龙门石窟擂鼓台南洞前段砌体维修加固中新技术的应用

近日，龙门石窟擂鼓台区域维修加固与水害治理项目竣工，擂鼓台区域洞窟正式向公众开放。本文阐述项目重要工程擂鼓台南洞前段砌体维修加固相关背景和在维修加固过程中应用的新技术，以期为相关文物建筑的保护提供一种新的思路和方法。

龙门石窟擂鼓台区域位于龙门东山石窟区的南端，为东山石窟区开凿较早、规模较大的一组洞窟，由北、中、南三洞及窟外崖面多个小龛构成相对独立的区域。擂鼓台南洞位于擂鼓台区南段，开凿时间约为公元690年至705年。洞窟平面呈方形，进深6.09米，宽8.05米，高6.12米。穹窿顶中央为高浮雕莲花藻井，四壁壁面及窟顶莲花外雕凿有突出壁面的小型坐像，共计800身，横向成排，上下交错对应，高约0.45米。地面中央有一个长2.76米，宽2.45米，高1米的长方形基坛，其上又有台座用以安置主尊佛像。

该窟前部坍塌，原状以砖石结构补砌，砌体修建时间不详。根据砌体所用青砖部分为明代城砖判断，砌体整体修建时间不早于明代。洞窟窟门为砖石垒砌的圆券形窟门，青砖砌作的圆券自下而上为“券砖”和“伏砖”交替，即“两券两伏”，砖均丁头露明。门券正上方距窟门87厘米处青砖间镶嵌一高44厘米、宽79厘米的长方形条石，中部高浮雕一狮子。砖砌之外的大部立面为大小不一的石块平铺垒砌而成，上部石块间以青砖砌出高1.73米、宽6.37米的拱券；其下方正中留高0.88米、宽0.76米方形明窗，内嵌木质方形棂格窗。窟门外南侧立面下部砌石间以水泥勾缝，与立面其他部分区别鲜明。砌体上部覆盖20世纪80年代以青砖垒砌的覆斗式护顶，通高2.64米，自下而上层层渐收作叠涩状。砖横向铺砌，长身露明，十字错缝，共计41层，为现代常用砌筑用砖。

2021年7月，河南多地遭遇洪灾，龙门石窟擂鼓台南洞在暴雨冲击之下，除洞窟存在大面积渗水病害外，前段砌体结构亦受损，砌体同洞窟岩体间安装的裂隙位移计在暴雨之后发生扭曲；砌体西墙出现鼓闪及裂缝；拱券发生变形，存在大量结构性横纵向裂隙，尤其是窟内西壁上部区域，产生了一条张开宽度5—12厘米的宽大裂隙，沿拱券厚度方向最大延伸长度近24厘米。砌体存在坍塌的可能性，严重威胁到洞窟文物的安全保存。鉴于此，龙门石窟研究院组织文保专家现场踏勘，评估洞窟渗漏水状况以及砌体存在的险情，并根据评估意见编写上报保护方案。

2021年10月，国家文物局下达了关于该项目的批复意见，同意实施龙门石窟擂鼓台区域维修加固与水害治理项目，并提出对南洞前段砌体尽快采取临时支护措施确保文物安全。2021年12月，龙门石窟研究院对南洞前段砌体实施了临时支护措施；2023年9月至2024年4月，对砌体进行了维修和加固。

项目实施过程中，在传统保护技术基础上，对擂鼓台南洞前段砌体临时支护和砌体维修加固应用了一些新技术。

砌体临时支护

对擂鼓台南洞前段砌体临时支护是南洞失稳治理的第一阶段工作，该项工作于2021年12月完成。在此项工作中，为防止南洞前段砌体变形发展，从而影响到洞窟的稳定性，在洞窟内对拱券和危岩进行支护的同时，在洞窟外对砌体的外立面进行支护。在本次临时支护中，应用了放射状布置的钢结构构件实现对洞窟前段砌体的临时支护。该支护的优点为在需要支护系统发挥作用时可有效保证砌体建筑的稳定性，而在砌体建筑未继续发生形变时不对其施加影响，符合文物保护中的最小干预原则，是一种预防性保护措施。这项技术是首次在龙门石窟保护工程中应用的技术，具有一定的创新性。

擂鼓台南洞前段砌体外立面支护

擂鼓台南洞窟内临时支护系统

该支护系统的原理为依靠定制的配套钢制器具实现洞窟支护。器具核心构件本质上为定制滑动丝杠，圆柱形构件。滑动丝杠的功能是将旋转运动转化成直线运动，即通过转动螺母促使丝杠做上下往复可控微量运动，通过传力构件将丝杠产生的作用力施加在加固结构上，从而实现支顶加固功能。通过安设轴向应力监测设备，实现支撑力和位移的双重微量增减可控操作。

擂鼓台南洞维修加固后

洞窟内顶部拱券为近弧形砖砌体结构，受力特点为沿拱线承受轴线压力为主，由于外界因素的不利影响，拱形变形严重，拱券上的应力场重新分布，出现弯矩和拉应力。拱券总体变形方向为竖向下沉和径向变形，本次支护采用放射状布置的钢结构支撑构件，很好地顺应并抑制了拱券变形。

窟外西侧外立面和南侧外立面均采用平面桁架提供反力支撑，遏制外立面向临空面的侧向变形。桁架竖向槽钢根据墙面形态现场热熔弯制以贴合墙面，保证均匀传力。竖向槽钢通过布置焊接2—4道横向槽钢以增加桁架整体性和刚度。桁架通过垂直墙面布置的支撑丝杠连接形成空间超静定稳定结构，墙面侧向变形产生的荷载通过窟前地面布置的竖向锚杆传递至基岩中。

砌体维修加固

对南洞前段砌体实施永久性加固措施，在确保洞窟稳定性和窟内文物得到保护的基础上，进而拆除第一阶段实施的临时支护系统，使洞窟达到对外开放的条件是第二阶段工作的主要内容。

经前期调查发现，南洞前段砌体失稳的主要原因为，在强降雨的冲击下，雨水通过砌体顶部渗流入拱券上的填土中，土体在雨水的浸泡下重量增加，体积膨胀，使砌体有向下和向外滑出的趋势，从而引起砌体失稳。

鉴于砌体已呈不稳定状态，在现状砌体上进行加固已无法有效解决砌体的稳定性问题。考虑到砌体在历史上曾多次进行过维修加固，特别是顶部，能够明确为现代所为，因此拆除部分现代修整并重新实施加固措施，更有利于对砌体下部原始门券的保护。

在工程中对前段砌体采取的加固措施主要有：对砖拱券加固时清除券顶填土从而降低券身荷载；对砖券顶部及拱脚处分别实施现浇砼拱板和拱脚加固梁，通过对拱板和拱脚的加固提升砖拱强度；砖券底部沿灰缝布置加筋网，加筋网通过沿砖拱径向布置的弹性提拉杆件与砼拱板连接，形成整体的受力结构，以此抑制砖拱券下沉的变形趋势。其中沿灰缝布置加筋网，加筋网通过弹性提拉杆件同砼拱板连结形成整体受力结构的拱券加固方法属于独创技术，针对性强，技术成熟，安全可靠，也是龙门石窟保护工作中首次运用的技术。

砌体维修加固完成后，在保证原砌体形制不变的基础上，大幅提升了砌体的稳定性，并提升了砌体的防水害能力，维修加固达到了预期效果。

本次项目中，擂鼓台南洞前段砌体得到了较好的加固，稳定性大大提升，砌体外观同原形制一致，并未发生较大变化。加固过程中，经研究分析决定，项目组将原砌体顶部现代修砌的青砖叠涩屋顶调整为加檐的瓦屋面结构，这种做法改善了屋面排水条件，降低了洞窟前段砌体发生渗漏的可能性。从保护文物的角度出发，这样的调整具有积极作用。

在拆除砌体西墙上半部时，于墙体夹层中清理出80余件石质文物残件，这些文物残件为杂乱堆积于夹墙中，非为保护文物而有意为之。这一现象表明擂鼓台区域在修建砌体时窟前地面或附近区域有大量石质文物残件散落，砌体在修建时可能采用了“就近取材、‘废物’再用”的原则，这一原则或在无意中保护了文物。擂鼓台南洞前部砌体中还有类似现象可证明在砌体修建时运用了上述原则：一是经专家研究发现砌体门券所采用的青砖为明代城砖，说明门券所用砖为拆除城墙青砖后二次利用；二是垒砌门洞的南侧砌石中多块表面有线刻花纹，这些砌石的大小和其上的纹饰同南洞窟内坛上部分砌石上的纹饰类同，类似大小和纹饰的石块在擂鼓台窟前遗址考古发掘时亦有出土，这一现象也说明窟内佛坛曾坍塌，在复建时缩小了坛的尺寸（从窟内地面佛坛原边界线可知）从而节余了部分原佛坛石材，这些石材或被二次利用于南洞前段砌体，或散落于窟前；三是原砌体西南角下部区域曾有佛足迹碑一方，此碑被作为砌体的建筑材料而发挥功效，或亦为二次利用的结果。

本次项目，对砌体西南角下的佛足迹碑进行了清理和异地保存，结束了其作为建筑构件的命运，改变了其上长期荷载的局面，有利于其保护和展示利用。同时在清理中，原被埋没于墙体中的部分纹饰被首次发现和解读，为研究佛足迹碑的相关内容提供了重要的实物资料，是本次项目的一项重要成果。