中国塔的历史悠久、类型丰富、分布地域广，充分反映了中华文明的发展与传承，展现了各地各民族的艺术特征，是我国乃至世界的重要文化遗产。中国自东汉时期开始造塔，至今已有两千多年的历史，各个时期遗存的塔，代表了当时的社会风貌和科学技术水平，可为历史考古提供翔实的证据。中国在科学技术尚不发达的封建社会阶段，就成功地建成高达60 多米的木塔和80 多米的砖塔，展示了古代工程技术人员勇于探索的精神和工程经验的积累，也为现代建筑科学的创新发展提供有益的借鉴。源于佛教的中国古塔，结合中国传统文化的特色，在建筑造型和艺术风格上均有了很大的创新，并带动了东亚地区古建筑的发展，体现了中华文明包容兼用、推陈出新的精神，对新时期的中外文化交流和人类共同进步有着积极的指导意义。

古塔科学保护的意义

中国宝塔融合了中外文化与建筑艺术的精华，是古代高层建筑的杰出代表。屹立在神州大地上的古塔，以其高耸挺拔的造型和精致典雅的结构展示着文物建筑的特有功能，构筑了历史文化名城和旅游胜地的标志性景观，体现了中华传统文化艺术和建筑技术的高度成就。  

中国自汉代开始建造宝塔，目前存世的古塔大多已有数百年或上千年历史，具有极高的历史、艺术和科学研究价值。新中国成立之后，古塔的保护工作得到了国家和各级政府的重视，在对遗存古塔考证、勘定的基础上，许多重要的古塔被列入国家、省市文物保护单位，并逐步实施了维修和加固。自改革开放以来，古塔保护的力度显著加大，列入全国重点文物保护单位的古塔从1982年之前的三十多处增加到2013年的四百多处，充分显示了“盛世修浮图”的深刻涵义。

我国现存的古塔，列入县级以上重点文物保护单位的不足三千处，且大多数古塔经历了长期的环境侵蚀或人为损坏，加之自身的薄弱构造和材料老化，结构的整体性能已严重衰退，急需加固和修缮。针对古塔的损伤特征和安全现状进行有效的诊断、提出合理的保护措施、延长古塔的使用寿命，是一项重要的基础性工作。随着我国经济社会建设的发展，政府和社会各界对古塔保护的关注度以及经费投入在逐步增加；各级古建园林管理部门、科研院所和高等学校，已积极开展了古塔保护研究工作，并取得了较为丰富的成果。进一步提炼和推广古塔的保护技术，对古塔实施系统的科学性保护，是提升中华传统文化实力的一个组成部分，必将产生相应的经济价值和重要的社会意义。

古塔科学保护的技术

古塔的保护是一项系统的科学工作，需要认真遵循文物保护和结构安全的原则、积极推动传统工艺和现代科技的有效结合。一座古塔的健康诊断、可靠性鉴定及修缮加固，通常涉及测量测绘、无损检测、结构性能评价、地基基础加固与塔体扶正、塔身加固及构件修缮等多项科学技术。

古塔测量测绘技术

测量测绘是确定古塔几何现状、变形特征的基础性技术工作，准确、全面的测绘资料是古塔有限元建模和结构安全性评估的重要依据。

古塔的测量测绘通常包括：（1）平面和高程控制测量；（2）细部测量和图纸绘制；（3）沉降、位移、倾斜及裂缝观测。

古塔的测量测绘方法已实现了传统平面、高程控制测量与现代GPS定位测量的结合，测绘仪器也由传统水准仪、经纬仪、全站仪向现代三维激光扫描系统的发展。

古塔无损检测技术

古塔由于建造年代久远、原始记录不全，塔体的内部构造以及地基基础等隐蔽工程参数难于获得；现存的古塔大多经历了地震、风雨等自然灾害的破坏和侵蚀，其材料和结构均存在着不同程度的损伤。运用无损检测技术确定古塔的材料性能、结构状况和隐蔽工程参数，是古塔健康诊断和可靠性鉴定的关键性工作。古塔的内部构造和地基基础等隐蔽工程，可采用冲击回波法、探地雷达检测等现代测试技术进行探测和分析。

探地雷达法（Ground Penetrating Radar Method）是上世纪末发展起来的高新技术方法，适用于检测非金属材料，其对材料穿透能力强，可探测较大深度，并且可通过改变天线频率来实现探测深度和分辨率的转换。古塔结构的材料特点为使用探地雷达技术识别特征参数提供了必要的物理前提条件。

结合古塔隐蔽工程的探地雷达应用，建立损伤识别图谱、采用数值模拟技术进行损伤状况的正演数值模拟，可有效地提高现场检测图谱的识别水准。

古塔动力特性测试技术

古塔的动力特性包括结构的自振频率、振型和阻尼比等参数，主要由结构形式、结构刚度、质量分布、构造连接和材料性质等因素决定。地震、强风、火灾等自然灾害都会使古塔遭到一定程度的损坏，从而造成古塔的原有结构性态改变；材料老化造成结构的刚度降低，也将引起动力特性的变化。因此，可以从结构的动力特性来确定结构的损伤状态，并对结构进行可靠性鉴定；对古塔的抗震鉴定和加固来说，动力特性的研究有着更直接的意义。

动力特性的研究可通过两种途径进行：一是建立理论力学模型的方法；另一种是通过对结构现场实测的方法。鉴于古建筑的文物保护要求，古塔动力特性的现场实测一般采用环境激振法，也称为脉动法，是利用外界自然环境因素（如地面振动、风或气压的变化等）形成的脉动作为结构振动激励源，测试过程对结构不产生损伤。

古塔有限元模拟分析技术

随着计算机技术的飞速发展，有限元模拟分析技术在古塔研究中得到了不断的提高。从最初采用的多质点悬臂杆模型，继而到平面有限单元，又发展到三维空间有限单元。目前，对于古塔模型的弹性动力学分析，研究较为广泛、成果比较丰富。然而，古塔结构自身内部构造较为复杂，裂缝、局部破碎、材性裂化等各种损伤普遍存在，导致古塔在地震作用下的动力反应呈现出明显的非线性特征；对古塔进行弹塑性动力学分析研究，是有限元模拟分析的发展方向。

综合考虑古塔结构损伤特征、上部塔体与地基的相互作用等因素，建立砖石古塔结构分析模型，对古塔进行动力弹塑性计算分析，数值模拟地震作用下古塔结构的动态响应过程，分析研究其结构性能、破坏演化规律，可以为古塔的抗震鉴定和加固提供合理的技术依据。

古塔的基础加固与塔体扶正技术

古塔的体型高大、基础相对较小，对地基的变形较为敏感，绝大多数古塔的倾斜与地基的变形、基础的损坏直接相关。对倾斜古塔的扶正，应从地基和基础的加固着手。

古塔地基的加固，可根据地基承载力、地基土的组成和处理深度等要求，采用树根桩法、石灰桩法、注浆加固法等。古塔基础的加固，需综合考虑地基承载力、基础的承载力和刚度要求，选用基础补强注浆加固法、加大基础底面积法、加深基础法等。倾斜古塔的塔体扶正方法，可分为“迫降扶正”和“顶升扶正”两大类；古塔扶正工程需要建立监测与控制系统，加强施工过程的观测监控，达到安全、平稳、科学扶正的目标。

苏州虎丘塔是现存年代最久且倾斜度最大的八角形楼阁式砖塔，该塔因基础不均匀沉降导致塔身倾斜，至使塔顶向东北偏移2.325米，倾斜角达2°48′。1981年至1986年，中国工程界对这座濒临险境的古塔进行了全面加固修缮，采用了“围、灌、盖、调、换”的系列加固技术，以强化地基为主、塔体纠偏为辅，控制了塔基沉降，稳定了塔身倾斜，为保护文化遗产提供了有益的借鉴。

古塔的塔身加固修复技术

古塔属于高耸砌体结构，塔身兼具建筑造型和承重结构的双重功能，其加固应综合考虑古塔的建筑外观、结构受力性能、砌体的损伤程度和分布特征等因素，力求实现原状文物保护原则和结构安全的统一。2008年汶川8.0级特大地震中，处于高烈度区的砖石古塔遭受了严重的损坏。在震后古塔的修复工程中，一批新技术、新材料成功地用于塔身的加固修复；其中大多数古塔采用了嵌筋加固工艺，以保持古塔的原有外观和增强砌体结构的整体抗震性能。

嵌筋加固工艺是在塔身的砌体中开槽，将高强度钢筋沿塔身的竖向和横向嵌入、固定，形成整体钢筋网箍，然后将开槽部位用高强度砂浆填实，再用原有的砖块将塔身外表面复原。嵌筋加固的目的，是在尽量保护古塔原貌的基础上，将竖向钢筋和横向钢箍构成的约束网箍与原有的砌体紧密结合，形成新的配筋砌体结构，增加古塔的抗震承载力和抗变形性能。合理的嵌筋加固工艺和可靠的施工方法，是遵循文物修缮原则、提高古塔抗震性能的重要保证。

《古塔保护技术》

作者：袁建力　等

责编：杨琪，程心珂

北京：科学出版社，2015.11

ISBN：978-7-03-046375-3

中国古塔是世界建筑遗产的重要组成部分，具有宝贵的历史、艺术和科学研究价值。《古塔保护技术》针对文物保护和现代科学技术发展的需求，基于国内外科学研究和工程实践的成果，对古塔的保护技术作了系统地归纳提炼和运用分析。

全书由 10 章组成，在分析古塔的类型与结构、损坏原因与特征的基础上，介绍了古塔的测绘技术、无损检测技术、动力特性测试技术、模型试验与有限元分析技术、地基基础加固与塔体扶正技术、塔身加固技术、构件的修缮技术以及防火防雷技术，论述了各项技术所依据的基本原理、方法和发展趋势，给出了典型工程的应用实例。书中所述的古塔保护技术，既遵循了文物保护和结构安全的原则，也体现了传统工艺和现代科学技术的兼容性，其基本方法可推广至同类砖石、砖木古建筑的保护工程。

（本期责编：李文超）

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