尼泊爾Ms8.1地震震后西藏古寺廟破壞機制及治理研究

王寶亮 張文生

摘要：2015年4月25日尼泊爾MS8.1地震造成我國西藏地區較大損失和人員傷亡，古寺廟也遭受嚴重損壞。在參加震后聶拉木鎮、亞來鄉、門布鄉、波絨鄉、乃龍鄉和瑣作鄉，6個鄉鎮40個自然村的整村推進工程基礎設施建設和民房建設工作和10座古寺廟的變形專項勘查工作中，通過對10座古寺廟歷史損傷的累積、抗震不利地段的影響、地基土不均勻沉降和結構缺陷進行研究，得出在地震作用下的西藏古寺廟耦合破壞機理。文章以俄爾寺為例，對其變形特征和破壞機理進行分析，提出治理原則和方案，并進行了治理方案的優選。對其他震后古建筑治理加固也有一定的借鑒意義。

[基金項目]國家重點研發計劃（項目編號：2018YFC1505405）

[作者簡介]王寶亮（1982—），男，碩士，高級工程師，從事地質災害治理、國土空間規劃、集約節約利用土地、礦山土地修復的生產和研究工作。

2015年4月25日，尼泊爾發生了 Ms8.1大地震，根據中國地震臺網測定，該地震震中位于尼泊爾博克拉城市，震中位置：（28.147°N，84.708°E），震源深度 15 km。桑珠孜區屬于小于Ⅵ度，因藏區農牧用房絕大部分是片石砌筑或生土結構，抗震效果差，即出現裂縫和破壞。

震后古寺廟的破壞機制和修復方面，國內外研究都相對薄弱。尼泊爾地震后D.Gautam和H.Chaulagaint[1]通過對地震建筑破壞調查，指出在受影響區域內，所有類型的現有建筑系統都會發生結構性和非結構性損壞。張昊宇等[2]對鋼筋混凝土框架典型震害進行了研究，對結構受力體系布置等提出了建議。潘毅等[3-4]對尼泊爾文化遺產建筑、加德滿都-樟木沿線居民震害等進行了系統調查研究，提出震害等級劃分和抗震防災建議。國內外對于砌體結構和石窟研究較少，對其受力特點和破壞機制研究明顯不足，相關評價體系不健全。為克服這些問題，本文在抗震救災實踐中（表1），歸納提出西藏古寺廟破壞機理和治理措施，并選取桑珠孜區俄爾寺作為研究對象，以求為震后重建工作提供一定幫助。

1 研究對象簡介

俄爾寺位于日喀則市西南部，距市區27 km，平均海拔4 200 m，于公元1429年由俄慶貢嘎桑布創建，屬藏傳佛教中的薩迦派。文革時整體被毀，自1985年以來，在黨和政府的關懷下逐步進行修復。現有14座殿堂，3座大經堂，16座寶塔和一所學經院，現有文物400余件，其中國家級文物206件，主供佛為空行觀世音。寺管會工作人員共有23名，其中干部14名，僧人9名，本寺定編為55名僧人，實有83名僧人，學經院116名學員。自全區開展加強和創新寺廟管理工作以來，已全面實現“九有”“六建”“六個一”“一覆蓋”的利寺惠僧工程（圖1～圖4）。

1996年恢復了佛學院、辯經堂、新建僧舍等房屋285間，占地面積2×104 m2。16座寶塔修建于1986年，現地面見多處裂縫，總體屬于輕微開裂。大殿修建于1986年，采用條石干砌結構砌筑而成，現有少量裂縫，總體屬于輕微開裂。學經堂修建于1996年，采用條石干砌結構砌筑而成，現主要變形集中在2樓，屬于中等開裂。尼泊爾地震后，俄爾寺建（構）筑物地面出現多處變形裂縫，通過調查現有建筑物及構筑物基本性質及開裂變形程度見表2、圖5。

2 破壞機理研究

2.1 歷史損傷的累積

古寺廟歷史悠久，在其服役過程中，以前經歷的地震損害和非地震原因的歷史損傷積累，長期的風化殘蝕，對古建筑本身造成系統損傷。損傷的積累會造成材料、構件乃至結構整體的性能降低，降低結構的承載力、耐久性，從而嚴重影響建筑結構的正常使用功能[5]。

建筑論壇與建筑設計王寶亮， 張文生： 尼泊爾Ms8.1地震震后西藏古寺廟破壞機制及治理研究

2009年，日喀則仁縣、薩嘎縣交界（29.4°N， 86.1°E）發生5.6級地震，震源深度約33 km，桑珠孜區震感明顯。2015年在尼泊爾（28.147°N，84.708°E）發生8.1級地震，震源深度15 km，震中為博克拉，桑珠孜區震感明顯。歷史上主震和余震造成的俄爾寺墻體開裂，地基沉陷等損傷在俄爾寺建（構）筑物上累積。

2.2 地基土不均勻沉降

場地巖土層由第四系全新統人工填土層（Q4ml）、第四系全新統殘坡積積層（Q4el+dl）組成，下伏為白堊系下統日喀則群（Kxg）泥巖。

（1）人工填土：灰褐色，松散，干燥，主要成分以粉質黏土為主，含少量碎石、角礫和砂。主要為修建寺廟時人工回填形成。在整個場地分布較廣，層厚為：2.4～3.0 m。

（2）含角礫黏質粉土：灰褐色，硬塑，主要成分以粉質黏土為主，角礫含量20 %～30 %，局部含少量碎塊石，干強度高，韌性中等，切面無光澤。為場地原始地層，在場地內廣泛分布，層厚1.8～3.9 m。

（3）泥巖：紅褐色-棕褐色，強-中風化，中-厚層構造，泥質結構。礦物成分主要以石英、少量長石等組成，巖芯較為破碎，主要以碎塊狀及短柱狀為主，中風化多呈柱狀，裂隙較為發育，未見充填物。根據其風化程度將分為強風化和中風化2個亞層：

（4）強風化泥巖：棕褐色，強風化，中厚層構造，泥質結構，主要由石英、少量長石等組成，巖芯較為破碎，手捏易碎，主要以碎塊狀及短柱狀為主，最長節長8 cm，風化裂隙較為發育，層厚為：0.70～1.00 m。

（5）中風化泥巖：棕褐色，中風化，厚層構造，泥質結構，主要由石英、少量長石等組成，巖芯主要以短柱狀及柱狀為主，最長節長20 cm。

根據地層分布特征，建（構）筑物基礎和基礎持力層主要為人工填土、含角礫粉質黏土和泥巖組成，其中人工填土和含角礫粉質黏土自身存在一定的不均勻性;并且各層之間在橫向及縱向均存在一定高差，地基屬不均勻地基。1986年建成之后，由于沒有基礎建筑物發生不均勻沉降，逐漸出現裂縫，均未影響使用。

2.3 抗震不利地段的影響

根據西藏傳統和經驗，古寺廟往往建設在突出山嘴、臨近陡崖地段和非巖石陡坡上等，未采用科學選址和抗震設防。

俄爾寺建筑場地屬河溝斜坡地貌，根據GB 50010-2010（2016年版）《建筑抗震設計規范》場地所在地區抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15g，設計地震分組為第三組。根據規范4.1.8條規定屬于抗震不利地段，產生放大作用，水平地震影響系數最大值應乘以1.1～1.6增大系數。

2.4 結構缺陷

西藏古寺廟大多采用土、石、木為主要建筑材料的砌體結構。砌筑使用本都黃土、內墻抹面使用巴嘎土、地面（屋頂）夯打用的阿嘎土。阿嘎土屬于水硬性硅酸鹽材料，強度低，耐候性差[6]。阿嘎土顆粒粗，質量大，粘性小，抹光墻體需要較厚泥層，建（構）筑物內部墻壁泥層容易下沉，造成大量的墻體空鼓破裂。

16座寶塔修和大殿修建于1986年，學經堂修建于1996年，未遵從基本建設程序。建（構）筑物砌體結構，以片石、塊石（母巖為花崗巖、砂巖）干砌而成，砌塊之間采用阿嘎土粘結，棱角發育、粘結強度低，抗變形較差;建筑修建時為場地平整后，直接砌筑墻體，墻體埋深差異較大，埋深1.2～1.8 m，局部裸露地表，主要依地形地勢修筑而成，俄爾寺未經設防的砌體結構，抗震能力差[7]。

其中P1為水平地震力，L1為損傷，G1為自身豎向荷載，f1為不均勻沉降引起下拉力。

俄爾寺歷史上多次地震、余震在建（構）筑物上產生損傷積累;建（構）筑物基礎和持力層屬于不均勻地基土引起不均勻沉降;建（構）筑物處于抗震不利地段，產生放大作用;砌體結構本身抗震性能差;在尼泊爾地震觸發下，俄爾寺發生變形開裂破壞，見圖6。

3 治理方案

根據現有建（構）筑物的性質、變形開裂現狀特征、變形原因、地基土的性質及場地整體穩定性等綜合分析;根據《建（構）筑物地震破壞等級劃分》和文化遺產建筑震害等級的劃分標準，震害等級屬于中等破壞[3]，可采取方案見表3。

3.1 基礎補強注漿加固

現有變形建筑采用砌體結構，未設置基礎，地基土主要為人工填土、含角礫粉質黏土及碎塊石組成，可采用注漿法進行補強，使整個地基土形成一個整體，以增強地基強度，減少變形。

該種方案優點是能很好的將地基土膠結形成一個整體，減少地基不均勻沉降;缺點是施工機械振動較大，對周邊構筑物的整體安全有一定的影響作用。

3.2 托換加固

根據現有變形建筑的特點，結構類型、基礎形式、地基持力層的性質及荷載情況等分析，可采用整體托換加固方案。

變形建筑砌體結構，應在承重墻與基礎間設置連續托換梁，應對上部結構內力進行復核，施工難度較大。

3.3 原址重建

根據現有建筑物的特性、變形現狀特征、變性原因、場地工程地質條件等，結合上部結構評估結構及監測成果等分析論證后，若加固措難以保證現有建筑物的整體安全以及長久性時，可考慮采重建方案。

原址重建需得到文物保護單位及相關主管部門的評估和同意，應選擇有相關資質的單位進行原址重建設計和施工，爭取盡最大可能還原原始建筑狀況，讓俄爾寺的文化得以永久傳承和發揚。

3.4 加固方案優選[8-9]

通過變形建筑物的特征、施工條件及可行性等分析：若采取加固治理方案，設計前應先對現有變形建筑由業主聘請具有專門資質的單位對上部結構進行評估，對整個區域由業主聘請具有專門資質的監測單位進行變形監測。根據評估、變形監測結果再結合地基加固方案選擇最優治理措施。設計施工時應嚴格按照JGJ 123-2012《既有建筑地基礎加固技術規范》的相關規定執行。如因變形建筑加固治理難度較大，經有關部門同意后，方可考慮原址重建。

4 結論

（1）對西藏震后古寺廟進行系統排查，對古寺廟結構受力體系合理性、抗震性能和抗倒塌能力進行系統篩查，對結構不合理的進行調整和優化。

（2）為古寺廟建（構）筑物增加阻尼器、隔震墊等，提高其抗震性能，建立古寺廟監測防控體系，定期對古寺廟進行維保和修繕。

（3）推進西藏古寺廟的數字化和信息庫建設，實現整體三維立體數字模型可視化管理，更有利于古寺廟保護、展示和留存。

參考文獻

[1] D.Gautam，H.Chaulagaint. Structural performance and associated lessons to be learned from world earthquakes in Nepal after 25 April 2015（MW7.8） Gorkha earthquake [J]. Engineering Failure Analysis，2016（6）：222-243.

[2] 張昊宇，王濤，林旭川，等.尼泊爾8.1級地震鋼筋混凝土框架典型震害及討論[J].工程力學，2016，33（9）：59-68.

[3] 潘毅，謝丹，袁雙，等. 尼泊爾文化遺產建筑震害特征及加固對策—以尼泊爾Ms8.1級地震中3個杜巴廣場為例[J].哈爾濱工業大學學報（自然科學版），2016，48（12）：172-182.

[4] 潘毅，王忠凱，時勝杰，等. 尼泊爾8.1級地震加德滿都-樟木沿線民居震害調查與分析[J].湖南大學學報（自然科學版），2017，44（3）：35-44.

[5] 謝沐玄，潘晴煒，李軒，等. 歷史建筑性能化隔震設計方法初探[J].結構工程師，2020，36（3）：206-214.

[6] 李黎，趙林毅，王金華，等.我國古代建筑中兩種傳統硅酸鹽材料的物理力學特性研究[J].巖石力學與工程學報， 2011 ，30（10）：2120-2127.

[7] 曲哲，楊永強.尼泊爾地震自建民居在2015年地震序列中的震害[J].地震工程與工程振動，2015，35（4）：51-59.

[8] 陳洪凱. 生態文明視角下地質災害防治新常態[J].重慶師范大學學報（自然科學版），2020，37（4）：51-56.

[9] 王寶亮，彭盛恩，王昱.重慶風景名勝區旅游公路滑坡災害及景觀治理方案選擇[J].災害學，2010， 25（3）：60-64.