基坑支护设计.docx
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基坑支护设计
目录
正文页码
1.工程概况1
2.岩土工程条件1
3.设计依据1
4.土方挖运设计方案3
4.1设计思路3
4.2工作制度3
4.3设备配置3
4.4开挖顺序安排4
4.5障碍物处理5
4.6土方超挖预防及处理措施5
4.7基坑开挖技术要求5
4.8基坑开挖质量保证措施6
4.9协调施工6
4.10土方施工注意事项7
5.基坑支护设计方案8
5.1场地条件8
5.2支护方案选择8
5.3支护方案简介8
5.4支护方案设计8
5.5 施工技术要求10
5.6土钉墙施工工艺10
5.7基坑冬施措施及雨季排水措施10
5.8.基坑监测11
5.9.其它说明12
附录:
基坑支护设计计算书
附图
1.工程概况
拟建工程位于########。
拟建8号楼±0.00绝对标高为46.50m,基底相对标高为-6.16~-8.36m。
综合考虑现状地面标高及基底设计标高,基坑设计深度按5.8~8.0m考虑。
由于基坑开挖较深,为维护基坑边坡土体稳定,确保地下结构施工作业安全,需进行基坑支护。
2.岩土工程条件
根据建研地基基础工程有限责任公司的《#########岩土工程勘察报告》(2007年10月),拟建场地地貌单元属于永定河冲洪积扇中上部,地形较为平坦,钻孔地面标高在46.09~46.90m之间。
根据勘察资料显示,场地上部为人工填土层,其下为一般第四纪沉积土层,主要由粘性土、粉土、砂土及碎石土构成,底部为第三纪沉积砾岩及泥岩。
勘察深度范围内,拟建场地地层自上而下主要为:
(1)粘质粉土素填土①层:
夹杂填土①1层;
(2)粘土-重粉质粘土②层:
夹砂质粉土②1层;
(3)圆砾③层:
夹细砂③1层、粉质粘土③2层;
(4)卵石④层:
夹细砂④1层;
(5)强风化砾岩⑤层:
夹全风化砾岩⑤1层;
(6)泥岩⑥层。
勘察期间于拟建场地观测到一层地下水。
地下水类型为潜水,稳定水位埋深为15.40~15.600m,水位标高为30.44~30.8m。
具体岩土工程条件详见建研地基基础工程有限责任公司的《广安门外大街305号住宅及配套工程项目一期岩土工程勘察报告》(2007年10月)。
3.设计依据
3.1####股份有限公司提供的招标文件;
3.2建研地基基础工程有限责任公司的《#######岩土工程勘察报告》(2007年10月);
3.3北京市建筑设计院提供的拟建工程总平面图及8号楼基础底板配筋图;
3.4《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99);
3.5《基坑土钉支护技术规程》(CECS96:
97);
3.6《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001);
3.7《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002);
3.8《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002);
3.9《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》(DBJ01-501-92)及其它现行相关规范。
4.土方挖运设计方案
4.1设计思路
由于施工场地位于##############,道路交通繁忙,并且施工期间正值北京市的奥运年,为此应加强土方开挖的文明施工,确保施工噪音不影响临近小区居民生活,保证道路无遗洒。
土方采用挖土机械分层明挖方法,基坑边坡支护与土方开挖交叉进行,这两道工序要紧密配合,互相创造施工条件,加快工程进度。
地基槽底预留30cm保护土层(暂定30cm,正式施工时,根据实际情况确定,若总包单位不能及时进场或者进场后无法进行正常施工,则各方另行商定槽底留土厚度),待总承包单位进场后用人工清除。
根据建设单位移交的测量控制点,根据施工图纸和施工方案中规定的预留工作宽度均为800mm,准确放出首层施工开槽线,经有关单位复核确认后方可进行土方开挖施工。
首层以下每层施工前恢复中线,测量基槽高程,放出每层开挖宽度,保证边坡坡度按设计施工。
在最底层土方开挖施工时,测量人员随时监测开挖深度,严格控制预留土方厚度,严格按高程施工。
土方施工与基坑支护相互配合。
按照支护位置要求分步开挖和进行分层开挖,每层开挖至所需作业面位置。
各工序互不影响,互相配合,交叉作业。
土方开挖施工过程自始至终配合护坡作业协调工作。
4.2工作制度
本工程土方工程量约1.5万m3,工作制度实行2班/天工作制,每班施工时间为12小时。
4.3设备配置
a.挖掘机需用数量
挖掘机纯工作小时生产率
Qh=60q·n·k
=60×1.6×3×0.67=193m3
式中:
q—土斗容量
n—每分钟挖土次数:
n=60/T
k—系数,一般取0.6~0.67
挖掘机台班生产率:
Qd=10Qh·kb
=10×193×0.7=1351m3/台班
式中kb—工作时间利用系数:
一般取0.68~0.72
挖掘机需用数量:
N1=Q/QdTCK
=15000/1351*20*2*0.8=0.35台
式中:
Q—总土方量
T—挖土工期
C—每天工作班数
K—时间利用系数,一般为0.8~0.85
计算平均每天配置的挖掘机为0.35台,综合出土高峰期、收坡道期和施工间歇及其它因素影响与施工各分项的配合,确定配置挖掘机2台。
b.汽车需用数量(汽车数量应能保证挖掘机连续作业)
N2=Qd/Q1
=2×1351/120=22.5(辆)
式中:
Q1—汽车台班生产率(m3/台班)
同样考虑出土高峰期、收挖坡道影响及施工各分项工程的配合及总体部署,确定配置25辆土方运输车。
4.4开挖顺序安排
☆土方开挖要求
基坑正式施工前先进行基坑测量放线,然后实施基坑开挖。
开挖时分为周边部位合中心部位,周边部位的土方进行分段、分步开挖,开挖长度、高度、范围根据边坡支护的方式和实际地层条件确定,开挖长度粘性土层一般不超过50m,砂土一般不超过30m;开挖深度:
土顶墙支护区域除第一步为2.0m外,其余每步下挖1.4m,共分5步开挖。
☆开挖顺序
根据场地实际条件,土方开挖顺序为:
根据基坑支护的方式以及场地实际情况,考虑到每步土钉墙施工完成后需要进行养护一段时间后才能进行下部开挖,所以提前为土钉墙提供工作面就尤为重要。
开挖采用中心岛开挖形式,即从周边向下逐层挖至设计标高以上1m,并从周边逐渐向中收缩,为护坡工程提供工作面。
先沿基坑边线开挖宽约10m的带形土钉作业面,而后类推,若发现土方挖完后、未支护前土体坍塌现象,即采取减少开挖深度、长度的措施,以解决土体自立性差的问题。
☆坡道设置及土方收尾
坡道设置:
坡道可设置在基坑的东南角。
坡道采用内外结合的坡道形式,坡道宽度不小于10m,可供2台运土设备并排驶入,坡度1:
6。
坡道收口可采用两台挖土机接力出土。
4.5障碍物处理
对于土方开挖过程中可能遇到的障碍物配备1台液压锤,对障碍物进行破碎后拆除运走。
4.6土方超挖预防及处理措施
a为防止土方超挖,开挖时测量人员全程监控,并设专人负责协调土方开挖与护坡施工的程序。
b.土方开挖期间,由测量人员将每步土方的开挖深度在边坡上做好标志,并随时监测实时开挖深度。
将至槽底时,从地面原始高程点引测标高至槽底标高上1500m处,并做好永久性标志,以便控制槽底标高。
c.万一土方出现超挖,不得随意回填,必须上报业主/监理工程师,必要时报结构设计师。
4.7基坑开挖技术要求
a.认真绘制基坑开挖图,正确确定基坑开挖边线和槽底标高不同处的开挖深度,严禁超挖,并不得欠挖。
b.熟悉基坑开挖图和施工周围现场环境,确定合理的出土路线。
c.现场运土车出口处作冲洗池,汽车出场前对轮胎进行清洗。
d.土方开挖前利用探管仪对场区进行一次管线调查,查明地下管网线位置,并对探出的管线做出明显标志后方可开挖。
若开挖中发现不明管线,及时通知业主/监理工程师以及有关部门进行协商处理。
e.夜间施工应有足够的照明,并在危险地段及转角处设置标志。
f.配合支护施工,严格控制每步挖掘深度。
g.设专人指挥,控制挖土标高,防止超挖或欠挖,挖土允许偏差为:
标高:
0~-50mm长宽:
50mm坡面平整:
20mm
4.8基坑开挖质量保证措施
a.挖掘机司机要学习和熟悉基坑开挖图,掌握基坑的长、宽、深度尺寸及坡度系数。
b.设专职人员负责挖掘界线和控制深度,并设置醒目的基坑边界和开挖深度标志。
c.为确保基坑的边坡稳定,从开挖第二步土方开始,每挖一步土,一定要征得支护施工人员同意后方可进行。
d.挖掘机和载重汽车等大型机械设备进出基坑时,一定要走固定马道。
e.沿基坑四周开挖时,挖掘机的铲头与支护结构一定要保持不少于20cm的距离,以免碰撞支护结构。
4.9协调施工
a.与监理的配合
施工前先放出基槽开挖线并报请现场监理工程师进行验收,合格后方可施工;施工中严格按设计方案进行施工,根据设计方案进行边坡坡度和槽底标高控制,服从监理工程师的监督检查。
b.土方开挖与护坡施工相配合
☆土方开挖前,先查明场地地下管线的埋藏位置和深度,由业主提供书面材料和进行现场移交,共同协调移位和保护方案;对不明地下障碍物,采用探管仪或挖探沟探查清除后协调处理方案;在土方开挖时,派专人现场指挥,发现异常情况立即停止挖土,并马上组织人员抢修,使损失降到最低。
☆为确保基坑的边坡稳定,在完成上层作业面的土钉与喷射混凝土以前,不得进行下一步开挖。
☆土方开挖与护坡施工密切配合,为本工程施工的重要环节,直接制约施工质量和工期。
基坑土钉边坡挖土自上而下分步开挖,每步挖至设计土钉施工位置下0.5m处。
每步挖土均应从基坑周边开始,即每步挖深1.5m,在保证足够的护坡施工工作面前提下进行基坑中心土方开挖。
4.10土方施工注意事项
☆开挖前先将场地清理平整,做好沿途交通环卫工作,办理好证件,在取得有关部分同意后,方可进行施工,以保证工程的顺利进行。
☆在现场的出土口设置扫土架,修建冲车池,安置洗车泵。
☆反铲挖土,充分利用挖土半径,提高效率,尽量抓紧时间,赶前不赶后,保证按期完成任务。
☆严格按开挖线进行开挖,严禁超挖。
测量工作随时配合,机械开挖至边坡边界,留10~15cm,配备足够的人员清理及修坡。
☆机械开挖至距基底300mm左右时,配合人工进行清底,以免超挖或扰动地基持力层。
☆清土与挖土应与别的工序紧密配合,不可超前或滞后。
5.基坑支护设计方案
5.1场地条件
根据拟建工程总平面图及现场踏勘:
拟建工程地下结构外墙距用地红线最小距离:
东侧:
5m,南侧:
8m,西侧:
6.5m,北侧:
15m;基坑开挖影响范围内无既有重要建筑物;根据甲方提供的地下障碍物图纸,拟建基坑北侧分布数条管线,其中天然气管线距离基坑较近(最近处距结构外墙约2m),建议施工前进一步查明影响范围内管线分布情况。
根据场地岩土勘察报告,基坑开挖范围内上部约5m土体为细粒土,主要由人工填土及第四纪粘性土、粉土构成,下部主要为细砂及圆砾地层。
5.2支护方案选择
综合考虑拟建场地岩土工程条件、周边环境条件及其对边坡位移的要求,基于技术可行、经济合理、安全可靠的设计原则,结合我单位在北京地区类似工程中的设计与施工经验,经我方专家与技术人员共同研究论证,拟采用土钉墙支护设计方案。
5.3支护方案简介
土钉墙支护自上世纪八十年代引入国内,目前已广泛应用于各类建筑深基坑的支护结构,该技术变过去深基坑开挖中的被动支护为主动支护,开挖后基坑边坡土体侧压力通过钢筋网喷射混凝土面板传至土钉,再由土钉传至稳定的土层中,从而保证了边坡的稳定,此项工艺融合了土钉挡墙和加筋土墙的长处,形成土钉墙复合体,能显著提高边坡整体稳定性和承受坡顶超载的能力,增强土体破坏延性,改变边坡突然塌方性质,经过土钉墙加固后的土层,由于土钉的加筋作用,压力浆体的渗透作用,使相邻土钉区域土体相互约束。
该方案可与土方开挖同步施工,周期短、经济造价低。
5.4支护方案设计
如基坑支护平面布置图所示,根据场地周围环境条件及基坑深度(基坑支护范围划分为3类支护剖面,具体支护设计如下:
a--a剖面(基坑西区,基底标高-8.36m):
基坑设计深度8.0m,采用土钉墙支护。
基坑土体按1:
0.20放坡。
共设置5排土钉。
第一排土钉位于地表下1.50m,第一至五排土钉垂直间距为1.50m,土钉水平间距为1.50m,呈梅花状排布。
自上而下各排土钉长度依次为6.0m、70m、6.0m、4.0m、3.0m。
土钉孔径100mm,倾角10~15o,杆体均采用螺纹钢1Φ18,常压灌注水泥浆,浆体强度M20。
面板为现场喷细石混凝土而成,砼强度等级为C20,厚度8cm,中间挂φ6.5@200×200钢筋网,外配Φ14横向加强筋焊接并和所有土钉头相连。
坡顶混凝土护面外延1000mm。
b――b剖面(基坑东区大部,基底标高-6.16m):
基坑设计深度5.8m,采用土钉墙支护。
基坑土体按1:
0.20放坡。
共设置3排土钉。
第一排土钉位于地表下1.50m,第一至三排土钉垂直间距为1.50m,土钉水平间距为1.50m,呈梅花状排布。
自上而下各排土钉长度依次为5.0m、6.0m、4.0m。
土钉孔径100mm,倾角10~15o,杆体均采用螺纹钢1Φ18,常压灌注水泥浆,浆体强度M20。
面板为现场喷细石混凝土而成,砼强度等级为C20,厚度8cm,中间挂φ6.5@200×200钢筋网,外配Φ14横向加强筋焊接并和所有土钉头相连。
坡顶混凝土护面外延1000mm。
c――c剖面(基坑东区北侧,基底标高-6.16m):
基坑设计深度5.8m,该侧场地空间狭小,且分布数条管线,为确保管线安全并维护边坡土体稳定,采用超前竖向微型桩与土钉墙联合支护。
基坑开挖前结合管线探查情况,布设微型桩,桩径Φ130,间距1.5m,桩长6.0m,桩孔内注水灰比不大于0.5的水泥浆,内置1根DN40钢管。
基坑土体直立开挖。
共设置3排土钉。
第一排土钉位于地表下1.50m,第一至三排土钉垂直间距为1.50m,土钉水平间距为1.50m,呈梅花状排布。
自上而下各排土钉长度依次为5.0m、9.0m、4.0m。
土钉孔径100mm,倾角10~15o,杆体均采用螺纹钢1Φ18(第二排为1Φ20),常压灌注水泥浆,浆体强度M20。
面板为现场喷细石混凝土而成,砼强度等级为C20,厚度8cm,中间挂φ6.5@200×200钢筋网,外配Φ14横向加强筋焊接并和所有土钉头相连。
坡顶混凝土护面外延1000mm。
其中第2排为预应力土钉,自由段3.0m(采用隔浆处理),锚固段长度9.0m,采用[18槽钢作为腰梁,锚头型号为M20×300,当浆体强度达到设计强度70%时开始预应力张拉,锁定力不小于60KN。
5.5 施工技术要求
(1)土钉长度:
±30mm;
(2)土钉浆体强度符合设计要求;
(3)土钉位置:
±100mm;
(4)钻孔倾斜度:
±1°;
(5)面板厚度:
±10mm;
5.6土钉墙施工工艺
土钉施工采用分步开槽,人工洛阳铲成孔,孔内插筋后常压灌注水泥浆,并视浆液渗透情况有必要时作二次补浆,挂钢筋网后锁固土钉端座,然后喷砼,依次分班流水作业。
(1)成孔:
土钉孔采用人工洛阳铲成孔,终孔验收后进入下道工序;
(2)插筋、灌浆:
钢筋上设置定位器,以确保钢筋在孔内居中,土钉端头预留出坡面8cm;常压灌浆,浆体强度不低于20MPa,灌浆材料为水泥浆;
(3)挂网及端座处理:
削坡后挂Φ6.5@200×200的钢筋网,网片搭接长度不小于30cm,网片搭接用钢筋需弯180o钩,接头50%错开。
外配Φ14横向加强筋,用两个Φ14“L”形钢筋将加强筋与土钉端头焊接牢固,焊缝长度14cm,单面焊。
(4)喷砼:
面板砼强度等级不低于C20,砼最大骨料不大于1.5cm,喷层厚度为8cm。
施工中在各排土钉间的坡面上适当位置预留水平排水孔。
(5)土方施工应与土钉墙施工及排水密切配合,采用多组、分班次、立体交叉连续作业,做到充分利用空间和时间。
土方开挖分步完成,每步开挖至土钉位置深度下约0.3~0.4m位置处后应立即进行土钉施工,不得超挖,以控制土体变形,保证边坡的稳定。
土钉施工完毕后,方可进行下一步槽的开挖。
(6)开挖边坡应尽可能与设计边坡接近,然后采用人工削坡修整,现场设专人负责挖方与土钉施工的协调。
由于基坑周围存在地下管线,如果有污水渗漏,造成边坡渗水,可在坡面渗水位置预留排水孔,插入塑料管,填满滤料,将水引出。
5.7基坑冬施措施及雨季排水措施
如基坑施工处于冬施阶段,可采用如下施工及防护措施:
☆原材料选择与保温措施
(1)水泥:
采用水化热较高的普通硅酸盐水泥(P.O32.5水泥)。
现场采用塑料布进行覆盖保温;
(2)砂、石骨料:
选用清洁、质地坚硬、不含有冰、雪和冻块的骨料,运到现场后立即用防火草帘或塑料布进行覆盖,保温防冻;
(3)防冻剂:
为防止混合料早期受冻,在混合料中掺入适量的防冻剂。
☆喷射混凝土施工
(1)土钉墙面板所用的喷射混凝土,在拌料时添加防冻剂,必要时对水进行现场加热,在喷射混凝土完成后用防火草帘覆盖以蓄热养护。
(2)砼试块拆模后,及时送实验室进行养护,现场养护采取保温措施,防止试块受冻;
(3)对施工机械采取保温措施,以免由于受冻造成机械故障,影响第二天的施工。
若因不可抗力影响,拟建基坑未能施工到底且需经历雨季,可采取如下排水防护措施:
槽底土方预留厚度不小于1.0m,在坡顶设置截水沟,坡底设置排水沟,排水沟边缘与坡面间地面需做硬化处理,于坡底排水沟角部设置集水井,下入包缠滤网无砂滤水管,外围填充石屑滤料,井内下入潜水泵,将所集之水及时排至破顶地表排水系统。
具体设置详见基坑雨季排水措施示意图(图号PS-6)。
基坑施工到底后,建议总包单位对槽底采用素砼垫层封闭,并设置必要排水措施。
5.8.基坑监测
本工程拟在基坑周边按15~20m间距设置边坡位移观测点,测量边坡的水平位移。
监测点的布设可参考基坑监测平面布置图结合现场实际条件确定。
施工期间每天观测不少于1次,直至基槽完工。
以后可3~5天观测一次,至变形稳定为止,其间可根据施工进度和变形发展随时加密观测次数。
基坑坡顶水平位移限制值设定为20mm,水平位移预警值按基坑即时开挖深度的3‰设定。
提请施工单位制定边坡变形抢险预案。
如发现边坡变形异常,应及时停止基坑内作业,加密观测次数并密切关注变形发展速率,分析原因,采取还土、坡顶卸载等加固措施,从而确保边坡安全。
5.9.其它说明
(1)认真做好地面排水系统,隔绝外部入渗水源,若基坑因不可抗力未能施工到底,且需经历雨季,可参照基坑排水措施示意图做好排水系统,并加强基坑监测及日常巡视工作;
(2)施工之前应进一步查明基坑开挖及支护范围内的地下管线分布情况,对有影响的管线,应视其分布与性质,采取必要的保护措施,土钉成孔施工应注意避让管线;
(3)当土钉墙支护遇填土较厚或土质较差时,应适当增加土钉长度;
(4)提请基坑支护施工单位严格按本设计方案及相关施工规范进行施工,做好基坑监测工作,并根据监测预警值制定相应的应急措施;
(5)本基坑支护结构为临时性支护结构,设计使用年限为1年,地下结构完成后应及时回填,当实际使用时间超过设计使用年限时,应进行重新评价,并视评价结论采取必要的补充加固措施。
当地质条件或其它环境条件及设计要求发生变化时,本方案将进行相应调整。
附录:
基坑支护设计计算书
1.计算原理本工程采用土钉墙进行支护,其设计计算原理严格执行《基坑土钉支护技术规程》(CECS96:
97)及《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)。
土的容重为γ=20kN/m3,地面超载为常规取q=20kN/m2;
(1)边坡最危险滑弧面计算
应用条分法,对每个土体进行极限平衡分析,得出边坡整体稳定性安全系数最小的滑动弧面。
忽略条间力,利用瑞典条分法计算公式:
k=
式中:
ci——第i条士滑动面上的粘聚力(kPa);
li——第i条土条弧长(m);
Wti——第i条土条自重(kN/m);
αi——第i条土条弧线中点切线与水平线夹角;
φi——第i条土条滑动面上的内摩擦角;
ui——第i条土条承受的水压力;
K——安全系数。
由于安全系数K出现在等号两侧,计算繁杂,一般利用程序搜索计算出最小安全系数。
经上机计算,该场地天然土坡最小安全系数K<1,天然边坡土体处于不稳定状态,需进行边坡支护。
(2)土钉所受的土压力
式中:
Ti——第i个土钉所受的土压力(kN)
q——坡上超载(kN/m2);
γ——土的容重(kN/m3);
Hi——第i个土钉的高度(m);
kai——第i层主动土压力系数,kai=tg2(45°-φi/2);
Sx、Sy——士钉水平、垂直间距(m);
c——土的粘聚力(kPa)。
(3)土体抗拔力(滑裂面外)
Tμi=πDLbiτfi
式中:
Tμi——第i条土钉滑裂面外的抗拔力(kN);
D——钻孔直径(m);
Lbi——第i层土钉伸入破裂面外稳定区的长度(m);
τfi——锚体砂浆与土体间各层士的粘结强度(kN/m2)。
设计时也用下式代替:
τfi=σitgφI+ci
计算时每根土钉的抗拔安全系数Ks应大于1.30。
(4)抗滑安全验算
抗滑安全系数:
KH=Fi/Eax
式中:
KH——抗滑动稳定安全系数;
Eax——墙后主动土压力(kN);
Fi——假设墙底断面上产生的抗滑合力(kN)。
(5)钢筋或钢绞选配线
以上计算,在选配钢筋或钢绞线时,结合《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99中6.1.3关于土钉抗拉载荷折减系数乘以理论计算值即为每排土钉实际受力值,以此为计算设计值进行选用,土钉抗拉载荷折减系数为:
2.计算结果
将计算数据输入计算机,采用《理正岩土计算(5.1版)设计软件》验算,结果如下:
----------------------------------------------------------------------
验算项目:
a――a剖面(基坑侧壁安全等级为二级)
----------------------------------------------------------------------
[验算简图]
----------------------------------------------------------------------
[验算条件]
----------------------------------------------------------------------
[基本参数]
所依据的规程或方法:
《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99
基坑深度:
8.000(m)
基坑内地下水深度:
15.000(m)
基坑外地下水深度:
15.000(m)
基坑侧壁重要性系数:
1.000
土钉荷载分项系数:
1.250
土钉抗拉抗力分项系数:
1.300
整体滑动分项系数:
1.300
[坡线参数]
坡线段数1
序号水平投影(m)竖向投影(m)倾角(°)
11.6008。
00078.7
[土层参数]
土层层数3
序号土类型土层厚容重饱和容重粘聚力内摩擦角钉土摩阻力
(m)(kN/m^3)(kN/m^3)(kPa)(度)(kPa)
1素填土4.00020.020.010.015.050.0
2粉土1.00020.020.020.025.090.0
3砾砂6.40020.020.00.035.0150.0
[超载参数]
- 配套讲稿:
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- 基坑 支护 设计