的拆毁夷平比夯土墙体更迅速、更方便,分解得更彻底,以致很难发现地表以上部分墙体的残根,导致不少学者怀疑地表以上城墙墙体曾经存在过。

  另一方面,陶寺城墙地表以上部分为夹心土坯材质的推测,为解决其他城址类似困惑打开了一扇新窗口。

  山东寿光边线王城址时代为龙山文化中期,分内、外城,内城面积2万平方米,外城总面积为5.5万平方米。同陶寺城墙一样,边线王城址的城墙也仅剩基槽内的夯土了,夯土层有夯窝。未发现地表以上墙体部分。不少学者也质疑边线王城址的城墙是否存在,认为不过就是环壕。山东地区也有湿陷性黄土,一般为非自重湿陷性黄土,湿陷性黄土层厚度一般为5米左右,局部地段5~10米。湿陷等级I~II级。边线王城址所在区域的黄土生土湿陷性级别不高,所以边线王城墙基槽处理的深度多在3米左右。地表以上的墙体有可能也是夹心土坯墙,废弃后被夷平。

  殷墟洹北商城470万平方米,城墙也仅存基槽部分,宽9米,也曾因没有地表以上墙体部分饱受质疑。小屯殷墟二期的核心区即宫殿宗庙区西面、南面有大灰沟,部分与洹河连同,围出的范围大约70万平方米。大灰沟应当是殷墟期宫殿宗庙区的物理边界和防御设施。殷墟三、四期时,大灰沟废弃,宫殿区西扩至四盘磨村东一带,也发现了沟状堆积线索。河南地区也有湿陷性黄土分布,厚度一般5米左右,湿陷性较低,湿陷等级多为I~II级,对工程建设危害性不大。具体到洹北商城而言,可能城墙基础下的黄生土的湿陷性等级略高,需要做地基处理,基槽深度则无需太深,3米足以消除全部湿陷性,当然要在减小基槽内垫土的自重压力的前提下,所以基槽里的所谓夯土质量很差,干密实度很低。基于陶寺、新砦城墙为土坯墙体的推测,我们怀疑洹北商城现存基槽上原本很可能有夹心土坯城墙墙体。而小屯村殷墟期的宫殿区生土地基的湿陷性可能很小,小屯“宫城”城墙不是外郭城,不需要很厚很高,只要设计宫墙重量压力足够小,相当于现代工程设计所谓的“小于或等于地基生土的湿陷起始压力”,即使地基浸水,也不会发生湿陷,对墙体没有危害。所以在防御沟(大灰沟)的内侧,直接平地起建夹心土坯“宫城”墙体是完全有可能的。1975年在小屯村北发掘了两座半地穴式房基,废弃堆积中发现大量经过火烧过的夯土块和草拌泥块。夯土块有长方形、方形和拐角形三种,有的保存有很平的断面,最大者长40、宽21、厚12厘米,推测是初加工的类似土坯的建筑材料。因此,“无城”的安阳殷墟宫殿区包括洹北商城,原本有可能是有夹心土坯墙体的。当然,随着大灰沟的废弃,内侧夹心土坯“宫墙”被迅速拆解,回归尘土,荡然无存,以致殷墟“宫城”仅见沟不见墙了。

  毋庸置疑,夹心土坯城墙在西周时期,几乎不见踪影。以西山古城、新密古城寨、告成王城岗、偃师商城、郑州商城为代表的夯土城墙技术,占据了城墙建筑技术的绝对主流地位。地表以上部分的夯土墙体多少都会有所残留,基槽内的夯土质量也有明显的提高,夯窝明显,干密实度大大提高。这很可能与破城技术的进步有关。至少从商代早期开始,就新的破城技术而言,夹心土坯城墙的弱点逐渐暴露出来,才逐步被建筑技术要求更高的夯土城墙全面取代。这种破城技术现在还只是个假设,有待今后的发现与研究来确定是何种先进的破城技术。

  而更关键的深入研究,则需要土建工程专家与考古学家携手,对相关的地基处理人工垫土以及地基生土,做系统采样与实验室分析,用严格的土建工程的分析计算方法来判断地基生土的湿陷系数、建筑地基的湿陷起始压力、自重压力、附加压力、设计消除全部湿陷性的垫土厚度或基坑深度等等,才能有希望最终从根本上解决疑问。

  附记:本文陶寺宫城城墙夯土密实度采样与检测工作,由加拿大多伦多大学人类学系助理教授谢礼晔博士承担,她贡献出分析数据结果,是本文分析的首要基础。她对本文的写作,提出过宝贵和重要意见,在此谨表衷心的谢意!深圳市建筑设计研究总院有限公司北京分院高级工程师、国家一级注册结构师薛岩博士提供了陕西省计划委员会主编《中华人民共和国国家标准湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004)相关标准范本,并审读了本文原稿,提出了关键性的意见和建议,不胜感激!中国社会科学院考古研究所山西队的高江涛博士和李斌,在本次夯土采样过程中也有所贡献,一并鸣谢!

  本文电子版由作者提供作者:何驽中国社会科学院考古研究所;原文刊于《华夏考古》2018年第6期
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