沈 旸 周小棣 常军富

(东南大学建筑学院，南京210096)

明代为保卫北方从西到东的漫长边境，抵御外族的侵扰，先后设置了9 个军事重镇，分管不同的边防区域，通称九边重镇.据《明史·兵志》，“元人北归，屡谋兴复.永乐迁都北平，三面近塞，正统以后，敌患日多.故终明之世，边防甚重.东起鸭绿，西抵嘉峪，绵亘万里，分地守御.初设辽东、宣府、大同、延绥四镇，继设宁夏、甘肃、蓟州三镇，而太原总兵治偏头，三边制府驻固原，亦称二镇，是为九边”［1］.

就长城墙体的材料和构造而言，包砖者集中于宣府、蓟州和辽东三镇，土坯类遗存大量存在于延绥、宁夏、甘肃、固原四镇［2-3］，大同镇可以看作是东西各镇之间的过渡地带.其遗存的突出特征是以夯土版筑为主要建造方式，局部外包砖石砌筑［4］.本文以之为观察对象，基于实地调查测绘和数据采集分析，总结夯土长城的墙体材料和构造特征.

1 实地考察段落分布

据(明)翁万达《修筑边墙疏》，大同镇管辖范围“起西路丫角山，逶逦而北，东历中、北二路，抵东路之东阳河镇口台，实六百四十七里”［5］.大同镇主要位于今山西省和内蒙古自治区的交界处，此外，省界以北尚有历史上的“大边”和“二边”，共同构成了大同镇段的防御体系.

实地考察的具体段落(见图1)自东向西分别为:大同市天镇县的平远头～二十墩段、新平堡～黄家湾段、瓦窑口～李二口～薛三墩段、白羊口～榆林口段;大同市阳高县的许家园～虎头山段、守口堡～十九梁段、长城乡～镇边堡段;新荣的元墩～镇川口～镇川堡段、弘赐堡～镇羌堡段、拒墙口～拒门堡段、新荣镇段;左云的徐达窑～八台子段;右玉的二十五湾～杀胡口～四台沟段;平鲁的七墩～新墩段、寺怀段.本次编号结合了各类型字母代号和数字序号，城墙转折点、敌台和烽火台分别用大写字母C，D，F 表示，数字序号为三位数，按考察先后分配.其中，本文涉及的城墙段落的命名主要以相邻敌台作为定位参照加以确定.

图1 明长城大同镇段范围与考察段落分布

2 城墙尺度

2.1 城墙体量

城墙因其单薄而绵长，受自然和人为破坏较为严重，大部分段落内侧高为6 m 以下，只有个别地段为7 ～10 m，主要包括天镇张仲口到李二口之间、李二口北侧的爬坡段D021-D023 之间，以及榆林口东侧的D030-D033 之间，后者的最高处达10 m.上述这几段较高的墙体均位于天镇和阳高境内，为明嘉靖间翁万达总督宣大时所筑，当时的修筑就比阳高以西段落要高厚许多，至今犹然.阳高以西长城的高度普遍在7 m 以下，(明)翁万达在《修筑边墙疏》中提议增补大同镇阳和口到丫角山之间长城(即阳高以西长城)时，提及的城墙尺寸为“高二丈，底阔一丈七八尺，收顶一丈二三尺”［6］，以明代一丈折合3.2 m 计算，当时的标准墙高为6.4 m.

就地形而言，今天大同市天镇县、阳高县一带明长城，大多位于山脉南侧或东侧的山脚处，墙外地平高而墙内地平低，客观上也使得城墙必须加高才能满足防御需要;而阳高以西段落地处平地或山坡上，没有内低外高的弊端.

2.2 墙体斜度

本文墙体斜度是指外墙面与地面的内夹角度数，由于测绘所用仪器为斜度测量仪，因此采用度数来代替收分，仪器误差为±1°.

图2 城墙墙面斜度统计

根据测量数据的统计结果(见图2)，城墙墙体的斜度一般在70° ～80°之间，且墙体内外斜度相差不大，斜度最大者位于D030-D033 之间，达到85°.就地域差别而言，大同镇东侧，尤其是天镇一带城墙的斜度普遍大于大同镇西侧，和上述城墙体量的地域差别一致.仍据明代翁万达的规定，城墙的标准斜度约为83°，由于城墙墙体很容易受外界侵蚀，今天的实测数据大多低于这一标准斜度.

3 城墙材料

在土木工程中，土是指覆盖在地表上松散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物.土的特征包括粒度、矿物组成、化学成分和结构等多个方面［7］，工程中主要以土的粒度进行分类.借鉴《土的工程分类标准》(GBT50145—2007)［8］，本文对调查对象的夯土材料进行了简化说明(见表1)，把肉眼无法识别的颗粒(包括细粒和粗粒中的细砂)统称为细粒，把除细砂以外的粗粒合称为砂砾(“粗粒”保留但不使用)，巨粒部分在描述时使用块石和碎石等较通俗化的名称.

表1 本文粒组划分

由于现状土体遗存中细粒土为主体，因此在描述时，本文采用“细粒土中(上部/中部/下部)掺杂少量/大量其他颗粒(如砂砾、碎石)”或“细粒土中铺砌(数量或层数)碎石/块石/砖块”(为了表明碎石/块石/砖块在夯土中的构造方式)的表述方式.

基于以上的定义和分类，对实地考察段落的墙体材料进行了统计，结果见表2.

表2 墙体材料统计

3.1 材料种类

夯土长城的建筑材料包括细粒土、砂砾、碎石、块石和植物枝条5 种.其中，夯土材料以细粒土为主，土中均含有砂砾、碎石和块石的比例各占约1/3，没有在城墙中发现砖块.

对于夯土中含植物枝条的情况，以有无植物枝条遗存和有无规则排列的孔洞(以下简称“孔洞阵列”)为主要标志来判断，根据统计结果，墙体中无根茎遗存且无孔洞阵列的占调查点总数的3/4，证明大多数段落很可能没有植物枝条.有9 例发现有孔洞阵列，多位于墙体下部表层遭侵蚀脱落处，但其中3 例，包括D030 东侧和西侧墙体、D081-D082 之间墙体，只在表层发现孔洞而断面处却没有，显示植物枝条可能主要呈垂直于墙体走向铺设.此外，有5 例墙体表面有植物枝条露出，大部分似植物根茎，为实物遗存的可能性较小.

3.2 存在方式

材料的存在方式是指砂砾等材料相对于细粒土的分布位置.对于砂砾，几乎均为掺杂于夯土中，呈均匀分布状态，只有2 例呈集中铺砌状态.对于碎石和块石，大部分依然以掺杂的形式存在于夯土中，只有少数案例呈铺砌状态(见图3).从现存迹象看，植物枝条主要呈水平布置，只有3 例疑似遗存案例是竖向布置，从孔洞的分布来看，它们大多铺设于夯层间，水平向间距并不固定，呈一定范围内波动.

图3 D082 东侧城墙坍塌部位(自墙外摄)

3.3 环境因素

材料与环境的关系主要表现在2 个方面:

1)墙体材料与附近土壤的贫富程度和运输材料的难易程度有关.一般海拔越高，土壤越少，砂砾和石头越多，墙体材料因之含有越多的砂砾碎石和块石，如天镇李二口附近的爬坡段长城，即D021-D024 所在段落，山脚处土壤丰富，墙体含砂砾等材料较少，土质较纯;山腰处的墙体开始掺杂一些砂砾、碎石，再往上走，墙体夯土中所含的杂质越来越多，夯层间开始密集铺砌砂砾碎石和块石.

2)墙体取材兼顾防守需要.如城墙D016-D017 及附近段落的外侧紧邻一条深沟(见图4)，沿城墙分布，且宽度大致相同，推测应是修筑长城时取土所挖，即在修墙的同时也挖了一条护城壕，可谓一举两得.

图4 城墙D016-D017 局部断面

4 城墙构造

4.1 基础做法

一些段落的城墙由于被破坏形成断面，借助这些断面得以一窥墙体的基础，调查中发现有城墙断面的点共15 处(表3和表4).

表3 墙体基础做法统计

表4 城墙断面显示基础做法一览

4.2 地形影响

长城跨越的地形有斜坡、有沟壑，砖砌墙体面对斜坡时一般采取锯齿状保持各层水平的砌筑方式，如山西镇长城等，但本文调查的夯土墙体却并不这样，而是采用基本顺应地形坡度的方式斜向夯筑，如D031-D032 之间跨越沟壑的墙体(图5中所绘虚线为其中一条夯层线的走向)以及D021-D024 之间的爬坡墙体等皆是如此，之所以夯层斜度与坡度并不完全平行，主要有2 点:①坡度太陡，若完全顺应此坡度，则墙体夯筑较为困难，于是在基础部分把斜度加以调整，不致太陡;②与夯筑时的模板有关，模板较长，在一些局部变化较大的坡面可能采用取直的方式架设，故不与墙体坡度完全一致.

图5 城墙D031-D032 局部

4.3 夯层厚度

根据数据统计(见图6)，150 ～250 mm 的夯层厚度占大多数.此外，有一些段落呈现厚薄夯层上下相间分布的现象(见表5).但一些案例的厚薄相间现象并非内外如一，如城墙D031-D032，墙体表面夯层厚为50 和130 mm，但墙体断面显示，表层厚薄相间的夯层厚度到内部则合为180 mm.

图6 城墙夯层厚度统计

4.4 夯层构造

基于前述对土的分类，夯层构造主要阐明不同颗粒的土在夯层中的组成，由于细粒土为夯土材料的主体，因此夯层构造主要表现为其他颗粒土或其他材料(如砖)在细粒土中的分布状态和含量.首先，本文根据它们的分布状态分为掺杂和铺砌(只要有材料呈铺砌状态即为铺砌类)两类，结合纯细粒土类共三大类，然后再根据它们的含量各分为少量和大量两亚类.

表5 城墙厚薄相间夯层案例一览

据此分别对实地考察段落的夯层构造进行统计，结果显示，纯细粒土类几乎没有，掺杂类尤其是少量掺杂类占绝大多数，铺砌类较少.

少量掺杂类中砂砾、碎石和块石呈无规则或均匀散布于夯土中，而对于大量掺杂类和铺砌类，这些材料在一些案例中呈现局部集中分布现象，如城墙D022-D023 中的大量砂砾主要集中于墙体内部，城墙D082 东侧中的砂砾、碎石和块石在内部逐层铺砌，墙体表层却并非如此.

最后的统计结果见表6.

表6 夯土城墙夯层构造统计结果

4.5 铺设植物枝条做法

古人在夯筑城墙时常会将木棍、藤条或树枝等作为木筋放入其中，如同混凝土中的钢筋，起着连接和加强的作用［9］.这一做法无论在古代城墙遗址和今天地方传统夯土建筑中均可见到.对于调查的该段长城，由于现状缺乏能确定的植物枝条实物遗存，有关植物枝条存在的证据是疑似植物枝条和孔洞阵列，根据现状调查情况，可以得出以下推测和结论:

1)从现存迹象看，植物枝条大都呈水平布置，竖向布置案例仅见于疑似遗存案例，且一些系植物根茎，很可能为后来生长，城墙D073 东侧的遗存暴露于墙外，为实物遗存的可能性并不大.对于水平布置类，统计显示疑似遗存案例夯层间和夯层中均有布置，而孔洞阵列案例显示植物枝条均位于夯层间.

2)植物枝条的直径一般为5 ～30 mm，水平向中心间距一般为300 ～600 mm，上下层之间的孔洞并无对应关系.

3)一些案例说明，城墙内植物枝条的铺设一般垂直于墙体走向，平行于墙体方向很少或几乎没有铺设植物枝条.

由此，可以对夯土城墙铺设植物枝条的做法有一些基本认识(见图7).

图7 城墙铺设植物枝条做法示意

4.6 垛口做法

对于城墙垛口，仅在城墙D022-D023 段发现局部遗存(见图8)，这段城墙位于天镇李二口北侧的山坡上，墙体走向为北偏西20°，随山势而上.墙体内侧高8 m，外侧高8.5 m(垛口高度计算在内)，顶宽4.5 m，墙体顶部残存有垛口和女墙痕迹，垛口保存较多，距顶部中央位置高约1 m，女墙保存较少，仅高0.3 m.从现状看，垛口是与城墙一起夯筑完成的.

图8 城墙D022-D023 的垛口遗存

5 结语

同砖石长城相比，学界对夯土长城的材料和构造关注较少，主要集中于一些特色鲜明的长城遗存，如汉代玉门关长城(用芦苇和沙砾夯筑)等.明长城大同镇段是明代夯土长城的典型代表，本文以此为例，尝试将研究视野深入夯土体内部，对夯土材料级配和构造方式进行详细分析，以全面呈现夯土长城材料和构造的丰富性.结论表明，这种丰富性恰恰体现了长城与其沿线多样的环境和军事防御要求的密切关系.不断加深对夯土长城建造特征的认识，有助于在进行夯土长城修缮时更好地保护和延续其建造信息，而不是仅仅注重保护外部样式和体量.同时，古人因地制宜创造的多种材料级配和构造类型为现代夯土研究提供了大量有价值的案例，加强对这些案例的结构强度研究，必将对当前的夯土研究有所裨益.

References)

［1］ (清)张廷玉.明史［M］.北京:中华书局，1974:2235.

［2］ 罗哲文.长城［M］.北京:清华大学出版社，2008:4-5.

［3］ 华夏子.明长城考实［M］.北京:档案出版社，1988:178.

［4］ 景爱，苗天娥.剖析长城夯土版筑的技术方法［J］.中国文物科学研究，2008(2):51-56.Jing Ai，Miao Tiane.Analysis of ramming technical methods of the Great Wall［J］.China Cultural Heritage Scientific Research，2008(2):51-56.(in Chinese)

［5］ (明)翁万达.修筑边墙疏二［M］.明经世文，编.北京:中华书局，1962:2355.

［6］ (明)翁万达.修筑边墙疏三［M］.明经世文，编.北京:中华书局，1962:2359.

［7］ 夏建中.土力学［M］.北京:中国电力出版社，2009.

［8］ 中华人民共和国建设部.GBT50145—2007 土的工程分类标准［S］.北京:中国计划出版社，2008.

［9］ 尚建丽.传统夯土民居生态建筑材料体系的优化研究［D］.西安:西安建筑科技大学材料学院，2005.