高 潔

(甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,蘭州 730000)

文章編號(hào)：1006—2610(2015)04—0065—03

防洪墻在敦煌莫高窟堤防加固中的應(yīng)用

高 潔

(甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,蘭州 730000)

以敦煌莫高窟堤防加固工程為背景，通過水文計(jì)算分析確定了敦煌莫高窟堤防加固工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇；對(duì)2種擬定堤防加固方案，從結(jié)構(gòu)形式安全美觀、工程造價(jià)低廉、施工過程方便等方面進(jìn)行了全面比較，得出了一種較好的防洪墻形式，為其它處于文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的類似防洪體系設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

防洪墻；堤防；加固工程、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；莫高窟

0 前 言

舉世聞名的敦煌莫高窟坐落于大泉河下游河段左岸的陡崖上，莫高窟與河道之間為Ⅰ級(jí)階地，莫高窟距河道最寬處距離約240 m，最窄處僅40 m。為了保護(hù)敦煌莫高窟歷史文物古跡，酒泉市于1983年，沿莫高窟保護(hù)區(qū)河道左岸公路建成了總長(zhǎng)約2.4 km的漿砌石重力式防洪堤。但由于防洪標(biāo)準(zhǔn)較低，于2003年重新修建了該段堤防工程，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇。直到2011年6月15日晚至 16日下午，敦煌市及周邊的肅北蒙古族自治縣、阿克塞哈薩克族自治縣遭遇持續(xù)強(qiáng)降雨天氣，大泉河的特大洪水沖毀了敦煌莫高窟文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的防洪堤，因此景區(qū)被迫關(guān)閉。于此同時(shí)，洪水漫過河岸進(jìn)入莫高窟大牌坊及周邊綠地，并進(jìn)入莫高窟北區(qū)窟前低地，隨時(shí)會(huì)有進(jìn)入窟區(qū)的危險(xiǎn)，使莫高窟文物保護(hù)區(qū)受到洪水的巨大威脅和影響。

防洪墻大多用于城市防洪中，經(jīng)過幾十年的修建及運(yùn)用，城市現(xiàn)存的防洪墻已形成一套防汛體系。中國(guó)在城市中采用防洪墻體系已經(jīng)普遍，比如在丹東市新城區(qū)考慮景觀和結(jié)構(gòu)的影響采用了新型防洪墻作為防汛體系已經(jīng)發(fā)揮著重要的作用，上海世博園黃浦江段采用了防洪墻與周圍環(huán)境達(dá)到了協(xié)調(diào)。但是在文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的防洪墻建設(shè)，仍然缺乏可參照的規(guī)范及手冊(cè)，這就給文物保護(hù)區(qū)堤防工程設(shè)計(jì)造成了相當(dāng)大的難度。因此，針對(duì)敦煌莫高窟選擇合理的洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及安全的防洪墻形式，確保歷史文物古跡免受洪水災(zāi)害，具有深遠(yuǎn)的歷史意義。

1 工程概況

1.1 工程背景

莫高窟位于甘肅敦煌市東南25 km處，開鑿在鳴沙山東麓斷崖上。南北長(zhǎng)約1 600 m，上下排5層、高低錯(cuò)落有致、鱗次櫛比，形如蜂房鴿舍，壯觀異常。莫高窟始鑿于公元366年，后經(jīng)十六國(guó)至元十幾個(gè)朝代的開鑿，形成一座內(nèi)容豐富、規(guī)模宏大的莫高窟群。雖然在漫長(zhǎng)的歲月中遭受了大自然的侵襲和人為的破壞，但至今仍保存有洞窟735個(gè)，壁畫45 000 m2，彩塑2 400余身，唐宋木結(jié)構(gòu)建筑5座,蓮花柱石和鋪地花磚數(shù)千塊,是世界上現(xiàn)存規(guī)模最宏大、保存最完好、內(nèi)容最豐富的佛教藝術(shù)寶庫(kù)，也是舉世聞名的佛教藝術(shù)中心，被譽(yù)為“東方藝術(shù)明珠”。

1.2 工程水文、氣象

莫高窟位于甘肅省敦煌市境內(nèi)，地處歐亞大陸腹地，屬大陸性氣候區(qū)。降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈、日照長(zhǎng)、晝夜溫差顯著、多風(fēng)沙、夏季炎熱、冬季寒冷，是該地區(qū)的主要?dú)夂蛱卣?，為溫帶干旱氣候。?jù)敦煌氣象站(1971—2000年)多年觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)：多年平均氣溫9.5 ℃，多年平均最高氣溫17.8 ℃，多年平均最低氣溫1.4 ℃，歷年極端最高氣溫41.7 ℃(發(fā)生在1981年7月24日)，極端最低氣溫-30.5 ℃(發(fā)生在1991年12月27日)，多年平均降水量42.2 mm，最大一日降水量27.1 mm；多年平均蒸發(fā)量2 505.1 mm(20 cm蒸發(fā)皿)，蒸發(fā)量數(shù)10倍于降水量，干旱指數(shù)為36，根據(jù)干旱氣候帶的劃分標(biāo)準(zhǔn)，年降水量小于150 mm，干旱指數(shù)大于10，為嚴(yán)重干旱氣候；多年平均日照3 257.9 h，歷年最大積雪深度8 cm(發(fā)生在1979年1月28日)，最大凍土深度128 cm(發(fā)生在1973年2月1日)，多年平均風(fēng)速2.0 m/s，歷年最大風(fēng)速18.0 m/s(發(fā)生在1986年5月19日)，相應(yīng)風(fēng)向ENE，初霜10月1日，終霜4月9日，多年平均相對(duì)濕度43%。

1.3 工程地質(zhì)

窟區(qū)海拔高程1 320～1 380 m，處于基巖中低山區(qū)向戈壁礫石平原區(qū)的過渡帶，地貌單元為壟崗狀洪積礫石臺(tái)地及河水下切侵蝕形成的河谷區(qū)，總體地形南高北低。河谷呈南北走向，窟區(qū)上游河谷較窄，一般寬約30 m，河道與谷坡相鄰，窟區(qū)段兩岸分布Ⅰ級(jí)沖洪積階地：窟區(qū)下游河道逐漸變寬，最終沒入戈壁礫石平原區(qū)。本次防洪工程區(qū)主要為窟區(qū)段，該段河道寬50～120 m，左、右岸沖洪積階地寬40～200 m，階面較平坦，高出河床2～4 m。

2 設(shè)計(jì)方案確定

2.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定

莫高窟屬國(guó)家級(jí)文物保護(hù)單位，也是知名度較高的旅游景區(qū)，屬中國(guó)珍貴的佛教藝術(shù)寶庫(kù)。根據(jù)GB50201-94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，國(guó)家級(jí)不耐淹的文物古跡防洪標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期≥100 a，知名度高的國(guó)線景點(diǎn)50～100 a，當(dāng)兩者同時(shí)存在時(shí)按較高者確定防洪標(biāo)準(zhǔn)。已建防洪堤防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，堤防級(jí)別為一級(jí)堤防，選用的防洪標(biāo)準(zhǔn)為一級(jí)國(guó)家級(jí)文物古跡的最低一級(jí)。然而今年發(fā)生的洪水為300年一遇，超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，險(xiǎn)些對(duì)莫高窟文物造成巨大損失。由此可知100 a設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)偏低，本次設(shè)計(jì)經(jīng)過大量研究討論，考慮到主要的古文物保護(hù)對(duì)象在左岸，決定提高左岸的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)規(guī)范要求，對(duì)于特別重要的文物古跡，防洪標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)提高，莫高窟屬特別重要的文物古跡，并考慮今年實(shí)際發(fā)生的洪水量，因此將莫高窟左岸重點(diǎn)堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到300年一遇。

莫高窟右岸也有珍貴的文物，但考慮文物分布的地形相對(duì)較高，防洪標(biāo)準(zhǔn)仍維持2002年確定的100年一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不變，該標(biāo)準(zhǔn)滿足知名度高的國(guó)線景點(diǎn)的防洪要求。

2.2 結(jié)構(gòu)型式確定

河道中段和下段現(xiàn)狀堤防全部為1983年建成的漿砌石重力式防洪堤，2002年防洪應(yīng)急建設(shè)中對(duì)堤頂進(jìn)行了加高，堤底補(bǔ)設(shè)了防沖齒墻，本次按照300年一遇設(shè)防要求加高堤防時(shí)，必須同時(shí)加大墻體結(jié)構(gòu)，否則無法滿足穩(wěn)定要求。在堤防內(nèi)側(cè)設(shè)置排洪溝，及時(shí)排出窟區(qū)內(nèi)洪水。目前墻體已經(jīng)老化，2002年建設(shè)的防沖齒墻目前完好。根據(jù)規(guī)范要求，對(duì)河道狹窄、保護(hù)對(duì)象重要、受地形條件限制的地段應(yīng)采用墻式護(hù)岸?？紤]到莫高窟文物保護(hù)的重要性，建筑物的布置與環(huán)境的協(xié)調(diào)要求比較嚴(yán)格。因此，為了加大河道的過洪能力，盡量降低堤防高度和盡量少占旅游景區(qū)寶貴的土地資源，現(xiàn)狀重力式防洪堤形式維持不變，在此基礎(chǔ)上研究堤防的加高方案。

2.2.1 堤型結(jié)構(gòu)比較

本工程難點(diǎn)在于施工環(huán)境比較特殊，在敦煌莫高窟文物保護(hù)區(qū)內(nèi)，一旦防洪體系遭到破壞，對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)的文物將是毀滅性的破壞。針對(duì)文物保護(hù)區(qū)內(nèi)防洪體系設(shè)計(jì)的案例在國(guó)內(nèi)較少，本工程擬定采用重力式擋墻(方案1)和重力式墻+直立防洪墻(方案2)2種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比。

方案1：重力式擋墻方案。防洪堤為拆除原有防洪堤，新建C20埋石混凝土重力式擋墻，并將沿河堤道路整體抬高。為了環(huán)境協(xié)調(diào)和達(dá)到美觀的效果，經(jīng)過研究確定C20埋石混凝土重力式擋墻臨水側(cè)采用邊坡1∶0.3的斜坡式(和現(xiàn)狀相同)，背水側(cè)直立，墻頂寬1.0 m，經(jīng)過穩(wěn)定計(jì)算，堤基承載力和堤身抗滑、抗傾均滿足規(guī)范要求。堤頂寬按照堤路結(jié)合形式，根據(jù)防汛、管理、施工、構(gòu)造及旅游要求，按照一級(jí)堤防的規(guī)范最低要求確定為8.0 m。為了安全臨河側(cè)設(shè)安全欄桿，方案1防洪墻形式如圖1所示。

圖1 方案1防洪墻形式圖 單位：高程，m；其它，cm

方案2：重力式擋墻+直立防洪墻方案。防洪堤高度由重力式擋墻和墻頂設(shè)的鋼筋混凝土直墻2部分高度組成。重力式墻的高度以維持現(xiàn)狀高度為主，其余高度設(shè)置為直立式矩形鋼筋混凝土墻。具體結(jié)構(gòu)為保留原有防洪堤和護(hù)腳，在原有防洪堤上鋪設(shè)?25 mm的錨桿，間距1.0 m×1.0 m，呈梅花形布置，然后掛Φ8 mm，間距20 cm×20 cm的鋼筋網(wǎng)，澆筑30 cm厚C20素混凝土，重力式擋墻頂部設(shè)C20鋼筋混凝土直墻，高度根據(jù)水面線確定。濱河路面寬度維持現(xiàn)狀不變，寬度約5 m，左側(cè)設(shè)有排水溝，不再設(shè)安全欄桿。方案2防洪墻形式如圖2所示。

圖2 方案2防洪墻形式圖 單位：高程，m；其它，cm

堤頂高程與窟區(qū)地面高程存在0.15～1.9 m的高差，設(shè)計(jì)的目標(biāo)是通過調(diào)整堤防的結(jié)構(gòu)形式，將這種落差處理得相對(duì)比較協(xié)調(diào)美觀。方案1將落差置于濱河路和窟區(qū)地面之間；方案2將落差置于防洪直墻和濱河路面之間，從美觀的角度研究，應(yīng)降低堤防對(duì)窟區(qū)景觀的影響，增強(qiáng)防洪墻進(jìn)行景觀設(shè)計(jì)的理念，認(rèn)為方案2與周圍環(huán)境更加協(xié)調(diào)。

2.2.2 工程造價(jià)比較

在工程建設(shè)中不僅要進(jìn)行結(jié)構(gòu)形式比較還要進(jìn)行工程造價(jià)比較，進(jìn)而得出一種即安全可靠有經(jīng)濟(jì)合理的可行性方案。現(xiàn)將方案1和方案2進(jìn)行經(jīng)濟(jì)投資比較。不同方案工程投資對(duì)比，見表1。

表1 不同方案工程投資對(duì)比表

由表1可知：方案1工程總投資554.99萬(wàn)元，方案2工程總投資476.81萬(wàn)元，方案2投資較省。

綜上所述，方案2不但減小了河道堤防開挖斷面而且以最小的工程造價(jià)實(shí)現(xiàn)了文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的防洪體系的建成。同時(shí)降低了堤防對(duì)窟區(qū)景觀的影響，與周圍環(huán)境更加協(xié)調(diào)。因此，本文選方案2作為推薦方案。

3 結(jié) 語(yǔ)

敦煌莫高窟作為國(guó)家級(jí)文物和知名度高的國(guó)際景點(diǎn)，防洪問題非常突出，合理可行地解決該問題更是迫在眉睫。本文通過對(duì)大泉河洪水標(biāo)準(zhǔn)的分析，得出了對(duì)于非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的敦煌莫高窟應(yīng)該選擇300年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)作為防洪標(biāo)準(zhǔn)?？梢猿浞直Ｗo(hù)歷史文物免受自然災(zāi)害的影響。采用重力式擋墻+直立防洪墻方案，解決了堤防加固工程中由于河道較窄，無法拓寬溝道而加大行洪斷面的矛盾，減少了常規(guī)河道治理中的堤防開挖斷面占地面積大、工程造價(jià)高等缺點(diǎn)，從而以最小的工程造價(jià)完成河道的治理，尤其在河道加固工程中很好地利用了舊堤，避免拆除造成資源浪費(fèi)。為其它處于文物保護(hù)區(qū)內(nèi)的類似防洪體系設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

[1] GB50201-94,防洪標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1994.

[2] GB50286-2013,堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2014.

[3] SL379-2007,水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2007.

Application of Flood-control Wall in Reinforcement of Embankment for Mogao Grottoes

GAO Jie

(Gansu Water Resources and Hydropower Investigation Design and Research Institute, Lanzhou 730000,China)

With the practice of reinforcement of embankment for the Mogao Grottoes, the design standard of the reinforcement works of the embankment for the Mogao Grottoes is determined the return period of 300 years through the hydrological calculation. The two proposed schemes for the reinforcement works are fully compared in terms of the beautiful and safety structural mode, low cost and convenient construction. A better mode of the flood-control wall is finalized. This provides the design of similar flood-control system in historic relic protection zones in other regions with reference.Key words: flood-control wall; embankment; reinforcement works; design standard; Mogao Grottos

2015-07-02

高潔(1982- )，女，甘肅省慶陽(yáng)市人，助理工程師，主要從事水利水電設(shè)計(jì)工作.

TU393.3

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.04.017