北京故宮古建筑的傳統防震方法

紫禁城古建筑建于明永樂18年（1420年）。在過去的600年里，它們經歷了200多次地震，基本上是安全的，反映了良好的抗震性能，也反映了古代工匠的智慧。紫禁城古建筑智慧的一個重要方面是合理有效的基本實踐。以下是對紫禁城古建筑實踐的簡要解釋。

一、一塊玉基礎

一塊玉基礎是指一個整體的基本做法，專業上稱為滿堂紅基礎。這種基礎的特點是:原基礎全部挖出，然后人工回填。人工回填的具體做法是：一層三七灰土，一層碎磚，反復交替。如圖1所示，建筑辦公室南側遺址基礎，基礎深度2.2米，頂部為0.8米厚的雜填土，其次是三七灰土層(每層約0.12米厚)與碎磚層(每層約0.1米厚)交錯分布，共7層。當人工處理的灰土和碎磚層從地面向下延伸到2.4米左右時，下部為原土層，即未受干擾的土層。以下是三點說明。

第一，為什么紫禁城古建筑的所有基礎都是人工處理的滿堂紅基礎，而不是原土層的基礎？事實上，這與中國古代朝代的變遷密切相關。眾所周知，明朝永樂皇帝朱迪建造了現有的紫禁城。他在元代紫禁城的基礎上建立了紫禁城。也就是說，在明朝之前，紫禁城是元朝皇宮所在地。在中國古代，有一個不成文的規定，即當任何朝代取代前朝時，它都會摧毀前朝的王氣。其中一做法是從頭到尾摧毀前朝的建筑，包括基礎，然后從頭到尾建造自己的宮殿。因此，明朝建立紫禁城時，元朝的所有建筑都被連根摧毀。這樣，明朝紫禁城的基礎就必須再次完成，這也是紫禁城古建筑基礎紅實踐的主要原因。

二是古建筑基礎黃土中摻入(生)石灰的意義。紫禁城古建筑的基礎一般為三七灰土基礎。三七灰土是一種高強度的建筑材料，由生石灰和粘土按3:7的質量比例制成，在我國歷史悠久。例如，南北朝公元6世紀，南京西山橋南朝墓封門前的地面是灰土夯實的。這種灰土基礎的優點是生石灰遇水產生成熟石灰，強度增加。也就是說，這種基礎，有利于在潮濕環境中使用。灰土基礎本身的粘結強度相對較高，適用于承受上部建筑的重量，而不會產生松散的土壤。此外，石灰是一種容易獲得的建筑材料，在公元前7世紀開始使用。《本草圖經》包括：石灰，今所在的近山處都有，這種燒青石也是灰。又稱石鍛，有風化、水化兩種。由此可見，生石灰取材方便，加工加單，使用效果好，因此廣泛應用于古建筑基礎上。

其三，為什么紫禁城古建筑的基礎不是全部做灰土分層，而非得要“一層灰土、一層碎磚交替”呢？事實上，這反映了古代工匠的智慧。我們知道，如果基礎是均勻的，建筑物可以避免不均勻的下沉。但灰土材料一般比較柔軟，柔性強意味著硬度低。當上部建筑重量較大時，雖然建筑在自重作用下會均勻下沉，但過度下沉會影響建筑的有效使用。相比之下，碎磚的硬度遠大于灰土，而且大部分屬于燒窯或砌墻所用的殘料。當它們通過篩子時，尺寸相似，用來取代完全的灰土層，形成一層灰土一層碎磚的形式，不僅有效地使用建筑材料，而且減少了古建筑的沉降。

二、“糯米”基礎

紫禁城古建筑中是否含有糯米？日本學者武田壽一的作品《建筑隔震、防震、控振》描述了紫禁城古建筑的基本成分:1975年以來的三年里，在設備管道工程建設中，一種略帶氣味的物質被挖出紫禁城中心向下約5-6米。研究結果表明，它似乎是糯米和石灰的混合物。所有主要建筑均建在百色大理石高臺上，下部為軟糯米層。劉大可先生在《明清古建筑土作技術》(見《古建筑園林技術》1988年第一期)中認為，古建筑基礎上有灌江米汁(糯米漿)的做法。這是將煮好的糯米汁與水和明礬混合，灑在打好的灰土上。江米和白礬的用量為:每平方丈(10.24平方米)江米225克，白礬18.75克。清朝官方對小夯灰土的做法有這樣的描述:第二步是趁濕打流星一次，潑一層河米汁(糯米汁)。水先70%混合江米汁，再灑30%，催江米汁下行，然后上虛，第二步是土壤，其打法同前(見王其亨:1993年第二期《故宮博物院院刊》《清陵建筑工程小夯灰土做法》)。此外，張秉堅等學者對西安明代城墻灰漿進行了試驗，證明其中含有糯米。雖然西安城墻與故宮古建筑基礎沒有直接聯系，但其施工工藝是傳統的古建筑實踐。以上充分說明:故宮古建基礎中含有糯米是可信的。

在紫禁城古建筑的基礎上加入糯米有利于基礎的抗震性能。糯米具有良好的粘度，與灰土基礎混合，可使基礎具有良好的完整性和靈活性，類似于硬度較高的均勻面糊。當地震發生時，基礎整體均勻變形，延長建筑的振動周期，錯開地震波的峰值，減少對基礎和上部建筑的破壞。糯米基礎抵抗地震，我們稱之為隔震。

三、處理地下水

古人考慮在填土層下埋設有淤泥層或地下水的地基層。木樁可穿透淤泥層，使樁尖到達堅硬的巖石層，然后在木樁上分層夯土。這樣可以避免基礎沉降不均勻。如慈寧花園東側遺址的基礎，自上而下的分層特點是：灰土層和碎磚層交替向下延伸（即一層灰土和一層碎磚），每層厚0.1米，共18層；然后是0.16米厚的青石板；然后是水平樁和垂直樁。在這里，豎樁支撐青石板的上部重量，并將其傳遞給硬巖層，青石板為上部夯土提供支撐平臺。此外，木樁表面刷有桐油(桐籽制成的油)，可在水中防腐。