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清水河县坡改梯项目设计1.docx

清水河县坡改梯项目设计1

 

清水河县坡耕地水土流失综合治理工程

实施方案

 

清水河县水土保持工作站

2011年03月

 

1总体布置与措施设计

1.1水土保持分区

项目区位于清水河县中部,清水河流域下游,属黄土丘陵沟壑区、低山丘陵区,主要地貌特征为梁峁沟坡,水土流失的主要形式是水力侵蚀,多发生于沟坡梁峁,面蚀沟蚀并行,沟头沟沿均不同程度出现重力侵蚀,水土流失较为严重,在水土保持“三区划分”中属于重点治理区。

1.1.1土地利用现状及土地资源评价

(1)土地利用现状

项目区总面积80

,其中耕地3570

,占总土地面积44.63%;林地233.7

,占总土地面积2.92%;草地3948.5

,占总土地面积49.36%;交通运输用地72

,占总土地面积0.90%;城镇用地157

,占总土地面积1.96%;其它用地18.8

,占总土地面积0.24%。

人均土地2.44

,人均耕地1.09

详见表5-1。

表5-1         项目区土地利用现状表

项目

耕地

林地

草地

交通运输用地

城镇村

其他

合计

用地

用地

面积(hm²)

3570.00

233.70

3948.50

72.00

157.00

18.80

8000.00

占总土地

44.63

2.92

49.36

0.90

1.96

0.24

100.00

面积比%

人均量

1.09

0.71

1.20

0.02

0.048

0.006

3.07

(hm²/人)

(2)土地资源评价

经实地调查,对地形、地貌、土壤特性、侵蚀程度等指标分析,按照《水土保持规划通则》(GB/T15772—2008),根据各类土地的可利用程度,土壤养分分级标准,结合项目区内各土地类型的生产能力,本着充分发挥土地的生产潜力,地尽其用、确定土地等级和对各业用地的适宜性,因地制宜合理的利用途径,提高经济效益。

土地适宜性评价详见表5-2。

表5-2          土地资源评价等级表

评价指标

评价等级

地貌

<3º

3º~5º

5º~15º

15º~25º

25º~35º

土壤侵蚀程度

微度

微度

轻度

中度

强度

土壤质地

轻壤~中壤

轻壤~中壤

轻壤~中壤

中壤~重壤

重壤、粗砂

有机含量(%)

>1.0

0.8~1.0

0.5~0.8

0.3~0.5

0.1~0.3

砂石含量(%)

<2

2~5

5~15

15~30

30~50

有无灌溉条件

土地适宜性

宜农

宜农、果

宜农、牧、林

宜林、牧

宜林、牧

面积(hm²)

613

1227

5600

400

160

占总面积比例(%)

7.66

15.34

70.00

5.00

2.00

根据各项评价指标,得出以下评价结果:

一级地占项目区总土地面积仅7.66%,位于坡度<3º的平坦地,二级地占项目区总土地面积的15.34%,位于坡面下方的缓坡地,地形较平缓,土层较厚,可作为农、果地利用;三级地占项目区总面积的70%,属缓坡地,耕作利用较难,适合用作林、牧用地;四级地占项目区总面积的5%,该级土地坡度较陡,已不能耕作,只适合作为林、牧用地;五级地占项目区总土地面积的2%,该级土地坡度较陡,作为林、牧用地必须采取防治水土流失的措施。

1.1.2土地利用调整原则

为改变项目区农牧业生产存在的广种薄收,粗放经营,土地退化日趋严重的现实,必须首先调整项目区内的土地利用结构。

合理利用土地是充分保护、科学利用土地资源、调整产业结构的基础。

根据项目区土地适宜性评价结果和土地利用及生产力现状,结合项目区农牧业经济发展方向,做到宜农则农、宜林则林、宜牧则牧,确定农、林、牧等各业土地使用方向和布局,充分发挥土地的生产潜力。

具体为:

将坡度小于15º以下的坡耕地全部改造成坡式梯田,在水源有保证地区,配套建设相应的节水灌溉工程,并实行山、水、田、林、路综合治理,将坡度大于15º的坡耕地退耕还林、还牧,以增加地面植被覆盖,控制水土流失,改善生态环境。

1.1.3土地利用结构调整前后变化情况

(1)现状农耕地面积3570

,其中旱平地178

,坡式梯田230

,坡耕地3162

根据项目区人均耕地面积、土地生产力等情况,本次规划在现有坡耕地上发展2816

坡式梯田,完成节水灌溉农田面积450

将坡度大于15°以上的95

坡耕地退耕还草。

(2)现状林地面积233.7

,占总土地面积的2.92%,林地面积偏少,且分散,未能起到生态防护效益。

所以根据项目区生态环境条件、地力分级以及土地生产能力等,通过项目实施林地面积增加到1033.7

,占总土地面积的12.92%,从而有效防止水土流失,改善生态环境。

总之,项目区土地利用结构农、林、牧和其它各业用地比例的得到合理的调整,有效提高了土地资源利用率,使农、林、牧、副各业协调发展。

具体见附表1-土地利用现状及调整表。

1.2工程总体布置

1.2.1工程治理原则

(1)坚持集中连片综合治理的原则。

(2)坚持因地制宜,实事求是的原则。

(3)坚持生态建设与增加农民收入,尽快脱贫致富,促进经济发展相结合的原则。

(4)坚持重点项目区和面上造林任务相结合。

(5)坚持保护与建设相结合,开发与治理相结合,国家与地方、集体和个人投资、投劳相结合,生态效益与经济效益、社会效益相结合。

1.2.2工程措施总体布置

根据项目区地形地貌、土地利用方式和水土流失特点,因地制宜、因害设防,全面统筹、科学地配置各项水土保持措施,采用工程措施和林草措施相结合,治坡和治沟相结合的措施进行布置和治理。

坡耕地治理措施布置:

根据项目区多为丘陵地貌,起伏平缓的特点,在坡面坡度较为小、土质肥沃的坡耕地上修筑坡式梯田。

坡式梯田的田埂间距按20.6m,田面长按300m布置。

在梯田区内布设从坡底到坡顶,从村庄到田间的作业路,路面宽度采用4m。

防护林布置在田间路的两侧,设计田间路两侧各栽植两行青杨。

1.35.3措施设计

5.3.1坡式梯田工程设计

项目区坡耕地多,将坡耕地改为坡式梯田是项目区农耕地改良与保护的主要措施之一。

武川县是国家坡改梯项目建设的重点县,该措施是当地群众在长期的生产实践中积累的成功经验,农民已掌握了修筑技术,其投入少,见效好,适于推广。

项目区坡式梯田实施面积2816

(1)坡式梯田设计依据于标准

①依据国家标准《水土保持综合治理规范》GB/T16453.1—2008。

②坡式梯田必须保证拦蓄两埂间10年一遇24h最大降雨所产生的径流与泥沙。

③田埂断面的标准:

埂高50~60cm,埂顶宽30~40cm,外坡1:

0.5,内坡1:

1。

(2)坡式梯田的断面设计

所谓坡式梯田就是在缓坡耕地上,根据坡度大小、土层厚薄和机械作业的要求,在坡面上相隔一定距离沿等高线作埂,修成坡式梯田,而后用定向翻转犁逐年向下坡方向耕翻,使田面逐渐达到水平梯田。

①等高埂间距的确定

主要根据地面坡度、土层厚度和机械作业要求而定。

地面坡度小、土层厚,田面可宽些;地面坡度大、土层较薄则窄些。

其要领是坡式梯田达到水平后,挖方部位田面以下要保留0.4~0.5m厚的土层。

据中国农业大学多年在武川县原大豆铺乡的试验观测,导出埂高、埂距与降水、径流及坡度的关系式,根据下式可确定不同条件下的适宜埂距:

D=500

/R·B·tg

式中:

D—为埂距(m)

H—为埂高;

R—为10年一遇24h最大降雨量(mm);

B—为径流系数取0.15;

—为坡度。

②坡式梯田地埂(田坎)的设计

地埂设计包括埂高、埂底宽、埂顶宽(上宽)、边坡系数。

埂高:

主要根据田面宽度、土质而定,田面宽、土质粘重,埂则高些;田面窄,土质较沙,埂则低些。

根据项目区的多年实践,埂高以超过60cm为宜,田面达到水平后,田坝高度以不超过100cm为宜,否则易塌陷。

埂宽:

取决于埂宽、田埂边坡系数,田埂高、边坡系数大,则埂宽些。

边坡系数:

为防止田埂塌陷,横断面应有一定的边坡。

边坡系数主要取决于土质。

一般粘质土为0.5左右,沙质土为0.7左右。

按照上述原则和中国农业大学在原大豆铺乡的多年实践,坡式梯田的设计以下列标准为宜:

即坡式梯田达到水平后,田坎高100cm(包括安全超高20cm),边坡系数外坡0.5,内坡1,埂顶宽40cm。

施工标准:

埂高60cm,埂底宽90~100cm,埂顶宽40cm。

其纵横断面见设计图。

③田面宽度设计

由于埂高已选定为60cm,因此,田面宽度主要取决于地面坡度和机械作业要求。

在施工中可按下列规范化设计进行,详见表6-1。

表6-1坡式梯田断面尺寸表

坡面坡度

田面净宽

埂高

埂顶宽

田埂边坡系数

(m)

(m)

(m)

22

0.6

0.4

外坡0.5,内坡1

20

0.6

0.4

外坡0.5,内坡1

10º

18

0.6

0.4

外坡0.5,内坡1

坡式梯田断面形式详见设计图及附表7坡式梯田小班设计表。

(3)坡式梯田的施工

坡式梯田采用人工进行施工,施工包括定线、清基、筑埂保留表土等程序。

筑埂应在埂线下方取土,采用下切上垫的方法。

沿等高线布设定线过程中,遇局部地形复杂处,应根据大弯就势、小弯取直的原则处理,有的为保持田面等宽,需适当调整埂线位置。

田埂必须用生土填筑,土中不能夹有石砾、树根、草皮等杂物。

修筑时应分层夯实,每层虑土厚约20cm,夯实厚约15cm。

修筑中每道埂应全面均匀同时升高,不应出现各段参差不齐,影响接茬处质量,田埂升高过程中根据设计田埂坡度,逐层向内收缩,并将坎面拍光。

坡式梯田要加强水土保持耕作措施和田间蓄水工程建设,通过耕作,使田面逐年减缓坡度,最终演变为水平梯田。

5.3.2土地平整工程设计

(1)梯田设计的洪水标准为20年一遇24小时暴雨降雨量,参照《黄土高原水土保持世行贷款项目》中的梯田设计标准。

(2)梯田设计主要是田块设计,即确定田面宽度、田坎高度和田坎侧坡的规格,三者互相关联,均依据地面坡度、土质情况、施工方式而定,并同时考虑省工和机耕的要求。

(3)项目区坡耕地地面坡度均匀,梯田设计时地面坡度统一按5°进行。

梯田的断面各要素设计及规格如下:

a.断面要素设计

田面宽B=H(cota-cotβ)

田坎高H=Lsina

田坎占地宽2b=Hcotβ

田坎占地百分数:

c%=2b/(B+2b)×100%

梯田断面要素图

式中L—斜坡距离B—田面宽b—田宽占地宽的1/2

D—地埂底宽b—地埂顶宽H--田坎高

h–地埂高α-–地面坡度(度)β—田坎侧坡(度)

b.梯田规格参考数

地面坡度

(°)

田面宽度

(m)

田坎外侧坡

(°)

田坎高度

(m)

土方量

(m3/hm2)

运输量

(m3-m/hm2)

田坎占地

(%)

5

20

75

1.79

2236

32790

3.2

根据发展梯田面积计算工程量:

地面坡度

(°)

田面宽度

(m)

田坎外侧坡

(°)

田坎高度

(m)

土方量

(m3/hm2)

面积

(hm2)

土方量

(m3)

5

20

75

1.79

2236

8.33

18633

(4)梯田田面每隔30-50m加筑一道横档,其高度略低于边埂。

(5)田坎坚固稳定,干容重不低于原状土自然容重。

(6)根据项目区规划梯田发展成为水浇地田面的纵坡应设计为1/500。

5.3.3水窖设计

4.2.1工程总体布局设计

座水点种集雨水窖由集雨场、水窖、辅助设施组成,集雨场汇集雨水经引水渠进入沉沙池,沉淀后又经进水口进入窖体,为防止杂物流入,在沉沙池进水口设拦污栅,在窖体的底部设有出水闸阀,利用自流进行灌溉。

4.2.1.1需水量分析

雨水集蓄利用分为坐水点种用水和灌溉用水,坐水点种为一次性点浇,根据当地坐水点种经验,灌水量为5m3/亩,灌溉采用人工浇灌溉方法,农业灌溉用水量在节水灌溉的前提下,按非充分灌溉(限额灌溉)的原理,根据当地或类似地区作物需水量以及本地区作物生育期的降雨量确定,灌溉用水量为50m3/亩。

按照设计浇灌面积,每处工程控制坐水点种5亩,灌溉0.5亩,全年总用水量50m3。

4.2.1.2全年可集雨量

根据清水河县气象资料计算,清水河县的降水资源,可以满足项目规划所需的灌溉用水,本县降水时空分布不均,尤其在年内时间分布上更具特点,6~9月份降水量占全年降水量的78%,并且多以大强度、短历时暴雨出现,多年平均径流系数为0.4,路面、植被稀疏的荒坡产流更大。

在本地区200m2的集水路面或400m2的荒坡面(≥5°),一般年份(保证率50%)即可保证一眼容积为30~50m3的水窖的蓄水要求。

蓄水设施的总容积按下式计算:

V=aWmax

式中V——蓄水设施总容积,m3;

a——容积系数,取0.8;

Wmax——不同保证率年份用水量中最大值。

计算得

蓄水设施水窖的容积≥40m3

4.2.1.3工程布设

根据现目区地形及耕地分布特点,工程主要布设在缓坡地的农业耕作区,利用窖地高差,实现自流灌溉,窖群布设在田间道路两侧的农田内,水窖数量的多少要根据路面产流、田面蓄满产流的水量多少合理布局,避免过密布置。

  利用田间路面作为集水场所,水窖的位置应选在路界外的农田内,修建好引水渠、沉沙池等配套设施。

  项目区农户多分散居住,房舍为平台地,旁边建有麦场,房前多有菜地、农地。

可充分利用庭院地面、麦场、屋顶作为集水场地,在庭院外打窖灌溉附近的农田。

4.2.2集雨场

集雨场工程的材料选择应遵循因地制宜、就地取材、提高集流效率、降低工程造价的原则进行。

主要可采用砌石抹面、屋面、庭院、场院、公路、土路面、天然坡面等。

集雨场是汇集降水径流的场地,集雨场有天然集雨和人工集雨两大类型,该工程在道路、场院附近及自然荒坡较为宽阔地带的蓄水工程以天然集雨面为主,其他地带采用人工硬化集雨场。

4.2.2.1人工集雨场

根据本地区多年平均降雨量400mm,单窖储水量按40m3,降水频率按P=75%的枯水年计,经计算,需设置集雨场面积150-200m2(平面参考尺寸为15×10m)。

人工集雨场结构为浆砌石铺底,水泥砂浆抹面,主要材料为水泥、块石等当地材料,集雨场厚度为10cm,底面采用人工或机械压实。

不同集雨面面积-集水量关系表

集水量

(m3)

降水频率

(P%)

集雨面面积(m2)

人工集雨面

30

50

110

75

145

40

50

145

75

193

50

50

183

75

242

4.2.3储蓄水建筑物(水窖)

设计水窖为筒式窖,窖体由窖口、窖顶、窖筒三部分组成。

窖口:

为便于管护,应高出地面0.5m,直径0.4m,距蓄水最高水面1.0m,用砖砌成。

窖顶:

上部与窖口相连,深0.5~2.cm,半球形,内径由上向下逐渐放大,到窖筒处内径3.5m,用砖砌成。

窖筒(主要蓄水部分):

深4m,直径3.5m,采用素混凝土现浇而成,壁厚8cm,窖底混凝土厚12cm,窖底、侧壁及拱顶用M10砂浆连续抹面2~3遍,以防止渗水,砌砖顶部外侧浇注5~8cm素混凝土,以增加顶部强度。

4.2.4辅助设施

1.引水渠

引水渠的主要任务是将集雨场汇集的雨水引入沉沙池,为砌石矩形渠,宽40cm,深80cm,长度根据地形选定。

2.沉沙池

沉沙池是水窖建设中的重要组成部分。

水窖以集蓄雨洪径流为主,来水中常挟带着泥沙,尤其是坡面、侵蚀沟径流含沙量更大。

因此,修建沉沙池是必不可少的。

   

(1)沉沙池布设位置

   沉沙池为窖前的附属设施,沉沙池离窖口要有3m以外距离,以防止池内渗水造成窖壁坍塌。

   

(2)沉沙池形状、容量

   沉沙池形状以矩形为好,容量大小要根据来水中泥沙含量和沉沙要求决定,泥沙中有悬移质又有推移质。

沉沙池呈矩形长条形。

长2.0m,宽1.0m,深1.0m,池底比进水管低0.8m,设计可沉淀泥沙2.6m3。

   (3)池体结构

   沉沙池为浆砌石结构,矩形池池墙、池底为M7.5水泥砂浆砌石,厚25cm。

内墙壁和池底用水泥砂浆抹面防渗,同时按设计要求埋设进水管。

3.拦污栅

   为了防止防杂草污物进入窖内,在沉沙池的进水管前设置拦污栅,设计用8号铅丝编织成1cm方格网状方形栅,周边用6钢筋绑扎或焊接,长与宽尺寸为25×25cm,埋设于进水管前面池墙内。

4.进水管和溢流管

   进水管采用直径φ10cm的PVC-U塑料硬管,前端位于沉沙池底以上0.8m处,末端从窖顶(地面以下0.5m深处)中穿入窖内60cm,塑管前端用木塞封口,下部开口,防止水流冲刷窖壁。

 溢流管是为了防止窖水超蓄(夜间暴雨),危及水窖安全的补救措施,它可将水窖最高;水位以上的水安全排泄。

一般在窖顶以下埋设直径10cm管道,将多余窖水从溢流管泄出。

5.3.4田间道路设计

坡改梯建设必须考虑田间作业对道路交通的需求,为便利交通、便利耕作、能通行拖拉机和其它农机具,设计田间路。

路面宽为3m,底宽3.6m,路基高0.3m,边坡比1:

1。

路面的纵向坡度不超过10%,每条道路控制田间距离300m左右。

项目区共修田间道路141km。

田间道路图式见图6-1。

2施工组织设计

2.1工程量

武川县坡耕地水土综合整治试点工程实施方案建设区为三年。

项目完成后新增水土流失综合治理面积2816hm2,即“坡改梯”面种2816hm2。

其中:

采用节水灌溉技术发展水浇地450hm2,新打灌溉机电井30眼,修建农田作业路140.8km,栽植防风林18.89万株,修长土谷坊87座。

项目建设主要工程量:

土方111.22万m3,混凝土117.6m3,浆砌石101m3,砖砌体354.6m3,苗木18.89万株,钢筋7.5t。

详见表8-1。

表8-1主要工程量、材料量及用工量汇总表

工程量

用工万工时

材料用量

土方

混凝土m3

浆砌石m3

砖砌体

打井

钢筋

水泥

管材

苗木

万m3

m3

m

t

t

m

万株

111.22

117.6

101

354.6

3900

415.13 

7.5

34.1

68700

19.24

2.2施工条件

2.2.1自然条件

项目区属于典型北温带大陆性干旱、半干旱季风区气侯区,降雨量少而集中,蒸发量大,年内温差变化大,干燥季风。

冬季干燥寒冷,夏季炎热多雨,年内降雨主要集中在6—7月份,占全年降雨的70%左右,且多暴雨,由此造成洪水大,历时短,水土流失严重。

因此,工程施工安排在“春、夏、秋”三个季节进行。

坡改梯、节水灌溉(低压管道、滴灌管网布设)均安排秋后和春耕前实施。

机电井和高低压线路施工春夏秋三个季节均可进行施工。

田间道路、农田防护林挖坑利用农闲时完成,植树造林春秋两季进行。

冬季不宜施工。

2.2.2施工交通条件

项目区内外均有省道通过,自然村之间都有简易道路,田间有农田作业路,只需在现有道路的基础上进行维护即可满足工程实施的交通需求。

2.2.3主要材料来源和供应方案

项目区属于武川县可镇所辖,距离县城不足12km。

工程所需材料和设备均由县城采购供应。

沙、石料就地取材。

施工用水、电、风、油由施工承包方自行解决。

社会问题业主负责协调。

2.3施工工艺和方法

坡式梯田和田间道路工程施工工艺和方法已在工程设计中说明,见第6章。

2.3.1机井施工

机井施工必须确保安全,严格执行技术操作规程,严防各种事故发生。

井口垂直度偏差:

钻机时,应预防井孔发生倾向或弯曲。

钻具的弯曲磨损必须定时检查,钻进参数要选用合理,必要时应安装钻铤和导正器,如发现孔斜征兆,必须及时纠正。

1井管安装:

管应无残缺、断裂和弯曲等缺陷。

井管管端和管箍的螺纹必须完整、吻合。

井管每米弯曲度不得超过1mm。

井管的上下口平面应垂直井管轴线。

管壁厚度偏差不得超过±1mm。

井管安装前,必须按照钻孔的实际地层资料校正管井设计,然后进行井管组合、排列、测量长度、并编号记录。

井管的连接,必须做到对正接直,封闭严密,接头处的强度,必须满足下管安全和成井质量的要求。

过滤器安装位置的上下偏差不得超过30cm。

2填砾和管外封闭:

①滤料必须按标准要求严格筛选,不合格的颗粒量不得超过15%

②填砾时必须连续、均匀、速度事宜,严防棚堵,及时测量填砾高度,核对数量,所填虑料应留样备查。

填砾时,如发现虑料填入数量和高度同计划值出入较大时,应即查明原因,妥善处理,并记录填入结果。

洗井时抽水应达到设计降深。

洗井完毕后,井水含量应符合设计要求。

2.3.2管道施工

(1)管道土方开挖与回填

管道土方开挖采用1m3反产挖掘开挖,就近堆放,部分区段采用人工挖槽开挖土方。

土方回填利用开挖土料回填,74kw推土机推土,人工配合打夯机夯实。

(2)管道连接

管道采用承插连接,承插时,先检查管材与橡胶圈外观的质量,橡胶圈的外观应粗细均匀,质地柔软,无气泡,无裂缝,无重皮,接头平整牢固,管材表面应无裂缝端口平整牢固,管材表面应无裂缝,端口平整。

排管时应使承接口迎着水流方向,打胶圈之前,应先清除管口的杂物,并将胶圈套在插口上,打口时,将胶圈紧贴承口,胶圈模棱应在一个平面上,不能成麻花形。

如果接口发生偏心,歪斜厚薄不均、插接太短等现象都会造成漏水、管裂脱口等严重后果。

因此

如果发生上述现象接口,必须重新插接。

(3)管道安装

管道安装前应将管道与管件按施工要求摆放,摆放的位置应变与起吊、下管及运送、并应再次进行外观及启闭等复验。

管道下入沟槽时,不得于槽内管道碰撞。

管道安装时,将管道的中心对正。

管线纵坡大于18%时,管道加支镇墩。

管道安装因故中段时,用堵头将其敞口封闭。

管低与沟槽低面应贴合好。

(4)管道的试水

管网系统安装后,回填前要对管道进行输水检查,看管道是否渗漏、是否安装合格,试水前在每节管子中部填一些土固定管道,(为沟深的1/2,埋长为0.8m左右)。

开泵前打开管道最远端给水栓,待远端给水栓出水后,依次打开给水栓出水后,保持1—2小时,检查管路所有接口、管道、管件、阀门等,有无渗水、漏水现象。

如有漏水时用防水胶带或专用胶粘补,发现裂缝漏水严重无法修补则应更换。

修补后再试水,直到管网不渗漏为止。

试水成功后,要将管网内所有的退水井阀门打开,进行排水检查管路比降的测设是否正确,有无排水不出的现象,以防管道的冻胀破坏,若有存水现象,需对有水段的部分管道比降进行重新测量,直至不存水为止。

最后对管沟进行回填,一般采用踩实或水浸密实,最后填土略高于地面。

2.3.3其它土建工程

(1)混泥土施工

该项目区砼浇筑量较小,现场设置一台0.4拌合机拌制,人工运输,振动器振捣,洒水养护。

(2)房建施工

该项目工程工作量大,比较集中,根据这个特点,采取集中突击主体工程,以保证主体工程按期完成。

砌体工程施工采用的标准、规程和规范:

砌体工程施工及验收规范》(GB50203-98)

建筑工程质量检验评定标准》(GBJ301-88)

基础施工:

工程基槽采用机械开挖,人工修槽,砼低浇筑和砌毛石基础同时施工。

预留及埋地管线在回填

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