紫禁城古建筑群建造于明永樂十八年(1420)。近600百年來,它們歷經了200多次地震而基本無恙,體現了良好的抗震性能,亦為古代工匠智慧的反映。紫禁城古建筑的智慧體現的一個重要方面,就是合理有效的基礎做法。下面古建中國對紫禁城古建筑的做法進行簡要解讀。
一、一塊玉基礎
“一塊玉”基礎是指基礎做法為一個整體,專業上稱為“滿堂紅”基礎。這種基礎的做法特征為:原有地基被全部挖去,然后重新由人工回填基礎。人工回填土的具體做法為:一層三七灰土、一層碎磚,反復交替。如圖1所示造辦處南側遺址基礎,基礎深度2.2米,最上面是厚0.8米的雜填土,接下來是三七灰土層(每層約0.12米厚)與碎磚層(每層約0.1米厚)交錯分布,共露出7層。當人工處理的灰土與碎磚層由地面向下延伸到2.4米左右時,下部即為原始土層,即未受擾動的土層。以下是三點說明。
其一,為什么紫禁城古建筑所有的基礎都是人工處理的“滿堂紅”基礎,而不是利用原始土層的基礎呢?其實這與中國古代朝代更迭密切相關。我們知道,現存紫禁城是明朝永樂皇帝朱棣建造的。他建造的紫禁城,是在元朝紫禁城的基礎上建立的。也就是說,在明朝之前,紫禁城這個位置是元朝皇宮所在地。在中國古代有一個不成文的規定,就是任何一個朝代取代前朝時,都會滅前朝的“王氣”,其做法之一,就是把前朝的建筑從底到頂都給毀了,包括基礎,爾后從頭再來蓋自己的宮殿。因此,明朝建立紫禁城時,把元朝所有的建筑連根毀掉,這樣一來,明紫禁城的基礎都得重新再做一遍,這就是紫禁城古建筑基礎為“滿堂紅”做法的主要原因。
其二,古建基礎的黃土中摻入(生)石灰的意義。紫禁城古建筑的基礎一般為三七灰土基礎。三七灰土是一種以生石灰、粘土按3:7的質量比例配制而成具有較高強度的的建筑材料,在我國有悠久歷史。比如南北朝公元6世紀時,南京西善橋的南朝大墓封門前地面即是灰土夯成的。這種灰土基礎的優點在于,生石灰遇水生成熟石灰,強度增大,也就是說,這種基礎的吸水性很強,有利于在潮濕的環境中使用。灰土基礎本身的粘結強度比較高,適合于承受上部建筑傳來的重量,而不會產生土體松散。另石灰是一種易于獲得的建筑材料,我國在公元前7世紀開始使用石灰。《本草圖經》有:“石灰,今所在近山處皆有之,此燒青石為灰也。又名石鍛,有兩種:風化、水化。”由此可知,生石灰取材方便,加工加單,使用效果好,因而在古建筑基礎中大量使用。
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?其實這反映了古代工匠的智慧。我們知道,基礎做的均勻,那么就可以避免建筑物不均勻的下沉。但灰土材料一般比較松軟,其柔性強就意味著硬度低。當上部建筑的重量較大時,盡管建筑在自重作用下會均勻下沉,但下沉量過大會影響建筑的有效使用。相比而言,碎磚的硬度遠大于灰土,且大部分屬于燒窯或砌墻用的殘余料。當它們過篩子后尺寸相近,用于代替完全的灰土層,做成“一層灰土一層碎磚”的形式,不僅有效使用了建筑材料,而且減小了古建筑的沉降量。
二、“糯米”基礎
故宮古建基礎中是否含有糯米成分?日本學者武田壽一的著作《建筑物隔震、防震與控振》中有這么一段關于故宮古建筑基礎成分的描述:“1975年開始的三年中,在建造設備管道工程時,以紫禁城中心向下約5-6米的地方挖出一種稍粘有氣味的物質。研究結果表明似乎是‘煮過的糯米和石灰的混合物’。主要的建筑全部在百色大理石的高臺上建造,其下部則為柔軟的有阻尼的糯米層。”劉大可先生在《明、清古建筑土作技術(二》(見《古建園林技術》1988年第1期)認為,古建基礎中有灌江米汁(糯米漿)的做法。這是將煮好的糯米汁摻上水和白礬以后,潑灑在打好的灰土上。江米和白礬的用量為:每平方丈(10.24平方米)用江米225克,白礬18.75克。而清代官方對小夯灰土的做法有這樣的描述:“第二步須在此步上趁濕打流星拐眼一次,潑江米汁(糯米汁)一層。水先七成為好摻江米汁,再灑水三成,為之催江米汁下行,再上虛,為之第二步土,其打法同前”(見王其亨:《清代陵寢建筑工程小夯灰土做法》,《故宮博物院院刊》1993年第2期)。此外,張秉堅等學者對西安明代城墻灰漿進行了試驗,證明了其中含有糯米成分。盡管西安城墻與故宮古建筑基礎無直接聯系,但其施工工藝均為古建傳統做法。以上充分說明:故宮古建基礎中含有糯米成分是可信的。
紫禁城古建筑基礎中摻入糯米是有利于基礎的防震的。糯米具有很好的粘性,摻入灰土基礎中,可使得基礎有很好的整體性和柔韌性,類似于硬度較高的均勻面糊團。地震發生時,基礎產生整體均勻變形,延長建筑的晃動周期,錯開地震波的峰值,減小了基礎及上部建筑的破壞。糯米基礎抵抗地震的這種方式,我們稱為“隔震”。
三、地下水的處理
對于有淤泥層或地下水的地基層,古人則考慮在填土層之下埋設木樁。木樁可穿透淤泥層,并使得樁尖抵達堅硬的巖石層,木樁之上再為分層夯土。這樣一來,就可以避免基礎的不均勻沉降。如慈寧花園東側遺址的基礎,其由上到下的分層做法特點為:灰土層與碎磚層交替向下延伸(即一層灰土一層碎磚),每層各厚0.1米,共分18層;爾后為0.16米厚青石板一層;再往下分別為水平樁和豎樁。在這里,豎樁支撐青石板傳來的上部重量并將該重量傳給堅硬的巖石層,青石板則為上部分層夯土提供一個支撐平臺。另木樁表面刷有桐油(桐籽熬成的油),在水中可起到防腐作用。