龍山石窟搶險(xiǎn)加固保護(hù)實(shí)施對(duì)石窟的成效

葛海江

摘 要：龍山石窟始鑿于唐代，開(kāi)鑿至今已有1300余年，在漫長(zhǎng)的歷史年代中，隨著石窟區(qū)環(huán)境的變遷，在自然和人為等不利因素的影響下，石窟所依附的地質(zhì)和環(huán)境載體產(chǎn)生了變化，存在巖體松弛卸荷、位移、石刻造像風(fēng)化剝落、水流沖刷、溶蝕酥堿、植物生化破壞等多種地質(zhì)病害。這些病害嚴(yán)重威脅到龍山石窟造像的安全，2015—2017年對(duì)龍山石窟巖體進(jìn)行了搶險(xiǎn)加固保護(hù)，此次加固工程對(duì)保障石窟整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定起到了重要的作用，有效保護(hù)了龍山石窟的完整。

關(guān)鍵詞：龍山石窟;加固措施;保護(hù)效果

龍山位于山西省太原市西南20千米的群山之中，屬呂梁山脈分支，位于峰頂?shù)凝埳绞呤艰徲谔拼?，主窟開(kāi)鑿于元代，明代略有增補(bǔ)，共有9個(gè)洞窟，是我國(guó)現(xiàn)存少有、規(guī)模最大的純道教石窟，1996年被國(guó)務(wù)院公布為第四批全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。唐武周女皇帝武則天封王子晉為升仙太子，親筆所書(shū)《升仙太子碑》碑文，晉陽(yáng)（北都）為紀(jì)念此事，于龍山昊天觀東側(cè)巨石上開(kāi)鑿兩個(gè)道教石窟，分別為玄真龕和三天大法師龕。元太宗六年至十一年（1234—1239），由全真教道士宋德芳（道號(hào)披云子）主持開(kāi)鑿五個(gè)石窟。龍山石窟保存至今，是中國(guó)道教文化的杰出代表，更是山西道教文化發(fā)展史上的光輝一頁(yè)。

1 龍山石窟存在的病害與問(wèn)題

石窟主要的巖體病害為裂隙、植物生化作用、雨水和風(fēng)化等作用。其中，裂隙分為卸荷裂隙和構(gòu)造裂隙，一般長(zhǎng)數(shù)米，有些裂隙縱深發(fā)育至石窟內(nèi)，裂隙與構(gòu)造面相互作用將石窟區(qū)巖體切割成大小不同的塊狀，從而形成危巖體，易產(chǎn)生崩塌危險(xiǎn)。植物的根系則容易形成根劈作用，加速了裂隙的發(fā)展，形成危害。由于石窟裸露在戶外，每逢降雨天氣，雨水會(huì)順著巖體內(nèi)裂隙的發(fā)育，形成雨水滲漏通道。下滲的雨水使泥質(zhì)膠結(jié)的礫巖層松散，對(duì)石刻和石雕造成嚴(yán)重風(fēng)化。

1.1 裂隙病害

由于龍山石窟石質(zhì)為砂巖和砂礫巖，石質(zhì)較為松軟，耐風(fēng)化能力和承載力比較低。另一方面，由于龍山石窟外部宋德方曾記載的閣樓隨著歷史原因塌毀，石窟被裸露在外。數(shù)百年以來(lái)，受太原地區(qū)地震等地質(zhì)災(zāi)害影響，巖體發(fā)育出多組構(gòu)造裂隙、卸荷裂隙。這些裂隙和構(gòu)造面相互作用，錯(cuò)綜復(fù)雜，將石窟區(qū)巖體切割成塊狀，石窟分割后結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，形成危巖體。部分裂隙直接延伸發(fā)育至石窟內(nèi)山體，貫穿了地下水通道，改變了窟內(nèi)空氣的濕度，加大了石窟受潮的危險(xiǎn)。龍山石窟第4窟左側(cè)的大裂隙（圖1）是石窟病害中最為明顯的裂隙，也是最為危險(xiǎn)的病害，如果任由發(fā)展必將危及石窟的整體結(jié)構(gòu)，造成石窟結(jié)構(gòu)性坍塌。

1.2 植物根劈和生化作用

龍山石窟位于太原市西山，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季雨熱同季，地表植被此時(shí)生長(zhǎng)最為旺盛。龍山石窟周邊植被主要為落葉小喬木、灌木和雜草。植物根系深入已有的卸荷裂隙、構(gòu)造裂隙和軟弱層里面，一方面根系是為了從土壤和巖石中吸取營(yíng)養(yǎng)元素，在生長(zhǎng)的過(guò)程中，根系則順著巖體裂隙，一直往深處生長(zhǎng)，隨著樹(shù)木越長(zhǎng)越大，這種根劈的作用力慢慢使得巖體進(jìn)一步開(kāi)裂破碎，進(jìn)而對(duì)文物造成破壞。另一方面，植物枝葉等掉落腐爛后分泌出有機(jī)酸和氣體，形成腐殖質(zhì)，與巖石中的礦物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，腐蝕和分解巖體內(nèi)碳酸鈣，加速了巖體的風(fēng)化速度和破壞程度。

1.3 風(fēng)化作用

龍山石窟的風(fēng)化病害主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是風(fēng)吹日曬，雨雪水消融滲透，致使石窟巖體的外表面風(fēng)化導(dǎo)致巖體崩解、墜落、剝落等。每年春季石窟外表面都會(huì)有大量的片狀巖石從石窟外立面巖體上掉落下來(lái);二是石窟內(nèi)雕像等表層膨脹、色彩脫落。這兩種都是基于物理和化學(xué)等作用致使石窟被破壞?？傮w來(lái)說(shuō)，龍山石窟第2、3窟和第5、6窟較其他幾個(gè)窟保存較好，色澤較鮮明。第1、7窟由于窟頂巖體裂隙，產(chǎn)生較大裂縫，雨雪水順著裂縫滲透至石窟頂部。第1窟頂部巨型蟠龍龍紋風(fēng)化嚴(yán)重，目前剩1.5平方米左右，可見(jiàn)巨大龍爪和部分龍身;第7窟頂部據(jù)記載為二龍戲珠浮雕圖案，由于長(zhǎng)期雨水侵蝕，大部分浮雕已模糊不清，隱約可見(jiàn)龍形條紋。風(fēng)化與裂隙分布也有關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，裂隙附近風(fēng)化較為嚴(yán)重。

根據(jù)《玄都至道披云真人宋天師祠堂碑銘并引》“……修葺三年，殿閣崢嶸，金朱丹雘，如鰲頭突出一洞天。”可知元代時(shí)期石窟外修建了規(guī)模宏大的窟檐建筑，有效保障石窟不受陽(yáng)光和雨水直接侵蝕。但由于歷史原因，原窟檐建筑塌毀，目前僅剩崖體上遺留的圓形孔洞和第3、4、6、7窟附近可見(jiàn)的石質(zhì)柱礎(chǔ)石，石窟裸露在戶外。受雨水沖刷和溫差影響，風(fēng)化過(guò)程通常呈層狀厚約1厘米片層脫離，但過(guò)程較為平緩。石窟窟內(nèi)風(fēng)化較為復(fù)雜，受氣溫和濕度等因素影響，一般風(fēng)化面表現(xiàn)為粉化脫落。石窟頂部浮雕一般表現(xiàn)為沿巖石水平層理的層狀脫落;壁面較為陡直的部位一般為鱗片狀脫落;粒度較粗的雕刻表面由于礫石脫落，常常風(fēng)化成微孔狀。

1.4 雨雪水和滲漏水等作用

因龍山石窟外部元代時(shí)期修建的窟檐體坍塌，石窟頂部處于原石裸露狀態(tài)，每逢降雨和下雪天氣，雨水直接對(duì)石窟表面進(jìn)行沖刷，積雪的滲透消融，熱脹冷縮的過(guò)程對(duì)石窟危害較大。且龍山石窟第1、2窟因裂隙貫通，第1窟頂部有一條長(zhǎng)約1.3米的缺口，在降大雨或短時(shí)暴雨時(shí)，雨水在窟頂匯集直接沖刷洞窟和崖壁巖體，對(duì)石窟的破壞性非常大，第1窟窟頂巨龍浮雕已被雨水侵蝕，大部分模糊不清，危害性極大。其他石窟由于雨水滲透而改變石窟內(nèi)的濕度，特別是遇到連續(xù)多天的降雨天氣，雨水淋濕石窟外表面，并順著石窟縫隙逐漸滲透流動(dòng)至石窟窟內(nèi)，從而危害至石窟內(nèi)壁的雕像以及彩塑繪畫(huà)，危及文物本體，危害性極大。

2 加固工程措施

目前，國(guó)內(nèi)石質(zhì)文物危巖體加固保護(hù)常用的是錨索或錨桿加固、掛網(wǎng)、注漿、砌補(bǔ)等方法，先進(jìn)行勘察設(shè)計(jì)，根據(jù)危巖體實(shí)際情況有針對(duì)性地選擇使用。

龍山石窟危巖體裂隙發(fā)育、風(fēng)化程度高且石窟開(kāi)鑿密集，經(jīng)計(jì)算危巖體處于穩(wěn)定—基本穩(wěn)定的狀態(tài)，不宜使用錨固工程。2015—2017年的保護(hù)工程采用注漿、裂縫封閉、砌補(bǔ)、截排水相結(jié)合的方法對(duì)危巖體進(jìn)行加固。

2.1 裂隙注漿

“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“石質(zhì)文物保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究”（2009BAK53B00）項(xiàng)目根據(jù)巖土質(zhì)文物加固需求研發(fā)出裂隙灌漿新材料—礦物聚合物灌漿材料，并提倡應(yīng)用于砂巖石窟裂隙注漿及局部修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)。對(duì)裂隙擬采用無(wú)機(jī)礦物聚合物進(jìn)行灌注并封堵做舊。

相對(duì)于傳統(tǒng)的水泥砂漿，無(wú)機(jī)礦物聚合物具有以下優(yōu)點(diǎn)：①文物保護(hù)特殊性，強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間可調(diào);②主要成分和原巖接近，抗水耐久性強(qiáng);③符合文物保護(hù)原則，和原巖結(jié)合得好。漿液在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)固液配比為0.4～0.6，具體可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)裂隙開(kāi)展情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

在龍山石窟所進(jìn)行的灌漿加固工程中，依據(jù)實(shí)際情況，裂隙注漿前先要清理干凈裂隙，如果裂隙不易清理可采用高壓吹氣法或高壓水槍法（不推薦使用）。較深的裂縫需先在裂縫中下部打孔，用高壓風(fēng)由內(nèi)向外吹風(fēng)清理，并保留孔位分層埋設(shè)注漿管;裂縫封閉要密實(shí)，封閉口應(yīng)鏟除風(fēng)化層，采用界面黏結(jié)力強(qiáng)的聚合物進(jìn)行封閉，以防有跑漿現(xiàn)象;注漿管需埋設(shè)于裂縫下部，上部設(shè)置出氣口，從下向上分層注漿，以保證漿液的飽滿性，使?jié){液能夠緊密有效地與土體結(jié)合，達(dá)到裂隙充填飽滿封閉的效果，漿液從充氣口冒出視為注漿飽滿。

工藝流程：裂縫檢測(cè)→裂縫面層處理→裂縫清理→確定注漿孔位→安置注漿管→封閉裂縫→安設(shè)底座→計(jì)算注漿量→配制漿液→安置注漿器→注漿→漿液飽滿度檢查→拆除注漿管→表面復(fù)舊處理。

2.2 砌補(bǔ)加固

巖體軟弱層通常由于風(fēng)化作用形成了凹腔，為防止柔軟夾層中的風(fēng)化凹腔繼續(xù)風(fēng)化腐蝕，對(duì)凹腔部位進(jìn)行砌體嵌補(bǔ)，砌體材料常規(guī)采用M10漿砌片石。砌筑時(shí)，對(duì)砌體底部進(jìn)行清理，設(shè)置一定的倒坡，防止砌體產(chǎn)生滑移，保證嵌補(bǔ)砌體的穩(wěn)定。砌體嵌補(bǔ)不可過(guò)量，且砌體表面要保持與周邊巖體的自然順接。砌筑后用水泥砂漿、巖粉、顏料、膠泥等材料進(jìn)行表面做舊，保持崖面的整體平順和與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)。

龍山石窟第7窟存在歪閃和拉裂病害（圖2），歪閃病害發(fā)育在窟門(mén)北側(cè)巖體，巖體長(zhǎng)70厘米，高35厘米，厚25厘米，1996之前已崩塌，隨即采用簡(jiǎn)易支撐歸安。由于簡(jiǎn)易支撐過(guò)于簡(jiǎn)陋，無(wú)法承受上部重力，支撐結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，巖體向南側(cè)歪閃，情況緊急。拉裂病害發(fā)育在龍山石窟第7窟窟門(mén)及北側(cè)立壁上方，巖體長(zhǎng)約200厘米，高35厘米，厚25厘米，在上部載荷和自身重力作用下延風(fēng)化裂隙向下產(chǎn)生拉裂。原有片石支撐不足以提供足夠的承載力且與石窟不協(xié)調(diào)，石窟外室頂部已出現(xiàn)四道卸荷裂隙，存在錯(cuò)位現(xiàn)象，情況緊急。

龍山石窟第7窟外墻由于存在部分垮塌現(xiàn)象，垮塌之后僅做了簡(jiǎn)單的歸安處理，歸安后的砌體幾乎不能為上部巖體提供承載力，因此必須對(duì)第7窟的缺失部分進(jìn)行砌補(bǔ)加固。第5窟右側(cè)巖體下部出現(xiàn)凹腔，長(zhǎng)期發(fā)展將無(wú)法支撐巖石的重量，從而發(fā)生局部垮塌，需要砌補(bǔ)。

3 保護(hù)效果及現(xiàn)狀

2015年5月至2017年年底，歷時(shí)3年時(shí)間對(duì)龍山石窟進(jìn)行搶險(xiǎn)加固，龍山石窟第4窟左側(cè)并貫徹第1、2窟巨大的裂隙進(jìn)行了錨固、注漿加固，使石窟內(nèi)部存在的巨大縫隙得到連接和加固，石窟結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，阻斷了山體內(nèi)部雨水向石窟方向發(fā)展的通道。將巨大的裂隙封堵之后，通過(guò)對(duì)裂隙表面砂漿石粉處理，在視覺(jué)上達(dá)到與原石窟巖體相一致的效果，達(dá)到保護(hù)的目的。

3.1 石窟大裂隙注漿砌補(bǔ)使石窟結(jié)構(gòu)完整

龍山石窟第4窟左側(cè)外觀長(zhǎng)約3.2米，最寬30余厘米，縱深2米左右的大裂隙，嚴(yán)重威脅到石窟的整體結(jié)構(gòu)，是此次石窟搶險(xiǎn)加固的首要問(wèn)題。第一步，對(duì)裂隙使用具有拉力的錨索和錨桿加固，盡量減緩裂隙進(jìn)一步發(fā)育和發(fā)展;第二步，毛石回填，注入無(wú)機(jī)礦物聚合物漿，讓原石窟之間的巨大裂隙得到填補(bǔ)，裂隙從外而內(nèi)，逐步變窄，在末梢處粘連在一起，使石窟完整。注漿后，有效阻斷形成的地下水通道，使窟內(nèi)空氣保持穩(wěn)定狀態(tài)，延緩了石窟病害發(fā)展。對(duì)酥松的部分進(jìn)行清理，用石塊砌筑石墻，從而恢復(fù)了承載能力，同時(shí)還原石窟原有風(fēng)貌，保障了石窟的完整。

3.2 人工去除雜草，減少植物的生化作用

每年開(kāi)春和秋末，定時(shí)安排工作人員對(duì)龍山石窟上生長(zhǎng)的植物和灌木進(jìn)行清理，減少植物根系根劈作用和酸性腐蝕對(duì)石窟的破壞，從而減緩石窟的風(fēng)化和破壞。

3.3 砌補(bǔ)凹腔處，保障石窟結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

龍山石窟第5窟右側(cè)下部凹腔處和第7窟玄門(mén)列祖洞窟外砌筑砂石墻體，增加底部和外部的支撐力，保證石窟結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而得到持久保護(hù)。特別是第7窟外砌筑的砂石墻體有效支撐了第7窟窟頂?shù)闹亓?，保留了石窟原歷史風(fēng)貌門(mén)洞和石窗，既能滿足游客參觀和采光需求，又保證了石窟外觀的美觀和整體性。

3.4 窟頂做防水處理，阻隔雨水侵蝕。

對(duì)石窟頂部使用現(xiàn)代聚合防水材料進(jìn)行防水處理，再鋪厚約10厘米的細(xì)砂和黃土混合層，保證了防水效果，同時(shí)減小了石窟窟頂自身的重量和荷載壓力。此次防水處理有效阻隔了雨水的滲透、侵蝕和雪水在凍融之間轉(zhuǎn)化時(shí)對(duì)石窟巖石顆粒之間的縫隙造成的破壞。防水處理后第1窟窟頂未再發(fā)生因雨雪水而造成窟頂被水大面積浸濕的情況，有效保護(hù)了石窟頂部龍紋浮雕、雕像和題記等珍貴文物。

4 結(jié)語(yǔ)

總體來(lái)說(shuō)，龍山石窟搶險(xiǎn)加固工程對(duì)原石窟出現(xiàn)的大裂隙、凹腔處砌補(bǔ)、植物根劈和窟頂漏水等方面進(jìn)行了搶險(xiǎn)加固，對(duì)保障石窟整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定起到了重要的保護(hù)作用，對(duì)延緩石窟病害對(duì)石窟的影響起到較好的作用，有效保護(hù)了龍山石窟的完整。