陕甘边照金革命根据地旧址岩体保护研究

茹晓静，张 柳

（1.陕西省铜川市耀州区文物管理所，陕西 铜川 727100；2.陕西省铜川市耀州区博物馆，陕西 铜川 727100）

1 概述

陕甘边照金革命根据地旧址是2013 年5 月国务院公布的第七批全国重点文物保护单位。该革命旧址位于陕西省铜川市耀州区照金镇绣房沟村东北薛家寨陡峭岩壁处，海拔1604m。场区岩体突兀，巍峨挺立，壁立千仞，地势险峻。1933 年，刘子丹、谢子长、习仲勋等老一辈无产阶级革命家在此创建我国北方地区第一个山区革命根据地，建立了陕甘游击支队、陕甘边特委先后进驻薛家寨，利用薛家寨四个天然岩洞修建1～4 号红军寨，哨所、吊桥、石砌寨门等防御工事。其中一号红军寨为陕甘游击支队驻地；二号红军寨为当时红军医院和被服厂，由中国工农红军第26 军所建，设有固定床位20 余张，主要任务是抢救重伤员。被服厂是我党我军最早的三个被服厂之一，主要以手工缝制为主；三号红军寨为红军当年的军械厂，又称“兵工厂”或“修械所”，主要任务是为红军和游击队修理、制造枪械，配置炸药、子弹、手榴弹；四号红军寨为陕甘特委驻地和供需仓库，这里是照金革命根据地的政治中心。目前，1～4 号红军寨完好地保存着留有军械厂安装机床的孔槽和红军住过的土炕、堞墙等设施，寨前悬崖上留有修筑工事所开凿的小路、石台阶、吊桥及石砌寨门的遗存。

2 岩体病害类型分析

2.1 薛家寨红军寨旧址洞室现状

2.1.1 洞室顶板岩层离层脱落垮塌

薛家寨1～4 号红军寨洞室不同程度存在顶板岩石离层脱落、垮塌病害，洞内地面可见堆积大小不一、断口新鲜的碎块石；顶板泥质砂岩沿层面开裂现象普遍，部分岩石已成临空悬挑状，危如累卵，时有坠落危险，如图1 所示。

图1 4# 洞泥质砂岩有垮塌危险

2.1.2 表层风化酥松

薛家寨1～4 号洞室顶板泥质砂岩因长期遭受风化，表层形成强度低的酥松层，并逐步向深部发展。洞室顶板残存的厚度约0.5～3m 泥质砂岩易在重力作用下离层垮落。

2.1.3 洞室渗水

洞室顶板上部为巨厚层砾岩，其中薛家寨2#、4# 洞存在垂直向裂缝，因风化和卸荷作用，裂缝缝宽20～200mm 不等。裂缝处有点状水渗出。水可加速裂缝发展；冬天水结冰，其反膨胀对裂隙两侧岩体产生的张力很大，可诱发顶板垮塌。水渗入可使泥质砂岩吸水，软化，强度降低；冻融破坏可加速风化。尤其层间张节理可使泥质砂岩在自重下折断坠落。因此，裂隙水成为洞顶泥质砂岩破坏的重要诱因之一。

2.2 1#洞室

1）洞室规模。1# 洞室为陕甘边游击队驻地旧址，洞室洞内空间呈三角形，长约36m，进深3.2～12m，洞口高度2.6～5.9m。

2）岩层。洞室顶底板为厚层块状硅钙质胶结的砾岩。洞室外位置原为薄～中厚层泥质砂岩，产状167°∠8°。因风化剥蚀形成一个楔形石洞。目前洞顶尚残留有0.5～1.6m 厚的泥质砂岩。该岩层中等风化，表面酥粉。

3）区域性构造剪节理。在1# 洞室区外15m 处有一条区域性构造剪节理。节理产状235°∠85°，缝宽10～20mm，有渗水痕迹。该节理对1#洞有直接破坏。洞内裂缝呈闭合状，无水渗出。

4）层间风化裂缝。在洞室顶板残存的泥质砂岩中，因长期风化和冻胀作用出现许多延展不长，形状杂乱的层间风化裂缝。由于岩石强度降低，在重力作用下可离层垮塌，并在洞顶留下许多粗糙、形状不规则的断裂面。洞内有垮塌的棱角状泥质砂岩块石。层间裂缝是导致洞顶岩层脱落垮塌的重要因素之一。

5）潜在隐患。1#洞室顶板残存的泥质砂岩存在垮落的可能性大，垮落破坏了革命旧址的原真性和完整性，危及游客人身安全。

2.3 2#洞室

1）规模。2#洞《红军医院和被服厂旧址》如图2所示。2# 洞前口宽38m，进深7.9～14.1m；净空断面呈不规则梯形，高4.8～6.6m。

图2 陕甘边照金革命根据地旧址2 号红军寨（正面）

2）岩层。洞室原为泥质砂岩。薄～中厚层块状，产状167°∠8°；因泥质砂岩风化剥蚀形成。洞室顶部为厚层块状砂砾岩。产状167°∠8°，洞室顶板砂砾岩受长期雨水漂淋和裂缝水侵蚀，其中钙质胶结物析出（岩体表面可见钙膜），使岩石结构疏松，强度下降，发生离层脱离垮塌。现洞室内可见垮落的砾岩岩块。

3）剪节理。2#洞室顶部岩体上分布有两条区域性的构造剪节理，二者近平行。产状235°∠85°，其西侧的剪节理缝宽20～30mm，洞口局部宽200mm。裂缝无充填，有水流痕迹，有点状渗水。东侧节理呈闭合状无水外渗。节理构造破坏了岩体完整性并加快了岩层风化，如图3，图4 所示。

图3 立面图

图4 顶部投影

4）存在隐患。2#洞室顶板岩石风化，表层严重酥粉，存在离层脱落垮塌潜在隐患。垮塌可能性较大。

5）危害对象和危害程度。洞室顶板岩层的垮塌破坏了革命旧址原真性和完整性，并危及游人和文物安全。

6）治理建议。建议对顶板危岩采用“RRB-400钢锚杆（+）不锈钢丝网”主动加固保护；对裂缝渗水问题采用上堵下导方法治理。详见设计图纸。

2.4 红军兵营

图5 红军兵营岩体

1）规模。红军兵营位于干白石崖狭谷内2km 北崖脚下。洞口方位265°，GPS 地理坐标N35°05′41″，E108°40′57″，高程1227m。兵营旧址由2 个洞室构成，二者水平距离约75m，高差约30m，如图5 所示。

位于低处兵营旧址编为1 号室。1 号室残留有土墙，洞室进深最大15m，宽约50m，洞口崖檐高约60m。洞内干燥，无垮塌，如图6 所示。。

位于高处的洞室编为2 号室。2 号室规模较小，宽12.8m，进深5.3m，净空高度11m。洞口有残留土墙高3.5m，厚0.4m 的土墙。

图6 红军兵营1 号室

2）岩层。洞室为泥质砂岩风化剥蚀后形成的岩腔，呈不规律三角形断面。洞室顶板为坚硬的巨厚层块状砾岩，产状160°∠7～10°。在砾岩中夹有薄层泥质砂岩，泥质砂岩风化后则形成深100～200mm 的风化凹槽。

3）剪节理。在两个石洞中各有一产状230°∠85°的区域构造剪节理。1#室内的剪节理呈闭合状，未见流水痕迹；2# 洞室的剪节理因水侵蚀、缝宽100～200mm，并有线状水流。在缝口处可见从岩体中剥蚀冲出的清洁浑圆的卵砾石以及尚未脱落母岩被冲刷的卵砾石。

4）砾岩层间风化裂缝。砾岩本身是抗风化能力强的坚硬岩类。但由于夹有薄层泥质砂岩，泥质砂岩先行风化形成层间风化裂缝。这种裂缝在红军兵营洞室上方共有10 条，缝长2.5～15m，缝宽20～100mm等，深浅不等。

5）存在的隐患。红军兵营洞顶板无明显的危岩体，仅在洞外上方30～60m 区域存在3 处体积约0.5～15m2危岩体。三处危岩目前处在基本稳定状态。2# 室为砾岩体结构，虽有裂隙水外渗，但不影响洞室稳定。

6）治理建议。建议暂不治理，日后在投资条件允许下，建议对洞外上方危岩采用“布鲁克主动防护网”保护；对2#室渗水采用上堵下导方法处理。

2.5 红军洞旧址

1）位置与规模。红军洞位于白石崖狭谷内距沟口约2.6km 的沟谷北坡脚下石洞中。红军洞是照金革命旧址保护区内最大的石洞。该洞系泥岩、砾岩风化剥蚀后大面积垮塌形成的。由于垮塌范围大，最后自然拱形状稳定；

红军洞坐北朝南有一宽3m 的小口与外相通。洞宽约100m，进深71m，净空最大高度约60m；可容纳万人，故又称万人洞。当年红军在此屯兵，在入口两处则有厚土墙把守入口。

2）岩层。红军洞岩层和前面所述红军兵营一致，两地近在咫尺，而且在同一面岩坡坡脚。

3）地质构造。洞室高，跨度大，外坡面陡峻；人难以到达，故无详细调查资料。但从垮塌的大体积块石分析，该区的剪节理应较其他区域发育，不然不可能形成跨度近100m 的拱形石洞。同时大体积的岩体垮落必将对母岩体产生拉应力，形成拉张裂缝，进而加大破坏范围。现洞内地面上的块石有明显拉裂断口可证明这个判断。

4）泥石流隐患。红军洞大量垮塌块石堆积洞内和洞口，最大厚度近30m；红军修筑的西土墙直接坐落在垮塌块石上。由于垮落的块石将原有沟谷完全堵塞，使沟内水流改道绕弯从洞内经过，再从洞入口处流出。洞内未见泥石流堆积物，也没见泥石流行经痕迹。估计上游缺乏物资，故无泥石流隐患。

5）洞顶垮塌隐患。红军洞现有洞顶为岩体垮塌自然形成的拱形稳定结构。按理说不会发生垮塌。调查发现，当年红军修的土墙至今也未见因上方坠石损伤；但也不能排除今后会发生局部垮塌的可能性。

3 相关试验研究

3.1 岩石力学试验

1）点荷载试验。本勘查现场取泥质砂岩制备点荷载试样，样品直径50mm，长70mm，共试验测试40 件，平行层面的抗压强度17.6～27Mpa；垂直层面的抗压强度8.9～37.1Mpa，见表1，表2。

表1 点荷载压力值

点荷载强度指数Is 和抗压强度Rc 标准值计算公式：

Is=P／D2，Rc=22.819Is0.746（规范推荐公式），计算结果见表2。

表2 点荷载抗压强度试验成果

3.2 岩石风化粉末“X”衍射分析试验

“X”射线衍射分析结果表明，岩石风化后，钾长石、方解石、石膏含量减少，甚至消失；而出现蒙脱石、绿泥石、伊利石等黏土矿物。详见表3 衍射分析图谱和图7 所示。

表3 矿物成分表

图7 衍射分析

3.3 薄片鉴定鉴定

本勘查经泥质砂岩薄片鉴定，准确定名为细粒钙质长石，石英杂砂岩，如图8 所示。

图8 长石、石英砂屑50x

4 病害成因机理分析

1）照金革命旧址所在场地为丹霞地貌陡立地形，红军寨、红军兵营、红军洞均位于厚大砾岩体下方泥质砂岩风化剥蚀形成的石洞中；

2）砾岩为厚～巨厚层块状结构，质地坚硬，而且强度大，工程特性好。泥质砂岩薄～中厚层板状结构，系较软岩类，易吸水软化，易冻融，易风化剥蚀，工程性质较差。

3）照金革命旧址剪节理不发育，产状较陡，延长较远。泥质砂岩以及与泥质砂层上覆厚约2-4m 含泥较多一层砾岩中层间风化裂缝较发育，层间风化裂缝是洞顶垮塌的主要原因之一。

4）薛家寨2#、4# 石洞，白石崖沟红军兵营2#室、红军洞入口在上方有裂缝水渗出。裂隙水对岩体稳定不利并，加速泥质砂岩风化剥蚀破坏。

5）红军洞中有沟谷水流，平水期水量不大，由于上游岩体裸露，泥石物源稀少，不存在泥石流隐患。

6）照金革命旧址上方岩体裸露、坡面陡立且面积较大，存在雨水漂淋、雨水短时汇集流入石洞加速洞顶泥质砂岩破坏隐患。

7）泥质砂岩优势风化的原因是岩层的矿物成分、沉积韵律、构造破坏和水的共同作用。

8）根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2001 划分，照金地区抗震设防烈度为7 度，第二分组，设计基本地震加速度值为0.1g，反应频谱特征周期T=0.03s，所处地段为抗震有利地段。

5 结论与建议

5.1 结论

1）岩洞形成是由不同岩层物理力学性质差异导致风化速度差异，使抗风化剥蚀能力差的泥岩、泥质砂岩和含泥质成分较多砾岩优先风化剥蚀形成楔形石洞。石洞形成内因是岩层本质，外因则是差异风化剥蚀，风化剥蚀的主要原因是坡面径流、雨水漂淋以及裂隙水；

2）洞内顶板即残存的泥岩或泥质砂岩、含泥较多的泥质砾岩沿层面优先风化、酥粉，形成多层厚度不等、延展深度不一的层间风化裂缝，以致顶板岩层在重力作用下极易离层脱落；对洞顶板这类不稳定岩体采用不锈钢网托护，并通过锚杆悬吊加固是正确的、有效的方法；不乏工程实例佐证。采用不锈钢网可使岩层全面受力，并防止在潮湿环境下生锈腐蚀；

3）区域构造节理间距@＞1m，属不发育。但延展远、下切深。岩体上可见多条近似平行的竖向裂缝就是区域构造节理，缝口风化后的展现。若节理长期风化张开，则可成为导水和储水构造。调查发现在所调查的6 大革命旧址石洞中，仅薛家寨2#、4#洞室及红军兵营旧址2# 室剪节理裂缝中有水渗出。其中以红军兵营2 号洞出水最大，其出水量在平水期约为50mL/h～100mL/h，雨季更大一点；

石洞中岩层渗水可加速洞内潮湿，并使岩体风化、垮塌。经过多次勘察，参照以往大量工程案例，经水文工程组专家论证，认为薛家寨4 个革命旧址中2#、4# 有点状水渗出，对石洞顶板泥质砂岩有不良影响；白石崖沟红军兵营2# 洞水从砾岩中渗出，对洞室稳定性无不良作用。全面治水，上堵下导工程浩大，且施工场地条件恶劣，所需投资大，很难达到预计效果，故不宜大面积采用“封堵缝口（+）灌浆（+）截排水”措施处理。建议在薛家寨2#、4#石洞内采取局部“裂缝嵌补封堵，低处导管引流”方法治理。这个方法直观、可视、可控，能满足石洞内截排水要求；

5.2 建议

1）建议先对薛家寨1-4#红军寨顶板进行加固。

2）建议对薛家寨2#、4#、红军兵营2# 室进行导水治理

3）白石崖沟红军兵营、红军洞地处偏僻，处在初步建设阶段，尚未对外全面开放，可安排在1-4#窟加固后，条件允许时可再行设计施工。