大量现代技术的应用，可以让土遗址恢复到与原来基本相同的外貌

　　交河故城处于新疆吐鲁番盆地，属典型的大陆性暖温带干旱荒漠气候。炎热干燥的气候环境具有干热、少雨的特征。在这种环境中土体有较高的强度，因此遗址得以保存下来，如大佛殿直立高达8米的墙体，可看出当年建筑的宏伟和壮观。

　　然而，交河故城所处地区常年有大风、沙暴，因此，遗址在严重风蚀破坏和集中式强降雨的雨蚀破坏下，遗址土体四处开裂坍塌。

　　风雨侵蚀：土遗址岌岌可危

　　交河故城所在的吐鲁番地区长年吹强劲的西北风，8—12级大风和沙暴时有出现。而且，遗址处于一个较高的平台上，大风携带的沙土、砂粒年复一年地侵蚀，遗址面向西北的墙面已经被风蚀得千疮百孔，有的墙面凹凸不平，被风沙吹打成蜂窝形状。有的墙面已经龟裂剥离，甚至有的墙体已经被风蚀穿透。

　　“遗址的墙基由于在生土层上开挖而成，强度较低，大部分墙基已经被风蚀凹进，使得墙体呈倒立的‘棒槌山’形，很容易造成坍塌破坏。”敦煌研究院研究员、古遗产保护专家李最雄说。

　　交河故城的墙体是有沙土制作的垛泥建造而成，在干燥的环境中，这种沙土具有较高的强度。这也是它历经多年能保存下来、屹立不倒的原因。但它也同样面临着雨水侵蚀的威胁：一旦遇到雨水，沙土会立即崩解成泥浆而流失。

　　交河故城的墙面形成了许多凹凸不平的蜂窝状小块显示了雨水造成的破坏。这些突出的小块是耐水性钙结核块，附近的沙土已经被雨水冲刷而去。

　　“气象资料显示，吐鲁番地区虽然非常干旱少雨，但降雨的强度很大，常常出现集中式的强降雨，有时一场大雨的降雨量几乎接近一年的降雨量。在2000多年的漫长岁月中，这种偶尔大雨冲刷和侵蚀所造成的破坏可想而知。”李最雄说。

　　专家点评：

　　土遗址的研究主要集中在以下方面：研究土遗址的病害及破坏机理；研究土遗址的风化机理；研究发掘与现场保护方法；环境和土遗址的关系；以及如何把现代的测试手段，包括近景摄影、航空遥感、地震物探、面波仪，声波仪等大量应用在土遗址保护上等。

　　目前，对土遗址的保护加固技术已经作了大量的室内及现场试验研究，取得了明显的成绩；对土遗址表面防风化加固材料的研究更是近年来的热点，尤其对在干旱环境下使用的PS材料的研究，已经深入到PS与土的作用机理。

　　防护材料：让土遗址经历更多风雨

　　土遗址防风化材料的研制一直是土遗址保护研究的重点和难点。文物工作者曾尝试了多种材料，在无机类材料中尝试了硅酸钠、硅酸钾、硅酸铝、氢氧化钙、氢氧化钡等。在有机高分子材料尝试了有机硅树脂和有机聚合物材料。同时研究者还试图用无机—有机复合材料，如硅酸钾—甲基三乙氧基硅烷等来加强土遗址的防风化能力。

　　“这些材料虽然取得了一定的防风化效果，但是对土遗址来讲，都有不符合土遗址保护原则的一些缺点，影响了它们的应用和推广。”中国敦煌保护石窟保护研究基金会秘书长杨秀清研究员说。

　　据悉，截至目前，全世界进行的土遗址防风化保护工程并不多。在国外，1975年秘鲁采用正硅酸乙酯与乙醇混合体系处理土坯建筑的表面；20世纪六七十年代日本采用甲基丙烯酸树脂加固土质文物。在国内，单玮等采用丙烯酸树脂对秦始皇兵马俑炭化遗迹进行保护；张宗仁等采用有机硅单体、低聚物、高聚物等材料对秦俑弩弓迹、车轮迹、西安半坡部分土遗址、西安老牛坡商代古墓群中车马坑进行保护。

　　近年来，李最雄等通过对无机材料的改性研制出一种特别适用于西北干旱地区土遗址保护的材料——高模数的硅酸钾溶液(简称PS)，并在西北地区的多处土建筑遗址推广使用，成效显著。

　　“室内试验与现场试验结果表明，PS加固西北干旱区土遗址有较好的渗透性，起到了保护加固遗址风化层的作用，避免自然营力对遗址进一步剥蚀破坏。”杨秀清说。

　　1999年至2002年，王旭东、李最雄等采用X射线衍射分析、扫描电子显微镜分析、透射电子显微镜分析、X射线能量色散谱分析、孔隙率和比表面分析、差热分析等多种测试手段，对PS材料本身及其和粘土矿物、粘性土（西夏陵遗址土）作用的机理进行了进一步研究。

　　通过低密度PS材料多次喷洒、渗透加固，以及滴渗、压注渗透等措施后，交河故城的土遗址墙体得到了加固。而且，加固后经过半年左右时间，墙体就能恢复到与原来基本相同的外貌，从而达到“修旧如旧”的要求。

　　专家点评：

　　通过研究以及采用X—衍射分析、结晶度测定、扫描电镜等方法的测试，经PS材料加固后的遗址土体在提高强度的同时，仍具有良好的透气性和透水性特点。同时发现，PS材料不仅改变了土体中粘土矿物的结构，并可与土中的可溶性盐类发生一系列的化学反应，生成硅酸盐凝胶等产物，改变了土的结构，从而改善了土的一系列工程性能，提高了土抵抗自然营力破坏的能力。

　　机理研究：需要形成共性技术

　　土遗址防风化研究虽然取得了很大的进步，但土遗址风化机理的研究还不够深入；将现代科学技术的新手段无损检测技术应用到土遗址保护工程的检测上还有很多的工作要做；在现有防风化加固材料的应用上，还没有形成规范性的施工工艺，很大程度上限制了它的推广应用。

　　“由于土遗址及其环境的复杂性，对其防风化加固保护技术还有待进一步的发展和完善。需要通过现代无损、微损分析技术，利用材料科学和环境科学的相关理论研究，来解决文物保护中的关键技术问题。在重大文物保护项目的实施中，要积极应用文物科技基础研究的新成果，改进现有的传统技术，加强对文物保护的原创技术和集成技术的攻关，形成一批具有广泛推广应用价值的共性技术。”杨秀清说。

　　此外，潮湿环境下的土遗址的保护是长期困扰我国文物保护、考古界的难点。从国内的几个重要的潮湿环境中的土遗址如金沙遗址、里耶遗址、城头山遗址的保护状况看，目前遗址的病害是很复杂的，主要的病害有：潮湿土体发掘失水产生的干燥开裂和坍塌、土体在水的作用下的软化和垮塌、土体表面在湿度变化和盐分作用等因素下出现的风化，以及生物因素的作用出现的各种破坏。潮湿环境中土遗址容易产生软化、风化和长草等问题，而在干燥状态下又容易出现收缩开裂，严重影响着潮湿环境土遗址的保护。 

　　对于潮湿环境土遗址的保护，国内外都有一定的研究，但是没有找到很好的解决问题的方法。

　　“国外对潮湿环境土遗址保护的研究不多，主要是日本有一些工作。对潮湿环境土遗址保护的典型工程是日本对一处遗址（YOKOHAMA）的保护，其采用有机硅低聚物与其他材料复合来防止土遗址内的水分挥发，使其处于潮湿状态以保护土遗址。这种保护土遗址的方法，从防止风化看来效果较好，难点是如何防止潮湿情况下土遗址的生霉问题。”杨秀清说。

　　专家点评：

　　国内对土遗址的保护研究，涉及保护理念、保护的工程技术措施、保护方法和保护材料的开发。目前已经认识到了对于潮湿环境下土遗址的保护，需要采取综合技术措施。对于保护方法，有试图采取电化学方法进行脱水研究的，但是没有成功，多数采用化学材料进行遗址的防风化加固。对潮湿环境土遗址的保护材料开发，主要有北京大学对非水分散体的研究、浙江大学对有机硅材料的研究。