德寿宫遗址展示工程永久防渗墙的研究与应用

李 瑛，李淳学，马永华，刘晓燕，刘兴旺，童 星

（1. 浙江省建筑设计研究院，浙江 杭州 310006；2. 浙江吉通地空建筑科技有限公司，浙江 杭州 310015；3. 浙江省古建筑设计研究院，浙江 杭州 310014）

0 引 言

在浙江建设共同富裕示范区的进程中，传承弘扬中华优秀传统文化，充分挖掘浙江文化优势，打造新时代文化高地，丰富人民精神文化生活，是其中不可或缺的重要内容。浙江省文化深厚，良渚古城遗址、南宋太庙遗址、余姚井头山遗址等19个发掘项目获全国十大考古新发现；杭州西湖、京杭大运河、良渚古城等3处世界文化遗产闪耀杭城。浙江省近百年的考古与文物事业发展，补充和建构了浙江乃至中华文明历史，推动着中华文明的探索，同时意味有数量众多、跨度久远、意义重大、任务繁复的文物保护工作需要探索和实施。遗址保护是文物保护工作中无法回避的重要课题。

浙江省地处中国大陆东南沿海，属于典型的亚热带季风气候区，雨量充沛、季节变化明显。人类喜欢邻水而居，浙江省已发现的很多遗址附近分布有丰富的地表水和地下水。从地质条件看，杭嘉湖平原分布深厚软弱淤泥土，钱塘江两岸分布透水性好的粉砂土。潮湿环境增加了遗址保护难度，已经成为浙江省乃至我国南方地区文物保护的难题。潮湿环境遗址的病害大多和水密切相关，因此，潮湿环境遗址保护的前提是建造可靠的地下永久防渗墙，关键在于对水环境的控制，包括防止地表水对遗址的冲刷和下渗，地下水对遗址的浸泡和侵蚀，水的作用带来遗址土体的软化、坍塌，干湿循环和冷热交替导致遗址土体粉化等[1]。

从对国内遗址保护的各种技术路径的调查和研究来看，潮湿环境遗址保护主要是将其所处环境转换为干燥环境，进而配合其他措施来保护。南京报恩寺遗址区是通过建造地下防渗隔水墙、地表排水系统、地表硬化修整等措施对地宫进行抢救[2]。南越王墓防渗水工程，是沿墓室四周修筑一道底宽400 mm、顶宽200 mm的钢筋混凝土防水墙[3]。蒲津渡遗址区为控制地下水对地下围护结构的渗透，设计选用钢筋混凝土结构的扶壁式挡土墙，且在挡土墙底板以下的垂直和水平防渗体的布置和结构形式上，选用了沉箱防渗墙水平旋喷浅层封底式结构[4]。抚顺平顶山殉难同胞遗骨馆选择了在遗骨馆外围进行帷幕注浆，形成“桶壁结构”，达到隔水防渗、长期妥善保存遗骨的目的[5]。“中华第一井”遗址的抢救则是通过采用四周地下防渗帷幕、建立地表排涝系统、建立人工抽水泵站的措施来解决防渗防涝问题[6]。综上所述，目前国内潮湿环境遗址保护多采用防渗墙，且防渗墙多为钢筋混凝土墙。

潮湿环境遗址保护是个复杂工程，其地下防渗墙施工工艺要求具有微扰动性、可靠性和耐久性。对深度较小的钢筋混凝土墙可采用开挖后支模浇筑的方式；对深度较大的钢筋混凝土墙应采用现浇工艺，即地下连续墙。除地下连续墙，目前地下工程常用的防渗墙（止水帷幕）还有三轴水泥搅拌桩和高压旋喷桩。这3种形式的防渗墙不仅对周边土体有扰动，而且应用条件有限制，止水的可靠性和耐久性不能保证。

德寿宫遗址展示工程为杭州弘扬南宋文化的开篇大作，开创性地采用了渠式切割装配式地下连续墙（TAD）作为地下永久防渗墙，且已基本施工完成，效果总体良好。本文介绍了TAD技术在德寿宫遗址展示工程的应用，并结合现场成墙试验对其应用效果进行了评价。

1 工程概况

1.1 项目概况

德寿宫遗址展示工程位于杭州市上城区，中河中路东侧，直吉祥巷以西，河坊街以南，望江路以北，既有建筑汪宅的北侧。项目平面位置及周边环境如图1所示。

图1 德寿宫遗址位置及周边环境Fig. 1 Project plan of Deshou Palace site

1.2 地层描述

根据现场勘察，结合场地土成因类型及附近勘察资料分析，勘探深度范围内岩土层可划分为 6个工程地质层，细分为10个工程地质亚层，各土层主要特征自上而下分述如表1。

表1 岩土层主要特性Table 1 Characteristic of soil layer

1.3 地下水

孔隙潜水主要赋存于浅层的杂填土、素填土及①1层砂质粉土夹粉砂中，主要接受大气降水和地表水渗入补给，径流缓慢，水量小，蒸发是其主要排泄方式。水位随季节和气候动态变化，勘察期间场地内所有钻孔水位埋深在2.10～2.50 m之间，一般地下水水位年变幅在1.00 m左右。

孔隙承压水主要赋存于上更新统②1层粉砂和⑤3层粉砂中，分布于勘察区中部，透水性良好，富水性好，径流迟缓。承压水水位标高 3.50～4.50 m，一般变化幅度为0.50～1.00 m。

基岩裂隙水主要赋存于基岩的风化裂隙和构造裂隙中，主要受上部潜水的补给，以渗透等形式排泄，动态变化较大，水量一般。基岩有强烈溶蚀现象且部分已形成溶洞或空洞，勘察期间未发现岩溶空洞涌水，但存在少量水迹，主要沿裂隙和岩溶部分渗流，主要受上部含水层补给，以渗透等形式径流排泄，动态变化较大，流动性较强，水量一般。

2 永久防渗墙

2.1 设计思路

按照保护要求，遗址应保持合适的含水率，既不可因干燥而皲裂，又不可因潮湿而消失。遗址含水率与所处环境、土壤类型等有关，目前无明确控制标准，一般做法是先使遗址处于可控环境然后根据监测情况及时调控。具体思路如下：

（1）止水：建造可靠的止水帷幕切断遗址展示区与外界的地下水联系，并与⑩3层中等风化硅质白云岩形成封闭的防渗体系，如图2所示。中等风化硅质白云岩渗透系数相对较小，并不是理想的隔水层，但性质坚硬，很难被止水帷幕切穿。考虑白云岩下部的⑨2层含砾粉质黏土厚度大且渗透性好，结合场地地下水位进行计算分析，⑩3层中等风化硅质白云岩选定为隔水层。

图2 防渗体系Fig. 2 Anti-seepage system

（2）调节土壤含水率：因展示区上方有结构屋盖，导致大气降水无法补给。四周的渠式切割装配式地下连续墙、顶部的上部结构屋盖和底部的中等风化硅质白云岩组成的封闭式止水帷幕，完全隔断遗址和外部的水联系。长期蒸发导致遗址含水率降低，并导致遗址不均匀沉降和开裂，拟定期通过喷雾系统对表层土的含水率进行调节。

（3）地下水监控：通过在止水帷幕内设置深井来监测地下水位，必要时抽水降低帷幕内地下水位或回灌升高帷幕内地下水位。

2.2 防渗墙比选

三轴水泥搅拌桩、高压旋喷桩和地下连续墙是基坑工程中常用的止水帷幕施工工艺，应用经验成熟，但是对周边土体存在一定程度的扰动。

渠式切割水泥土连续墙（TRD）、全方位高压喷射系统（MJS）和微扰动水泥搅拌桩（IMS）对周边环境的扰动相对较小，在邻近地铁设施的工程中应用较多[7]。渠式切割水泥土连续墙的优点是连续性好，作为止水帷幕十分可靠，但在转角或场地狭小处施工有一定难度，可采用其他旋喷工艺等进行局部补强。全方位高压喷射系统属于改进后的高压旋喷桩，对周边土体扰动微小[8]。微扰动水泥搅拌桩（IMS）属于改进后的搅拌桩，仅对搅拌范围内的土体有影响[9-10]。

渠式切割装配式地下连续墙（TAD）是在渠式切割水泥土连续墙（TRD）内插入带有榫卯结构的预应力钢筋混凝土预制板材[11]，如图 3所示，拼接形成完整的地下连续墙，形成集挡土与截水功能于一体的装配式地下连续墙。该种形式的地下连续墙由中间的预制板材和两侧的水泥土形成“三明治”结构，既有良好的止水性和耐久性，又有较强的抗弯刚度，可作为水平受力构件和竖向受力构件。

图3 渠式切割装配式地下连续墙Fig. 3 Trench cutting assembled diaphragm wall (TAD)

上述 6种不同工艺形成防渗墙的特点以及在德寿宫遗址展示工程中的适用性评价列于表2。

表2 不同工艺防渗墙特性参数Table 2 Characteristics of different cutoff walls

2.3 永久防渗墙

德寿宫遗址展示工程采用的渠式切割装配式地下连续墙（TAD）是在墙厚为700 mm的渠式切割水泥土连续墙（TRD）内插入截面尺寸为400 mm（厚度）×1 000 mm（宽度）的振捣成型高强混凝土预制板材[12]。预制板材在竖向采用具有可靠性能的螺锁式机械连接[13]，在横向采用榫卯连接并内插通长止水钢板和二次注浆。地下连续墙转角处采用全方位高压喷射系统（MJS）补强，形成封闭的永久防渗墙。图4为预制板材的截面详图；图5为预制板材的竖向连接节点；图6为预制板材的横向连接示意。

图4 混凝土预制板材截面Fig. 4 Section of precast concrete plate

图5 混凝土预制板材螺锁式接头Fig. 5 Schematic of socket and spigot joint

图6 混凝土预制板材榫卯连接Fig. 6 Mortise-tenon joint of precast concrete plate

3 应 用

在防渗墙正式施工前，先选取外围空地进行非原位成墙试验，确保相关工艺可行性，并监测成墙施工对周边土体的影响。测斜管与墙体外边缘的水平位移为1.0 m。图7所示为试成墙后深层土体位移，最大水平变形接近5 mm，且随着土层深度增加而减小，成悬臂型曲线，对周边土体扰动较小，满足设计要求。

图7 深层土体位移曲线Fig. 7 Lateral soil displacement along depth

此后，经过约一个月的施工，永久防渗墙施工完成。开挖后，连续墙表面平整，接缝微小。项目已完成全部基础施工，没有发现漏点。图8为现场照片，由于⑩3层中等风化硅质白云岩性质坚硬且岩层面起伏，墙顶标高不一致。

图8 永久防渗墙Fig. 8 Picture of permanent cutoff wall

本项目涉及遗址保护，施工要求高，防渗墙施工前，应对相关范围遗址区域进行回填，具体回填要求按文物保护相关规定执行。由于采用装配式构件，项目节省了施工工期，经济效益显著。

4 结 论

渠式切割装配式地下连续墙（TAD）是在渠式切割水泥土连续墙（TRD）内插入带有榫卯结构的预应力钢筋混凝土预制板材，由中间的预制板材和两侧的水泥土形成“三明治”结构，既有良好的止水性和耐久性，又有较强的抗弯刚度，可作为水平受力构件和竖向受力构件。德寿宫遗址展示工程的试成墙试验和工程应用，表明渠式切割装配式地下连续墙具有施工快速、微扰动、止水可靠等优点，为我国南方潮湿地区地下遗址保护提供新的防渗墙形式。