廣元皇澤寺摩崖造像震后搶險(xiǎn)加固主要措施及工藝

摘 要：2008年5月12日，四川省汶川地區(qū)發(fā)生里氏8.0級(jí)強(qiáng)烈地震，造成廣元皇澤寺多處危巖垮塌和山體開裂，對(duì)寺內(nèi)摩崖造像的安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。廣元市文物管理所委托中鐵西北科學(xué)研究院對(duì)皇澤寺危巖實(shí)施了搶救性加固保護(hù)，在對(duì)保護(hù)工程地質(zhì)條件、災(zāi)害類型及特征、地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行認(rèn)真調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上，因地制宜地實(shí)施了搶險(xiǎn)加固保護(hù)，加固保護(hù)主要采取隱蔽性結(jié)構(gòu)加固措施—錨固技術(shù)。經(jīng)過廣大建設(shè)者的辛勤工作，加固保護(hù)工程按質(zhì)按量圓滿完成，及時(shí)消除了皇澤寺震后文物存在的安全隱患，也進(jìn)一步鞏固了震前文物保護(hù)工作成果，為皇澤寺摩崖造像保護(hù)工作可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了一個(gè)良好的環(huán)境。

關(guān)鍵詞：皇澤寺；摩崖造像；搶險(xiǎn)加固；措施工藝；認(rèn)識(shí)體會(huì)

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2024.14.019

皇澤寺是紀(jì)念中國歷史上唯一的女皇帝武則天的寺廟，位于四川廣元老城區(qū)嘉陵江西岸，創(chuàng)于北魏晚期，距今已有1500余年的歷史，寺內(nèi)現(xiàn)存北魏晚期至唐摩崖造像57龕，1200余尊，主要龕窟有大佛窟、中心柱窟、寫心經(jīng)洞等，以大佛窟、中心柱窟聞名，是國內(nèi)同期佛教雕刻藝術(shù)代表。皇澤寺摩崖造像是國務(wù)院1961年公布的第一批全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位。所處景區(qū)占地93333.3多平方米，建筑面積10000多平方米，2004年被文化部命名為全國首批文化產(chǎn)業(yè)示范基地，2006年評(píng)定為國家AAAA級(jí)旅游景區(qū)。

四川汶川“5.12”地震波及周邊數(shù)個(gè)省份，地震帶來滑坡、崩塌、泥石流、堰塞湖等大量次生災(zāi)害。皇澤寺在此次地震中也受到了嚴(yán)重的影響，地震發(fā)生后，廣元市文物管理所緊急派人對(duì)皇澤寺摩崖造像進(jìn)行檢查，所幸千余尊造像保存完好，但主體建筑受到不同程度的損害，特別嚴(yán)重的是地震造成了文物保護(hù)區(qū)內(nèi)多處地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，多處危巖在地震中垮塌，同時(shí)有危巖危石掉落，砸壞了部分建筑物，對(duì)寺內(nèi)文物安全造成嚴(yán)重的威脅。中鐵西北科學(xué)研究院緊急對(duì)皇澤寺摩崖造像保護(hù)區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估，并結(jié)合文物保護(hù)工作的原則，因地制宜地實(shí)施了皇澤寺摩崖造像震后搶險(xiǎn)加固保護(hù)工程，現(xiàn)簡析皇澤寺摩崖造像震后災(zāi)害分析和搶險(xiǎn)加固主要措施及工藝。

1 工程地質(zhì)條件

①氣象、水文。廣元市屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，據(jù)廣元市氣象局資料統(tǒng)計(jì)：2007年廣元地區(qū)氣溫正常，總降雨量偏少，時(shí)空分布不均。大雨開始于4月下旬到5月初，結(jié)束于9月中旬。暴雨開始于6月下旬到7月上旬，結(jié)束于9月中旬。6～9月降雨量占全年的70%以上。

②地質(zhì)構(gòu)造。皇澤寺石刻摩崖造像所處的烏龍山位于四川盆地北部邊緣低山向丘陵過渡地帶，屬低山區(qū)，山勢起伏不大，地勢北高南低，且由東向西傾斜，山頂植被茂密。皇澤寺處于東側(cè)陡崖之下，最大高差超過50米。

皇澤寺坐落的山體主要為單斜構(gòu)造，山體截然分為陡崖與緩坡兩種形態(tài)。陡崖為巨厚層砂巖，堅(jiān)硬完整，巖體中發(fā)育著與陡崖走向近于垂直的兩組構(gòu)造裂隙，這兩組裂隙相互組合將巖體切割成楔形體，在地震及其他外力的作用下，為產(chǎn)生危巖崩塌體創(chuàng)造了條件；緩坡地層則相互重復(fù)，軟硬相間，為坡體在地震、暴雨等各種因素影響下變形蠕動(dòng)提供了潛在條件。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不發(fā)育，屬較穩(wěn)定地區(qū)。

③人類工程活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響。皇澤寺北段博物館區(qū)和南段呂祖閣區(qū)的部分崖體曾被作為采石場使用，對(duì)巖體的穩(wěn)定性影響較大，至今崖面上可見人工開鑿采石的痕跡。寶成鐵路增建二線工程以后，由于線路在皇澤寺路段以900米長隧道雙繞通過，距保護(hù)目標(biāo)皇澤寺文物保護(hù)區(qū)192米，鐵路運(yùn)行振動(dòng)未對(duì)皇澤寺保護(hù)區(qū)產(chǎn)生不良影響。

2 地質(zhì)災(zāi)害類型及特征

受四川汶川“5.12”地震和數(shù)次余震影響，皇澤寺范圍內(nèi)的崖體多處出現(xiàn)巨厚層砂巖崩塌、上覆強(qiáng)風(fēng)化層和堆積土體滑塌，部分建筑墻體開裂、圍墻倒塌、地基沉降。根據(jù)上述情況，可把寺內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害歸納為下面四種。

①危巖體崩塌。皇澤寺危巖崩塌體主要位于五佛亭及文物庫房上部，崖面高約30米，垂直聳立，主要為厚層塊狀砂巖，下部砂巖中裂隙縱橫交錯(cuò)，將厚層砂巖切割成大小不等的塊體或楔形體，受地震力作用向臨空面崩塌，危及下部的文物安全（圖1）。

②崖體上部覆蓋層滑塌。皇澤寺崖體上部覆蓋層土體在地震的作用下發(fā)生了滑塌。滑塌嚴(yán)重的區(qū)域位于文物庫房及辦公區(qū)后方的崖面，該處崖面為80～90度陡坡面，下部為厚層砂巖，中上部為紫紅色泥巖，厚度3～5米，風(fēng)化嚴(yán)重。頂部緊鄰崖面有一條截排水溝。地震造成崖體上部覆蓋層土體滑塌，塌方量較大，在下部堆積成高度為5～8米的滑塌體（圖2）。另外，在呂祖閣與大佛樓的崖體頂部發(fā)育有兩條較大的沖溝，沖溝兩側(cè)的覆蓋層出現(xiàn)明顯的張拉裂縫，長度為5～6米，裂縫寬度2～3厘米，裂縫上方1～2米處坡面出現(xiàn)陡坎，高度0.5米，延伸長度超過10米，有可能為歷史上曾經(jīng)發(fā)生滑塌形成的。沖溝下部有基巖裸露，為灰黃色薄層細(xì)砂巖，手捏即碎。

③地表水對(duì)滑塌體（危巖體）崩塌變形的影響。在滑塌體（危巖體）治理工程中常有“大雨大塌，小雨小塌，無雨不塌”之說，足見降水與滑塌體（危巖體）崩塌變形的密切關(guān)系。病害區(qū)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，排水措施年久失修，在雨季大量降水灌入節(jié)理裂隙當(dāng)中，弱化危巖體與母巖之間的黏結(jié)力，破壞滑塌體（危巖體）內(nèi)部的穩(wěn)定，是滑塌體（危巖體）發(fā)生崩塌變形的誘發(fā)因素。

④植物根系的根劈作用。廣元皇澤寺摩崖造像文物保護(hù)區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，冬暖春早，四季分明，夏季雨量充沛，植被茂盛。現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)幾乎在每道節(jié)理裂隙當(dāng)中均有不同程度的植物生長，尤其是在崖頂邊緣，植被極為茂盛，植被根系沿節(jié)理裂隙不斷延伸，導(dǎo)致原有的節(jié)理裂隙不斷增大，促使危巖體變形加劇。

3 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估

3.1 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估

通過對(duì)皇澤寺摩崖造像文物保護(hù)區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害類型、地質(zhì)災(zāi)害成因的調(diào)查，認(rèn)為寺內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生是各種地質(zhì)環(huán)境因素相互影響、共同作用的結(jié)果。皇澤寺摩崖造像依附于30～40米高的陡崖中下部，其地形地貌以及地層構(gòu)造決定了地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的類型，在當(dāng)?shù)貧庀蟆⑺暮腿祟惞こ袒顒?dòng)這些從屬地質(zhì)環(huán)境因素的影響下有擴(kuò)大和加劇的趨勢，部分巖體變得很不穩(wěn)定。而四川汶川“5.12”地震和之后的數(shù)次強(qiáng)余震，則成為地質(zhì)災(zāi)害大規(guī)模發(fā)生的激發(fā)因素。總之，由地震和其后的余震造成的皇澤寺摩崖造像保護(hù)區(qū)內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害相當(dāng)嚴(yán)重，并且使巖體、坡體松弛開裂，穩(wěn)定性降低，帶來巖體、坡體產(chǎn)生大規(guī)模崩塌滑塌的隱患，景區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)程度較高。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)評(píng)估

根據(jù)前面劃分出的地質(zhì)災(zāi)害類型，我們將其垂直劃分為2個(gè)區(qū)，分別為崖體頂部覆蓋層滑塌區(qū)和中部巖體崩塌區(qū)。

①崖體頂部覆蓋層滑塌區(qū)。皇澤寺摩崖造像崖體頂部覆蓋層范圍長約480米，頂部曾修建有一條截排水溝貫穿南北，距崖面約7米。截排水溝以下覆蓋層坡度較陡，沖溝發(fā)育，風(fēng)化層厚約2.5米，下部基巖為易風(fēng)化的紫紅色泥巖和土黃色砂巖，區(qū)域內(nèi)植被茂密，雨水充足，下部為直立崖體。在四川汶川“5.12”地震中，該區(qū)域崖頂邊多處垮塌，并沿垮塌后部出現(xiàn)與崖面平行的拉張裂縫，一旦雨季來臨，雨水沿坡面浸入裂縫，則可能出現(xiàn)整體滑塌，危及下部摩崖造像安全。

②危巖體崩塌區(qū)。崖體中部不穩(wěn)定的厚層砂巖體、上部強(qiáng)風(fēng)化砂巖與泥巖互層，根據(jù)崖面高度、出露巖層和地震后崩塌危險(xiǎn)程度的不同，劃分為南北兩段。南段為文物庫房至廣元府記碑廊段，崖體高度為25～35米，外露的巖層為巨厚層狀砂巖，在崖體上發(fā)育有兩組垂直于崖面的構(gòu)造裂隙，與平行于崖面卸荷裂隙共同切割巖體，已嚴(yán)重威脅到崖體的穩(wěn)定，地震加劇了這種切割作用，若不及時(shí)治理，進(jìn)一步發(fā)展，勢必會(huì)導(dǎo)致巖體的崩塌。北段為廣元府記碑廊至博物館段，崖體高度為18～28米，外露巖層下部為厚層狀砂巖，頂部為砂巖與泥巖的不等厚互層，上部巖層風(fēng)化嚴(yán)重，下部厚層砂巖裂隙發(fā)育明顯，易破碎，穩(wěn)固性很差，地震造成這一區(qū)域多處危巖體崩塌。

4 搶險(xiǎn)加固工程的原則

①保護(hù)工程不能改變文物體的原狀，要保護(hù)文物的真實(shí)性。它包括文物本體和文物環(huán)境，同時(shí)在保護(hù)工程實(shí)施過程中，不允許對(duì)文物體造成新的破壞和影響。②保護(hù)工程應(yīng)遵循可識(shí)別性和可持續(xù)性（可逆性）的保護(hù)原則。③失穩(wěn)巖體的加固保護(hù)必須考慮暴雨、地震等突發(fā)因素，保護(hù)措施宜采取隱蔽性結(jié)構(gòu)加固措施—錨固技術(shù)。

5 主要工程措施

搶險(xiǎn)加固保護(hù)工程主要采取隱蔽性結(jié)構(gòu)加固措施—錨固技術(shù)，采取預(yù)應(yīng)力錨索（桿）結(jié)構(gòu)來主動(dòng)施加預(yù)應(yīng)力以約束滑塌體（危巖體）變形。錨固力根據(jù)相關(guān)的公式計(jì)算，計(jì)算出的錨固值作為參考值和驗(yàn)證值，布置工程時(shí)應(yīng)考慮裂隙發(fā)育情況、摩崖造像分布等多種因素綜合確定。

①預(yù)應(yīng)力錨索。在摩崖造像區(qū)、文物庫房及辦公區(qū)、博物館區(qū)崖面設(shè)置3～5排預(yù)應(yīng)力錨索，水平方向間距5.0米，垂直方向間距6.0米，預(yù)應(yīng)力錨索由4根φS15.24高強(qiáng)度、低松弛的1860兆帕斯卡級(jí)鋼絞線制作而成。錨索鉆孔孔徑110毫米，鉆孔傾角15～20度，錨索長18～20米，錨固段長8米，每孔錨索設(shè)計(jì)荷載320千牛，鎖定荷載240 千牛。錨墊板采用250毫米×250毫米×18毫米的鋼板。錨索體注漿材料為1∶1水泥砂漿，水灰比0.40～0.45，砂漿強(qiáng)度不低于M30。

②φ110抗剪錨桿。在文物庫房及辦公區(qū)、博物館區(qū)崖面設(shè)置三排φ110抗剪錨桿，水平方向間距5.0米，垂直方向間距6.0米，與預(yù)應(yīng)力錨索交錯(cuò)布置。錨桿長度為9米，錨桿主筋采用雙根HRB335Φ25鋼筋，錨墊板為200毫米×200毫米×14毫米的鋼板。錨桿體注漿材料為1∶1水泥砂漿，水灰比0.40～0.45，砂漿強(qiáng)度不低于M30。

③φ90砂漿錨桿。在摩崖造像區(qū)、文物庫房及辦公區(qū)、博物館區(qū)崖面設(shè)置三排φ90砂漿錨桿，水平間距3.0米，垂直方向間距6.0米，與預(yù)應(yīng)力錨索交錯(cuò)布置，錨桿長度為9米，錨桿主筋采用HRB335Φ25鋼筋，錨墊板為150毫米×150毫米×14毫米的鋼板。錨桿體注漿材料為1∶1水泥砂漿，水灰比0.40～0.45，砂漿強(qiáng)度不低于M30。

④φ45砂漿錨桿。根據(jù)巖體的開裂和變形狀態(tài)對(duì)小塊危巖體采用φ45砂漿錨桿加固，錨桿長4米，鉆孔直徑45毫米，錨筋采用HRB335Φ16鋼筋，錨桿孔位及長度待崖面清理干凈后根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定。

⑤裂隙封堵及灌漿。對(duì)所有加固區(qū)崖面裂隙采用1∶1水泥砂漿進(jìn)行灌注并封堵作舊。

⑥預(yù)應(yīng)力錨索框架。預(yù)應(yīng)力錨索框架由兩根豎梁和兩根橫梁組成，每根豎梁自上而下設(shè)置兩孔預(yù)應(yīng)力錨索，長度為18～20米。框架由C25鋼筋砼現(xiàn)澆而成，橫梁、豎梁截面尺寸均為0.4米×0.5米，豎梁間距為3.0米。豎肋長度可以根據(jù)地形增加。

⑦綜合截排水措施。對(duì)皇澤寺文物保護(hù)區(qū)崖頂?shù)慕嘏潘疁线M(jìn)行了徹底的修復(fù)，采用M10漿砌片石構(gòu)筑，有效防止了地表水灌入裂隙和對(duì)坍塌體的沖蝕，消除了崖頂?shù)乇硭畬?duì)下部巖體和文物構(gòu)成的威脅。

6 主要施工工藝

①錨索（桿）孔成孔采用無水干鉆工藝。在滑塌體上鉆錨索（桿）孔，嚴(yán)禁開循環(huán)水鉆進(jìn)，以防止因循環(huán)水進(jìn)入滑塌體和滑帶，增加滑塌體重量，降低滑帶的強(qiáng)度指標(biāo)，導(dǎo)致滑坡穩(wěn)定性降低甚至失穩(wěn)，故采用了無水干鉆施工工藝。對(duì)較硬的巖層采用了紐扣式?jīng)_擊器沖擊鉆進(jìn)，高壓風(fēng)出渣；對(duì)滑帶及滑帶上部的軟巖及碎石土地層，如再采用紐扣式?jīng)_擊頭沖擊鉆進(jìn)，則容易堵塞氣孔，降低施工效率，所以采取了三牙輪鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，不僅不會(huì)堵塞氣孔，而且施工效率較高。

②跟管鉆進(jìn)并安裝導(dǎo)向棒。滑塌體完整性差、較破碎、軟硬互層、松弛，鉆孔時(shí)往往塌孔卡鉆，造成鉆孔事故甚至使鉆孔報(bào)廢，必須跟套管鉆進(jìn)以保護(hù)孔壁。鉆小傾角（15度）的錨索（桿）孔不同于鉆垂直孔，鉆小傾角錨索孔時(shí)，孔壁上方的破碎巖體在重力作用及鉆具的碰撞和震動(dòng)下，極易塌孔卡鉆，所以采用套管防護(hù)十分必要。滑塌體地層軟硬不均和巖層產(chǎn)狀與鉆進(jìn)方向的組合超出臨界角范圍后，往往會(huì)造成鉆孔偏斜、上翹或下垂，呈彎曲狀，改變了錨索（桿）軸向受力狀態(tài)，所以在施工中我們采取了在鉆桿上安裝導(dǎo)向棒的技術(shù)措施，并根據(jù)鉆孔測斜結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)判斷來確定安裝導(dǎo)向棒的位置并隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

③減小錨索（桿）預(yù)應(yīng)力損失的措施。滑塌體上的預(yù)應(yīng)力錨索（桿）不同于硬質(zhì)危巖體上的錨索，其預(yù)應(yīng)力損失較大。預(yù)應(yīng)力損失一般由三部分組成：施加預(yù)應(yīng)力時(shí)，在頂壓工作錨夾片的過程中造成預(yù)應(yīng)力損失，這是不可避免的；預(yù)應(yīng)力鎖定后，在千斤頂卸荷的過程中產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失，這也是不可避免的；地層的蠕變、鋼絞線的松弛、錨頭的松動(dòng)等因素都會(huì)造成預(yù)應(yīng)力損失。根據(jù)上述分析并結(jié)合巖層厚度、抗壓強(qiáng)度及巖體完整性等諸多具體因素，采取了超張拉的措施對(duì)錨索（桿）預(yù)應(yīng)力的損失進(jìn)行彌補(bǔ)，超張拉部分為原設(shè)計(jì)荷載的10%。

7 實(shí)施皇澤寺摩崖造像震后搶險(xiǎn)加固工程的重要意義及認(rèn)識(shí)體會(huì)

皇澤寺摩崖造像震后搶險(xiǎn)加固工程經(jīng)過廣大建設(shè)者的辛勤工作，按質(zhì)按量圓滿完成，及時(shí)消除了震后文物存在的安全隱患，也進(jìn)一步鞏固了震前文物保護(hù)工作成果，使皇澤寺摩崖造像上部及周圍的巖體更加穩(wěn)定，并經(jīng)受住了時(shí)間的考驗(yàn)。從加固工程完成至今，廣元皇澤寺摩崖造像保護(hù)區(qū)雖然也受到過周圍地區(qū)地震的波及和暴雨等惡劣氣候的影響，但都未發(fā)生危巖滑塌、崩塌現(xiàn)象，震前遇到暴雨等惡劣氣候影響時(shí)經(jīng)常發(fā)生的零星危巖滑塌、掉落現(xiàn)象也得到了有效的防治。總之，廣元皇澤寺摩崖造像震后搶險(xiǎn)加固工程有效解決了文物震前、震后存在的安全隱患，為文物保護(hù)工作可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了一個(gè)良好的環(huán)境。

在實(shí)施皇澤寺摩崖造像震后搶險(xiǎn)加固工程中我們主要有五點(diǎn)認(rèn)識(shí)和體會(huì)：一是作為摩崖造像文物載體的滑塌體（危巖體）在治理工程結(jié)束后不允許有變形量，如果工程治理結(jié)束后還有變形，即使是很微小的變形，其上部的文物體都將隨之發(fā)生變形破壞。二是文物保護(hù)工程以“不改變文物的原狀”為原則，要做到“修舊如舊”，加固工程應(yīng)與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)一致，保持文物景區(qū)所特有的自然景觀。三是施工前，應(yīng)做好文物安全、人員安全防護(hù)工作，防止發(fā)生文物、人員安全事故。四是工程施工區(qū)處于開放旅游區(qū)，要做到文明施工并做好環(huán)保工作。五是要加強(qiáng)施工管理，精心組織、科學(xué)施工，防止施工不當(dāng)對(duì)文物造成新的破壞。

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