桂林石刻病害分析及保護研究

肖瑾

摘 要：石刻病害的產生與地質、水文、降水、生物及人為影響密切相關。文章以龍隱巖龍隱洞石刻為例，對桂林石刻現狀、病害成因和防治實踐等方面進行分析研究，探索建立石刻病害防治體系，意在為桂林石刻保護和病害防治提供實踐經驗，對其他地區(qū)摩崖石刻及摩崖造像病害防治也有一定的參考價值。

關鍵詞：桂林石刻;病害分析;保護研究

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2022.06.012

0 引言

桂林是著名的歷史文化名城和旅游勝地，素有“桂林山水甲天下”（出自南宋王正功《鹿鳴宴勸駕詩》）之美譽。而延續(xù)千年的桂林石刻遍布于山水之間，形成了“看山如觀畫，游山如讀史”（出自清代陳元龍《龍隱洞詩》）的山水人文奇觀，也是體現桂林歷史文化深厚積淀和底蘊的重要載體。

桂林石刻現存2000余件，主要分布于普陀山、月牙山、龍隱巖龍隱洞、象鼻山等30余處名山洞府，為全國重點文物保護單位。其中史稱“摩崖殆遍，壁無完石”的龍隱巖龍隱洞石刻是桂林石刻最為集中典型的地點，其位于桂林市小東江畔月牙山瑤光峰南麓，鐫刻有自唐代以來歷代詩人名士留下的石刻213件，具有極高的歷史價值、文化價值和科學價值。但是隨著時代的發(fā)展，這些石刻遭受了一定程度的自然破損和人為影響，產生了嚴重的環(huán)境地質病害。

從文物保存學的角度來看，文物同任何材質的物品一樣，都會在外界環(huán)境的作用下發(fā)生病變、老化，甚至最終消亡。文物保護就是要摸清各種材質老化、劣化的規(guī)律，創(chuàng)造條件阻止其老化、劣化的進程，延緩降低它的老化、劣化速率，尋找最好的方法使文物“延年益壽”①。本文以龍隱巖龍隱洞石刻保護為例，對桂林石刻的病害成因及防治對策進行分析研究。

1 桂林石刻的自然環(huán)境與保存現狀

1.1 自然環(huán)境

桂林地處南嶺山系西南部，處在自西北向東南延伸的喀斯特巖溶盆地中，平均海拔150米，屬中亞熱帶濕潤季風氣候，境內氣候溫和，雨量充沛，河流水系發(fā)達。據國家氣象局和廣西生態(tài)環(huán)境廳相關統計數據顯示，桂林全年平均溫度在19.3攝氏度，年平均降雨量1900毫米左右，年平均日照時數為1670小時，平均蒸發(fā)量1500～1900毫米，年平均相對濕度為75%，雨水最多的季節(jié)為四月至七月，降雨量占全年的百分之四十。桂林全年風向以偏北風為主，平均風速為2.2～2.7米/秒。

1.2 保存現狀

桂林石刻多鐫刻在山崖石壁之上，以石灰?guī)r自然山體為載體，處于無保護的露天或半露天的保存環(huán)境中。在其漫長的保存過程中，文物本體及載體受到自然環(huán)境及人為因素的共同影響，特別是近現代城市化發(fā)展和環(huán)境污染的加劇，石刻發(fā)生了復雜多樣的病變，比如賦存巖體失穩(wěn)崩塌、水患、本體污染、表面風化等，文物劣化情況日益嚴重，保存環(huán)境也受到了嚴重的威脅。據文物部門相關調查統計，從1966—1993年不到30年的時間內，桂林的部分石刻表面蝕損已深達2毫米，其中龍隱巖龍隱洞有近30%的石刻被碳酸鈣或苔蘚覆蓋，字跡模糊，七星巖、太平巖等石刻已出現多件殘損和失存。據此推算，再過100年，桂林石刻將在自然剝蝕中消失1/3以上②。

2 桂林石刻病害分析—以龍隱巖龍隱洞石刻為例

2.1 危巖體病害

危巖體是龍隱巖龍隱洞石刻主要的病害，它能使山崖石壁發(fā)生變形位移，使巖體內部產生的裂隙互相拉裂交切，將崖壁巖體切割成塊狀，在遭受暴雨或地震作用時，危巖體極易與母巖分離而發(fā)生運動失穩(wěn)的地質災害，其具體表現為表層碎裂、崩塌殘留、巖溶堆積等。危巖的形成是內外因素共同作用的結果，地質環(huán)境、巖性特征等內在因素是危巖形成的物質基礎，自然風化、植物影響等外部因素是危巖崩塌失穩(wěn)的誘發(fā)因素，它們加速了危巖的形成③。

2.1.1 地形地貌

桂林屬于典型的喀斯特巖溶地貌區(qū)，處于漓江河谷階地和峰林平原之上，地面標高145～155米，區(qū)內地形復雜，山體陡峭直立。龍隱巖龍隱洞所在的月牙山最高海拔256米，自然形成的巖質邊坡坡度多在80度以上，容易形成巖土體崩塌的臨空面，加上地表水系發(fā)達，長期的沖溶蝕作用為危巖的形成提供了天然條件。

2.1.2 地層巖性

巖性對危巖發(fā)育控制明顯，尤其是灰?guī)r等脆性巖體是危巖形成的多發(fā)地點和主要內因。據勘測調查資料顯示，月牙山地層巖性主要為泥盆系灰?guī)r?；?guī)r呈灰白色，主要礦物成分為方解石，化學成分多為碳酸鈣，是龍隱巖龍隱洞石刻的唯一載體。灰?guī)r沉積年代長久，巖體內部的節(jié)理裂隙等結構面發(fā)育充分，層面與節(jié)理裂隙互相交錯，將巖體切割成了眾多的小型塊體。

2.1.3 水文氣候

桂林地區(qū)的水文氣候特點為濕潤多雨、干濕交替明顯、四季溫差大。月牙山西臨漓江的汊河小東江，充沛的地表水和大氣降水通過滲流通道滲入巖體，降低了巖體的強度，弱化了危巖體與母巖之間的黏結力，加快了裂隙的發(fā)展。地表植被也因為潮濕多雨的氣候生長十分茂盛，植物根部不斷生長，持續(xù)擴張巖體的裂隙、節(jié)理和軟弱面。

2.2 水害

眾所周知，水對任何形式的腐蝕破壞因素都能起到媒介的作用，對石質文物危害巨大④。桂林石刻位于溫暖潮濕、雨量充沛的南方地區(qū)，常年受到雨水和地表水的侵蝕，產生了裂隙滲水、坡面雨水沖刷等嚴重水害。

2.2.1 裂隙滲水

裂隙滲水是龍隱巖龍隱洞石刻面臨的主要水害問題。巖洞頂部分布有縱橫交錯的各種裂隙，構成了立體滲流通道。山頂的大氣降水沿著山體中的裂隙滲流入巖洞，在石刻區(qū)巖石表面以點滴狀或線狀形成滲（滴）水點。裂隙滲水具有滲水量小、滲水速度慢、延續(xù)時間長的特點，對石刻造成長期的滲（滴）水危害。

2.2.2 坡面雨水沖刷

處于巖洞外露天區(qū)域的石刻極易受到雨水和地表徑流的沖刷，造成石刻表面污損破壞，尤以龍隱巖外側及龍隱洞洞口的石刻最為嚴重。月牙山山體陡峭，其上發(fā)育的構造裂隙、卸荷裂隙和層面裂隙相互交切，構成了滲流的連通網絡。大氣降水以山脊為分水嶺，朝山脊兩側產生徑流，與裂隙滲水共同作用形成坡面崖壁漫流沖刷。

2.3 風化病害

根據長期監(jiān)測調查數據顯示，由于外界自然因素的破壞作用，近一二十年來桂林石刻風化剝蝕的速度明顯加快，部分石刻表面出現嚴重的病變，主要表現為表面溶蝕、風化裂隙、層片狀剝落、生物損害。

2.3.1 表面溶蝕

桂林石刻的載體為石灰?guī)r，是碳酸鹽巖的代表性巖石類型之一，其長期遭受雨水沖刷，表面發(fā)生了溶蝕風化，軟質夾雜物溶解脫落，形成了大大小小的坑窩狀或溝槽狀的孔洞。桂林又位于西南酸雨區(qū)的范圍內，桂林市生態(tài)環(huán)境狀況公報顯示：2019年，桂林市區(qū)降水pH值范圍為4.30～6.83，均值為5.00，比上年下降0.15;酸雨頻率為75.5%，比上年上升6.5個百分點，位居全區(qū)各大城市之首，酸雨也導致了石刻表面溶蝕現象的加劇。

2.3.2 風化裂隙

桂林地區(qū)屬于高溫高濕地區(qū)，溫差較大。例如冷空氣抵達時氣溫會突然下降，溫差可達10～20攝氏度。反復的熱脹冷縮作用，巖石積蓄的能量在短時間內釋放，這便會產生較大的自然力，造成石刻表面產生沿著石刻材質紋理發(fā)育的淺表裂隙。

2.3.3 層片狀剝落

石灰?guī)r晶體結構呈現片狀和塊狀結構，自身具有剝離的傾向。龍隱巖龍隱洞石刻長期受到外力擾動、水鹽破壞、溫度周期變化等原因的影響，部分石刻出現了沿著巖石紋理發(fā)育的表層片狀、板塊狀剝落、空鼓等現象。

2.3.4 生物損害

桂林地區(qū)潮濕多雨，河流水系發(fā)達，龍隱巖龍隱洞又位于小東江畔，植物、苔蘚、地衣和菌類微生物在石刻表面和裂隙中繁衍生長，同時分泌出有機酸、碳酸等溶液，導致石刻受到機械和腐蝕破壞。

3 桂林石刻保護應遵循的保護原則

桂林各歷史時期遺存的鐫刻有文字符號、圖形圖像、造型造像的摩崖、碑刻、石雕等石刻類文物，它們具有厚重的歷史、文化、藝術和科學價值，根據《中華人民共和國文物保護法》《廣西壯族自治區(qū)文物保護條例》以及相關法律法規(guī)，結合桂林石刻實際，對其保護應遵循以下原則：

①貫徹文物工作“保護為主、搶救第一、合理利用、加強管理”的方針，對文物本體、載體與賦存環(huán)境加以整體保護。

②遵循“不改變文物原狀”“最小干預”原則，保護文物及其歷史環(huán)境的真實性和完整性。

③進行全面、詳細、科學的地質勘察，明確病害的類型、分布范圍、穩(wěn)定性、危害程度與發(fā)展趨勢，查明病害形成原因，結合石刻文物保護的特點，制定有針對性的防治方案。

④采用傳統技術與現代科學技術、主動加固和被動防護相結合的防治措施，避免過度治理。

4 桂林石刻病害防治對策—以龍隱巖龍隱洞石刻為例

4.1 危巖防治

4.1.1 危巖分布范圍及特點

經過勘測調查，龍隱巖龍隱洞石刻區(qū)域共圈定了9處危巖體，主要分布在龍隱巖巖壁、龍隱巖崖壁、“四節(jié)堂”石刻附近、龍隱洞口、龍隱洞內、辦公區(qū)南側等9處。穩(wěn)定性評價分析顯示本次圈定的危巖穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定的共有4處，基本穩(wěn)定的有5處，危巖破壞模式為滑移式、傾倒式和墜落式。其中龍隱洞內有4處危巖體為自然形成的鐘乳石，暫時處于穩(wěn)定狀態(tài)，但隨著巖體裂隙的不斷發(fā)育，極有可能發(fā)生危巖體失穩(wěn)崩塌。

4.1.2 危巖防治技術方案

危巖防治以危巖的完整性、規(guī)模大小及穩(wěn)定狀態(tài)為依據，對危巖采取針對性的防治措施。施工前應檢查有無裂隙水壓力存在，如有則優(yōu)先采用排水措施，再采用錨固、防護網、清除等措施處理傾倒變形，將危巖與穩(wěn)定巖體固定，最后對裂隙進行灌漿處理，防止裂隙進一步發(fā)展。裂隙灌漿材料依據巖體力學特性、氣候環(huán)境特征選用CMK低游離質無機膠凝材料，鉆孔采用帶水源金剛石鉆和梅花樁形回旋鉆孔工藝。

①錨固

錨固技術是采用錨桿、錨索、錨釘進行危巖治理的技術類型⑤，可以提高滑移面的抗滑力，還可以提供部分抗剪力，壓緊結構面，增強整體穩(wěn)定性。為了控制和減小錨固成孔對巖體的振動影響，錨固成孔選用功率較小的磨削破巖工藝精細化施工，同時使用必要的防塵設備，減少粉塵、巖渣對環(huán)境的污染。錨桿安裝及錨固體注漿完成后，錨頭還需要修補砂漿和覆蓋復合材料進行防腐做舊處理，確保處理后的顏色和紋理與巖體過渡自然協調。

②裂隙灌漿

為了確保危巖體的整體性，對其中形成滲流通道的裂隙進行有壓灌漿處理，提高主控結構面的力學強度、降低裂隙水壓力。裂隙灌漿作業(yè)前需清理裂隙周邊及內部的浮土、雜草，植物根系等。對于山體頂部和巖壁上寬度較大的裂隙，可采用顏色接近巖體的塊石進行封縫處理。封縫的同時將硬質注漿管插入鉆孔，并在底部預留一定的灌漿空間。壓力注漿前還需對裂隙封縫效果和表面防護措施進行檢測，在壓力注漿過程中要循序漸進，按照先濃后稀的原則，對靠近注漿裂隙的文物要做好防護，如發(fā)現滲漏漿先兆時，要立即停止注漿及時處理，防止?jié){液造成污染。

③主被動防護網

采用錨桿、支撐繩等固定方式將鋼絲繩、鋼絲網覆蓋或者安裝在可能發(fā)生地質災害的山體坡面上，利用柔性防護網的嵌鎖吸能作用對山體破碎危巖進行限制、攔截和堆存崩巖，維持危巖體的穩(wěn)定。防護網施工應注意與周邊環(huán)境相協調，不破壞文物區(qū)的自然風貌。

④危巖體清除

依據危巖體和現場條件，對部分已脫離母巖、穩(wěn)定性差、危險性大的危巖體采取清除處理。由于涉及文物保護，且危巖體清除技術具有破壞性，所以清除前要進行充分論證，確認其對母巖的損傷程度，謹慎采用風槍鑿眼、人工鑿石、無聲靜態(tài)破碎技術等方法解體危巖，嚴禁采用爆破的方式，施工流程按逆作法嚴格執(zhí)行，加強施工監(jiān)測防護，避免產生新的安全隱患。

4.2 水害治理

4.2.1 水害分布區(qū)域及特點

月牙山頂的雨水沿山體中的裂隙滲流發(fā)育，構成了連通的巖體滲流網絡，并在交匯點發(fā)育形成滲（滴）水點?？睖y調查資料顯示，龍隱巖龍隱洞內主要的滲水點有9處，對石刻有直接影響的滲水點有6處，巖洞外崖壁上還分布有6條近水平狀層面裂隙和4條壓性垂直節(jié)理，水平狀裂隙長度30～50米，張開度為5～10厘米，垂直節(jié)理長度10～30米，張開度為5～15厘米⑥。

4.2.2 水害防治技術方案

依據地形條件和治理環(huán)境相協調原則，對主要的滲水通道進行裂隙注漿，對石刻無直接影響的滲水點和通道不進行處理，作為天然排泄通道，起到導水作用。裂隙灌漿前要進行現場試驗，確定灌漿材料合理的配合比，經過檢測和專家論證后方可開始裂隙灌漿施工。

①滲水裂隙注漿

采取較寬裂隙和微裂隙綜合注漿工藝對裂隙巖體進行壓力注漿。在注漿過程中要自上而下嚴密觀測，采用不同裂隙間隔注漿法。對于寬度大于20毫米的裂隙采用注漿機注漿。寬度小于20毫米的裂隙采用人工預埋注漿，注漿工具使用200毫升的注射器，同時將注漿管深入裂隙底部，以達到更好的封閉效果。

②修建排水溝

先對山體上部原排水溝進行維修改造，確保原有排水系統通暢，再沿山體頂部和人行走道各新建一道排水溝，用于疏導從山體表面順流的地表水，阻隔地表水沿裂隙通道進入石刻區(qū)域。新建排水溝依據山頂實際地形建造，坡度不小于2%，每隔10～15米要留出一條寬2厘米的伸縮縫，用瀝青麻筋材料填塞。

③膨潤土防滲鋪蓋

山崖頂部有巖溶裂隙發(fā)育，對于滲流通道較多的地段，選用天然環(huán)保的膨潤土防水毯進行鋪蓋治理，阻滯雨水滲入到巖體中。膨潤土防水毯鋪設完畢后還應及時鋪設土工膜，以避免其遭受風雨的侵蝕。

4.3 防風化治理

目前防風化的措施主要有清洗、表面封護等，其中表面封護是石質文物防風化研究的重點，主要是采用特定的化學保護材料噴涂在石刻表面以隔絕大氣污染物和水等外界有害因素，避免它們對石質文物產生侵蝕⑦。但由于石刻的不可再生性和保護材料研究的局限性，特別是一些化學材料對石刻的破壞作用，現階段建議謹慎使用涉及各種新保護材料的技術方法。龍隱巖龍隱洞石刻防風化主要采用人工清洗和高新技術清洗（激光清洗、微粒子清洗等）結合的方式，清除的對象包括雜草藤蔓、植物根系、微生物和碳酸鈣覆蓋層等石質表面的有害污染物。清洗處理破壞了有害物質的生存環(huán)境，有效延緩了石刻風化的速度。

4.4 監(jiān)測預警系統

為保證文物保護防治效果，掌握石刻與賦存環(huán)境間相互作用的實際情況，在文物保護區(qū)域建立監(jiān)測預警系統，包含文物本（載）體、自然環(huán)境、人為因素等專項監(jiān)測。監(jiān)測產生的大量核心數據，為石刻保護管理和實踐提供了有效的數據支撐和決策依據，實現從被動的搶救性監(jiān)測到主動的預防性監(jiān)測的轉變⑧。

①采用專業(yè)設備與人工巡查結合的方式對石刻本（載）體的風化狀況、滲水狀況、巖體裂隙及穩(wěn)定性等情況進行長期監(jiān)測，定期開展石刻保存狀況及病害專項調查，建立相關數據檔案。

②利用豐富的科技創(chuàng)新資源，借助云計算、互聯網等技術手段在龍隱巖龍隱洞石刻保護區(qū)域設置溫濕度、光照度、紫外線、人流量等文物保存環(huán)境監(jiān)測點，實現動態(tài)監(jiān)測、信息實時收集和可視的系統管理。

③通過文物監(jiān)測預警系統的大數據計算分析，研究大環(huán)境與微環(huán)境變化規(guī)律及相互影響，有針對性地開展石刻病害防治研究。

5 結語

石刻病害的產生與地質、水文、降水、生物及人為影響密切相關，其成因復雜，破壞形式多樣，防治難度較大，是目前文物保護研究的重點和難點。桂林石刻保護的歷史悠久，最早可追溯至唐代。如今我們將古人行之有效的保護方法結合當下先進的科學技術，對桂林石刻進行全方位立體的保護，有效減緩了文物劣化消亡的過程，延續(xù)了文化遺產的生命力。

隨著《國家文物事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》和《桂林市石刻保護條例》的實施，桂林石刻保護也由注重搶救性保護向搶救性與預防性保護并重轉變，也由注重文物本體保護向文物本體與周邊環(huán)境、文化生態(tài)的整體保護轉變。將文物保護事業(yè)進行整體規(guī)劃、布局、部署，創(chuàng)新文物安全監(jiān)管模式，加大石刻文物保護力度，建立病害清除、環(huán)境控制、長期監(jiān)測、規(guī)范管理、基礎研究為一體的石刻病害防治體系，有利于傳承和弘揚中華優(yōu)秀傳統文化，也促進了文物保護事業(yè)的發(fā)展。

注釋

①陸壽麟.摩崖石刻石窟保護理論基礎的思考[N].中國文物報，2017-11-24（006）.

②嚴銘.桂林石刻的保存現狀和保護歷史[C]//李治國.2005年云岡國際學術研討會論文集（保護卷）.北京：文物出版社，2006.

③鄭曉嬌.桂林地區(qū)危巖形成機制及防治對策的研究[D].桂林：桂林理工大學，2012.

④郭宏，黃槐武.文物保護中的“水害”問題[J].文物保護與考古科學，2002（1）：56-62.

⑤陳洪凱，唐紅梅，葉四橋，等.危巖防治原理[M].北京：地震出版社，2006.

⑥劉碩，白雪亮，張彬，等.桂海碑林摩崖石刻水害成因分析及防治對策[J].水文地質工程地質，2020，47（2）：126-133.

⑦雷驚雷，黃美燕，陳卉麗，等.摩崖石刻風化及其保護材料[J].材料導報，2012，26（15）：88-92.

⑧王麒，安程.以病害劣化為核心的石質文物監(jiān)測思路探索—以北京地區(qū)漢白玉石質文物監(jiān)測為例[J].中國文化遺產，2018（4）：44-48.