于 灝 謝 楓

1.太原市文物保護研究院（天龍山石窟博物館） 山西 太原 030000

2.太原市文物保護研究院（晉祠博物館） 山西 太原 030000

天龍山原名方山,東魏時大丞相高歡就在晉陽西的方山（今天龍山）興建了避暑離宮、開鑿了石窟,拉開了天龍山早期人文歷史的序幕。后世北齊、隋、唐、五代伴隨政權(quán)的更迭,駐守晉陽的王侯貴族在此基礎(chǔ)上依舊建新,形成了今天著名的天龍山石窟群。其核心區(qū)域現(xiàn)存石窟25座,大小石佛造像500余尊,浮雕壁畫等1144余幅,是全國重點文物保護單位。

一、天龍山地理環(huán)境及地質(zhì)特征

按照我國巖體勘探的技術(shù)規(guī)范、標準、規(guī)程對天龍山石窟群核心區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)特征勘察摸底,并做以下分析研究。

天龍山地處太原市西山36KM東南邊緣帶,屬呂梁山支脈。核心區(qū)域所處地貌類型比較簡單,按成因類型分為頂部剝蝕、侵蝕中山和柳子溝侵蝕堆積溝谷兩大地貌單元,大部分是基巖裸露的山區(qū),海拔高度為800～1445 M,主要有石炭,二疊系砂巖、砂頁巖及風化物,同時還有零星的黃土及厚度不等的殘坡積物覆蓋層。在石窟區(qū)的東、西兩峰之間,是溝谷發(fā)育的柳子溝,斷面似“V”型,天龍山區(qū)域構(gòu)造活動比較頻繁,巖體裂障比較發(fā)育,主要走向為北東向和北西向,傾向多為東南和東北,富含裂隙水。

二、巖土勘察

根據(jù)我國《巖土工程勘察規(guī)范》勘察工作按復雜地基、巖土工程勘察詳勘要求來布置工作量,勘探點沿構(gòu)筑物角點布設(shè),間距控制在30M以內(nèi),控制性勘探孔深度按構(gòu)筑物基底壓力估算的壓縮層深度確定;一般性勘探孔孔深以控制主要受力層為原則?？辈觳扇√歇毩⒆鴺讼?大沽高程系。

2.1 鉆孔,水池采用GJ-150型鉆機施工,水位以上采用干鉆鉆進,水位以下采取泥漿護壁或套管護壁,雙管單動鉆具,回轉(zhuǎn)鉆進并取土。

2.2 取樣:根據(jù)試驗的要求,采樣原狀土試樣質(zhì)量等級為Ⅱ級或接近Ⅱ級,15 M以上每1.5 M取土樣一件,15 M以下每2.0M取土樣一件。

2.3 標準貫入試驗,在鉆孔內(nèi)的預定深度進行,遇卵石改用重型動力觸探試驗,采用63.5KG錘,落距76CM,自由落錘,預擊15CM,記錄每10CM和累計30CM的錘擊數(shù),并采集擾動樣。其余構(gòu)筑物由于大型鉆機無法就位,使用背包型工程鉆機,回轉(zhuǎn)鉆進。如深部土層也軟弱,或上部荷載較大、沉降有嚴格要求的則采用深基礎(chǔ)。

2.4 掘探,針對坡頂殘積土層進行探槽描述記錄。

已完成勘察工作量匯總表

例:高歡暑宮,位居東西兩峰的交匯處,巖層傾向為北西向,傾角:10～15°,西側(cè)、南側(cè)臨空面風化嚴重,裂隙發(fā)育,許多裂隙內(nèi)生長樹木根系,長期受風化、雨水侵蝕作用,南側(cè)陡坎表面80CM厚的風化巖已處于崩塌的邊沿,穩(wěn)定性極差。

三、地層時代及類型分析

天龍山保護區(qū)內(nèi)地層巖性出露石炭紀上統(tǒng)及二疊紀地層,石窟佛像開鑿于二疊紀地層的崖壁上,巖石是一套以陸源碎屑沉積為主的沉積巖。根據(jù)地基土構(gòu)成及巖性特征,勘探原位測試及室內(nèi)土工試驗資料綜合分析,在勘察深度范圍內(nèi),計劃建設(shè)場地地基土龍門游客中心,從上至下共分為3層,現(xiàn)依層序分述如下:

第1層 殘積土（Q2MI）,由碎石、風化基巖塊、水泥塊等組成。該層物質(zhì)成份雜亂,結(jié)構(gòu)松散,均勻性差,呈欠壓密狀態(tài)。

第2層碎石（Q2MI）,雜色,母巖成分以砂巖與灰?guī)r為主出,磨圓度一般,稍濕、中密,顆粒級配不良、充填物為粗砂及粉土,混夾有少量漂石。

第3層 砂巖,褐黃色,強風化,較軟巖,砂質(zhì)結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,巖體較破碎,巖芯多星短柱狀,局部呈碎塊狀。巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ級。

按照標準勘察深度范圍內(nèi),上部為殘積土、粉土、卵礫石層,下部石炭系砂巖、泥巖。膠結(jié)物以硅質(zhì)最常見,膠結(jié)類型為孔隙式,屬堅硬巖石,但軟化系數(shù)較低,抗凍性差,抗風化能力中等。

四、地表水文特征

天龍山為暖溫帶大陸性季風氣候區(qū),年平均氣溫9℃年平均降水量為511MM,降水量多集中在6.7.8月。柳子沙河屬黃河水系,是地下水逕流有排泄區(qū)發(fā)源于晉源區(qū)晉祠鎮(zhèn)牛家口柳子溝內(nèi),由西向東流入汾河,全長15KM,屬季節(jié)性河流;白龍洞泉,位于東、西峰交匯處,白龍洞內(nèi),在古代為禱雨之所,高度與石窟同水平;

天龍寺泉,位于天龍寺內(nèi)。它們都是地下水排泄的主要途徑。成因類型為上升泉,層位在二疊紀上統(tǒng),為弱堿性水,是天龍山石窟博物館的主要飲用水源。

天龍山地下水以裂隙水分布為主,同時分布有少量的孔隙水。天龍山裂隙水含水層為基巖風化殼和地層砂巖的成巖裂隙、構(gòu)造裂隙和風化裂隙中,富水程度差異很大,地下水位深度隨地形而變化?；瘜W類型多為:S0--CA、NA型水,礦化度低,PH值7.6,為堿性水。天龍山孔隙含水巖層為松散巖類,地下水賦存于巖石碎屑和松散沉積物孔隙中,各層含水層沒有統(tǒng)一的地下水位,富水性較好,水位很淺,礦化度0.5G/L左右,PH值7.1,為弱堿性水。

五、巖土抗震

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》,太原市抗震設(shè)防烈度為8度,設(shè)計基本地震加速度值為0.20G,設(shè)計地震分組為第二組。特征周期值為0.3S。擬建場地20.0M深度范圍內(nèi)等效剪切波速值V估算值介于500-800M/S之間,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料,覆蓋層厚度0M之間,建筑場地類別為I類;地基土液化判別,建設(shè)場地20M范圍內(nèi)不存在飽和粉土和砂土,可不考慮地基土的液化影響。根據(jù)擬建場地地形、地貌及地基土特征,按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》劃分,擬建構(gòu)筑物游客服務(wù)中心西南側(cè)、高歡暑宮南側(cè)、觀松閣廊亭南側(cè)陡坎均位于山體邊緣,破碎嚴重,易崩塌、滑坡等,屬對構(gòu)筑抗震不利地段,其余構(gòu)筑物均屬對構(gòu)筑抗震一般地段。場地各土層波速值大于140M/S,因此場地各土層可不考慮軟土的震陷問題。核心場地僅觀松閣廊亭位置上部出露濕陷性粉土,其余位置以砂巖為主,不考慮地基土的濕陷性。

觀松閣廊亭根據(jù)探井土樣濕陷性試驗結(jié)果,依據(jù)《濕陷性黃土場地勘察及地基處理技術(shù)規(guī)范》（DBJ04/T312-2015）第4.4.4～5條進行自重濕陷量與總濕陷量計算。根據(jù)T1～T2探井自重濕陷量從整平標高算起,經(jīng)計算,知擬建場地屬非自重濕陷性黃土場地,濕陷等級為I級。根據(jù)室內(nèi)土工試驗、標貫試驗測試結(jié)果,并結(jié)合地區(qū)建筑經(jīng)驗綜合考慮,確定各層地基土的承載力特征值,建議結(jié)果見表:

觀松閣、廊、亭地基土承載力特征值一覽表

備注:自重溫陷量自整平標高算起,溫陷量自基底算起。

六、結(jié)束語

經(jīng)上分析探討,計劃建設(shè)觀松閣廊亭、高歡暑宮等部分建設(shè)場地經(jīng)風化、雨水侵蝕及植物根系生長,已嚴重影響邊坡的穩(wěn)定性,垂直裂隙極其發(fā)育,隨著時間的推移或外力的影響,會出現(xiàn)邊部巖體剝離崩塌現(xiàn)象,不利于上部擋墻的穩(wěn)定,需對邊坡進行加固處理。即采用釘錨桿對表層剝離巖體進行加固處理。從上到下布置三層錨桿,水平間距1.5M,垂直間距1.2M,梅花型布置,錨桿長度上部兩層9.0M,下部6.0M,鋼筋直徑25MM,成孔直徑120MM,注漿材料采用P.042.5普通硅酸鹽水泥,水灰比0.45～0.50,錨固體28天強度20MPA。巖土鉆進過程中應(yīng)注意成孔宜采用回轉(zhuǎn)鉆進工藝,避免采用沖擊成孔工藝,防止振動影響加劇巖體的分離崩塌;采取措施保證錨桿前端1.5M不充滿漿液,同時避免漿液漫流擠壓外部巖體;錨桿應(yīng)有不小于50KN的預加力,錨頭墊板尺寸為200X200MM;時隔孔施工,隨成孔隨注漿,不允許成許多孔后一次注漿;當發(fā)生跑漿時,應(yīng)間隔注漿;另需將深入巖縫中的樹木根系清除,避免繼續(xù)生長擠壓巖體,發(fā)生崩塌現(xiàn)象。

本次勘察深度范圍內(nèi),場地地基土自上而下為:第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4ML）、第四系上更新統(tǒng)沖洪積成因的粉土、卵礫石、碎石（Q2）,石炭系（C）砂巖、泥巖;勘察深度范圍內(nèi),未揭露地下水。設(shè)計地震分組為第二組,特征周期值為0.3S;擬建場地為非液化場地,類別為I類;游客服務(wù)中心西南側(cè)、高歡暑宮南側(cè)、觀松閣廊亭南側(cè)、木牌樓南側(cè)、春秋樓北側(cè)屬對建筑抗震不利地段;構(gòu)筑物可不考慮濕陷性;根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)勘察設(shè)計規(guī)范》（DBJ04/T258-2016）,太原市標準凍深為0.74M。因此綜合建議石窟群核心區(qū)域各土層承載力特征值FAK可按中拉力建議值采用。

本次勘察研究摸清了天龍山石窟群核心區(qū)域內(nèi)巖土層存在的主要風險情況。便于及時規(guī)劃保護范圍和建設(shè)控制地帶的管控實施,有利于實現(xiàn)天龍山石窟群巖體結(jié)構(gòu)科學防護設(shè)施建設(shè)。