龍門石窟潛溪寺滲漏水原因分析
龍門石窟自開鑿1500多年以來,除人為破壞以外,在自然營力的長期作用下,產(chǎn)生了比較嚴(yán)重的地質(zhì)病害,洞窟滲漏水就是其中的病害之一?,F(xiàn)正在實(shí)施的“聯(lián)合國教科文組織龍門石窟保護(hù)修復(fù)工程”項(xiàng)目中,潛溪寺作為試驗(yàn)洞窟之一,滲漏水治理將是下一步工作中的一項(xiàng)重要任務(wù)。為了取得更好的治理效果,根據(jù)自己的觀察和分析,對治理措施進(jìn)行探討。
潛溪寺位于龍門石窟西山北端,約開鑿于盛唐高宗初期(650~661年),洞窟高9.2米、寬9.5米、深6.8米,穹隆頂,馬蹄形平面,外壁巖體傾角60°~70°。潛溪寺洞窟地面標(biāo)高為156.80米,高出伊河水面7米。洞窟大,洞頂薄,構(gòu)造發(fā)育,南北兩側(cè)層面節(jié)理通透,巖體處于弱風(fēng)化帶中,洞窟后部山體及北部植被較發(fā)育。
洞窟開鑿在寒武系上段崮山組巨厚層極細(xì)-細(xì)晶白云巖中,巖性堅(jiān)硬、致密。單層厚度一般為70~200厘米,巖體裸露,局部地段巖體破碎,洞窟頂部巖層厚度180~220厘米。巖層產(chǎn)狀走向NE(北東)30°~70°傾向NW(北西)傾角24°~30°,屬緩傾斜單斜地層,礦物成分、化學(xué)成分較復(fù)雜,巖體構(gòu)造十分發(fā)育。構(gòu)造節(jié)理、層面節(jié)理、卸荷節(jié)理、風(fēng)化節(jié)理相互切割交叉,在巖體表層或一定深度內(nèi)構(gòu)成上下縱橫分布的裂隙網(wǎng)絡(luò)。
洞窟在宏觀上受構(gòu)造節(jié)理和卸荷節(jié)理控制,在洞窟南、北兩側(cè)發(fā)育有兩條較大的構(gòu)造節(jié)理,分別為J1和J2在地表形成明顯的下陷式或“V”字形沖溝。J2規(guī)模大于J1,兩條構(gòu)造節(jié)理規(guī)模大延伸遠(yuǎn),尤其J1位于潛溪寺與賓陽北洞之間,呈組發(fā)育。在洞窟前壁巖體表面、洞窟南部小龕和洞窟內(nèi)部均可觀測到其切割洞窟的出露痕跡或滑移剖面,洞窟的卸荷節(jié)理非常發(fā)育,間距一般1~3米,產(chǎn)狀NW(北西)10°~NE(北東)10°傾角80°~50°,從地表到山體內(nèi)部,傾角漸緩。在洞窟內(nèi)可以看到5條卸荷裂隙,其編號依次為J3、J4、J5、J6、J7。
滲漏水情況觀察
為了取得洞窟滲漏情況的詳細(xì)資料,我們對洞窟滲漏水進(jìn)行了連續(xù)觀察。發(fā)現(xiàn)潛溪寺共有滲水點(diǎn)(帶)23處。分別為窟頂1處、西壁北側(cè)上方2處、南側(cè)上方4處、東壁與窟頂交界處1處、北壁3處、南壁12處。
洞窟頂部滲水較為嚴(yán)重,呈面狀分布。主要是沿卸荷裂隙、風(fēng)化裂隙和層面節(jié)理交叉切割而成的滲水通道滲漏。東側(cè)有一長約250厘米的構(gòu)造裂隙滲水帶。西壁主佛背光沿層面裂隙有較大面積凝漿沉積,分布不均,厚度達(dá)1~3厘米。受兩條層面裂隙的切割,北側(cè)弟子像面部滲漏水嚴(yán)重,主尊頭部右上角有4處滲水點(diǎn),頭部上方2條層面裂隙中各有滲水點(diǎn)1個,沿滲水點(diǎn)下方有大面積深綠色苔蘚生長。在南側(cè)頂部卸荷裂隙處有1個較大的滲水點(diǎn),下部有苔蘚生長覆蓋物。南壁有6處滲水帶,滲水病害嚴(yán)重。2處位于南壁中部,另外4處位于南壁上部兩側(cè),菩薩像頭頂至力士像肩頸部是一條主要的滲水裂隙。受洞頂滲水影響,在南壁菩薩肩部形成一條溶槽,南壁菩薩像腰部以下部位生長有墨綠色苔蘚,南壁西側(cè)下部有大面積苔蘚分布。
滲漏水與構(gòu)造的關(guān)系
洞窟滲漏水與各種成因的構(gòu)造裂隙關(guān)系極其密切,在漫長的地質(zhì)發(fā)展史中,洞窟滲漏水主要受構(gòu)造節(jié)理、卸荷節(jié)理、層面節(jié)理的構(gòu)造框架控制。
根據(jù)長期觀察,一般構(gòu)造節(jié)理具有通透性和成組性、規(guī)模大、延伸遠(yuǎn)的特征。上至山頂,下至水面以下幾十米、數(shù)百米不等。但由于裂隙面上長期沉積次生礦物,使其局部地段不具有良好的通透性,滲水線路會發(fā)生遷移或變化,同時在局部地段凝結(jié)物積聚地段起到儲水構(gòu)造的作用。卸荷節(jié)理具有導(dǎo)水功能,在局部地段或者在一個洞窟或數(shù)個洞窟周圍嚴(yán)格受構(gòu)造節(jié)理控制,屬于新生或后期發(fā)育的構(gòu)造,在空間上尤其南北兩側(cè)被構(gòu)造節(jié)理截斷或限制,在懸崖表面到巖體內(nèi)部幾十厘米到數(shù)米范圍內(nèi)可能在空間上具有通透性,使巖體形成剝離或分離狀態(tài)。巖縫寬度一般為0.2~3厘米,巖縫中沉積有大量凝結(jié)物或生物苔蘚、霉菌,是所有洞窟中的主要滲水構(gòu)造。在空間上,從巖體表面到內(nèi)部具有數(shù)條平行發(fā)育的特征,發(fā)育的深度受地形坡度、構(gòu)造應(yīng)力和空間洞窟的分布狀況限制。層面節(jié)理在空間上被構(gòu)造節(jié)理和卸荷節(jié)理切割,是良好的運(yùn)移儲水構(gòu)造,在接近洞窟的一定范圍內(nèi),可作為導(dǎo)水構(gòu)造,在山頂?shù)乇硌卮怪狈较蛑翈r體內(nèi)部風(fēng)化帶范圍內(nèi)具有十分強(qiáng)烈的儲水構(gòu)造功能,從上到下的滲水路線:地表水——風(fēng)化帶——構(gòu)造節(jié)理、卸荷節(jié)理、層面節(jié)理——近地表處層面節(jié)理——洞窟或潛水面。發(fā)育強(qiáng)度按上、中、下順序或巖體表面、內(nèi)部漸弱。在巖體內(nèi)部一定深度范圍內(nèi)從空間上改變了水的運(yùn)移路線和方向,使巖體內(nèi)部的巖溶水按照“之”字形分叉,向可以最大限度減小其勢能、降低其承壓應(yīng)力的方向運(yùn)移——即大的破碎帶裂隙、風(fēng)化裂縫、地表淺部等。
防滲治理的基本思路是(1)切斷雨水在防滲層最上部邊緣與風(fēng)化層之間的入滲途徑,形成一定深度的扇形隔離帶;(2)鋪設(shè)防滲層之前,首先加固頂部風(fēng)化帶,保證洞窟頂部的安全穩(wěn)定性;(3)防滲層鋼筋網(wǎng)以不銹鋼材質(zhì)為宜,混凝土要采用低堿水泥;(4)在對洞窟滲漏水影響巨大的裂隙帶或沖溝上,并排布置平行交錯的反向?qū)@孔,寬度略大于裂隙帶;(5)在山坡上修筑多條彼此交叉的“人”型、“入”型或反“ノ”型疏散導(dǎo)水墻,把地表徑流水分散截流送到空閑地帶排放掉,減少雨水在洞窟頂部附近的入滲量;(6)對洞窟南側(cè)巖體表面出露的卸荷裂隙進(jìn)行淺空注漿,巖體表面進(jìn)行防風(fēng)化防滲漏處理;(7)觀察治理效果,對依然滲漏的裂縫進(jìn)行洞內(nèi)可逆性封堵,并植入一定深度的導(dǎo)水管,如果有可能的話,裂縫中一定深度范圍內(nèi)的沉積物應(yīng)該清除,有利于滲水向某一個方向運(yùn)移。巖體內(nèi)部的導(dǎo)水管部分,其上半部應(yīng)具有網(wǎng)孔狀,便于直接導(dǎo)水。 
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