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基坑支护安全专项施工方案

基坑支护安全专项施工方案

1.工程概况

1.1.工程概述

本工程为惠阳区某道路工程,本子项道路工程为改造工程,连接外环路(规划)和内环西路,是区域性主干路。

项目起点与外环路(规划)交叉,终点与内环西路交叉,双向六车道设置,设计速度为50km/h,路线全长2.083km(建设里程为K0+080~K2+083.267,建设长度为2.003km),红线宽度为60m。

根据施工图设计文件,本项目基坑支护工程主要位于污水管网施工部位,基坑深度在3.9m~5.5m范围内,综合土质情况、周边房屋建筑荷载距离及基坑深度等因素,基坑支护采用钢板桩进行支护。

1.2.参建单位

1.3.工程环境

1.3.1.地形地貌

某道路西段沿线不良地质作用不发育,未见地面沉降、地裂缝、化学污染等现象,全线基本为堆高整平场地,地下水位较原始地形地貌状态时有所上升,地质环境较原始地形地貌状态有改变,但对工程安全影响不大;沿线地下水位普遍低于路基基础标高,但可能会高于部分地埋管线(管廊)等构筑设施,故总体上地下水对工程的影响一般;沿线周边部分地段已建有较多房屋建筑、地下管线设施等,周边环境条件中等复杂。

道路沿线及附近原始地形地貌主要为低矮残丘、缓坡、平原农田,原始地形总体较为平缓,原地表高程一般为20.50~37.30m,后经过统一整平、城市规划和初步建设,形成了目前通行的某道路(水泥路面宽约35m)、舒缓的路面状态以及周边环境状态,现状地表高程为23.40~38.80m。

1.3.2.工程地质条件

某道路西段沿线不良地质作用不发育,未见地面沉降、地裂缝、化学污染等现象,全线基本为堆高整平场地,地下水位较原始地形地貌状态时有所上升,地质环境较原始地形地貌状态有改变,但对工程安全影响不大;沿线地下水位普遍低于路基基础标高,但可能会高于部分地埋管线(管廊)等构筑设施,故总体上地下水对工程的影响一般;沿线周边部分地段已建有较多房屋建筑、地下管线设施等,周边环境条件中等复杂。

1.3.3.水文地质条件

场地地下水为潜水,赋存于第四系松散岩土孔隙及基岩风化裂隙中,主要接受大气降水补给,经地表蒸发排泄及通过土体孔隙向周边渗透排泄。

本次勘察期间适逢汛期,地下水位埋深为1.0~3.2m,地下水位高程为20.9~37.0m,水位受季节性降雨影响而有所起伏变化。

1.3.4.岩土工程条件

本道路钻孔揭露深度内,第四系覆盖层主要为人工成因的填土、冲积成因的粉质粘土、残积成因的粉质粘土,下伏基岩为下第三系丹霞群砂砾岩。

场地岩土工程地质分层见下表。

岩土体工程地质分层表

时代

成因

类别

定名

层号

状态/密实度

主要分布地段

 

第四系

(Q)

人工

填土

素填土

松散~稍密

分布于路段全线

杂填土

①1

松散~稍密

仅见于JH06、BZK10地段

 

冲积

粘性土

粉质粘土

可塑

分布于部分地段,即BZK07、BZK08、BZK10

BZK12、JH01、JH05、JH08、JH11地段

粘土

②1

可塑

本道路钻孔未见该层

砂土

细砂

松散~稍密

本道路钻孔未见该层

粗砂

稍密

分布于JH01地段

碎石土

圆砾

稍密为主

本道路钻孔未见该层

坡积

粘性土

粉质粘土

硬塑

分布于BZK08、BZK09、JH07地段

 

残积

 

粘性土

 

粉质粘土

 

 

硬塑

分布于大部分地段,即BZK01、BZK02、

BZK04、BZK05、BZK06、BZK07、BZK08、BZK09BZK10、BZK11、JH01、JH02、JH05、JH06JH07、JH08、JH09、JH10、JH11、ZK01地

 

第三系丹霞群(Edn)

 

沉积岩

 

软质岩

全风化砂砾岩

⑧1

分布于部分地段,即BZK09、BZK11、JH02、JH03、JH04、JH05、JH06、JH07、JH08、JH09、JH10、JH11地段

强风化砂砾岩

⑧2

分布于部分地段,即BZK01、BZK03、BZK04

BZK11、JH01、JH02、JH03、JH04、JH06、JH07、JH08、JH09、JH10、JH11地段

中等风化砂砾岩

⑧3

分布于局部地段,即BZK02、BZK03、BZK04

JH02、ZK01地段

微风化砂砾岩

⑧4

分布于零星地段,即BZK05、BZK06、JH04

地段

各岩土层特征由上至下描述如下:

(1)素填土(层号①):

暗褐色为主,部分杂色,稍湿~湿,分布于水泥路面下的填土层多呈稍密,分布于水泥路面以外地段多呈松散,成分主要由粘性土组成,部分混角砾、碎石,人工堆填。

该层分布于道路全线,层厚度为0.5~4.0m,平均厚度2.2m,层底面高程为20.5~37.3m;实测标贯击数7~14击,局部遇碎石跳锤时记为100击(但不参与统计分析)。

杂填土(层号①1):

杂色为主,稍湿,松散~稍密,主要由粘性土及砖块、碎石块等建筑垃圾组成,人工堆填形成。

该层仅见于JH06、BZK10钻孔地段,层厚度分别为0.5m、1.0m,层底面高程分别为30.1m、24.8m。

(2)粉质粘土(层号②):

灰黄色为主,湿,可塑,含粉细砂颗粒,粘性较好,韧性中等,冲积成因。

该层分布于沿线部分地段,见于BZK07、BZK08、BZK10、BZK12、JH01、JH05、JH08、JH11钻孔,层厚度为1.0~4.0m,层顶面高程为20.5~35.1m;实测标贯击数为3~12击,重型动探实测击数为2~5击。

(3)粗砂(层号④):

灰色,饱和,稍密,成分主要为石英,含中细砂颗粒及多量粘粒,级配良,冲积成因。

该层仅见于JH01钻孔地段,层厚度为1.7m,层顶面高程为31.1m;实测标贯击数为14击(单值)。

(4)粉质粘土(层号⑥):

褐色为主,稍湿,硬塑,局部近可塑,含粉细砂颗粒,粘性一般,韧性中等,坡积成因。

该层分布于BZK08、BZK09、JH07钻孔地段,层厚度为0.8~3.2m,层顶面高程为26.6~30.4m,实测标贯击数为9击(单值,代表性有限)。

(5)粉质粘土(层号⑦):

褐色为主,稍湿,硬塑,含粉细砂颗粒,粘性一般~较差,韧性中等~低,遇水易软化,残积成因。

该层分布于沿路大部分地段,见于BZK01、BZK02、BZK04、BZK05、BZK06、BZK07、BZK08、BZK09、BZK10、BZK11、JH01、JH02、JH05、JH06、JH07、JH08、JH09、JH10、JH11、ZK01钻孔,层厚度为0.9~4.3m(少量钻孔未揭穿该层),层顶面高程为19.1~37.3m;实测标贯击数为10~29击,局部遇碎石跳锤记为100击(但不参与统计分析)。

(6)全风化砂砾岩(层号⑧1):

褐色为主,岩芯呈坚硬土柱状,岩质很软弱,遇水易软化。

该层分布于BZK09、BZK11、JH02、JH03、JH04、JH05、JH06、JH07、JH08、JH09、JH10、JH11钻孔地段,层厚度为1.3~6.3m(部分钻孔未揭穿该层),层顶面高程为14.8~33.9m;实测标贯击数为33~48击,重型动探实测击数为17击(单值)。

(7)强风化砂砾岩(层号⑧2):

褐色为主,岩芯多呈半岩半土状,岩质极软,遇水易崩解。

该层分布于BZK01、BZK03、BZK04、BZK11、JH01、JH02、JH03、JH04、JH06、JH07、JH09、JH10、JH11钻孔地段,层厚度为1.7~3.2m(大部分钻孔未揭穿该层),层顶面高程为12.9~36.9m;实测标贯击数>50击(遇跳锤时记为100击,但不参与统计分析),重型动探实测击数为20~54击。

(8)中等风化砂砾岩(层号⑧3):

褐色为主,碎屑结构,层状构造,泥质胶结,岩质软,节理裂隙很发育,岩芯多呈碎块状。

该层揭露于BZK02、BZK03、BZK04、JH02、ZK01钻孔地段,钻孔未揭穿该层,层顶面高程为29.0~34.6m。

该层岩芯采取率TCR为72~94%,平均为85%,岩石质量指标RQD为0~60%,平均为19%,岩石质量指标等级为“极差的”。

(9)微风化砂砾岩(层号⑧4):

褐色为主,碎屑结构,层状构造,泥质胶结,岩质较软,节理裂隙发育,岩芯呈柱状和块状。

该层揭露于BZK05、BZK06、JH04钻孔地段,钻孔未揭穿该层,层顶面高程为27.4~30.1m。

该层岩芯采取率TCR为80%~89%,平均为85%,岩石质量指标RQD为22%~34%,平均为29%,岩石质量指标等级为“差的”。

2.编制依据

本工程采用的强制性条文、主要的施工技术规范和质量检验评定标准如下(遵照但不限于):

《建筑基坑支护技术规范》JGJ120-2012

《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002

《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33-2012

《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2008

施工现场及周边环境调查资料及其他相关的国家、地方规范、规定、标准,设计单位提供的设计施工图。

3.施工准备

3.1.主要施工机械设备

序号

机械名称

规格型号

台数

备注

1

挖掘机

PC-390

1

2

振动锤

DZ45A

1

3

挖掘机

PC200

2

4

交流弧焊机

Bx1-500-3

2

5

气割设备

氧气、乙炔气

1

6

汽车吊

1

3.2.主要劳动力计划

施工人员一览表

序号

工种名称

数量(人)

序号

工种名称

数量(人)

1

技术员

1

7

工长

1

2

测量员

2

8

普工

8

3

施工员

2

9

焊工

3

4

安全员

1

10

挖掘机操作员

3

5

质检员

1

11

振动锤操作员

1

6

调度

1

12

汽车吊驾驶员

1

合计(人)

25

3.3.材料准备

名称

规格及参数

数量(吨)

备注

拉森SP-Ⅲ型钢板桩

宽400mm,高125mm,厚13mm,截面积76.42cm2,惯性矩:

2220cm4

250

工字钢(25b型)

12

工字钢(36C型)

30

3.4.施工管理网络

本工程项目经理部以项目经理为第一责任人为原则组建,配备足够的施工力量。

工程进度、质量、安全等由项目部进行全面管理,总公司通过项目对本工程进行协调与控制。

·

3.5.钢板桩支护施工部位

本道路南侧K1+086~K1+865有燃气管道,燃气管道离污水管距离约3~5m,基坑采用钢板桩+坡率法放坡支护。

4.基坑支护结构设计

本工程需要进行支护开挖的主要为污水管道施工,管道基坑较深为3.9~5.5m左右,根据地质资料不宜采用自然放坡开挖,且考虑到开挖土体工作量比较大,地下水较为丰富,挖出的土方堆放不便等因素,决定采取拉森钢板桩作为围护体系,工字钢作为内支撑体系支护方式对基坑采取支护措施,基坑开挖应遵循“开槽支撑,先撑后挖,分层开挖,严禁超挖”的原则。

本项目应考虑须范围雨水和污水管道基坑安全等级为三级。

工程重要性等级为二级,场地复杂程度等级为二级(中等复杂),地基复杂程度等级为二级(中等复杂),抗震设防烈度为6度,基坑侧壁重要性系数0.9,基坑施工工期不超过3个月。

4.1.基坑支护结构设计原则

(1)遵循动态设计与信息化施工相结合的方法进行。

基坑支护工程施工过程中应加强现场监测,根据现场监测反馈的住处及时进行分析,达到动态设计和信息化施工的目的。

(2)保证围护结构自身的稳定性,有效地控制变形,保证基坑安全。

(3)合理地确定基坑范围,采用常规的基坑支护方法,从工期、材料、设备等方面保证工程经济的合理性。

(4)合理地布置水平支撑,尽量地满足机械化施工的需求,以缩短工期。

4.2.基坑支护结构设计

拉基坑支护采用(拉森钢板桩+工字钢支撑)形式;

钢板桩的具体结构形式如下:

基坑开挖深度3.9<h≦5.5m,支护采用6m拉森Ⅲ型钢板桩两种形式,单排内支撑;腰梁采用工字钢36C型,支撑采用25型工字钢。

支撑间距设计为3m一组,腰梁设置部位为钢板桩从顶部0.5米位置设置。

在基坑顶部适当位置设置截水沟,用以拦截地表水,并排出场外,基坑底部沿纵向挖临时排水沟,基坑底部各拐角点设置集水井,用以排除基坑内积水。

4.3.基坑宽度设计

本项目污水管道采用HDPE中空壁塑钢缠绕管,管道直径D为:

400mm及500mm两种形式;因此基坑开挖宽度为:

B=D0+2(b1+b2+b3)+b4=500+2*500+500=2000mm;

式中:

B——管道沟槽底部的开挖宽度(mm);

D0——管外径(mm);

b1——管道一侧的工作面宽度(mm);

b2——有支撑要求时,管道一侧的支撑厚度,可取150~200mm;

b3——现场浇筑混凝土或钢筋混凝土管渠一侧模板的厚度(mm);

b4——基坑内临时排水沟宽度(mm)。

5.基坑支护结构的主要技术参数及技术要求

5.1拉森钢板桩

(1)板材:

a、钢板桩选用拉森SP-Ⅲ,截面惯性矩分别为2220cm4。

b、进场钢板桩需进行外观检验及桩身缺陷矫正。

c、施打前板桩咬口处宜涂抹黄油以保证施打的顺利和提高防水效果。

(2)施打:

a、宜选择对周围影响较小的振动锤施打。

b、为保证板桩的垂直度及咬口闭合,选用屏风式打入法。

c、为保证转角处咬口的闭合可通过轴线或板桩块数来调整。

(3)拔出:

a、宜选用振动锤进行拔桩。

b、为防止拔桩后地面沉降,应及时回填。

5.1.支撑体系

(1)本工程围檩、支撑体系均采用工字钢。

(2)工字钢均采用Q235-B级。

(3)构件的连接:

a、支撑体系的节点均采用平接方式进行焊接。

b、构件连接处采用接触边满焊,焊缝高度不小于8mm。

c、在围檩与支撑连接处的腹板上加焊厚度为10mm的肋板,以增强腹板的稳定性及抗扭刚度。

(4)为使围檩与板桩之间接触紧密,传力均匀,水平支撑杆件设置时应在相应部位对围檩施加预加应力。

(5)为保证水平支撑体系的安装精度及施工便利,基坑开挖至支撑高度后,应在板桩相应部位设置钢牛腿,围檩及支撑构件安装就位及校核高程后方可进行构件节点的连接。

(6)钢制构件的施工及安装应有严格的质量检验措施,质量检验应符合《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)的规定。

6.拉森钢板桩施工工艺

6.1.钢板桩支护施工流程

钢板桩施工工艺流程:

基顶面整平→测量放样→打设钢板桩→开挖至第一道内撑高程→安装围檩及内支撑→开挖至设计基底高程→管道或箱涵结构施工→回填砂至内支撑底部20cm→拆除内支撑及围檩→基坑回填→拆除钢板桩→施工结束。

 

打桩工艺流程

 

6.2.钢板桩检验、吊运及堆放

对板桩,一般有材质检验和外观检验,以便对不合要求的板桩进行矫正,以减少打桩过程中的困难。

外观检验:

包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端头矩形比、平直度和锁口形状等项内容。

装卸钢板桩宜采用两点吊。

吊运时,每次起吊的钢板桩根数不宜过多,注意保护锁口免受损伤。

钢板桩应堆放在平坦而坚固的场地上,必要时对场地地基土进行压实处理。

在堆放时要注意:

①堆放的顺序、位置、方向和平面布置等应考虑到以后的施工方便。

②钢板桩应分别堆放,每层堆放数量一般不超过5根,各层间要垫枕木,垫木间距一般为3~4m,且上、下层垫木应在同一垂直线上,堆放的总高度不宜超过2m。

6.3.测量放样

1.测量、放样程序

理论计算→复测控制点、水准点→引测控制点、临时水准点→测放桩位线及标高。

2.采用仪器

桩位放线采用全站仪进行放样,标高测量采用高精度水准仪控制。

3.测量、放样方法

轴线测放:

所有测量点均利用两个控制点,用极坐标(ρ,θ)法确定第三点,用钢筋头及白灰将桩位标明。

4.技术保证措施

①编写测量放样理论计算书,上报监理复核,无误后采用。

②测量仪器使用前均到指定有相应资质的单位标定。

③有放必有复,所有桩位线、标高测放,必须有技术负责复核,请监理复核,并做好资料。

6.4.钢板桩的打设

(1)为保证钢板桩打设精度采用屏风式打入法。

先用吊车将钢板桩吊至基坑附近,采用振动打桩机进行插打,插桩时锁口要对准,先静压入土再开启振动锤将钢板桩插打入设计高程;

为防止锁口中心线平面位移,可在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板,阻止板桩位移;

开始打设的一、二块钢板桩的位置和方向应确保精度,以便起到样板导向作用,故每打入1m应测量一次。

项目

允许公差

板桩轴线偏差

±10cm

桩顶标高

±10cm

板桩垂直度

±2%

(2)钢板桩的转角和封闭合拢。

由于板桩墙的长度不是钢板桩标准宽度的整数倍,会给板桩墙的最终封闭合拢带来困难,采用轴线修整法解决。

轴线修整法通过对板桩墙闭合轴线设计长度和位置的调整,实现封闭合拢,封闭合拢处最好选在短边的角部。

具体作法如下:

沿长边方向打至离转角桩约沿有8块钢板桩时暂时停止,量出至转角桩的总长度和增加的长度;

在短边方向也照上述办法进行;

根据长、短两边水平方向增加的长度和转角桩尺寸,将短边方向的围檩与围檩桩分开,用千斤顶向外顶出,进行轴线外移,经核对无误后再将围檩和围檩桩重新焊接固定;

在长边方向的围檩内插桩,继续打设,插打到转角桩后,再转过来接着沿短边方向插打两块钢板桩;

根据修正后的轴线沿短边方向继续向前插打,最后一块封闭合拢的钢板桩,设在短边方向从端部算起的第三块板桩的位置处。

3、钢板桩施工关系到施工支护和安全,是本工程施工最关键的工序之一,在施工中要注意以下施工有关要求。

钢板桩施打前一定要熟悉地下管线的情况,认真放出准确的支护桩中线。

打桩前,对钢板桩逐根检查,剔除连接锁口锈蚀、变形严重的钢板桩,不合格者待修整后才可使用。

打桩前,在钢板桩的锁口内涂油脂,以方便打入拔出。

在插打过程中随时测量监控每块桩的斜度不超过2%,当偏斜过大不能用拉齐方法调正时,拔起重打。

6.5.土方开挖

钢板桩施打完成后,采用挖掘机纵向进行土方开挖,开挖应分段连续进行;开挖至桩顶以下0.8m(及第一道支撑位置往下30cm),进行围檩及内支撑安装。

围檩及内支撑焊接牢固后,挖掘机横向分段进行土方开挖,开挖单层厚度不大于1m。

注意事项:

(1)土方开挖宜分层分段逐步进行,严谨超挖,并尽量减少基坑暴露时间。

(2)基坑开挖时,顶部和底部设置排水设施,以避免施工期间雨水侵泡基坑,基坑地下水位控制在基坑底面0.5m以下。

6.6.支撑体系施工

基坑开挖深度3.9<h≦5.5m,支护采用6m拉森Ⅲ型钢板桩,单排内支撑;腰梁采用工字钢36C型,支撑采用25型工字钢。

支撑间距设计为3m一组,腰梁设置部位为钢板桩从顶部0.5米位置设置。

安装形式如下图所示:

钢板桩围檩及支撑安装示意图

6.6.1.钢围檩(腰梁)安装:

(1)画线定位:

钢板桩施打完成,土方开挖至围檩底部30cm后;采用水准仪进行测量定位,同时沿纵向每隔6m喷涂油漆标记,确保围檩安装在一个水平面上;

(2)围檩吊装及安装:

①将钢丝绳挂在工字钢吊点上,吊装时由专人(信号工)负责指挥,吊车起吊10cm后,检查钢构件是否吊挂稳固,吊挂稳固后吊车继续起吊并吊往基坑位进行就位。

吊装时在工字钢两端头各栓一根就位牵引绳,达到准确平稳工字钢的目的。

②围檩安装:

吊装就位后,钢围檩背面布置3根钢管将围檩顶紧,确保围檩与钢板桩贴合紧密;然后安排两名焊工进行焊接,钢围檩焊接全部采用手工焊接,焊条采用J506,焊接前必须进行试焊,焊工根据实际情况确定焊接电流、电压、焊接速度、焊接电弧长度等参数,按规范要求进行焊接牢固,确保安装位置稳定后方可摘钩。

6.6.2.钢支撑安装

根据设计图纸,钢支撑采用25型工字钢,布置间距为3m一道(沿基坑纵向),钢支撑与钢围檩采用焊接方式进行固定。

钢支撑吊装及焊接工艺同6.6.1。

6.7.基坑排水降水措施

根据地勘资料,本场地地下水位较浅,现场局部开挖施工过程中可见有地下水涌出,因此基坑开挖前与开挖过程中,需采用相应的排水措施,以保证基坑施工的安全。

沿沟槽基底边线10cm处人工开挖宽40cm深40cm排水沟,开挖过程中控制好沟底坡度,使基坑内的明水顺利汇入到集水井内,集水井每隔30m左右设置1座,集水井内配置潜水泵将积水抽排至附近现状雨水管道或排水明沟内。

为防止下雨期间沟槽外侧雨水流入基坑内加剧基坑浸泡,在沟槽上口边往外1m处两侧各设置高40cm截水土埂。

具体沟槽内排水沟、截水土埂及集水井做法详见图1和图2。

图1:

沟槽基坑排水截水示意图

图2:

沟槽基坑集水井示意图

6.8.拉森桩拔除方案

对于钢板桩墙,拔桩的开始点离开桩角5根以上,必要时还可间隔拔除。

拔桩要点:

(1)拔桩时,可先用振动锤将板桩锁口振活以减小土的阻力,然后边振边拔。

对较难拔出的板桩可先用振动锤将桩振打下100~300mm,再与振动锤交替振打、振拔。

为及时回填拔桩后的土孔,在把板桩拔至此基础底板略高时(如500mm)暂停引拔,用振动锤振动几分钟,尽量让土孔填实一部分;

(2)起重机应随振动锤的起动而逐渐加荷,起吊力一般略小于减振器弹簧的压缩极限;

(3)供振动锤使用的电源应为振动锤本身电动机额定机功率1.2~2.0倍;

(4)对引拔阻力较大的钢板桩,采用间歇振动的方法,每次振动15min,振动锤连续工作不超过1.5h;

6.9.基坑监测

监测项目严格参照《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497-2009)要求执行。

基坑要求进行动态的信息化设计和施工,及时反馈监测信息给监理、业主和设计单位,为设计和施工提供有效数据。

本项目监测的项目参考下表:

序号

监测项目

监测位置

测试原件

监测精度

测点布置

监测警戒值

1

围护墙顶部水平位移

支护结构上端部

经纬仪

水准仪

1.0mm

间距

15~20

报警值40mm

每天持续发展5mm

2

围护墙沟竖向位移

支护结构上端部

经纬仪

水准仪

1.0mm

间距

15~20

报警值25mm

每天持续发展4mm

3

基坑周边地表竖向位移

周围土体

经纬仪

水准仪

1.0mm

间距

15~20

报警值55mm

4

围护墙内力

支护结构内

经纬仪

水准仪

1.0

N/mm²

间距

15~20

报警值65kn

5

深层水平位移

支护结构内

经纬仪

水准仪

<0.25mm/m

15~20

一处

报警值80mm

每天持续发展5mm

6

地下水位

基坑周边,基坑升读超过6m段

经纬仪

水准仪

10mm

孔距50mm

地下水位变化幅度不大于1m

(1)监测点的布置应满足监控要求,从基坑边缘以外3倍开挖深度范围内的需要保护物体应作为监控对象。

(2)基坑的监测工程主要包括:

支护工程的水平位移、周围建筑物及地下管线变形、地下水位、支护结构内力、支撑内力、土体分层竖向位移、支护竖向位移、深层水平位移和底面

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