地下歷史遺址保護區的復雜結構施工

俞建強

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

1 工程概況

No.2007G21地塊中酒店及六朝博物館項目位于南京市玄武區長江路與漢府街交匯處西北隅。該項目原為酒店項目，但在建設初期發掘出歷史文物，項目類型因此更改為地下3層、地上5～6層的酒店及博物館共建項目。

在基坑開挖及地下室施工階段，于博物館部位的地下1層東側中部，存在一片古城墻基和古河道遺址需要保護及陳列（圖1）。

圖1 項目位置及遺址保護區平面示意

遺址保護區位于博物館大廳部位的地下1層預應力頂板之下，該區域的地下3層深度范圍內，在北側、西側、南側以鉆孔灌注樁圍護，并以壓頂梁、腰梁和預應力對拉錨索進行緊固保護，東側為地下室圍護樁。土方開挖及地下室結構施工階段，該部位和大廳預應力頂板區域不予施工，留出作業空間。在地下結構施工完畢后，上部結構施工的同時，同步完成遺址保護區的地下1層結構施工。

根據結構設計，在遺址保護區北側和西側圍護樁上需設置型鋼混凝土柱及框架柱，與地下室襯墻一起，延伸至地下室頂板，然后作為上部結構框架柱，主要包括4根型鋼混凝土柱和2根普通框架柱，框架柱范圍內設置高1.8 m的冠梁（900 mm×1 800 mm），框架柱之間的區域設置高0.9 m的連通冠梁（900 mm×900 mm）。

在遺址保護區南側，根據遺址展示方案，西段14 m范圍內的圍護樁需拆除至－6.6 m位置，剩余東段圍護樁拆除至－3.6 m，以暴露出城墻和古地質斷面，方便設置櫥窗進行展示（圖2）。

圖2 遺址保護區地下室結構做法平面示意

2 遺址保護區結構施工難點

1）對于文物及古遺址的保護，我國法律有嚴格規定，但在深基坑項目施工中，不可避免地存在基坑變形、地下水流失等情況。對于潮濕環境下的土遺址保護，是文物保護工作中最為困難的課題[1-2]，而本工程遺址保護區施工深度范圍內為素填土及古河道砂性土地質，土體內含水量高，滲透系數高，圍護樁拆除及挖土作業過程中，極易引起土體坍塌[3-5]，可能損害古地質和古城墻基礎。

2）本次遺址保護區結構需要在北側和西側的圍護樁上接出鋼骨混凝土框架柱，新做冠梁與框架柱相交，且冠梁按照框架柱和非框架柱部位分為不同梁高，其節點構造異常復雜，給節點深化設計和結構施工帶來很大難度。

3）遺址保護區南側西段14 m范圍內的土體錨桿加固設計方案未考慮地下室預應力頂板施工過程中模板支架對遺址保護區頂部土體的豎向荷載，該荷載在圍護樁拆除及錨桿加固先行施工完成的情況下，有可能造成土體滑移和坍塌[6]。

3 遺址保護區施工安排及方法實踐

3.1 選用合理的施工方法和措施減少擾動

1）在圍護樁拆除施工前，采用井點降水措施，降低施工深度范圍內遺址保護區土體的含水量，使土體有一定程度的固結，減少拆除過程中的坍塌情況。

2）在原圍護樁和冠梁的拆除方法上，對比了風鎬、液壓鉗、化學逼裂、鏈式切割、排孔切割等諸多拆除方法，考慮到振動、化學試劑及污水侵蝕的影響和工期等因素，最終決定采用鏈式嵌入式切割工藝配合塔吊吊運的方法，對于圍護樁內側已施工的掛壁混凝土板，采用圓盤鋸的方式切割拆除。

3）框架柱及冠梁磚胎模的外側采用開挖出的原土回填密實，最大限度減少古地質破壞。

4）在地下室大跨度預應力頂板未完成的施工階段，對遺址保護區自然土面采用防水布全覆蓋的方式防止雨水侵蝕。

3.2 借助BIM技術優化節點構造和工況，并三維交底

1）使用BIM技術建立遺址保護區4個立面結構的三維整體模型，將樁頂處理、樁頂植筋、圍護樁側植筋、磚胎模及防水、鋼柱地腳螺栓、鋼柱、墻柱及冠梁鋼筋、南側土層錨桿等構造均細化在模型中，借助模型進行碰撞檢查，分析優化節點構造，減少復雜節點的碰撞錯誤（圖3）。

2）在BIM三維整體模型的基礎上，將設定的工況用三維截圖的方式呈現出來，采用直觀的方式論證施工方案的可行性。

3）利用模型及工況截圖，進行三維交底，交底內容包括節點構造、工序及注意要點，使班組能直觀地了解復雜的三維節點施工，防止出錯。

圖3 三維模擬柱與冠梁節點和柱腳埋件節點

3.3 采取合理的工序安排

工序安排上，在地下1層樓面結構完成后，先施工西側、北側結構，并穿插東側降板冠梁結構施工，西側、北側和東側外圍結構施工完成后，再施工遺址保護區上部的地下1層大跨度預應力頂板，完成頂板施工并達到養護強度拆模清理后，最后施工地下室內部遺址保護區南側結構。具體按以下順序分3個批次施工：

1）首先切割拆除框架柱部位的冠梁及圍護樁至設計樁頂－5.1 m（土體挖至－5.3 m），露出樁頭，原圍護樁掛板拆除至－6.3 m（地下1層樓面標高－6.7 m），砌磚胎模及防水施工，進行框架柱部位的樁頂處理、樁頂和樁側植筋、防水處理，并安裝和固定鋼柱地腳螺栓，綁扎柱腳鋼筋及地下室外墻鋼筋，單側支模并澆筑第1段混凝土至－4.15 m（圖4、圖5）。

圖4 第1段工況示意1（西北視圖）

圖5 第1段工況示意2（西北視圖）

2）北側、西側、東側非框架柱部分的冠梁及圍護樁、南側冠梁切割拆除至－3.25 m，樁頂處理，砌磚胎模及防水施工，安裝西側和北側鋼柱，綁扎西側、北側、東側冠梁及西側、北側地下室外墻鋼筋（并綁扎南側壓頂板鋼筋），單側支模并澆筑第2段混凝土至－2.35 m（圖6、圖7）。

3）施工剩余地下室外墻及遺址保護區上方的地下室大跨度預應力頂板至±0.00 m，待頂板養護到強度后，拆除滿堂支撐架，清理出工作面后，按照土層錨桿施工要求，分層切割拆除南側圍護樁，分層施工錨桿，直至完成至設計要求的工作面（圖8、圖9）。

圖6 第2段工況示意1（東北視圖）

圖7 第2段工況示意2（東北視圖）

圖8 第3段工況示意1（東北視圖）

圖9 第3段工況示意2（東南視圖）

3.4 特殊節點的處理

1）為保證圍護樁上框架柱的錨固效果，遺址保護區的圍護樁采用切割方式拆除后，樁頭鋼筋采用人工剝出，并與框架柱鋼筋采用電渣壓力焊連接。由于電渣壓力焊接頭在同一截面，為保證符合規范要求，在樁頂內部植入相同數量鋼筋以滿足連接要求（見圖3中的右側示意）。

2）由于框架柱、冠梁、地下室外墻混凝土為一個整體，無法采用對拉螺栓形式支設內側模板，故對第1段和第2段結構的模板采用鋼管扣件單側支模方式，鋼管斜撐與樓板采用預埋粗鋼筋的方式作為支承，靠近墻根部的樓板上預埋抗浮鋼筋與模板立桿焊牢，以抵消斜撐產生的向上分力（圖10、圖11）。

圖10 第1段結構單側支模示意

圖11 第2段結構單側支模示意

4 結語

遺址保護區的地下室內部結構施工是一項難度很大的工作。應當認識到，對于遺址的保護是根本，遺址的展示是在保護妥當的基礎上進行的[7]。這需要我們事先充分了解保護要求，理解設計意圖，熟悉地質及各類環境和工況條件。根據保護要點，借助先進的BIM技術來輔助制訂設計和施工方案，只有細致謹慎地對待每個工況環節，才能順利完成施工任務。