陜甘邊照金革命根據(jù)地舊址巖體保護(hù)研究

茹曉靜，張 柳

（1.陜西省銅川市耀州區(qū)文物管理所，陜西 銅川 727100；2.陜西省銅川市耀州區(qū)博物館，陜西 銅川 727100）

1 概述

陜甘邊照金革命根據(jù)地舊址是2013 年5 月國務(wù)院公布的第七批全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位。該革命舊址位于陜西省銅川市耀州區(qū)照金鎮(zhèn)繡房溝村東北薛家寨陡峭巖壁處，海拔1604m。場(chǎng)區(qū)巖體突兀，巍峨挺立，壁立千仞，地勢(shì)險(xiǎn)峻。1933 年，劉子丹、謝子長、習(xí)仲勛等老一輩無產(chǎn)階級(jí)革命家在此創(chuàng)建我國北方地區(qū)第一個(gè)山區(qū)革命根據(jù)地，建立了陜甘游擊支隊(duì)、陜甘邊特委先后進(jìn)駐薛家寨，利用薛家寨四個(gè)天然巖洞修建1～4 號(hào)紅軍寨，哨所、吊橋、石砌寨門等防御工事。其中一號(hào)紅軍寨為陜甘游擊支隊(duì)駐地；二號(hào)紅軍寨為當(dāng)時(shí)紅軍醫(yī)院和被服廠，由中國工農(nóng)紅軍第26 軍所建，設(shè)有固定床位20 余張，主要任務(wù)是搶救重傷員。被服廠是我黨我軍最早的三個(gè)被服廠之一，主要以手工縫制為主；三號(hào)紅軍寨為紅軍當(dāng)年的軍械廠，又稱“兵工廠”或“修械所”，主要任務(wù)是為紅軍和游擊隊(duì)修理、制造槍械，配置炸藥、子彈、手榴彈；四號(hào)紅軍寨為陜甘特委駐地和供需倉庫，這里是照金革命根據(jù)地的政治中心。目前，1～4 號(hào)紅軍寨完好地保存著留有軍械廠安裝機(jī)床的孔槽和紅軍住過的土炕、堞墻等設(shè)施，寨前懸崖上留有修筑工事所開鑿的小路、石臺(tái)階、吊橋及石砌寨門的遺存。

2 巖體病害類型分析

2.1 薛家寨紅軍寨舊址洞室現(xiàn)狀

2.1.1 洞室頂板巖層離層脫落垮塌

薛家寨1～4 號(hào)紅軍寨洞室不同程度存在頂板巖石離層脫落、垮塌病害，洞內(nèi)地面可見堆積大小不一、斷口新鮮的碎塊石；頂板泥質(zhì)砂巖沿層面開裂現(xiàn)象普遍，部分巖石已成臨空懸挑狀，危如累卵，時(shí)有墜落危險(xiǎn)，如圖1 所示。

圖1 4# 洞泥質(zhì)砂巖有垮塌危險(xiǎn)

2.1.2 表層風(fēng)化酥松

薛家寨1～4 號(hào)洞室頂板泥質(zhì)砂巖因長期遭受風(fēng)化，表層形成強(qiáng)度低的酥松層，并逐步向深部發(fā)展。洞室頂板殘存的厚度約0.5～3m 泥質(zhì)砂巖易在重力作用下離層垮落。

2.1.3 洞室滲水

洞室頂板上部為巨厚層礫巖，其中薛家寨2#、4# 洞存在垂直向裂縫，因風(fēng)化和卸荷作用，裂縫縫寬20～200mm 不等。裂縫處有點(diǎn)狀水滲出。水可加速裂縫發(fā)展；冬天水結(jié)冰，其反膨脹對(duì)裂隙兩側(cè)巖體產(chǎn)生的張力很大，可誘發(fā)頂板垮塌。水滲入可使泥質(zhì)砂巖吸水，軟化，強(qiáng)度降低；凍融破壞可加速風(fēng)化。尤其層間張節(jié)理可使泥質(zhì)砂巖在自重下折斷墜落。因此，裂隙水成為洞頂泥質(zhì)砂巖破壞的重要誘因之一。

2.2 1#洞室

1）洞室規(guī)模。1# 洞室為陜甘邊游擊隊(duì)駐地舊址，洞室洞內(nèi)空間呈三角形，長約36m，進(jìn)深3.2～12m，洞口高度2.6～5.9m。

2）巖層。洞室頂?shù)装鍨楹駥訅K狀硅鈣質(zhì)膠結(jié)的礫巖。洞室外位置原為薄～中厚層泥質(zhì)砂巖，產(chǎn)狀167°∠8°。因風(fēng)化剝蝕形成一個(gè)楔形石洞。目前洞頂尚殘留有0.5～1.6m 厚的泥質(zhì)砂巖。該巖層中等風(fēng)化，表面酥粉。

3）區(qū)域性構(gòu)造剪節(jié)理。在1# 洞室區(qū)外15m 處有一條區(qū)域性構(gòu)造剪節(jié)理。節(jié)理產(chǎn)狀235°∠85°，縫寬10～20mm，有滲水痕跡。該節(jié)理對(duì)1#洞有直接破壞。洞內(nèi)裂縫呈閉合狀，無水滲出。

4）層間風(fēng)化裂縫。在洞室頂板殘存的泥質(zhì)砂巖中，因長期風(fēng)化和凍脹作用出現(xiàn)許多延展不長，形狀雜亂的層間風(fēng)化裂縫。由于巖石強(qiáng)度降低，在重力作用下可離層垮塌，并在洞頂留下許多粗糙、形狀不規(guī)則的斷裂面。洞內(nèi)有垮塌的棱角狀泥質(zhì)砂巖塊石。層間裂縫是導(dǎo)致洞頂巖層脫落垮塌的重要因素之一。

5）潛在隱患。1#洞室頂板殘存的泥質(zhì)砂巖存在垮落的可能性大，垮落破壞了革命舊址的原真性和完整性，危及游客人身安全。

2.3 2#洞室

1）規(guī)模。2#洞《紅軍醫(yī)院和被服廠舊址》如圖2所示。2# 洞前口寬38m，進(jìn)深7.9～14.1m；凈空斷面呈不規(guī)則梯形，高4.8～6.6m。

圖2 陜甘邊照金革命根據(jù)地舊址2 號(hào)紅軍寨（正面）

2）巖層。洞室原為泥質(zhì)砂巖。薄～中厚層塊狀，產(chǎn)狀167°∠8°；因泥質(zhì)砂巖風(fēng)化剝蝕形成。洞室頂部為厚層塊狀砂礫巖。產(chǎn)狀167°∠8°，洞室頂板砂礫巖受長期雨水漂淋和裂縫水侵蝕，其中鈣質(zhì)膠結(jié)物析出（巖體表面可見鈣膜），使巖石結(jié)構(gòu)疏松，強(qiáng)度下降，發(fā)生離層脫離垮塌。現(xiàn)洞室內(nèi)可見垮落的礫巖巖塊。

3）剪節(jié)理。2#洞室頂部巖體上分布有兩條區(qū)域性的構(gòu)造剪節(jié)理，二者近平行。產(chǎn)狀235°∠85°，其西側(cè)的剪節(jié)理縫寬20～30mm，洞口局部寬200mm。裂縫無充填，有水流痕跡，有點(diǎn)狀滲水。東側(cè)節(jié)理呈閉合狀無水外滲。節(jié)理構(gòu)造破壞了巖體完整性并加快了巖層風(fēng)化，如圖3，圖4 所示。

圖3 立面圖

圖4 頂部投影

4）存在隱患。2#洞室頂板巖石風(fēng)化，表層嚴(yán)重酥粉，存在離層脫落垮塌潛在隱患。垮塌可能性較大。

5）危害對(duì)象和危害程度。洞室頂板巖層的垮塌破壞了革命舊址原真性和完整性，并危及游人和文物安全。

6）治理建議。建議對(duì)頂板危巖采用“RRB-400鋼錨桿（+）不銹鋼絲網(wǎng)”主動(dòng)加固保護(hù)；對(duì)裂縫滲水問題采用上堵下導(dǎo)方法治理。詳見設(shè)計(jì)圖紙。

2.4 紅軍兵營

圖5 紅軍兵營巖體

1）規(guī)模。紅軍兵營位于干白石崖狹谷內(nèi)2km 北崖腳下。洞口方位265°，GPS 地理坐標(biāo)N35°05′41″，E108°40′57″，高程1227m。兵營舊址由2 個(gè)洞室構(gòu)成，二者水平距離約75m，高差約30m，如圖5 所示。

位于低處兵營舊址編為1 號(hào)室。1 號(hào)室殘留有土墻，洞室進(jìn)深最大15m，寬約50m，洞口崖檐高約60m。洞內(nèi)干燥，無垮塌，如圖6 所示。。

位于高處的洞室編為2 號(hào)室。2 號(hào)室規(guī)模較小，寬12.8m，進(jìn)深5.3m，凈空高度11m。洞口有殘留土墻高3.5m，厚0.4m 的土墻。

圖6 紅軍兵營1 號(hào)室

2）巖層。洞室為泥質(zhì)砂巖風(fēng)化剝蝕后形成的巖腔，呈不規(guī)律三角形斷面。洞室頂板為堅(jiān)硬的巨厚層塊狀礫巖，產(chǎn)狀160°∠7～10°。在礫巖中夾有薄層泥質(zhì)砂巖，泥質(zhì)砂巖風(fēng)化后則形成深100～200mm 的風(fēng)化凹槽。

3）剪節(jié)理。在兩個(gè)石洞中各有一產(chǎn)狀230°∠85°的區(qū)域構(gòu)造剪節(jié)理。1#室內(nèi)的剪節(jié)理呈閉合狀，未見流水痕跡；2# 洞室的剪節(jié)理因水侵蝕、縫寬100～200mm，并有線狀水流。在縫口處可見從巖體中剝蝕沖出的清潔渾圓的卵礫石以及尚未脫落母巖被沖刷的卵礫石。

4）礫巖層間風(fēng)化裂縫。礫巖本身是抗風(fēng)化能力強(qiáng)的堅(jiān)硬巖類。但由于夾有薄層泥質(zhì)砂巖，泥質(zhì)砂巖先行風(fēng)化形成層間風(fēng)化裂縫。這種裂縫在紅軍兵營洞室上方共有10 條，縫長2.5～15m，縫寬20～100mm等，深淺不等。

5）存在的隱患。紅軍兵營洞頂板無明顯的危巖體，僅在洞外上方30～60m 區(qū)域存在3 處體積約0.5～15m2危巖體。三處危巖目前處在基本穩(wěn)定狀態(tài)。2# 室為礫巖體結(jié)構(gòu)，雖有裂隙水外滲，但不影響洞室穩(wěn)定。

6）治理建議。建議暫不治理，日后在投資條件允許下，建議對(duì)洞外上方危巖采用“布魯克主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)”保護(hù)；對(duì)2#室滲水采用上堵下導(dǎo)方法處理。

2.5 紅軍洞舊址

1）位置與規(guī)模。紅軍洞位于白石崖狹谷內(nèi)距溝口約2.6km 的溝谷北坡腳下石洞中。紅軍洞是照金革命舊址保護(hù)區(qū)內(nèi)最大的石洞。該洞系泥巖、礫巖風(fēng)化剝蝕后大面積垮塌形成的。由于垮塌范圍大，最后自然拱形狀穩(wěn)定；

紅軍洞坐北朝南有一寬3m 的小口與外相通。洞寬約100m，進(jìn)深71m，凈空最大高度約60m；可容納萬人，故又稱萬人洞。當(dāng)年紅軍在此屯兵，在入口兩處則有厚土墻把守入口。

2）巖層。紅軍洞巖層和前面所述紅軍兵營一致，兩地近在咫尺，而且在同一面巖坡坡腳。

3）地質(zhì)構(gòu)造。洞室高，跨度大，外坡面陡峻；人難以到達(dá)，故無詳細(xì)調(diào)查資料。但從垮塌的大體積塊石分析，該區(qū)的剪節(jié)理應(yīng)較其他區(qū)域發(fā)育，不然不可能形成跨度近100m 的拱形石洞。同時(shí)大體積的巖體垮落必將對(duì)母巖體產(chǎn)生拉應(yīng)力，形成拉張裂縫，進(jìn)而加大破壞范圍。現(xiàn)洞內(nèi)地面上的塊石有明顯拉裂斷口可證明這個(gè)判斷。

4）泥石流隱患。紅軍洞大量垮塌塊石堆積洞內(nèi)和洞口，最大厚度近30m；紅軍修筑的西土墻直接坐落在垮塌塊石上。由于垮落的塊石將原有溝谷完全堵塞，使溝內(nèi)水流改道繞彎從洞內(nèi)經(jīng)過，再從洞入口處流出。洞內(nèi)未見泥石流堆積物，也沒見泥石流行經(jīng)痕跡。估計(jì)上游缺乏物資，故無泥石流隱患。

5）洞頂垮塌隱患。紅軍洞現(xiàn)有洞頂為巖體垮塌自然形成的拱形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。按理說不會(huì)發(fā)生垮塌。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)年紅軍修的土墻至今也未見因上方墜石損傷；但也不能排除今后會(huì)發(fā)生局部垮塌的可能性。

3 相關(guān)試驗(yàn)研究

3.1 巖石力學(xué)試驗(yàn)

1）點(diǎn)荷載試驗(yàn)。本勘查現(xiàn)場(chǎng)取泥質(zhì)砂巖制備點(diǎn)荷載試樣，樣品直徑50mm，長70mm，共試驗(yàn)測(cè)試40 件，平行層面的抗壓強(qiáng)度17.6～27Mpa；垂直層面的抗壓強(qiáng)度8.9～37.1Mpa，見表1，表2。

表1 點(diǎn)荷載壓力值

點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)Is 和抗壓強(qiáng)度Rc 標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式：

Is=P／D2，Rc=22.819Is0.746（規(guī)范推薦公式），計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 點(diǎn)荷載抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)成果

3.2 巖石風(fēng)化粉末“X”衍射分析試驗(yàn)

“X”射線衍射分析結(jié)果表明，巖石風(fēng)化后，鉀長石、方解石、石膏含量減少，甚至消失；而出現(xiàn)蒙脫石、綠泥石、伊利石等黏土礦物。詳見表3 衍射分析圖譜和圖7 所示。

表3 礦物成分表

圖7 衍射分析

3.3 薄片鑒定鑒定

本勘查經(jīng)泥質(zhì)砂巖薄片鑒定，準(zhǔn)確定名為細(xì)粒鈣質(zhì)長石，石英雜砂巖，如圖8 所示。

圖8 長石、石英砂屑50x

4 病害成因機(jī)理分析

1）照金革命舊址所在場(chǎng)地為丹霞地貌陡立地形，紅軍寨、紅軍兵營、紅軍洞均位于厚大礫巖體下方泥質(zhì)砂巖風(fēng)化剝蝕形成的石洞中；

2）礫巖為厚～巨厚層塊狀結(jié)構(gòu)，質(zhì)地堅(jiān)硬，而且強(qiáng)度大，工程特性好。泥質(zhì)砂巖薄～中厚層板狀結(jié)構(gòu)，系較軟巖類，易吸水軟化，易凍融，易風(fēng)化剝蝕，工程性質(zhì)較差。

3）照金革命舊址剪節(jié)理不發(fā)育，產(chǎn)狀較陡，延長較遠(yuǎn)。泥質(zhì)砂巖以及與泥質(zhì)砂層上覆厚約2-4m 含泥較多一層礫巖中層間風(fēng)化裂縫較發(fā)育，層間風(fēng)化裂縫是洞頂垮塌的主要原因之一。

4）薛家寨2#、4# 石洞，白石崖溝紅軍兵營2#室、紅軍洞入口在上方有裂縫水滲出。裂隙水對(duì)巖體穩(wěn)定不利并，加速泥質(zhì)砂巖風(fēng)化剝蝕破壞。

5）紅軍洞中有溝谷水流，平水期水量不大，由于上游巖體裸露，泥石物源稀少，不存在泥石流隱患。

6）照金革命舊址上方巖體裸露、坡面陡立且面積較大，存在雨水漂淋、雨水短時(shí)匯集流入石洞加速洞頂泥質(zhì)砂巖破壞隱患。

7）泥質(zhì)砂巖優(yōu)勢(shì)風(fēng)化的原因是巖層的礦物成分、沉積韻律、構(gòu)造破壞和水的共同作用。

8）根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2001 劃分，照金地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7 度，第二分組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.1g，反應(yīng)頻譜特征周期T=0.03s，所處地段為抗震有利地段。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

1）巖洞形成是由不同巖層物理力學(xué)性質(zhì)差異導(dǎo)致風(fēng)化速度差異，使抗風(fēng)化剝蝕能力差的泥巖、泥質(zhì)砂巖和含泥質(zhì)成分較多礫巖優(yōu)先風(fēng)化剝蝕形成楔形石洞。石洞形成內(nèi)因是巖層本質(zhì)，外因則是差異風(fēng)化剝蝕，風(fēng)化剝蝕的主要原因是坡面徑流、雨水漂淋以及裂隙水；

2）洞內(nèi)頂板即殘存的泥巖或泥質(zhì)砂巖、含泥較多的泥質(zhì)礫巖沿層面優(yōu)先風(fēng)化、酥粉，形成多層厚度不等、延展深度不一的層間風(fēng)化裂縫，以致頂板巖層在重力作用下極易離層脫落；對(duì)洞頂板這類不穩(wěn)定巖體采用不銹鋼網(wǎng)托護(hù)，并通過錨桿懸吊加固是正確的、有效的方法；不乏工程實(shí)例佐證。采用不銹鋼網(wǎng)可使巖層全面受力，并防止在潮濕環(huán)境下生銹腐蝕；

3）區(qū)域構(gòu)造節(jié)理間距@＞1m，屬不發(fā)育。但延展遠(yuǎn)、下切深。巖體上可見多條近似平行的豎向裂縫就是區(qū)域構(gòu)造節(jié)理，縫口風(fēng)化后的展現(xiàn)。若節(jié)理長期風(fēng)化張開，則可成為導(dǎo)水和儲(chǔ)水構(gòu)造。調(diào)查發(fā)現(xiàn)在所調(diào)查的6 大革命舊址石洞中，僅薛家寨2#、4#洞室及紅軍兵營舊址2# 室剪節(jié)理裂縫中有水滲出。其中以紅軍兵營2 號(hào)洞出水最大，其出水量在平水期約為50mL/h～100mL/h，雨季更大一點(diǎn)；

石洞中巖層滲水可加速洞內(nèi)潮濕，并使巖體風(fēng)化、垮塌。經(jīng)過多次勘察，參照以往大量工程案例，經(jīng)水文工程組專家論證，認(rèn)為薛家寨4 個(gè)革命舊址中2#、4# 有點(diǎn)狀水滲出，對(duì)石洞頂板泥質(zhì)砂巖有不良影響；白石崖溝紅軍兵營2# 洞水從礫巖中滲出，對(duì)洞室穩(wěn)定性無不良作用。全面治水，上堵下導(dǎo)工程浩大，且施工場(chǎng)地條件惡劣，所需投資大，很難達(dá)到預(yù)計(jì)效果，故不宜大面積采用“封堵縫口（+）灌漿（+）截排水”措施處理。建議在薛家寨2#、4#石洞內(nèi)采取局部“裂縫嵌補(bǔ)封堵，低處導(dǎo)管引流”方法治理。這個(gè)方法直觀、可視、可控，能滿足石洞內(nèi)截排水要求；

5.2 建議

1）建議先對(duì)薛家寨1-4#紅軍寨頂板進(jìn)行加固。

2）建議對(duì)薛家寨2#、4#、紅軍兵營2# 室進(jìn)行導(dǎo)水治理

3）白石崖溝紅軍兵營、紅軍洞地處偏僻，處在初步建設(shè)階段，尚未對(duì)外全面開放，可安排在1-4#窟加固后，條件允許時(shí)可再行設(shè)計(jì)施工。