北京故宮古建筑的傳統(tǒng)防震方法

紫禁城古建筑建于明永樂(lè)18年（1420年）。在過(guò)去的600年里，它們經(jīng)歷了200多次地震，基本上是安全的，反映了良好的抗震性能，也反映了古代工匠的智慧。紫禁城古建筑智慧的一個(gè)重要方面是合理有效的基本實(shí)踐。以下是對(duì)紫禁城古建筑實(shí)踐的簡(jiǎn)要解釋。

一、一塊玉基礎(chǔ)

一塊玉基礎(chǔ)是指一個(gè)整體的基本做法，專(zhuān)業(yè)上稱(chēng)為滿(mǎn)堂紅基礎(chǔ)。這種基礎(chǔ)的特點(diǎn)是:原基礎(chǔ)全部挖出，然后人工回填。人工回填的具體做法是：一層三七灰土，一層碎磚，反復(fù)交替。如圖1所示，建筑辦公室南側(cè)遺址基礎(chǔ)，基礎(chǔ)深度2.2米，頂部為0.8米厚的雜填土，其次是三七灰土層(每層約0.12米厚)與碎磚層(每層約0.1米厚)交錯(cuò)分布，共7層。當(dāng)人工處理的灰土和碎磚層從地面向下延伸到2.4米左右時(shí)，下部為原土層，即未受干擾的土層。以下是三點(diǎn)說(shuō)明。

第一，為什么紫禁城古建筑的所有基礎(chǔ)都是人工處理的滿(mǎn)堂紅基礎(chǔ)，而不是原土層的基礎(chǔ)？事實(shí)上，這與中國(guó)古代朝代的變遷密切相關(guān)。眾所周知，明朝永樂(lè)皇帝朱迪建造了現(xiàn)有的紫禁城。他在元代紫禁城的基礎(chǔ)上建立了紫禁城。也就是說(shuō)，在明朝之前，紫禁城是元朝皇宮所在地。在中國(guó)古代，有一個(gè)不成文的規(guī)定，即當(dāng)任何朝代取代前朝時(shí)，它都會(huì)摧毀前朝的王氣。其中一做法是從頭到尾摧毀前朝的建筑，包括基礎(chǔ)，然后從頭到尾建造自己的宮殿。因此，明朝建立紫禁城時(shí)，元朝的所有建筑都被連根摧毀。這樣，明朝紫禁城的基礎(chǔ)就必須再次完成，這也是紫禁城古建筑基礎(chǔ)紅實(shí)踐的主要原因。

二是古建筑基礎(chǔ)黃土中摻入(生)石灰的意義。紫禁城古建筑的基礎(chǔ)一般為三七灰土基礎(chǔ)。三七灰土是一種高強(qiáng)度的建筑材料，由生石灰和粘土按3:7的質(zhì)量比例制成，在我國(guó)歷史悠久。例如，南北朝公元6世紀(jì)，南京西山橋南朝墓封門(mén)前的地面是灰土夯實(shí)的。這種灰土基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)是生石灰遇水產(chǎn)生成熟石灰，強(qiáng)度增加。也就是說(shuō)，這種基礎(chǔ)，有利于在潮濕環(huán)境中使用。灰土基礎(chǔ)本身的粘結(jié)強(qiáng)度相對(duì)較高，適用于承受上部建筑的重量，而不會(huì)產(chǎn)生松散的土壤。此外，石灰是一種容易獲得的建筑材料，在公元前7世紀(jì)開(kāi)始使用。《本草圖經(jīng)》包括：石灰，今所在的近山處都有，這種燒青石也是灰。又稱(chēng)石鍛，有風(fēng)化、水化兩種。由此可見(jiàn)，生石灰取材方便，加工加單，使用效果好，因此廣泛應(yīng)用于古建筑基礎(chǔ)上。

其三，為什么紫禁城古建筑的基礎(chǔ)不是全部做灰土分層，而非得要“一層灰土、一層碎磚交替”呢？事實(shí)上，這反映了古代工匠的智慧。我們知道，如果基礎(chǔ)是均勻的，建筑物可以避免不均勻的下沉。但灰土材料一般比較柔軟，柔性強(qiáng)意味著硬度低。當(dāng)上部建筑重量較大時(shí)，雖然建筑在自重作用下會(huì)均勻下沉，但過(guò)度下沉?xí)绊懡ㄖ挠行褂谩Ｏ啾戎拢榇u的硬度遠(yuǎn)大于灰土，而且大部分屬于燒窯或砌墻所用的殘料。當(dāng)它們通過(guò)篩子時(shí)，尺寸相似，用來(lái)取代完全的灰土層，形成一層灰土一層碎磚的形式，不僅有效地使用建筑材料，而且減少了古建筑的沉降。

二、“糯米”基礎(chǔ)

紫禁城古建筑中是否含有糯米？日本學(xué)者武田壽一的作品《建筑隔震、防震、控振》描述了紫禁城古建筑的基本成分:1975年以來(lái)的三年里，在設(shè)備管道工程建設(shè)中，一種略帶氣味的物質(zhì)被挖出紫禁城中心向下約5-6米。研究結(jié)果表明，它似乎是糯米和石灰的混合物。所有主要建筑均建在百色大理石高臺(tái)上，下部為軟糯米層。劉大可先生在《明清古建筑土作技術(shù)》(見(jiàn)《古建筑園林技術(shù)》1988年第一期)中認(rèn)為，古建筑基礎(chǔ)上有灌江米汁(糯米漿)的做法。這是將煮好的糯米汁與水和明礬混合，灑在打好的灰土上。江米和白礬的用量為:每平方丈(10.24平方米)江米225克，白礬18.75克。清朝官方對(duì)小夯灰土的做法有這樣的描述:第二步是趁濕打流星一次，潑一層河米汁(糯米汁)。水先70%混合江米汁，再灑30%，催江米汁下行，然后上虛，第二步是土壤，其打法同前(見(jiàn)王其亨:1993年第二期《故宮博物院院刊》《清陵建筑工程小夯灰土做法》)。此外，張秉堅(jiān)等學(xué)者對(duì)西安明代城墻灰漿進(jìn)行了試驗(yàn)，證明其中含有糯米。雖然西安城墻與故宮古建筑基礎(chǔ)沒(méi)有直接聯(lián)系，但其施工工藝是傳統(tǒng)的古建筑實(shí)踐。以上充分說(shuō)明:故宮古建基礎(chǔ)中含有糯米是可信的。

在紫禁城古建筑的基礎(chǔ)上加入糯米有利于基礎(chǔ)的抗震性能。糯米具有良好的粘度，與灰土基礎(chǔ)混合，可使基礎(chǔ)具有良好的完整性和靈活性，類(lèi)似于硬度較高的均勻面糊。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，基礎(chǔ)整體均勻變形，延長(zhǎng)建筑的振動(dòng)周期，錯(cuò)開(kāi)地震波的峰值，減少對(duì)基礎(chǔ)和上部建筑的破壞。糯米基礎(chǔ)抵抗地震，我們稱(chēng)之為隔震。

三、處理地下水

古人考慮在填土層下埋設(shè)有淤泥層或地下水的地基層。木樁可穿透淤泥層，使樁尖到達(dá)堅(jiān)硬的巖石層，然后在木樁上分層夯土。這樣可以避免基礎(chǔ)沉降不均勻。如慈寧花園東側(cè)遺址的基礎(chǔ)，自上而下的分層特點(diǎn)是：灰土層和碎磚層交替向下延伸（即一層灰土和一層碎磚），每層厚0.1米，共18層；然后是0.16米厚的青石板；然后是水平樁和垂直樁。在這里，豎樁支撐青石板的上部重量，并將其傳遞給硬巖層，青石板為上部夯土提供支撐平臺(tái)。此外，木樁表面刷有桐油(桐籽制成的油)，可在水中防腐。