桂林石刻病害分析及保护研究

肖瑾

摘 要：石刻病害的产生与地质、水文、降水、生物及人为影响密切相关。文章以龙隐岩龙隐洞石刻为例，对桂林石刻现状、病害成因和防治实践等方面进行分析研究，探索建立石刻病害防治体系，意在为桂林石刻保护和病害防治提供实践经验，对其他地区摩崖石刻及摩崖造像病害防治也有一定的参考价值。

关键词：桂林石刻;病害分析;保护研究

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2022.06.012

0 引言

桂林是著名的历史文化名城和旅游胜地，素有“桂林山水甲天下”（出自南宋王正功《鹿鸣宴劝驾诗》）之美誉。而延续千年的桂林石刻遍布于山水之间，形成了“看山如观画，游山如读史”（出自清代陈元龙《龙隐洞诗》）的山水人文奇观，也是体现桂林历史文化深厚积淀和底蕴的重要载体。

桂林石刻现存2000余件，主要分布于普陀山、月牙山、龙隐岩龙隐洞、象鼻山等30余处名山洞府，为全国重点文物保护单位。其中史称“摩崖殆遍，壁无完石”的龙隐岩龙隐洞石刻是桂林石刻最为集中典型的地点，其位于桂林市小东江畔月牙山瑶光峰南麓，镌刻有自唐代以来历代诗人名士留下的石刻213件，具有极高的历史价值、文化价值和科学价值。但是随着时代的发展，这些石刻遭受了一定程度的自然破损和人为影响，产生了严重的环境地质病害。

从文物保存学的角度来看，文物同任何材质的物品一样，都会在外界环境的作用下发生病变、老化，甚至最终消亡。文物保护就是要摸清各种材质老化、劣化的规律，创造条件阻止其老化、劣化的进程，延缓降低它的老化、劣化速率，寻找最好的方法使文物“延年益寿”①。本文以龙隐岩龙隐洞石刻保护为例，对桂林石刻的病害成因及防治对策进行分析研究。

1 桂林石刻的自然环境与保存现状

1.1 自然环境

桂林地处南岭山系西南部，处在自西北向东南延伸的喀斯特岩溶盆地中，平均海拔150米，属中亚热带湿润季风气候，境内气候温和，雨量充沛，河流水系发达。据国家气象局和广西生态环境厅相关统计数据显示，桂林全年平均温度在19.3摄氏度，年平均降雨量1900毫米左右，年平均日照时数为1670小时，平均蒸发量1500～1900毫米，年平均相对湿度为75%，雨水最多的季节为四月至七月，降雨量占全年的百分之四十。桂林全年風向以偏北风为主，平均风速为2.2～2.7米/秒。

1.2 保存现状

桂林石刻多镌刻在山崖石壁之上，以石灰岩自然山体为载体，处于无保护的露天或半露天的保存环境中。在其漫长的保存过程中，文物本体及载体受到自然环境及人为因素的共同影响，特别是近现代城市化发展和环境污染的加剧，石刻发生了复杂多样的病变，比如赋存岩体失稳崩塌、水患、本体污染、表面风化等，文物劣化情况日益严重，保存环境也受到了严重的威胁。据文物部门相关调查统计，从1966—1993年不到30年的时间内，桂林的部分石刻表面蚀损已深达2毫米，其中龙隐岩龙隐洞有近30%的石刻被碳酸钙或苔藓覆盖，字迹模糊，七星岩、太平岩等石刻已出现多件残损和失存。据此推算，再过100年，桂林石刻将在自然剥蚀中消失1/3以上②。

2 桂林石刻病害分析—以龙隐岩龙隐洞石刻为例

2.1 危岩体病害

危岩体是龙隐岩龙隐洞石刻主要的病害，它能使山崖石壁发生变形位移，使岩体内部产生的裂隙互相拉裂交切，将崖壁岩体切割成块状，在遭受暴雨或地震作用时，危岩体极易与母岩分离而发生运动失稳的地质灾害，其具体表现为表层碎裂、崩塌残留、岩溶堆积等。危岩的形成是内外因素共同作用的结果，地质环境、岩性特征等内在因素是危岩形成的物质基础，自然风化、植物影响等外部因素是危岩崩塌失稳的诱发因素，它们加速了危岩的形成③。

2.1.1 地形地貌

桂林属于典型的喀斯特岩溶地貌区，处于漓江河谷阶地和峰林平原之上，地面标高145～155米，区内地形复杂，山体陡峭直立。龙隐岩龙隐洞所在的月牙山最高海拔256米，自然形成的岩质边坡坡度多在80度以上，容易形成岩土体崩塌的临空面，加上地表水系发达，长期的冲溶蚀作用为危岩的形成提供了天然条件。

2.1.2 地层岩性

岩性对危岩发育控制明显，尤其是灰岩等脆性岩体是危岩形成的多发地点和主要内因。据勘测调查资料显示，月牙山地层岩性主要为泥盆系灰岩。灰岩呈灰白色，主要矿物成分为方解石，化学成分多为碳酸钙，是龙隐岩龙隐洞石刻的唯一载体。灰岩沉积年代长久，岩体内部的节理裂隙等结构面发育充分，层面与节理裂隙互相交错，将岩体切割成了众多的小型块体。

2.1.3 水文气候

桂林地区的水文气候特点为湿润多雨、干湿交替明显、四季温差大。月牙山西临漓江的汊河小东江，充沛的地表水和大气降水通过渗流通道渗入岩体，降低了岩体的强度，弱化了危岩体与母岩之间的黏结力，加快了裂隙的发展。地表植被也因为潮湿多雨的气候生长十分茂盛，植物根部不断生长，持续扩张岩体的裂隙、节理和软弱面。

2.2 水害

众所周知，水对任何形式的腐蚀破坏因素都能起到媒介的作用，对石质文物危害巨大④。桂林石刻位于温暖潮湿、雨量充沛的南方地区，常年受到雨水和地表水的侵蚀，产生了裂隙渗水、坡面雨水冲刷等严重水害。

2.2.1 裂隙渗水

裂隙渗水是龙隐岩龙隐洞石刻面临的主要水害问题。岩洞顶部分布有纵横交错的各种裂隙，构成了立体渗流通道。山顶的大气降水沿着山体中的裂隙渗流入岩洞，在石刻区岩石表面以点滴状或线状形成渗（滴）水点。裂隙渗水具有渗水量小、渗水速度慢、延续时间长的特点，对石刻造成长期的渗（滴）水危害。

2.2.2 坡面雨水冲刷

处于岩洞外露天区域的石刻极易受到雨水和地表径流的冲刷，造成石刻表面污损破坏，尤以龙隐岩外侧及龙隐洞洞口的石刻最为严重。月牙山山体陡峭，其上发育的构造裂隙、卸荷裂隙和层面裂隙相互交切，构成了渗流的连通网络。大气降水以山脊为分水岭，朝山脊两侧产生径流，与裂隙渗水共同作用形成坡面崖壁漫流冲刷。

2.3 风化病害

根据长期监测调查数据显示，由于外界自然因素的破坏作用，近一二十年来桂林石刻风化剥蚀的速度明显加快，部分石刻表面出现严重的病变，主要表现为表面溶蚀、风化裂隙、层片状剥落、生物损害。

2.3.1 表面溶蚀

桂林石刻的载体为石灰岩，是碳酸盐岩的代表性岩石类型之一，其长期遭受雨水冲刷，表面发生了溶蚀风化，软质夹杂物溶解脱落，形成了大大小小的坑窝状或沟槽状的孔洞。桂林又位于西南酸雨区的范围内，桂林市生态环境状况公报显示：2019年，桂林市区降水pH值范围为4.30～6.83，均值为5.00，比上年下降0.15;酸雨频率为75.5%，比上年上升6.5个百分点，位居全区各大城市之首，酸雨也导致了石刻表面溶蚀现象的加剧。

2.3.2 风化裂隙

桂林地区属于高温高湿地区，温差较大。例如冷空气抵达时气温会突然下降，温差可达10～20摄氏度。反复的热胀冷缩作用，岩石积蓄的能量在短时间内释放，这便会产生较大的自然力，造成石刻表面产生沿着石刻材质纹理发育的浅表裂隙。

2.3.3 层片状剥落

石灰岩晶体结构呈现片状和块状结构，自身具有剥离的倾向。龙隐岩龙隐洞石刻长期受到外力扰动、水盐破坏、温度周期变化等原因的影响，部分石刻出现了沿着岩石纹理发育的表层片状、板块状剥落、空鼓等现象。

2.3.4 生物损害

桂林地区潮湿多雨，河流水系发达，龙隐岩龙隐洞又位于小东江畔，植物、苔藓、地衣和菌类微生物在石刻表面和裂隙中繁衍生长，同时分泌出有机酸、碳酸等溶液，导致石刻受到机械和腐蚀破坏。

3 桂林石刻保护应遵循的保护原则

桂林各历史时期遗存的镌刻有文字符号、图形图像、造型造像的摩崖、碑刻、石雕等石刻类文物，它们具有厚重的历史、文化、艺术和科学价值，根据《中华人民共和国文物保护法》《广西壮族自治区文物保护条例》以及相关法律法规，结合桂林石刻实际，对其保护应遵循以下原则：

①贯彻文物工作“保护为主、抢救第一、合理利用、加强管理”的方针，对文物本体、载体与赋存环境加以整体保护。

②遵循“不改变文物原状”“最小干预”原则，保护文物及其历史环境的真实性和完整性。

③进行全面、详细、科学的地质勘察，明确病害的類型、分布范围、稳定性、危害程度与发展趋势，查明病害形成原因，结合石刻文物保护的特点，制定有针对性的防治方案。

④采用传统技术与现代科学技术、主动加固和被动防护相结合的防治措施，避免过度治理。

4 桂林石刻病害防治对策—以龙隐岩龙隐洞石刻为例

4.1 危岩防治

4.1.1 危岩分布范围及特点

经过勘测调查，龙隐岩龙隐洞石刻区域共圈定了9处危岩体，主要分布在龙隐岩岩壁、龙隐岩崖壁、“四节堂”石刻附近、龙隐洞口、龙隐洞内、办公区南侧等9处。稳定性评价分析显示本次圈定的危岩稳定状态稳定的共有4处，基本稳定的有5处，危岩破坏模式为滑移式、倾倒式和坠落式。其中龙隐洞内有4处危岩体为自然形成的钟乳石，暂时处于稳定状态，但随着岩体裂隙的不断发育，极有可能发生危岩体失稳崩塌。

4.1.2 危岩防治技术方案

危岩防治以危岩的完整性、规模大小及稳定状态为依据，对危岩采取针对性的防治措施。施工前应检查有无裂隙水压力存在，如有则优先采用排水措施，再采用锚固、防护网、清除等措施处理倾倒变形，将危岩与稳定岩体固定，最后对裂隙进行灌浆处理，防止裂隙进一步发展。裂隙灌浆材料依据岩体力学特性、气候环境特征选用CMK低游离质无机胶凝材料，钻孔采用带水源金刚石钻和梅花桩形回旋钻孔工艺。

①锚固

锚固技术是采用锚杆、锚索、锚钉进行危岩治理的技术类型⑤，可以提高滑移面的抗滑力，还可以提供部分抗剪力，压紧结构面，增强整体稳定性。为了控制和减小锚固成孔对岩体的振动影响，锚固成孔选用功率较小的磨削破岩工艺精细化施工，同时使用必要的防尘设备，减少粉尘、岩渣对环境的污染。锚杆安装及锚固体注浆完成后，锚头还需要修补砂浆和覆盖复合材料进行防腐做旧处理，确保处理后的颜色和纹理与岩体过渡自然协调。

②裂隙灌浆

为了确保危岩体的整体性，对其中形成渗流通道的裂隙进行有压灌浆处理，提高主控结构面的力学强度、降低裂隙水压力。裂隙灌浆作业前需清理裂隙周边及内部的浮土、杂草，植物根系等。对于山体顶部和岩壁上宽度较大的裂隙，可采用颜色接近岩体的块石进行封缝处理。封缝的同时将硬质注浆管插入钻孔，并在底部预留一定的灌浆空间。压力注浆前还需对裂隙封缝效果和表面防护措施进行检测，在压力注浆过程中要循序渐进，按照先浓后稀的原则，对靠近注浆裂隙的文物要做好防护，如发现渗漏浆先兆时，要立即停止注浆及时处理，防止浆液造成污染。

③主被动防护网

采用锚杆、支撑绳等固定方式将钢丝绳、钢丝网覆盖或者安装在可能发生地质灾害的山体坡面上，利用柔性防护网的嵌锁吸能作用对山体破碎危岩进行限制、拦截和堆存崩岩，维持危岩体的稳定。防护网施工应注意与周边环境相协调，不破坏文物区的自然风貌。

④危岩体清除

依据危岩体和现场条件，对部分已脱离母岩、稳定性差、危险性大的危岩体采取清除处理。由于涉及文物保护，且危岩体清除技术具有破坏性，所以清除前要进行充分论证，确认其对母岩的损伤程度，谨慎采用风枪凿眼、人工凿石、无声静态破碎技术等方法解体危岩，严禁采用爆破的方式，施工流程按逆作法严格执行，加强施工监测防护，避免产生新的安全隐患。

4.2 水害治理

4.2.1 水害分布区域及特点

月牙山顶的雨水沿山体中的裂隙渗流发育，构成了连通的岩体渗流网络，并在交汇点发育形成渗（滴）水点。勘测调查资料显示，龙隐岩龙隐洞内主要的渗水点有9处，对石刻有直接影响的渗水点有6处，岩洞外崖壁上还分布有6条近水平状层面裂隙和4条压性垂直节理，水平状裂隙长度30～50米，张开度为5～10厘米，垂直节理长度10～30米，张开度为5～15厘米⑥。

4.2.2 水害防治技术方案

依据地形条件和治理环境相协调原则，对主要的渗水通道进行裂隙注浆，對石刻无直接影响的渗水点和通道不进行处理，作为天然排泄通道，起到导水作用。裂隙灌浆前要进行现场试验，确定灌浆材料合理的配合比，经过检测和专家论证后方可开始裂隙灌浆施工。

①渗水裂隙注浆

采取较宽裂隙和微裂隙综合注浆工艺对裂隙岩体进行压力注浆。在注浆过程中要自上而下严密观测，采用不同裂隙间隔注浆法。对于宽度大于20毫米的裂隙采用注浆机注浆。宽度小于20毫米的裂隙采用人工预埋注浆，注浆工具使用200毫升的注射器，同时将注浆管深入裂隙底部，以达到更好的封闭效果。

②修建排水沟

先对山体上部原排水沟进行维修改造，确保原有排水系统通畅，再沿山体顶部和人行走道各新建一道排水沟，用于疏导从山体表面顺流的地表水，阻隔地表水沿裂隙通道进入石刻区域。新建排水沟依据山顶实际地形建造，坡度不小于2%，每隔10～15米要留出一条宽2厘米的伸缩缝，用沥青麻筋材料填塞。

③膨润土防渗铺盖

山崖顶部有岩溶裂隙发育，对于渗流通道较多的地段，选用天然环保的膨润土防水毯进行铺盖治理，阻滞雨水渗入到岩体中。膨润土防水毯铺设完毕后还应及时铺设土工膜，以避免其遭受风雨的侵蚀。

4.3 防风化治理

目前防风化的措施主要有清洗、表面封护等，其中表面封护是石质文物防风化研究的重点，主要是采用特定的化学保护材料喷涂在石刻表面以隔绝大气污染物和水等外界有害因素，避免它们对石质文物产生侵蚀⑦。但由于石刻的不可再生性和保护材料研究的局限性，特别是一些化学材料对石刻的破坏作用，现阶段建议谨慎使用涉及各种新保护材料的技术方法。龙隐岩龙隐洞石刻防风化主要采用人工清洗和高新技术清洗（激光清洗、微粒子清洗等）结合的方式，清除的对象包括杂草藤蔓、植物根系、微生物和碳酸钙覆盖层等石质表面的有害污染物。清洗处理破坏了有害物质的生存环境，有效延缓了石刻风化的速度。

4.4 监测预警系统

为保证文物保护防治效果，掌握石刻与赋存环境间相互作用的实际情况，在文物保护区域建立监测预警系统，包含文物本（载）体、自然环境、人为因素等专项监测。监测产生的大量核心数据，为石刻保护管理和实践提供了有效的数据支撑和决策依据，实现从被动的抢救性监测到主动的预防性监测的转变⑧。

①采用专业设备与人工巡查结合的方式对石刻本（载）体的风化状况、渗水状况、岩体裂隙及稳定性等情况进行长期监测，定期开展石刻保存状况及病害专项调查，建立相关数据档案。

②利用丰富的科技创新资源，借助云计算、互联网等技术手段在龙隐岩龙隐洞石刻保护区域设置温湿度、光照度、紫外线、人流量等文物保存环境监测点，实现动态监测、信息实时收集和可视的系统管理。

③通过文物监测预警系统的大数据计算分析，研究大环境与微环境变化规律及相互影响，有针对性地开展石刻病害防治研究。

5 结语

石刻病害的产生与地质、水文、降水、生物及人为影响密切相关，其成因复杂，破坏形式多样，防治难度较大，是目前文物保护研究的重点和难点。桂林石刻保护的历史悠久，最早可追溯至唐代。如今我们将古人行之有效的保护方法结合当下先进的科学技术，对桂林石刻进行全方位立体的保护，有效减缓了文物劣化消亡的过程，延续了文化遗产的生命力。

随着《国家文物事业发展“十三五”规划》和《桂林市石刻保护条例》的实施，桂林石刻保护也由注重抢救性保护向抢救性与预防性保护并重转变，也由注重文物本体保护向文物本体与周边环境、文化生态的整体保护转变。将文物保护事业进行整体规划、布局、部署，创新文物安全监管模式，加大石刻文物保护力度，建立病害清除、环境控制、长期监测、规范管理、基础研究为一体的石刻病害防治体系，有利于传承和弘扬中华优秀传统文化，也促进了文物保护事业的发展。

注释

①陆寿麟.摩崖石刻石窟保护理论基础的思考[N].中国文物报，2017-11-24（006）.

②严铭.桂林石刻的保存现状和保护历史[C]//李治国.2005年云冈国际学术研讨会论文集（保护卷）.北京：文物出版社，2006.

③郑晓娇.桂林地区危岩形成机制及防治对策的研究[D].桂林：桂林理工大学，2012.

④郭宏，黄槐武.文物保护中的“水害”问题[J].文物保护与考古科学，2002（1）：56-62.

⑤陈洪凯，唐红梅，叶四桥，等.危岩防治原理[M].北京：地震出版社，2006.

⑥刘硕，白雪亮，张彬，等.桂海碑林摩崖石刻水害成因分析及防治对策[J].水文地质工程地质，2020，47（2）：126-133.

⑦雷惊雷，黄美燕，陈卉丽，等.摩崖石刻风化及其保护材料[J].材料导报，2012，26（15）：88-92.

⑧王麒，安程.以病害劣化为核心的石质文物监测思路探索—以北京地区汉白玉石质文物监测为例[J].中国文化遗产，2018（4）：44-48.