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土木工程专业毕业设计论文范本
摘要
本篇毕业论文从土力学基本理论出发，结合相关设计规范及工程实际，对某边坡治理工程进行初步设计。
在设计中采用计算边坡推力的方法进行边坡稳定性分析，并以滑坡推力的计算结果和地质勘测资料作为肋梁锚杆支护计算、设计的依据。
除了理论上的计算之外，本文还论述了边坡治理的一些基本原则。
根据这些基本原则和计算结果，给出了治理边坡的方案。
关键词：
稳定性锚杆边坡治理
Abstract
Thispaperbeginswithbasictheoryofsoilmechanics,consideringthebesighcriteriacorrelativeandtheengineeringfactors.Inthedesign,weanalyzestabilityofthelandsliodebycalculatingthelandslidethrust.Withthecalculateresultsandthedataofgeologysurvey,wecancalculateanddesignanti-slidepiles.Thispaperdiscussessomebasicprinciplesoflandslidetreatmentastheoreticcalculate.Basingonthebasicprinciplesandthecalculateresults,aprojectofthelandslidetreatmentbeprovided.
Keywords:
stabilityslidepileslandslidetreatment
1.工程区自然条件
忠县位于三峡工程库区中部，县城上游距重庆市240km，下游距长江三峡工程坝址约360km。
本边坡位于忠县县城上游、长江左岸，距县城10km。
行政区划隶属重庆市，水陆交通发达，交通十分便利。
忠县地处川东低山丘陵区，属中纬度亚热带东南季风暖气候区，四季分明，气候温和，湿热多雨，雨量充沛。
年均气温18.2℃，最高气温42.1℃，最低气温-4.1℃。
年均降雨量1172.1mm，最大降雨量1471.1mm，最小降雨量866.6mm，长年主导东北风。
2.工程地质概况
2.1地形地貌
边坡位于长江近岸谷坡地带，地貌形态主要为坪状丘陵，高程为206~230m，原始地形坡度为10~30°、局部大于30°。
边坡的地形坡度为64°，坡高为18m，坡下为居民安置点或规划的安置点，周围建筑物较多。
2.2地层岩性与岩土工程地质特征
边坡区域分布有：
第四系全新统人工堆积层（Qr）、第四系全新统坡积层（Q4dl）；基岩为侏罗系上统蓬莱镇组第2段（J3P2）。
各岩土层特征分述如下：
（1）第四系
人工堆积层（Qr）：
主要为边坡开挖形成的碎块石填土层，紫红色，稍密状，主要由块石、碎石及粘土等组成，碎块石呈棱角状，粒径1~10cm，含量30%。
分布于边坡外围，厚度0.5~1.5m。
堆填时间在三年以内。
残坡积层（Q4dl）：
紫红色、灰黄色，粉质粘土夹碎石，碎石含量10%~35%，粒径1~3cm，最大5~6cm，碎石多为强风化状泥岩及砂岩，粉质粘土呈可塑状，土层结构稍密。
广泛分布于坡顶及其以上斜坡地带，厚度0.5~1.5m。
（2）侏罗系
边坡区由侏罗系上统蓬莱镇组第2段（J3P2）基岩组成，地层岩性见地层岩性简表2.1（地层柱状引用《长江三峡水利枢纽库区忠县与石柱县迁建城镇新址地质论证报告》）。
表2.1岩性一览表
系
统
组
段
大层
地层
代号
岩性代号
厚度（m）
岩性描述
第四系
Q
0.5~1.5
坡积物（Qdl）：
土夹碎石或碎石土；
人工堆积物（Qr）：
块石碎石夹土。
侏
罗系
上统
蓬莱镇组
第2段
第3
大层
J3P2-3
Ss
30~35.8
厚层浅紫灰色长石砂岩，中部夹两层紫红色粉砂质泥岩。
第2
大层
J3P2-2-3
St+Cr
7.8
薄层浅灰紫色泥质粉砂岩与紫红色粉砂质泥岩互层。
J3P2-2-2
St夹Cr
15.9
为中厚层灰紫色泥质粉砂岩夹极少量薄透镜状粉砂质泥岩。
J3P2-2-1
St+Cr
15
上部为薄层灰紫色泥质粉砂岩与紫红色粉砂质泥岩互层；中部为厚约3~4m的粉砂岩；底部为厚3m的紫红色粉砂质泥岩。
第1
大层
J3P2-1-4
Ss
20
厚～巨厚层浅灰色长石石英砂岩。
J3P2-1-3
St+Cr
8.6
薄~中厚层粉砂岩夹紫红色粉砂质泥岩。
J3P2-1-2
Ss
4~5
浅灰色中~厚层砂岩。
J3P2-1-1
St+Cr
17.3
薄层粉砂岩与紫红色粉砂质泥岩互层。
粉砂质泥岩：
紫红色，泥钙质胶结较差，层理不发育，可见次圆状泥钙质粉砂岩团块，粒径0.5～2cm。
抗风化能力差，遇水易崩解等特点。
泥质粉砂岩：
紫红色，泥钙质胶结，成分较均一，局部夹粉砂质泥质条带或薄层，层面略有起伏，抗风化能力差。
长石石英砂岩：
灰~灰白色，泥钙质胶结较好，抗风化能力较强，呈厚层、巨厚层状构造。
2.3地质构造
（1）区域地质构造与地震
本区处于扬子准地台之次级构造单元——四川台坳（图2.1）。
基底主要由早元古代变质火山——碎屑岩及侵入其间的岩浆岩组成；区内沉积盖层出露齐全，侏罗系末的燕山运动使盖层产生强烈褶皱，断裂较为少见。
主要是因为沉积岩的高度柔塑性在地应力作用下，构造变位的表征是塑性流动，褶皱成山，断裂则少发生。
主要断裂与褶皱的形成密切相关，即发生应力集中部位的背斜核部或偏翼部，向斜内偶见小规模的断裂错动。
区内构造形迹的展布方向由NE向渐变为NEE向弧形，宽阔平缓的屉状向斜与梳状紧闭的背斜相间排列，构成隔档式构造。
区内主要褶皱有万县向斜、大池－干井背斜、丰都－忠县向斜、方斗山背斜与石柱向斜。
主要断层有楠木垭－大垭口断层、横梁子断层、茨竹垭断层、齐岳山大断层、吊钟坝断层等，分布于工程区外围。
图2.1忠县及其周缘地区构造纲要图
1:
背斜;2:
向斜;3:
一般断层;4:
航磁推测大断裂;5:
二级构造单元界线;6:
边坡区
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），该地区地震动基岩峰值加速度值为0.05g，反应谱特征周期为0.35s，相应地震基本烈度为Ⅵ度。
（2）边坡地质构造
边坡内未见断裂发育，层间剪切带不发育，岩体均为裂隙切割，裂隙一般发育在砂岩中，裂隙短小；泥岩中微裂隙发育。
边坡区地层为单斜构造。
2.4水文地质条件
边坡区为一向冲沟倾斜的斜坡，该区降雨充沛，大气降水大部分多沿斜坡向冲沟排泄，仅有少部分降水渗入斜坡体的松散覆盖层及基岩裂隙内。
汇水面积0.0001km2。
该区内的地下水，按其赋存条件可分为孔隙水和裂隙水。
孔隙水：
主要分布于坡积层和人工堆积层内。
埋藏不深，水量不丰，受季节影响明显。
裂隙水：
赋存于张开的基岩裂隙中，水量不丰。
地下水主要靠大气降雨补给。
大部分降水沿斜坡快速向溪沟排泄，仅有很少部分雨水垂直下渗，补给地下水。
该地段的松散堆积层中，泥岩类和砂岩类地层中，水量均不丰，大多以渗水的方式排泄，该边坡未见泉水出露地下水的水化学类型为HCO3-Ca型水。
总体而言，该区水文地质条件较为简单。
2.5人类工程活动
边坡坡顶主要为农田和山地，没有大的人类工程活动。
坡脚为居民自建房或规划建房的宅基地，除规划建房处将来需进行建房施工外，不会有大的人类工程活动。
3.边坡特征
3.1边坡形态特征
边坡走向356°，倾向86°，坡角64°，多呈上缓下陡状。
坡顶高程为231m，坡底高程为213.2～215.6m。
坡面略有起伏，坡面泥岩风化剥落凹进，砂岩凸出。
坡长60m，坡高18m。
3.2边坡物质组成
（1）岩性
①基岩
边坡的地层主要为蓬莱镇组第2段第二大层J3P2-2地层，岩性主要为中厚层灰紫色泥质粉砂岩、砂岩与夹少量紫红色粉砂质泥岩与薄层浅灰紫色泥质粉砂岩夹紫红色粉砂质泥岩互层。
②第四系覆盖层
分布于边坡坡顶及外围，主要为坡积物和人工堆积物，厚0.5~1.5m。
（2）岩体风化
高边坡地段出露的基岩，由于自身岩石矿物成份、成岩条件的不同，其风化程度有明显的差异。
泥岩类，抗风化能力弱，其风化后多为碎石及碎石土；砂岩类，一般抗风化能力相对较强，风化后矿物变异，岩石颜色变浅，力学强度降低。
根据地表及人工边坡出露的基岩的风化特征，按《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）中的岩石风化分带标准，可将区内风化岩体分为强风化带、中等风化带和微风化带，各风化带特征如下：
强风化带：
岩石结构大部分破坏，颜色变浅，矿物变异，岩石破碎，部分手搓呈砂粒或泥状，遇水容易松散。
中等风化带：
岩石结构有轻微破坏，原岩矿物轻度变异，部分泥岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩浸水后容易破碎；砂岩仅沿裂隙、层面及所夹软岩有色变现象。
边坡上部或表层岩体多呈强风化状，强风化厚度0.3～5.0m。
中风化岩体完整，多出露于边坡中下部。
3.3边坡的水文地质条件
（1）地表水迳流条件
边坡区为一向冲沟倾斜的斜坡，该区降雨充沛，大气降水大部分多沿斜坡向冲沟排泄，仅有少部分降水渗入斜坡体的松散覆盖层及基岩裂隙内。
汇水面积0.0001km2。
（2）地下水赋存条件
该区内的地下水，按其赋存条件可分为孔隙水和裂隙水。
孔隙水：
主要分布于坡积层和人工堆积层内。
埋藏不深，水量不丰，受季节影响明显。
裂隙水：
赋存于张开的基岩裂隙中，水量不丰。
（3）岩（土）体的透水性
土体的透水性：
区内土体透水性总体较弱，仅表部人工填土透水性相对较强。
岩体的透水性：
据忠县城区大量地质勘察资料揭示，基岩中等风化带岩体透水率少部分为1～5Lu，大部分小于1Lu。
类比可知，该地段中等风化带岩体应属微透水岩体，强风化岩体透水性也较弱。
（4）地下水补排形式
地下水主要靠大气降雨补给。
大部分降水沿斜坡快速向溪沟排泄，仅有很少部分雨水垂直下渗，补给地下水。
该地段的松散堆积层中，泥岩类和砂岩类地层中，水量均不丰，大多以渗水的方式排泄，该边坡未见泉水出露。
（5）地下水化学成分
本边坡区无地下水排泄点，据邻近本边坡区的地下水的水化学分析成果显示，水化学类型多为HCO3-Ca型水。
（6）地下水对工程的影响
根据水质分析成果，参照《岩土工程勘察规范（GB50021—2001）》相关标准判别，地下水对混凝土无腐蚀性。
4.边坡稳定性分析
4.1边坡类型及安全等级
根据国家标准《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002规定，岩体较完整、中风化岩质边坡划为Ⅲ类边坡。
根据规范对安全等级划分的规定，岩质边坡边坡高度15~30m，破坏后果严重，边坡安全等级定为二级。
因此，本边坡确定为：
安全等级：
二级;
安全系数：
K=1.30；
边坡工程重要性系数：
γ0=1.10
4.2影响边坡稳定性的因素
岩质边坡主要控制因素一般是岩体的结构面（或层面）与坡面的关系以及结构面（或层面）的强度指标，因此，正确确定这些参数是边坡稳定分析和边坡设计成败的关键。
边坡的稳定性分析评价，应在确定边坡破坏模式的基础上进行，不同的边坡有不同的破坏模式，不同的破坏模式有不同的计算方法，如果破坏模式选错，计算就失去基础，得不到正确的结果。
工程地质特征是判断边坡稳定与不稳定的主要内因，包括以下几个方面：
（1）地层岩性
地层岩性及其组合是构成边坡的物质基础，岩性决定岩石的强度，抗风化能力，岩体结构及所能保持的边坡高度。
（2）地质构造
地质构造决定岩层的产状，节理裂隙的性质及发育程度，断层破裂带的性质等。
这些因素又决定了边坡的岩体结构。
受构造的影响，边坡体上节理裂隙发育、岩体破碎，将严重影响边坡的稳定性。
（3）边坡岩体的风化程度
岩体风化以一方面破坏岩体的完整性，另一方面是岩体物质成分发生变化，导致岩石物理力学性质的变化，直接影响岩体的强度及构造特性，进而影响边坡稳定。
风化程度一般分为四级，即全风化、强风化、中风化、微风化。
不同的风化程度表示岩体受改造的程度及其力学属性的差异，同时也预示着其变形特征及主要影响变形因素的改变。
如全风化呈砂土状岩体构成的边坡稳定性，节理裂隙已不起作用，其控制作用的是土状岩体的强度能否支撑设计的坡度、坡高；强风化碎裂结构岩体或风化呈碎石夹砂土状岩体，由岩体强度、破裂程度及构造面的组合及其与临空面的关系等共同控制边坡稳定性；中~微风化硬质岩石，主要由结构、构造面组合及其与临空面的关系控制坡形、坡度的加固工程措施。
（4）水文地质条件
水是造成边坡失稳的重要因素，地下水软化岩土体，降低其强度，增大容重而增大了下滑力，产生静、动水压力，引起边坡的失稳。
4.3边坡稳定性分析
本工程场区内，考虑的因素有：
各组裂隙面（或层面）产状，坡面倾向，岩体风化程度、覆盖层、水等的影响。
（1）岩性组合特征
边坡的地层主要为蓬莱镇组第2段第二大层J3P2-2地层，岩性主要为中厚层灰紫色泥质粉砂岩、砂岩与夹少量紫红色粉砂质泥岩与薄层浅灰紫色泥质粉砂岩夹紫红色粉砂质泥岩互层。
岩性软、硬岩相间。
由坡上至坡下，风化强烈至中等。
（2）边坡与岩层关系
边坡走向356°，倾向86°，倾角64°，坡度42°～64°。
岩层倾向98°，倾角32°。
边坡为顺向坡。
（3）裂隙发育特征
边坡内未见发育断裂，层间剪切带不发育，岩体均为裂隙切割，统计坡体面上发育的裂隙，主要为如下三组裂隙：
走向90°，倾向180°，倾角65°，裂面平直，宽1～5mm，充填粘土，可见长1.8~7.0m，发育间距3.0～4.0m。
走向55°，倾向325°，倾角60°，裂面平直，宽1～3mm，充填粘土，可见长1.5~8.0m，发育间距4.0～5.0m。
③走向358°，倾向88°，倾角50°，裂面平直，宽1～3mm，充填粘土，可见长1.5~5.0m，发育间距1.0～1.5m。
图4.1边坡结构面极射赤平投影图
由边坡岩体裂隙与岩层面和坡向绘制的赤平投影图（图4.1）可知，裂隙3受裂隙1与裂隙2的切割形成倾向坡外的块体，倾角为50°，由其构成的不稳定块体沿裂隙面产生滑移破坏。
4.4边坡破坏模式及控制条件
边坡的破坏模式有平面滑动、圆弧滑动、楔形滑动、倾倒、剥落等。
根据破坏控制条件，岩质边坡的破坏形式分为：
沿外倾结构面（或层面）破坏、由岩体强度控制的破坏。
对无外倾结构面的边坡，破坏形式为岩体强度控制的破坏。
对无软弱结构面有倾角大于40的外倾硬性结构面的边坡，破坏形式为沿外倾硬性结构面滑动或由岩体强度控制的破坏，由相应侧向压力的较大值确定。
岩质边坡的稳定性受优势面控制（结构面、裂隙面等），边坡岩体各不连续面中及其组合构成了岩体的分离体和滑动边界。
边坡稳定性评价关键在裂隙面及坡面的组合关系的评价。
综合前述边坡岩土工程地质条件，分析该边坡滑移存在三种失稳模式：
（1）顺层滑移破坏
在顺向坡中，岩体中发育有顺坡向层面，岩体在层面和结构面的切割下，在边坡临空面上，形成顺层块体，块体在重力作用下，产生滑移破坏解体，其变形破坏模式演化过程见图4.2。
图4.2顺层块体滑移破坏模式演化图
（2）岩体破裂面滑移破坏
在边坡中，在岩体的自重作用下，沿破裂面产生滑移破坏解体，其变形破坏模式演化过程见图4.3。
图4.3岩体破裂面滑移破坏模式演化图
（3）沿裂面滑移破坏
在边坡中，岩体发育外倾结构面，岩体在外倾结构面与其它结构面的切割下，在边坡临空面上，沿裂隙面产生卸荷拉开，块体在重力作用下，产生滑移破坏解体，其变形破坏模式演化过程见图4.4。
图4.4沿裂面滑移破坏模式演化图
4.5边坡岩石的物理力学性质
边坡岩石主要为：
粉砂质泥岩，泥质粉砂岩和砂岩。
依据岩石试验与经验类比，提出边坡岩体（石）的力学参数建议值（见表4.1）。
表4.1岩体物理力学参数建议值表
岩性
风化
分带
密度
（g/cm3）
抗剪强度
抗压强度
σ（MPa）
抗拉
强度
（MPa）
变形
模量E0（GPa）
泊
松
比
μ
软化
系数
C（MPa）
（度）
饱和
天然
砂岩
强风化
2.5
0.10~0.12
24
4
8
1.2
0.30
中等
风化
2.55
0.2~0.25
29
15
25
2.5
2.0
0.28
0.6~0.65
泥质
粉砂岩
强风化
2.53
0.08~0.10
23
3
5
1.0
0.30
中等
风化
2.58
0.15~0.2
27
8
15
2
1.5
0.29
0.5~0.6
粉砂质
泥岩
强风化
2.55
0.05~0.08
22
2
4
0.6
0.35
中等
风化
2.6
0.1~0.15
25
5
10
1.5
1.0
0.30
0.4~0.5
结
构
面
泥岩层面
0.05~0.1
19~24
砂岩层面
0.1~0.15
25~27
泥质粉砂岩裂隙面
0.01~0.02
20~22
5.边坡稳定性计算
5.1按岩层层面滑动进行稳定性验算
考虑岩层层面为滑动面，如图5.1所示。
图5.1边坡稳定性平面滑动计算示意图
岩坡中层面与垂直裂缝的组合面为ABC，由它切割的边坡滑体为ABCD，滑块的重量为W，BC面倾角为，坡面倾角为，坡高为H。
（6-1）
根据极限平衡条件，边坡稳定性安全系数为：
（6-2）
式中：
——岩体的容重，kN/m3；
H——滑坡体高度，m；
L——滑动面长度，L=（H－Z）/sin，m；
Z——坡顶垂直裂缝深度，m；
——滑动面倾角，度；
——坡面倾角，度；
C——滑动面上的粘聚力kPa；
——滑动面上的内摩擦角，度；
W——为滑块的重量，kN；
U——为滑动面上垂直方向静水压力，U=w×Zw×L/2，kN；
V——为滑动面上侧向静水压力，V=w×Zw2×L/2，kN；
Zw——为坡顶裂缝中地下水位深度，m；
A——水平地震力，A＝ma，kN；
m——滑体质量，kg；
a——地震加速度，6度地震区取0.05g，即a=0.5m/s2。
边坡层面内摩擦角折减系数为0.8，边坡稳定安全系数取值为1.30，重要性系数为1.1。
由于岩层倾角为32，则＝32，边坡坡角为＝64，坡高18米，不考虑地下水，坡顶无垂直裂缝，边坡岩体的力学参数建议值，则：
C=80kPa；=20×0.8=16；=25kN/m3；Z=0；
L=H/sin32=33.97m；
W=0.5×25×182×sin（64－32）/sin32sin64=4506.04kN；
m=W/g=4506.04/10=450.6kg；
A=ma=450.6×0.5=225.3kN；
即边坡岩层层面安全系数为1.57，大于规范要求的稳定值（1.30）。
5.2按岩体破裂面进行稳定性验算
根据边坡岩体的力学参数建议值，相关数值取值如下：
——岩体内摩擦角（度），=23°×0.8=18.4°，0.8为折减系数；
C——滑动面上岩体粘聚力（kPa）；取C=60kPa；
γ——岩体的容重（kN/m3），取=25kN/m3；
θ——破裂角（度），θ=45+φ/2，θ=45+18.4/2=54.2°；
α——边坡开挖后边坡角（度），α=64°；
H——坡体高度（m），H=18m；
根据图5.2计算如下：
图5.2按岩体破裂面进行稳定性验算示意图
C=60kPa；=23×0.8=18.4；=25kN/m3；Z=0；
L=H/sin54.2=22.19m；
W=0.5×25×182×sin（64－54.2）/sin54.2sin64=945.64kN；
m=W/g=945.64/10=94.56kg；
A=ma=94.56×0.5=47.28kN；
即按岩体内抗剪强度指标进行稳定性验算结果表明，岩体中剪应力最大面的安全系数为1.89，远大于规范要求的稳定值（1.30）。
5.3按裂隙面滑动进行稳定性验算
考虑块体沿裂隙3滑动，裂隙3为滑动面，如图5.3所示。
图5.3沿裂面滑动稳定性验算示意图
边坡裂隙面内摩擦角折减系数为0.8，边坡稳定安全系数取值为1.30，重要性系数为1.1。
由于裂隙面倾角为50，则＝50，边坡坡角为＝64，坡高18米，不考虑地下水，坡顶无垂直裂缝，根据边坡岩体的力学参数建议值，则：
C=30kPa；=22×0.8=17.6；=25kN/m3；Z=0；
L=H/sin50=23.5m；
W=0.5×25×182×sin（64－50）/sin50sin64=1423.04kN；
m=W/g=1423.04/10=142.3kg；
A=ma=142.3×0.5=71.15kN；
即抗滑力＝977.87kN，下滑力＝1135.84kN
若岩层内摩擦角不折减，且不考虑地震力，则计算所得K＝0.99。
即边坡沿裂面滑动体安全系数为0.86，远小于规范要求的稳定值（1.30）；即使不计地震作用，内摩擦角不予折减，沿裂面滑动体才刚刚接近极限平衡状态，因此必须对滑动体进行加固。
6.支护结构设计
6.1设计依据
（1）《建筑边坡工程设计技术规范》GB50330-2002；
（2）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）；
（3）《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）；
（4）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GBJ86-85）；
（5）《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）；
（6）《混凝土结构设计规范》（GBJ-89）；
（7）《混凝土结构设计规范》（GBJ-891996年局部修订条文）。
6.2选择支护方案
6.2.1设计原则
根据前述边坡的坡面形态特征、坡体岩土结构及斜坡稳定验算结果与不良地质现象，综合工程场区内建筑物特点，边坡防护治理设计应遵循以下原则：
（1）边坡防护工程应与工程场区地质环境、斜坡形态与结构特征及居民楼特点相适应；
（2）根据居民楼的相互位置关系，边坡防治尚需考虑可利用空间位置的大小匹配；
（3）在达到防治目的的前提下，边坡的防治要尽量做到施工简单、造价便宜、防护工程美观且与居民楼相得益彰。
6.2.2设计支护方案
根据前述边坡的地形地质条件及稳定性分析成果，以及上述设计原则，结合工程现场实际情况，确定本工程人工边坡支护方案为：
截排水＋肋梁锚杆支护。
截排水：
在边坡坡顶及坡面布置截排水系统，以减少雨水对坡面及坡体的冲刷、侵蚀。
肋梁锚杆：
边坡整体加固及坡面治理防护。
考虑了两种方案：
一种为普通锚杆结合片石肋梁支护方案；另一种为普通锚杆结合钢筋混凝土肋梁支护方案。
其中锚杆主要起整体加固作用，肋梁主要起坡面加固作用，同时兼作锚杆外锚头的锚固端。
由于工程场区内坡体结构主要为泥质粉砂岩、砂岩与粉砂质泥。
经过验算沿裂面滑动体存在滑移可能，锚杆必须穿过滑动体进入稳定岩体，选用锚杆结合钢筋混泥土肋梁方案，采用锚
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