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關(guān)于地基和地下室第1頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三第2頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三基礎(chǔ):建筑物上部承重結(jié)構(gòu)向下的延伸和擴(kuò)大,它承受建筑物的全部荷載,并把這些荷載連同本身的重量一起傳到地基上。地基:承受由基礎(chǔ)傳來(lái)荷載的土層,不是建筑物的組成部分。(巖石、碎石土、砂土、粘性土、人工填土)其中:持力層:具有一定的地耐力,直接承受建筑荷載,并需進(jìn)行力學(xué)計(jì)算的土層。下臥層:持力層以下的土層。(圖2.1)
2.1地基與基礎(chǔ)的概念2.1.1地基與基礎(chǔ)第3頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三第4頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三天然地基:凡天然土層具有足夠的承載力,不需經(jīng)人工加固或改良便可作為建筑物地基人工地基:當(dāng)建筑物上部的荷載較大或地基的承載力較弱,須預(yù)先對(duì)土壤進(jìn)行人工加固或改良后才能作為建筑物地基
地基按土層性質(zhì)不同,分為天然地基和人工地基兩大類(lèi)。第5頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三有人說(shuō):“地基是建筑物埋在地面以下的最下部分。”也有人說(shuō):“基礎(chǔ)是建筑物埋在地面以下的最下部分”。哪一個(gè)對(duì)?地基和基礎(chǔ)是一回事嗎?一、基礎(chǔ)和地基的涵義和它們的關(guān)系基礎(chǔ)是建筑物的墻或柱深入土中的擴(kuò)大部分,是建筑物的一部分;地基則是基礎(chǔ)下部的土層,它不是建筑物的一部分。建筑物的總荷載(包括建筑物的自重和外加的活荷載)通過(guò)基礎(chǔ)傳給地基,地基因此而產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。地基承受荷載的能力稱(chēng)為地基承載力(KPa/㎡),即地耐力。它是根據(jù)對(duì)土壤的綜合檢驗(yàn)所得數(shù)據(jù)而確定的。如果由基礎(chǔ)傳到地基的荷載超過(guò)了地基承載力,地基土就會(huì)出現(xiàn)超過(guò)允許值的沉降變形或失穩(wěn),從而威脅到建筑物的安全。如圖2-1所示,在同一松軟的地面上放置兩個(gè)形狀、體積、質(zhì)量相同的物體,其沉陷量是否相同?第6頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三如圖2-1所示,在同一松軟的地面上放置兩個(gè)形狀、體積、質(zhì)量相同的物體,其沉陷量是否相同?地基承受由基礎(chǔ)傳來(lái)的壓力是由上部結(jié)構(gòu)至基礎(chǔ)頂面的豎向力F‘和基礎(chǔ)自重及基礎(chǔ)上部土重G組成的。而全部荷載是通過(guò)基礎(chǔ)的底面?zhèn)鹘o地基的,當(dāng)荷載一定時(shí),如加大基礎(chǔ)底面積A,就可以減少地基單位面積所受到的壓力?;A(chǔ)底面積與荷載和地基承載力的關(guān)系如下:
A(㎡)≥(F‘+G(KN))/f(KPa/㎡)從上式可以看到,當(dāng)?shù)鼗休d力,不變時(shí),總荷載F=F‘+G愈大,基礎(chǔ)底面積A也要求愈大或者說(shuō),當(dāng)總荷載F=F‘+G不變時(shí),地基承載力,愈小,則基礎(chǔ)底面積A要求愈大。第7頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三二、對(duì)地基的要求最理想的建筑物基礎(chǔ)是埋置淺、斷面小、構(gòu)造簡(jiǎn)單、沉降量少且均勻,這樣可以加速施工,降低造價(jià),保證建筑物的安全和耐久。這些都與基礎(chǔ)下的地基情況有直接關(guān)系。因此,基礎(chǔ)設(shè)計(jì)對(duì)地基有如下要求:1、建筑物的建造地址應(yīng)盡可能選擇在地基情況好或較好的地段。所謂好和較好地段是指地基土的地耐力較高且分布均勻。好和較好的土可分為巖石類(lèi)、碎石類(lèi)、砂性土類(lèi)和粘性土類(lèi),它們的地耐力都在100kPa以上,最高可達(dá)4MPa。2、地基的承載力要力求均勻,以保證建筑物的基礎(chǔ)在荷載作用下沉降均勻不致失穩(wěn),否則極易引起墻身開(kāi)裂、傾斜甚至破壞。第8頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三3、地基應(yīng)有較好的持力層和下臥層。地基在荷載作用下產(chǎn)生應(yīng)力(反力)和應(yīng)變(變形),其應(yīng)力與應(yīng)變值隨著深度的增加而減少,到一定深度時(shí),應(yīng)力與應(yīng)變值即可忽略不計(jì)。直接與基礎(chǔ)底接觸且需要計(jì)算的土層叫做持力層,持力層以下的土層叫做下臥層,它一般不需計(jì)算但也必須有足夠的強(qiáng)度和厚度。這些都是確定基礎(chǔ)底面積和埋置深度的主要依據(jù)。圖2-2所示為地基荷載擴(kuò)散示意圖。第9頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三4、盡可能采用天然地基天然地基是指具有足夠承載力的天然土層,可以直接在天然土層上建造基礎(chǔ)。如果天然土層的承載力不能滿(mǎn)足荷載要求,則不能在這樣的土層上直接建造基礎(chǔ),必須對(duì)這種土層進(jìn)行人工加工地基較天然地基費(fèi)工費(fèi)料,造價(jià)較高,只有在天然土層承載力差、建筑總荷載大的情況下方宜采用。人工地基的加工方法有三大類(lèi);壓實(shí)法、換土法和打樁法。(1)壓實(shí)法用重錘或壓路機(jī)將較軟弱的土層夯實(shí)或壓實(shí),擠出土層顆粒聞的空氣、提高土的密實(shí)度以增加土層的承載力。這種做法不用材料,比較經(jīng)濟(jì),適用于土層承載力與設(shè)計(jì)要求相差不大的情況。第10頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三第11頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三第12頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三(2)換土法當(dāng)?shù)鼗恋木植炕蛉繛檐浫跬?,不宜用壓?shí)法加固時(shí)(如淤泥、沼澤、雜填土、孔洞等),可將局部或全部軟弱土清除,換以好土,如粗砂、中砂、砂石料、灰土等。這種人工地基造價(jià)較壓實(shí)法為高。圖2-3為局部換土的舉例。圖中虛線(xiàn)表示軟弱土的實(shí)際范圍,挖方時(shí)應(yīng)在受力方向適當(dāng)加寬加深,并挖至老土層,且呈臺(tái)階狀。每級(jí)臺(tái)階高度不大于500mm,退臺(tái)長(zhǎng)度不小于1000mm,然后分層夯填好土。其原理是避免挖成陡坡鍋底狀,以防造成應(yīng)力集中導(dǎo)致局部不均勻下沉。更換的好土應(yīng)就地取材,如填夯粘土、灰土、水灌粗砂、中砂,虛填砂石混合料等。尤應(yīng)注意的是,局部換土的選土應(yīng)與周?chē)临|(zhì)接近,防止換土部位過(guò)硬或過(guò)軟造成沉降不勻。第13頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三第14頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三(3)打樁法是在軟弱土層中置入樁身,將建筑物建造在樁上,所以也可稱(chēng)為樁基礎(chǔ)。這種人工地基適用于地基承載力較小,建筑物總荷載較大的情況,但造價(jià)較高。(a)樁基的組成樁基由樁身和承臺(tái)梁(或板)組成。樁基是按照設(shè)計(jì)的點(diǎn)位將樁身置人土中的,在樁的頂部灌筑鋼筋混凝土承臺(tái)梁,承臺(tái)梁上接柱或墻體。以便將建筑荷載均勻地傳遞到樁基上。在寒冷地區(qū),承臺(tái)梁下應(yīng)鋪設(shè)100mm左右厚的粗砂或焦渣,以防止土壤凍漲引起承臺(tái)梁的反拱破壞(圖2-4)。第15頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三(b)樁基受力情況分類(lèi)樁基可分端承樁和摩擦樁。端承樁是將樁尖直接支承在巖石或硬土層上,用樁身支承建筑的總荷載,也稱(chēng)做柱樁,這種樁適用于堅(jiān)硬土層較淺、荷載較大的工程。摩擦樁只是用樁擠實(shí)軟弱土層,靠樁壁與土壤的摩擦力承擔(dān)總荷載。這種樁適合堅(jiān)硬土層較深、總荷載較小的工程(圖2-5)。繪畫(huà)摩擦樁與端承樁的示意圖。第16頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三圖2-6所示為常用樁基的做法。第17頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三打樁法建筑物荷載很大,地基土層很弱,地基承載力不能滿(mǎn)足要求時(shí)采用。樁基由承臺(tái)和樁柱組成。按施工方法分為:預(yù)制樁、灌注樁、爆擴(kuò)樁。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)預(yù)制樁質(zhì)量保證、不受施工條件限制用鋼量大、噪音大灌注樁施工快、造價(jià)低爆擴(kuò)樁設(shè)備簡(jiǎn)單、施工塊、勞動(dòng)強(qiáng)度低、投資少第18頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三打樁法第19頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三第20頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三(c)樁基布點(diǎn)樁基布點(diǎn)是按承重結(jié)構(gòu)的形式而定。獨(dú)立柱承重結(jié)構(gòu)可用點(diǎn)式布置。點(diǎn)式布置還可根據(jù)樁的承載力和荷載大小選擇單樁、雙樁或多樁組合布置,并用承臺(tái)板聯(lián)合為一體共同承受獨(dú)立柱的荷載(圖2-7)。承重結(jié)構(gòu)為帶形墻或密集柱時(shí),則應(yīng)采用帶形布置,并用帶形承臺(tái)粱聯(lián)合為一體共同承受上部荷載。帶形布置又可根據(jù)樁徑、樁距和荷載情況選擇單排式、雙排交錯(cuò)式或雙排行列式(圖2-8)。第21頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三三、對(duì)基礎(chǔ)的要求1、基礎(chǔ)是建筑物的重要組成部分,對(duì)建筑的安全和壽命起重大作用,因而基礎(chǔ)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和耐久性,以便有效地傳遞荷載和保證使用年限。因?yàn)榛A(chǔ)位于建筑物的最底部且埋于土中,很難觀(guān)察、維修、加固和更換,因而在選材方面應(yīng)優(yōu)先使用石材、混凝土或粘土磚等堅(jiān)固、抗水、耐腐蝕、不易老化的材料。2、基礎(chǔ)屬于隱蔽工程,也就是在進(jìn)行下一個(gè)工程項(xiàng)目和工序前已被掩埋,無(wú)法再行檢驗(yàn)。因此,在基礎(chǔ)的施工過(guò)程中,必須在標(biāo)高、尺寸、材料、施工程序、施工方法、養(yǎng)護(hù)期限、施工質(zhì)量、交接手續(xù)等方面嚴(yán)格把關(guān),不留隱患,確保按設(shè)計(jì)圖紙和驗(yàn)收規(guī)范施工和驗(yàn)收。3、基礎(chǔ)工程約占建筑總價(jià)的10%~40%,降低基礎(chǔ)工程的投資是降低工程總投資的重要一環(huán)。因此,在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能選擇土質(zhì)較好的土層作為持力層,盡量使用地方材料以節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用。處理地基時(shí)應(yīng)提出若干方案供論證選擇,在保證工程質(zhì)量和工期的同時(shí)降低工程造價(jià)。第22頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三第二節(jié)基礎(chǔ)的埋置深度一、基礎(chǔ)埋置深度的定義基礎(chǔ)理深是從室外地坪算起的。室外地坪分自然地坪與設(shè)計(jì)地坪,自然地坪是指施工地段的原有地坪,而設(shè)計(jì)地坪是指按設(shè)計(jì)要求工程竣工后室外場(chǎng)地經(jīng)墊起或下挖后的地坪?;A(chǔ)埋置深度是指設(shè)計(jì)室外地坪到基礎(chǔ)底面的距離(圖2-9)?;A(chǔ)埋置深度不超過(guò)5m時(shí)叫淺基礎(chǔ),超過(guò)5m時(shí)叫深基礎(chǔ)。淺基礎(chǔ)構(gòu)造簡(jiǎn)單,施工方便,造價(jià)低廉,應(yīng)優(yōu)先選用淺基礎(chǔ)。只有在表層土質(zhì)極弱和總荷載較大或其他特殊情況下,才選用深基礎(chǔ)?;A(chǔ)埋深也不能過(guò)淺,至少不能淺于500mm。以防建筑荷載將基礎(chǔ)四周土壤擠出,或地面受到雨水沖刷、機(jī)械破壞而導(dǎo)致基礎(chǔ)暴露影響建筑的安全。第23頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三二、基礎(chǔ)埋置深度的選擇基礎(chǔ)埋置深度,應(yīng)根據(jù)三個(gè)方面綜合考慮確定,即土層構(gòu)造情況、地下水位情況和凍結(jié)深度情況。1、地基土層構(gòu)造對(duì)基礎(chǔ)埋深的影響,見(jiàn)表2-1。第24頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三第25頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三2、地下水位對(duì)基礎(chǔ)埋深的影響地基土含水量的大小對(duì)承載力影響很大,且含有侵蝕性物質(zhì)的地下水對(duì)基礎(chǔ)還將產(chǎn)生腐蝕,所以,基礎(chǔ)應(yīng)爭(zhēng)取埋置在地下水位以上(圖2-10a)。當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí),基礎(chǔ)不得不埋置在地下水內(nèi)。但應(yīng)注意,基礎(chǔ)底面應(yīng)置于最低地下水位之下,以使基礎(chǔ)底面常年置于地下水中,也就是防止置于地下水位升降幅度之內(nèi)。這是為了減少和避免地下水的浮力對(duì)建筑的影響。另外,基礎(chǔ)若處在干濕交替的環(huán)境下,則抗腐蝕的能力更差(圖2-10b)。第26頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三3、土的凍結(jié)深度對(duì)基礎(chǔ)埋深的影響土的凍結(jié)深度即冰凍線(xiàn),可由當(dāng)?shù)貧庀蟛块T(mén)得知。如哈爾濱為2m,沈陽(yáng)為1.5m,北京為0.85m,鄭州為0.20m,上海為0.1m。當(dāng)凍土深度小于0.5m時(shí),基礎(chǔ)埋深即不受其影響。土的凍結(jié)是由于土中水分受冷凍結(jié)而成,水凍結(jié)成冰,體積膨脹,因而導(dǎo)致凍土膨脹。如果基礎(chǔ)置于冰凍線(xiàn)內(nèi),凍結(jié)時(shí)的凍脹力可將房屋拱起,解凍后房屋又將下沉。凍結(jié)、融化的程度在整幢建筑范圍內(nèi)是不可能均勻的,不均勻的凍融,引起不均勻的脹縮,因而導(dǎo)致建筑出現(xiàn)裂縫、傾斜以致破壞。第27頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三不是所有的地基土都會(huì)發(fā)生凍漲的,如顆粒很大的礫石、粗砂等,一是因毛細(xì)作用較小,難以引起地下水上升;二是因顆粒間空隙很大,不會(huì)保留水分,即使凍結(jié)也不會(huì)引起土的體積膨脹,這就是非凍漲土。而顆粒小、密度大、保水性強(qiáng)的粘土及粘性砂土等則屬于凍漲土。在凍漲土中埋置基礎(chǔ)必須將基礎(chǔ)底面置于冰凍線(xiàn)以下,即置于不凍土之中,以避免凍害發(fā)生(圖2-11)。在嚴(yán)寒地區(qū),土的凍結(jié)深度可達(dá)2~3m。對(duì)于低層和荷載較小的建筑,如將基礎(chǔ)埋置在凍土層以下,勢(shì)必大幅度提高土方量和工程總造價(jià)。因此,這類(lèi)建筑如室內(nèi)有采暖和自身剛度較好、體量較小時(shí),將基礎(chǔ)埋于凍土層內(nèi)也不致引起建筑的開(kāi)裂破壞。第28頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三三、影響基礎(chǔ)埋深的因素很多,主要有以下幾點(diǎn):(1)建筑物上部荷載的大小和性質(zhì)。多層建筑一般根據(jù)地下水位及凍土深度等來(lái)確定埋深尺寸。一般高層建筑的基礎(chǔ)埋置深度為地面以上建筑物總高度的1/10。(2)工程地質(zhì)條件。基礎(chǔ)底面應(yīng)盡量選在常年未經(jīng)擾動(dòng)而且堅(jiān)實(shí)平坦的土層或巖石上,俗稱(chēng)“老土層”。因?yàn)樵诮咏乇砻娴耐翆觾?nèi),常帶有大量植物根、莖的腐殖質(zhì)或垃圾等,故不宜選為地基。(3)水文地質(zhì)條件。確定地下水的常年水位和最高水位,以便選擇基礎(chǔ)的埋深。一般宜將基礎(chǔ)落在地下常年水位和最高水位之上,這樣可不需進(jìn)行特殊防水處理,節(jié)省造價(jià),還可防止或減輕地基土層的凍脹。(4)地基土壤凍脹深度。應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件了解土層的凍結(jié)深度,一般將基礎(chǔ)的墊層部分做在土層凍結(jié)深度以下。否則,冬天土層的凍脹力會(huì)把房屋拱起,產(chǎn)生變形;天氣轉(zhuǎn)暖,凍土解凍時(shí)又會(huì)產(chǎn)生陷落。(5)相鄰建筑物基礎(chǔ)的影響。新建建筑物的基礎(chǔ)埋深不宜深于相鄰的原有建筑物的基礎(chǔ);但當(dāng)新建基礎(chǔ)深于原有基礎(chǔ)時(shí),則要采取一定的措施加以處理,以保證原有建筑的安全和正常使用。第29頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三第三節(jié)基礎(chǔ)的構(gòu)造一、基礎(chǔ)類(lèi)型基礎(chǔ)的類(lèi)型很多,應(yīng)選擇受力合理、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便和造價(jià)低廉的基礎(chǔ)類(lèi)型;必須根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)類(lèi)型、高度、地質(zhì)水文和地方材料等諸多因素全盤(pán)分析比較后確定。1、按基礎(chǔ)材料受力特點(diǎn)分類(lèi)(1)剛性基礎(chǔ)凡由剛性材料建造、受剛性角限制的基礎(chǔ)稱(chēng)為剛性基礎(chǔ),如素混凝土、毛石混凝土、毛石、磚、灰土、三合土建造的基礎(chǔ)等。這類(lèi)基礎(chǔ)的大放腳(基礎(chǔ)的擴(kuò)大部分)較高,體積較大,埋置較深。剛性基礎(chǔ)有利于使用地方材料,成本較低,施工簡(jiǎn)便,應(yīng)用很廣。剛性基礎(chǔ)適用于土質(zhì)較均勻、地下水位較低、6層以下的磚墻承重建建筑(圖2-12a)。第30頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三(2)擴(kuò)展基礎(chǔ)(柔性基礎(chǔ))主要指鋼筋混凝土基礎(chǔ),它以鋼筋抵抗拉應(yīng)力,不受材料剛性角限制,因而大放腳矮、體積小、挖方少、埋置淺,但耗用鋼材、水泥和模板量大,且技術(shù)要求較高。因而這種基礎(chǔ)多用于土質(zhì)較差、荷載較大、地下水位較高等條件下的大中型建筑(圖2-12b)。第31頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三2、按構(gòu)造形式分類(lèi)(1)獨(dú)立基礎(chǔ)當(dāng)建筑物為柱承重且柱距較大時(shí),宜采用獨(dú)立基礎(chǔ),柱間墻體可支承在基礎(chǔ)梁上。這種做法土方量較小,施工簡(jiǎn)便。但基礎(chǔ)與基礎(chǔ)之間無(wú)構(gòu)件連接,個(gè)別基礎(chǔ)如發(fā)生不均勻沉降,相互不能制約。因此,獨(dú)立基礎(chǔ)適合于地質(zhì)均勻、荷載均勻和裝配式框架結(jié)構(gòu)建筑(圖2-13)。第32頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三墻承重的建筑,也可采用獨(dú)立基礎(chǔ),可減少土方開(kāi)挖和便于管道穿過(guò)(圖2-14)。第33頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三(2)條形(帶形)基礎(chǔ)在連續(xù)的墻下或密集的柱下,宜采用條形基礎(chǔ)。這種基礎(chǔ)縱向整體性好,可減緩局部不均勻下沉,多用于磚混結(jié)構(gòu)建筑,并多采用地方材料,用途極廣。缺點(diǎn)是土方量大,施工場(chǎng)地開(kāi)挖縱橫溝槽,搬運(yùn)不便(圖2-15)。第34頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三(3)井格基礎(chǔ)當(dāng)?shù)鼗鶙l件較差,為了提高建筑物的整體性,防止柱子之間產(chǎn)生不均勻沉降,常將柱下基礎(chǔ)沿縱橫兩個(gè)方向擴(kuò)展連接起來(lái),做成十字交叉的井格基礎(chǔ)。柱下基礎(chǔ)縱橫相連組成井字格狀,叫井格基礎(chǔ)。它可克服獨(dú)立基礎(chǔ)下沉不均的弊病,適用于荷載較復(fù)雜、地質(zhì)情況較差的工程。井格基礎(chǔ)造價(jià)較高,施工復(fù)雜,多用于高層建筑(圖2-16)。第35頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三(4)筏片基礎(chǔ)當(dāng)建筑物上部荷載大,而地基較弱,這時(shí)采用簡(jiǎn)單的條形基礎(chǔ)或井格基礎(chǔ)已不能適應(yīng)地基變形的需要,通常將墻或柱下基礎(chǔ)連成一片,使建筑物的荷載承受在一塊整板上成為片筏基礎(chǔ)。由整片的鋼筋混凝土板承受整個(gè)建筑的荷載并傳給地基,這種基礎(chǔ)形似筏子,故稱(chēng)筏片基礎(chǔ),也稱(chēng)滿(mǎn)堂基礎(chǔ)。筏片基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式叉可分為板式和粱板式兩大類(lèi)。前者板的厚度較大、構(gòu)造簡(jiǎn)單;后者板的厚度較小,但增加了雙向梁,構(gòu)造復(fù)雜。筏片基礎(chǔ)適用于地基承載力較差、荷載較大的房屋,如高層建筑(圖2-17)。第36頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三(5)箱式基礎(chǔ)將筏片基礎(chǔ)的四周和頂部用鋼筋混凝土澆筑成盒狀的整體基礎(chǔ)叫做箱式基礎(chǔ)。這種形式既可提高建筑物和基礎(chǔ)的剛度,又可利用基礎(chǔ)的空間用作地下室,并避免了大體積土方的回填。箱式基礎(chǔ)適用于總荷載很大,淺層地質(zhì)情況較差需要大幅度的深埋,并需設(shè)一層或多層地下室的高層或超高層建筑。箱式基礎(chǔ)的底板、壁板和頂板的結(jié)構(gòu)形式又可分為板式和梁板式。圖2-18所示為雙層地下室的板式箱式基礎(chǔ)。第37頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三3、按基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)連接方式分類(lèi)(1)整體連接在基礎(chǔ)中埋入鋼筋骨架并伸出基礎(chǔ)頂端,上部結(jié)構(gòu)(如鋼筋混凝土柱、墻或梁)施工時(shí),將其主筋與基礎(chǔ)預(yù)埋筋銜接,然后支模板、澆筑混凝土。這種連接方法的整體性好,施工簡(jiǎn)便,不需大型起重設(shè)備,但柱或墻的施工機(jī)械化程度不高,進(jìn)度較慢(圖2-19)。第38頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三(2)杯口連接在基礎(chǔ)上端預(yù)留成上大下小的杯形插口,將預(yù)期柱的下端插入杯口并調(diào)整、打楔、定位后,在柱與杯口的空隙中澆注細(xì)石混凝土。這種連接方式可減少柱施工時(shí)的大量模板和腳手架,減少現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè),提高工業(yè)化程度,加快了施工速度。但需要大中型起重設(shè)備,柱的耗鋼量較多(圖2-20)。繪制柱與基礎(chǔ)整體連接的剖面示意圖。第39頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三二、剛性基礎(chǔ)構(gòu)造基礎(chǔ)一般是指建筑物埋在土中的部分?;A(chǔ)的底面積愈大,其底面的壓強(qiáng)愈小,對(duì)地基的負(fù)荷愈有利。但放大的尺寸超過(guò)一定范圍,超過(guò)基礎(chǔ)材料本身的抗拉、抗剪能力,就會(huì)引起折裂破壞。從圖2-21中可看出,折裂的方向不是沿柱或墻的外側(cè)垂直向下的,而是與垂線(xiàn)形成一個(gè)角度,這個(gè)角度就是材料特有的剛性角ɑ,而且各種材料具有各自的剛性角,剛性角范圍內(nèi)建造的無(wú)筋基礎(chǔ)就叫剛性基礎(chǔ)。為設(shè)計(jì)和施工方便,將剛性角換算成其角度的正切值即tanɑ=b/h。表2-2為各種材料建造的基礎(chǔ)臺(tái)階寬高比容許值。第40頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三(1)混凝土基礎(chǔ)(也叫素混凝土基礎(chǔ))這種基礎(chǔ)多采用C15或C20混凝土澆筑而成,它堅(jiān)固耐久、抗水抗凍,多用于地下水位較高或有冰凍剛性角的形成情況的建筑?;炷恋膭傂越菫?5°(b/h≤1),以防因石子堵塞影響澆筑質(zhì)量,從而減少了基礎(chǔ)底的有效面積。為此,基礎(chǔ)的斷面應(yīng)保證兩側(cè)有不小于200mm的垂直面,然后按剮性角容許值傾斜,這種形式的基礎(chǔ)叫梯形基礎(chǔ),梯形截面的獨(dú)立基礎(chǔ)叫錐形基礎(chǔ)(圖2-22)。第41頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三梯形截面混凝土基礎(chǔ)的斜面模板支設(shè)較難,且澆注時(shí)極易將其拱起。也可采用臺(tái)階狀截面,支模和澆筑均較方便,但混凝土的用量較大(圖2-23)?;A(chǔ)底面下可設(shè)置墊層,墊層多用低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土(C7.5、C10)或三合土,厚度80~100mm,每側(cè)加寬80—100mm。墊層不計(jì)入基礎(chǔ)面積,作用是找平坑椎,便于放線(xiàn)和傳遞荷載,在鋼筋混凝土基礎(chǔ)下的墊層還有防潮、防水、保護(hù)鋼筋的作用。第42頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三(2)毛石混凝土基礎(chǔ)當(dāng)混凝土基礎(chǔ)的體積過(guò)大時(shí),為節(jié)省混凝土用量和減緩大體積混凝土在凝固過(guò)程中產(chǎn)生大量熱量不易散發(fā)而引起開(kāi)裂,可加入適量毛石,這就叫毛石混凝土基礎(chǔ)。加入的毛石粒徑不得超過(guò)300mm,也不得大于每臺(tái)寬度或高度的1/3,加入的毛石體積為總體積的20%~30%,且應(yīng)分布均勻(圖2-24)。第43頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三(3)磚基礎(chǔ)用粘土磚砌筑基礎(chǔ)取材容易,價(jià)格低廉,施工簡(jiǎn)便,目前仍被大量采用。缺點(diǎn)是強(qiáng)度、耐久性、抗凍性和整體性均較差。適合用于5層以下磚混結(jié)構(gòu)房屋。磚基礎(chǔ)的臺(tái)階寬高比容許值為b/h≤1.5,由于磚的規(guī)格和砌筑規(guī)范要求,退臺(tái)寬度限定為1/4(磚長(zhǎng)+灰縫寬)=62.5mm。常用的做法是每砌筑2皮磚退一臺(tái),這種砌法叫等高式,其寬度比為62.5:126≈1:2,這個(gè)比值小于容許值1:1.5,符合要求且偏于安全,但用料較多,埋深較大(圖2-25a)。第44頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三另外一種砌法是砌2皮退一臺(tái),緊接著砌一皮退一臺(tái),依此類(lèi)推,值得注意的是,最底一臺(tái)必須是2皮磚。這種砌法叫間隔式,其寬高比為126:189=1:1.5,剛好符合剛性角最低要求。從圖2-25b中可以看出,間隔式的大放腳高為567mm,較圖2-25a的等高式大放腳高756mm降低了189mm(即3皮磚)。因而在材料消耗、埋置深度和土方量等方面均有明顯的優(yōu)勢(shì),但這種砌法變化較多,容易出錯(cuò),且宜選用質(zhì)地較好的磚和砂漿。第45頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三圖2-26所示為等高式與間隔式的帶形和獨(dú)立磚基礎(chǔ)的外觀(guān)。第46頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三(4)毛石基礎(chǔ)毛石是一種天然石材經(jīng)粗略加工使其基本方整、便于人力搬運(yùn)、操作的石料。砌在露明處的毛石粒徑一般不小于300mm,中間填塞的餡石可適當(dāng)減小。毛石基礎(chǔ)的強(qiáng)度、抗水、抗凍、抗腐蝕性能均較好,唯體積較大、自重較大、操作要求高、勞動(dòng)強(qiáng)度大。毛石的運(yùn)輸、堆放不便,故多被采用在鄰近山區(qū)石材豐富的一般標(biāo)準(zhǔn)的磚混結(jié)構(gòu)的建筑基礎(chǔ)工程中。第47頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三毛石基礎(chǔ)的臺(tái)階寬高比容許值b:h≤1:1.5。由于毛石的形體不規(guī)則,塊體不宜過(guò)大也不宜過(guò)小,每砌一臺(tái)不可能一皮找平,至少也需砌筑2皮方可找平,因而每臺(tái)的高度不得小于400mm,高度愈大則愈便于砌筑。退臺(tái)寬不能按寬高比退進(jìn),即b≤(1/1.5)400≤267mm。因毛石的粒徑一般為300mm左右,那么退臺(tái)后上皮毛石僅能搭接下皮毛石23mm,顯然這塊毛石將自行脫落或完全失效。所以,施工規(guī)范規(guī)定毛石退臺(tái)寬度b≤200mm。如此看來(lái),毛石基礎(chǔ)退臺(tái)的最經(jīng)濟(jì)做法為b:h≥200:400,是偏于安全的,這是由于毛石本身特點(diǎn)所決定的。第48頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三另外,毛石基礎(chǔ)最窄的一臺(tái)寬度應(yīng)不小于500mm,墻或柱底在毛石基礎(chǔ)頂部每側(cè)寬度應(yīng)不小于100mm。毛石基礎(chǔ)底寬≤700mm時(shí),應(yīng)做成矩形截面,無(wú)須退臺(tái)(圖2-27)。第49頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三(5)灰土基礎(chǔ)在地下水位較低、5層以下磚混結(jié)構(gòu)的條形磚石基礎(chǔ)下面,可做灰土墊層,以提高基礎(chǔ)的整體性。當(dāng)灰土墊層厚度超過(guò)100mm時(shí),可將其作為基礎(chǔ)使用和計(jì)算,所以較厚的灰土墊層也叫灰土基礎(chǔ)(圖2-28)。第50頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三灰土是用粉狀生石灰和松散的粘土加少量水拌合而成。石灰與粘土的比例,用于基礎(chǔ)的多為3:7或4:6;用作墊層的可為2:8。灰土基礎(chǔ)的高度以150mm的整倍數(shù)計(jì),即每夯實(shí)150mm高為一步,在夯實(shí)的一步上繼續(xù)夯實(shí)一步,所形成的高度為一步150mm,兩步300mm,三步450mm,以此類(lèi)推?;彝粱A(chǔ)在夯實(shí)、碳化后堅(jiān)如石材,且隨時(shí)間推移而提高強(qiáng)度,故被廣泛應(yīng)用。但其抗凍性較差,不宜將灰土基礎(chǔ)做到地面,所以宜將其置于下部作為墊層。在灰土墊層上改用磚或毛石砌筑大放腳。第51頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三大放腳底面從何處做起,要根據(jù)灰土基礎(chǔ)的剛性角(b:h≤1:1.5)確定。圖2-28a所示的退回尺寸b是根據(jù)灰土高h(yuǎn)求得的,即b≤h/1.5。如果b尺寸取得太小,則對(duì)磚基礎(chǔ)的大放腳有所浪費(fèi);如果b尺寸取得過(guò)大,則灰土底面有效寬度受到損失,更是不能允許的。圖2-28b為灰土墊層磚基礎(chǔ)的外觀(guān)。第52頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三(6)三合土基礎(chǔ)三合土由石灰、砂和碎磚組成叫碎磚三合土,如將碎磚換用碎石則叫碎石三合土。它的體積配比為1:3:6或1:2:4,加水拌合夯實(shí)而成,施工方法與灰土近似,適于3層以下普通磚房的基礎(chǔ)墊層,計(jì)算方法仍按基礎(chǔ)的剛性角控制。如果建筑物的荷載較大、地耐力不大時(shí)仍然采用剛性基礎(chǔ),會(huì)出現(xiàn)什么情況?怎么辦?第53頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三第54頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三三、擴(kuò)展基礎(chǔ)(鋼筋混凝土基礎(chǔ))的構(gòu)造當(dāng)荷載大、地耐力小時(shí),若仍采用剛性基礎(chǔ),勢(shì)必加寬基礎(chǔ)底寬,在剛性角的限制下則必需加大大放腳高度,加大埋深,增加挖方和材料用量,對(duì)工期和造價(jià)均不利。特別是有軟弱下臥層的地基,加大埋深就減少了持力層的厚度,影響房屋的安全。在這種情況下,不宜使用剛性基礎(chǔ),而宜使用擴(kuò)展基礎(chǔ),擴(kuò)展基礎(chǔ)是在基礎(chǔ)的受拉區(qū)的混凝土中配置鋼筋,由彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力全部由鋼筋承擔(dān),因而就不受剛性角的限制?;A(chǔ)的“大放腳”就可以做得很寬、很薄,所以也叫板式基礎(chǔ),它的截面面積較剛性基礎(chǔ)小得多,埋深也淺得多,挖土方量也少得多。但是它增加了鋼筋和混凝土的用量,綜合造價(jià)還是較高的。第55頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三擴(kuò)展基礎(chǔ)相當(dāng)于倒置的懸臂板,根部的負(fù)彎矩和剪切力側(cè)的負(fù)彎矩和剪切力逐漸減小,因而板的厚度和配筋也隨之減小。按構(gòu)造需要,板端最薄處不應(yīng)小于200mm,根部厚度需進(jìn)行計(jì)算,一般最經(jīng)濟(jì)厚度為b/4。擴(kuò)展基礎(chǔ)屬于受彎構(gòu)件,混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20,配筋需經(jīng)計(jì)算求得,但受力筋直徑不小于8mm,間距不大于200mm(圖2-29)。用較低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土作墊層,可以起找平、傳力和隔潮作用。設(shè)墊層的鋼筋距基礎(chǔ)底面不小于35mm,不設(shè)墊層時(shí)則加大到70mm,以保護(hù)鋼筋免遭銹蝕。圖2-29所示為擴(kuò)展基礎(chǔ)的構(gòu)造。第56頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三四、常用基礎(chǔ)的比較綜上所述,常用的幾種基礎(chǔ)均有各自的優(yōu)缺點(diǎn),選擇基礎(chǔ)類(lèi)型時(shí),必須結(jié)合工程上部結(jié)構(gòu)的形式、荷載、地質(zhì)情況、當(dāng)?shù)夭牧蟻?lái)源、施工能力以及投資限額等諸多因素作綜合性技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后決定。表2-3是常用基礎(chǔ)的比較。第57頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三第四節(jié)基礎(chǔ)構(gòu)造中的特殊問(wèn)題一、相鄰建筑基礎(chǔ)處理1、同時(shí)新建房屋的相鄰基礎(chǔ)宜埋置在同一深度上,并設(shè)置沉降縫。2、新建房屋與原有房屋相鄰時(shí),新基礎(chǔ)應(yīng)淺于原基礎(chǔ)或持平,以保證原房屋的安全。3、新建房屋與原有房屋相鄰,但新基礎(chǔ)必須深于原基礎(chǔ)時(shí),為了不破壞原基礎(chǔ)下擴(kuò)散角內(nèi)土層,保證原房屋的安全,必須使新基礎(chǔ)離開(kāi)舊基礎(chǔ),離開(kāi)的距離不得小于新舊基礎(chǔ)底面高差的2倍,并于新基礎(chǔ)上用挑梁支承墻粱及外墻,新舊墻體間留出沉降縫(圖2-30)。第58頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三二、不同埋深的基礎(chǔ)處理因受地形、層高或內(nèi)外墻交接等條件要求,連續(xù)的基礎(chǔ)會(huì)出現(xiàn)不同埋深。這個(gè)高差應(yīng)作成踏步形逐臺(tái)下跌,每踏步高不大于500mm,踏步長(zhǎng)不小于1000mm,以防止在陡然高差處墻體斷裂或發(fā)生不均勻下沉(圖2-31)。第59頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三第五節(jié)地下室構(gòu)造在建筑物底層下面的房間叫地下室,它是在限定的占地面積中爭(zhēng)取到的使用空間,可作安裝設(shè)備、儲(chǔ)藏存放、商場(chǎng)、餐廳、車(chē)庫(kù),以及戰(zhàn)備防空等多種用途。高層建筑的基礎(chǔ)很深,利用這個(gè)深度建造一層或多層地下室,既增加了使用面積,又省掉房心填土之費(fèi)用,一舉兩得。圖2-32為地下室示意圖。第60頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三第61頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三由于地下室位于地下,與地上房間有很多差別,如采光通風(fēng)不利。低標(biāo)準(zhǔn)建筑的地下室多用作儲(chǔ)藏間,高標(biāo)準(zhǔn)建筑需采用機(jī)械通風(fēng)和人工照明方可用作商場(chǎng)、餐廳。地下’室的四壁和底板受地下水的包圍,因而防潮、防水的構(gòu)造復(fù)雜、費(fèi)用較多,如處置不好或年久失修,將有滲漏和潮濕現(xiàn)象發(fā)生,使用不便。地下室的污水排水管低于市政管網(wǎng)標(biāo)高,因而排水構(gòu)造復(fù)雜、費(fèi)用較高。地下室受外界影響較小,噪音和振動(dòng)干擾甚微,故可用作手術(shù)室和精密儀表車(chē)間。由于地下室受外界氣溫影響較小,即所謂冬暖夏涼,故而可用作蔬菜水果倉(cāng)庫(kù)。地下室受厚土層的覆蓋,可按人防工程設(shè)計(jì)規(guī)范建造,作為防御空襲之用。第62頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三一、地下室的類(lèi)型按使用功能分,有普通地下室和防空地下室;按頂板標(biāo)高分,有半地下室和全地下室;按結(jié)構(gòu)材料分,有磚墻結(jié)構(gòu)地下室和混凝土墻地下室。(1)按埋入地下深度的不同分類(lèi)①全地下室。指房間地平面低于室外地平面的高度超過(guò)該房間凈高的1/2者。②半地下室。指房間地平面低于室外地平面的高度超過(guò)該房間凈高的1/3,且不超過(guò)1/2者。半地下室通常利用采光井采光(看右圖),這類(lèi)做法的實(shí)例較多?,F(xiàn)代高層建筑均設(shè)有地下室。第63頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三(2)按使用功能的不同分類(lèi)①普通地下室。一般用作高層建筑的地下停車(chē)庫(kù)、設(shè)備用房;根據(jù)用途及結(jié)構(gòu)需要可做成一層或二、三層、多層地下室(看下圖)。②人防地下室。結(jié)合人防要求設(shè)置的地下空間,用以應(yīng)付戰(zhàn)時(shí)情況下人員的隱蔽和疏散,并有具備保障人身安全的各項(xiàng)技術(shù)措施。按人防地下室的使用功能和重要程度,將人防地下室分為六級(jí)。設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格遵照人防工程的有關(guān)規(guī)范進(jìn)行。第64頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三二、地下室的構(gòu)成地下室由墻體、底板、頂板、門(mén)窗、樓梯五大部分組成。1、墻體地下室的外墻不僅承受垂直荷載,還承受土、地下水和土壤凍脹的側(cè)壓力。因此地下室的外墻應(yīng)按擋土墻設(shè)計(jì),如用磚砌墻,最小厚度不小于490mm;如用混凝土或鋼筋混凝土墻,則應(yīng)依計(jì)算求得,其最小厚度不低于300mm。外墻還應(yīng)作防潮或防水處理。2、頂板可用預(yù)制板、現(xiàn)澆板,或者預(yù)制板上做現(xiàn)澆層,如為防空地下室,必須采用現(xiàn)澆板并按有關(guān)規(guī)定決定板的厚度和混凝土強(qiáng)度等級(jí)。在無(wú)采暖的地下室頂板上,即地面首層地板處,應(yīng)設(shè)置保溫層,以利首層房間的使用舒適。第65頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三3、底板底板處于最高地下水位之上時(shí),可按一般地面工程做法,即墊層上現(xiàn)澆混凝土60~80mm厚,再做面層;如底板處于地下水之中時(shí),底板不僅承受地面垂直荷載,還要承受地下水的浮力荷載,因此應(yīng)采用鋼筋混凝土底板,并雙層配筋。底板下墊層上還應(yīng)設(shè)置防水層,以防滲漏。4、門(mén)窗普通地下室的門(mén)窗與地上房間門(mén)窗相同,地下室外窗如在室外地坪以下時(shí),應(yīng)設(shè)置采光井和防護(hù)篦,以利室內(nèi)采光通風(fēng)和室外行走安全。防空地下室一般不允許設(shè)窗,如需開(kāi)窗,應(yīng)設(shè)置戰(zhàn)時(shí)堵嚴(yán)措施。防空地下室的外門(mén)應(yīng)按防空等級(jí)要求相應(yīng)設(shè)置防護(hù)構(gòu)造。5、樓梯可與地面上房間結(jié)合設(shè)置,層高小或用作輔助房間的地下室,可設(shè)置單跑樓梯。用作防空的地下室,每幢至少要設(shè)置兩部樓梯通向地面的安全出口,并且必須有一個(gè)是獨(dú)立的安全出口。這個(gè)安全出口周?chē)坏糜休^高的建筑物,以防因空襲倒塌堵塞出口影響疏散。第66頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三三、地下室采光構(gòu)造地下室的外窗處,可按其與室外地坪的高差情況設(shè)置采光井。采光井可單獨(dú)設(shè)置,也可聯(lián)合設(shè)置,視外窗的間距而定。采光井由三面?zhèn)葔?、底板和防護(hù)篦組成。側(cè)墻可用磚砌筑,底板應(yīng)使用混凝土澆筑。底板面應(yīng)較窗臺(tái)低250~300mm,以防雨水濺人和倒灌。井底應(yīng)做1%~3%的縱坡,將雨水引入排水管道(圖2-33)。繪制采光井的俯視、平面、剖面示意圖。第67頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三四、地下室防潮與防水做法地下室的外墻和底板都埋在地下,常年受到土中水分和地下水的侵蝕和擠壓,如不采取有效的構(gòu)造措施,地面水或地下水將滲透到地下室內(nèi),輕則引起墻皮脫落,墻面霉變,影響美觀(guān)、使用和人體健康,重則降低建筑物的耐久性甚至破壞。因此,保證地下室不潮濕、不進(jìn)水是地下室設(shè)計(jì)和施工的重要任務(wù)。第68頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三1、地下室的防潮做法當(dāng)設(shè)計(jì)最高地下水位低于地下室地面墊層下皮標(biāo)高時(shí),水中的水分僅是下滲的地面水和上升的毛細(xì)管水,這類(lèi)水沒(méi)有側(cè)壓力和上浮力,只需做防潮處理(圖2-34)。地下室外墻的防潮做法是:如為磚墻,需用水泥砂漿砌筑,并做到灰縫飽滿(mǎn)避免空隙。外墻面用1:3水泥砂漿抹20mm厚,刷冷底子油一道、熱瀝青兩道。如澆筑混凝土墻,防潮效果更好。在防潮層外側(cè)應(yīng)回填不易透水的土壤,如粘土、低比例灰土等,并分層夯實(shí),以減輕地面水下滲對(duì)地下室外墻的滲透危害。這部分回填土的寬度應(yīng)不少于500mm,其余的回填土可使用原地挖方土,以節(jié)省開(kāi)支。底板的防潮做法是在灰土或三合土墊層上澆筑60~80mm厚密實(shí)的C15混凝土,然后再做地面面層。第69頁(yè),講稿共78頁(yè),2023年5月2日,星期三地下室防水設(shè)計(jì)要求地下工程比較復(fù)雜,防水設(shè)計(jì)應(yīng)考慮地表水、地下水、毛
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