潮濕地區土遺址保護關鍵技術

彭艷麗 蔣建洪 袁 俊 嵇威威

浙江省三建建設集團有限公司 浙江 杭州 310016

1 工程概況

德壽宮遺址是全國重點文物保護單位，也是重大遺址之一的臨安城遺址的重要組成部分，與南宋皇城共同作為南宋宮殿建筑與皇家園林的杰出代表，具有重要的歷史價值、藝術價值、科學價值和社會價值。

德壽宮遺址保護展示，即南宋博物院工程，位于杭州市上城區，工程分為中區和西區2個部分（圖1），項目以遺址的保護展示為主，兼顧休閑、教育、文化等功能。通過對遺址多形式的展示，全面呈現德壽宮遺址、臨安城遺址和南宋時的經濟、文化、社會面貌。建設區域的遺址分為2類：一類是已進行考古發掘、擬進行露明展示的遺址；另一類是已進行考古發掘、擬進行科學回填的遺址。

圖1 工程地理位置

2 德壽宮遺址的工程特性及保護難點

德壽宮遺址位于杭州市上城區，屬于典型的亞熱帶季風氣候。四季分明，雨量充沛，全年平均氣溫17.8 ℃，平均相對濕度70.3%，年降水量1 454 mm，地下水位和空氣濕度較高，水對遺址的破壞與侵襲是最嚴重的公害。因此，水環境控制是潮濕環境下土遺址保護的重點和難點，通過水環境控制措施，能夠有效地減少未來環境溫、濕度控制的成本以及減少遺址本體保護措施中物理、化學干預程度和難度。

3 遺址的水環境控制措施

整個德壽宮遺址保護項目的中西區，是露明展示的遺址保護區。德壽宮遺址受水破壞，從水來源分析，主要包括上部大氣降水、側壁地下水滲流、下部毛細水上升這3個主要方面。根據水的來源，采取隔水、引水、防水這3種措施相結合的處理方式[1-3]。

3.1 隔水措施

隔水防滲措施主要為：渠式切割水泥土連續墻（TRD）止水帷幕＋預制板墻的防滲墻以及坐落在墻體上的玻璃幕罩相結合，阻斷遺址坑外地下水補給，降低土壤含水率，控制遺址坑內水位。

3.1.1 渠式切割裝配式地下連續墻TAD工法樁

根據場地地理位置、歷史遺跡、土質條件及周圍環境等實際情況，本項目采用渠式切割裝配式地下連續墻（TAD）工法樁，轉角處采用全方位高壓噴射工法樁（MJS）進行加強。TAD工法樁是在渠式切割水泥土連續墻（TRD）內插入1 000 mmh 400 mm矩形混凝土預制板材，板材間采用可靠連接，形成集擋土與止水功能于一體的鋼筋混凝土地下連續墻，切斷遺址展示區過高地下水從側壁滲入遺址的路徑，有效減小側壁地下水滲流對遺址的破壞。TRD工法樁對遺址及周邊環境擾動較小。

1）渠式切割水泥土連續墻（TRD）厚度為700 mm，水泥摻量為22%（土體重度按19 kN/m3計算），水灰比為1.5，挖掘液采用鈉基膨潤土拌制，每立方米的被攪土體摻入約100 kg的膨潤土，采用的鈉基膨潤土滿足膨脹指數大于10的要求（圖2）。

圖2 TAD施工剖面示意

2）TRD墻身垂直度偏差不大于1/250，墻位水平偏差不大于50 mm，墻身偏差不大于50 mm，成墻厚度偏差不大于20 mm。地下連續墻宜連續施工，施工步長應小于5.0 m，若遇停機后再次接續施工，需回行切割已施工墻體500 mm以上。

3）地下連續墻施工遇到堅硬土層時，可采取旋挖取土或其他鉆掘設備輔助取土的措施。

4）施工時必須保持樁機底盤的水平及導桿的垂直，在成墻前采用全站儀、經緯儀進行軸線引測，確保樁機就位正確，并對樁機立柱導向架垂直度偏差進行校驗（小于1/250）。

5）根據設計墻深通過分段續接切割箱挖掘，打入到設計深度。切割箱安裝完畢后，進行等厚度水泥土墻體的施工。水泥土連續墻轉角處單邊向外延伸一定長度，而未向外延伸的一邊應作為施工始發端。

6）結構柱底部地下連續墻施工前先進行施工勘探，確定中風化巖層的頂標高。施工時應采取泥漿及時抽排措施；混合泥漿不得流入遺址保護區。

7）樁身混凝土強度等級為C60，局部兼作工程樁。預制板材用做工程樁時，樁基設計等級為乙級。樁間采用榫卯連接，且2次注漿，樁節之間采用螺鎖接頭（圖3）。

圖3 預制板連接示意

8）止水帷幕轉角處，2個方向的水泥土連續墻均宜直線延伸至轉角外邊不少于2 m，場地條件受限時，應采取措施保證轉角處的截水效果。

9）止水防滲墻（TAD）滲透系數應小于8 cm/s。

3.1.2 MJS工法樁

1）全方位高壓噴射工法樁（MJS）；用于TRD止水防滲墻轉角處補強，直徑1 200 mm。MJS旋噴樁采用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比約1∶1，漿壓力40 MPa；空氣壓力0.7 MPa；倒吸水壓8～25 MPa；空氣流量8～10 m3/min；地內壓力1.1～1.6 MPa（視監測情況進行調節和控制）；水泥用量約124 t/m（圓形）；提升速度25～33 mm/min；漿液流量80～160 L/min（圖4）。

圖4 注漿示意

2）成樁應均勻且持續，避免出現頸縮和斷層，嚴禁在提升噴漿過程中斷漿，特殊情況造成斷漿的，在恢復噴漿時應將鉆桿下放50 cm以免出現斷樁；在回拔外套管后，再次恢復施工時，鉆桿也應下放50 cm以避免出現斷樁。樁垂直偏差不得大于L/200 mm（L為樁長）。

3）施工時，當出現無法返漿或地內壓力低于靜水壓力的情況時，MJS鉆頭應在該區域多停留噴漿一段時間，直至地內壓力及排漿正常后方可繼續提升鉆桿。

4）MJS高壓噴射工法樁身強度采用28 d齡期后鉆孔取芯來判定。根據設計圖紙要求鉆取樁芯，鉆孔取芯后應及時注漿填充。正式施工前，編制詳細可行的檢測方案，經各方認可后方可實施。

5）MJS工法樁應后于TRD施工。設計的止水防滲墻參數為建議值，應根據室內配比和現場試驗進一步確定。

3.1.3 設置保護棚罩

通過設置保護棚罩隔阻大氣降水，玻璃保護棚罩坐落在地下連續墻墻體上。德壽宮遺址內部及外部濕度環境將在冬季和梅雨季節明顯高于限值，設置棚罩后內部空氣濕度高于限值的月份增加。結合溫度情況考慮，在通風相對不佳的保護棚內，4ü 10月間（20 ℃以上，濕度75%以上，特別是梅雨季節）極易造成土遺址內微生物生長繁殖。其中梅雨季節（5ü 7月）因室外濕度較高，無法通過自然通風的方式降低內部濕度，其余4月、8ü 10月，根據室外情況，具有自然通風的條件。根據保護要求和氣象條件變化，綜合采用自然通風、機械通風與全空氣空調系統相結合的方式對遺址保護區進行制冷供熱，維持濕度。

1）通風系統。自然通風：在德壽宮的遺址上部利用保護棚罩設置通風塔，利用熱壓和風壓的作用，對遺址區進行自然通風。機械通風：利用空調系統對遺址保護棚進行機械通風，采用可調新風的方式運行。新風量的控制和工況轉換，根據新風和回風的焓值控制。

2）空調系統。建筑內設設備機房，內置除濕及空氣處理機組。其中送回風管道分別進入遺址空間，在遺址坑底北側布置送風管側面送風，南側布置回風管，形成通風回路。根據類同遺址保護經驗，送風風速控制在1.5 m/s內。

3.2 引水措施

根據遺址埋藏區土質承載力一般、地下水位較高的特點，在遺址分布區周邊設置環繞遺址分布區的截洪溝，以杜絕雨季因遺址周邊河渠的地下水位上漲對遺址造成的漫灌及內澇，防水隔離帶寬1.0～1.2 m，深1.0～1.5 m。

3.3 防水措施

通過將加固材料進行噴灑、澆灌或注壓等手段，對遺址表面進行加固，防止遺址因水侵襲而出現塌陷、風化，還能起到預防霉菌和青苔滋長的作用。

3.3.1 表層土體固化

對需要進行原位保護區域的土體進行表層固化，阻止水分進入遺址體內，可防止后期遺址受到水的侵襲，也可在一定程度上緩解或消除遺址土體在長期自然環境波動下出現表層風化現象。

土體表層固化采用高模數硅酸鉀溶液（PS），用蒸餾水稀釋至3%（質量百分比），采用壓力噴壺對土體表層進行噴灑加固。噴灑過程中應注意均勻噴灑，用量控制以底部土體表面不積液、側壁土體加固液不流淌為宜。為確保固化效果，噴灑固化劑前因對土體含水率進行測定，土體含水率低于6%方可施工。土體含水率過高可能影響固化劑滲透性能，導致固化劑在土體表層聚集，引起土體表層變色，出現硬殼等不利于遺址長期保存的問題。

若需固化的土體存在開裂現象，應先采用改性土漿液對裂縫進行填充。漿液采用過2 mm篩黏土和水硬性石灰，初定質量比3∶1，水灰比0.40～0.45，調制出具有較強流動性的漿液，采用針筒對開裂處進行注漿填縫，表面做舊處理，達到外觀統一協調的效果。

3.3.2 注漿加固

對側壁松動磚塊采用NHL-i07型水硬性石灰漿液注漿加固。注漿宜采用針筒，由人工操作，漿液自由滲入。注漿前需先對磚塊表面、縫隙進行清理，注漿材料應填充均勻，用量以能夠有效固定磚塊，且對整體外觀改變最少為宜，必要的時候可進行相應的調色、面層處理。經過處理后的遺址外貌和透氣性不發生改變，各項物理性能均得到提高，起到防水、防風化、防微生物腐蝕的作用。

4 結語

通過將隔水、引水及防水這3種措施相結合，對德壽宮遺址水環境進行治理，將潮濕環境轉變為干燥環境后，再利用目前已有的干旱、半干旱地區土遺址保護工程經驗進行保護。此水環境治理方法對江南土遺址保護有一定的參考性，但各遺址的地理位置和水環境不同，必須經過試驗與論證后，有針對性地采取治理措施。