潮濕地區(qū)土遺址保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

彭艷麗 蔣建洪 袁 俊 嵇威威

浙江省三建建設(shè)集團(tuán)有限公司 浙江 杭州 310016

1 工程概況

德壽宮遺址是全國重點(diǎn)文物保護(hù)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(jià)值、藝術(shù)價(jià)值、科學(xué)價(jià)值和社會價(jià)值。

德壽宮遺址保護(hù)展示，即南宋博物院工程，位于杭州市上城區(qū)，工程分為中區(qū)和西區(qū)2個(gè)部分（圖1），項(xiàng)目以遺址的保護(hù)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(xiàn)德壽宮遺址、臨安城遺址和南宋時(shí)的經(jīng)濟(jì)、文化、社會面貌。建設(shè)區(qū)域的遺址分為2類：一類是已進(jìn)行考古發(fā)掘、擬進(jìn)行露明展示的遺址；另一類是已進(jìn)行考古發(fā)掘、擬進(jìn)行科學(xué)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(hù)難點(diǎn)

德壽宮遺址位于杭州市上城區(qū)，屬于典型的亞熱帶季風(fēng)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(yán)重的公害。因此，水環(huán)境控制是潮濕環(huán)境下土遺址保護(hù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，通過水環(huán)境控制措施，能夠有效地減少未來環(huán)境溫、濕度控制的成本以及減少遺址本體保護(hù)措施中物理、化學(xué)干預(yù)程度和難度。

3 遺址的水環(huán)境控制措施

整個(gè)德壽宮遺址保護(hù)項(xiàng)目的中西區(qū)，是露明展示的遺址保護(hù)區(qū)。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(cè)壁地下水滲流、下部毛細(xì)水上升這3個(gè)主要方面。根據(jù)水的來源，采取隔水、引水、防水這3種措施相結(jié)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(xù)墻（TRD）止水帷幕＋預(yù)制板墻的防滲墻以及坐落在墻體上的玻璃幕罩相結(jié)合，阻斷遺址坑外地下水補(bǔ)給，降低土壤含水率，控制遺址坑內(nèi)水位。

3.1.1 渠式切割裝配式地下連續(xù)墻TAD工法樁

根據(jù)場地地理位置、歷史遺跡、土質(zhì)條件及周圍環(huán)境等實(shí)際情況，本項(xiàng)目采用渠式切割裝配式地下連續(xù)墻（TAD）工法樁，轉(zhuǎn)角處采用全方位高壓噴射工法樁（MJS）進(jìn)行加強(qiáng)。TAD工法樁是在渠式切割水泥土連續(xù)墻（TRD）內(nèi)插入1 000 mmh 400 mm矩形混凝土預(yù)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(xù)墻，切斷遺址展示區(qū)過高地下水從側(cè)壁滲入遺址的路徑，有效減小側(cè)壁地下水滲流對遺址的破壞。TRD工法樁對遺址及周邊環(huán)境擾動(dòng)較小。

1）渠式切割水泥土連續(xù)墻（TRD）厚度為700 mm，水泥摻量為22%（土體重度按19 kN/m3計(jì)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(shù)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(xù)墻宜連續(xù)施工，施工步長應(yīng)小于5.0 m，若遇停機(jī)后再次接續(xù)施工，需回行切割已施工墻體500 mm以上。

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

4）施工時(shí)必須保持樁機(jī)底盤的水平及導(dǎo)桿的垂直，在成墻前采用全站儀、經(jīng)緯儀進(jìn)行軸線引測，確保樁機(jī)就位正確，并對樁機(jī)立柱導(dǎo)向架垂直度偏差進(jìn)行校驗(yàn)（小于1/250）。

5）根據(jù)設(shè)計(jì)墻深通過分段續(xù)接切割箱挖掘，打入到設(shè)計(jì)深度。切割箱安裝完畢后，進(jìn)行等厚度水泥土墻體的施工。水泥土連續(xù)墻轉(zhuǎn)角處單邊向外延伸一定長度，而未向外延伸的一邊應(yīng)作為施工始發(fā)端。

6）結(jié)構(gòu)柱底部地下連續(xù)墻施工前先進(jìn)行施工勘探，確定中風(fēng)化巖層的頂標(biāo)高。施工時(shí)應(yīng)采取泥漿及時(shí)抽排措施；混合泥漿不得流入遺址保護(hù)區(qū)。

7）樁身混凝土強(qiáng)度等級為C60，局部兼作工程樁。預(yù)制板材用做工程樁時(shí)，樁基設(shè)計(jì)等級為乙級。樁間采用榫卯連接，且2次注漿，樁節(jié)之間采用螺鎖接頭（圖3）。

圖3 預(yù)制板連接示意

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

9）止水防滲墻（TAD）滲透系數(shù)應(yīng)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(zhuǎn)角處補(bǔ)強(qiáng)，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(nèi)壓力1.1～1.6 MPa（視監(jiān)測情況進(jìn)行調(diào)節(jié)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(yīng)均勻且持續(xù)，避免出現(xiàn)頸縮和斷層，嚴(yán)禁在提升噴漿過程中斷漿，特殊情況造成斷漿的，在恢復(fù)噴漿時(shí)應(yīng)將鉆桿下放50 cm以免出現(xiàn)斷樁；在回拔外套管后，再次恢復(fù)施工時(shí)，鉆桿也應(yīng)下放50 cm以避免出現(xiàn)斷樁。樁垂直偏差不得大于L/200 mm（L為樁長）。

3）施工時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)無法返漿或地內(nèi)壓力低于靜水壓力的情況時(shí)，MJS鉆頭應(yīng)在該區(qū)域多停留噴漿一段時(shí)間，直至地內(nèi)壓力及排漿正常后方可繼續(xù)提升鉆桿。

4）MJS高壓噴射工法樁身強(qiáng)度采用28 d齡期后鉆孔取芯來判定。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求鉆取樁芯，鉆孔取芯后應(yīng)及時(shí)注漿填充。正式施工前，編制詳細(xì)可行的檢測方案，經(jīng)各方認(rèn)可后方可實(shí)施。

5）MJS工法樁應(yīng)后于TRD施工。設(shè)計(jì)的止水防滲墻參數(shù)為建議值，應(yīng)根據(jù)室內(nèi)配比和現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)一步確定。

3.1.3 設(shè)置保護(hù)棚罩

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

1）通風(fēng)系統(tǒng)。自然通風(fēng)：在德壽宮的遺址上部利用保護(hù)棚罩設(shè)置通風(fēng)塔，利用熱壓和風(fēng)壓的作用，對遺址區(qū)進(jìn)行自然通風(fēng)。機(jī)械通風(fēng)：利用空調(diào)系統(tǒng)對遺址保護(hù)棚進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)，采用可調(diào)新風(fēng)的方式運(yùn)行。新風(fēng)量的控制和工況轉(zhuǎn)換，根據(jù)新風(fēng)和回風(fēng)的焓值控制。

2）空調(diào)系統(tǒng)。建筑內(nèi)設(shè)設(shè)備機(jī)房，內(nèi)置除濕及空氣處理機(jī)組。其中送回風(fēng)管道分別進(jìn)入遺址空間，在遺址坑底北側(cè)布置送風(fēng)管側(cè)面送風(fēng)，南側(cè)布置回風(fēng)管，形成通風(fēng)回路。根據(jù)類同遺址保護(hù)經(jīng)驗(yàn)，送風(fēng)風(fēng)速控制在1.5 m/s內(nèi)。

3.2 引水措施

根據(jù)遺址埋藏區(qū)土質(zhì)承載力一般、地下水位較高的特點(diǎn)，在遺址分布區(qū)周邊設(shè)置環(huán)繞遺址分布區(qū)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(nèi)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(jìn)行噴灑、澆灌或注壓等手段，對遺址表面進(jìn)行加固，防止遺址因水侵襲而出現(xiàn)塌陷、風(fēng)化，還能起到預(yù)防霉菌和青苔滋長的作用。

3.3.1 表層土體固化

對需要進(jìn)行原位保護(hù)區(qū)域的土體進(jìn)行表層固化，阻止水分進(jìn)入遺址體內(nèi)，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(huán)境波動(dòng)下出現(xiàn)表層風(fēng)化現(xiàn)象。

土體表層固化采用高模數(shù)硅酸鉀溶液（PS），用蒸餾水稀釋至3%（質(zhì)量百分比），采用壓力噴壺對土體表層進(jìn)行噴灑加固。噴灑過程中應(yīng)注意均勻噴灑，用量控制以底部土體表面不積液、側(cè)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?qū)ν馏w含水率進(jìn)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(dǎo)致固化劑在土體表層聚集，引起土體表層變色，出現(xiàn)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(xiàn)象，應(yīng)先采用改性土漿液對裂縫進(jìn)行填充。漿液采用過2 mm篩黏土和水硬性石灰，初定質(zhì)量比3∶1，水灰比0.40～0.45，調(diào)制出具有較強(qiáng)流動(dòng)性的漿液，采用針筒對開裂處進(jìn)行注漿填縫，表面做舊處理，達(dá)到外觀統(tǒng)一協(xié)調(diào)的效果。

3.3.2 注漿加固

對側(cè)壁松動(dòng)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(jìn)行清理，注漿材料應(yīng)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(shí)候可進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)色、面層處理。經(jīng)過處理后的遺址外貌和透氣性不發(fā)生改變，各項(xiàng)物理性能均得到提高，起到防水、防風(fēng)化、防微生物腐蝕的作用。

4 結(jié)語

通過將隔水、引水及防水這3種措施相結(jié)合，對德壽宮遺址水環(huán)境進(jìn)行治理，將潮濕環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)楦稍锃h(huán)境后，再利用目前已有的干旱、半干旱地區(qū)土遺址保護(hù)工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行保護(hù)。此水環(huán)境治理方法對江南土遺址保護(hù)有一定的參考性，但各遺址的地理位置和水環(huán)境不同，必須經(jīng)過試驗(yàn)與論證后，有針對性地采取治理措施。