遗址博物馆土遗址病害调查与成因分析——以萧山跨湖桥遗址博物馆为例

遗址博物馆土遗址病害调查与成因分析——以萧山跨湖桥遗址博物馆为例徐燕祎;王思嘉;张秉坚;吴健【摘要】潮湿环境土遗址的保护一直是非常困难的课题.当遗址与其他材质的文物共存时,保护难度更高.为了探讨遗址博物馆内病害发生的规律和影响因素,为未来潮湿环境土遗址保护措施的研究和设计提供依据,以杭州市萧山区跨湖桥遗址为例开展调查研究.发现盖棚可以防止雨水对土遗址的破坏,但造成了水和盐的单向迁移,是目前土遗址病害的主要根源.对于室内遗址博物馆,如何解决遗址土体水分单向迁移带来的破坏已经成为迫切需要开展研究的课题,建议尽快开展室内土遗址补水技术的实验研究.【期刊名称】《文物保护与考古科学》【年(卷),期】2018(030)001【总页数】10页(P53-62)【关键词】跨湖桥;土遗址;病害;盐迁移;温湿度【作者】徐燕祎;王思嘉;张秉坚;吴健【作者单位】浙江大学化学系,浙江杭州310027;上海大学材料科学与工程系,上海200444;浙江大学文博系,浙江杭州310028;浙江大学化学系,浙江杭州310027;浙江大学文博系,浙江杭州310028;杭州萧山跨湖桥遗址博物馆,浙江杭州311203【正文语种】中文【中图分类】K8780 引言土遗址是以土为主体的文化遗产，我国现存的史前文化遗址大多是土遗址，它们见证了中华民族文明的发展，具有不可替代的历史意义与文化价值。

潮湿环境土遗址的保护一直是文物保护中的难点和焦点，现有研究大多围绕保护材料的筛选[1-5]，实际上大型土遗址保护涉及一系列更复杂的问题。

暴露在野外的土遗址易受暴雨、流水的冲刷和溶蚀；搭建保护棚后又易发生开裂、析盐和粉化等病害；使用化学材料进行渗透加固往往造成表面剥落等保护性破坏；当土遗址与其他材质文物共存时，由于湿度要求的差异，其保护更是难上加难。

因此，了解潮湿环境土遗址的特性，监测已有保护措施的效果，研究各种环境条件下病害发生发展的机理，探索适当的保护措施是做好我国南方大型土遗址保护的基础性工作。

跨湖桥遗址位于杭州萧山跨湖桥附近，该遗址先后经3次发掘。

根据14C及热释光测年，遗址年代为7000～8000年前，独木舟年代达8000年前左右[6]。

2005年原址保护工程开启，先后实施了“独木舟核心区疏干排水工程”、“独木舟及木构件脱水加固定型保护项目”。

2009年博物馆、遗址厅及永久性围堰等保护工程竣工，其外观见图1。

遗址厅面积近2000m2，保留发掘区700m2以及未发掘区160m2[7]。

由于土遗址干缩风化、产生裂隙和局部塌落等病害，2010年开展了遗址土体加固工程[8]。

跨湖桥独木舟及相关遗迹位置海拔-1.5m，因湘湖水位恢复，目前处于湖面下6.5m。

湖面的高湿度和顶棚铝合金钢板的导热效应，使屋顶凝水滴落问题和土遗址微生物繁殖问题严重。

2012年7月至2013年6月，遗址厅完成了恒温恒湿改造工程，但土遗址的盐析以及加固层的起甲剥落等病害仍在发生。

为了解环境控制对土遗址和独木舟的影响，课题组从2010年开始对遗址厅的温湿度进行监测，测量了不同深度土壤的含水率、离子浓度、地下水离子浓度。

并对改造工程前后不同位置和深度的土样含盐量等进行检测，对各区域的病害进行了定量调查，希望找出病害产生发展的主要原因，为制定相应的保护措施提供基础数据。

1 实验和病害调查1.1 实验仪器图1 跨湖桥遗址博物馆(左)和遗址保护厅(右)Fig.1 Kuahuqiao Site Museum (left) and its hall (right)HTP-312电子天平，UTP-313电子天平，DHG-9023A电热恒温鼓风干燥箱，UltimaIV X射线衍射仪，330FT-IR红外光谱仪，DX-500离子色谱仪，Optima 8000电感耦合等离子体发射光谱仪，WZ-2土膨胀仪，KT303空气温湿度传感器。

1.2 遗址保护厅的分区为了取样检测和调查统计，课题组按照加固保护状况对遗址进行了分区，取样位置和分区示意图见图2。

图2 跨湖桥遗址厅内遗址取样位置示意图Fig.2 Plane diagram of untapped area in the earthen site of Kuahuqiao Site Museum图2中，A为遗址土堆，高出地平面约1～2m，分为12个面。

其中A3、A12为土堆的上表面(平面)，其余为土堆侧面(立面)；A1～A5和A11面为水性环氧树脂加固区，A6～A10面为未加固区。

B为斜面土堆，分为4个面(B1～B4)，皆为保护区。

玻璃房内存放独木舟，与其他区域隔开，独立控温控湿，该区内土遗址曾采用电化学成桩法和钻孔注浆法进行了加固。

①、②、③、④为土壤取样位置。

1.3 遗址厅温湿度的监测遗址博物馆的环境对遗址的保存有至关重要的影响，为了解遗址厅改造工程对遗址的影响，课题组测量了改造前后遗址厅温湿度变化状况。

利用空气温湿度传感器记录了改造前一年(2011年7月至2012年6月)以及改造后一年(2013年7月至2014年6月)遗址厅的温湿度，求出每月平均值后作图(图3、4)。

其中2012年7月至2013年6月为设备安装调试期未列出。

图3 遗址厅恒温恒湿控制改造前后一年的月平均温度Fig.3 The mean monthly temperatures a year before and after the project图4 遗址厅恒温恒湿控制改造前后一年的月平均湿度Fig.4 The mean monthly humidities a year before and after the project1.4 遗址土壤膨胀率与含水率的测量为了更好地了解遗址土的物理特性，课题组进行了土壤含水率与膨胀率测试，实验所取土壤样品的位置见图2，其编号和对应的位置说明如表1所示。

表1 土遗址土壤取样编号及位置说明Table 1 The representation of the soil samples′ serial number编号位置①独木舟区,玻璃房内土遗址,深度0～35cm②未加固区,取样位置A7,集水井旁,深度0～35cm③已加固区,取样位置A4-5,深度0～35cm④已加固区,取样位置A3,遗址土堆上表面,深度0～35cm使用荷兰式土壤取样钻，竖直下压并转动取样器至钻头深入土体35cm，将取出的土样按每5cm深度为一组，立即用密封塑料袋包装并标记。

将所取土样分别称重。

将初始重量记为M1，移入玻璃烧杯后重量记为M2，于105℃烘至恒重后记为M3，计算含水率[9]。

土壤膨胀率测试参照JTG E40 2007《公路土工试验规程》[10]。

将土样于105℃烘至恒重，研后移入土壤膨胀仪内，震荡平整，盖上活塞。

装百分表，注水，当水与土壤高度平齐时开始计时。

在第5min、10min、20min、30min、1h、2h、3h、24h记下百分表读数，计算膨胀率。

1.5 土壤中可溶盐离子含量测定为了解改造前后遗址土壤含盐量变化，对改造前后土样中的可溶盐离子含量进行了测定，前后取样点位置相距50cm。

同时，对取样位置表面附近析出的盐碱进行了取样。

首先对白色盐碱进行XRD和能谱分析，判断结晶化合物和可溶盐离子的种类。

然后分别取土样1.25g，置于烧杯中加入25mL蒸馏水搅拌均匀，超声波作用30min，离心过滤，将上层清液用离子色谱仪测量阴阳离子含量。

1.6 土遗址加固材料检测为了了解加固材料(水性环氧树脂)对病害的影响，在现场取已剥落样品，蒸馏水冲洗后超声清洗，直至样品表面无土壤黏附。

然后于液氮中研磨至粉末状，加入溴化钾压片，做红外检测。

作为对照，将新配制的水性环氧树脂按相同方法检测。

1.7 土遗址病害调查根据文物保护行业标WW/T 0040—2012《土遗址保护工程勘察规范》[11]，对遗址厅内的病害分区块，按照统一标准逐片逐块进行观察和测量，以dm2为单位，用数字、符号、文字、简图和照片进行记录。

为了考察加固保护措施的影响，根据使用加固材料的情况，将调查区域分为加固区、未加固区和独木舟区(玻璃房内)，分区示意图见图2。

1.8 盐碱离子来源调查从集井和围堰中采集水样，离心过滤后测量上层清液阴阳离子含量。

查阅近几年杭州萧山湘湖附近地下水和湖水中可溶盐离子浓度[10]，将所得数据进行对比，制成离子浓度折线统计图。

2 实验结果2.1 遗址厅的温湿度1) 按照1.3，监测得到遗址厅改造前后一年月平均温度如图3所示。

由图3可以看出，恒温恒湿控制前，遗址厅内的温度随气候条件变化明显，冬季温度低，夏季温度高。

恒温恒湿控制后，遗址厅全年温度大约在18～25℃之间，变化趋于平稳。

2) 按照1.3，监测得到遗址厅恒温恒湿控制前后一年的月平均湿度如图4所示。

由图4可知，恒温恒湿控制后遗址厅湿度比控制前普遍偏低，基本维持在70%～80%之间。

实际上恒温恒湿控制前遗址厅的湿度很大，经常达到100%，导致冷凝水不断从金属顶板上落下。

2.2 遗址土壤膨胀率与含水率1) 按照1.4，实验测得的四个取样位置的土壤膨胀率见表2。

表2 四个取样位置对应的土壤膨胀率Table 2 The expansivity of soil取样位置①②③④平均膨胀率/%9.7510.4010.4010.45均方差0.43由表2可知，①处的土壤膨胀率小于其他三处取样位置的土壤膨胀率。

2) 实验测得四个取样位置的土壤含水率见图5。

图5 四个取样位置不同深度的土壤含水率折线统计图Fig.5 The rate of water content由图5可知，除位置①外，其余三处土壤的含水率都是随深度的增加而增大。

2.3 土遗址表面盐碱结晶分析1) XRD和能谱分析结果。

实验所得XRD图如图6所示，盐碱中各元素重量百分含量圆饼图如图7所示。

H代表MgSO4·7H2O，W代表Na2SO4·10H2O图6 遗址表面结晶样品XRD检测图谱Fig.6 The salt detection of XRD on the surface of the earthen site由图6可知，土体表面析出的盐碱中主要含有MgSO4·7H2O、Na2SO4·10H2O等化合物，可以初步确定遗址土体中可溶盐离子主要为SO2-4、Mg2+、Na+等。

2.4 地下水源离子调查按照1.8，取土遗址区集井水和遗址厅周边围堰水分析，可以得到围堰水和集井水中SO-24、Mg2+、Na+的离子浓度。

将实验所测的离子浓度绘成折线图，并将浙江省博物馆对湘湖水和周边地下水的分析结果列入[12]，得到离子浓度的变化趋势如图8所示。

遗址外围到遗址本体，即从湘湖水→地下水→围堰水→集井水，SO-24、Mg2+、Na+离子浓度在不断增加。