“夯土”作為人類最早使用的建筑材料和技術(shù)之一,在中國建筑文化史上占據(jù)著重要地位??脊虐l(fā)現(xiàn),早在6000年前的仰韶文化早期,中國人就已在使用夯土,在仰韶文化的代表——陜西西安半坡遺址發(fā)掘的半地穴式民居中,其房屋柱洞底土即是采用了夯筑技術(shù),在夯筑過程中還加入了碎陶片作為骨料,用夯打方法逐層夯實。同一時期相距千里之外的山東滕州北辛文化遺址中也發(fā)現(xiàn)了此類夯土柱洞。從目前的考古發(fā)掘成果來看,雖然這類夯打工藝仍較原始粗糙,應(yīng)用也并不普遍,但卻與后世沿用至今的分層夯筑技術(shù)一脈相承。距今4000年前的龍山文化時期,夯筑技術(shù)的發(fā)展達(dá)到一個新的高峰,隨著“堆筑”技術(shù)的廣泛使用,出現(xiàn)了大規(guī)模的夯土建筑群和夯土城墻,山東章丘城子崖、陽谷景陽岡、鄒平丁公、臨淄桐林等十余座夯土筑成的城是這個時期夯土建筑的代表作。
今天大家所熟知的“版筑”工藝,最早出現(xiàn)于仰韶文化晚期的中原地區(qū),鄭州西山遺址發(fā)現(xiàn)的仰韶文化晚期城址是這方面最早的例證。夏商時期,“版筑”已成為一門專門的職業(yè),商王武丁的宰相傅說在發(fā)跡以前就是專門從事“版筑”的泥水匠。商周以降,迄于春秋戰(zhàn)國,夯土技術(shù)經(jīng)過一代代“版筑”匠人的逐步完善,在實踐中逐步走向成熟,廣泛應(yīng)用于修筑城墻、修建堤壩、建設(shè)宮殿房屋。在之后2000多年的歷史長河中,夯土建筑工藝在因時因地制宜、不斷改進(jìn)提高的同時,隨著北方人口遷徙,從黃河流域走向全國。其分布范圍之大,應(yīng)用范圍之廣,縱觀新中國成立以前的整個中國建筑史,也僅有木結(jié)構(gòu)堪與其比肩,究其原因,主要是因為夯土建筑固有的特點。
一、夯土具有冬暖夏涼、隔熱效果好的特點生土的導(dǎo)熱系數(shù)小,熱惰性好,熱穩(wěn)定性好,造就了夯土建筑冬暖夏涼的特點。據(jù)研究,在室外溫度波為5℃時,具有厚度30厘米夯土外墻的傳統(tǒng)民居,其室內(nèi)的平均輻射溫度波幅(溫度波幅是當(dāng)溫度呈周期性波動時,最高值或最低值與平均值之差)約為0.3℃,波動較室外延遲時間為2-3個小時,室內(nèi)溫度波幅為0.5℃,室內(nèi)作用溫度(作用溫度是衡量室內(nèi)環(huán)境冷熱程度的綜合指標(biāo)之一,室內(nèi)環(huán)境與人體之間存在對流與輻射引起的干熱換熱,影響人體熱交換的室內(nèi)氣溫和墻面、地面、窗、天花板等表面溫度是不相等和不均勻的。作用溫度表示了空氣溫度與平均輻射溫度兩者對人體的熱作用,可認(rèn)為是室內(nèi)氣溫與平均氣溫按相應(yīng)的表面換熱系數(shù)的加權(quán)平均值)波幅為0.4℃左右,說明夯土建筑熱穩(wěn)定性良好。
據(jù)相關(guān)研究表明,夯土住宅與普通住宅相比,因其導(dǎo)熱系數(shù)和蓄熱系數(shù)均小于大部分常用建筑材料,保溫隔熱性能更好。在炎熱的夏季正午時分,夯土建筑內(nèi)氣溫比陽光下氣溫平均低5℃~7℃,從室外進(jìn)入夯土建筑內(nèi),頓感涼爽不少。由此可見,夯土墻體的隔熱效果較好。
二、夯土建筑施工簡易、技術(shù)成熟夯土建筑施工工具簡單,建造技術(shù)熟知易懂,無須大型施工設(shè)備。根據(jù)夯土模具的不同,傳統(tǒng)夯土營造工藝分為椽筑法和版筑法。
椽筑法,即用椽子作為主要模具的夯筑工藝。主要工具有:立桿、椽條、撐木、夯錘、木楔子等。具體操作方式是:完成放線及基礎(chǔ)后,在待夯筑墻兩端的兩側(cè)各埋入一根立柱,后將待夯墻一側(cè)的兩個立柱內(nèi)側(cè)用椽條橫向連接起來,作為夯筑側(cè)板(每邊側(cè)板多由4根椽條組成——每根椽條長約3米,直徑10厘米)。視需要將木楔子嵌入橫椽與立桿之間,以控制墻體厚度。端頭亦由埋在待夯墻一端的兩個立柱之間緊密排列的椽條組成(椽條上端一般用繩索綁定,以確保夯筑過程中椽條與立柱位于同一直線上)。撐木則用來斜撐加固端頭。模具架成,即填土夯實(每層倒入虛土約12厘米)。每個夯點至少用夯錘夯擊兩次。夯土夯至側(cè)板上邊緣齊平則將側(cè)板往上平移,直到夯至所需高度(由于夯筑過程中夯土承載力有限,每天夯筑高度不超過1米)。有的地方模板不安立柱,而是在端頭外側(cè)用芨芨草或麻繩等草本科植物繩索作為側(cè)板的椽條進(jìn)行對拉固定。
版筑,就是用以板為模,填土夯實以為墻的方法。版筑根據(jù)側(cè)板長度,可以分為長版版筑和短版版筑兩種。長版版筑與椽筑法相似,只是將側(cè)板由椽條換成了長5米、厚50厘米的木板,同側(cè)立柱間距1.5-2米。
以三峽地區(qū)夯土建筑建造為例,其主要采用短版筑法。主要工具有:兩塊側(cè)板(一般高30-33厘米、長1.5米左右)、一塊擋板、兩根夾簽、一個箍頭、一條木墻板、一個夯錘、木扇板若干。具體操作方法是在地基上用兩塊側(cè)板和一塊端板組成模具,另一段用箍頭和夾簽固定。然后向磨具內(nèi)填入土料(入模的土料,每層虛鋪厚度不宜大于12厘米),用腳初步踩實后,用夯錘夯筑至少兩遍(每個夯點至少夯打2錘,每次夯擊,夯錘提升高度至少在40厘米以上)。再填入土料,夯實,如此往復(fù),至夯土高度與模板持平。拆除模板,沿建筑地基平移,繼續(xù)夯筑至所需長度,稱為“第一版”。在第一版夯土墻之上架設(shè)模板繼續(xù)夯筑,稱之為“第二版”。由于夯土墻夯筑過程中承載力很低,在自身重力作用下都有可能破裂,因此,夯土墻每天夯筑高度不超過三版(約1米高)。短版版筑需嚴(yán)格控制其垂直度,對每版都進(jìn)行找平處理。
夯土建筑工具簡單,施工方法易上手,對人工數(shù)量要求較低,技術(shù)難度系數(shù)小,是夯土建筑在三峽地區(qū)長期存續(xù)的重要原因。
三、夯土具有取材容易、造價低廉的特點夯土建筑的主要原材料是干凈黏土、毛石、木材、竹材、碎石、條石、蘆葦、稻草等,價格低廉,房前屋后簡單易得,運(yùn)輸方便。由于就地取材和施工簡易,夯土建筑的造價僅為常規(guī)磚混結(jié)構(gòu)建筑的四分之一到三分之一。涼山州會理縣新安傣族鄉(xiāng)馬鞍橋村災(zāi)后重建項目中,建設(shè)了一批抗震環(huán)保的夯土農(nóng)宅,平均工程造價僅為250元/平方米。與鋼筋混凝土建筑動輒一兩千元的造價,夯土建筑堪稱廉價。且夯土具有天然的色彩和紋理,維護(hù)起來也比較簡單、經(jīng)濟(jì)。
四、夯土具有墻體厚重、防御性能強(qiáng)的特點夯土外墻厚度一般不低于40厘米,很多夯土建筑,如三峽地區(qū)分布廣泛的夯土碉樓,外墻厚度超過50厘米,高度多在10米以上,開窗小且開窗位置高,一座碉樓一般只有一個大門,門板極為厚重,易守難攻;夯筑時在黏土中摻有一定比例的石灰、細(xì)砂,組成三合土,關(guān)鍵部位還澆入一定比例的糯米汁、牛血等有機(jī)材料,夯筑成的夯土墻,硬度和韌性都相當(dāng)高,用鐵鎬刨時會迸發(fā)出火星,有的甚至用火藥才能炸開,防水能力也成倍提高;與木結(jié)構(gòu)房屋相比,夯土墻還具有不易燃的特性。這些特點,使得夯土建筑在冷兵器時代,乃至以輕武器為主的近代,都具有很強(qiáng)的自防御能力。
五、夯土建筑具有生態(tài)環(huán)保、節(jié)能舒適的特點夯土無毒、基本無污染,且作為可降解材料具有呼吸功能,可調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度。當(dāng)室內(nèi)濕度較大時,夯土墻可吸附一定量的水蒸氣,降低室內(nèi)濕度;反之,室內(nèi)較干燥時,又釋放一部分水蒸氣,提高室內(nèi)濕度,從而使室內(nèi)濕度維持在一個比較穩(wěn)定的水平。
在建筑活動中,采用夯土技術(shù)興建住宅等建筑物,無須再加工且運(yùn)輸量極小,利用生土、毛石、蘆葦、毛竹等可再生資源,不僅極大地減少了對環(huán)境的破壞,使用多年的夯土老墻土,還是上好的肥料。如果采用常規(guī)的磚混結(jié)構(gòu)或者混凝土結(jié)構(gòu),需要耗費大量高能耗的水泥、黏土磚及鋼筋,而以鋼筋混凝土碎塊為代表的建筑垃圾已經(jīng)成為重要的環(huán)境問題。
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