馮美生,葉倩華,張紅珠,王 成,周新宇

(1.河北建筑工程學院，河北 張家口 075000；2.山西大同大學，山西 大同 037000；3.遼寧有色勘察研究院，遼寧 沈陽 110000)

云岡石窟位于大同城西16 km的武州山南麓，武州川的北岸，依山開鑿，石窟東西綿延1 km。云岡石窟作為中國四大石窟之一，在石窟史上占據(jù)著重要的地位，對后世石窟藝術的塑造和發(fā)展帶來了重大的影響，在中國石窟史上留下了濃墨重彩的一筆。羅漢堂周邊及龍王廟溝洞窟位于云岡石窟群中部，屬云岡第5，6窟的附窟。其中，羅漢堂周邊洞窟包括5-32～5-39窟及4-11～4-13窟，計11個洞窟；龍王廟溝洞窟包括5-16～5-31窟，計17個洞窟。

目前，針對巖體裂隙、危巖體、風化、滲水、機械損傷、表面污染等石窟病害，學者們進行了大量的研究，并取得了一定的進展和成果。孫兵等[1]基于石窟區(qū)內(nèi)特殊的環(huán)境條件、巖性特征和巖體結構，對龍門石窟的滲水病害采取堵、排結合的治理方案。齊揚[2]以云岡石窟文物表面典型污物為研究對象,開展了云岡石窟文物本體及其表面污物基本性質(zhì)的分析梳理、激光清除表面典型污物的試驗、激光清洗石質(zhì)文物工藝研究以及現(xiàn)場應用驗證試驗等，對表面污物激光清洗的機理和文物安全性方面進行了研究分析。黨冰[3]通過對現(xiàn)場石窟較詳細的工程地質(zhì)勘察，確定石窟存在若干危巖體且風化現(xiàn)象也較為嚴重。因此提出較適合龍山石窟的危巖體加固措施。王捷等[4]基于龍山石窟文物現(xiàn)存的病害情況，制備出主要原料為偏高嶺土、硅粉及石灰石粉等材料的裂隙灌漿材料，并對灌漿效果進行檢測，證明了此灌漿材料的可行性。郭建永[5]針對云岡石窟風化侵蝕的問題，提出可以通過降低大氣的污染程度，并涂刷化學保護劑來修復云岡石窟風化侵蝕后的砂巖。

1 500余年來，云岡石窟羅漢堂周邊及龍王溝西側洞窟群在自然界各種營力和人為破壞的作用下，洞窟出現(xiàn)崖壁面裂隙發(fā)育、崖壁面片狀及粉末狀風化、崖壁危巖、崖壁面表面徑流及沖刷、局部洞窟頂板有坍塌危險、局部洞窟內(nèi)存在滲水等病害，這些病害的存在不僅削弱了洞窟賦存巖體的強度及整體性，不利于區(qū)域洞窟的穩(wěn)定存在；同時，各類病害的耦合作用形成了不利的惡性循環(huán)環(huán)境，進一步促進各類病害的發(fā)育，因此十分有必要采取有效措施治理區(qū)域內(nèi)存在的病害，改善洞窟群的賦存條件。本文依據(jù)調(diào)查研究資料，對云岡石窟羅漢堂周邊及龍王溝西側洞窟的現(xiàn)存病害進行分析，并提出治理方法，為石窟文物保護提供參考。

1 現(xiàn)存病害分析

羅漢堂周邊及龍王廟溝洞窟共計28個洞窟，洞窟主要存在表面風化類病害、裂隙病害、危巖類病害、機械損傷類病害和表面污染類病害，下面對其進行介紹。

1.1 裂隙病害

裂隙按照性質(zhì)及成因可分為構造裂隙、層面裂隙、卸荷裂隙和風化裂隙。前三種裂隙多分布在龍王廟溝西側至8窟上部立面及5，6窟附窟內(nèi)，而風化裂隙分布在龍王廟溝西側崖壁立面上部。其中構造裂隙從裂隙自身的力學性質(zhì)來說可以分為剪切裂隙和張性裂隙。剪切裂隙的延長較大，裂隙面較平直，切割深度相對較大，見圖1。張性裂隙的延長相對較小，裂隙面多呈鋸齒狀、不規(guī)則狀，切割深度相對較小，見圖2。層面裂隙一般在外立面近地表部位的寬度和深度都較大；而外立面下部及洞窟內(nèi)裂隙寬度較小，延長較大，見圖3。卸荷裂隙走向較雜亂，裂隙面多呈彎曲狀，在洞窟頂板沿層面裂隙開裂較為常見，規(guī)模普遍較小，常形成板狀剝落，局部可形成小規(guī)模危巖，見圖4。風化裂隙走向較隨機，裂隙面多呈彎曲狀，規(guī)模普遍較小。

1.2 危巖類病害

在龍王廟溝西側至7，8窟北側崖壁立面存在66個危巖。石窟區(qū)內(nèi)危巖可分為滑塌式、墜落式和傾倒式三種類型。其中滑塌式危巖的傾角相對平緩，變形失穩(wěn)主要是由于抗剪強度不足所導致，見圖5。墜落式危巖或因自身結構面不完整，或因下部的軟巖被風化侵蝕而形成空腔，殘余部分的巖體底部懸空,見圖6。傾倒式危巖主要由重力產(chǎn)生的傾覆力矩使危巖繞支點向臨空方向發(fā)生傾倒破壞,見圖7。

1.3 表面風化類病害

此類病害主要表現(xiàn)為片狀(板狀)起翹及剝落、風化溝槽及孔洞，其次為粉化剝落。其中片狀(板狀)起翹(分離)病害均分布在外立面、洞窟內(nèi)側壁及文物本體上，形狀多呈薄片狀和板狀，且不規(guī)則，部分已經(jīng)剝落。通常以下部起翹為多，兩側起翹次之，只有極少部分上部起翹，且片狀體與壁面之間的空隙中常有黏土礦物及巖屑填充，夾雜少量黑色煤粉及極少的腐殖質(zhì)，如圖8，圖9所示。風化溝槽及孔洞病害均分布在外立面及洞窟內(nèi)側壁上，風化溝槽均為順層理方向，呈槽狀。在5-16窟西側立面，槽的內(nèi)部凹凸不平，如圖10所示。

1.4 機械損傷類病害

該類病害在外立壁、洞窟及石質(zhì)雕刻文物本體上均很發(fā)育。在洞窟局部，缺失一般發(fā)生在內(nèi)外壁巖石薄的部位和內(nèi)壁及頂板上，規(guī)模一般較小，形態(tài)不規(guī)則。石質(zhì)雕刻文物本體的頭部、手、足均有發(fā)生缺失；在外立面則發(fā)生在危巖脫落部位，規(guī)模小，形態(tài)不規(guī)則，見圖11～圖13。

1.5 表面污染類病害

此類病害僅見于5-16窟和5-23窟、5-24窟和5-34窟，是由于人為生火取暖、燒烤食物、燒香等形成的。多分布在洞窟頂板及側壁上部，呈灰黑色薄膜狀，見圖14，圖15。

2 治理措施

針對不同病害的損傷程度和所處部位的不同，分別采取以下治理(加固)措施：

1)裂隙治理：石窟文物具有不可復制性，因此對于裂隙病害治理所選用的灌漿材料的要求很嚴格，需要具有優(yōu)良的流動性、黏結性、收縮性、抗?jié)B性，同時灌漿效果還要盡可能與文物本體接近。綜合云岡石窟裂隙治理的以往經(jīng)驗，參考同類石質(zhì)文物裂隙治理的成功案例，對巖體裂隙采用裂隙灌漿治理的方法。同時，根據(jù)各裂隙的特征及其分布特點，裂隙灌漿材料優(yōu)先選用水硬性石灰、環(huán)氧樹脂以及超細水泥+偏高嶺土3種灌漿料方案。裂隙灌漿主要施工步驟包括：現(xiàn)場配合比實驗→對灌漿裂隙以外的文物本體的防護→清潔裂面→根據(jù)裂隙特點和灌漿料不同布設灌漿管→對裂隙進行封堵→選擇相應方式進行灌漿→將灌漿部分作舊，與文物本體盡量貼合。

灌漿后通過無損和鉆孔取樣兩種途徑對裂縫灌漿體進行檢測，評價其灌漿效果。結合本石窟選取的灌漿料特性及灌漿充填目的，對于一些大型構造裂隙及大規(guī)模灌漿加固區(qū)域，如L189(羅漢堂頂部東側)、L195(羅漢堂頂部西側)、L127(5-28窟南側)及5-28窟頂板，灌漿效果可以采用地質(zhì)雷達探測或裂隙灌漿飽滿度(灌漿體中漿液充填或未充填的裂隙體積占其總體積的百分率)來評測；對于5-28窟，因其頂板已無文物本體，因此可隨機選取合適位置鉆孔取芯，通過鉆孔揭露的裂隙充填情況檢驗灌漿效果；對于一些小型淺層裂隙及文物本體附近裂隙灌漿，為了減少因檢測而造成損害和破壞，可利用超聲波法、電阻率微測深法、探地雷達為主要技術手段進行檢測，通過與灌漿之前裂隙位置探測結果對比分析，根據(jù)不同地球物理方法反映的裂隙異常形態(tài)、裂隙異常范圍進行定性或定量評價。

2)崖壁危巖加固治理：根據(jù)洞窟崖壁各危巖發(fā)育位置、危巖穩(wěn)定性大小、變形失穩(wěn)特征及周邊局部地形地貌，主要采取裂隙灌漿黏結的方式對各危巖進行加固，尤其是靠近石刻本體部位的危巖應盡量采用裂隙灌漿黏結加固的措施，對于遠離石刻本體且穩(wěn)定性較低的危巖可考慮增設錨桿進行加固，部分危巖根據(jù)其殘缺現(xiàn)狀結合局部補砌或砌體支撐方式加固。

3)崖壁及洞窟風化溝槽及孔洞治理：對已經(jīng)因風化形成的溝槽和孔洞進行加固處理，提高石窟的整體穩(wěn)定性，起到保護的作用。對于洞窟風化溝槽，補砌加固采用漿砌塊石結構，石料采用當?shù)匦迈r砂巖石塊，黏結水泥砂漿所需水泥為低堿型水泥，砂子采用水洗砂，要求砂內(nèi)含泥量小于0.5%，泥塊含量(質(zhì)量分數(shù))小于0.2%。水泥砂漿水灰比(質(zhì)量比)宜為0.4～0.5，砂灰比(質(zhì)量比)宜為0.3～0.5。配比根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。對于個別補砌部位，為了保證補砌體的安全穩(wěn)定，采用短錨桿拉結。

對于崖壁面孔洞，采取填補并灌漿方式進行加固處理。孔洞填補選用與崖壁巖體材質(zhì)、顏色相近、未風化的砂巖，灌漿加固材料選用天然水硬性石灰，并根據(jù)情況配以一定比例的砂巖巖粉骨料。根據(jù)以往工程經(jīng)驗，巖體孔洞灌漿漿液水灰比(質(zhì)量比)為0.45～0.5，實際施工時應進行現(xiàn)場試驗以確定漿液配比?？锥刺钛a灌漿施工工藝為對表面空口部位進行清理，選取合適大小巖塊進行填補，清理殘留裂隙的塵?！鶕?jù)裂隙的形態(tài)與寬度、選擇適當?shù)酿そY材料配比→采用軟毛筆(刷)蘸取清水對裂隙的黏結面進行潤濕→首先在合適部位插入合適大小、長短的注漿管，然后在將要封口處，先用黏結劑在開裂巖片及原巖的黏結面上用力刮(或勾抹)一層，再用自制竹簽等將已調(diào)配好的黏結劑盡可能深地填入縫隙，填滿填實→采用自制竹簽或自制勾縫工具對填充在縫隙中的黏結劑進行逐層搗壓密實，直至有水分滲出為止→養(yǎng)護48 h后，進行試灌檢驗封口效果→檢查合格后，輕輕的拔掉注漿管，用封口黏結材料將注漿管處封堵住→修補作舊。

4)崖壁及洞窟窟壁表面片(板)狀起翹病害治理：石窟表面巖體易受到外界環(huán)境影響，因此選用的加固材料應具有一定的耐候性、長久的黏結強度和穩(wěn)定性。根據(jù)以往的工程經(jīng)驗，對于石窟表面片狀起翹及剝離部位，選用水硬性石灰進行黏結加固。

片狀起翹及剝離黏結及加固施工工藝為對灌漿裂隙以外的文物本體采用遮蔽方式進行防護支護→用清水進行清理裂隙，用水灰比(質(zhì)量比)為0.35的水硬性石灰封閉裂縫防止漏漿→在封閉裂隙過程中埋設注漿管，間距一般在30 cm～50 cm；注漿管直徑在0.5 cm～1 cm左右→在裂隙上部預留觀察孔；對于裂隙張開度較小無法插入注漿管的小裂隙，可在裂隙旁邊次要部位或無雕刻紋飾的地方鉆直徑1.5 cm的小孔，作為灌漿孔→配置水灰比(質(zhì)量比)0.55的水硬性石灰灌漿料，用注射器或者微型泵進行灌漿黏結→采用內(nèi)窺鏡檢查漿液的流向和黏結效果→漿液完全干燥后，用水灰比(質(zhì)量比)0.35的水硬性石灰填補觀察孔，干燥后補色作舊，做舊面積按病害面積的15%計算。

3 結論

本文在對羅漢堂周邊及龍王廟溝洞窟現(xiàn)場調(diào)查分析的基礎上，查明并進一步研究了石窟現(xiàn)存的主要病害，針對性地提出了治理措施，具體結論如下：1)羅漢堂周邊及龍王廟溝洞窟主要存在的病害類型包括：裂隙病害、危巖類病害、表面風化類病害、機械損傷類病害以及表面污染類病害。2)針對羅漢堂周邊及龍王廟溝洞窟現(xiàn)存的病害問題，其治理措施主要有裂隙灌漿加固技術、崖壁危巖加固設計、崖壁及洞窟風化溝槽及孔洞填充補砌設計和崖壁及洞窟窟壁表面片(板)狀起翹病害治理設計。