位於北京市中心的紫禁城（今故宮博物院）始建於1420年，為永樂帝朱棣令工匠在拆除元代皇宮的基礎上肇建。近600年來，紫禁城古建築歷經各種自然災害而保存無恙，不僅與建築本身科學合理的構造密切相關，其建築地基亦為古建築穩固的重要保障。從分層構造角度講，紫禁城古建築地基可分為下、中、上3個部分。
紫禁城古建築地基的下部做法一般為一層碎磚、一層灰土的交替使用，總厚度在1.2米至3.1米之間，有專家戲稱該地基做法為“千層餅”。這種地基不是天然的，是古代工匠在元代地基的基礎上夯實鋪墁而成的，因而屬於人工處理地基。紫禁城古建築“千層餅”的地基構造科學而又合理。
從材料角度講，灰土由生石灰與黃土按3∶7的比例混合而成，由於生石灰具有吸水後強度增大的優點，因而灰土基礎不僅強度較高，而且具有一定的防潮性能。紫禁城古建築的灰土層地基中還摻有“糯米汁”，即用糯米熬成的汁灑在灰土裡。其優點在於：糯米具有很好的黏性，可以將灰土牢牢地黏固在一起，形成一個整體，猶如一個麵糊團團，不會因為大風、大震而鬆散。
從構造上講，灰土層與碎磚層的交替使用也有利於建築本身的穩固。如果全部用灰土層地基，那麼由於灰土的韌性較大，儘管上部建築產生均勻下沉，但是其下沉量偏大；如果全部採用碎磚層地基，那麼儘管碎磚的硬度比灰土要大，但由於碎磚的顆粒直徑比灰土大，在夯實過程中彼此之間會有空隙，因而會造成基礎密實度偏弱。採取一層碎磚一層灰土的交替夯實方法，既有利於建築的均勻下沉，又能避免建築本身下沉量過大，還能保持地基本身的密實度。
紫禁城古建築“千層餅”地基之上，是磉礅層，為紫禁城古建築地基的中間部分，其主要作用是支撐柱頂石傳來的建築重量。所謂“磉墩”，即柱頂石下方的獨立地基，多為磚砌。
磉墩與“千層餅”地基做法不同，它不是滿鋪在地基土之上，而是一個個獨立的立方體磚墩，磚墩的平面尺寸為1米至2米見方，厚度一般不少於1米。磉墩材料並非是灰土與碎磚，而是整塊磚，其硬度大、承載力好，因而有利於承受柱頂石傳來的上部集中作用力，並將該作用力向下部的“千層餅”地基擴散，符合土力學傳力原理。
磉墩地基的做法與紫禁城古建築的構造特徵密切相關，其主要原因在於紫禁城古建築是行列有序的立柱來支撐上部構架及屋頂重量，並將該重量傳給柱頂石。由於立柱是分散的，因而對應每根立柱下方，都有一個相對獨立的地基層，且地基層材料硬實，受到較大作用力（即屋頂傳來的重量）而不會產生破壞，磚砌磉墩就起到這個作用。
紫禁城古建築地基的最上面一層就是柱頂石。柱頂石位於磉墩之上，其上部表面平整，主要用於支撐立柱。立柱柱根不落入地下，而是浮擱在表面平整的柱頂石上。這種“平擺浮擱”的露明安裝方式是科學而又合理的。
首先，木柱柱根不插入地底下，有利於避免地底下空氣不流通導致的柱根糟朽問題；其次，柱根浮放在柱頂石上，不會傳遞彎矩作用力，避免地震等外力造成的柱根折斷問題；再次，在發生地震等自然災害時，柱根可在柱頂石表面做往復運動，巧妙地將部分地震能量轉換為動能，減少了自身地內能（即內力破壞），產生了“四兩撥千斤”的效果。
另外，網上盛傳太和殿廣場的地基為“橫七豎八”15層厚地磚（每層地磚厚約為0.12米，15層地磚總厚度約為1.8米），其主要目的是為了防止刺客挖通向太和殿的地道。上述觀點是錯誤的。太和殿是明清帝王舉行登基、大婚、冊立皇后、命將出徵等重要禮儀活動的場所，平時基本不開。明代皇帝平時在太和門上朝，清代皇帝在乾清門上朝。對於刺客而言，挖一個通向太和殿的地道幾乎沒有任何意義，因為皇帝平時根本就不在太和殿裡。不僅如此，明清時期的紫禁城戒備森嚴，任何風吹草動都會引起侍衛們的高度警惕，更何況是“挖地道”了。
1977年故宮中和殿安裝避雷針時，工程技術人員通過鑽探和地質勘查方式，獲得了太和殿、中和殿、保和殿地面至地下16米深處的地基分層做法。易知太和殿地面以下有3層磚，厚0.4米；往下為厚度約為1.0米的石頭層；往下再為總厚度約為4米的碎磚與灰土的交替層，也就是前面所說的“千層餅”層；再往下就是厚度約為6米的碎卵石與碎磚的交替層；再往下就是木柱和填土的交替層，深度約為5.6米。柏木樁的主要目的就是將樁尖穿透淤泥層，抵達堅硬的岩石層上。
太和殿地基究竟有多深，目前尚未知。由於太和殿具有上述複雜的地基構造，刺客要想通過太和殿廣場的地下通道再挖到太和殿地面來，幾乎是不可能的。因此，太和殿廣場地面沒有必要通過“橫七豎八”的磚層來防止刺客挖地道。
紫禁城古建築的地基設計的巧妙而又合理，不僅穩固可靠，而且均勻、穩固，這使得近600年裡的時間裡，紫禁城古建築能夠始終保持穩固。這不僅體現了古代工匠的智慧，而且其中蘊含的科學機制仍值得現代工程技術人員學習和參考。
（作者系故宮博物院研究館員）
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