乐山大佛灵宝塔基础勘察及加固方案筛选

						
乐山大佛灵宝塔原名凌云塔，因建在灵宝峰顶， 又称灵宝塔。该塔始建于唐代，1956年和1980年两 度被四川省人民政府公布为四川省文物保护单位。 灵宝塔为正方形十三级密檐式砖塔，通高 28．82米。塔身现已出现向西北方向倾斜（北倾57 厘米，西倾61．5厘米）、北面塔门正中出现断裂缝 的病害。为弄清塔身倾斜病害发生原因并据此制 定塔身基础加固方案，四川省文物考古研究所联 合中铁西南科学研究院近期对灵宝塔塔身基础进 行了塔体测绘、地质勘探和地球物理探测工作，确 定了目前塔身倾斜状态，根据地质勘探和物探工 作成果，分析了塔身倾斜病害产生的原因，通过技 术经济比较提出了塔身基础加固方案。 乐山大佛景区范围内的地层由老到新依次为 侏罗系上统紫红色钙质粘土岩；白垩系上统夹关 组紫红～砖红色砂岩，下部夹泥岩、砾岩；白垩系上 统灌口组紫红色砂质粘土岩和粘土岩；第四系残 坡积和冲积层，不整合于各种基岩之上。 乐山地区雨量丰沛，多年平均降雨量1368毫 米，市区主导风向为北和北西，多年平均风速1．3 米／秒，最大风速29米／秒。 地质勘察及物探工作 勘察工作采用了坑探、地质剖面测绘和声波 CT探测等方法以确定塔身基础位置、基础内部结 构及基础位置岩体。根据坑探揭示，灵宝塔周围以 白垩系上统夹关组上段（K2j3）：紫红～砖红色厚层 ～巨厚层块状中细粒长石石英砂岩为主体，其上为 第四系（Q）松散堆积层。根据现场声波探测、边坡 岩体观测，参考铁道部科研院勘察设计部西南勘 察设计所《乐山大佛地区工程地质勘察报告》，灵 宝塔基础岩体（K2j3）强风化深度为3．3米，弱风化 深度为16．2米。上层地下水标高为422米左右，主 要为大气降水和地表水入渗；下层地下水属孔隙 裂隙水，稳定水位为355．10米。现地面与台面之间 绝大部分声波速度为0～1200米／秒，少部分声波 速度在1200～3600米／秒之间。 结合坑探结果、不同风化程度岩体声波速度 测试结果分析表明：地面与台面之间塔基内充填 物以夯填土为主，极少数为残留在原地的风化砂 岩块；灵宝塔塔基置于强风化基岩中。 塔身倾斜原因分析 综合各种数据分析，灵宝塔塔身的倾斜和开 裂显然是由于基础受重力作用强风化砂岩层压缩 引起不均匀沉降所致。 （1）白垩系上统夹关组上段（K2j3）尽管岩层 平缓，但总体倾向北西，北西方向强风化下限高程 较其他方向低； （2）北西侧第四系人工回填和残坡积层明显 较其他方向厚，表明砂岩层强风化下限高程较其 他方向低； （3）塔基底置于同一高程位置，致使塔基北西 侧塔基下砂岩强风化层厚度较其他方向大，在塔 身重力作用下，塔基北西侧塔基下砂岩强风化层 压缩变形较其他方向大，塔身向北西方向倾斜。 塔基加固方案设计 根据地质勘探情况及倾斜原因分析，我们提 出了三个设计方案并进行了技术经济比较： 方案1：钢筋混凝土挖孔灌注桩＋地面防渗层 及排水系统＋塔周堡坎改善：在塔的北侧和西侧各 布置一排钢筋混凝土挖孔灌注桩，作用是减缓甚至 停止强风化砂岩层在重力作用下因侧向变形导致 的垂向压缩变形。地面防渗层及排水系统用于防止 表水下渗加速强风化砂岩层的压缩变形而造成的 基础不均匀沉降：塔台周边及四条反射状排水沟沟 壁及沟底采用C15砂浆抹面防止表水下渗；地面 C20混凝土封闭层厚20厘米，按5‰的坡度向塔 的四周引排表水。围栏外侧重新砌筑堡坎，堡坎地 面应置于强风化岩表面以下1米（外侧），泄水孔内 侧用土工布作反滤层，防止堡坎内侧填土细颗粒流 失，减缓塔周砂岩侧向风化向塔体方向发展；挖除 栏杆内侧下沉开裂部分填土，重新填筑夯实。 方案2：强风化砂岩层旋喷注浆加固＋地面防 渗层及排水系统＋塔周堡坎改善：在塔台面及地面 北侧和西侧呈梅花形布置静液注浆孔，开孔孔径为 127厘米至第四系覆盖层与风化基岩接触面以下 0．5米，终孔孔径为97厘米，孔间距为1米，对强风 化砂岩层进行高压旋喷注浆加固，改善作为持力层 的强风化砂岩层的结构，减缓甚至停止强风化砂岩 层在重力作用下的垂向压缩变形，提高承载能力。 地面防渗层及排水系统、塔周堡坎改善同前方案。 方案3：强风化砂岩层静液注浆加固＋地面防 渗层及排水系统＋塔周堡坎改善：在塔台面及地面 北侧和西侧呈梅花形布置静液注浆孔，开孔孔径为 127厘米至第四系覆盖层与风化基岩接触面以下 0．5米，终孔孔径为97厘米，孔间距为1米，对强风 化砂岩层进行静液注浆加固，改善作为持力层的强 风化砂岩层的结构，减缓甚至停止强风化砂岩层在 重力作用下的垂向压缩变形，提高承载能力。地面 防渗层及排水系统、塔周堡坎改善同前方案。 由于上述3方案中，地面防渗层及排水系统、 塔周堡坎改善是相同的，因此加固设计方案的技术 经济比较也即是对钢筋混凝土挖孔灌注桩、旋喷注 浆和静液注浆强风化砂岩层加固的技术经济比较。 比较结果表明，钢筋混凝土挖孔灌注桩强风化砂岩 层加固方案（方案1）综合评价排位最高。2004年6 月6日，四川省文物管理局专家组正式选定“方案 1”为“乐山灵宝塔塔基加固保护工程”的实施方案。