水库淹没区岩土体遗址保护利用方案研究——以皎平渡红色革命遗址为例

丁梓涵，乔 榛，吴冠仲

(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072；2.地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059；3.国家文物局石窟保护技术重点科研基地，甘肃 兰州 730000)

0 前 言

兴建水库时，须对水库区及周边文化遗址进行勘测调查，对淹没区及其影响区内的文物古迹进行保护，以留住文化根脉、守住民族之魂。水库淹没区及其影响区遗址的保护和利用，应在地质环境条件勘察、文物遗址性质及保存现状调查、遗址赋存载体稳定性分析等基础上，制定科学合理的保护方案和措施[1]。目前，我国已有水库淹没区文物保护方案多采取搬迁重建[2]，如三峡水库淹没区的张飞庙[3]和大昌古镇[4]、三门峡水库淹没区的永乐宫[5]、葛洲坝水库淹没区的屈子祠[6]等淹没较浅的古建筑或可移动文物；少数采取原址保护措施，如黄羊水库淹没区的天梯山石窟在石窟外围设计建造高22 m、长52 m的围堰大坝[7]，刘家峡水库淹没区的炳灵寺石窟采取高15 m、长200 m的堤防保护措施[5-6]，三峡水库淹没区的白鹤梁石刻则建设水下博物馆，实现了文物保护兼展示利用[8-10]。

皎平渡革命遗址属于岩土体类文物，无法进行整体搬迁复建，而水库蓄水后将处于水下90 m深度，无法兼顾保护和展示利用的实现。针对此深水库淹没区岩土体文物，通过详细调查地质环境、遗址病害及赋存载体情况，重点分析了水库蓄水后文物本体及载体的稳定性，提出比选方案并最终确定了“原址封护加固+异地复建展示”的保护利用方案，为类似深水库淹没区岩土体文物保护方案提供参考。

1 遗址概况及水库建设

1.1 文物遗址概况

1935年5月3—9日，中央红军3万余人在皎平渡口成功渡江，摆脱了十万国民党军队围追堵截。皎平渡渡口山洞正是毛泽东、朱德、周恩来等中央领导人指挥红军“巧渡金沙江”的住所。皎平渡山洞遗址是国家重要革命文物，是全国100个红色旅游景区和30条红色旅游精品路线之一，是四川省第一批省级文物保护单位中革命遗址及革命纪念建筑物之一，是省级爱国主义教育基地。

皎平渡革命遗址包括11个山洞和3段穿洞。穿洞为长56 m、宽1.5 m、高1.6～1.8 m的隧洞，穿洞西南面凿有坐北向南的山洞3个，穿洞内部凿有坐西向东的山洞3个，穿洞东北面凿有坐南向北的山洞5个。

1.2 水电工程建设

乌东德水电站是金沙江下游河段规划建设的4个水电梯级最上游一级。皎平渡渡口革命遗址位于凉山州会理县通安镇中武村、金沙江左岸中武山坡脚，处于距乌东德水库上游33 km的水库淹没区内。革命遗址高程约885 m，水库蓄水前遗址高出江水水位约10 m，水库蓄水后遗址将被全部淹没至常水位975 m以下90 m的深度。

2 工程地质环境条件

遗址区位于金沙江左岸中武山坡脚、新田沟左岸沟口，南东两侧临空，东侧为金沙江、南侧为新田沟，坡脚呈近直立陡壁，坡度约80°，高约13～15 m。

坡体下伏基岩为中远古界前震旦系天宝山组(Pt2tb)板岩和千枚岩，岩层呈倾向坡内的陡倾层状结构，薄层～中厚状，轻微变质，局部可见极破碎状的碳化现象，岩体卸荷、风化程度相对较高，一定深度范围内有发生弯曲-拉裂变形的可能，不利于遗址赋存坡体的整体稳定性。

3 遗址病害现状

根据现场勘查，遗址存在多种病害及不良地质现象。

3.1 洞内塌顶

7-5号洞内存在按碎石土韵律层逐层剥落的塌顶现象，崩落的碎块石土堆积于洞内地面。7-5号山洞由前、中、后3个串联的山洞组成，其中前洞进深3 m、开间6 m、净高约2.5 m，是皎平渡山洞群中洞内空间最大的山洞，其稳定性也相对较差。开凿山洞的地层由历史上不同时期多次崩塌堆积及坡面侵蚀堆积形成，洞壁可见由块石、碎石、砾石等粗细颗粒交替的多级韵律层，崩坡积碎石土韵律层整体倾向金沙江方向，倾角较缓，约10°～20°。洞顶与碎石土韵律层基本平行，逐层塌顶将导致顶板提供稳定的支撑力减小，有可能致使山洞塌方破坏。

3.2 坡体崩塌

7-5号山洞北侧陡崖已发生过小规模崩塌落石。该处陡壁高约13 m，崩塌范围沿陡壁走向长约15 m，崩塌堆积厚度平均约2 m，崩塌体约520 m3。崩塌碎石土松散堆积于坡脚，堆积物主要为碎块石、卵砾石，夹巨型孤石。在强降雨时松散堆积物可能发生再次失稳溜滑，在风化等自然营力作用下陡崖裸露新鲜面将发生持续向内的渐进式坍塌。

3.3 卸荷裂隙

穿洞洞顶沿洞轴方向发育多条平行的卸荷裂隙。大部分均较短且断续发育，其中贯通性最好的一条裂隙总长度约为12 m，裂隙呈张性，张开度约2 cm，无填充，迹线基本平直，局部位置将孤石切割断裂。卸荷裂隙破坏了坡体的完整性，降低岩土体强度，且为降水提供运移通道，不利于遗址坡体的稳定性。

3.4 局部架空松散

临江侧坡体存在两层较贯通的松散块碎块石层，为不同时期多次崩塌堆积形成的碎石土韵律层，整体倾向金沙江方向，倾角较缓，约10°～20°，上层厚48 cm，下层厚39 cm；碎块石磨圆差，呈次棱角状，结构松散，多处架空明显，坡表局部已发生掉块垮塌而成的孔洞、凹腔，会形成天然优势破坏面，不利于遗址坡体的稳定性。

3.5 渗漏及渗析

遗址区坡顶为农田，灌溉期间穿洞顶部及侧壁局部出现间歇性渗漏，渗水量较大，出水点面积约1～2 m2，呈滴水形式渗漏，说明坡体内部松散，弱胶结碎石土为水提供了良好的运移通道。同时，遗址山洞内壁表面白色泛盐现象明显，均出现在西侧即靠山一侧洞壁，这是由于渗水造成易溶盐迁移，在剧烈的气温、干湿交替变化环境中，岩体内易溶盐不断溶解、结晶，呈白色粉末析出于岩土体表面；而长期作用将导致岩土体钙镁质成分析出，弱化胶结结构，加剧浅表层洞壁逐块、逐层剥离劣化。

综上所述，山洞遗址本体及赋存载体发育有多种病害，局部已发生变形破坏，不仅对遗址风貌造成影响，还严重威胁文物遗址本体及赋存载体的稳定性及安全性。

4 坡体稳定性研究

目前天然条件下，遗址山洞有局部小型塌落、洞内塌顶、裂缝、渗漏等不良地质现象，但无整体变形现象，整体稳定性较好，失稳破坏的可能性小；由于岩土体强度参数迅速降低，库水位上升，坡体前缘可能产生局部垮塌变形，洞内塌顶破坏；在长期库水位作用下，堆积体细颗粒物质流出，泥质胶结物软化，致使土体结构破坏和强度大幅降低，对坡体和洞室的稳定性极为不利，遗址斜坡可能出现滑坡及垮塌破坏。

4.1 物理模拟研究

开展物理模拟实验，主要目的是研究蓄水过程及蓄水后遗址赋存坡体及局部山洞稳定性。物理模拟实验相似常数为1:200，对现场取样的崩坡积碎石土通过颗粒级配及密度控制实现材料相似，采用预埋石蜡熔化形成山洞处的细部模型。通过激光扫描仪监测坡体模型的变形，通过埋设在坡体模型内的土压力计和孔隙水压力计监测水土压力变化(见图1)。

图1 物理模拟实验方案

坡体模型在长期泡水条件下，山洞结构及附近区域最先发生破坏，进而演化为坡体临空面区域发生崩塌破坏。

4.2 数值模拟研究

4.2.1 二维模型稳定性分析

在Geostudio-slope计算软件中，根据地层岩性、风化程度、地质构造将地质剖面进行简化分区，建立数值模型，采用Morgenstern-Prince(M-P法)搜索失稳滑面，确定常水位975 m工况时遗址赋存坡体的不稳定范围(见图2)。

图2 坡体稳定性系数及推测滑面

计算结果可得，在蓄水后遗址赋存坡体处于欠稳定-不稳定状态，失稳滑面集中在坡肩和坡脚处，滑体范围涵盖了革命遗址，即水库蓄水直接影响遗址本体及赋存坡体的安全保存。

4.2.2 三维模型稳定性分析

根据地形和地层地质条件建立FLAC 3D模型，定量分析边坡由于蓄水引起的变形破坏范围和变形破坏模式，为边坡稳定性评价提供依据。

由三维模型稳定性分析可得，蓄水工况时边坡位移主要发生在遗址赋存坡体区域，其他部位基本无位移。在遗址区坡体前缘临空面位移最大，在遗址区靠新田沟侧位移较大。坡体主要产生向金沙江方向的变形，坡体前缘最先变形失稳，然后逐渐向后垮塌。

分析认为，由于坡体前缘即坡脚较陡，坡度约80°，临空条件好；坡体地层为松散崩坡积弱胶结碎石土，崩坡积韵律层局部松散架空，力学强度较低、耐崩解性差；且坡体内已存在贯通卸荷裂隙和渗水渗析现象，透水性强，故导致遗址赋存坡体前缘稳定性差，在蓄水过程及蓄水后长期淹没工况下，极易发生失稳破坏。

5 保护利用方案

根据前期调研工程案例、专家咨询意见，结合皎平渡革命遗址本体遗存现状、赋存载体及遗址区实际工程地质条件等，提出“原址水下保护展示”和“原址封护加固+异地复建展示”2种保护方案。

5.1 原地下水保护展示

目前，在国内外深水库淹没的岩土文物保护类似案例是位于三峡水电站淹没区的全国重点文物保护单位“白鹤梁题刻”。白鹤梁题刻是从唐代广德元年以来用刻石鱼的方式记载枯水位的水下碑铭，题刻赋存于一道长约1 600 m、宽约15 m的天然石英砂岩上。修建下游三峡水库前，白鹤梁题刻浅没于水中，枯水期露出水面；当三峡库区正常蓄水位达到175 m后，白鹤梁题刻将淹没于水下约20 m深度。为了保护白鹤梁题刻这座“长江古代水文站”和“世界水文资料的宝库”，多个保护方案被提出，如“地下水晶宫”方案、“蜂巢拱顶壳”方案、“隔流隧道”方案、“就地保存，异地陈展”方案等，最终选择并实施了葛修润院士提出的“无压容器”方案[8-10]，即在白鹤梁上修建一座巨大的无压容器将其完全笼罩，并可供游客进入隔水观赏。2009年白鹤梁水下博物馆建成，它是目前中国修建的世界上唯一一座遗址类水下博物馆，为国际水下文化遗产的原址保护和展示提供了成功范例。

参考白鹤梁题刻兼保护与展示利用于一体的方案，皎平渡遗址保护方案一提出“原址水下保护展示”的结构体系。首先对坡体进行支挡加固和注浆加固，在遗址周围设置一圈地下防渗帷幕并连接地上基础，基础之上为拱形壳体结构即穹顶护罩，形成完全防渗抗压的密闭空间，实现遗址本体的不扰动式保存；同时设置顺坡向廊道，上部入口位于水库蓄水常水位以上的岸坡，下部出口抵达遗址区，实现游客抵达水下参观游览。

在方案一提出的同时，对皎平渡遗址和白鹤梁题刻的概况进行对比分析(见表1)，为本方案提供参考。

由表1可得，白鹤梁题刻与本项目皎平渡遗址虽均为水库淹没区遗址类文物，但工程地质条件、遗址本体和赋存载体类型、蓄水淹没深度、文物遗存现状都相差甚远，因此白鹤梁题刻的保护理念及方案不能完全适用于皎平渡遗址。

表1 文物概况对比

5.2 原址封护加固+异地模拟展示

皎平渡遗址保护方案二采用“原址封护加固+异地模拟展示”[11]，即对遗址进行加固回填保护，同时在淹没线以上的区域内选择科学、合理的地点对遗址进行模拟建造展示。

针对遗址本体，在洞室内部采用钢拱架支撑和碎块砂石回填，且在洞壁喷涂防护层进行防水隔离。针对赋存坡体，首先在遗址赋存坡体中部(遗址后方)设置抗滑桩，保证坡体稳定性；在坡脚(遗址前缘)及遗址两侧设置弧形桩板墙，稳固坡脚的同时抵抗蓄水后静水压力；对桩板墙与后方崖面之间进行回填，并对回填土注浆加固；在遗址四周设置一圈防渗帷幕，对库水入渗进行二次防渗封堵，减缓库水入渗和浸润对岩土体的物理化学作用；在加固区坡表设置防渗层辅以锚杆加固，防渗层与抗滑桩、桩板墙、防渗帷幕有效衔接，使加固保护区形成完整的封护加固结构体系。

5.3 方案比选

方案一设计及建设难度较大，在深水压环境下完全防渗抗压的工程效果无法保证，涉及文物保存与参观游客的人身安全，且工程造价较高、工期紧迫，在水电站蓄水前不能保证施工进度和质量。方案二对原址进行就地保护，可依据较为成熟的库区岸坡变形破坏防治技术，结合文物本体加固保护技术，共同实现遗址在深水库淹没情况下的长久保存。同时在异地进行选址复建[12]，也实现了革命文物有址可寻、有物可看、有史可讲、有事可说的重要意义。综上所述，方案二为水库淹没区皎平渡革命遗址最佳保护方案。

6 结 论

水库淹没区文物遗址保护和利用，应依据地质环境、遗址病害现状、遗址赋存载体稳定性、蓄水工况等多个方面的调查和分析，制定科学、合理的方案。以金沙江乌东德水电站上游的岩土体文物皎平渡革命遗址为例，进行多方面分析研究，适当参考类似文物保护案例，制定多个方案，经过综合比选分析，确定了最佳保护利用方案。此保护方案的分析制定过程及方法，可为水库淹没区文物保护利用研究作参考，旨在发扬文物遗址所承载的重大意义，留住文化根脉、守住民族之魂。