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1、第第5 5章章 沉井根底沉井根底 5 5 沉井根底沉井根底 5-1 5-1 概述概述 5-2 5-2 沉井的施工沉井的施工 5-3 5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算 5-4 5-4 沉井根底算例沉井根底算例 5-5 5-5 地下延續(xù)墻根底簡介地下延續(xù)墻根底簡介5-1 5-1 概述概述 井筒狀的構(gòu)造物井筒狀的構(gòu)造物在井壁的圍護(hù)下從井內(nèi)挖土在井壁的圍護(hù)下從井內(nèi)挖土在自重作用下逐漸下沉在自重作用下逐漸下沉封底封頂構(gòu)成的深根底封底封頂構(gòu)成的深根底a )b )645123678上部荷載較大,表層地基土承載力缺乏,上部荷載較大,表層地基土承載力缺乏,而在一定深度下有較好的持力層,且而在一定深度下有

2、較好的持力層,且與其它根底方案相比較為經(jīng)濟(jì)合理;與其它根底方案相比較為經(jīng)濟(jì)合理;在山區(qū)河流中,雖土質(zhì)較好,但沖刷大,在山區(qū)河流中,雖土質(zhì)較好,但沖刷大,或河中有較大卵石不便樁根底施工;或河中有較大卵石不便樁根底施工;巖層外表較平坦且覆蓋層薄,但河水較巖層外表較平坦且覆蓋層薄,但河水較深,采用擴(kuò)展根底施工圍堰有困難。深,采用擴(kuò)展根底施工圍堰有困難。5-1 5-1 概述概述 5-1-1 5-1-1 沉井的作用及適用條件沉井的作用及適用條件: :5-1-2 5-1-2 沉井的分類沉井的分類按下沉環(huán)境可分為普通沉井和浮運(yùn)沉井;按下沉環(huán)境可分為普通沉井和浮運(yùn)沉井;按沉井制造資料可分為混凝土、鋼筋混凝土、

3、鋼、按沉井制造資料可分為混凝土、鋼筋混凝土、鋼、磚、石以及組合式沉井等。磚、石以及組合式沉井等。5-1 5-1 概述概述 按沉井平面方式可分為圓形、橢圓形、正方形、矩形和多邊形等;也可分為單孔和多孔沉井; 沉井的立面外形可分為柱形、階梯形和錐形沉井圖圖5-2 5-2 沉井的平面方式沉井的平面方式5-1 5-1 概述概述 沉井組成:沉井組成: 刃腳刃腳 井壁井壁 內(nèi)隔墻內(nèi)隔墻 取土井取土井 凹槽凹槽 封底封底 頂板頂板 ab豎直的; cd臺階形的; e錐形的; f倒錐形的1.1.井壁井壁: : 在沉井下沉過程中擋土、擋水;施工終了在沉井下沉過程中擋土、擋水;施工終了后成為根底的一部分。后成為根底

4、的一部分。沉井根底的構(gòu)造圖圖5-4 5-4 沉井立面外形沉井立面外形2.2.沉井刃腳:其作用是利于沉井切土下沉沉井刃腳:其作用是利于沉井切土下沉圖圖5-5 a5-5 a混凝土刃腳;混凝土刃腳; b b設(shè)角鋼的刃腳;設(shè)角鋼的刃腳; c c尖刃腳尖刃腳沉井根底的構(gòu)造3.3.隔墻隔墻 作用:加強(qiáng)沉井剛度、減少外壁計(jì)算跨度,同時又將沉井分成多個取土井,便于掌握挖土位置以控制下沉的方向 構(gòu)造:內(nèi)隔墻的間距普通不大于56m,厚度普通為0.51.0m。 普通要求隔墻底高出刃腳底面0.51.0m。 沉井根底的構(gòu)造圖圖5-6 5-6 隔墻構(gòu)造表示隔墻構(gòu)造表示4.4.井孔井孔 位置:取土井的平面布置應(yīng)與中軸線對稱

5、,以利于沉井均勻下沉 大?。河扇⊥练椒ǘ?,采用挖土斗取土?xí)r,應(yīng)能使挖土斗自在升降,最小邊長不宜小于2.5m 處置:以素混凝土、片石混凝土或砌片填充。沉井根底的構(gòu)造5.凹槽作用:為了封底混凝土嵌入井壁,構(gòu)成整體,使傳至沉井壁上的力能更好地傳送給封底混凝土底面。 構(gòu)造:凹槽深約0.150.25m,高約1.0m左右,其距刃腳底面普通在1.5m以上。沉井根底的構(gòu)造6.6.封底封底: : 在刃腳踏面以上至凹槽處澆筑混凝土構(gòu)成在刃腳踏面以上至凹槽處澆筑混凝土構(gòu)成封底,以接受地基土和水的反力封底,以接受地基土和水的反力當(dāng)滲水率小于當(dāng)滲水率小于6mm/min6mm/min時,排干水后用時,排干水后用C15C

6、15或或C20C20普通混凝土澆筑;普通混凝土澆筑;當(dāng)井中的滲水率大于當(dāng)井中的滲水率大于6mm/min6mm/min時,宜采用導(dǎo)管法時,宜采用導(dǎo)管法澆注澆注C20C20級水下混凝土封底。級水下混凝土封底。厚度按其承載力條件計(jì)算確定,普通其頂面應(yīng)厚度按其承載力條件計(jì)算確定,普通其頂面應(yīng)高出凹槽高出凹槽0.5m0.5m沉井根底的構(gòu)造7.頂板作用以承托上部構(gòu)造的全部荷載以混凝土填心的沉井可用素混凝土頂板;空心或以其他松散料填心的沉井需用鋼筋混凝土頂板,厚度普通為1.02.0m ;排水下沉的沉井,其頂面在地面或水位以下時,應(yīng)設(shè)擋土防水墻銜接在井壁的頂部。沉井根底的構(gòu)造浮式沉井:雙壁鋼殼直徑直徑21.4

7、21.4米米 凈高凈高13.613.6米米 5-2 沉井的施工沉井的施工1.1.清理場地清理場地( (要求場地平整,有一定承載力要求場地平整,有一定承載力) )1 1鋪墊木鋪墊木3 3澆注混凝土、養(yǎng)生澆注混凝土、養(yǎng)生4 4拆模及抽墊拆模及抽墊5 5土內(nèi)模制造沉井刃腳土內(nèi)模制造沉井刃腳2 2立模板綁鋼筋立模板綁鋼筋5-2 沉井的施工沉井的施工2.2.制造第一節(jié)沉井制造第一節(jié)沉井3 .3 .拆模及抽墊拆模及抽墊 拆模順序:井孔模板、外側(cè)模板、隔墻支撐及模板、拆模順序:井孔模板、外側(cè)模板、隔墻支撐及模板、刃腳面支撐及模板刃腳面支撐及模板 抽墊順序:內(nèi)壁下、短邊下、長邊下對稱同步。長抽墊順序:內(nèi)壁下、

8、短邊下、長邊下對稱同步。長邊下是隔邊下是隔1根撤根撤1根,最后以定位樁為中心由遠(yuǎn)而近根,最后以定位樁為中心由遠(yuǎn)而近對稱撤除。對稱撤除。墊木墊木5-2 沉井的施工5-2 5-2 沉井的施工沉井的施工5.接高沉井接高沉井6.設(shè)置井頂防水圍堰設(shè)置井頂防水圍堰 7.基底檢驗(yàn)和處置基底檢驗(yàn)和處置 8.封底封底9.井孔填充和頂板澆筑井孔填充和頂板澆筑 5-2 沉井的施工5-2 沉井的施工沉井的施工5-2-2 5-2-2 水中沉井施工水中沉井施工5-2 沉井的施工2.2.浮運(yùn)沉井浮運(yùn)沉井5-2-4 5-2-4 沉井下沉過程中遇到的問題及處置沉井下沉過程中遇到的問題及處置 1. 偏斜沉井偏斜大多發(fā)生在下沉不深

9、時,導(dǎo)致偏斜緣由有多種;糾偏的方法有:除土、壓重、頂部施加程度力 2. 難沉即沉井下沉過慢或停沉;緣由;處理方法 3. 突沉沉井產(chǎn)生較大的傾斜或超沉,突沉常發(fā)生于軟土地域;主要緣由是井壁側(cè)阻較小 4. 流砂在粉、細(xì)砂層中下沉沉井,易出現(xiàn)流砂景象;主要緣由是土中動水壓力的水頭梯度大于臨界值;防治措施有:采用井點(diǎn)降水及不排水除土,或向井內(nèi)內(nèi)回灌水5-2 沉井的施工糾偏糾偏5-2 沉井的施工沉井的施工5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算運(yùn)用階段根底:運(yùn)用階段根底:1.1.承載力驗(yàn)算承載力驗(yàn)算豎向承載力驗(yàn)算豎向承載力驗(yàn)算程度向承載力驗(yàn)算程度向承載力驗(yàn)算2.2.根底構(gòu)造計(jì)算根底構(gòu)造計(jì)算井壁豎向受壓井

10、壁豎向受壓井壁橫向受壓井壁橫向受壓封底受壓彎剪封底受壓彎剪頂板受壓彎剪頂板受壓彎剪施工階段施工階段( (支擋構(gòu)造支擋構(gòu)造):):自重下沉驗(yàn)算自重下沉驗(yàn)算底節(jié)沉井撓曲驗(yàn)算底節(jié)沉井撓曲驗(yàn)算刃腳受力計(jì)算刃腳受力計(jì)算井壁受力計(jì)算井壁受力計(jì)算5-3-1 5-3-1 沉井作為整體深根底的計(jì)算沉井作為整體深根底的計(jì)算 F + G Rj + Rf Rj faA Rf U(h2.5)q h-2.5hqqqqq5m12341.豎向承載力驗(yàn)算豎向承載力驗(yàn)算5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算maxdd/2min1xOZZ1z xFVeFHlha )b )FHh2z1hh0Zd/20破壞方式:破壞方式:根底側(cè)面的

11、土體屈服根底側(cè)面的土體屈服步驟:步驟:首先要計(jì)算側(cè)面的土體所首先要計(jì)算側(cè)面的土體所受的壓力受的壓力驗(yàn)算土壓力能否小于允許驗(yàn)算土壓力能否小于允許值值2.2.程度向承載力驗(yàn)算程度向承載力驗(yàn)算5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算(1)(1)土體橫向受力計(jì)算土體橫向受力計(jì)算 非巖石地非巖石地基基 maxdd/2min1xOZZ1z xFVeFHlha )b )FHh2z1hh0Zd/20在程度力作用下,沉井將圍繞位于在程度力作用下,沉井將圍繞位于地面下深度地面下深度z0處點(diǎn)處點(diǎn)A轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動角角 深度z處沉井程度位移x x = (z0z)tan側(cè)面:側(cè)面:zx =xCz =Cz (z0z)tan 沉井遭到的橫向抗力z

12、x5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算基底變形基底變形繞中心轉(zhuǎn)動繞中心轉(zhuǎn)動角角沉井底面遭到的抗力:沉井底面遭到的抗力:/ 2010tan2ddCC其中: Cz = mz C0 =mhmaxdd/2min1xOZZ1z xFVeFHlha )b )FHh2z1hh0Zd/20沉井的受力平衡沉井的受力平衡HZX1H10000tan0hhXFbdzFbmz zzdzH1zx 1d00200hMF hb z dzW求解得到:求解得到:z0和和代入程度抗力和底面抗力的計(jì)算式代入程度抗力和底面抗力的計(jì)算式 zx =xCz =Cz (z0z)tan /2010tan2ddCC得到土體的受力得到土體的受力5-3 沉井的設(shè)

13、計(jì)與計(jì)算 底面抗力需滿足:底面抗力需滿足: 程度抗力須滿足:程度抗力須滿足:max fah zxzx=EpEa zxAoZ0Zzxzxm axdd/2m ind/20(2)(2)驗(yàn)算驗(yàn)算5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算5-3-2 5-3-2 沉井施工過程中的構(gòu)造計(jì)算沉井施工過程中的構(gòu)造計(jì)算1.1.沉井自重下沉驗(yàn)算沉井自重下沉驗(yàn)算 驗(yàn)算沉井自重能否能抑制下沉?xí)r土的摩阻力驗(yàn)算沉井自重能否能抑制下沉?xí)r土的摩阻力 ,用下,用下沉系數(shù)沉系數(shù)k k表示表示 :/1.15 1.25fkG RfiiiRhu f沉井井壁與土體之間的摩阻力fkPa土的種類土的種類粘性土粘性土砂性土砂性土砂卵砂卵石石砂礫石砂礫石軟土軟土泥

14、漿套泥漿套f(kPa)25501225183015201012355-3 5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.2.底節(jié)沉井豎向撓曲驗(yàn)算底節(jié)沉井豎向撓曲驗(yàn)算 (1)(1)排水除土下沉排水除土下沉( (圖圖a)a):經(jīng)過控制除土位置,使沉井經(jīng)過控制除土位置,使沉井處于有利形狀處于有利形狀a )c )b )lb0 .7 l0 .1 5 l0 .1 5 l0 .5 l 0 .5 l形狀:上一節(jié)的混凝土未凝固形狀:上一節(jié)的混凝土未凝固刃腳下的支承位置是驗(yàn)算的關(guān)鍵刃腳下的支承位置是驗(yàn)算的關(guān)鍵未 凝 固底 節(jié)土 體 支 撐土 體 支 撐5-3 5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算(2)(2)不排

15、水除土下沉不排水除土下沉( (圖圖b b、c)c): 不可控不可控 不能控制支撐位置,取最不利位置:底節(jié)沉井僅不能控制支撐位置,取最不利位置:底節(jié)沉井僅 支承于長邊的中點(diǎn)支承于長邊的中點(diǎn), , 底節(jié)沉井支承于短邊的兩端點(diǎn)底節(jié)沉井支承于短邊的兩端點(diǎn) a )c )b )lb0 .7 l0 .1 5 l0 .1 5 l0 .5 l 0 .5 la )c )b )lb0 .7 l0 .1 5 l0 .1 5 l0 .5 l 0 .5 l5-3 5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.3.沉井刃腳受力計(jì)算沉井刃腳受力計(jì)算 能夠的破壞的時機(jī):能夠的破壞的時機(jī):刃腳向外撓曲折斷刃腳向外撓曲折斷 刃腳切入

16、土中刃腳切入土中1.0m1.0m,剛,剛接筑完接筑完上節(jié)沉井,尚未下沉上節(jié)沉井,尚未下沉刃腳向內(nèi)撓曲折斷刃腳向內(nèi)撓曲折斷 沉井曾經(jīng)下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)沉井曾經(jīng)下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高,刃高,刃腳下土體曾經(jīng)挖空,尚未腳下土體曾經(jīng)挖空,尚未澆筑封底混凝土澆筑封底混凝土驗(yàn)算過程:驗(yàn)算過程:計(jì)算刃腳受力計(jì)算刃腳受力程度力按懸臂和框架分程度力按懸臂和框架分配配驗(yàn)算刃腳懸臂作用驗(yàn)算刃腳懸臂作用驗(yàn)算框架受力驗(yàn)算框架受力框 架 支 撐刃 腳 懸 臂 支 撐5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算 作用在刃腳側(cè)面上的程度外力將由懸臂梁和框架作用在刃腳側(cè)面上的程度外力將由懸臂梁和框架來共同承當(dāng)。來共同承當(dāng)。 分配系數(shù)公式如下分配系數(shù)公式如下: :

17、 懸臂作用懸臂作用 : : 框架作用框架作用 : : 在水、土壓力作用下在程度面內(nèi)發(fā)生彎曲變在水、土壓力作用下在程度面內(nèi)發(fā)生彎曲變形。形。105. 00141441 LhL424405. 0Lhh 5-3 5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算1 1刃腳向外撓曲的受力刃腳向外撓曲的受力受力情況受力情況頂面沉井重力頂面沉井重力外側(cè)程度土、水壓外側(cè)程度土、水壓力力外側(cè)土體向上摩阻外側(cè)土體向上摩阻力力內(nèi)側(cè)斜面土反力內(nèi)側(cè)斜面土反力底面土抗力底面土抗力刃腳自重刃腳自重Ge+wkhe w33aTxepw2 2gz=1.0mbRHRv1Rv2v5-3 5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算外側(cè)程度土、水

18、壓力合力pe+w: 沿井壁的程度方向取一個單位寬度,計(jì)算作用在刃腳上的沿井壁的程度方向取一個單位寬度,計(jì)算作用在刃腳上的土壓力和水壓力。土壓力和水壓力。EEET5 . 0tg刃腳外側(cè)的摩阻力 作用在井壁單位寬度上的摩阻力作用在井壁單位寬度上的摩阻力T T,取其最小值,取其最小值 kTqhkeewehwpwpp232322332322323ywpwppwpheeweek+=+其作用點(diǎn)位置離刃腳根部間隔 5-3 5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算刃腳下土的豎向反力Rv 、 RH TGRv聯(lián)立方程式即可求得RV1和RV2 Ge + wkhew3 3aTxepw2 2gz=1.0mbRHRv 1

19、Rv 2v122VVaRRab22VVbRRabRH=RV2tan() 12vvvRRR刃腳重力g2kktagh5-3 5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算 驗(yàn)算求得作用在刃腳上的一切外力的大小、方向和求得作用在刃腳上的一切外力的大小、方向和作用點(diǎn)之后,即可求算刃腳根部處截面上每單位周作用點(diǎn)之后,即可求算刃腳根部處截面上每單位周長內(nèi)井壁的軸向壓力長內(nèi)井壁的軸向壓力N N、程度剪力、程度剪力Q Q及對截面重及對截面重心軸的彎矩心軸的彎矩M M。并據(jù)此計(jì)算在刃腳內(nèi)側(cè)的鋼筋豎。并據(jù)此計(jì)算在刃腳內(nèi)側(cè)的鋼筋豎直數(shù)量。直數(shù)量。 M0=MR+MH+Me+w+MT+Mg N0=R+T+g Q=pe+w+H

20、5-3 5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算(2)(2)刃腳程度受力計(jì)算刃腳程度受力計(jì)算 需求思索的受力有:需求思索的受力有:由于刃腳下的土已被掏空,故刃由于刃腳下的土已被掏空,故刃腳下的垂直反力腳下的垂直反力RvRv和刃腳斜面和刃腳斜面程度反力程度反力U U等于零等于零 作用在井壁外側(cè)的摩阻力作用在井壁外側(cè)的摩阻力T T 刃腳計(jì)算時重力刃腳計(jì)算時重力g g與前面一樣與前面一樣計(jì)算在刃腳外側(cè)的鋼筋豎直計(jì)算在刃腳外側(cè)的鋼筋豎直數(shù)量數(shù)量 計(jì)算所得各程度外力同樣應(yīng)思索分配系數(shù)。再由外力計(jì)算出對刃腳根部中心軸的彎矩、豎向力及剪力,以此求得刃腳外壁鋼筋用量。5-3 5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算沉井的設(shè)計(jì)

21、與計(jì)算4.4.沉井井壁計(jì)算沉井井壁計(jì)算分豎直和程度兩個方向計(jì)算分豎直和程度兩個方向計(jì)算1 1豎直方向豎直方向下沉過程中,當(dāng)沉井被周圍土體嵌固著而刃腳下的土下沉過程中,當(dāng)沉井被周圍土體嵌固著而刃腳下的土已被掏空時,應(yīng)驗(yàn)算井壁接縫處的豎向拉應(yīng)力。已被掏空時,應(yīng)驗(yàn)算井壁接縫處的豎向拉應(yīng)力。接縫處:混凝土不接受拉應(yīng)力而由接縫處的鋼筋接受,接縫處:混凝土不接受拉應(yīng)力而由接縫處的鋼筋接受,此時鋼筋的抗拉平安系數(shù)可采用此時鋼筋的抗拉平安系數(shù)可采用1.251.25;同時并須驗(yàn);同時并須驗(yàn)算鋼筋的錨固長度。算鋼筋的錨固長度。5-3 5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算井壁摩阻力可假定沿沉井全高按倒三角形分布

22、,即在刃腳底面處為零,在地面處為最大,此時最危險的截面在沉井入土深度的1/2處 按按,最大豎向拉力,最大豎向拉力Smax為為此時沉井全部重力此時沉井全部重力G的的1/4,即,即 實(shí)踐工程中,沉井被卡住景象較為常見,也出現(xiàn)過被拉實(shí)踐工程中,沉井被卡住景象較為常見,也出現(xiàn)過被拉裂的沉井裂的沉井 。max/ 4SG5-3 5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算井壁豎向拉應(yīng)力驗(yàn)算井壁豎向拉應(yīng)力驗(yàn)算2 2程度方向程度方向 根據(jù)排水或不排水的情況,沉井井壁在水壓力和土壓力根據(jù)排水或不排水的情況,沉井井壁在水壓力和土壓力等程度荷載作用下,應(yīng)作為程度框架驗(yàn)算其程度方向的等程度荷載作用下,應(yīng)作為程度框架驗(yàn)算其

23、程度方向的撓曲。撓曲。 驗(yàn)算刃腳根部以上,其高度等于該處井壁厚度驗(yàn)算刃腳根部以上,其高度等于該處井壁厚度t t的一段井的一段井壁,依此設(shè)置該段的程度鋼筋。壁,依此設(shè)置該段的程度鋼筋。 其他各段井壁的計(jì)算,可按井壁斷面的變化其他各段井壁的計(jì)算,可按井壁斷面的變化, ,取每一段中取每一段中控制設(shè)計(jì)的井壁位于每一段最下端的單位高度進(jìn)展控制設(shè)計(jì)的井壁位于每一段最下端的單位高度進(jìn)展計(jì)算。計(jì)算。 上部井段按照作用在程度框架上的均布荷載上部井段按照作用在程度框架上的均布荷載q=W+Eq=W+E。然后。然后用同樣的計(jì)算方法,求得程度框架的最大彎矩用同樣的計(jì)算方法,求得程度框架的最大彎矩M M、軸向壓、軸向壓力

24、力N N、剪力、剪力Q Q,并據(jù)此設(shè)計(jì)程度鋼筋。,并據(jù)此設(shè)計(jì)程度鋼筋。 5-3 5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算QEWqtWWW2 tEEE2 QQ由刃腳傳來的剪力,其值等于求算刃腳豎直外力時分配由刃腳傳來的剪力,其值等于求算刃腳豎直外力時分配于懸臂梁上的程度力于懸臂梁上的程度力kN/mkN/m。whWwhW 32tWWWW 32tEEEE 5-3 5-3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算5.5.沉井封底及頂板計(jì)算沉井封底及頂板計(jì)算1 1封底封底受力:底面基底反力受力:底面基底反力支承:支承于刃腳斜面及隔墻上的周邊支承板支承:支承于刃腳斜面及隔墻上的周邊支承板計(jì)算內(nèi)容:彎、剪計(jì)算內(nèi)容:彎、剪2 2頂板頂板 受力:墩臺

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