水庫淹沒區巖土體遺址保護利用方案研究
——以皎平渡紅色革命遺址為例

丁梓涵，喬 榛，吳冠仲

(1.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072；2.地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，四川 成都 610059；3.國家文物局石窟保護技術重點科研基地，甘肅 蘭州 730000)

0 前 言

興建水庫時，須對水庫區及周邊文化遺址進行勘測調查，對淹沒區及其影響區內的文物古跡進行保護，以留住文化根脈、守住民族之魂。水庫淹沒區及其影響區遺址的保護和利用，應在地質環境條件勘察、文物遺址性質及保存現狀調查、遺址賦存載體穩定性分析等基礎上，制定科學合理的保護方案和措施[1]。目前，我國已有水庫淹沒區文物保護方案多采取搬遷重建[2]，如三峽水庫淹沒區的張飛廟[3]和大昌古鎮[4]、三門峽水庫淹沒區的永樂宮[5]、葛洲壩水庫淹沒區的屈子祠[6]等淹沒較淺的古建筑或可移動文物；少數采取原址保護措施，如黃羊水庫淹沒區的天梯山石窟在石窟外圍設計建造高22 m、長52 m的圍堰大壩[7]，劉家峽水庫淹沒區的炳靈寺石窟采取高15 m、長200 m的堤防保護措施[5-6]，三峽水庫淹沒區的白鶴梁石刻則建設水下博物館，實現了文物保護兼展示利用[8-10]。

皎平渡革命遺址屬于巖土體類文物，無法進行整體搬遷復建，而水庫蓄水后將處于水下90 m深度，無法兼顧保護和展示利用的實現。針對此深水庫淹沒區巖土體文物，通過詳細調查地質環境、遺址病害及賦存載體情況，重點分析了水庫蓄水后文物本體及載體的穩定性，提出比選方案并最終確定了“原址封護加固+異地復建展示”的保護利用方案，為類似深水庫淹沒區巖土體文物保護方案提供參考。

1 遺址概況及水庫建設

1.1 文物遺址概況

1935年5月3—9日，中央紅軍3萬余人在皎平渡口成功渡江，擺脫了十萬國民黨軍隊圍追堵截。皎平渡渡口山洞正是毛澤東、朱德、周恩來等中央領導人指揮紅軍“巧渡金沙江”的住所。皎平渡山洞遺址是國家重要革命文物，是全國100個紅色旅游景區和30條紅色旅游精品路線之一，是四川省第一批省級文物保護單位中革命遺址及革命紀念建筑物之一，是省級愛國主義教育基地。

皎平渡革命遺址包括11個山洞和3段穿洞。穿洞為長56 m、寬1.5 m、高1.6～1.8 m的隧洞，穿洞西南面鑿有坐北向南的山洞3個，穿洞內部鑿有坐西向東的山洞3個，穿洞東北面鑿有坐南向北的山洞5個。

1.2 水電工程建設

烏東德水電站是金沙江下游河段規劃建設的4個水電梯級最上游一級。皎平渡渡口革命遺址位于涼山州會理縣通安鎮中武村、金沙江左岸中武山坡腳，處于距烏東德水庫上游33 km的水庫淹沒區內。革命遺址高程約885 m，水庫蓄水前遺址高出江水水位約10 m，水庫蓄水后遺址將被全部淹沒至常水位975 m以下90 m的深度。

2 工程地質環境條件

遺址區位于金沙江左岸中武山坡腳、新田溝左岸溝口，南東兩側臨空，東側為金沙江、南側為新田溝，坡腳呈近直立陡壁，坡度約80°，高約13～15 m。

坡體下伏基巖為中遠古界前震旦系天寶山組(Pt2tb)板巖和千枚巖，巖層呈傾向坡內的陡傾層狀結構，薄層～中厚狀，輕微變質，局部可見極破碎狀的碳化現象，巖體卸荷、風化程度相對較高，一定深度范圍內有發生彎曲-拉裂變形的可能，不利于遺址賦存坡體的整體穩定性。

3 遺址病害現狀

根據現場勘查，遺址存在多種病害及不良地質現象。

3.1 洞內塌頂

7-5號洞內存在按碎石土韻律層逐層剝落的塌頂現象，崩落的碎塊石土堆積于洞內地面。7-5號山洞由前、中、后3個串聯的山洞組成，其中前洞進深3 m、開間6 m、凈高約2.5 m，是皎平渡山洞群中洞內空間最大的山洞，其穩定性也相對較差。開鑿山洞的地層由歷史上不同時期多次崩塌堆積及坡面侵蝕堆積形成，洞壁可見由塊石、碎石、礫石等粗細顆粒交替的多級韻律層，崩坡積碎石土韻律層整體傾向金沙江方向，傾角較緩，約10°～20°。洞頂與碎石土韻律層基本平行，逐層塌頂將導致頂板提供穩定的支撐力減小，有可能致使山洞塌方破壞。

3.2 坡體崩塌

7-5號山洞北側陡崖已發生過小規模崩塌落石。該處陡壁高約13 m，崩塌范圍沿陡壁走向長約15 m，崩塌堆積厚度平均約2 m，崩塌體約520 m3。崩塌碎石土松散堆積于坡腳，堆積物主要為碎塊石、卵礫石，夾巨型孤石。在強降雨時松散堆積物可能發生再次失穩溜滑，在風化等自然營力作用下陡崖裸露新鮮面將發生持續向內的漸進式坍塌。

3.3 卸荷裂隙

穿洞洞頂沿洞軸方向發育多條平行的卸荷裂隙。大部分均較短且斷續發育，其中貫通性最好的一條裂隙總長度約為12 m，裂隙呈張性，張開度約2 cm，無填充，跡線基本平直，局部位置將孤石切割斷裂。卸荷裂隙破壞了坡體的完整性，降低巖土體強度，且為降水提供運移通道，不利于遺址坡體的穩定性。

3.4 局部架空松散

臨江側坡體存在兩層較貫通的松散塊碎塊石層，為不同時期多次崩塌堆積形成的碎石土韻律層，整體傾向金沙江方向，傾角較緩，約10°～20°，上層厚48 cm，下層厚39 cm；碎塊石磨圓差，呈次棱角狀，結構松散，多處架空明顯，坡表局部已發生掉塊垮塌而成的孔洞、凹腔，會形成天然優勢破壞面，不利于遺址坡體的穩定性。

3.5 滲漏及滲析

遺址區坡頂為農田，灌溉期間穿洞頂部及側壁局部出現間歇性滲漏，滲水量較大，出水點面積約1～2 m2，呈滴水形式滲漏，說明坡體內部松散，弱膠結碎石土為水提供了良好的運移通道。同時，遺址山洞內壁表面白色泛鹽現象明顯，均出現在西側即靠山一側洞壁，這是由于滲水造成易溶鹽遷移，在劇烈的氣溫、干濕交替變化環境中，巖體內易溶鹽不斷溶解、結晶，呈白色粉末析出于巖土體表面；而長期作用將導致巖土體鈣鎂質成分析出，弱化膠結結構，加劇淺表層洞壁逐塊、逐層剝離劣化。

綜上所述，山洞遺址本體及賦存載體發育有多種病害，局部已發生變形破壞，不僅對遺址風貌造成影響，還嚴重威脅文物遺址本體及賦存載體的穩定性及安全性。

4 坡體穩定性研究

目前天然條件下，遺址山洞有局部小型塌落、洞內塌頂、裂縫、滲漏等不良地質現象，但無整體變形現象，整體穩定性較好，失穩破壞的可能性小；由于巖土體強度參數迅速降低，庫水位上升，坡體前緣可能產生局部垮塌變形，洞內塌頂破壞；在長期庫水位作用下，堆積體細顆粒物質流出，泥質膠結物軟化，致使土體結構破壞和強度大幅降低，對坡體和洞室的穩定性極為不利，遺址斜坡可能出現滑坡及垮塌破壞。

4.1 物理模擬研究

開展物理模擬實驗，主要目的是研究蓄水過程及蓄水后遺址賦存坡體及局部山洞穩定性。物理模擬實驗相似常數為1:200，對現場取樣的崩坡積碎石土通過顆粒級配及密度控制實現材料相似，采用預埋石蠟熔化形成山洞處的細部模型。通過激光掃描儀監測坡體模型的變形，通過埋設在坡體模型內的土壓力計和孔隙水壓力計監測水土壓力變化(見圖1)。

圖1 物理模擬實驗方案

坡體模型在長期泡水條件下，山洞結構及附近區域最先發生破壞，進而演化為坡體臨空面區域發生崩塌破壞。

4.2 數值模擬研究

4.2.1 二維模型穩定性分析

在Geostudio-slope計算軟件中，根據地層巖性、風化程度、地質構造將地質剖面進行簡化分區，建立數值模型，采用Morgenstern-Prince(M-P法)搜索失穩滑面，確定常水位975 m工況時遺址賦存坡體的不穩定范圍(見圖2)。

圖2 坡體穩定性系數及推測滑面

計算結果可得，在蓄水后遺址賦存坡體處于欠穩定-不穩定狀態，失穩滑面集中在坡肩和坡腳處，滑體范圍涵蓋了革命遺址，即水庫蓄水直接影響遺址本體及賦存坡體的安全保存。

4.2.2 三維模型穩定性分析

根據地形和地層地質條件建立FLAC 3D模型，定量分析邊坡由于蓄水引起的變形破壞范圍和變形破壞模式，為邊坡穩定性評價提供依據。

由三維模型穩定性分析可得，蓄水工況時邊坡位移主要發生在遺址賦存坡體區域，其他部位基本無位移。在遺址區坡體前緣臨空面位移最大，在遺址區靠新田溝側位移較大。坡體主要產生向金沙江方向的變形，坡體前緣最先變形失穩，然后逐漸向后垮塌。

分析認為，由于坡體前緣即坡腳較陡，坡度約80°，臨空條件好；坡體地層為松散崩坡積弱膠結碎石土，崩坡積韻律層局部松散架空，力學強度較低、耐崩解性差；且坡體內已存在貫通卸荷裂隙和滲水滲析現象，透水性強，故導致遺址賦存坡體前緣穩定性差，在蓄水過程及蓄水后長期淹沒工況下，極易發生失穩破壞。

5 保護利用方案

根據前期調研工程案例、專家咨詢意見，結合皎平渡革命遺址本體遺存現狀、賦存載體及遺址區實際工程地質條件等，提出“原址水下保護展示”和“原址封護加固+異地復建展示”2種保護方案。

5.1 原地下水保護展示

目前，在國內外深水庫淹沒的巖土文物保護類似案例是位于三峽水電站淹沒區的全國重點文物保護單位“白鶴梁題刻”。白鶴梁題刻是從唐代廣德元年以來用刻石魚的方式記載枯水位的水下碑銘，題刻賦存于一道長約1 600 m、寬約15 m的天然石英砂巖上。修建下游三峽水庫前，白鶴梁題刻淺沒于水中，枯水期露出水面；當三峽庫區正常蓄水位達到175 m后，白鶴梁題刻將淹沒于水下約20 m深度。為了保護白鶴梁題刻這座“長江古代水文站”和“世界水文資料的寶庫”，多個保護方案被提出，如“地下水晶宮”方案、“蜂巢拱頂殼”方案、“隔流隧道”方案、“就地保存，異地陳展”方案等，最終選擇并實施了葛修潤院士提出的“無壓容器”方案[8-10]，即在白鶴梁上修建一座巨大的無壓容器將其完全籠罩，并可供游客進入隔水觀賞。2009年白鶴梁水下博物館建成，它是目前中國修建的世界上唯一一座遺址類水下博物館，為國際水下文化遺產的原址保護和展示提供了成功范例。

參考白鶴梁題刻兼保護與展示利用于一體的方案，皎平渡遺址保護方案一提出“原址水下保護展示”的結構體系。首先對坡體進行支擋加固和注漿加固，在遺址周圍設置一圈地下防滲帷幕并連接地上基礎，基礎之上為拱形殼體結構即穹頂護罩，形成完全防滲抗壓的密閉空間，實現遺址本體的不擾動式保存；同時設置順坡向廊道，上部入口位于水庫蓄水常水位以上的岸坡，下部出口抵達遺址區，實現游客抵達水下參觀游覽。

在方案一提出的同時，對皎平渡遺址和白鶴梁題刻的概況進行對比分析(見表1)，為本方案提供參考。

由表1可得，白鶴梁題刻與本項目皎平渡遺址雖均為水庫淹沒區遺址類文物，但工程地質條件、遺址本體和賦存載體類型、蓄水淹沒深度、文物遺存現狀都相差甚遠，因此白鶴梁題刻的保護理念及方案不能完全適用于皎平渡遺址。

表1 文物概況對比

5.2 原址封護加固+異地模擬展示

皎平渡遺址保護方案二采用“原址封護加固+異地模擬展示”[11]，即對遺址進行加固回填保護，同時在淹沒線以上的區域內選擇科學、合理的地點對遺址進行模擬建造展示。

針對遺址本體，在洞室內部采用鋼拱架支撐和碎塊砂石回填，且在洞壁噴涂防護層進行防水隔離。針對賦存坡體，首先在遺址賦存坡體中部(遺址后方)設置抗滑樁，保證坡體穩定性；在坡腳(遺址前緣)及遺址兩側設置弧形樁板墻，穩固坡腳的同時抵抗蓄水后靜水壓力；對樁板墻與后方崖面之間進行回填，并對回填土注漿加固；在遺址四周設置一圈防滲帷幕，對庫水入滲進行二次防滲封堵，減緩庫水入滲和浸潤對巖土體的物理化學作用；在加固區坡表設置防滲層輔以錨桿加固，防滲層與抗滑樁、樁板墻、防滲帷幕有效銜接，使加固保護區形成完整的封護加固結構體系。

5.3 方案比選

方案一設計及建設難度較大，在深水壓環境下完全防滲抗壓的工程效果無法保證，涉及文物保存與參觀游客的人身安全，且工程造價較高、工期緊迫，在水電站蓄水前不能保證施工進度和質量。方案二對原址進行就地保護，可依據較為成熟的庫區岸坡變形破壞防治技術，結合文物本體加固保護技術，共同實現遺址在深水庫淹沒情況下的長久保存。同時在異地進行選址復建[12]，也實現了革命文物有址可尋、有物可看、有史可講、有事可說的重要意義。綜上所述，方案二為水庫淹沒區皎平渡革命遺址最佳保護方案。

6 結 論

水庫淹沒區文物遺址保護和利用，應依據地質環境、遺址病害現狀、遺址賦存載體穩定性、蓄水工況等多個方面的調查和分析，制定科學、合理的方案。以金沙江烏東德水電站上游的巖土體文物皎平渡革命遺址為例，進行多方面分析研究，適當參考類似文物保護案例，制定多個方案，經過綜合比選分析，確定了最佳保護利用方案。此保護方案的分析制定過程及方法，可為水庫淹沒區文物保護利用研究作參考，旨在發揚文物遺址所承載的重大意義，留住文化根脈、守住民族之魂。