紫禁城古建筑⼟作技术研究
周乾
（本⽂由《⼯业建筑》2021年3⽉22⽇⽹络⾸发）
1  引⾔
位于北京市中⼼的紫禁城（今故宫博物院前⾝）拥有世界上现存规模最⼤、保存最为完整的⽊结构古代宫殿建筑。这些建筑⾃建成⾄今已600年，期间历经⽆数⾃然灾害（地震、风雪等）⽽保持完好，体现了良好的稳定性能。其中，紫禁城良好的地基做法是建筑整体稳定的重要前提，⽽地基中与⼟施⼯相关的⼯程技术可称为⼟作。紫禁城由永乐皇帝朱棣下令于永乐⼗⼋年（1420）建成，并建造在元代皇宫遗址的基础上[1]；明清时期，紫禁城内部分建筑因拆建、改建等原因⽽使得地基进⾏了重新处理。由此可知，紫禁城古建筑的地基做法含有元、明、清成分。从建筑施⼯指导规范⾓度⽽⾔，我国现存的古代官⽅建筑规范为宋代的《营造法式》和清代的《⼯程做法》。其中，《营造法式》为北宋官⽅颁布的⼀部建筑设计、施⼯的规范书，是我国古代最完整的建筑技术书籍，也是明代之前唯⼀的⼀部官⽅建筑规范[2-3]；⽽清雍正⼗⼆年（1734）⼯部颁布的《⼯程做法》，为清代指导建筑施⼯的官⽅规范[4]，紫禁城古建筑地基⼟作的营建技术，亦不可避免地受其影响。从研究现状来看，故宫内部分学者对紫禁城古建筑的地基构造和开展了调查研究，获得了紫禁城部分古建筑（遗址）的地基做法[5-7]；另有学者基于
史料或科学试验⽅法，研究了我国古代地基的灰⼟施⼯技术及地基⼟的成分组成[8-10]。为全⾯、系统化研究紫禁城古建筑⼟作技术，本⽂在已有成果基础上，参照《营造法式》、《⼯程做法》中关于⼟作技术的相关规定，结合相关史料和现场调查的资料，对紫禁城古建筑⼟作技术开展分析研究，相关成果可为我国古建筑保护修缮提供理论参考。
2  ⼟作技术
2.1 地基类型与埋深
紫禁城古建筑的地基类型可从史料及现场调查结果中获取。明代⼯部郎中萧洵在《故宫遗录》中记载了⾃⼰于洪武元年（1368）奉命拆除元皇宫，并记载了元代皇宫被拆除前的壮丽场步兵女优
景[11]。从故宫近20年来做的地基调查来看，部分已发掘的宫殿遗址地基做法均为满堂红[5-7]，即建筑遗址所在的整个区域均为⼈⼯填⼟层，部分有地下⽔的区域还设有⽊桩层。故宫博物院考古⼈员在近年的院内陆下考古研究中，发现了紫禁城古建筑地基⼟中含有元代遗留的建筑构件及⼟层[12-13]。另有研究表明，位于紫禁城北⾯的景⼭为紫禁城营造时期挖护城河泥及拆除元皇宫旧址⼟渣堆积⽽成[14]。由上述分析可知，紫禁城建筑的地基建于元皇宫遗址上，属于满堂红（俗称“⼀块⽟”）类型。
另已发现的紫禁城古建筑基础埋深多为3m左右（⽆地下⽔处理情况时）[5,7]，属于浅基础。分析认为，
紫禁城古建筑相对现代建筑⽽⾔，⼀般⽐较低矮，且属于⽊结构承重体系，建筑重量较轻，对地基产⽣的压⼒较⼩，⽽建筑⼜多建造在元代皇宫遗址上（基底已前期处理），因⽽地基埋深可满⾜承载⼒要求。另宋《营造法式》卷三规定基础的埋深应满⾜“其深不过⼀丈，浅⽌于五尺或四尺”[2]，即埋深在1.28m(4尺，1营造尺≈0.32m)⾄1丈(3.2m)之间，紫禁城古建筑基础埋深符合上述规定。
2.2 地基做法
《营造法式》卷三之《壕寨制度》规定了基坑回填⼟的做法为：“并⽤碎砖⽡⽯札等，每⼟三分内添碎砖⽡等⼀分”[2]，即开挖后的基础采取均匀密实的碎砖层和灰⼟层交错回填夯实，砖层厚度与⼟层厚度⽐约为1：3。从已发现的紫禁城外的元代地基做法来看，其⼜多受到《营造法式》的影响。如⼭西省运城市芮城县永乐宫其地基做法碎砖⽡与黄⼟的交替分层做法，其中碎砖⽡的厚度为0.05m，黄⼟的厚度为0.1m，与《营造法式》规定做法接近[15]；明初建造紫禁城时，其建筑技艺仍不可避免地受到元代建筑的影响。从近年来发掘到的紫禁城古建筑地基来看，其分层做法多为灰⼟与碎砖的交替分层，其中灰⼟层的厚度约为0.1—0.3m；碎⽯层厚度约为0.05—0.1m[5,7,12]。如2014年8⽉，在基础设施建设过程中，故宫考古⼈员发掘东城墙南段内侧的墙基及下部夯⼟基础（部分），其中开挖到的夯⼟基础总厚度约1.75m，由灰⼟及碎砖各5层组成，灰⼟层厚度平均厚度约为0.25m，碎砖层平均厚度约为0.09m（图1）。⼜如2015年4⽉的地下消防管线施⼯过程中，⼯程技术⼈员开挖到武英殿东侧⼗⼋槐建筑遗址地基（图2），开挖深度均为2.0m左右。地⾯杂填⼟深度约为0.5m，往下均为⼀层灰
⼟、⼀层碎砖的交替做法，每层厚度均为0.1m左右。其中，碎砖层采⽤尺⼨不⼀的碎砖填实，⼤粒径的碎砖外径可达
0.1m，⽽⼩粒径的碎砖⼏乎呈粉末状。碎砖层初次暴露在空⽓中时，呈现出类似新砖的青⾊，
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早上好短语随后逐渐变红，分析认为是青砖⾥的部分氧化亚铁（⿊⾊）氧化后⽣成氧化铁（红棕⾊）[16]。⽂献[5]亦描述了紫禁城地下灰⼟被开挖后的颜⾊变化，即由潮湿的黄⾊逐渐变得泛⽩，可反应灰⼟材料在空⽓中被氧化的过程。
图1  东城墙基础分层
图2  ⼗⼋槐区域基础分层
另紫禁城部分建筑地基采⽤的是纯灰⼟基础，如景运门以南的建筑遗址地基就由4层灰⼟组成，每层厚度0.1-0.4m不等[6]。需要说明的是，明代初期灰⼟就应⽤于地基施⼯，如筑于明代初期的北京城墙⾃地平以下约1.8m起，底槽夯实后打灰⼟（⽣⽯灰与⼟的体积⽐不低于3：7）5层，每层平均厚度为0.16m，其上砌筑条⽯，再上⾯则为城墙[5]。
2.3 灰⼟层施⼯技术
四级各题分值地基⼟回填的均匀密实是上部建筑稳定的重要保障，因⽽极其受到古代⼯匠的重视。灰⼟部分回填的主要⼯具有⽊夯（图3左）、铁硪（图3中）、拐⼦（图3右）等。清代《⼯程做法》有着详细的规定，将回填⼟的夯实⽅式分为⼩夯、⼤夯两种做法，以⽊夯头直径尺⼨、⽤夯把数、夯实质量等要求来区分，其中，⼩夯夯头直径约为0.096m（0.3营造尺），可分为⼆⼗四把夯、⼆⼗把夯、⼗六把夯三种夯筑形式，主要⽤于宫殿、陵寝灰⼟夯筑，；⼤夯夯头直径约为
0.192m，多为五把夯形式，主要⽤于城池、普通房舍或地⾯的夯筑。在这⾥，“把”是指在夯位夯打的次数。⼆⼗四把⼩夯回填的⽅式最为严格，其⽤⼯多（所需夯夫硪夫多达40⼈）、⽯灰⽤量⼤、⼯序复杂，在紫禁城清代地基营建的运⽤可能性较⼤，且与明初紫禁城营建时地基灰⼟层做法有着密不可分的关系。
图3  ⼩夯主要⼯具
2013宝宝名字大全参照《⼯程做法》及明清灰⼟⼯程施⼯经验[17-18]，可得⼆⼗四把⼩夯灰⼟的主要施⼯⼯序及技术要点为：
第1步：⼤硪拍底1-3遍。所谓“硪”，即砸实地基或打桩等⽤的⼀种⼯具，可为铁质或⽯质，按重量可分为⼩硪（8⼈⽤，重42kg）、中硪（16⼈⽤，75kg）、⼤硪（24⼈⽤，137kg）。⼤硪通常做成圆饼形，周边⽤多根绳索引出，以便多⼈齐⼒抬起拍实回填⼟。由于⼤硪质量本⾝较⼤，再辅以较⼤的
竖向的外⼒作⽤，对回填⼟产⽣拍打⼒较强，有利于回填⼟的初步夯实。
第2步：灰⼟拌匀下槽。灰⼟⼜称三合⼟，由⽣⽯灰与黄⼟过筛⼦后按约为4：6的⽐例混合⽽成。紫禁城古建筑的灰⼟与碎砖交替分层，⼀层称为“⼀步”。在灰⼟回填过程中，每步虚铺
0.224m（0.7营造尺），夯实后为0.16m（0.5营造尺）。
第3步：夯打三遍，头夯冲开海窝，⼆夯筑银锭，余夯跟随冲沟。头夯即第⼀次夯实回填⼟，俗称“冲海窝”，见图4的标记①。每个夯窝（海窝）的距离为0.096m（0.3营造尺），每个夯窝夯打24下。在此基础上，选择头夯海窝间的间隙进⾏第⼆次夯打，见图1中的标记②，每个间隙打24次。该间隙类似银锭形，因⽽⼆夯被称作“筑银锭”。随后，在前2次夯窝的间隙上进⾏第三次夯打，每个间隙夯打24次，见图1中的标记③。由于第三次夯打的位置为前两次位置的间隙，且夯打后基本上使得整个地基回填⼟得到了夯实，因⽽⼜被称为“冲沟”、“跟溜打平”或“剁梗”。
图4  夯打顺序⽰意图
第4步：取平落⽔压渣⼦。“取平”即⽤铁锹把上⼀步打夯后的灰⼟拍平整，“落⽔”即在灰⼟上洒⽔，“压渣⼦”即在灰⼟表⾯撒⼀些磨细的砖渣。“取平”的主要⽬的是保持地基⼟平整，便于后续夯筑施⼯的开展。“落⽔”的主要⽬的是保持灰⼟有⼀定的湿度，灰⼟中的⽣⽯灰具有吸⽔能⼒，且吸⽔后强度增⼤，
有利于提⾼⽯灰与黄⼟的粘结⼒。另外，虚⼟夯实后注适量⽔，体积膨胀，随后继续夯实，使得灰⼟密实，形成“⼀块⽟”的效果。“落⽔”时，洒⽔量以底层的灰⼟洇湿为准，且⼀般选择在晚上进⾏，⼀⽅⾯有利于施⼯组织，另⼀⽅⾯有利于未熟化的⽣⽯灰颗粒充分熟化。“压渣⼦”的主要⽬的是避免灰⼟中的⽔分含量较多时，后续夯筑时灰⼟粘住夯底的问题，且在⼀定程度上可提⾼灰⼟的硬度。
房东的猫是les吗第5步：起平夯、⾼夯乱打各⼀遍。所谓平夯，就是打夯时将夯举起到胸部位置。所谓⾼夯，就是将夯举起到头顶⾼度。“乱打”是相对前⾯步骤的夯打⽅式⽽⾔，该步骤的夯打回填⼟没有严格的夯窝位置要求，以⽬测适宜的夯位为准。
第6步：取平，旋夯三遍。“取平”即把上⼀步骤夯后的⼟⽤铁锹铲平；“旋夯”即打夯时，夯夫跳起，旋转落下，其主要⽬的是增加夯底对回填⼟的冲击⼒，并在⼀定程度上增⼤每次夯实的⾯积。旋夯三遍俗称“三回九转”，且在第⼆、三次旋夯前，需要压渣⼦、打拐眼、落⽔、打平夯各⼀次，以增加夯⼟的密实度。其中，打拐眼即⽤拐⼦⽤⼒旋转下压夯⼟，使其表⾯出现拐眼（圆坑）。拐眼⽆需成⾏成列，其在夯⼟上的分布犹如满天流星，因⽽⼜俗称“流星拐眼”。打拐眼实际相当于⽤更⼩的夯来夯实回填⼟，不仅有利于灰⼟更加密实，⽽且使得上下层灰⼟之间挤压咬合，提⾼地基整体承载⼒。
第7步：起⾼硪2遍。施⼯时，⽤24⼈⼤硪，由领硪者指挥，众⼈同时牵动绳⼦，将硪上抛过头顶，并保持硪顶⾯⽔平，然后使硪⾃由下落，拍在夯⼟上。起第⼀遍硪要求“⼀硪挨⼀硪”，即每个夯窝紧密
相连（图5左）；起第⼆遍硪时要求“⼀硪压⼀硪”，分4次压实第⼀遍夯窝（图5右）。由于硪本⾝重量就很⼤，且采⽤2遍5次拍打夯⼟的⽅式，有利于进⼀步压密实灰⼟地基。
图5  铁硪分位⽰意图
以上为每步灰⼟回填的⼯序，⾄少包括使硪2次、使夯3次，即古建⾏业中“三夯两硪”质量要求最⾼的灰⼟做法，因此回填后的灰⼟基础极其牢固。对于顶步灰⼟回填施⼯⽽⾔，上述步骤还需增加“串硪”，其做法为：将硪斜向拉起离地⾯0.5m左右，然后使其⾃由下落。“串硪”的主要⽬的是将灰⼟表⾯“压光”，便于后续的放线施⼯。
2.4 碎砖⽯层施⼯技术
紫禁城地基的明代早期做法多含有碎砖⽯层。从已发现的紫禁城地基做法来看，碎砖应⽤于地基的形状多样、尺⼨⼤⼩不⼀，这有利于细⼩粒径的碎砖填充于⼤块粒径的碎砖间隙中，使得整个碎砖层密实。《营造法式》之《壕寨制度》“筑基之制”部分规定了碎砖、夯⼟层的施⼯技术要点[2]：“每⽅⼀尺，⽤⼟⼆担；隔层⽤碎砖⽡及⽯札等，亦⼆担。每次布⼟厚五⼨，先打六杵，⼆⼈相对，每窝⼦内各打三杵；次打四杵，⼆⼈相对，每窝⼦内各打⼆杵；次打两杵，⼆⼈相对，每窝⼦内各打⼀杵。以上并各打平⼟头，然后碎⽤杵碾蹑令平；再撵杵扇扑，重细碾蹑。每布（步）⼟厚五⼨，筑实厚三⼨。每布（步）碎砖⽡及⽯札等厚三⼨，筑实厚⼀⼨五分”。其中，“担”为重量单位，每步（层）夯⼟
与碎砖所⽤重量相同，其密度相近[19]，因⽽体积相近；每步灰⼟虚铺厚度约为0.16m（1⼨=0.1营造尺≈0.032m），夯实后的厚度约为0.096m；每步碎砖⽯的虚铺厚度为0.096m，夯实后的厚度约为0.048m。由此可知，夯⼟层夯实后压缩量⼤于碎砖层，其主要原因在于碎砖硬度较夯⼟⼤。另上述规定说明了碎砖及夯⼟层夯筑的施⼯均采⽤杵进⾏，⼯序共分6步，即（1）两⼈对着夯窝，各夯打3次，合计6次；（2）两⼈对着夯窝，各打2次，合计4次；（3）两⼈对着夯窝，各打1次，合计2次。前3步每步都要将夯⼟表⾯夯打平整。（4）来回夯打使整个地基表⾯平整，其中“碾蹑”即来回夯打之意；（5）进⾏多次的⼩幅夯打，其中“扇扑”为⼩幅度夯打之意[20]；（6）再来回进⾏更为细致的夯打，并使得地基表⾯平整。上述步骤说明：对于夯⼟层和碎⽯层，其施⼯过程由⾄少6次夯打组成；夯打⽅式是⾸先固定夯窝进⾏夯打，再在整个地基层进⾏夯打；对于固定夯窝⽽⾔，每次夯打遍数逐渐减少，使得碎砖⽯（夯⼟）达到初步夯实—挤紧—密实的效果；对于整个地基层⽽⾔，⾄少分3次进⾏整体夯打，且由于每个夯窝已经夯实，因此仅需⼩幅夯打，⼀⽅⾯对原有夯窝之间的间隙进⾏补夯，巩固其密实度，另⼀⽅⾯使整个地基层达到统⼀的平整度和密实度。另碎砖⽯在多次夯打中可能进⼀步碎化，这有利于碎砖层本⾝的密实，部分碎砖还可嵌⼊夯⼟层中，产⽣咬合效果，有利于地基层保持整体稳固性。上述回填⽅法可作为紫禁城碎砖⽯层地基施⼯技术的参考。
为什么上述紫禁城古建筑的早期地基并⾮全部为灰⼟分层做法，⽽是做成“⼀层灰⼟、⼀层碎砖”的交替分层做法形式呢？分析认为，这反映了我国古代⼯匠的智慧。由⼟⼒学基本理论可知，均匀分层的
地基⼟有利于避免上部建筑物的不均匀下沉。然⽽，纯灰⼟地基由⽯灰与黄⼟混合⽽成，材料⼀般⽐较松软，其韧性强就意味着硬度较低。当上部建筑传来的竖向荷载较⼤时，尽管建筑会均匀下沉，但下沉量过⼤会影响建筑的有效使⽤。相⽐⽽⾔，碎砖的硬度远⼤于灰⼟，且⼤部分属于烧窑或砌墙⽤的残余料。在灰⼟层中均匀、交替地布置碎砖层，不仅有效地使⽤了建筑材料，⽽且减⼩了古建筑的沉降量，地基整体的强度也得到了提⾼，且仍具有⼀定的韧性[21]。
3  地下⽔处理
紫禁城所在的场地有地下⽔。北京市勘察设计研究院基于地质勘探和地球物理勘探⼿段相结合的⽅法，于1993年4⽉-10⽉对紫禁城的⼯程地质情况进⾏了勘探，结果显⽰紫禁城地下层间⽔位埋深为地⾯以下14.8—18.0m，来源为⼤⽓降⽔垂直渗⼊及西北部⼭区基岩⽔的补给；另局部地区有上层滞⽔，埋深为地⾯以下1.65-4.80m，主要来源为⼤⽓降⽔和内⾦⽔河河⽔渗⼊[6]。紫禁城初建时，当建筑建造在上述位置时，古代⼯匠则多在填⼟层之下采⽤⽊桩[7,21]，⽽宋《营造法式》和清⼯部《⼯程做法》将⽊桩称为“地丁（钉）”[2,17]。近年来，紫禁城部分地下区域因为消防及通讯管线施⼯⽽被开挖，部分桩基础的做法亦有机会得以发现。
紫禁城古建筑桩基础⽤桩主要包括⽔平桩和竖桩，其中竖桩可穿透软弱⼟层，并使得桩尖抵达坚硬的岩⽯层。⼀⽅⾯，桩对周围⼟体具有侧向挤压作⽤，减⼩⼟体的孔隙体积，降低⼟的收缩性，并通过
桩与⼟体间的摩擦挤压来提⾼地基承载⼒[22]；另⼀⽅⾯，岩⽯层作为持⼒层可避免上部建筑的不均匀沉降。如慈宁花园东侧建筑在明代为司礼监，现仅存遗址。遗址的基础在2014年故宫博物院地下消防管线施⼯时开挖呈现。由于在考古发掘其间北京地区并没有下⾬，⽽基坑能却有⽔积存，因此可以推断该位置有地下⽔或渗⽔软⼟层。该位置基础由上到下的分层做法特点为（图6）：灰⼟层与碎砖层交替向下延伸(即⼀层灰⼟⼀层碎砖)，每层各厚0.1m，共分18层，合计3.6m；在最下层分层⼟之下，为0.16m厚青⽯板⼀层；再往下分别为纵横向⽔平桩各⼀层及竖桩(长度未知)。⽔平桩及竖桩材质均为柏⽊，桩径均为0.25m，竖桩间距为0.4m 左右。⽔平桩的端头有⽴桩护栏，以防⽌⽔平桩滚动。竖桩之间的间隙⽤碎砖灰填实，以加固地基，防⽌竖桩错动。在这⾥，建筑上部的重量通过青⽯板均匀地传给⽔平桩，再由⽔平桩传⾄各竖桩，最后由竖桩传到岩⽯层上。其中，青⽯板提供了⼀个稳定的⽀撑平台，可以减⼩地基沉降，并使得其沉降均匀[23]。⽔平纵横向桩是竖桩与青⽯板之间的合理过渡，并构成类似筏形基础，不仅有利于避免青⽯板直接承受竖桩传来的点荷载，⽽且还在顶部形成两个摩擦⼒极⼩的⽔平⾯，在发⽣地震的时候有利于上部建筑产⽣隔震效果[24-25]。竖桩则实现了上部建筑荷载的有效传递，使之到达坚硬的持⼒层。另前朝三⼤殿（太和殿、中和殿、保和殿）[26]、西华门马道[27]⼯程施⼯时发现的桩基础做法与慈宁花园东遗址桩基础类似。
(a) 基坑内
(b) ⽊桩与⽯板
(c) 竖向分层构造⽰意图
图6  慈宁花园东侧基础遗址
当建筑功能极其重要、基础埋深较⼤，且建筑下部有地下⽔时，古代⼯匠使⽤了卵⽯层。如1977年中和殿安装避雷针时，⼯程技术⼈员勘察到了中和殿室内陆⾯⾄地下15.6m深度的地基做法[26]，见图7。由图7(b)可知，在室内陆⾯以下6.0m⾄12.7m深度时，地基做法为灰⼟—卵⽯—碎砖交替层；再往下则为⽔平及竖向⽊桩层，其中在-14.1m位置附近有⽔平桩，-14.9m以下有黄⼟（⽼⼟），且该位置竖向⽊桩深度未知。由于前朝三⼤殿地基为⼀个整体，因⽽上述地基做法可反映其地基特征。分析认为：古代⼯匠在建造三⼤殿地基时，考虑稳定性需要，考虑采⽤卵⽯来处理地下⽔问题。卵⽯层透⽔性能较好，填筑密度⼤，抗剪强度⾼，承载⼒对⽔位变化不敏感，因⽽有利于上部建筑的稳定，并可产⽣⼀定的隔震效果[28]。
(a) 三⼤殿侧⽴⾯
(b) 地基分层做法
图7  中和殿地基资料
《营造法式》卷三《壕寨制度·筑临⽔基》部分，规定了靠近河⽔旁边的建筑地基施⼯需设桩基础，其
中竖桩长度为1丈7尺（1丈=10尺，1尺=10⼨，1⼨≈0.032m，此处桩长约为5.44m），桩径5-6⼨（0.16-0.19m）[2]。由于紫禁城古建筑地基为明代所建造，其做法不可避免地受到《营造法式》地影响，因⽽上述规定为紫禁城古建筑地基竖桩尺⼨的信息提供了参考资料。
关于紫禁城古建筑地基的竖桩排列⽅式，⽬前尚⽆详实的资料。但紫禁城古建筑地基均为“⼀块⽟”（满堂红）做法，⽽清代建筑⼯程中“⼀块⽟”地基下的竖桩多为“棋盘式”布置⽅式[8]，即地基灰⼟层以下满布⽔平及竖桩，竖桩间距根据⼯程需要确定。另同样作为皇家建筑⼯程的南京明故宫午门，⼯程技术⼈员在长约15m的城墙基础下挖出⽊桩1700余根[29]；河北易县清崇陵（光绪帝及隆裕太后合葬墓）隆恩殿，其地基下的⽊桩达1.3万余根[15]。依据上述⼯程实例，亦可推断出紫禁城古建筑桩基础为棋盘式布置⽅式。
紫禁城古建筑桩基础所⽤⽊料多为柏⽊，⽽⽂献[30]归纳出北海、圆明园、摄政王府等皇家建筑⼯程⼤量使⽤了柏⽊桩基础（地丁）。这与柏⽊的优质材料特性相关[31]：柏⽊⽊质坚韧耐腐蚀，含多种防腐、杀菌物质；其中，挥发油可杀⾍，树脂的化学成分有树脂酸类、醇类、羟类等，有利于防腐。
竖桩在施⼯时，由于桩⾝较长，且需要克服与地下泥⼟之间地摩擦挤压⼒⽅可使桩尖抵达岩⽯层，因⽽古代⼯匠多搭设硪盘架⼦（图8），采⽤定滑轮释放铁硪的⽅式来将竖桩打⼊地下，具体操作⽅式为[8]：在桩基础位置搭设⽵⽊脚⼿架，⼀⼈站在脚⼿板上，竖拿铁杆，杆⾝穿过铁硪中⼼，杆下端做
成套顶形式，套在桩顶，以防⽌桩顶被铁硪击坏。铁硪中⼼预留孔，套在铁杆内，以避免击打在桩顶上时作⽤⼒⽅向偏移。铁硪⼀端悬空，以利于⾃由落体击打桩顶，另⼀端⽤绳索通过定滑轮被站在地⾯的施⼯⼈员牵引。需要说明的是，定滑轮可以改变⼒的⽅向，有利于施⼯⼈员施加作⽤⼒，我国古代⼯匠很早就知道其应⽤⽅法，如战国科学家墨⼦所著《墨经·经说下》就有“绳掣挈之”的记载[32]，即当上提重物困难时，可⽤绳⼦跨过定滑轮（挈楹）来往上拉[33]。
图8  硪盘架⼦
4  胶凝材料
紫禁城古建筑地基有良好的承载能⼒，除了碎砖、黄⼟外，能将这些材料粘接在⼀起的胶凝材料亦起到重要作⽤[34]。紫禁城古建筑⼟作⼯程中掺⼊的胶凝材料主要包括⽣⽯灰、糯⽶、桐油、⽩矾等，其建筑功能分析如下：
（1）⽣⽯灰：紫禁城古建筑的基础中掺有灰⼟，且施⼯做法多为三七灰⼟基础。三七灰⼟是⼀种以⽣⽯灰、粘⼟按3:7的质量⽐例配制⽽成具有较⾼强度的的建筑材料，在我国有悠久历史。⽐如南北朝公元6世纪时，南京西善桥的南朝⼤墓封门前地⾯即是灰⼟夯成的。这种灰⼟基础的优点在于，⽣⽯灰遇⽔⽣成熟⽯灰，强度增⼤，即基础的吸⽔性很强，有利于在潮湿的环境中使⽤。灰⼟基础本⾝的粘结强度⽐较⾼，适合于承受上部建筑传来的重量，⽽不会产⽣⼟体松散[35]。另⽯灰是⼀种易于获
得的建筑材料，我国在公元前7世纪开始使⽤⽯灰。宋代医学家苏颂所著《本草图经》载有：“⽯灰，今所在近⼭处皆有之，此烧青⽯为灰也。⼜名⽯锻，有两种：风化、⽔化”[36]。在这⾥，“青⽯”即为⽯灰岩；“风化”即将煅烧后的⽯灰⽯直接暴露空⽓中，空⽓中的⽔分及⼆氧化碳使得其产⽣⾃然消化；“⽔化”则是将煅烧后的⽯灰⽯加⾜量的⽔，使其产⽣消化。由此可知，⽣⽯灰取材⽅便，加⼯加单，使⽤效果好，因⽽在古建筑基础中⼤量使⽤。
（2）糯⽶：糯⽶⼜称江⽶，属于稻的粘性变种，外观为不透明的⽩⾊，与稻⽶的主要区别在于它所含的淀粉中以⽀链淀粉为主，含量达95-100%，因⽽具有很好的粘性[37]。糯⽶的粘性不仅⽤于⾷品加⼯，⽽且在我国古代建筑⼯程中得到了运⽤。上个世纪末，故宫古建筑维修⼯程中，曾发现⼏处元、明时期遗留下来的旧房基础，做法与《营造法式》规定相仿，基础中不仅含有⽯灰，⽽且还有⽩⾊⽶粒，且见风变硬，表⾯泛有⼀层⽩霜，抗压强度犹如现⾏标准
砖[17]。尽管没有证据证明⽩⾊⽶粒即为糯⽶，但可以稻⽶类植物的粘性已被古⼈利⽤加固地基。近年有研究⼈员通过对故宫内慈宁花园、长春宫怡情书史、养⼼殿燕喜堂三处位置的建筑灰浆进⾏取样分析，发现了其中有糯⽶的成分[10]，可说明紫禁城建筑⼯程中运⽤了糯⽶材料。另明清古建基础施⼯中有灌糯⽶浆(江⽶汁)的施⼯的传统做法[38]，即把煮好的糯⽶汁掺上⽔和⽩矾以后，泼洒在打好的灰⼟上。其中，江⽶和⽩矾的⽤量为：每平⽅丈(10.24平⽅⽶)⽤江⽶225克，⽩矾18.75克。载录于光绪初年（1875）的《惠陵⼯程记略》中的《看⼩夯做法规矩》，详细地记载了清代皇家惠陵⼯程地基
⼟⼩夯灰⼟施⼯的技术要点，其中第⼆步灰⼟施⼯要求“趁湿打流星拐眼⼀次，泼江⽶汁(糯⽶汁)⼀层。⽔先七成为好掺江⽶汁，再洒⽔三成，为之催江⽶汁下⾏，再上虚，为之第⼆步⼟，其打法同前”[39]，即第⼀步灰⼟施⼯夯实后、第⼆步灰⼟施⼯前，在拐眼上分撒两次⽔，第⼀次为7成⽔并掺有糯⽶汁，第⼆次为3成⽔，以利于糯⽶汁渗⼊灰⼟中。上述分析说明，紫禁城古建筑基础中掺⼊糯⽶的可能性很⼤。另有研究表
明[40-41]：掺⼊糯⽶的灰浆具有强度⼤、韧性好、防渗性好、防腐性好等优点，其主要原因在