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【地基】紫禁城600年地基解读。（本文载于《科技日报》2019年12月20日第8版 ， 有修改）
【地基】紫禁城600年地基解读。位于北京市中心的紫禁城（今故宫博物院）始建于1420年 ， 为永乐帝朱棣令工匠在拆除元代皇宫的基础上肇建 。 近600年来 ， 紫禁城古建筑历经各种自然灾害而保存无恙 ， 不仅与建筑本身科学合理的构造密切相关 ， 其建筑地基亦为古建筑稳固的重要保障 。 从分层构造角度讲 ， 紫禁城古建筑地基可分为下、中、上三个部分 。
紫禁城古建筑地基的下部做法一般为一层碎砖、一层灰土的交替使用（图1） ， 总厚度在1.2米至3.1米之间 ， 有专家戏称该地基做法为“千层饼” 。 这种地基不是天然的 ， 是古代工匠在元代地基的基础上夯实铺墁而成的 ， 因而属于人工处理地基 。 紫禁城古建筑“千层饼”的地基构造科学而又合理 。 从材料角度讲 ， 灰土由生石灰与黄土按3：7的比例混合而成 ， 由于生石灰具有吸水后强度增大的优点 ， 因而灰土基础不仅强度较高 ， 而且具有一定的防潮性能 。 紫禁城古建筑的灰土层地基中还掺有“糯米汁” ， 即用糯米熬成的汁洒在灰土里 。 其优点在于：糯米具有很好的黏性 ， 可以将灰土牢牢地黏固在一起 ， 形成一个整体 ， 犹如一个面糊团团 ， 不会因为大风、大震而松散 。 地基中地碎砖层也是很讲究的 ， 它并非仅仅是将砖敲碎放入地基中 ， 而是将碎砖过筛子 ， 去掉粒径较大的颗粒 ， 再将余下均匀一致的细料夯实成地基层 ， 这有利于地基本身的平整和密实 。 从构造上讲 ， 灰土层与碎砖层的交替使用也有利于建筑本身的稳固 。 如果全部用灰土层地基 ， 那么由于灰土的韧性较大 ， 尽管上部建筑产生均匀下沉 ， 但是其下沉量偏大；如果全部采用碎砖层地基 ， 那么尽管碎砖的硬度比灰土要大 ， 但由于碎砖的颗粒直径比灰土大 ， 在夯实过程中彼此之间会有空隙 ， 因而会造成基础密实度偏弱 。 采取一层碎砖一层灰土的交替夯实方法 ， 既有利于建筑的均匀下沉 ， 又能避免建筑本身下沉量过大 ， 还能能保持地基本身的密实度 。 另外 ， 紫禁城的地下水比较丰富 ， 如果建筑建造在有地下水的位置 ， 那么古代工匠会使用水平与竖向木桩 。 其中 ， 竖桩底部穿透地下水层而抵达坚硬的岩石层上 ， 顶部则安放成排的水平桩 ， 水平桩之上仍为“千层饼”的地基做法 。
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图1故宫“千层饼”地基
紫禁城古建筑“千层饼”地基之上 ， 是磉礅层 ， 为紫禁城古建筑地基的中间部分 ， 其主要作用是支撑柱顶石传来的建筑重量 。 所谓“磉墩” ， 即柱顶石下方的独立地基 ， 多为砖砌 ， 见图2 。 磉墩与“千层饼”地基做法不同 ， 它不是满铺在地基土之上 ， 而是一个个的独立的立方体砖墩 ， 砖墩的平面尺寸为1米至2米见方 ， 厚度一般不少于1米 。 磉墩材料并非是灰土与碎砖 ， 而是整块砖 ， 其硬度大、承载力好 ， 因而有利于承受柱顶石传来的上部集中作用力 ， 并将该作用力向下部的“千层饼”地基扩散 ， 符合土力学传力原理 。 磉墩与“千层饼”的位置关系可见图3 。 磉墩地基的做法与紫禁城古建筑的构造特征密切相关 ， 其主要原因在于紫禁城古建筑是行列有序的立柱来支撑上部构架及屋顶重量 ， 并将该重量传给柱顶石 。 由于立柱是分散的 ， 因而对应每根立柱下方 ， 都有一个相对独立的地基层 ， 且地基层材料硬实 ， 受到较大作用力（即屋顶传来的重量）而不会产生破坏 ， 砖砌磉墩就起到这个作用 。 分页标题#e#
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图2故宫某古建筑遗址中的磉墩
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图3磉墩与“千层饼”地基的关系
紫禁城古建筑地基的最上面一层就是柱顶石 ， 见图4 。 柱顶石位于磉墩之上 ， 其上部表面平整 ， 主要用于支撑立柱 。 立柱柱根不落入地下 ， 而是浮搁在表面平整的柱顶石上 ， 见图5 。 这种“平摆浮搁”的露明安装方式是科学而又合理的 。 首先 ， 木柱柱根不插入地底下 ， 有利于避免地底下空气不流通导致的柱根糟朽问题 。 其次 ， 柱根浮放在柱顶石上 ， 不会传递弯矩作用力 ， 避免地震等外力造成的柱根折断问题 。 再次 ， 在发生地震等自然灾害时 ， 柱根可在柱顶石表面做往复运动 ， 巧妙地将部分地震能量转换为动能 ， 减少了自身地内能（即内力破坏） ， 产生了“四两拨千斤”的效果 。 不仅如此 ， 柱顶石外皮比柱根外皮要宽出一部分尺寸 ， 其做法就是有利于柱根在柱顶石上的往复滑动 。
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图4柱顶石照片
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图5柱底与柱顶石
另外 ， 网上盛传太和殿广场的地基为“横七竖八”十五层厚地砖（每层地砖厚约为0.12米 ， 十五层地砖总厚度约为1.8米） ， 其主要目的是为了防止刺客挖通向太和殿的地道 。 上述观点是错误的 ， 理由如下 。 其一 ， 太和殿（图6）是明清帝王举行登基、大婚、册立皇后、命将出征等重要礼仪活动的场所 ， 平时基本不开 。 明代皇帝平时在太和门上朝 ， 清代皇帝在乾清门上朝 。 对于刺客而言 ， 挖一个通向太和殿的地道几乎没有任何意义 ， 因为皇帝平时根本就不在太和殿里 。 不仅如此 ， 明清时期的紫禁城戒备森严 ， 任何风吹草动都会引起侍卫们的高度警惕 ， 更何况是“挖地道”了 。 其二 ， 太和殿建筑本身地基构造复杂 。 太和殿建立在高达8.13米的台基之上 ， 且建筑自身底部也有0.96米高的须弥座基础 ， 也就是说 ， 太和殿地面比太和殿广场地面至少要高出10.09米 。 1977年故宫中和殿安装避雷针时 ， 工程技术人员通过钻探和地质勘查方式 ， 获得了太和殿、中和殿、保和殿地面至地下16米深处的地基分层做法 ， 见图7 。 易知太和殿地面以下有3层砖 ， 厚0.4米；往下为厚度约为1.0米的石头层；往下再为总厚度约为4米的碎砖与灰土的交替层 ， 也就是前面所说的“千层饼”层；再往下就是厚度约为6米的碎卵石与碎砖的交替层；再往下就是木柱和填土的交替层 ， 深度约为5.6米 。 柏木桩的主要目的就是将桩尖穿透淤泥层 ， 抵达坚硬的岩石层上 。 太和殿地基究竟有多深 ， 目前尚未知 。 由于太和殿具有上述复杂的地基构造 ， 刺客要想通过太和殿广场的地下通道再挖到太和殿地面来 ， 几乎是不可能的 。 因此 ， 太和殿广场地面没有必要通过“横七竖八”的砖层来防止刺客挖地道 。 其三 ， 故宫工程技术人员曾在上个世纪末因地下消防管线铺设需要 ， 开挖了保和殿东庑前檐基础 ， 其照片见图8 ， 可见保和殿地面仅有地砖4层（厚约0.5米） ， 往下就是碎砖与灰土的交替层了 。 由于太和殿、中和殿、保和殿广场地面是一个整体 ， 因此保和殿东庑前地下基础构造可反映太和殿广场地基的做法特点：地砖3-4层 ， 往下就是碎砖与灰土的交替层 。 分页标题#e#
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图6太和殿与太和殿广场
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图7故宫三大殿地下分层做法
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图8保和殿东庑前檐基础
综上所述 ， 紫禁城古建筑的地基设计的巧妙而又合理 ， 不仅稳固可靠 ， 而且均匀、稳固 ， 这使得近600年里的时间里 ， 紫禁城古建筑能够始终保持稳固 。 这不仅体现了古代工匠的智慧 ， 而且其中蕴含的科学机制仍值得现代工程技术人员学习和参考 。
来源：(满意评蜻蜓)
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标题：【地基】紫禁城600年地基解读
