錨筋固危崖穿洞引水患

董廣強

摘要：天水地區是我國地震活動比較頻繁的地帶。歷史上多次的地震使麥積山山體表面和內部形成許多縱橫交錯的表層裂縫和深度裂縫，一些石窟洞窟發生垮塌。麥積山石窟維修加固工程開始于20世紀70年代初期，歷時13年，采用“噴錨粘托”等綜合技術手段基本解決了山體穩定性的問題。因山體長期存在滲水情況，威脅洞窟內泥質文物的長久保存，從20世紀90年代中后期又開展了麥積山石窟滲水治理工程，但石窟滲水問題始終沒有得到根治。文章對麥積山石窟維修加固和滲水治理兩大文物保護工程所采取的工程方案及技術手法進行了深入闡述和剖析。

關鍵詞：麥積山石窟；維修加固；滲水治理；工程保護

一、麥積山石窟維修加固工程

天水地區是我國地震活動比較頻繁的地帶。自公元366年始，共記載地震57次，其中具有破壞性的11次，對麥積山石窟直接造成影響的有5次。由于麥積山的巖質疏松，在山體表面開鑿有大量的洞窟，在地震力的作用下，山體表面的巖石和洞窟很容易發生崩塌。據記載，唐開元二十二年（734年）地震使山體中部的近百個早期洞窟毀于一旦。除此外，地震還使山體形成許多縱橫交錯的表層裂縫和深度裂縫。據20世紀70年代初期的調查，當時現存的194個洞窟中（近幾年的洞窟調查中將洞窟號增補為221個），大部分塌毀的有63個洞窟，小部分塌毀的有28個洞窟，另外受縱橫裂隙切割破壞的有69個洞窟，只有34個洞窟保存相對完好。

1953年8月，中央人民政府文化部委派吳作人為團長的勘察團，對麥積山石窟進行全面勘察。針對石窟面臨的險情及維修保護問題，勘察團建議“政府能考慮以現代工程上應用的科學方法（如橫穿崖石裂隙，貫以鋼筋和灰漿）來鞏固這個危崖，以保存我們民族一千四五百年以前所創造的、在藝術上有驚人造詣的人類文化的奇跡”。

1953年9月，麥積山文物保管所成立后，廣泛邀請地質、建筑及文物等方面的專業技術人員，到現場進行地質地貌等方面的勘察，陸續提出一些地質評價和加固設想。對地質結構總的評價是：石窟所處的山體是穩定的，歷史上的坍塌，對整個山體來講，僅僅是表層剝落而已，山體內部的基巖是穩定的。

1972年，國家文物局的工程技術人員提出三個加固方案：第一方案是東崖加固，措施是粘、錨、頂、罩，西崖文物搬遷；第二方案是東西崖都加固；第三方案是對東西崖裂隙危巖進行臨時性搶險加固。雖然這三個方案都不夠理想，但基于加固工程的緊迫性，國家文物局于1973年批準采用第一個方案。

考慮到麥積山石窟洞窟內部的文物都是泥塑，個別大型造像是石胎泥塑，很容易在外力作用下產生破壞；另外造像和崖體結合緊密，無法剝離搬遷。當地的文物技術工作者對西崖文物搬遷提出來不同的意見，認為文物就地加固為上策。接受勘察設計任務的甘肅省建筑勘察設計院的技術人員在現場認真勘察后，也提出西崖可以加固，并且難度小于東崖。于是便在上述方案的基礎上提出了將全部崖壁采用“錨桿擋墻、大柱支頂、化學灌漿粘結”進行加固的方案。

在方案設計中，甘肅省建筑勘察設計院將東西崖劃分為10個工段，并且在此后兩年的時間里，完成了全部工段的加固方案設計圖和大部工段加固施工設計圖。測繪隊技術人員利用“因勢轉角投影法”進行測繪，繪制了精確度較高的麥積山石窟總體立面圖和棧道分布圖。

在前期進行的工程試驗中，承擔工程科研任務的甘肅省建筑科學研究所，成功的進行了錨桿錨固試驗。受此啟發，工程技術人員認為廣泛應用于隧道等地下工程的“噴錨支護”也可以用于麥積山石窟的加固，因為擋墻的加固方法會改變山體外貌，且工程量巨大，還會對文物的原有環境造成不利影響。后組織各方人員到鐵路、礦山等工程地點考察后形成共識：在麥積山加固工程中采用“噴錨支護”技術是完全可行的。

“噴錨支護”加固方案的優點是：第一，利用錨桿將危巖和鋼筋網噴射混凝土層緊緊拉在基巖上，從而防止崖面繼續風化剝落和危巖坍塌，達到加固崖壁的目的；第二，采用噴錨技術，輔以粘拖等措施，可以保持山體及洞窟外形；第三，噴錨混凝土牛腿、塊體和懸梁，是修復棧道、廊柱和檐棚等較好措施，同時利用崖面錨桿可作腳手架的橫向連接點簡便牢靠；第四，可以節約大量原材料和勞動力，功效高，速度快，會顯著降低工程造價。而采用擋墻柱方案進行加固，不但外貌改變太大，不符合文物保護原則，而且鋼筋混凝土擋墻柱與砂礫巖山體之間由于物理力學性能及所處部位等差異，在外界溫濕度及沉降變化等條件下，將會出現不協調形變，不但難以支承危巖，甚至會起相反作用。

“噴錨支護”方案由于技術及文物保護理念方面的優越性，在很大程度上超越了原有的“錨桿擋墻、大柱支頂”方案，很快得到國家文物局的批準。1977年初，甘肅省建筑五公司施工人員進駐現場，麥積山石窟維修加固工程正式開始施工。

雖然總體技術方案確定了，但是具體的技術措施卻是在施工過程中逐步完善的。在施工的前期，技術人員就對預應力錨桿的應用產生了爭議。后經反復討論，逐步統一了認識：預應力錨桿的優點是主動受力，但麥積山巖體疏松，裂隙發達，且屬超高空作業，技術條件不成熟，貿然應用風險太大；而非預應力錨桿雖是被動受力，但技術較成熟，施工較有把握，于是提出了取消預應力錨桿的建議。

1978年5月，甘肅省文化局將上述建議報國家文物局審批。在國家文物局組織的會議上，對具體技術的應用分歧依然很大。中國科學院地球物理研究所巖石力學專家陳宗基教授聽取匯報后明確指出：加固麥積山唯一正確的辦法是錨桿錨固和灌漿粘結；在基巖上開挖大梁洞反而有損于山體結構及其穩定性，因此不宜采取挑梁支托辦法，對于危巖應采取打斜錨桿的辦法加固。至此，麥積山石窟加固工程以非預應力錨桿為主的“噴錨支護”加固方案最終確定并按步進行施工。

加固工程從西崖開始，至1981年基本完工。之后將工程移至東崖，對所有危巖采取“捆吊、噴連、快錨”的辦法進行加固施工。首先是對五工段（牛兒堂東側）巨型危巖進行加固施工。這塊危巖重580噸，加固施工時先按既定辦法將危巖捆綁，再以若干長15米的斜錨桿和水平錨桿交錯錨固危巖；之后對危巖內部兩道裂隙進行灌漿粘結；最后在其下部崖壁凹進處制作大型噴錨混凝土牛腿承托。這塊危巖的加固按照懸掛理論進行設計，僅錨桿即可達到鞏固危巖之目的，再輔以灌漿粘結和牛腿承托，就更加牢固了。

1984年4月，麥積山石窟維修加固工程全面竣工。主要成果包括：噴護總面積9100平方米，其中打錨桿2300根，總進尺12500米；架設鋼混結構新棧道1000米。同年7月，在天水召開工程鑒定及竣工驗收會議。會議通過的《鑒定意見》寫到：麥積山石窟維修加固工程“在總結了國內巖體加固經驗的基礎上，結合麥積山石窟巖體的特點和不改變原狀的原則，成功地采用了‘噴、錨、粘、托綜合加固技術，為保護石窟文物開創了一條新的途徑。工程造價僅用305萬元，經濟效益顯著。這樣的采用先進技術綜合治理石窟的成功實例，在國內外都是突出的。”1985年該工程榮獲國家科技進步三等獎。

二、維修加固工程后期影響

從維修加固工程結束到現在已經有30余年。麥積山石窟每年接待50萬以上的游客量，高峰時期單日曾突破2萬人，期間還經歷了2008年的汶川地震（麥積山處于7級烈度邊緣），山體都安然無恙。工程在安全穩固性等方面是值得肯定的。

但是長期以來也存在著不同的聲音，其一是山體的大面積噴護覆蓋了一部分崖面遺跡；其二是山體大面積噴護影響了麥積山石窟原有的水環境，對洞窟內的文物造成了嚴重的影響。

對于山體的大面積噴護覆蓋了一部分崖面遺跡，是確實存在的，這些主要是一些崖面分布的樁孔和殘龕痕跡，都有重要的考古學價值，當時工程驗收時就已經提出了這一點。敦煌莫高窟在上世紀五六十年代采取的大墻支頂的方法，也完全掩蓋并改變了石窟原有的外貌。這都是由當時的保護理念，以及材料、技術等諸多因素影響下所做出的保護方案，有時代的局限性。何況麥積山維修加固工程是在唐山大地震的背景下進行的，采取“先救命，后治病”的保護措施，用現今的理念和工程技術去評價難免有失客觀性。

關于山體表面噴護影響了原有的水環境，對麥積山洞窟文物造成很大影響的說法，是建立在對個別點位的觀察，缺乏整體的調查、分析、研究基礎。

麥積山石窟的滲水問題長期以來就一直存在，其對文物的影響和破壞與石窟的開鑿是同步的。在維修加固工程之前的調查中，技術人員就已認識到這個問題，但由于當時的首要任務是確保洞窟文物的安全，限于工作條件等因素的制約，并沒有對石窟滲水的來源、表現方式、渠道等進行認真的勘察。不過在工程期間，還是采取了一些措施來預防噴護工程對石窟水環境造成負面影響，比如在有滲水的位置放置了一些草繩，目的是使內部的水分能順著草繩運移，當草繩糟朽后，這個位置就會自然留下一個水分通道。

加固工程之后，我們對當時埋設草繩的位置觀察，多數沒有出現水分運移的痕跡，這些位置都很干燥。這一點或許和加固工程有關系，但是更多的應該是水分運移的不規律性造成的。水分在山體內部的運移是復雜的、動態的，在一定情況下會發生改變，所以不能將某些洞窟環境改變的原因簡單地歸結為山體加固工程。

近期，我們對潮濕洞窟逐一進行了調查，重點是調查洞窟潮濕和崖面噴護工程之間的關系，確定這些洞窟是否受到加固工程的影響以及影響程度。通過調查，我們得出以下結論：

（一）崖面噴護對高層的大型洞窟不會產生任何影響

西崖有3個大型洞窟，分別是第127窟、133窟、135窟。這3個洞窟都位于高層，其附近的崖面進行了噴護。第127窟和133窟是單一的窟門，內部空間大，空氣對流不順暢，內部的濕度環境要明顯大于其他洞窟。兩窟開鑿在山體軟弱夾層的下方位置，整個軟弱夾層的巖石含泥量高、質地松散、透水性強，是大氣降雨的一個重要的運移通道。但由于水分在這個位置是水平運移，速度相當緩慢。從洞窟內部的剖面看，這個軟弱層是呈3～5度的下傾斜角向山體內部傾斜，而兩窟的潮濕位置都是在洞窟的后角位置，這個位置也是山體軟弱層內部水分的出頭點。在軟弱層的前部位置，未見到潮濕痕跡。水分的下滲點和兩窟之間的距離有二百米甚至更遠的距離，只能是依靠軟弱層的傾斜度從高點向低點緩慢地運移，逐步地影響兩窟的潮濕度，這完全是一種水分在山體內部運移活動，和山體表面噴護沒有關系。即使以后這些洞窟內的水環境發生變化，也要從山體內部水分運移道路尋找原因。另外中層的第78窟、80窟及下層的第52窟以及中區的第43窟都是類似的情況。

（二）崖面噴護對西崖中下層滲水洞窟有一定程度影響

西崖下層的一些潮濕洞窟都是屬于淺龕性質，并且是開鑿在蜂窩狀的軟弱層位置或附近。通過調查我們發現，同層位的相鄰洞窟并沒有潮濕或滲水現象，出現滲水的原因還是和巖石的軟弱層緊密相關，當洞窟開鑿在這個軟弱層位置，就會出現滲水現象。而這種類別的淺龕外沿都是軟弱層，在原來的狀態下，會有一部分水分在洞窟的外側露頭并自然揮發，從而在一定程度上減弱對洞窟內部的影響；而崖面噴護阻擋了水分揮發，也就加重了水分對洞窟內部的影響。

通過對滲水洞窟的個案調查，我們可以確定，維修加固工程對目前存在的多數滲水洞窟是沒有直接影響的，洞窟滲水，主要是由于山體本身的巖石裂隙、軟弱層等造成的。加固工程真正對窟內相關的水環境造成影響的僅僅有幾個洞窟，如第59窟、191窟、94窟、67窟、45窟等。而對窟內文物造成影響的，只有第59窟、94窟、67窟三個洞窟。

三、麥積山石窟滲水治理工程

由于麥積山石窟所處的地區多雨潮濕，再加上山體本身的地質構造等綜合原因，大氣降水通過各種渠道下滲，對洞窟和窟內文物產生嚴重的影響。一些洞窟在降雨后濕度急劇增大，造成壁面落沙，壁畫大面積脫落或褪色；個別洞窟窟內文物不得不臨時搬遷；一些洞窟因內部長期滲水，洞窟形制已完全被破壞。

1996年，《石窟文物保護技術措施綜合研究——麥積山石窟滲水成因分析及治理方案》通過國家科學委員會立項。鐵道部第一勘察設計院承擔了此項課題的研究工作，研究人員通過對大氣環境、水文、地質、地貌、植被等多方面綜合研究，結合前期的資料，理清了降水的下滲途徑和對洞窟的危害方式，在此基礎上，提出了“窟外堵源截流，以堵為主，窟內以排為主，排堵結合”的治理方案，并通過了甘肅省文物局和國家文物局組織的專家論證。2001年5月滲水治理工程正式啟動。

工程采取“先外后內，先上后下，先易后難，逐步實施”的原則進行施工。首先對圍繞山體的6條貫通大裂隙（共探明有8條裂隙，但另外2條對洞窟不構成影響）用超細水泥漿進行注漿封堵，對山頂陡坡分布的微裂隙用水玻璃進行壓力滲注。這樣可以有效地阻止大氣降水的下滲通道。其次是在受滲水影響的洞窟周圍布置排水孔，深度直達山體內部的含水層，為水分提供一個順暢的排泄渠道，最終達到滲水治理的目的。

工程從位于東崖后部的2號裂隙開始施工。先沿山體搭起了高達30米的工作架，將裂隙表層進行封堵后，從下至上開橫穿裂隙的鉆孔，再從位于西崖的泵站將水泥和粉煤灰（起緩凝和加快流速作用）的混合漿液加壓泵入裂隙，在強大壓力的作用下，漿液漿深入到細微裂隙之中，起到封堵水路的作用。

2號裂隙封堵完畢之后，又轉移到位于東崖的3、4、5號裂隙，用同樣的方法進行封堵。在高空作業時，還意外地發現4、5號裂隙在一定高度合并后又繼續向上發展，同時在此高度又發現一條水平向的裂隙。甲乙雙方對新發現的裂隙進行認定后，決定對其進行封堵。

前期的勘察和通水實驗證明，3、4、5號裂隙對第57窟滲水點有直接影響。但是在7月初期封堵工作結束后，發現第57窟的滲水現象并沒有明顯的改善。針對這個情況，封堵完1、6號裂隙之后，根據上級的指示，工程暫時停工。

甘肅省文物局邀請各方專家召開論證會，對當前情況進行了討論，認為前期制定的“徹底、全面地根治麥積山石窟的滲水現象”的目標，在當前的科技、經濟、時間、具體地質情況下實現起來有很大困難，也是不現實的。于是將工程目標改變為“在有效范圍內有效地緩解滲水對洞窟的影響”，將原來的“以堵為主，窟內以排為主，排堵結合”方案改變為“以排為主，排堵結合”方案，有針對性地調整和加密了排水孔，還在第127窟、133窟上方各打了具有通風性質的小孔洞。

9月初工程再次開始。先是在洞窟外側相關位置打排水孔，當7號排水孔鉆到一定深度后，山體內部的水如泉涌，順直徑8厘米的孔}同排了二十多分鐘。由此推測，山體內部的多個位置存儲有如此類型的空腔，成為水分存儲的空間，對洞窟內部造成緩慢的長期影響。

排水孔全部打完后，我們對排水孔以及滲水洞窟進行了長期觀測，發現第52窟、94窟等內外的滲水點或潮濕現象有一定的改善，滲水量或落沙量減少，第57窟滲水點的水量有一定的變化但不明顯，說明排水孔對山體內部的水分有一定的疏導作用。但是多數}同窟的潮濕現象并沒有得到顯著改善。

2015年，麥積山滲水治理工程二期再次得到國家文物局的立項。此次工程加強了地貌、地質、水文等方面的前期調查，對崖壁滲水進行了詳細勘察，采用無損及微損手段，對石窟滲水進行檢測和監測；在洞窟頂部布置探孔，采用井下高密度、地球物理測井、建立水文監測系統等技術建立麥積山石窟水文地質模型。同時把對石窟水害的機理研究放在首位，在徹底查清病害成因的基礎上，實施治理工程。

麥積山石窟滲水病害成因較為復雜，對滲水來源雖然有了基本的認識，但其滲流機理尚不十分明確，水的運移路徑與方式也有待進一步探查（目前初步認為，水主要是從崖體西側崩坡積緩坡和崖面面流，其次是通過各類裂隙，經不同方式運移至滲水石窟，但仍需勘探驗證分析）。因此有必要設立專項科研課題，開展對麥積山巖體滲流場的調查分析與深入研究。

滲水是每個石窟普遍存在的現象，目前尚沒有完全成功治理石窟水患的案例。需要文物保護單位和相關科研單位共同配合，長期進行關注研究，在前期調查、工程實施、后期監測等方面加大科技投入，不斷地降低滲水對石窟文物的影響，最終達到徹底治理的目的。

（責任編輯：張雙敏）