南山坑山塘综合整治工程建设方案.docx

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南山坑山塘综合整治工程建设方案

湖州市吴兴区南山坑山塘综合整治工程

建设方案

浙江省xxxxxxxxxxxxxxx设计院

二〇一〇年八月

湖州市吴兴区南山坑山塘综合整治工程

初步设计报告

审定：

xxx

审核：

xxx

校核：

xxx

项目负责：

xxx

报告编写：

xxxxxxxxx

项目参加：

xxxxxxxxxxxx

2011年3月

1综合说明

1.1基本概况

南山坑山塘所在的埭溪镇地处湖州市吴兴区西南部浙西北天目山麓山地丘陵和杭嘉湖平原的过渡地带，是湖州市的南大门，北距湖州27公里，区域面积170平方公里，总人口4.1万，是湖州市11个重点中心城镇之一。

埭溪镇属典型的亚热带季风气候，年平均气温15.8摄氏度，最冷月（1月）平均气温3.1摄氏度，最热月（7月）平均气温27.9摄氏度，平均降水量1458mm/年。

埭溪镇位于浙江省北部，湖州市南郊，地处长江三角洲经济圈的中心；东临上海，南接杭州，西连苏、皖两省，北濒太湖，与无锡、苏州隔湖相望。

全镇工农业总产值460419万元，农村经济总收入139549万元，人均收入8748元。

该项目南山坑山塘位于湖州市吴兴区埭溪镇大冲村。

坝址以上集雨面积0.37km2，总容积8.0万m3，是一座以灌溉为主的山

（1）型屋顶山塘。

南山坑山塘建成于1981年。

工程枢纽由大坝、溢洪道和放水涵管等建筑物组成。

大坝为均质土坝，最大坝高21m，坝顶高程199.80m（1985国家高程基准，下同），坝顶宽4m，坝长83m。

溢洪道位于大坝右岸，为开敞式正槽溢洪道，控制段堰顶长度5m，堰顶高程198.28m。

根据我省“强塘固房”工程的总体要求，编制单位在对该山塘历年运行状况进行调查和现场安全检查的基础上，根据《浙江省山塘综合整治技术导则》（以下简称《山塘导则》）的规定，编制本报告。

1.2存在的主要问题

南山坑山塘自建成以来，已运行近29年。

由于受当时条件的限制，设计标准低，施工质量差，加之运行期间未得到良好养护，目前山塘存在许多安全隐患，主要问题是：

1）根据山塘防洪安全性复核，山塘坝顶高程现状为199.8m，计算要求的坝顶高程为200.76m，防洪安全不能满足《山塘导则》的要求。

2）山塘大坝是在简易踏勘、粗略设计和群众性施工的特定历史条件下进行的,施工管理混乱，工程施工质量差。

3）大坝上游坝坡、坝顶及下游坝面杂草丛生，只有下游坝面有部分护砌。

4）溢洪道进口及控制段两侧砌石护坡局部坍塌、掉块；出口断面狭小，泄槽不顺，且溢洪道出口较短，出流冲刷坝体，结构安全与泄流能力均存在安全隐患。

5）大坝存在较为严重的渗流安全问题。

6）放水设施为坝内素混凝土管，进水口铸铁插手动启闭机拉杆锈蚀变形严重。

7）山塘由大冲村委会委派村民管理，缺乏必要的安全管理设施，管理员缺乏必要的专业知识。

南山坑山塘自建成运行以来，一直带病运行，严重威胁下游村民的生命和财产安全。

一旦失事，还将会给下游地区的公路、通讯及输电线路等基础设施造成破坏。

因此，为保证南山坑山塘的安全运行，使其充分发挥效益，对南山坑山塘进行综合整治是十分必要的。

1.3整治工程建设的主要内容

根据山塘目前存在的主要问题，山塘综合整治的主要内容是：

1）按照《山塘导则》中“原则上不应加高大坝”的要求，本工程拟拓宽溢洪道至6m，同时设0.6m高的防浪墙。

2）山塘现状坝顶宽度已能满足《山塘导则》要求，但上下游坝坡及坝顶均未护砌，本次整治拟结合坝坡修理，将坝顶宽统一为4m并做水泥结石路面，同时对上下游护坡其进行混凝土预制块护砌，并做反滤层。

3）采用坝体灌浆方案对山塘大坝进行防渗加固处理；

4）下游坝脚设排水棱体；

5）维修加固溢洪道；

6）废弃封堵原坝下放水涵管，增设放水虹吸管；

7）增设虹吸管闸阀室、水位观测等安全管理设施。

8）实施白蚁防治措施

本工程的施工总工期初拟为6个月。

1.4投资与工程效益

本工程静态总投资为61.05万元，其中建安工程费51.52万元，临时工程费2.06万元，独立费用4.89万元，基本预备费2.58万元。

按照中央、地方、群众共同负担原则拟定资金筹措计划。

初拟申请中央和省级财政补助48%，市及市以下财政42%，受益群众自筹10%。

综合整治工程完成后，将有效提高山塘运行安全度，保障下游群众生命和财产的安全，改善、恢复灌溉面积480亩，受益人口190人；可增加年粮食生产能力2t，年新增经济作物产值2万元。

此外，综合整治工程完成后，还间接保护了山塘下游地区的公路、通讯及输电线路等重要基础设施的安全，综合整治工程的经济效益、社会效益和生态效益明显。

1.5建议

综上所述，对南山坑山塘进行综合整治是十分必要的。

南山坑山塘综合整治工程方案在技术上是可行的；本工程静态总投资为61.05万元，单方水工程投资为7.63元/m3，经济上是合理的；其经济效益、社会效益和生态效益十分明显。

因此，对南山坑山塘进行综合整治是可行的。

建议及早对南山坑山塘实施综合整治，发挥工程应有的效益。

本工程暂定工期为6个月，宜在枯水期初及早组织施工，保证在次年汛期来临前完工。

1.6工程特性表

南山坑山塘综合整治前后的工程特性，列于表1.6-1

表1.6-1工程特性表

序号及名称

单位

整治前

整治后

备注

一、水文

集雨面积

km2

0.38

0.38

主流长度

km

1.01

1.01

多年平均年降雨量

mm

1458

1458

设计洪峰流量

m3/s

13.69

13.69

P=5%

校核洪峰流量

m3/s

20.26

20.26

P=0.5%

二、特征水位及容积

校核洪水位

m

200.05

119.6

P=0.5%

设计洪水位

m

199.6

119.28

P=5%

正常蓄水位

m

198.28

198.28

死水位

m

184.0

184.0

总容积

万m3

8.0

8.0

正常容积

万m3

7.5

7.5

三、工程效益

保护人口

人

190

190

灌溉面积

亩

480

480

供水规模

m3/d

/

/

供水人口

人

/

/

受益村庄

个

1

1

四、主要建筑物及设备

1．大坝

坝型

类均质坝

坝顶高程

m

199.8

199.8

防浪墙项高程

m

200.4

200.4

最大坝高

m

16.8

10.2

坝顶长度

m

104.0

104.0

坝顶宽度

m

4.0

4.0

2．泄洪建筑物

型式

开敞式侧槽溢洪道

堰顶高程

m

198.28

198.28

溢流宽度

m

5.0

6.0

设计泄洪流量

m3/s

13.69

13.69

P=5%

校核泄洪流量

m3/s

20.26

20.26

P=0.5%

3．输水建筑物

型式

素混凝土管

虹吸管

设计流量

m3/s

0.03

0.03

长度

m

94

42.8

断面尺寸

m

Φ0.15

φ0.2

闸门型式及尺寸

铸铁闸门

闸阀

2工程现状及存在问题

2.1山塘基本情况

南山坑山塘位于湖州市吴兴区埭溪镇大冲村。

坝址以上集雨面积0.37km2，总容积8.0万m3，是一座以灌溉为主的山

（1）型屋顶山塘。

南山坑山塘建成于1981年。

工程枢纽由大坝、溢洪道和放水涵管等建筑物组成。

大坝为均质土坝，最大坝高21m，坝顶高程199.80m（1985国家高程基准，下同），坝顶宽4m，坝长83m。

溢洪道位于大坝右岸，为开敞式正槽溢洪道，控制段堰顶长度5m，堰顶高程198.28m。

本次现场踏勘发现背水坡距坝底1/2坝高处有明显的出水口，坝体上游坝坡、坝顶和下游坝面杂草丛生，已发现有白蚁活动迹象。

南山坑山塘所在的埭溪镇土地面积173.5km2，人口约4.1万人，位于浙江省北部，湖州市南郊，地处长江三角洲经济圈的中心；东临上海，南接杭州，西连苏、皖两省，北濒太湖，与无锡、苏州隔湖相望。

全镇工农业总产值460419万元，农村经济总收入139549万元，人均收入8748元。

山塘下游有马口—郭肇公路、104国道、通讯及输电线路等重要基础设施穿过埭溪镇。

2.2工程现场检查情况

1工程质量现状

南山坑山塘建于1981年，受当时历史条件制约，无设计资料保存，据当地村民回忆属类均质土坝，筑坝土料取自附近山体，碾压质量较差。

2结构安全性

南山坑山塘大坝坝顶宽4.0m，上游坝坡1：

2.0，下游坝坡为1：

2.5，满足《山塘导则》的要求，坝坡基本稳定；坝基未作地质勘探，目前尚无发现明显不良情况。

溢洪道宽度过窄，无消能，防洪安全不能得到保证。

坝下涵管为素混凝土管，不符合《山塘导则》的要求。

3渗流安全性

根据本次现场踏勘结果，山塘坝型为类均质土坝，坝体采用当地粘土（含一定砂量）经夯实填筑而成，均匀性一般，坝体填土夯实程度较差，渗透系数在1×10-3~10-4cm/s左右，防渗性能较差，现场踏勘发现坝脚和坝面处有较严重渗水现象，坝肩、坝址未见明显渗漏。

坝内涵管管周有渗漏现象。

下游坝脚未设排水反滤设施，渗流不稳定。

4工程安全管理

本工程左岸有一机耕路，道路狭窄，交通不便。

未设水位监测设施，管理房破损较为严重，工程安全管理薄弱。

坝体存在白蚁危害现象。

2.3防洪安全性复核

1工程等级及洪水标准

本山塘总容积5万m3，属山

（1）型屋顶山塘。

根据《山塘导则》，设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准200年一遇。

2水文、气象要素

妙西镇属典型的亚热带季风气候，年平均气温15.8摄氏度，最冷月（1月）平均气温3.1摄氏度，最热月（7月）平均气温27.9摄氏度，平均降水量1458mm/年。

多年平均最大风速20.2m/s。

3设计暴雨

山塘流域特征值采用万分之一地形图进行量算。

根据点绘的山塘流域分水岭界线，集雨面积为0.38km2，主流长1.01km，主流平均坡降为19.13％。

流域内无水文站，没有雨量资料，故根据2003版《浙江省短历时暴雨图集》查得本流域多年平均最大6小时、1小时和10分钟降雨量，相应的降雨量变差系数Cv，模比系数Kp，Cs/Cv取3.5。

按下式计算设计暴雨

式中：

为某频率下的设计暴雨，

为某频率下的模比系数，

为暴雨平均值。

各参数值及计算设计暴雨值如表2.3-1所示。

表2.3-1各频率下设计暴雨计算值

时段

时段雨量

（mm）

各频率

及设计雨量（mm）

频率

5％

0.5％

10分钟

19

0.4

3.5

1.78

2.53

雨量

33.8

48.1

1小时

45

0.50

3.5

1.99

3.06

雨量

89.6

137.7

6小时

70

0.55

3.5

2.10

3.34

雨量

147.0

233.8

4设计洪水

根据《浙江省山塘综合整治技术导则（试行）》列出的设计洪水计算的简化方法进行计算。

（1）汇流时间τ的确定

山塘集雨面积F=0.37km2，主流长1.01km，主流平均坡降为19.13％。

按照简化方法，L＞1km，

=0.25h；J=19.13%，主流平均坡降J＞0.1时，V=1.65m/s。

，

=0.278×1.01/1.65=0.17h；则τ=0.42h。

（2）洪峰流量

的计算：

τ=0.42h＜1h，计算τ时段内的雨峰雨量：

20年一遇的情况：

=1+1.285lg（33.8/89.6）=0.456；

=89.6×0.42（1-0.456）=55.9mm

=0.278×55.9×0.37/0.42=13.69m3/s

200年一遇的情况：

=1+1.285lg（48.1/137.7）=0.413；

=137.7×0.42（1-0.413）=82.77mm

=0.278×73.54×0.38/0.42=20.26m3/s

设计洪水计算成果见表2.3-2。

表2.3-2设计洪水计算成果表

频率

5％

0.05％

洪峰流量

（

）

13.69

20.26

5调洪计算

根据《山塘导则》规定，本工程资料缺少且无法进行调洪计算，故采用的简化计算方法进行，洪水位计算以设计、校核的洪峰流量作为下泄流量，求得溢洪道的溢流水深，根据溢流水深求得设计洪水位、校核洪水位。

设计洪水位＝溢洪道顶高程+设计洪峰流量下溢洪道堰顶溢流水深；

校核洪水位＝溢洪道顶高程+校核洪峰流量下溢洪道堰顶溢流水深。

山塘洪水标准采用20年一遇设计，200年一遇校核，泄洪建筑物为溢洪道，其进口控制段为实用堰，堰顶高程117.37m，堰顶宽度B＝5.0m。

不同频率的洪峰流量取自表2.3-2，按下述实用堰泄流能力Q的公式计算堰顶溢流水深H。

根据溢洪道的堰顶宽度及堰上水深，实用堰流量系数取m=0.45，绘出山塘水位-泄流能力曲线，见附图2。

相应的计算结果见表2.3-3。

表2.3-3设计水位和校核水位及下泄流量

洪水标准

设计20年一遇

校核200年一遇

下泄洪峰流量Q（m3/s）

13.69

20.26

堰顶溢流水深H（m）

1.42

1.85

库水位（m）

199.6

200.05

6防洪安全性复核

根据《山塘导则》，山塘坝顶安全超高按下式计算：

Y＝R+A

式中：

Y——坝顶在静水位以上的超高（m）；

R——风浪沿坝坡的最大爬高（m）；

A——安全加高，m；

1）波浪爬高R的查算

按照《山塘导则》附表1《山塘风浪爬高、波高计算参考表》，校核工况计算风速取多年平均最大风速20.2m/s，设计工况计算风速30.3m/s；风区长度为100m；上游坝坡坡比为1：

2，土质边坡，查得风浪沿坝坡的最大爬高R设计＝0.64m，R校核＝0.41m，

2）安全加高A的查算

按照《山塘导则》表3.2.3，对土石坝、6级建筑物，查得安全加高A如下：

A＝0.5m（设计工况），A＝0.3m（校核工况）。

3）坝顶安全超高Y的计算：

Y1=Rm1+A设计=0.64+0.5=1.14m（设计工况）

Y2=Rm2+A校核=0.41+0.3=0.71m（校核工况）

7防洪安全性评价

设计和校核洪水频率下所需的坝顶高程为：

h1=设计洪水位+Y1=199.6+1.14=200.74m

h2=校核洪水位+Y2=200.05+0.71=200.76m

从以上两结果中取大值，故本山塘所需的坝顶高程为200.76m。

本山塘实测坝顶高程为119.8m，低于校核洪水位。

故山塘防洪安全性不能满足《山塘导则》的要求，应增加坝顶安全超高或增大泄洪能力降低洪水位。

2.4存在的主要问题

南山坑山塘始建于1981年，由于受当时条件的限制，设计标准低，施工质量差，经多年运行后，目前山塘存在许多安全隐患，主要问题是：

1）根据山塘防洪安全性复核，山塘坝顶高程现状为119.8m，计算要求的坝顶高程为200.76m，防洪安全不能满足《山塘导则》的要求。

2）山塘大坝是在简易踏勘、粗略设计和群众性施工的特定历史条件下进行的,施工管理混乱，工程施工质量差。

3）大坝上游坝坡、坝顶及下游坝面杂草丛生。

4）溢洪道进口及控制段岩体裸露，槽身左侧岸坡局部坍塌、掉块，右侧靠坝导墙为浆砌块石；出口断面狭小，泄槽不顺，冲淘两侧山坡，泄槽无护砌，基岩冲蚀剥落。

且溢洪道出口较短，出流冲刷坝体，结构安全与泄流能力均存在安全隐患。

5）大坝存在较为严重的渗流安全问题。

6）放水设施为坝内素混凝土管，进水口铸铁插手动启闭机拉杆锈蚀变形严重。

7）山塘由联山村委会委派村民管理，缺乏必要的安全管理设施，管理员缺乏必要的专业知识。

8）坝面发现有白蚁活动迹象。

3整治工程设计

3.1工程任务和规模

南山坑山塘总容积8.0万m3，根据《山塘导则》的规定，工程规模为山

（1）型。

南山坑山塘大坝为类均质坝，根据《山塘导则》的规定，大坝、溢洪道和放水涵管等主要建筑物级别为6级，相应的设计洪水标准20年一遇，校核洪水标准100～200年一遇，由于南山坑山塘属屋顶山塘，故校核洪水标准采用上限值即200年一遇。

3.2主要整治项目

根据山塘目前存在的主要问题，山塘综合整治的主要项目内容是：

1）按照《山塘导则》中“原则上不应加高大坝”的要求，本工程拟拓宽溢洪道至6m。

同时增加0.6m的防浪墙；

2）山塘现状坝顶宽度已能满足《山塘导则》要求，但上下游坝坡及坝顶均未护砌，本次整治拟结合坝坡修理，将坝顶宽统一为4m并做水泥结石路面，同时对上下游护坡其进行混凝土预制块护砌，并做反滤层；

3）采用坝体灌浆方案对山塘大坝进行防渗加固处理；

4）下游坝脚设排水棱体；

5）维修加固溢洪道；

6）废弃封堵原坝下放水涵管，增设放水虹吸管；

7）增设虹吸管闸阀室、水位观测等安全管理设施。

8）实施白蚁防治措施

3.3总体布置

本次综合整治针对工程存在的问题，除在大坝右侧新建虹吸管外，原则上保持各枢纽建筑物总体布置不变，在现有的基础上进行整治设计。

综合整治后的枢纽建筑物由大坝、溢洪道和放水虹吸管等组成。

1大坝

大坝为均质土坝，坝顶长度为105.0m，坝高16.8m，坝顶高程为118.2m。

坝顶宽度为4.0m，坝顶采用泥结石路面。

大坝上游坝坡坡比为1：

2，采用混凝土预制块护坡，下游坝坡为1：

2.5，采用混凝土预制块护坡。

采用坝体灌浆方案进行防渗处理。

2溢洪道

溢洪道位于大坝左坝端，在原有溢洪道基础上向坝体方向拓宽至6m而成，为开敞式的侧槽溢洪道，进口顶高程198.28m，出口宽度4.0m。

3放水虹吸管

虹吸管位于大坝的左坝部分，进水口高程暂定为188.0m，出水口高程为182.0m，管内径0.2m，管材为镀锌钢管。

在下游坝脚出口处设置闸阀室，建筑面积9m2。

4管理房

虹吸管闸阀室兼用作管理房。

3.4整治设计

1挡水建筑物

按照《山塘导则》中“原则上不应加高大坝”的要求，本工程拟拓宽溢洪道至6m后，设计洪水位为199.28m，校核洪水位为199.6m；维持坝顶高程199.8m不变，高出设计洪水位及校核洪水位0.52m及0.20m，符合《山塘导则》之要求。

大坝上游坡比为1：

2，下游坡比为1：

2.5，采用混凝土预制块护坡。

按《浙江省山塘综合整治技术导则（试行）》查算风浪高并加上安全加高，增设0.6m防浪墙后，防浪墙顶高程超高设计、校核工况，满足《浙江省山塘综合整治技术导则（试行）》要求。

按照《浙江省山塘综合整治技术导则（试行）》的要求，断面结构设计的主要内容如下：

1）坝顶结构

原坝顶宽度为4.0m，已满足大于3m的要求，现结合坝坡修整统一为4.0m。

从方便人行及美化村庄方面考虑，坝顶道路采用20cm厚泥结碎石路面，路面横向坡度1%，倾向下游。

2）下游坝坡护砌

下游坝坡保持坡度不变，清理后设混凝土预制块护坡并做150厚碎石反滤层。

坡脚处设排水棱体及排水沟。

坝体与山坡交接处均设排水沟。

3）整治上游坝坡

将上游坝坡修整边坡至1：

2，清除表层松散土层100cm后，自下而上铺设50cm厚沙壤土，15cm厚砂砾石垫层，10cm混凝土预制块护面。

4）采用双排劈裂灌浆对坝体进行防渗处理。

孔排距1.2m，间距1.5m。

下游坝脚设排水棱体，顶部宽度1.0m，排水底脚处设置排水沟，沟深50cm，宽80cm。

设计灌浆轴线与坝轴线重合。

灌浆的处理范围从坝肩溢洪道左侧桩号0+000.0至右侧坝肩桩号0+091.0处，处理深度深入弱风化基岩0.5m。

两排布孔，排距1.2m，孔距1.5m。

粘土要求塑性指数10-20，土中砂粒（0.25-0.05mm）小于10%，最小粒径的颗粒（<0.005mm）大于20%，

5）下游坝面与两边岸坡连接部位应设置排水沟，排水沟应采用混凝土砌筑，断面尺寸为0.3m×0.3m。

2泄洪建筑物

南山坑山塘泄水建筑物为开敞式溢洪道，原陡槽在岩石山体开挖而成，宽度不等，靠坝导墙虽有浆砌石护砌，但质量较差。

本次整治设计对溢洪道进行加宽1m、并进行必要的整治。

溢洪道整治的主要内容如下：

1）开挖坝体，拓宽溢洪道为6m；

2）增设消力池；

3）对溢洪道底面设置混凝土护面；

对溢洪道底面设置30cm厚C20混凝土护面。

4）对溢洪道引水渠段进行衬砌处理

对溢洪道引水渠段采用M7.5浆砌块石护面，护面厚度30cm。

3输水建筑物及闸门启闭机

本次综合整治设置虹吸管作为放水建筑物。

虹吸管管材选用镀锌钢管，管径20cm。

钢管沿坝坡铺设，在坝顶、坝脚处设置支墩。

进水口设置拦污栅，出水口处设置闸阀，调节控制流量。

进水口高程为184.0m，虹吸管管路中的最高部分为驼峰顶部，驼峰顶部高程以死水位+8m高程为限，虹吸管驼峰处管底高程应在正常蓄水位以上。

出水池高程为182.0m。

为便于管理，在下游坝脚虹吸管出口处设置闸阀室，建筑面积9m2。

4坝内放水涵管封堵

水库原有放水涵管为素混凝土圆涵，直径0.15m。

放水涵管长期漏水，已运行多年，渗漏情况较为严重，影响大坝安全。

本次设计改造方案是对原放水涵管进行封堵处理，涵管封堵方案为：

在老涵管的进口处以1：

1的坡比开挖，开挖长度为3m，采用泵送C15细石混凝土对整个涵管进行封堵，混凝土中需掺入微膨胀剂。

封堵完成后，采用水泥土回填老涵管进口开挖部分。

3.5工程环境整治

禁止在山塘集雨面积内排放污染物，推广使用有机肥和无毒低残留农药，推进面源污染防治，保障山塘水源的水质。

3.6工程管理设施

按照《浙江省山塘综合整治技术导则（试行）》的要求，增设工程安全管理设施的主要内容如下：

1简易上坝道路

设置简易上坝道路是为山塘应急抢险时提供必要的交通条件。

山塘现有上坝道路（机耕路）不能满足要求，本次综合整治维修100m上坝路，路宽3m。

2水位观测设施

在右侧坝肩坝体与岸坡交接处按不同高程设置3支水位观测尺，观测山塘水位。

在溢流堰边墙上设置水位尺，观测溢洪道溢流水深。

3管理房

用虹吸管闸阀室兼做山塘管理用房，不再另建山塘专用管理用房。

3.7白蚁防治措施

南山坑山塘已有白蚁危害的迹象，结合本次综合整治，应对山塘大坝进行全面检查，对发现的蚁巢挖除后回填处理，并在坝面结合诱杀包进行诱杀。

3.8工程量汇总

南山坑山塘综合整治工程的主要工程量汇总，列于表3.8-1

表3.8-1南山坑山塘综合整治工程的主要工程量汇总表

序号

建设项目

单位

数量

单价（元）

备注

一

建筑工程

（一）

坝体工程：

1

清基

m3

4910

1.79

2

坝顶土方翻挖

m3

323

13.50

3

灌浆

m

1200

115.00

4

砂壤土填筑

m3

1132

20.94

5

大方脚土方开挖

m3

36

10.84

6

C20埋石砼大方脚

m3

38

396.70

7

背水坡堆石棱体

m3

231

128.60

8

C20砼压顶

m3

2