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1、1 第五章振沖法2 5.7 振沖法振沖法 1. 利用振動(dòng)和水力沖切原理加固地基的方法稱為振沖法利用振動(dòng)和水力沖切原理加固地基的方法稱為振沖法2. 振沖法主要的施工機(jī)具是振沖器、吊機(jī)和水泵。振沖器振沖法主要的施工機(jī)具是振沖器、吊機(jī)和水泵。振沖器是一個(gè)類似插入式混凝土振搗器的機(jī)具,其外殼直徑為是一個(gè)類似插入式混凝土振搗器的機(jī)具,其外殼直徑為0.2m0.45m,長(zhǎng),長(zhǎng)25m,重約,重約2050kN,筒內(nèi)主要由一組,筒內(nèi)主要由一組偏心塊、潛水電機(jī)和通水管三部分組成如下圖所示。偏心塊、潛水電機(jī)和通水管三部分組成如下圖所示。3. 振沖器有兩個(gè)功能:一是振沖器有兩個(gè)功能:一是產(chǎn)生水平向振動(dòng)力產(chǎn)生水平向振動(dòng)力
2、(4090kN)作用于周圍土體;二是從端部和側(cè)部進(jìn)行射水和補(bǔ)給水。作用于周圍土體;二是從端部和側(cè)部進(jìn)行射水和補(bǔ)給水。振動(dòng)力是加固地基振動(dòng)力是加固地基的主要因素,射水起協(xié)助振動(dòng)力在土中的主要因素,射水起協(xié)助振動(dòng)力在土中使振沖器鉆進(jìn)成孔,并在成孔后清孔及實(shí)現(xiàn)護(hù)壁作用。使振沖器鉆進(jìn)成孔,并在成孔后清孔及實(shí)現(xiàn)護(hù)壁作用。 3n在混凝土振搗器的基礎(chǔ)上制成加固地基的振沖器,最初利用在混凝土振搗器的基礎(chǔ)上制成加固地基的振沖器,最初利用振沖器沖切下沉并振動(dòng)使砂土密實(shí),后來(lái)發(fā)展應(yīng)用于黏性土振沖器沖切下沉并振動(dòng)使砂土密實(shí),后來(lái)發(fā)展應(yīng)用于黏性土地基,利用振沖成孔把黏土沖出,地基,利用振沖成孔把黏土沖出,置換成砂礫石并
3、振密形成置換成砂礫石并振密形成碎石樁體,與原地基土共同作用,提高地基的承載力和改善碎石樁體,與原地基土共同作用,提高地基的承載力和改善變形性質(zhì)。變形性質(zhì)。顯然,兩種振沖法加固地基的機(jī)理是不同的。前顯然,兩種振沖法加固地基的機(jī)理是不同的。前者為振沖密實(shí),后者為振沖置換,分別適用于砂類土和黏性者為振沖密實(shí),后者為振沖置換,分別適用于砂類土和黏性土土4 振沖器構(gòu)造示意圖 振沖施工過(guò)程5 5.7.1 振振 沖沖 密密 實(shí)實(shí)n1.作用原理作用原理 振沖器在砂土中振沖對(duì)地基土施加水平向的振動(dòng)和擠壓,振沖器在砂土中振沖對(duì)地基土施加水平向的振動(dòng)和擠壓,使土體由松散變成密實(shí)或者使孔隙壓力升高而液化,其主使土體由
4、松散變成密實(shí)或者使孔隙壓力升高而液化,其主要作用就是振動(dòng)密實(shí)和振動(dòng)液化。砂土的振動(dòng)液化與振沖要作用就是振動(dòng)密實(shí)和振動(dòng)液化。砂土的振動(dòng)液化與振沖器在砂土中的振動(dòng)加速度有關(guān),而振動(dòng)加速度又隨離振沖器在砂土中的振動(dòng)加速度有關(guān),而振動(dòng)加速度又隨離振沖器的距離增大而衰減。按加速度的大小劃分為剪脹區(qū)器的距離增大而衰減。按加速度的大小劃分為剪脹區(qū) 、流態(tài)區(qū)和擠密區(qū),擠密區(qū)外為彈性區(qū)。流態(tài)區(qū)和擠密區(qū),擠密區(qū)外為彈性區(qū)。6n2.設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理 振沖密實(shí)設(shè)計(jì)的目的與內(nèi)容主要是根據(jù)設(shè)計(jì)工程對(duì)砂土地振沖密實(shí)設(shè)計(jì)的目的與內(nèi)容主要是根據(jù)設(shè)計(jì)工程對(duì)砂土地基的承載力、沉降和抗液化的要求,確定振沖后要求達(dá)到基的承載力、沉降和
5、抗液化的要求,確定振沖后要求達(dá)到的的密實(shí)度或孔隙比密實(shí)度或孔隙比。然后按此要求估算振沖布置的形式、。然后按此要求估算振沖布置的形式、間距、深度和范圍。最后通過(guò)試驗(yàn)檢驗(yàn)是否滿足設(shè)計(jì)的要間距、深度和范圍。最后通過(guò)試驗(yàn)檢驗(yàn)是否滿足設(shè)計(jì)的要求。求。 設(shè)計(jì)要求振沖密實(shí)的密度或孔隙比可根據(jù)工程要求的地基設(shè)計(jì)要求振沖密實(shí)的密度或孔隙比可根據(jù)工程要求的地基承載力及其與砂土密實(shí)度對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)確定。承載力及其與砂土密實(shí)度對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)確定。7n設(shè)計(jì)間距可按下式估算設(shè)計(jì)間距可按下式估算 d = v =( 1+ep)(e0-e-e1 1)/ )/ ( 1+e0)(1+e+e1 1) ) 根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),使用根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),使用
6、30kw30kw的振沖器,間距一般為的振沖器,間距一般為1.81.82.5米,米,使用使用75kw的振沖器間距可增大至的振沖器間距可增大至2.5 3.5米。平面布置的米。平面布置的方式可用正三角形或正方形。打入深度,如砂土厚層時(shí),方式可用正三角形或正方形。打入深度,如砂土厚層時(shí),應(yīng)盡量貫穿,但不宜太深,除特殊要求加密外,一般不超應(yīng)盡量貫穿,但不宜太深,除特殊要求加密外,一般不超過(guò)過(guò)8米,因?yàn)樯皩颖旧淼拿軐?shí)度是隨深度增大的。米,因?yàn)樯皩颖旧淼拿軐?shí)度是隨深度增大的。Vv/V8n3 施工與檢驗(yàn)施工與檢驗(yàn) 施工的主要機(jī)具是振沖器,并配有吊車和水漿。施工的主要機(jī)具是振沖器,并配有吊車和水漿。 施工工序:
7、加料振沖密實(shí)施工一般可按如下工序進(jìn)行:清理場(chǎng)地,施工工序:加料振沖密實(shí)施工一般可按如下工序進(jìn)行:清理場(chǎng)地,布置振沖點(diǎn),布置振沖點(diǎn), 機(jī)具就位,振沖器對(duì)準(zhǔn)護(hù)筒中心,機(jī)具就位,振沖器對(duì)準(zhǔn)護(hù)筒中心, 啟動(dòng)水漿振沖啟動(dòng)水漿振沖器,水量可用器,水量可用200400L/min,水壓控制在,水壓控制在400600kPa,下沉速度,下沉速度為為12m/min. 振動(dòng)水沖下沉至預(yù)定深度后,將水壓降低至孔口高振動(dòng)水沖下沉至預(yù)定深度后,將水壓降低至孔口高程,保持一定的水流;投料振動(dòng),填料從護(hù)筒下沉至孔底,待振密程,保持一定的水流;投料振動(dòng),填料從護(hù)筒下沉至孔底,待振密實(shí)達(dá)到控制電流值(密實(shí)電流值)后,提實(shí)達(dá)到控制電
8、流值(密實(shí)電流值)后,提0.30.5m;重復(fù)上述步;重復(fù)上述步驟,直至完孔,并記錄各深度的電流和填料量;關(guān)閉振沖器和水漿驟,直至完孔,并記錄各深度的電流和填料量;關(guān)閉振沖器和水漿9n4 工程應(yīng)用工程應(yīng)用n處理多層建筑物的松砂地基,提高地基的承載力,減少處理多層建筑物的松砂地基,提高地基的承載力,減少沉降;沉降;處理堤壩可液化的細(xì)粉砂地基處理堤壩可液化的細(xì)粉砂地基; 處理其他類建處理其他類建筑物的可液化地基筑物的可液化地基1011振沖密實(shí)法在高層建筑中的應(yīng)用振沖密實(shí)法在高層建筑中的應(yīng)用n振沖密實(shí)法主要用于砂土和粉土的加固處理振沖密實(shí)法主要用于砂土和粉土的加固處理及抗震動(dòng)液化處理。振沖密實(shí)樁的填料
9、與振及抗震動(dòng)液化處理。振沖密實(shí)樁的填料與振沖碎石樁的樁體材料相同,粒徑為沖碎石樁的樁體材料相同,粒徑為。對(duì)于粘粒含量小于的粗砂和中。對(duì)于粘粒含量小于的粗砂和中砂地基,振沖時(shí)可不另加填料,就地振密。砂地基,振沖時(shí)可不另加填料,就地振密。12n振沖密實(shí)樁的直徑一般可取振沖密實(shí)樁的直徑一般可取0.60.8m。水池地基中,。水池地基中,振沖密實(shí)樁常按等邊三角形或正振沖密實(shí)樁常按等邊三角形或正方形網(wǎng)格布置。方形網(wǎng)格布置。n 振沖密實(shí)樁的間距應(yīng)根據(jù)地基上的顆粒組成、地下水位、地基土要達(dá)到的密實(shí)度振沖密實(shí)樁的間距應(yīng)根據(jù)地基上的顆粒組成、地下水位、地基土要達(dá)到的密實(shí)度和振沖器的功能等因素確定。采用功率為的振沖
10、器時(shí),樁間距一般可取和振沖器的功能等因素確定。采用功率為的振沖器時(shí),樁間距一般可取.82.5,且不宜大于。當(dāng)土的粒徑小、密實(shí)度要求高時(shí),樁間距宜取較小值,且不宜大于。當(dāng)土的粒徑小、密實(shí)度要求高時(shí),樁間距宜取較小值,反之取較大值反之取較大值,水池地基中,當(dāng)需處理的砂土或粉土層厚不大時(shí),樁體應(yīng)貫穿該土層。水池地基中,當(dāng)需處理的砂土或粉土層厚不大時(shí),樁體應(yīng)貫穿該土層。當(dāng)需處理的砂土或粉土層厚較大時(shí),對(duì)非液化地基,樁體長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)水池地基的變形當(dāng)需處理的砂土或粉土層厚較大時(shí),對(duì)非液化地基,樁體長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)水池地基的變形允許值確定;對(duì)允許值確定;對(duì)液化地基液化地基,樁體長(zhǎng)度尚應(yīng)根據(jù)抗震要求的深度確定。,樁體
11、長(zhǎng)度尚應(yīng)根據(jù)抗震要求的深度確定。n 振沖密實(shí)樁處理地基的范圍宜大于水池的基底范圍,一般情況下,對(duì)非液化地基,振沖密實(shí)樁處理地基的范圍宜大于水池的基底范圍,一般情況下,對(duì)非液化地基,基礎(chǔ)底范圍外至少增加排樁;對(duì)可液化地基,基礎(chǔ)底范圍外至少增加排基礎(chǔ)底范圍外至少增加排樁;對(duì)可液化地基,基礎(chǔ)底范圍外至少增加排樁。樁。n 制樁完成后,水池基底下不符合密實(shí)要求的部分應(yīng)于挖除,或輾壓密實(shí)并鋪設(shè)厚制樁完成后,水池基底下不符合密實(shí)要求的部分應(yīng)于挖除,或輾壓密實(shí)并鋪設(shè)厚的碎石墊層。墊層應(yīng)經(jīng)夯實(shí)或壓實(shí)。的碎石墊層。墊層應(yīng)經(jīng)夯實(shí)或壓實(shí)。 n 振沖密實(shí)樁的施工,可以采用由外向里逐圈連續(xù)推進(jìn)或跳圈推進(jìn)的順序進(jìn)行。當(dāng)振沖
12、密實(shí)樁的施工,可以采用由外向里逐圈連續(xù)推進(jìn)或跳圈推進(jìn)的順序進(jìn)行。當(dāng)加固區(qū)附近有構(gòu)筑物時(shí),施工應(yīng)從靠近構(gòu)筑物的一側(cè)開始,向遠(yuǎn)離構(gòu)筑物的方向推進(jìn)。加固區(qū)附近有構(gòu)筑物時(shí),施工應(yīng)從靠近構(gòu)筑物的一側(cè)開始,向遠(yuǎn)離構(gòu)筑物的方向推進(jìn)。密實(shí)振沖孔與已有構(gòu)筑物的距離宜大于。密實(shí)振沖孔與已有構(gòu)筑物的距離宜大于。13 振沖密實(shí)樁的質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)于施工完成后間隔一定的時(shí)間進(jìn)行。對(duì)砂土振沖密實(shí)樁的質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)于施工完成后間隔一定的時(shí)間進(jìn)行。對(duì)砂土 地基可取周;對(duì)粉土地基可取周。地基可取周;對(duì)粉土地基可取周。n砂樁的作用是擠密,故樁徑較大,樁距較小,而前面提及的砂井,其砂樁的作用是擠密,故樁徑較大,樁距較小,而前面提及的砂井,其
13、作用主要是排水固結(jié),故井徑小而間距大,避免破壞地基土的天然結(jié)作用主要是排水固結(jié),故井徑小而間距大,避免破壞地基土的天然結(jié)構(gòu)。構(gòu)。n要有堅(jiān)固的地基就必須根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇合適的處理方法,要有堅(jiān)固的地基就必須根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇合適的處理方法,振沖器振沖器的強(qiáng)力振動(dòng),使得飽和砂層發(fā)生液化,砂粒重新排列,孔隙率降低;的強(qiáng)力振動(dòng),使得飽和砂層發(fā)生液化,砂粒重新排列,孔隙率降低;同時(shí),利用振沖器的水平振沖力,回填碎石料使得砂層擠密,達(dá)到提同時(shí),利用振沖器的水平振沖力,回填碎石料使得砂層擠密,達(dá)到提高地基承載力,降低沉降的目的。高地基承載力,降低沉降的目的。針對(duì)不同的地基土質(zhì)還需要選用其針對(duì)不同的地基土質(zhì)還
14、需要選用其它相應(yīng)的適合的施工方式。它相應(yīng)的適合的施工方式。14 5.7.2振沖置換振沖置換n1 黏土地基中振沖加固地基的作用機(jī)理黏土地基中振沖加固地基的作用機(jī)理:通過(guò)振沖成孔,以碎石置換并振動(dòng)通過(guò)振沖成孔,以碎石置換并振動(dòng)密實(shí),形成碎石樁體,與地基土共同作用,提高地基的承載力,改善其變密實(shí),形成碎石樁體,與地基土共同作用,提高地基的承載力,改善其變形性質(zhì)。工程實(shí)踐證明:振沖置換加固地基是有條件的;在振沖過(guò)程在形形性質(zhì)。工程實(shí)踐證明:振沖置換加固地基是有條件的;在振沖過(guò)程在形成的密實(shí)碎石樁體成的密實(shí)碎石樁體必須要求地基土具有足夠的側(cè)向土壓力,抵抗振沖的側(cè)必須要求地基土具有足夠的側(cè)向土壓力,抵抗振
15、沖的側(cè)向動(dòng)壓力。向動(dòng)壓力。n若地基土的抗剪強(qiáng)度不足,側(cè)向土壓力太小,難以形成密實(shí)的碎石樁體,若地基土的抗剪強(qiáng)度不足,側(cè)向土壓力太小,難以形成密實(shí)的碎石樁體,且振沖使地基中的孔隙水壓力升高,進(jìn)一步降低土的強(qiáng)度和側(cè)壓力,使地且振沖使地基中的孔隙水壓力升高,進(jìn)一步降低土的強(qiáng)度和側(cè)壓力,使地基土被振沖破壞?;帘徽駴_破壞。n注意:注意:振沖置換法適用于處理振沖置換法適用于處理Cu不小于不小于20kPa的黏性土。的黏性土。152 .設(shè)計(jì)的基本原理設(shè)計(jì)的基本原理 振沖置換設(shè)計(jì)的內(nèi)容應(yīng)包括:根據(jù)設(shè)計(jì)場(chǎng)地地質(zhì)土層的性質(zhì)和工程要求來(lái)確定碎石樁振沖置換設(shè)計(jì)的內(nèi)容應(yīng)包括:根據(jù)設(shè)計(jì)場(chǎng)地地質(zhì)土層的性質(zhì)和工程要求來(lái)確定碎
16、石樁的合理布置范圍、直徑的大小、間距、加固的深度和填料的規(guī)格等;驗(yàn)算或試驗(yàn)加固的合理布置范圍、直徑的大小、間距、加固的深度和填料的規(guī)格等;驗(yàn)算或試驗(yàn)加固后地基的承載力、沉降與地基的穩(wěn)定性等。后地基的承載力、沉降與地基的穩(wěn)定性等。 (1)復(fù)合地基承載力的估算)復(fù)合地基承載力的估算 1)按現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定。)按現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定。 2)用單樁載荷試驗(yàn)和天然地基載荷試驗(yàn)結(jié)果配合下式計(jì)算確定:)用單樁載荷試驗(yàn)和天然地基載荷試驗(yàn)結(jié)果配合下式計(jì)算確定: fspk = mfpk +(1-m) fsk 3)半經(jīng)驗(yàn)式估算。半經(jīng)驗(yàn)式估算。 fspk = 1+m(n-1) 3Sv16n(2)復(fù)合地基穩(wěn)
17、定性沉降計(jì)算)復(fù)合地基穩(wěn)定性沉降計(jì)算n振沖置換碎石樁復(fù)合地基沉降計(jì)算與水泥土樁復(fù)合地基的沉降計(jì)算方振沖置換碎石樁復(fù)合地基沉降計(jì)算與水泥土樁復(fù)合地基的沉降計(jì)算方法相同法相同n(3) 振沖置換碎石樁復(fù)合地基的穩(wěn)定性計(jì)算振沖置換碎石樁復(fù)合地基的穩(wěn)定性計(jì)算n Ssp = (1-m)Cu + mSpcosn其中其中 Ssp=Pz tanp cosn Pz = pz + pzn p =n/(1+(n-1m)17n3 施工要點(diǎn)施工要點(diǎn)n(1)合理安排振沖樁的順序。為避免振沖過(guò)程中對(duì)軟土的擾動(dòng)與破)合理安排振沖樁的順序。為避免振沖過(guò)程中對(duì)軟土的擾動(dòng)與破壞,施打碎石樁時(shí),應(yīng)采取壞,施打碎石樁時(shí),應(yīng)采取“由里向外
18、由里向外”或或“由一邊向另邊由一邊向另邊”的順序的順序施工,將軟土朝一個(gè)方向擠出,保護(hù)樁體以免被破壞。必要時(shí)可采取施工,將軟土朝一個(gè)方向擠出,保護(hù)樁體以免被破壞。必要時(shí)可采取朝一個(gè)方向向間隔跳打的方式。朝一個(gè)方向向間隔跳打的方式。n(2)宜用)宜用“先先護(hù)壁護(hù)壁后振密,分段投料,分段振密后振密,分段投料,分段振密”的振沖工藝。的振沖工藝。n較軟土層施工成孔時(shí),不要一下達(dá)到深度,在到達(dá)軟土較軟土層施工成孔時(shí),不要一下達(dá)到深度,在到達(dá)軟土層上部范圍內(nèi),將振沖器提出孔口,加一批填料,然后下層上部范圍內(nèi),將振沖器提出孔口,加一批填料,然后下沉振沖器將這批填料擠入孔壁,達(dá)到護(hù)壁的作用沉振沖器將這批填料擠
19、入孔壁,達(dá)到護(hù)壁的作用18(3) 嚴(yán)格控制施工過(guò)程中水沖的流量、水壓、電流值、投料量和留振嚴(yán)格控制施工過(guò)程中水沖的流量、水壓、電流值、投料量和留振的時(shí)間、水壓和流量以保證護(hù)壁的要求為原則,過(guò)小則不利于護(hù)壁,的時(shí)間、水壓和流量以保證護(hù)壁的要求為原則,過(guò)小則不利于護(hù)壁,過(guò)大則投料被沖出;振沖密實(shí)時(shí)應(yīng)控制電流穩(wěn)定在密度電流值(約過(guò)大則投料被沖出;振沖密實(shí)時(shí)應(yīng)控制電流穩(wěn)定在密度電流值(約1015A)內(nèi),以保證碎石樁密實(shí);投料以)內(nèi),以保證碎石樁密實(shí);投料以“少吃多餐少吃多餐”為原則,每為原則,每次投料不宜超過(guò)次投料不宜超過(guò)1m. 最后進(jìn)行表層處理最后進(jìn)行表層處理 在全部樁施工完畢后,由于樁頂約在全部樁
20、施工完畢后,由于樁頂約1.0m范圍內(nèi)的樁范圍內(nèi)的樁身質(zhì)量不宜保證,一般情況下對(duì)振沖密實(shí)法加固砂土身質(zhì)量不宜保證,一般情況下對(duì)振沖密實(shí)法加固砂土地基,進(jìn)行表層處理可做基礎(chǔ);對(duì)振沖置換法加固黏地基,進(jìn)行表層處理可做基礎(chǔ);對(duì)振沖置換法加固黏性土地基,除需要進(jìn)行表層處理外,常在樁頂和基礎(chǔ)性土地基,除需要進(jìn)行表層處理外,常在樁頂和基礎(chǔ)之間做之間做3050cm厚的碎石墊層厚的碎石墊層19n施工完畢后,必須及時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)制樁的質(zhì)量。檢驗(yàn)的方法主要是用載荷試驗(yàn)和動(dòng)力觸施工完畢后,必須及時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)制樁的質(zhì)量。檢驗(yàn)的方法主要是用載荷試驗(yàn)和動(dòng)力觸探,可按有關(guān)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行。探,可按有關(guān)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行。 振沖法的優(yōu)點(diǎn)振沖法
21、的優(yōu)點(diǎn)n1.由于振沖法直接作用在地基深層軟弱土層部位,對(duì)軟弱土施加的側(cè)向擠動(dòng)由于振沖法直接作用在地基深層軟弱土層部位,對(duì)軟弱土施加的側(cè)向擠動(dòng)壓力過(guò)大,因而使土密實(shí)的效果好。壓力過(guò)大,因而使土密實(shí)的效果好。n2.對(duì)于不均勻的天然地基,在平面和深度范圍內(nèi),由于地基的振密程度可以對(duì)于不均勻的天然地基,在平面和深度范圍內(nèi),由于地基的振密程度可以隨地基軟硬程度而對(duì)不同的填料進(jìn)行整理,使加固后成為較均勻的地基。隨地基軟硬程度而對(duì)不同的填料進(jìn)行整理,使加固后成為較均勻的地基。n3.施工機(jī)具簡(jiǎn)單,操作方便,施工速度快,加固質(zhì)量容易控制。施工機(jī)具簡(jiǎn)單,操作方便,施工速度快,加固質(zhì)量容易控制。n4.不需要用鋼材和水泥,僅用碎石、砂礫、卵石等硬質(zhì)材料,造價(jià)低。不需要用鋼材和水泥,僅用碎石、砂礫、卵石等硬質(zhì)材料,造價(jià)低。n5.對(duì)于天然軟弱土地基,經(jīng)過(guò)振沖填以碎石等粗骨料,成狀后改變了地基的對(duì)于天然軟弱土地基,經(jīng)過(guò)振沖填以碎石等粗骨料,成狀后改變了地基的排水條件,可以加速地震時(shí)超孔隙水的消散,有利于地基的抗震和防止砂土排水條件,可以加速地震時(shí)超孔隙水的消散,有利于地基的抗震和防止砂土液化液化 20n振沖密實(shí)法與振沖置換法的區(qū)別:前者是振沖密實(shí)法與振沖
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