云岡石窟水害及治理措施

摘要：山西省大同市云岡石窟是全國首批重點文物，目前石窟面臨嚴重風化的現象，水害是是造成風化最主要的原因。本文通過不同的角度，分析云岡石窟水害的幾種破壞方式，具體方式有降雨入滲、上層滯水入滲、凝結水、毛細水等。同時引用了目前國內對石質文物防水的主要方式。

關鍵詞：降水入滲；風化；水害；上層滯水；構造裂隙。

云岡石窟位于山西省大同市西郊，北依五州山，南鄰十里河。根據史書記載，云岡石窟內的雕像共10萬余尊，由于各種自然應力的所用，目前僅剩5萬余尊。近半數的佛像遭到破壞，所以對于云岡石窟的保護迫在眉睫。其中，長期風化作用造成了比較嚴重的破壞，水害和鹽害是造成這一破壞現象的首要因素，本文通過對以往的研究成果中分析水對于云岡石窟的破壞作用效果。

1、云岡石窟水文地質條件

云岡石窟所在地區屬大陸性半干旱氣候，年平均降雨量423mm。云岡石窟窟區內地層主要是侏羅系中侏羅統云岡組和第四系上更新統（Q3）、中更新統（Q2）以及全新統（Q4），為中粗粒砂巖層，層中有泥巖、砂質泥巖夾層。區內地下水位由于在過去大量煤炭開采而下降很多。窟頂松散層厚度為1-6.6m，入滲條件良好。

2、水害的類型

根據相關資料，窟區中水的來源，大體上有5種：

2.1窟頂降雨直接入滲：

窟頂上的第四系松散層較薄，一般有1-6.6m，更有的地方砂巖直接裸露。在松散層中滲透系數小的粉土與粉 質粘土一般有0.6-3.2m，下部礫石與粉砂厚0.2-3.4m，這就導致了窟頂降水入滲良好。每到雨天，降水可以直接透過窟頂松散層。如第三窟每當降水量較大，二天到三天以后就可以看到東室東、北壁有水滲出。可見該滲水通道較短，對降水較敏感。該破壞形式對窟內石質文物的損害程度是直接的，也是對窟內石質文物破壞程度最大的一種水害形式。

2.2上層滯水：

由于窟區砂巖體中含有較薄的泥巖層，由于泥巖層的滲透系數較小，從窟頂區域的水下滲到泥巖層上，一部分繼續向下入滲，另一部分會形成短暫的上層滯水。沿著泥巖層向窟壁方向水平滲出。上層滯水對降雨的反應時間較長，且持續性好，通常出現在降雨后的幾天，并持續一段時間。最明顯的是2號窟窟下的泉水，該泉水屬穩定泉，由于2號窟后山范圍大，儲水空間足，成為該泉水穩定的補給源。

2.3凝結水：

對窟內雕像產生破壞作用的凝結水共分兩種類型。一是窟內有潮濕的水汽，當溫度降到露點時，在石雕表面會產生凝結水。二是在地溫場作用下，地下水蒸騰，形成水汽，儲存在巖石的裂隙中。隨著溫度降低也會形成凝結水。凝結水會在石雕表面形成一層薄薄的水膜，造成表面潮濕，從而引起風化破壞。

2.4毛細水

由于一些石窟窟內的地面低于外部地面，當降雨量足夠大時，容易產生倒灌現象，雨水會倒灌入窟內。巖石孔隙和裂隙較多，會產生毛細現象。毛細水上升，使石窟內窟壁潮濕。

2.5雨水直接沖刷

云岡石窟洞窟的外壁壁面長期暴露在外部，降雨可以直接沖刷外壁壁面，目前已使外壁壁面遭到嚴重的風化，很多外壁雕刻遭到嚴重破壞。尤其是第9、10窟窟前立柱，上面雕刻的佛像已蕩然無存，由于雨水長期的沖刷，立柱變得越來越細，長期會造成立柱失穩，容易引起安全隱患。

3、治理措施

由于水害的類型偏于復雜，所以對于云岡石窟水的治理往往是多方面結合的。對于凝結水的破壞，需要效果好的封護材料。封護材料選取的首要目的是防止水分進入，而又能使內部的水滲出，就像給石質文物提供了呼吸。目前有學者認為有機聚合物可以擔此重任，具體的材料種類是需要進行多次實驗來證實的，又能給石質文物提供呼吸，又不能與石質文物的表面發生化學反應，可見，防護材料的選取是很嚴格且復雜的。

對于石窟外表面的窟壁和立柱的保護，前人提出過給石窟加窟檐，而目前5、6、7、8、9、10等窟均已加設外屋檐，已經取得了較好的防護。雖然外部石窟和立柱受到了保護，但由于加設外層保護，石窟內的空氣流通慢，加之石窟內部濕度大，對石窟內石質文物的保護也有一定不利的因素，所以加設窟內濕度調節機以及相關除濕的機器是必要的。

目前，根據鉆孔采集的數據顯示，地下水位基本低于石窟底板，2號窟泉水也通過相關手段從石窟下方排出。由于地下水的破壞基本可以排除。但在4號窟西側與5號窟副窟東側之間的天然沖溝中修建了龍王溝景觀（人工修建的從上流下的溪水）可能會抬高地下水位，可見該處要做足防滲處理工作的重要性。

對于窟頂滲水問題，目前國內好多學者建議先將構造裂隙等短程滲流通道用注漿材料注入，將構造裂隙堵住。然后再用膨潤土防滲層在窟頂上方做一層“保護膜”。但是施工量巨大，成本極高。可見，構造裂隙的類型、方向、長度需要進行具體細致地測量和統計。防滲層的有效面積需要經過多次計算得到，以用最小的成本做出最大的保護工作。在舊時期窟頂有一些排水溝，但因年代久遠，較多地方已經失去了排水的作用，所以應該增加窟頂排水溝的布置，并充分利用東、西兩大沖溝這兩個天然的排水出口，可將多余的降水通過沖溝排出。

對于解決上層滯水這一難題，目前諸多學者均認為應該進行疏堵結合這一方法，利用注漿材料將節理裂隙堵住，同樣的利用柔性防滲層將云岡石窟后方山體頂部進行覆蓋保護，以阻止新的降水滲入云岡石窟后方山體，然后在山體頂面做一些抽水井，用來疏導泥巖層上的上層滯水，從而減小對石窟內部窟壁的滲流損害，并可以修筑防水帷幕來將水分進行攔截。

從2002年以來，云岡石窟頂部的防滲工作已采取一些相關的措施，已達到了較好的防滲效果，但是山頂仍然存在許多植樹、考古留下的土坑，當降雨的時候容易造成積水，導致滲流的發生。所以應該加以填埋。

4、結語

根據云岡石窟特殊的水文地質條件，采用封堵與疏通相結合的方式最為有效。云岡石窟水害的防治是一個復雜的、長期的過程，要用最小的干預來達到最好的效果。

參考文獻：

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[2]張紅梅，馬國棟，速寶玉. 大同云崗石窟文物滲水病害防治方案探討[J]. 水文地質工程地質，2004，（05）：64-67. [2017-09-24]. DOI：10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.2004.05.016

作者簡介：

陳殿強（1964- ），男，遼寧海城人，博士研究生，教授級高級工程師，主要從事巖石力學方面研究。