地下历史遗址保护区的复杂结构施工

俞建强

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

1 工程概况

No.2007G21地块中酒店及六朝博物馆项目位于南京市玄武区长江路与汉府街交汇处西北隅。该项目原为酒店项目，但在建设初期发掘出历史文物，项目类型因此更改为地下3层、地上5～6层的酒店及博物馆共建项目。

在基坑开挖及地下室施工阶段，于博物馆部位的地下1层东侧中部，存在一片古城墙基和古河道遗址需要保护及陈列（图1）。

图1 项目位置及遗址保护区平面示意

遗址保护区位于博物馆大厅部位的地下1层预应力顶板之下，该区域的地下3层深度范围内，在北侧、西侧、南侧以钻孔灌注桩围护，并以压顶梁、腰梁和预应力对拉锚索进行紧固保护，东侧为地下室围护桩。土方开挖及地下室结构施工阶段，该部位和大厅预应力顶板区域不予施工，留出作业空间。在地下结构施工完毕后，上部结构施工的同时，同步完成遗址保护区的地下1层结构施工。

根据结构设计，在遗址保护区北侧和西侧围护桩上需设置型钢混凝土柱及框架柱，与地下室衬墙一起，延伸至地下室顶板，然后作为上部结构框架柱，主要包括4根型钢混凝土柱和2根普通框架柱，框架柱范围内设置高1.8 m的冠梁（900 mm×1 800 mm），框架柱之间的区域设置高0.9 m的连通冠梁（900 mm×900 mm）。

在遗址保护区南侧，根据遗址展示方案，西段14 m范围内的围护桩需拆除至－6.6 m位置，剩余东段围护桩拆除至－3.6 m，以暴露出城墙和古地质断面，方便设置橱窗进行展示（图2）。

图2 遗址保护区地下室结构做法平面示意

2 遗址保护区结构施工难点

1）对于文物及古遗址的保护，我国法律有严格规定，但在深基坑项目施工中，不可避免地存在基坑变形、地下水流失等情况。对于潮湿环境下的土遗址保护，是文物保护工作中最为困难的课题[1-2]，而本工程遗址保护区施工深度范围内为素填土及古河道砂性土地质，土体内含水量高，渗透系数高，围护桩拆除及挖土作业过程中，极易引起土体坍塌[3-5]，可能损害古地质和古城墙基础。

2）本次遗址保护区结构需要在北侧和西侧的围护桩上接出钢骨混凝土框架柱，新做冠梁与框架柱相交，且冠梁按照框架柱和非框架柱部位分为不同梁高，其节点构造异常复杂，给节点深化设计和结构施工带来很大难度。

3）遗址保护区南侧西段14 m范围内的土体锚杆加固设计方案未考虑地下室预应力顶板施工过程中模板支架对遗址保护区顶部土体的竖向荷载，该荷载在围护桩拆除及锚杆加固先行施工完成的情况下，有可能造成土体滑移和坍塌[6]。

3 遗址保护区施工安排及方法实践

3.1 选用合理的施工方法和措施减少扰动

1）在围护桩拆除施工前，采用井点降水措施，降低施工深度范围内遗址保护区土体的含水量，使土体有一定程度的固结，减少拆除过程中的坍塌情况。

2）在原围护桩和冠梁的拆除方法上，对比了风镐、液压钳、化学逼裂、链式切割、排孔切割等诸多拆除方法，考虑到振动、化学试剂及污水侵蚀的影响和工期等因素，最终决定采用链式嵌入式切割工艺配合塔吊吊运的方法，对于围护桩内侧已施工的挂壁混凝土板，采用圆盘锯的方式切割拆除。

3）框架柱及冠梁砖胎模的外侧采用开挖出的原土回填密实，最大限度减少古地质破坏。

4）在地下室大跨度预应力顶板未完成的施工阶段，对遗址保护区自然土面采用防水布全覆盖的方式防止雨水侵蚀。

3.2 借助BIM技术优化节点构造和工况，并三维交底

1）使用BIM技术建立遗址保护区4个立面结构的三维整体模型，将桩顶处理、桩顶植筋、围护桩侧植筋、砖胎模及防水、钢柱地脚螺栓、钢柱、墙柱及冠梁钢筋、南侧土层锚杆等构造均细化在模型中，借助模型进行碰撞检查，分析优化节点构造，减少复杂节点的碰撞错误（图3）。

2）在BIM三维整体模型的基础上，将设定的工况用三维截图的方式呈现出来，采用直观的方式论证施工方案的可行性。

3）利用模型及工况截图，进行三维交底，交底内容包括节点构造、工序及注意要点，使班组能直观地了解复杂的三维节点施工，防止出错。

图3 三维模拟柱与冠梁节点和柱脚埋件节点

3.3 采取合理的工序安排

工序安排上，在地下1层楼面结构完成后，先施工西侧、北侧结构，并穿插东侧降板冠梁结构施工，西侧、北侧和东侧外围结构施工完成后，再施工遗址保护区上部的地下1层大跨度预应力顶板，完成顶板施工并达到养护强度拆模清理后，最后施工地下室内部遗址保护区南侧结构。具体按以下顺序分3个批次施工：

1）首先切割拆除框架柱部位的冠梁及围护桩至设计桩顶－5.1 m（土体挖至－5.3 m），露出桩头，原围护桩挂板拆除至－6.3 m（地下1层楼面标高－6.7 m），砌砖胎模及防水施工，进行框架柱部位的桩顶处理、桩顶和桩侧植筋、防水处理，并安装和固定钢柱地脚螺栓，绑扎柱脚钢筋及地下室外墙钢筋，单侧支模并浇筑第1段混凝土至－4.15 m（图4、图5）。

图4 第1段工况示意1（西北视图）

图5 第1段工况示意2（西北视图）

2）北侧、西侧、东侧非框架柱部分的冠梁及围护桩、南侧冠梁切割拆除至－3.25 m，桩顶处理，砌砖胎模及防水施工，安装西侧和北侧钢柱，绑扎西侧、北侧、东侧冠梁及西侧、北侧地下室外墙钢筋（并绑扎南侧压顶板钢筋），单侧支模并浇筑第2段混凝土至－2.35 m（图6、图7）。

3）施工剩余地下室外墙及遗址保护区上方的地下室大跨度预应力顶板至±0.00 m，待顶板养护到强度后，拆除满堂支撑架，清理出工作面后，按照土层锚杆施工要求，分层切割拆除南侧围护桩，分层施工锚杆，直至完成至设计要求的工作面（图8、图9）。

图6 第2段工况示意1（东北视图）

图7 第2段工况示意2（东北视图）

图8 第3段工况示意1（东北视图）

图9 第3段工况示意2（东南视图）

3.4 特殊节点的处理

1）为保证围护桩上框架柱的锚固效果，遗址保护区的围护桩采用切割方式拆除后，桩头钢筋采用人工剥出，并与框架柱钢筋采用电渣压力焊连接。由于电渣压力焊接头在同一截面，为保证符合规范要求，在桩顶内部植入相同数量钢筋以满足连接要求（见图3中的右侧示意）。

2）由于框架柱、冠梁、地下室外墙混凝土为一个整体，无法采用对拉螺栓形式支设内侧模板，故对第1段和第2段结构的模板采用钢管扣件单侧支模方式，钢管斜撑与楼板采用预埋粗钢筋的方式作为支承，靠近墙根部的楼板上预埋抗浮钢筋与模板立杆焊牢，以抵消斜撑产生的向上分力（图10、图11）。

图10 第1段结构单侧支模示意

图11 第2段结构单侧支模示意

4 结语

遗址保护区的地下室内部结构施工是一项难度很大的工作。应当认识到，对于遗址的保护是根本，遗址的展示是在保护妥当的基础上进行的[7]。这需要我们事先充分了解保护要求，理解设计意图，熟悉地质及各类环境和工况条件。根据保护要点，借助先进的BIM技术来辅助制订设计和施工方案，只有细致谨慎地对待每个工况环节，才能顺利完成施工任务。