古建分析：塔楼地基与基础构造的研究
摘要：通过对小雁塔结构构造的分析，结合小雁塔在1964年加固整修时塔身实测几何尺寸、加固维修前塔身的裂缝资料和塔基的勘测资料,对小雁塔地基与基础部分的构造进行了假设分析，从而为进一步研究小雁塔地基与基础构造的奠定了基础。
一、引 言
小雁塔坐落于荐福寺内[1]，建于唐代景龙年间（707-709年），迄今已经有1300年的历史。自修建至今，小雁塔经受了70余次大小地震，仍巍然屹立，表现出良好的抗震性能，也说明了其地基与基础处理的良好特性。本文依据小雁塔1964年加固整修时的实测资料以及加固维修前的塔身裂缝资料的分析，并结合小雁塔基础发掘清理说明，在已知的地基与基础构造的基础上，对未知部位进行了分析，从而为进一步研究小雁塔地基与基础构造的奠定了基础。
二、小雁塔的结构构造及特点
小雁塔是中国早期密檐式砖塔的典范[。它主要由塔基座、塔身、塔檐、基座内地宫等主要部分组合而成，用青砖和黄泥浆砌筑。其平面为正方形，塔身中空单壁，底层较高，二层以上逐层递减，塔每层迭涩出檐，底层南北各有券门，上部各层南北有券窗。原有15层，在历史的震害中塔顶损毁，现残存14层的大部分和15层的局部塔身，残高43.20米。其平面为正方形，中空，结构上有以下特点：
（1）塔址良好，地基坚固，小雁塔自修建以来共经历大小七十余次的地震，其破坏情况严重。尽管如此，在1965年整修加固前，塔仍屹立而不倒。这说明在当时的技术水平下，除了塔身结构的处理外，小雁塔的地基基础的选择和处理是合理的。
（2）形体规则有律，其平面对称，整个塔身部分由下至上逐层收分，整体轮廓呈自然圜和的卷刹曲线。从结构上增强了塔体稳定性。
（3）小雁塔塔身第一层较高，一层塔身高6.84m（算至一层塔顶板位置），一层以上，塔檐紧密相连，层层重叠，各层之间的距离特别近，如第二层则3.75m，而十四层就仅有1.45m了，几乎看不出楼层了。
（4）砌体强度较低，小雁塔所用砖的质量优良，其强度等级相当于现在的MU15砖。砌筑所用的粘结材料为黄泥浆。由于砌筑材料的先天性缺陷，致使其体强度偏低，尤其是不利于中轴抗剪。此外由于长期受到风雨侵袭，大气熏蚀，塔檐、塔角及墙面部分砖已经酥碱，不少地方已经碎裂剥落，从而降低了塔体强度，这一点也是现存古塔的普遍存在的一个特点。
（5）小雁塔仅在南北方向的塔身上开有小窗，削弱了整体结构的牢固性。
三、塔身裂缝情况
历年地震使塔身南北两面拱券上下形成了一道明显的裂痕，但是三层以下只有一些细小的裂缝，券窗从内到外完好无损[3]，仅三层南北面的拱顶有几块券砖下沉。自第四层开始向上各层的拱券上部开始破坏，约三分之一的券砖坠落，塔身中裂的现象也在逐层加重。到第十三层时，南面的券砖全部坍毁，但券墙的宽度仍清晰可辨。北面的破损却已无法辨认了。再向上可以看到第十四层的大部分塔身和第十五层四角残存高低不一的局部塔身，塔顶和塔刹部分早已荡然无存。
在1965年修复塔身及拱券裂缝的施工中清楚地看到塔身内部隐蔽部位的塔砖松散和裂缝情况。四层以上至十二层，随着拱券破损的逐渐加重，券顶上部的砖也不同程度的坍落。能够保存下来的塔身砖块除了中心部分局部向下倾斜外，其余部分仍然保持在水平状态。
根据以上小雁塔的塔身裂缝资料可以得到如下结论：
（1）历次的地震对小雁塔造成了严重的破坏。塔身的破坏情况以三层为界划分为两个区域，即塔身中裂区和细小裂缝区。三层以上塔身中裂，且逐层加重，三层以下的塔身只是一些细小的裂缝。
（2）塔身中裂出现在南北开洞的位置。小雁塔从构造上来讲有一个明显特点就是仅在南北方向开设门洞。从建筑的角度上增加了立面效果，而从结构的角度上又削弱了塔体的抗震能力。由于门洞的开设，减少了受剪面积，削弱了塔在南北方向的抗力，是塔在地震作用下沿南北方向发生破坏的直接原因。
（3）小雁塔的薄弱层位置。从塔体的破坏以及裂缝的分布特点，大致可以初步确定四层、十四层为塔的薄弱层。
（4）塔址选择合理，地基与基础构造合理。小雁塔有千年的历史，又经历了无数次的大小地震，塔身虽有中裂，但其仍然屹立，这充分的表明了小雁塔地基基础的坚固性以及其建筑结构的合理性。
四、小雁塔基础发掘清理说明
小雁塔地基与基础构造是依据上世纪60年代主持小雁塔维修工程的古建高级工程师郑灿扬老师所提供的基础发掘清理说明。
（1）从砖基向内约1.8m处有规格较整齐的青石，青石的正面平整光滑，上面光滑部分约宽15cm，再往内皆为毛面，唐代原有基座是砌在这种青石的毛面上的，光滑处则都是露明的部分。塔基座的边长为 ，其中基座底面标高为-4.26m，顶面标高为-0.09m。
（2）现有塔基座之下的砖砌基础边缘距离塔身均为7.80m左右，砖基的下部采用青石条铺设，东、西面均为一层，南、北面及东北角则为两层，石面的高低基本相同，基础尺寸为 ，基础底面标高-6.67m，顶面标高-4.26m。
（3）塔基座的周围约30m以内地下都是夯土，靠近塔基处的夯土深度约2.35-3.60m，最远处夯土深度较浅约1.401.70m.可以得知是在塔基础四周30m范围内都有夯土存在，而且在塔基处夯土较深，距离塔基30 m处的夯土较浅。
五、基础结构形式的研究
通过上面关于小雁塔加固前塔身裂缝及分析[4]，再结合基础发掘清理说明的分析，在已知地基与基础构造情况的基础上，对未知部分进行合理的假设，可以得到小雁塔地基与基础结构的形式如图1所示。
图1 小雁塔地基与基础剖面图
其中关于地基部分中30m范围内的夯土以及基础底下夯土的变化情况，作如下三种推断，如图2所示：第一种是阶梯型变化(a)，即就是在塔座以外30m范围内夯土按阶梯型规律变化，图中仅为示意图；第二种是斜线变化(b)，即在塔座以外30m范围内夯土随距离塔座而均匀变化，这样的假设较理想化，第三种是弧线变化(c)。
(a)阶梯型
(b)直线型
(c)弧线型
图2夯土地基的三种假设形式
六、结 语
本文依据小雁塔加固整修时的实测资料以及加固维修前的塔身裂缝资料的分析，并结合小雁塔基础发掘清理说明，在已知的地基与基础构造的基础上，对位置部位进行了假设分析，提出了小雁塔地基与基础构造的三种形式，即阶梯型，斜线型和弧线型三种。从而为进一步研究小雁塔地基与基础构造的奠定了基础。