防洪墻在敦煌莫高窟堤防加固中的應用

高 潔

(甘肅省水利水電勘測設計研究院,蘭州 730000)

文章編號：1006—2610(2015)04—0065—03

防洪墻在敦煌莫高窟堤防加固中的應用

高 潔

(甘肅省水利水電勘測設計研究院,蘭州 730000)

以敦煌莫高窟堤防加固工程為背景，通過水文計算分析確定了敦煌莫高窟堤防加固工程的設計標準為300年一遇；對2種擬定堤防加固方案，從結構形式安全美觀、工程造價低廉、施工過程方便等方面進行了全面比較，得出了一種較好的防洪墻形式，為其它處于文物保護區內的類似防洪體系設計提供參考依據。

防洪墻；堤防；加固工程、設計標準；莫高窟

0 前 言

舉世聞名的敦煌莫高窟坐落于大泉河下游河段左岸的陡崖上，莫高窟與河道之間為Ⅰ級階地，莫高窟距河道最寬處距離約240 m，最窄處僅40 m。為了保護敦煌莫高窟歷史文物古跡，酒泉市于1983年，沿莫高窟保護區河道左岸公路建成了總長約2.4 km的漿砌石重力式防洪堤。但由于防洪標準較低，于2003年重新修建了該段堤防工程，設防標準為100年一遇。直到2011年6月15日晚至 16日下午，敦煌市及周邊的肅北蒙古族自治縣、阿克塞哈薩克族自治縣遭遇持續強降雨天氣，大泉河的特大洪水沖毀了敦煌莫高窟文物保護區內的防洪堤，因此景區被迫關閉。于此同時，洪水漫過河岸進入莫高窟大牌坊及周邊綠地，并進入莫高窟北區窟前低地，隨時會有進入窟區的危險，使莫高窟文物保護區受到洪水的巨大威脅和影響。

防洪墻大多用于城市防洪中，經過幾十年的修建及運用，城市現存的防洪墻已形成一套防汛體系。中國在城市中采用防洪墻體系已經普遍，比如在丹東市新城區考慮景觀和結構的影響采用了新型防洪墻作為防汛體系已經發揮著重要的作用，上海世博園黃浦江段采用了防洪墻與周圍環境達到了協調。但是在文物保護區內的防洪墻建設，仍然缺乏可參照的規范及手冊，這就給文物保護區堤防工程設計造成了相當大的難度。因此，針對敦煌莫高窟選擇合理的洪水設計標準以及安全的防洪墻形式，確保歷史文物古跡免受洪水災害，具有深遠的歷史意義。

1 工程概況

1.1 工程背景

莫高窟位于甘肅敦煌市東南25 km處，開鑿在鳴沙山東麓斷崖上。南北長約1 600 m，上下排5層、高低錯落有致、鱗次櫛比，形如蜂房鴿舍，壯觀異常。莫高窟始鑿于公元366年，后經十六國至元十幾個朝代的開鑿，形成一座內容豐富、規模宏大的莫高窟群。雖然在漫長的歲月中遭受了大自然的侵襲和人為的破壞，但至今仍保存有洞窟735個，壁畫45 000 m2，彩塑2 400余身，唐宋木結構建筑5座,蓮花柱石和鋪地花磚數千塊,是世界上現存規模最宏大、保存最完好、內容最豐富的佛教藝術寶庫，也是舉世聞名的佛教藝術中心，被譽為“東方藝術明珠”。

1.2 工程水文、氣象

莫高窟位于甘肅省敦煌市境內，地處歐亞大陸腹地，屬大陸性氣候區。降水稀少、蒸發強烈、日照長、晝夜溫差顯著、多風沙、夏季炎熱、冬季寒冷，是該地區的主要氣候特征，為溫帶干旱氣候。據敦煌氣象站(1971—2000年)多年觀測資料統計：多年平均氣溫9.5 ℃，多年平均最高氣溫17.8 ℃，多年平均最低氣溫1.4 ℃，歷年極端最高氣溫41.7 ℃(發生在1981年7月24日)，極端最低氣溫-30.5 ℃(發生在1991年12月27日)，多年平均降水量42.2 mm，最大一日降水量27.1 mm；多年平均蒸發量2 505.1 mm(20 cm蒸發皿)，蒸發量數10倍于降水量，干旱指數為36，根據干旱氣候帶的劃分標準，年降水量小于150 mm，干旱指數大于10，為嚴重干旱氣候；多年平均日照3 257.9 h，歷年最大積雪深度8 cm(發生在1979年1月28日)，最大凍土深度128 cm(發生在1973年2月1日)，多年平均風速2.0 m/s，歷年最大風速18.0 m/s(發生在1986年5月19日)，相應風向ENE，初霜10月1日，終霜4月9日，多年平均相對濕度43%。

1.3 工程地質

窟區海拔高程1 320～1 380 m，處于基巖中低山區向戈壁礫石平原區的過渡帶，地貌單元為壟崗狀洪積礫石臺地及河水下切侵蝕形成的河谷區，總體地形南高北低。河谷呈南北走向，窟區上游河谷較窄，一般寬約30 m，河道與谷坡相鄰，窟區段兩岸分布Ⅰ級沖洪積階地：窟區下游河道逐漸變寬，最終沒入戈壁礫石平原區。本次防洪工程區主要為窟區段，該段河道寬50～120 m，左、右岸沖洪積階地寬40～200 m，階面較平坦，高出河床2～4 m。

2 設計方案確定

2.1 設計標準確定

莫高窟屬國家級文物保護單位，也是知名度較高的旅游景區，屬中國珍貴的佛教藝術寶庫。根據GB50201-94《防洪標準》的規定，國家級不耐淹的文物古跡防洪標準重現期≥100 a，知名度高的國線景點50～100 a，當兩者同時存在時按較高者確定防洪標準。已建防洪堤防洪標準為100年一遇，堤防級別為一級堤防，選用的防洪標準為一級國家級文物古跡的最低一級。然而今年發生的洪水為300年一遇，超過設計標準，險些對莫高窟文物造成巨大損失。由此可知100 a設防標準偏低，本次設計經過大量研究討論，考慮到主要的古文物保護對象在左岸，決定提高左岸的設防標準。根據規范要求，對于特別重要的文物古跡，防洪標準可適當提高，莫高窟屬特別重要的文物古跡，并考慮今年實際發生的洪水量，因此將莫高窟左岸重點堤防防洪標準提高到300年一遇。

莫高窟右岸也有珍貴的文物，但考慮文物分布的地形相對較高，防洪標準仍維持2002年確定的100年一遇設計標準不變，該標準滿足知名度高的國線景點的防洪要求。

2.2 結構型式確定

河道中段和下段現狀堤防全部為1983年建成的漿砌石重力式防洪堤，2002年防洪應急建設中對堤頂進行了加高，堤底補設了防沖齒墻，本次按照300年一遇設防要求加高堤防時，必須同時加大墻體結構，否則無法滿足穩定要求。在堤防內側設置排洪溝，及時排出窟區內洪水。目前墻體已經老化，2002年建設的防沖齒墻目前完好。根據規范要求，對河道狹窄、保護對象重要、受地形條件限制的地段應采用墻式護岸?？紤]到莫高窟文物保護的重要性，建筑物的布置與環境的協調要求比較嚴格。因此，為了加大河道的過洪能力，盡量降低堤防高度和盡量少占旅游景區寶貴的土地資源，現狀重力式防洪堤形式維持不變，在此基礎上研究堤防的加高方案。

2.2.1 堤型結構比較

本工程難點在于施工環境比較特殊，在敦煌莫高窟文物保護區內，一旦防洪體系遭到破壞，對保護區內的文物將是毀滅性的破壞。針對文物保護區內防洪體系設計的案例在國內較少，本工程擬定采用重力式擋墻(方案1)和重力式墻+直立防洪墻(方案2)2種設計方案進行對比。

方案1：重力式擋墻方案。防洪堤為拆除原有防洪堤，新建C20埋石混凝土重力式擋墻，并將沿河堤道路整體抬高。為了環境協調和達到美觀的效果，經過研究確定C20埋石混凝土重力式擋墻臨水側采用邊坡1∶0.3的斜坡式(和現狀相同)，背水側直立，墻頂寬1.0 m，經過穩定計算，堤基承載力和堤身抗滑、抗傾均滿足規范要求。堤頂寬按照堤路結合形式，根據防汛、管理、施工、構造及旅游要求，按照一級堤防的規范最低要求確定為8.0 m。為了安全臨河側設安全欄桿，方案1防洪墻形式如圖1所示。

圖1 方案1防洪墻形式圖 單位：高程，m；其它，cm

方案2：重力式擋墻+直立防洪墻方案。防洪堤高度由重力式擋墻和墻頂設的鋼筋混凝土直墻2部分高度組成。重力式墻的高度以維持現狀高度為主，其余高度設置為直立式矩形鋼筋混凝土墻。具體結構為保留原有防洪堤和護腳，在原有防洪堤上鋪設?25 mm的錨桿，間距1.0 m×1.0 m，呈梅花形布置，然后掛Φ8 mm，間距20 cm×20 cm的鋼筋網，澆筑30 cm厚C20素混凝土，重力式擋墻頂部設C20鋼筋混凝土直墻，高度根據水面線確定。濱河路面寬度維持現狀不變，寬度約5 m，左側設有排水溝，不再設安全欄桿。方案2防洪墻形式如圖2所示。

圖2 方案2防洪墻形式圖 單位：高程，m；其它，cm

堤頂高程與窟區地面高程存在0.15～1.9 m的高差，設計的目標是通過調整堤防的結構形式，將這種落差處理得相對比較協調美觀。方案1將落差置于濱河路和窟區地面之間；方案2將落差置于防洪直墻和濱河路面之間，從美觀的角度研究，應降低堤防對窟區景觀的影響，增強防洪墻進行景觀設計的理念，認為方案2與周圍環境更加協調。

2.2.2 工程造價比較

在工程建設中不僅要進行結構形式比較還要進行工程造價比較，進而得出一種即安全可靠有經濟合理的可行性方案?，F將方案1和方案2進行經濟投資比較。不同方案工程投資對比，見表1。

表1 不同方案工程投資對比表

由表1可知：方案1工程總投資554.99萬元，方案2工程總投資476.81萬元，方案2投資較省。

綜上所述，方案2不但減小了河道堤防開挖斷面而且以最小的工程造價實現了文物保護區內的防洪體系的建成。同時降低了堤防對窟區景觀的影響，與周圍環境更加協調。因此，本文選方案2作為推薦方案。

3 結 語

敦煌莫高窟作為國家級文物和知名度高的國際景點，防洪問題非常突出，合理可行地解決該問題更是迫在眉睫。本文通過對大泉河洪水標準的分析，得出了對于非物質文化遺產的敦煌莫高窟應該選擇300年一遇設計洪水標準作為防洪標準?？梢猿浞直Ｗo歷史文物免受自然災害的影響。采用重力式擋墻+直立防洪墻方案，解決了堤防加固工程中由于河道較窄，無法拓寬溝道而加大行洪斷面的矛盾，減少了常規河道治理中的堤防開挖斷面占地面積大、工程造價高等缺點，從而以最小的工程造價完成河道的治理，尤其在河道加固工程中很好地利用了舊堤，避免拆除造成資源浪費。為其它處于文物保護區內的類似防洪體系設計提供參考依據。

[1] GB50201-94,防洪標準[S].北京：中國計劃出版社，1994.

[2] GB50286-2013,堤防工程設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[3] SL379-2007,水工擋土墻設計規范[S].北京：中國水利水電出版社，2007.

Application of Flood-control Wall in Reinforcement of Embankment for Mogao Grottoes

GAO Jie

(Gansu Water Resources and Hydropower Investigation Design and Research Institute, Lanzhou 730000,China)

With the practice of reinforcement of embankment for the Mogao Grottoes, the design standard of the reinforcement works of the embankment for the Mogao Grottoes is determined the return period of 300 years through the hydrological calculation. The two proposed schemes for the reinforcement works are fully compared in terms of the beautiful and safety structural mode, low cost and convenient construction. A better mode of the flood-control wall is finalized. This provides the design of similar flood-control system in historic relic protection zones in other regions with reference.Key words: flood-control wall; embankment; reinforcement works; design standard; Mogao Grottos

2015-07-02

高潔(1982- )，女，甘肅省慶陽市人，助理工程師，主要從事水利水電設計工作.

TU393.3

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.04.017