淺談石窟水害的治理

［摘要］水害是影響石窟長久保存的重要因素。本文對石窟水害的治理理念進(jìn)行了探討，介紹了一些古代石窟水害治理的方法，重點(diǎn)對近年來我國石窟水害治理方法進(jìn)行了總結(jié)和歸納，從排和堵兩個方面作了較為詳盡的介紹，以期對今后的石窟保護(hù)工程有所助益。

［關(guān)鍵詞］石窟寺；水害治理；文物保護(hù)

［中圖分類號］K879.2 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A ［文章編號］1005-3115（2012）04-0108-03

石窟寺是歷代人們進(jìn)行以佛教為主的宗教活動的場所。我國石窟寺院大都依山傍水，環(huán)境十分優(yōu)雅。石窟寺是集建筑、雕塑、壁畫三位一體的立體藝術(shù)寶庫，具有很高的歷史、藝術(shù)和科學(xué)價值，是人類重要的文化遺產(chǎn)和精神財富。

然而，在漫長的歷史歲月中，石窟及其周圍環(huán)境不斷受到自然與人類活動的破壞，產(chǎn)生多種病害，其中水害是影響石窟長期保存的重要因素。水害的形成既與石窟載體自身性質(zhì)有關(guān)，又受各種不同類型水的直接影響，在內(nèi)外因共同作用下產(chǎn)生多種形式的病害。我國許多著名石窟，如龍門石窟、云岡石窟、麥積山石窟等均長期深受水害影響。由于水害對石窟危害嚴(yán)重，病害成因復(fù)雜，防治難度較大，目前石窟水害防治已經(jīng)成為石窟文物保護(hù)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前，國內(nèi)對于石窟水害的治理方法都是通過具體工程進(jìn)行的，很少有人對其進(jìn)行總結(jié)和歸納。本文試圖通過對大量工程案例的總結(jié)，對石窟水害的治理方法進(jìn)行一次較為全面系統(tǒng)的整理和歸納，希望能對以后的石窟類文物保護(hù)工程提供參考。

一、石窟水害治理理念

（一）重視地質(zhì)勘察

石窟賦存的地質(zhì)環(huán)境是其產(chǎn)生水害的內(nèi)因，對于石窟水害的治理，首先要通過詳細(xì)的地質(zhì)勘察了解石窟各種類型水的儲存和運(yùn)移規(guī)律，然后據(jù)此有針對性地設(shè)計治理方案。一般需要首先調(diào)查清楚石窟載體的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖石性質(zhì)等，然后運(yùn)用水文地質(zhì)相關(guān)理論進(jìn)行水害成因分析。對于石窟載體的地質(zhì)勘察，常采用現(xiàn)場調(diào)查測繪結(jié)合現(xiàn)代物理探測技術(shù)進(jìn)行，并對調(diào)查結(jié)果進(jìn)行計算機(jī)模擬與分析。如在龍門石窟潛溪寺的巖體構(gòu)造研究中，采用地震折射層析法、高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)等物探手段，結(jié)合實(shí)地調(diào)查結(jié)果進(jìn)行反演和綜合分析，證實(shí)了窟頂南側(cè)坡體由于節(jié)理裂隙發(fā)育、巖體風(fēng)化嚴(yán)重，巖體相對比較破碎，導(dǎo)致各種物理數(shù)值差異，據(jù)此證明這一區(qū)域是導(dǎo)致潛溪寺窟內(nèi)滲水的主要水源區(qū)之一。

（二）對石窟本體盡量減少干預(yù)

少干預(yù)是一切文物保護(hù)工程都必須遵循的基本原則，對于石窟水害的治理，要盡量減少對石窟本體的干預(yù)，優(yōu)先考慮通過對周圍環(huán)境的治理或?qū)d體的干預(yù)來達(dá)到治理的目的。如果必須干預(yù)，則盡量采取對石窟本體傷害最小的工程措施或隱蔽性工程措施，注意石窟原狀的保存。所有工程措施都必須以不危害文物為前提，并注意對石窟周圍自然和人文環(huán)境的保護(hù)。

（三）多種手段綜合治理

由于石窟載體自身結(jié)構(gòu)和地表水、地下水、凝結(jié)水等儲存與運(yùn)移情況的復(fù)雜性，治理石窟水害要采取多種手段，發(fā)揮多種方法的協(xié)同作用來達(dá)到較好的治理效果。既要排，從根本上減少水的來源；還要堵，減輕水患。排和堵的中心目的都是減少窟內(nèi)各種類型水的總量，減輕石窟水害。排可分為窟外排水和窟內(nèi)排水，、堵可分為堵來源和堵出口。根據(jù)龍門石窟滲水治理經(jīng)驗(yàn)，不應(yīng)將窟內(nèi)封堵作為首要的治理措施，它對于滲水嚴(yán)重的洞窟只能起到短期減緩水害的效果，而從長期效應(yīng)來看，在一定程度上還會對石窟形成新的破壞。因此，建議首先采取外部封堵、外部疏導(dǎo)和內(nèi)部疏導(dǎo)的措施，待滲水量明顯降低后再考慮內(nèi)部封堵。由于“堵”總會使水從其它薄弱環(huán)節(jié)出露，所以要以排為主，以堵為輔，多重防護(hù)。

（四）動態(tài)治理

石窟崖體內(nèi)各種類型的水是活動的，不斷變換運(yùn)移路線，想要一次性將滲水根治是不現(xiàn)實(shí)的。因此，要有動態(tài)治理觀念，加強(qiáng)日常監(jiān)測，及時進(jìn)行維護(hù)治理。龍門石窟在20世紀(jì)80年代治理窟內(nèi)滲水時初見成效，以后多年未見滲水，但近年來窟內(nèi)滲水又嚴(yán)重了，原因是灌漿及防滲材料老化，溫差應(yīng)力又將裂隙拉開。對大足北山及寶頂山兩處水患經(jīng)40多年不間斷的治理，部分地方還在滲水，只能起到很大的改善作用，做不到根治。

二、古代石窟水害的治理方法

古人在開窟造像時不僅考慮到了石窟建筑形制的美觀，而且為了其能夠長久留存還專門設(shè)計了一些保護(hù)性設(shè)施。尤其在降雨較多的南方和中原地區(qū)，一些構(gòu)造精巧的排水設(shè)施至今仍為我們后人驚嘆，同時也為我們更好地治理石窟水害提供了經(jīng)驗(yàn)和靈感。

（一）窟頂開鑿排水溝

石窟一般開鑿于崖壁，雨季強(qiáng)降雨產(chǎn)生的地表徑流常匯集起來沿崖面下瀉，長年累月的雨水沖刷必然會影響到洞窟的安全。古人在修建洞窟時已經(jīng)考慮到了窟頂?shù)呐潘畣栴}，他們根據(jù)窟頂?shù)匦魏投纯咝沃圃O(shè)置排水溝，減小降雨所帶來的水患。如龍門石窟奉先寺大佛，開窟時因規(guī)模太大采用了像龕形式，如此勢必會造成降雨時山坡匯集的地表徑流不斷沖刷佛像，為了避免這種情況，設(shè)計者在像龕頂部山體上修建了兩條“人”字形排水溝，排泄坡面匯集的雨水。

（二）修建防雨窟檐

窟檐是古代石窟造像中最常見的防雨設(shè)施，主要有三種作用：第一，防止窟頂雨水直接沖刷造像，減少崖面雨水浸潤；第二，防止窟內(nèi)溫濕度劇烈變化，保持窟內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定；第三，裝飾美化洞窟。古代石窟窟檐多為木構(gòu)建筑，因常年風(fēng)吹日曬或毀于戰(zhàn)火留存下來的很少，僅在一些崖面上殘存部分梁孔、柱洞和石質(zhì)構(gòu)件等。古代修建的防雨窟檐大致有三種形式：第一種是開窟時先開鑿窟檐，在窟檐內(nèi)開鑿洞窟，窟檐不作任何裝飾，深度一般在0.5米以上，這是唐代的盛行做法；第二種是在洞窟外壁上部雕刻出仿木屋檐，這種窟檐一般較淺，深度一般在0.5米以下；第三種是在窟外架設(shè)雨棚，即在洞窟外壁上部開槽，將石板嵌入槽內(nèi)，為外壁遮風(fēng)擋雨。

（三）其他排水方法

排水是為了保護(hù)洞窟，但古代工匠們并不滿足于簡單將水排除了事，他們善于根據(jù)地形，結(jié)合造像內(nèi)容，加以巧妙安排。例如在大足石刻寶頂山圓覺洞內(nèi)，洞窟上層滲水通過壁面的排水溝進(jìn)入左壁上層雕刻的一條龍內(nèi)，龍頭伸向一托缽僧的缽內(nèi)吐水，水從僧人手臂中的管道瀉入巖壁內(nèi)的暗溝，最后注入地面正中的地下排水溝排出洞窟。樂山大佛在鑿刻時工匠們精心設(shè)計了兩套排水系統(tǒng)，將佛身地下水和表面降水排出。佛身由于巖間裂隙形成了地下水通道，為克服山體地下水下滲，在大佛背后開鑿了三層排水廊道將水導(dǎo)入岷江。對于佛身表面降水，排水系統(tǒng)位于大佛頭頂至右臂，它很好地排出佛身胸部以上的大氣降水和深處的地下水。其中頭部發(fā)髻造型構(gòu)成兩層排水渠道，而胸部的袈裟造型與排水溝有機(jī)結(jié)合，將來水導(dǎo)入右腹部排水溝，最后通過大佛右腳外側(cè)直接導(dǎo)入岷江。

三、現(xiàn)代石窟水害的治理方法

水害是我國石窟普遍存在的一類病害，關(guān)于石窟水害的治理也是石窟保護(hù)中的技術(shù)性難題，近年來，國內(nèi)在石窟水害治理方面開展了不少研究工作和工程實(shí)踐。本文根據(jù)近年來國內(nèi)一些石窟水害治理案例，對石窟水害的治理方法進(jìn)行了較為系統(tǒng)的總結(jié)與歸納，分為排和堵兩方面進(jìn)行介紹。

（一）排

1.窟頂坡面上修建排水溝，減少整個窟區(qū)因降雨帶來的水源補(bǔ)給

排水溝的位置、走向、坡度、形狀等應(yīng)根據(jù)地形靈活設(shè)計，保證最大降雨時排水通暢，注意要與石窟周圍景觀保持協(xié)調(diào)。對于不影響觀賞的大部分山體，可考慮采用導(dǎo)水明渠、硬化地面等措施將降水迅速疏導(dǎo)出，減少積水時間。對于不宜修建導(dǎo)水明渠的區(qū)域，如石窟分布區(qū)，可以結(jié)合地形合理設(shè)置導(dǎo)水暗道，將局部地區(qū)的積水導(dǎo)出窟區(qū)，減少雨水的下滲量。浚縣千佛寺石窟曾對石窟巖頂作封護(hù)處理，采用環(huán)氧砂漿補(bǔ)砌巖頂?shù)屯萏帲⒆龀鑫鞲邧|低的緩坡，使雨水在巖頂由東壁流下，減少了雨水對西壁摩崖造像的沖蝕。在石窟崖體上部修建排水溝也是攔截、阻斷山洪對石窟沖刷的有效手段，龍門石窟曾在賓陽三洞和潛溪寺上方修建了一條排水溝，排水溝沿坡面走勢，南高北低，將坡面匯集的雨水引至潛溪寺北側(cè)，保證了這些洞窟不再受山洪沖刷。

2.窟前或窟內(nèi)修建地下排水暗溝或排水井，疏導(dǎo)窟內(nèi)滲水

窟內(nèi)有地下水出露或窟底有基巖裂隙水運(yùn)移時，可采取此項(xiàng)措施將地下水及時排出，減少地下水在窟內(nèi)的滯留時間，降低窟內(nèi)環(huán)境濕度。甘肅慶陽北石窟曾在窟前距崖壁3米處挖了一道深4米、寬1.6米、南北向長60米的滲溝，疏導(dǎo)窟下基巖水，減少了地下水積聚上滲反潮，從而降低了窟內(nèi)濕度。溝底設(shè)置5°的排水坡，在盲溝北端修建積水井，同時在積水井底部設(shè)置仰斜排水孔，將地下水排出石窟區(qū)，達(dá)到降低窟前地下水位，加速基巖裂隙水的運(yùn)移和排泄的目的。

3.巖體層間裂隙水或地下水位附近設(shè)置仰斜排水孔，或通過隧洞排水

此類方法可以排出洞窟深部基巖裂隙水或賦水層內(nèi)水，從而減輕洞窟滲水來源。排水孔的布設(shè)須在查明巖體裂隙發(fā)育和裂隙水存儲、運(yùn)移路徑的情況下，根據(jù)對窟內(nèi)滲水裂隙滲水量長期監(jiān)測之后才能進(jìn)行專門設(shè)計。張掖馬蹄寺石窟為降低7號窟所在巖體附近的地下水位，從而減輕洞窟的潮濕問題，曾在7號窟外的斜坡處設(shè)置了6個仰斜排水孔，孔徑110毫米，孔深50米，仰角4°，方向垂直于崖面，內(nèi)置PVC排水花管用以匯集和排出巖體內(nèi)的裂隙水。在巖洞堆積體處也設(shè)置了5個仰斜排水孔排出地下水，單孔深30米，孔徑110毫米，仰角10°。中國文化遺產(chǎn)研究院曾與大足石窟藝術(shù)博物館合作，針對北佛灣滲水病害嚴(yán)重地段設(shè)計了排水隧洞。該隧洞全長約100米，距石刻立壁前緣8米，與立壁走向大致平行，隧洞南北兩端均向東轉(zhuǎn)折。隧洞采用自流排水的方式，頂部補(bǔ)打了140余個放射狀鉆孔，提高了排水速率。觀察結(jié)果表明，排水隧洞有效地攔截了地下水沿裂隙的側(cè)向滲流，降低了該地段的地下水位，使地下水位低于石窟底板，石刻立壁不再滲水。

4.垂直越流井群排水疏干

即在同一含水巖組中打漏水井，疏干上層滯水。在垂直地下水流方向上打一排排水孔，排水孔孔深要求打穿上層巖體含水組與下伏層巖體含水組之間的區(qū)域隔水底板，使上覆高水位巖層中的地下水垂直越流，漏入下伏低水位巖體含水巖組中。通過自然排水，降低上層巖體中的地下水位 ，使之形成疏干漏斗群 ，改變地下水流場。此方法可改變石窟區(qū)地下水的滲流場，從整體上降低窟區(qū)的地下水位，但排水孔孔深一般較大，工程量大，對石窟的整體環(huán)境會有一定影響。

5.負(fù)壓井調(diào)節(jié)巖石包氣帶濕度

在石窟后緣一定距離內(nèi)打一定深度的井排，利用真空泵對井排造成負(fù)壓，使巖石包氣帶內(nèi)形成一個負(fù)壓區(qū)，使石窟陡崖后緣巖石中的水汽不斷向負(fù)壓區(qū)聚集，并通過排氣裝置使之散失，這樣就增加了石窟巖體的干燥度。由于地下水受地溫蒸騰作用影響，形成的水汽被封閉在地下，不能向地表散失。如此，巖石中的水汽必然向石窟陡崖臨空壁面運(yùn)移，與大氣形成交替帶，此交替帶會形成凝結(jié)水而對窟壁巖石產(chǎn)生破壞。通過負(fù)壓井井排這套設(shè)施，可以改變巖石中水汽的運(yùn)移方向，使之向負(fù)壓井排的負(fù)壓區(qū)運(yùn)移，并通過排氣裝置使之散失，降低巖體濕度，減少或阻止石窟陡崖區(qū)巖石中凝結(jié)水的形成和聚集。

6.崖壁沖溝整治

石窟崖壁沖溝是自然形成的排水通道，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行適當(dāng)整治，在不破壞石窟的情況下充分發(fā)揮其排水功能。對于規(guī)模較大且局部發(fā)生塌陷的沖溝，應(yīng)選擇合適的持力層進(jìn)行土坯或巖塊砌補(bǔ)，砌補(bǔ)不宜過量，保持與崖體的原貌協(xié)調(diào)，然后進(jìn)行匯水區(qū)和水流通道表面平整，形成一定的坡度以利于排水。如果有條件可選擇適宜的防風(fēng)化加固材料，對沖溝表面進(jìn)行加固，提高沖溝表面的強(qiáng)度和防滲性能。

（二）堵

1.修筑防洪堤

我國大多數(shù)石窟都緊鄰河流，在洪水季節(jié)河流對石窟崖體坡腳會產(chǎn)生沖刷掏蝕破壞，使崖體上部懸空，或者泡軟巖體使石窟崖體底部承載力下降，最終都會影響到石窟的整體穩(wěn)定性。此外，還有可能發(fā)生河水上漲淹沒或於埋洞窟，對窟內(nèi)文物造成嚴(yán)重?fù)p害。因此，修筑防洪堤防止洪水對石窟的破壞是很有必要的。在防洪堤設(shè)計時，首先要保證其功能性，同時一定要注意防洪堤的外貌要與石窟周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。近年來，榆林窟、柏孜克里克石窟、炳靈寺石窟等都曾設(shè)計建造了防洪堤阻擋洪水。

2.修復(fù)窟檐雨棚

窟檐不僅起美化裝飾洞窟的作用，更主要的目的是遮擋大氣降水，防止雨水直接沖淋侵蝕窟壁和石窟造像。此外，窟檐還利于保持窟內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。因此，對部分洞窟窟檐雨棚進(jìn)行修復(fù)是有必要的。然而對于窟檐的修復(fù)一定要把握好保持文物原狀的原則，根據(jù)現(xiàn)存的遺跡現(xiàn)象和考古資料進(jìn)行設(shè)計，窟檐的形制要與石窟周圍整體環(huán)境相協(xié)調(diào)。

3.窟頂修建防滲層

洞窟頂部防滲層可阻止降雨及其產(chǎn)生的地表徑流直接下滲，減少大氣降水帶來的水源補(bǔ)給。對于防滲層的設(shè)計，要通過現(xiàn)場測試及模型試驗(yàn)研究清楚洞窟頂部覆蓋層的覆蓋物成分、滲透性、厚度分布等，確定需處理的地段，選擇適宜的防滲處理措施，并結(jié)合排水進(jìn)行。榆林窟曾于1995年揭取了窟頂原有的混凝土防滲層，新建三合土防滲層，西高東低進(jìn)行找平，并與洞窟向東30米處平行于崖面的排水溝相連。此項(xiàng)工程不僅能將雨水及時排出，滲入地表的雨水也能很快蒸發(fā)，而且很好地保持了石窟原貌。敦煌研究院也曾對北石窟部分窟頂上部坡面巖體噴涂PS材料進(jìn)行防水防滲處理，以保持巖體內(nèi)部干燥，具有一定效果。

4.注漿封堵滲水裂隙

注漿對石窟裂隙起加固和封堵作用，它可以根據(jù)需要在巖體中形成防滲層和封堵裂隙水入滲或出滲，達(dá)到阻水目的。一種堵的方法是堵入口，治理的關(guān)鍵在于對主要入滲部位的層面裂隙及卸荷裂隙進(jìn)行封堵。另一種堵的方法是堵出口，主要針對洞窟內(nèi)部的可見裂隙，特別是滲水裂隙進(jìn)行灌漿、封堵。注漿材料、壓力、注漿孔布置等必須通過類似場地的實(shí)驗(yàn)研究來確定。在龍門石窟滲漏水治理工程中就采用了此方法，當(dāng)時效果良好，但現(xiàn)在由于灌漿材料老化、裂隙發(fā)育等導(dǎo)致滲水問題又出現(xiàn)。

四、結(jié)語

解決石窟水害治理這一技術(shù)性難題，首先，要在文物保護(hù)原則的基礎(chǔ)上形成正確的保護(hù)理念。其次，總結(jié)歸納古代和現(xiàn)代已經(jīng)成熟的保護(hù)方法，并進(jìn)行新方法的探索，不斷提高研究深度。最后，在保護(hù)理念的指導(dǎo)下，借鑒成熟的保護(hù)方法，從排和堵兩個方面采取合適的工程技術(shù)手段去實(shí)現(xiàn)保護(hù)目的。

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