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硬核!中国古代城墙多数为夯土建筑,为什么能坚固到炮击都不怕?

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硬核!中国古代城墙多数为夯土建筑,为什么能坚固到炮击都不怕?
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这篇文章代表了来自土木行业搬砖狗最后的倔强

南京城墙在朱元璋在位时开始修建,为了保卫首都南京的安全,朱元璋不惜动用了用来修建皇宫的费用。共计调动29万民工,累计用砖3.6亿块,耗时26年之久,最终才修建完成。南京城墙至今已经超过600年,依旧坚不可摧。

至今平遥古城的城墙上也还留有日军炮击的痕迹斑斑,让我们不禁好奇,这种简单的夯土建筑是怎么抵挡住炮击的?

了解了古代城墙的建造技艺,我们就不得不佩服老祖先的智慧了。

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地基怎么加固?

和现在我们建房子、修铁路一样,古代人搞建筑的时候也是知道挖基槽、再进行地基加固的。

以汉代长安城的未央宫为例,那时候还不像明代,有了先进的烧砖技术可以在城墙外贴一圈砖,汉代的城墙是纯夯土的。未央宫修筑之前,据考证是挖了深0.9~1.5米、宽8米的基槽的,挖出来再填进去,不过填的时候就要一层一层夯实了。

“打桩”这个名词相信大家都听到过,只不过我们现在打的是混凝土桩,打到地下很深的岩石里去,一方面能将上面的荷载传递到地下,一方面又能提高基础的承载力,减少地基沉降。而我国早在古代就有了“打桩”的概念,只不过打的是木桩,木桩上面再铺上点石块,类似于现在铁轨四周密布的小石块,起到减震散力的作用。案例见于南京明代故宫宫城,因为是填湖而造,湖底土质松软,硬夯是夯不实的,那只有打桩咯。

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夯土用啥土?

这是夯土城墙为什么如此坚固的核心所在。

文章一开始提到的南京城墙虽然外表是砖块,但内部还是用的夯土,夯土顾名思义就是把土夯实。最终成型后的硬度极强,外面再用砖石包裹,这种实心结构足以抵挡当时的大炮轰击。

夯土材料可以分为两类,一类叫“生土”,就是原状土,一类叫“熟土”,就是通过发酵后的土再掺着一些田底泥、胶泥类的黏土,然后反复锄捣,这个过程就是促使土壤中的腐殖物质通过发酵流失掉,俗称“熟化”,这样的土筑成的墙强度高而且不易开裂。

熟土与砂石、石灰按一定比例混合就成了三合土,这才是最终的夯土材料。

东晋时北方十六国之一的夏都统万城就采用了这一工艺,基本可以达到刀锥不入的程度,这也是使用这种“熟土”材料的最早记录。

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就这么直接夯吗?

也不是的,还是以我们现在搞建筑为例,混凝土里面是要掺和很多外加剂的,比如防渗剂、减水剂、速凝剂、缓凝剂等,根据不同的建筑要求添加不同外加剂。

但古代没有这些啊,那用啥呢?糯米汁。

猛一看有些夸张,我擦怎么用米汤建墙??其实是在上述“熟土”里再添加一些糯米汁、桐油、白友等有机材料,当作胶凝剂,这样不仅能再提高一些强度,还能增加韧性和防渗功能。

关于城墙使用糯米石灰胶结也有确切的记载,《宋会要》载有“乾道六年,修和州城其城壁表里各用砖灰五层包砌,糯粥调灰铺砌城面兼楼槽城门,委皆雄壮,经久坚固。“

除此之外,古代也没有承受压力、拉力的钢筋啊,在现代建造工艺里没有钢筋几乎就和豆腐块差不多。

古代也没有钢筋啊,别说钢筋了,很早连冶铁都费劲。通过考证发现,我国古人创造性加了竹片、竹丝作为筋料,形成了最早的”加筋土“。一直到现在,民间还有这种古老的方法,祖辈们的老房子多是用土建的,你注意看,那土墙里就有很多麦秸,稻草。

古代城墙建造的时候用这种竹丝、竹片用的非常密集,基本每夯土8~13厘米厚,就要加一层这种加筋材料。

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夯土也有技巧

夯土造屋早在殷商时代就有了,从考古发掘上来看,我国这种夯筑技术的最古遗例,是在河南省汤阴县叫做白营子的地方,它是七八千年前的新石器末期的遗址。

北宋匠作少监李诫编修的《营造法式》一书中就系统总结了当时夯土版筑技术的成就。其中规定“筑墙之制,每墙厚三尺,则高九尺,其上斜收,比厚减半;若高增三尺,则厚加一尺,减亦如之”。

翻译过来就是,城墙并不是上下一般粗的,而是下粗上细,城墙坡度一般是70°~80°,而且高度越高城墙随之就会越厚。

夯土时还有最后一个关键工序,就是控制土的含水率,含水率太低,夯筑的城墙质地松散不结实,含水率太高了,跟泥糊糊似的你还怎么夯?就算你勉强夯实了,水分一蒸发墙体很快就开裂了。

古代没有实验设备去测含水率,就靠经验,“熟土”紧捏能成团,抛下即散开就认为水分合适了。

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现代的钢筋混凝土建筑为啥还不如城墙保存的久?

第一,我们现在的建筑从一开始就没打算保存那么久….我国建筑规范规定,民用建筑的寿命一般是50年,一些临时建筑的寿命也就三五年。

第二,我们比古人会享受多了,内饰装修、水、电、网、暖设备的安装通通需要计算在房屋结构里,这可比单纯造个城墙复杂得多,这些设备的寿命和对建筑造成的破坏,也对建筑的使用有很大的影响。

第三,距1875年法国一位园艺师建造了世界上第一座钢筋混凝土桥也不过才144年,跟那些历经千年风雨的城墙相比还是个孩子。

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所以我们也就不难理解,为什么古代用土夯的城墙还能坚固到连炮击都不怕了。生活中其实很多东西都凝结了我国古老的技艺,这些技艺更是曾生活在这片土地上的先人们智慧的结晶。

参考文献:*《长江流域新石器至商周时期城墙建筑方法研究》张华
*《郑州商城城墙结构研究》张明明
*《明代夯土长城的城墙材料与构造-以大同镇段为例》沈旸

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