重庆市土木建筑学会

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文物保护中的岩土工程设计

发布日期:2014-04-23  浏览次数:876
 文物是人类在历史发展过程中遗留下来的遗物、遗迹。它是人类宝贵的历史文化遗产。对文物的认识基本上停留在青花瓷、和氏璧、琉璃瓦、木榫结构、皇陵等等,毕竟是个外行。流传在市面上的文物大都受到了人们的重视,因为有价值标签,没有贴上的可以去鉴宝。我们常说中华文化源远流长,这必然在中国这片广袤的土地上,遗留下众多文物。对文物保护的概念很容易理解、接受,如果不理解、不接受,将被《中华人民共和国文物保护法》来解释。

因为工作的原因,接触到了一个文物保护的设计方案,当然这只是很初步的方案,还没有实施。简单介绍一下该项目文物保护的对象,是被列为2012年度中国十大考古发现的一座汉墓。该汉墓地处菏泽定陶县,是国内已经发掘的此类墓葬中规格最高、规模最大、结构独特,保存最完整、最具代表意义的一座“黄肠题凑”。其科研价值、历史意义是文物保护工作者们重点关注和研究的事情;文物保护是一项单独的工作,作为外行,不发表任何意见。

文物“黄肠题凑”现场图片

文物“黄肠题凑”现场图片

在该项目中岩土工程设计目的是文物保护,在这里对涉及本专业的问题,提出自己的看法,与同行们探讨。

首先,从本专业的角度梳理一下该项目的问题。汉墓大致可分为木结构的“黄肠题凑”本体区和封土遗址区,这是需要保护的对象。现在需要在原址上修建保护设施,以便对文物可以更好的科研、展示等等。拟建建筑物将“黄肠题凑”和土遗址保护在建筑物中,在地下结合工程开挖的基坑建造相应功能区。该汉墓基础底面深埋地下约12m,汉墓结构约6m,上覆约6m的冲洪积黏性土、粉土,地下水位埋深约7m。水文地质和工程地质勘察报告揭示出,汉墓基底下有两层承压水层,承压水水头约在地表下6.5m,这两层可能会对开挖基坑造成突涌问题。该项目已经进行了部分抢救性挖掘,已经放坡开挖到了6m处,一级放坡。现在岩土工程设计的主要任务是:第一、解决地下水的问题,水平方向防水和汉墓底部的垂直方向防水问题;第二、地下结构开挖的基坑支护设计。

接下来,从概念设计的角度来探讨一下该项目的岩土工程设计问题。如果是同行你接到这个项目会怎么来进行概念设计呢?笔者的设计思路如下,与同行们探讨。

第一、该项目的水平向止水问题,需要做止水帷幕,宜采用三轴水泥土搅拌桩套接一孔法施工;桩顶到现地面,桩底穿透第二层承压水进入相对隔水层一定深度;既为临时性的基坑开挖止水,也为永久性地下结构设置了一道止水帷幕。

第二、该项目的垂直向止水问题,可以考虑地铁施工上常用到的MJS工法(全方位高压喷射工法)。汉墓是在原址上保护,工程上常用的从地面向地下垂直向地基改良工艺全部报废,只能考虑可以水平向施工的工法,这里就有MJS工法可以考虑。因为是高压喷射工法,就需要解决注浆压力大对周围土体的隆起问题,会不会损伤被保护本体?这是该工法应用到这类问题上的重点工作。当然,从概念上设计MJS工法,是因为该工法在喷射高压浆液的同时在注浆管处又有吸浆口,将过量的注浆液抽回地表,部分卸载了高压喷射浆液作用在周围土体上的浆液压力,仅会对喷射压力切割范围内的土体进行改良,减小了基坑土体隆起。这个工法解决这个项目问题成功与否的关键在施工控制,从概念设计的角度应该是可行的。

第三、本体和土遗址区周边基坑的开挖问题可以分两方面考虑。本体和土遗址在该项目中成了基坑开挖中的一座孤岛,可考虑悬臂桩+桩顶环冠梁或外环腰梁;孤岛以外的“回”字型地下结构空间,可考虑放坡开挖。因为坡顶以外基本上都是农田,放坡的边线是没有硬性指标的,可以协商。

以上是笔者的个人拙见,拿与同行们探讨,不足之处欢迎批评指正。

这里有人会问,为什么会拿出这么一个概念设计来讨论呢?是因为,这个项目上报的设计方案与笔者的概念设计,差异太大。上报方案的设计思路如下:

第一、在现有开挖面下打设直径1.25m钻孔灌注桩支挡结构,桩间距1.5m,桩长22m;

第二、支护桩外围设置止水帷幕,报告上说是旋喷桩,规格是ø850@600,与常用的三轴水泥土搅拌桩同规格;

第三、在土遗址区外围打设桩板支护体系,将本体区和土遗址用桩、板和冠梁保护起来;

第四、水平支撑上首层采用混凝土冠梁,下设2道钢支撑体系;问题是该方案在孤岛与支护边之间的“回”字形平面上,采用的是三面支顶,一面豁口;豁口处采用的是放坡到基坑顶。从受力分析的角度,被保护的本体和土遗址孤岛却成了三个方向受水平力,一个方向没有水平向支顶的一个平面受力体系。这个方案如果豁口的放坡可以成立,为什么还要在其余三个方向设置支撑体系呢?打下去的灌注桩对考古工作本身就是地下障碍物,况且还可能在汉墓周边有没发掘的文物需要保护?

第五、孤岛底部采用的拖换技术,架空被保护体与地下土体,以阻隔地下水。

 
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