西藏地区寺庙变形开裂原因及加固措施探讨

吴军林，吴辉林

核工业西南勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610061

西藏寺庙是西藏广大僧尼开展合法宗教活动的重要场所，也是宗教与西藏广大信教群众的重要桥梁和纽带。同时作为西藏地区重点文物保护单位及重要的旅游景点，其重要性不言而喻。西藏寺庙建筑大体分为平川式建筑和山崖式建筑两大类。平川式建筑主要指修建在平坦开阔场地上的建筑物，如大昭寺、桑耶寺等是典型的平川式建筑；山崖式建筑主要指依山而建，多位于山坡上的建筑物，如布达拉宫、甘丹寺等则是典型的山崖式建筑。因寺庙地处偏远的高海拔地区，且多位于高陡的山坡上，交通条件较差，作业空间狭小，加固勘察时钻探、坑探施工困难，会导致变形开裂原因未查清楚，加固设计没有针对性，制订的加固措施现场无法进行等问题。

目前，国内外对既有建筑的变形开裂已做了一定的研究，但其研究对象主要集中在现代混凝土建筑，且多从建筑结构本身出发进行研究，而从工程地质角度对西藏高原地区古建筑寺庙的变形开裂原因进行系统分析总结的则几乎没有。考虑到寺庙建筑在西藏的重要性及普遍性，对西藏地区寺庙变形开裂原因进行分析及加固措施探讨则具有重要的现实意义。

1 寺庙变形开裂特征

经现场实地勘测，西藏地区寺庙变形开裂主要有以下特征：

（1）大部分开裂变形需要进行加固的寺庙为山崖式寺庙，开裂区域建筑地基多为半挖半填地基，或土岩组合地基（见图1）。

图1 寺庙建筑开裂照片

（2）开裂较为严重的建筑物以层高及自重荷载较大的大殿建筑物（如集会大殿、白殿、措钦大殿等）为主，裂缝在一层及二层均有分布，相对而言，二层裂缝分布较一层更密集。裂缝多分布于墙面、门框、窗台拐角处，主要表现为墙面墙角开裂，部分地板开裂，裂缝大体呈锯齿状分布，开口多为上宽下窄，由上部向下逐渐延伸，少部分下宽上窄，由地面向上逐渐延伸。部分伴有羽状分支裂缝衍生，裂缝延伸长约0.5～2.0m，缝宽约0.2～1.0cm，可见深度约0.2～3.0cm。该类裂缝多由边坡变形及地基不均匀沉降引起，表现为建筑受拉、张拉开裂的特征。

（3）荷载较小的厕所、雨棚及通往寺庙的台阶、挡墙等构筑物有时也存在一定的裂缝。其中厕所、雨棚等裂缝主要发育于墙角及窗台处，台阶挡墙处裂缝主要分布于外侧各段挡墙交接处（见图2），主要表现为墙角及地板开裂，裂缝大体呈锯齿状或线状分布，开口上宽下窄，由上部向下逐渐延伸，部分伴有羽状分支裂缝衍生，裂缝延伸长约0.8～2m，缝宽约1～10mm，可见深度约2～30mm。该类裂缝大多由边坡变形及地基不均匀沉降引起。

图2 附属构造物开裂照片

（4）裂缝发育多不连续，多有分支裂缝产生，有线状分布，也有羽状分布，多为斜向、竖向分布，部分裂缝平面分布呈“X”形，呈现出受剪和受拉的应力特征。

2 寺庙变形开裂原因

建筑物开裂的本质是应力状态受外界因素影响发生改变，局部应力超过建筑材料抗拉、抗剪强度，建筑物为了适应其应力状态的改变而做出“开裂”的响应，因此建筑物开裂往往是在内部因素及多种外部因素共同作用下造成的，不同的是各寺庙开裂的主因有所不同。内部因素主要是建筑物本身，外部因素主要为地基不均匀沉降、边坡变形等。现对西藏地区不同寺庙开裂的主要原因总结如下。

2.1 建筑物自身因素

西藏寺庙一般修建年代较早，多为古建筑。所用材料均为就地取材，主要为块石及阿嘎土，由当地村民人工背运上山，因此寺庙建筑结构主要为砌体结构，墙体主要由块石或夯土砌筑而成，基本未设置任何构造柱。此外，根据探槽揭露，寺庙建筑基本不存在严格意义上的基础，建筑墙体直接坐落于地基土上，建筑物整体性及刚度较差，导致其抗变形及变形协调能力较差。当地基发生不均匀沉降或边坡变形时，墙体便因变形协调能力不足而出现裂缝。同时因墙体厚度及自重较大，加之墙体材料为脆性材料，强度较低，在自身重力下也易产生剪切裂缝。比如湘甘丹曲果林寺白殿的裂缝主要与自身建筑材料有关，与边坡变形或地基不均匀沉降无直接关联。该类裂缝特点主要为宽度相对较小，上下宽度基本一致，与水平面斜交，有时呈“X”形分布，表现出明显的剪切裂缝特征。

2.2 边坡变形

山崖式寺庙地处斜坡地带，地基多为半挖半填的。寺庙修建后往往存在较多的填方边坡，边坡高度从数米至数十米不等。原有填方边坡及自然边坡的挡墙大都采用简易的块石堆砌而成，支挡作用有限。在长期荷载及雨水冲刷作用下边坡产生变形，坡体发生竖向和横向位移。坡体向下发生竖向位移将直接引起建筑物局部向外侧发生倾斜，导致建筑物上部首先出现张拉应力，裂缝表现为上宽下窄，上部二层裂缝多于下部一层裂缝，地表靠近挡墙区域发生明显沉降。坡体向边坡方向发生横向位移将直接牵引建筑物底部结构（木柱、基础等）向外侧发生横向位移，同时部分挡墙出现明显的鼓胀变形开裂。比如日喀则地区南木林县湘甘丹曲果林寺白殿中木柱底端向外侧发生移动，木柱倾斜，导致木柱顶端垫木与横梁出现局部悬空（见图3）。

图3 垫木与横梁出现局部悬空照片

2.3 地基不均匀沉降

根据现场调查及钻探揭露，多数建于斜坡场地的寺庙均存在半挖半填地基，或土岩组合地基，地基均匀性较差。尤其是人工填土厚度变化大，力学性质差异较大，地基土分布不均匀，且尚未完全固结，在上部荷载作用下极易产生不均匀沉降。加之寺庙没有严格意义上的基础，墙体直接位于不均匀地基，整体性及刚度较差，抗变形能力不足，进而引起建筑物开裂。同时会引起地面沉陷开裂，出现地板与墙体脱离及台阶开裂等变形迹象。对于建筑两侧墙面、门框拐角、窗台等应力集中区域，裂缝一般上宽下窄。对于贴近地面的墙体，裂缝一般下宽上窄，由地面向上逐渐延伸，表现出张拉裂缝的特点，有时呈现出“八”字形的对称裂缝（见图4）。一般填土厚度差异越大，开裂越严重。地面沉降特点主要表现为在挡墙未见明显变形迹象情况下，仍出现地面凹陷，即土体以竖向位移为主，未见明显的横向位移，这是与边坡变形的主要区别。

图4 “八”字形裂缝照片

2.4 地基湿陷性影响

西藏地区湿陷性土分布范围相对较小，相关研究文献也不多。根据笔者有限的在藏工程经验，西藏地区湿陷性土主要分布于干旱、半干旱地带，蒸发量大于降水量，如昌都、阿里等部分气候干旱地区。土层主要为干燥的砂土、粉土、粉质黏土及由以上物质组成的人工填土。含水量低，孔隙比相对较大，一般为轻微至中等湿陷性，强烈湿陷性的几乎没有。其中人工填土的湿陷性多源于回填时，土料干燥成块，未压实到位，导致其空隙比偏大，遇水后在荷载作用下发生沉陷，进而导致寺庙建筑变形开裂。该类裂缝特点与地基不均匀沉降引起的裂缝基本一致，但表现出明显与暴雨相关联的特征。

2.5 地震作用

西藏地处横贯亚洲地震带的强震带上，是我国地震多发地区，地震具有频度高、强度大、分布广的特点，地震活动仅次于我国台湾省。加之寺庙本身依山而建，处于高陡斜坡场地，为抗震不利地段。地震来临时，在鞭鞘效应下，振动有所加大，震害加剧，寺庙建筑更易开裂变形。比如那曲地区索县夏查寺，因场地新构造运动以地震作用为主，活动较频繁，近十年来有震感的地震近十次。根据对寺庙人员的走访调查得知，寺庙修建后，于2009年12月聂荣县地震后开始出现裂缝，而后经历多次地震后裂缝逐渐加宽，2017年1月索县地震后寺庙裂缝进一步扩大并贯穿墙体，二楼顶板甚至出现掉块现象，严重威胁到寺庙建筑的安全。

2.6 其他因素

地表排水不畅及季节性冻土也易导致建筑开裂。对处于斜坡中下段的寺庙，场地汇水面积较大，雨季时期大量雨水汇集并冲刷寺庙区域。一方面，地表雨水大量入渗后，土体重度增加，抗剪强度降低，使得下滑力增大，抗滑力减小，加剧边坡变形，同时易引起土体湿陷性沉降；另一方面，因人工填土结构松散，架空明显，地表径流迅速入渗土体，从而将填土中的细颗粒土带出，并经挡墙孔隙排出，使得坡顶在自身重力及建筑荷载作用下进一步发生不均匀沉降，导致地面不均匀沉陷、建筑开裂加剧。同时，因西藏寺庙多处于高海拔地区，存在季节性冻土，也易引起寺庙构造物开裂，该类裂缝多分布于室外台阶、硬化道路、埋深较浅的围墙及挡墙区域，对建筑物主体影响相对较小。此外，墙体和地板材料干缩、温度差应力等也易形成裂缝，此类裂缝多分布于墙面表层，并未深入墙体，裂缝多而细且分布较杂乱，该类裂缝对建筑整体稳定影响相对较小，主要影响美观。

3 寺庙加固措施

寺庙加固时应根据其开裂的具体原因采取具有针对性的加固处理措施，同时应结合高原当地实际情况，考虑寺庙所处的地形特点、宗教信仰、当地文化等诸多因素，采取切实可行的加固方案。根据类似工程已有工程经验，具体可从四个方面进行考虑。

（1）对于建筑物本身及地震作用，可根据结构鉴定结果，对寺庙建筑结构进行加固、修复。比如增设圈梁、构造柱，必要时可将部分夯土墙体拆除，重新用块石砌筑而成，提高建筑抗变形及变形协调能力。

（2）对于边坡变形，可在坡脚重新修建挡土墙，加强边坡支护。挡墙宜优先采用重力式挡土墙，高度较大时可考虑桩板式挡土墙。若边坡下滑力较大，则可考虑采用抗滑桩进行支护。考虑到寺庙地处斜坡地段，空间狭小，大型机械设备很难进场，成桩方式应优先考虑人工挖孔桩。例如，拉萨甘丹寺措钦大殿采用人工挖孔的抗滑桩。

（3）对于地基不均匀沉降及湿陷性，可对下部压缩性大，固结差的填土或湿陷性地基进行注浆加固，以降低不均匀沉降。注浆时宜优先采用水泥浆液。对于部分寺庙因宗教信仰不允许采用水泥浆液注浆时，可采用单液硅化法注浆。在灌浆过程中，应进行沉降观测，当发现建筑物沉降突然增大或出现异常情况时，应立即停止灌注溶液，待查明原因后，再继续灌注。

（4）对于地表排水不畅及季节性冻土，应做好场地的截排水措施，在斜坡上游修建截排水沟，将地表水有效排出场地外，避免地表水大量汇集到场地内部，降低边坡变形、地基湿陷性及季节性冻土的影响。同时应尽量将围墙、挡墙基础置于冻土深度以下，并对台阶、硬化道路以下冻胀强烈的地基土进行适当换填处理。

4 结束语

西藏寺庙变形开裂的特征是以山崖式寺庙开裂为主，开裂区域建筑地基多为半挖半填地基，或土岩组合地基。一般而言，层高及自重荷载越大，建筑物开裂越严重。裂缝发育多不连续，多有分支裂缝产生，有线状分布，也有羽状分布，多为斜向、竖向分布，部分裂缝平面分布呈“X”形，呈现出受剪和受拉的应力特征。

西藏寺庙变形开裂的影响因素主要有建筑物自身结构特点、边坡变形、地基不均匀沉降、地基湿陷性、地震作用、排水不畅及季节性冻土等其他因素。对于建筑物本身及地震作用造成的裂缝，可根据结构鉴定结果，对寺庙建筑结构进行加固、修复。对于边坡变形，可在坡脚重新修建挡土墙或抗滑桩，加强边坡支护。对于地基不均匀沉降及湿陷性，可对下部压缩性大、固结差的填土或湿陷性地基进行注浆加固，以降低不均匀沉降。对于地表排水不畅及季节性冻土，应做好场地的截排水措施，在斜坡上游修建截排水沟，将地表水有效排出场地外，避免地表水大量汇集到场地内部，降低边坡变形、地基湿陷性及季节性冻土的影响。同时，应尽量将围墙、挡墙基础置于冻土深度以下，并对台阶、硬化道路以下冻胀强烈的地基土进行适当换填处理。