尼泊爾Ms8.1地震震后西藏古寺廟破壞機(jī)制及治理研究

王寶亮 張文生

摘要：2015年4月25日尼泊爾MS8.1地震造成我國西藏地區(qū)較大損失和人員傷亡，古寺廟也遭受嚴(yán)重?fù)p壞。在參加震后聶拉木鎮(zhèn)、亞來鄉(xiāng)、門布鄉(xiāng)、波絨鄉(xiāng)、乃龍鄉(xiāng)和瑣作鄉(xiāng)，6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)40個自然村的整村推進(jìn)工程基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和民房建設(shè)工作和10座古寺廟的變形專項勘查工作中，通過對10座古寺廟歷史損傷的累積、抗震不利地段的影響、地基土不均勻沉降和結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行研究，得出在地震作用下的西藏古寺廟耦合破壞機(jī)理。文章以俄爾寺為例，對其變形特征和破壞機(jī)理進(jìn)行分析，提出治理原則和方案，并進(jìn)行了治理方案的優(yōu)選。對其他震后古建筑治理加固也有一定的借鑒意義。

[基金項目]國家重點研發(fā)計劃（項目編號：2018YFC1505405）

[作者簡介]王寶亮（1982—），男，碩士，高級工程師，從事地質(zhì)災(zāi)害治理、國土空間規(guī)劃、集約節(jié)約利用土地、礦山土地修復(fù)的生產(chǎn)和研究工作。

2015年4月25日，尼泊爾發(fā)生了 Ms8.1大地震，根據(jù)中國地震臺網(wǎng)測定，該地震震中位于尼泊爾博克拉城市，震中位置：（28.147°N，84.708°E），震源深度 15 km。桑珠孜區(qū)屬于小于Ⅵ度，因藏區(qū)農(nóng)牧用房絕大部分是片石砌筑或生土結(jié)構(gòu)，抗震效果差，即出現(xiàn)裂縫和破壞。

震后古寺廟的破壞機(jī)制和修復(fù)方面，國內(nèi)外研究都相對薄弱。尼泊爾地震后D.Gautam和H.Chaulagaint[1]通過對地震建筑破壞調(diào)查，指出在受影響區(qū)域內(nèi)，所有類型的現(xiàn)有建筑系統(tǒng)都會發(fā)生結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性損壞。張昊宇等[2]對鋼筋混凝土框架典型震害進(jìn)行了研究，對結(jié)構(gòu)受力體系布置等提出了建議。潘毅等[3-4]對尼泊爾文化遺產(chǎn)建筑、加德滿都-樟木沿線居民震害等進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)查研究，提出震害等級劃分和抗震防災(zāi)建議。國內(nèi)外對于砌體結(jié)構(gòu)和石窟研究較少，對其受力特點和破壞機(jī)制研究明顯不足，相關(guān)評價體系不健全。為克服這些問題，本文在抗震救災(zāi)實踐中（表1），歸納提出西藏古寺廟破壞機(jī)理和治理措施，并選取桑珠孜區(qū)俄爾寺作為研究對象，以求為震后重建工作提供一定幫助。

1 研究對象簡介

俄爾寺位于日喀則市西南部，距市區(qū)27 km，平均海拔4 200 m，于公元1429年由俄慶貢嘎桑布創(chuàng)建，屬藏傳佛教中的薩迦派。文革時整體被毀，自1985年以來，在黨和政府的關(guān)懷下逐步進(jìn)行修復(fù)?，F(xiàn)有14座殿堂，3座大經(jīng)堂，16座寶塔和一所學(xué)經(jīng)院，現(xiàn)有文物400余件，其中國家級文物206件，主供佛為空行觀世音。寺管會工作人員共有23名，其中干部14名，僧人9名，本寺定編為55名僧人，實有83名僧人，學(xué)經(jīng)院116名學(xué)員。自全區(qū)開展加強(qiáng)和創(chuàng)新寺廟管理工作以來，已全面實現(xiàn)“九有”“六建”“六個一”“一覆蓋”的利寺惠僧工程（圖1～圖4）。

1996年恢復(fù)了佛學(xué)院、辯經(jīng)堂、新建僧舍等房屋285間，占地面積2×104 m2。16座寶塔修建于1986年，現(xiàn)地面見多處裂縫，總體屬于輕微開裂。大殿修建于1986年，采用條石干砌結(jié)構(gòu)砌筑而成，現(xiàn)有少量裂縫，總體屬于輕微開裂。學(xué)經(jīng)堂修建于1996年，采用條石干砌結(jié)構(gòu)砌筑而成，現(xiàn)主要變形集中在2樓，屬于中等開裂。尼泊爾地震后，俄爾寺建（構(gòu)）筑物地面出現(xiàn)多處變形裂縫，通過調(diào)查現(xiàn)有建筑物及構(gòu)筑物基本性質(zhì)及開裂變形程度見表2、圖5。

2 破壞機(jī)理研究

2.1 歷史損傷的累積

古寺廟歷史悠久，在其服役過程中，以前經(jīng)歷的地震損害和非地震原因的歷史損傷積累，長期的風(fēng)化殘蝕，對古建筑本身造成系統(tǒng)損傷。損傷的積累會造成材料、構(gòu)件乃至結(jié)構(gòu)整體的性能降低，降低結(jié)構(gòu)的承載力、耐久性，從而嚴(yán)重影響建筑結(jié)構(gòu)的正常使用功能[5]。

建筑論壇與建筑設(shè)計王寶亮， 張文生： 尼泊爾Ms8.1地震震后西藏古寺廟破壞機(jī)制及治理研究

2009年，日喀則仁縣、薩嘎縣交界（29.4°N， 86.1°E）發(fā)生5.6級地震，震源深度約33 km，桑珠孜區(qū)震感明顯。2015年在尼泊爾（28.147°N，84.708°E）發(fā)生8.1級地震，震源深度15 km，震中為博克拉，桑珠孜區(qū)震感明顯。歷史上主震和余震造成的俄爾寺墻體開裂，地基沉陷等損傷在俄爾寺建（構(gòu)）筑物上累積。

2.2 地基土不均勻沉降

場地巖土層由第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)殘坡積積層（Q4el+dl）組成，下伏為白堊系下統(tǒng)日喀則群（Kxg）泥巖。

（1）人工填土：灰褐色，松散，干燥，主要成分以粉質(zhì)黏土為主，含少量碎石、角礫和砂。主要為修建寺廟時人工回填形成。在整個場地分布較廣，層厚為：2.4～3.0 m。

（2）含角礫黏質(zhì)粉土：灰褐色，硬塑，主要成分以粉質(zhì)黏土為主，角礫含量20 %～30 %，局部含少量碎塊石，干強(qiáng)度高，韌性中等，切面無光澤。為場地原始地層，在場地內(nèi)廣泛分布，層厚1.8～3.9 m。

（3）泥巖：紅褐色-棕褐色，強(qiáng)-中風(fēng)化，中-厚層構(gòu)造，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。礦物成分主要以石英、少量長石等組成，巖芯較為破碎，主要以碎塊狀及短柱狀為主，中風(fēng)化多呈柱狀，裂隙較為發(fā)育，未見充填物。根據(jù)其風(fēng)化程度將分為強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化2個亞層：

（4）強(qiáng)風(fēng)化泥巖：棕褐色，強(qiáng)風(fēng)化，中厚層構(gòu)造，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要由石英、少量長石等組成，巖芯較為破碎，手捏易碎，主要以碎塊狀及短柱狀為主，最長節(jié)長8 cm，風(fēng)化裂隙較為發(fā)育，層厚為：0.70～1.00 m。

（5）中風(fēng)化泥巖：棕褐色，中風(fēng)化，厚層構(gòu)造，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要由石英、少量長石等組成，巖芯主要以短柱狀及柱狀為主，最長節(jié)長20 cm。

根據(jù)地層分布特征，建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)和基礎(chǔ)持力層主要為人工填土、含角礫粉質(zhì)黏土和泥巖組成，其中人工填土和含角礫粉質(zhì)黏土自身存在一定的不均勻性;并且各層之間在橫向及縱向均存在一定高差，地基屬不均勻地基。1986年建成之后，由于沒有基礎(chǔ)建筑物發(fā)生不均勻沉降，逐漸出現(xiàn)裂縫，均未影響使用。

2.3 抗震不利地段的影響

根據(jù)西藏傳統(tǒng)和經(jīng)驗，古寺廟往往建設(shè)在突出山嘴、臨近陡崖地段和非巖石陡坡上等，未采用科學(xué)選址和抗震設(shè)防。

俄爾寺建筑場地屬河溝斜坡地貌，根據(jù)GB 50010-2010（2016年版）《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》場地所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.15g，設(shè)計地震分組為第三組。根據(jù)規(guī)范4.1.8條規(guī)定屬于抗震不利地段，產(chǎn)生放大作用，水平地震影響系數(shù)最大值應(yīng)乘以1.1～1.6增大系數(shù)。

2.4 結(jié)構(gòu)缺陷

西藏古寺廟大多采用土、石、木為主要建筑材料的砌體結(jié)構(gòu)。砌筑使用本都黃土、內(nèi)墻抹面使用巴嘎土、地面（屋頂）夯打用的阿嘎土。阿嘎土屬于水硬性硅酸鹽材料，強(qiáng)度低，耐候性差[6]。阿嘎土顆粒粗，質(zhì)量大，粘性小，抹光墻體需要較厚泥層，建（構(gòu)）筑物內(nèi)部墻壁泥層容易下沉，造成大量的墻體空鼓破裂。

16座寶塔修和大殿修建于1986年，學(xué)經(jīng)堂修建于1996年，未遵從基本建設(shè)程序。建（構(gòu)）筑物砌體結(jié)構(gòu)，以片石、塊石（母巖為花崗巖、砂巖）干砌而成，砌塊之間采用阿嘎土粘結(jié)，棱角發(fā)育、粘結(jié)強(qiáng)度低，抗變形較差;建筑修建時為場地平整后，直接砌筑墻體，墻體埋深差異較大，埋深1.2～1.8 m，局部裸露地表，主要依地形地勢修筑而成，俄爾寺未經(jīng)設(shè)防的砌體結(jié)構(gòu)，抗震能力差[7]。

其中P1為水平地震力，L1為損傷，G1為自身豎向荷載，f1為不均勻沉降引起下拉力。

俄爾寺歷史上多次地震、余震在建（構(gòu)）筑物上產(chǎn)生損傷積累;建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)和持力層屬于不均勻地基土引起不均勻沉降;建（構(gòu)）筑物處于抗震不利地段，產(chǎn)生放大作用;砌體結(jié)構(gòu)本身抗震性能差;在尼泊爾地震觸發(fā)下，俄爾寺發(fā)生變形開裂破壞，見圖6。

3 治理方案

根據(jù)現(xiàn)有建（構(gòu)）筑物的性質(zhì)、變形開裂現(xiàn)狀特征、變形原因、地基土的性質(zhì)及場地整體穩(wěn)定性等綜合分析;根據(jù)《建（構(gòu)）筑物地震破壞等級劃分》和文化遺產(chǎn)建筑震害等級的劃分標(biāo)準(zhǔn)，震害等級屬于中等破壞[3]，可采取方案見表3。

3.1 基礎(chǔ)補(bǔ)強(qiáng)注漿加固

現(xiàn)有變形建筑采用砌體結(jié)構(gòu)，未設(shè)置基礎(chǔ)，地基土主要為人工填土、含角礫粉質(zhì)黏土及碎塊石組成，可采用注漿法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，使整個地基土形成一個整體，以增強(qiáng)地基強(qiáng)度，減少變形。

該種方案優(yōu)點是能很好的將地基土膠結(jié)形成一個整體，減少地基不均勻沉降;缺點是施工機(jī)械振動較大，對周邊構(gòu)筑物的整體安全有一定的影響作用。

3.2 托換加固

根據(jù)現(xiàn)有變形建筑的特點，結(jié)構(gòu)類型、基礎(chǔ)形式、地基持力層的性質(zhì)及荷載情況等分析，可采用整體托換加固方案。

變形建筑砌體結(jié)構(gòu)，應(yīng)在承重墻與基礎(chǔ)間設(shè)置連續(xù)托換梁，應(yīng)對上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行復(fù)核，施工難度較大。

3.3 原址重建

根據(jù)現(xiàn)有建筑物的特性、變形現(xiàn)狀特征、變性原因、場地工程地質(zhì)條件等，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)評估結(jié)構(gòu)及監(jiān)測成果等分析論證后，若加固措難以保證現(xiàn)有建筑物的整體安全以及長久性時，可考慮采重建方案。

原址重建需得到文物保護(hù)單位及相關(guān)主管部門的評估和同意，應(yīng)選擇有相關(guān)資質(zhì)的單位進(jìn)行原址重建設(shè)計和施工，爭取盡最大可能還原原始建筑狀況，讓俄爾寺的文化得以永久傳承和發(fā)揚。

3.4 加固方案優(yōu)選[8-9]

通過變形建筑物的特征、施工條件及可行性等分析：若采取加固治理方案，設(shè)計前應(yīng)先對現(xiàn)有變形建筑由業(yè)主聘請具有專門資質(zhì)的單位對上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行評估，對整個區(qū)域由業(yè)主聘請具有專門資質(zhì)的監(jiān)測單位進(jìn)行變形監(jiān)測。根據(jù)評估、變形監(jiān)測結(jié)果再結(jié)合地基加固方案選擇最優(yōu)治理措施。設(shè)計施工時應(yīng)嚴(yán)格按照J(rèn)GJ 123-2012《既有建筑地基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。如因變形建筑加固治理難度較大，經(jīng)有關(guān)部門同意后，方可考慮原址重建。

4 結(jié)論

（1）對西藏震后古寺廟進(jìn)行系統(tǒng)排查，對古寺廟結(jié)構(gòu)受力體系合理性、抗震性能和抗倒塌能力進(jìn)行系統(tǒng)篩查，對結(jié)構(gòu)不合理的進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

（2）為古寺廟建（構(gòu)）筑物增加阻尼器、隔震墊等，提高其抗震性能，建立古寺廟監(jiān)測防控體系，定期對古寺廟進(jìn)行維保和修繕。

（3）推進(jìn)西藏古寺廟的數(shù)字化和信息庫建設(shè)，實現(xiàn)整體三維立體數(shù)字模型可視化管理，更有利于古寺廟保護(hù)、展示和留存。

參考文獻(xiàn)

[1] D.Gautam，H.Chaulagaint. Structural performance and associated lessons to be learned from world earthquakes in Nepal after 25 April 2015（MW7.8） Gorkha earthquake [J]. Engineering Failure Analysis，2016（6）：222-243.

[2] 張昊宇，王濤，林旭川，等.尼泊爾8.1級地震鋼筋混凝土框架典型震害及討論[J].工程力學(xué)，2016，33（9）：59-68.

[3] 潘毅，謝丹，袁雙，等. 尼泊爾文化遺產(chǎn)建筑震害特征及加固對策—以尼泊爾Ms8.1級地震中3個杜巴廣場為例[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2016，48（12）：172-182.

[4] 潘毅，王忠凱，時勝杰，等. 尼泊爾8.1級地震加德滿都-樟木沿線民居震害調(diào)查與分析[J].湖南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，44（3）：35-44.

[5] 謝沐玄，潘晴煒，李軒，等. 歷史建筑性能化隔震設(shè)計方法初探[J].結(jié)構(gòu)工程師，2020，36（3）：206-214.

[6] 李黎，趙林毅，王金華，等.我國古代建筑中兩種傳統(tǒng)硅酸鹽材料的物理力學(xué)特性研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報， 2011 ，30（10）：2120-2127.

[7] 曲哲，楊永強(qiáng).尼泊爾地震自建民居在2015年地震序列中的震害[J].地震工程與工程振動，2015，35（4）：51-59.

[8] 陳洪凱. 生態(tài)文明視角下地質(zhì)災(zāi)害防治新常態(tài)[J].重慶師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2020，37（4）：51-56.

[9] 王寶亮，彭盛恩，王昱.重慶風(fēng)景名勝區(qū)旅游公路滑坡災(zāi)害及景觀治理方案選擇[J].災(zāi)害學(xué)，2010， 25（3）：60-64.