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向化二号桥拉索施工方案
苏南运河三级航道整治桥梁工程
(无锡洛社段)
向化二号桥主桥预应力专项施工方案
2011年5月
向化二号桥主桥预应力专项施工方案
一、工程概况
原向化一号桥位于锡山市洛社镇的江苏新苑集团公司厂区外,原桥桥跨组成为(3*20+22.8+55+22.8+2*20)米,主桥结构型式为跨中带挂孔的斜拉桁架结构,引桥结构型式为20米跨径的T形简支梁结构。
桥长213.38米,桥面宽8米,通航净宽50米,净高7米,桥梁中心线与航道中心线交角为4.8度,通航净空不满足三级航道通航要求,需拆除改建,改建桥梁归并至西环线处与西环路大桥合建。
本次改建后设计主桥采用下承式钢管混凝土系杆拱桥,桥梁起点桩号为K0+912.32,终点桩号为K1+078.37,全长为166.05米。
桥梁主跨为102.6米的下承式钢管混凝土系杆拱桥,梯道上、下桥采用带坡的混合型升降方式。
主桥上部采用102.6米的单跨钢管混凝土系杆拱,为刚性系杆刚性拱,计算跨径L=100米,拱轴线为二次抛物线,矢跨比为1/5.56,矢高为18米。
1.1、吊杆
吊杆采用OVMLZM7-37(K)I型拱桥吊杆,钢丝为高强度镀锌钢丝,标准强度fpk=1670MPa,弹性模量Ep≥1.9×105MPa。
其它性能不低于GB/T5224-2003要求。
吊杆为双索面,单片拱肋设置17根,间距为5.5米,全桥共34根,其各项设计参数详见下表
(1)。
吊杆拱端为张拉端,下端为固定端,均采用螺母锚固形式进行锚固。
吊杆索体外采用Ф245×12的无缝钢管进行整体通长防护。
吊杆设计参数表1
吊杆编号
锚面间距(mm)
单根钢丝重量(KG)
分批张拉力(KN)
第1批
第2批
备注
1、17
5841
65.3
200
500
2、16
9032
100.9
200
500
3、15
11791
131.8
200
500
4、14
14116
157.7
200
500
5、13
16010
178.9
200
500
6、12
17482
195.3
200
500
7、11
18534
207.1
200
500
8、10
19163
214.1
200
500
9
19375
216.5
200
500
全桥合计
5870.6
1.2、系杆箱梁:
系杆采用等截面箱梁,系杆箱梁高1.8米,中段宽1.4米,近拱脚加宽至1.7米。
全桥共设两幅系杆箱梁,每幅系杆箱梁分别设置有12束10Фj15.24的预应力钢束,其各项设计参数详见下表
(2)。
全桥系杆预应力钢束材料表2
钢束编号
规格
束数
单束长度(cm)
总长(m)
总重(KG)
总伸长量
(mm)
N1
10
8
10380
830.4
9142.7
305
N2
10
8
10380
830.4
9142.7
305
N3
10
8
10380
830.4
9142.7
299
钢绞线总重:
27428.1KG
1.3、端横梁:
两端拱肋处设端横梁,采用箱形断面,端横梁高度为1.452-1.503米,端横梁两侧均设牛腿以支承主桥行车道板和引桥上部结构,端横梁内设置横向预应力钢束,预应力钢束各项设计参数详见下表(3)。
一道端横梁钢束材料表3
钢束编号
规格
束数
单束长度(cm)
总长(m)
总重(KG)
伸长量(mm)
N1/N2
10
2
单道钢绞线重:
KG。
全桥总重:
KG
1.4、中横梁:
在每根吊杆处的两侧系杆箱梁之间设置有中横梁,全桥共17榀,中横梁高度为1.10-1.153米,桥面双向1.5%横坡通过横梁高度的变化调整,梁顶设有牛腿,以支撑纵向铺设的人行道板。
在中横梁内设置有预应力钢束,预应力各项设计参数详风下表(4)。
一道中横梁钢束材料表4
钢束编号
规格
束数
单束长度(cm)
总长(m)
总重(KG)
伸长量(mm)
N1/N2
10
2
单道钢绞线重:
KG。
全桥总重:
KG
1.5、拱肋:
主桥采用两片拱肋,拱肋采用单圆管截面,直径为1.0米,壁厚16mm,内填充C40微膨胀混凝土。
1、6、预埋件:
吊杆部分预埋件主要包括以下几项,其规格分别为:
①、上、下导管:
Ф194×5;
②、拱肋上、下垫板:
□350×30×350,内开圆孔Ф160
③、系梁底预埋筒:
Ф280×12、深250mm。
1.7、附件安装
附件安装主要包括:
(1)、上锚具保护罩。
(2)、下锚具系梁锚箱外盖板。
(3)、因采用整体外管对索体进行外防护,桥面无防水罩。
1.8、防护
(1)、上、下锚具表面涂沫无粘结筋专用防护油脂。
(2)、在上保护罩外安装钢质保护罩,并内注聚胺脂发泡剂对锚具进行整体保护。
(3)、在下锚具系梁锚箱外安装盖板,并内注聚胺脂发泡剂对锚具进行整体保护。
二、编制办法
2.1、编制依据
(1)、《预应力用锚具、夹具和连接器应用技术规范》JGJ85-2002;
(2)、《斜拉桥热挤聚乙烯拉索技术条件》JT/T6-94;
(3)、《公路桥涵施工技术规范》;
(4)、江苏省交通规划设计院股份有限公司2010年02月《苏南运河三级航道桥梁工程(无锡洛社段)向化二号桥施工图设计》。
2.2、编制目的
(1)、按质按量按时完成预应力施工任务,满足全桥施工计划。
(2)、优化资源,争取优质高效组织施工。
(3)、完善预应力施工工艺技术,确保方案的切实可行,全面指导预应力专项各步骤施工。
(4)、具体落实预应力专项施工中的各项安全、质量、工期保证措施,确保预应力施工质量满足设计要求及国家有关规范标准。
三、主桥施工方案
主桥主要施工步骤为:
步骤1:
主桥桥墩钻孔灌注桩、承台、墩柱施工,
步骤2:
桥址北岸空地上搭设满堂支架,在岸上竖直拼装主桥钢结构,先在胎模上完成系杆劲性骨架安装,然后在胎架上拼接拱肋钢管,安装6道风撑,安装5道系杆临时横梁,焊接成整体,安装系杆模板、绑扎系杆钢筋。
步骤3:
安装吊杆并张拉部分预应力作为收紧力,收紧力以带紧吊杆为原则。
步骤4:
将拱肋及劲性骨架整体浮拖就位并临时固定、现浇拱脚及端横梁混凝土。
步骤6:
待端横梁混凝土达到设计强度后张拉端横梁预应力钢束。
步骤7:
泵送拱肋混凝土同时第一次张拉第一批系杆预应力。
步骤8:
拱肋内混凝土达到设计强度后,浇筑系杆混凝土。
步骤9:
系杆混凝土达到设计强度后,第二次张拉第一批预应力钢束。
步骤10:
第一次张拉吊杆预应力。
步骤11:
安装中横梁,并浇筑湿接头,拆除系杆临时横梁。
步骤12:
待湿接头混凝土达到设计强度后,张拉中横梁预应力。
步骤13:
张拉第二批系杆预应力。
步骤14:
第二次张拉吊杆预应力。
步骤15:
安装桥面板,施工桥面板整体混凝土,桥面混凝土铺装。
步骤16:
张拉张三批系杆预应力钢束。
步骤17:
荷载试验、通车。
四、施工组织
4.1、人员组织
选派有经验的管理和技术人员成立项目经理部(详见下表5),并根据工程的具体情况落实施工人员,随时准备进驻现场,
项目部人员组织表5
序号
名称
数量
备注
1
项目经理
1
2
技术负责人
1
3
技术人员
2
4
技术工人
4
普通工人
6
4.2、主要机具组织
相关施工材料、设备、机具等自检合格后进入工地施工现场(详见下表6)。
对于千斤顶应送至具有相应检测资质的专业单位进行检测标定,并应征得监理单位的认可。
主要机具、材料表6
序号
规格用名称
用途
单位
数量
备注
1
ZB4-500高压油泵
台
4
2
YCW600-200千斤顶
吊杆张拉用
台
4
3
Ф64张拉杆及组件
吊杆张拉用
套
4
4
YCW600张拉撑脚
吊杆张拉用
个
4
5
YCW2500-200
普通预应力张拉用
台
4
6
M15-10工具锚板
普通预应力张拉用
个
4
7
M15-10限位板
普通预应力张拉用
个
4
8
工具夹片
普通预应力张拉用
付
50
9
搅拌机
灌浆用
台
1
10
注浆泵
灌浆用
台
1
11
2吨卷扬机
吊杆安装用
台
1
4.3、技术准备
首先组织技术人员认真阅读图纸、充分理解设计意图、收集相关资料,并派人对现场进行实地考察。
然后制订相应的施工方案并提交有关单位审核。
进行技术交底,确保所有施工人员熟练掌握操作技术。
4.4、现场准备
临时设施搭建、水电和进场。
五、吊杆安装施工工艺
5、1、施工工艺流程
5.2、施工平台及护栏
施工平台作为施工、质检等人员的临时工作场地,其贯穿整个吊杆施工过程,因此不仅要求平台和护栏安全、牢固可靠,同时要便于操作,根据本桥交叉施工等实际情况,施工平台及护栏主要包括:
(1)拱上走道及时雨护栏。
(2)拱腹平台。
(3)梁底平台及护栏。
5.3、预埋件检查
鉴于以往同类桥型的施工经验和教训,正常施工前应做好非我方负责实施的预埋件安装质量和主要技术参数的测量和检查工作,其主要包括(预埋件如图3示):
(1)检查部位①:
为钢垫板的内径,钢垫板作为吊杆永久锚固螺母的承压面,如内径过大则其与锚固螺母的承压面积将减小,影响桥梁运行后其受力和桥梁安全。
如内径过小则影响吊杆安装时锚杯的穿入。
●注意:
钢垫板内孔要求机加工车合尺寸,其内表面应光滑平顺无台阶。
(2)检查部位②:
为钢垫板的边长,钢垫板为正方形,钢垫板作为吊杆的受力承压面,其主要作用是将巨大的压应力传递至锚下结构,整体张拉时主要为整体张拉撑脚提供足够的承压面,因此安装要求:
●表面水平或与预埋管中心垂直;
●钢垫板表面清洁干净,无焊渣及混凝土块等杂物;
●锚下结构应无缺陷。
●如钢垫板预置于锚箱内,则要求锚箱内空尺寸不得小于钢垫板的尺寸。
(3)检查部位③:
为钢垫板内孔与预埋管内壁的过渡处,要求环缝过渡光滑,不得有焊迹、焊渣、混凝土等杂物,以利于穿索时锚杯的顺利过渡。
如有较大的台阶而无法处理,应对施工人员进行特别交底,以保证穿索时采取预防出现卡位、刮伤锚杯螺纹等情况发生。
(4)检查部位④:
为预埋钢管内径尺寸,同样为保证吊杆安装时锚杯能顺利通过预埋管,安装时要求:
●管内无焊缝、焊渣、混凝土等杂物,特别是预埋管较长出现两段以上接长时;
●钢管无明显变形,保证其圆度,特别是焊管时更要保证;
5.4、穿索
5.4.1、二次搬运
由于成品索吊杆单根重量较大且长度较长,出厂时须卷盘运输至施工现场,并用缠包带进行缠包以保护索体的外PE层不受损伤和破坏。
因此用吊车或人工将相应索号的成盘索体吊至便于吊装的位置,吊装时注意:
●吊绳和吊具不应固定在索体上,可固定在两端锚具的钢质部位,以保证索体PE层不被挤压损伤,吊绳和吊具应具有足够的安全和保险系数;
●由于吊车起落速度较快,吊运过程中要有专人指挥,以免与施工现场的其他构件发生碰撞;
●放置于地面时应用方木支垫,同时注意应将上端锚具置于上面。
5.4.2、穿索
穿索是指将吊杆穿过上、下预埋钢管并保证索体PE层和两端锚杯外螺纹不受损伤和破坏的过程。
为保证这一过程的顺利进行,必须遵循以下施工工艺流程和操作规程:
(1)桥下支架拆除
检查索体穿过的直径为1~2m的区域内不得有支架挡住,如有挡住应在保证支架安全的前提下进行拆除和移位再加固,以保证索体能顺利自由地穿过支架内。
(2)旋出锚固螺母
锚固螺母出厂时已旋合在锚杯上,由于锚固螺母的外径大于预埋钢管和钢垫板的内径,因此穿索前必须先行在桥面将其拆除并配套标识和妥善保管。
(3)吊装牵引连接
根据吊装工艺和现场实际情况,吊装牵引连接选择在上端,其连接方式为(如图4示):
牵引连接步骤和注意事项:
●将长度足够的10~12mm千斤绳穿过限位钢板的中间孔道并露出千斤绳的一端环扣;
●再将长度足够的Φ20圆钢穿过千斤绳下端的环扣内并拉紧或铁丝捆绑牢固;
●套入内衬套并与张拉端锚杯的内螺纹旋合到底;
●千斤绳的另一端(即上端)环扣与牵引绳相连接。
(4)穿索
根据现场实际情况,本桥吊杆拟采用卷扬机牵引的方法进行吊杆的安装,安装工艺步骤为:
●步骤1:
由于拱肋在陆上进行安装,吊杆安装前应将吊杆运至桥底相应位置,吊杆二次搬运应严格按以上“二次搬运”要求操作。
●步骤2:
将卷扬机钢丝绳从拱顶穿过上端锚固螺母、球形垫板、上预埋管、下预埋管直至吊杆放置位置。
●步骤3:
将钢丝绳按以上“吊装牵引连接”要求与上端锚具连接,然后启动卷扬机,将吊杆提起并穿过下、预埋管、上预埋管、球形垫板直至满足锚固螺母旋合长度为止。
●步骤4:
按设计图旋合上端锚固螺母。
(5)、注意事项:
在进行吊杆穿索安装时,应注意以下事项:
●吊具和连接件必须安全可靠和有足够的承重安全系数,活动部位需有限位和保险装置;
●牵引连接起吊前,上端均应先套入相应的球形板和球形螺母(也称锚固螺母),并注意球形垫板的球面朝上、球形螺母的球面朝下。
●索体穿过预埋钢管时,要注意对锚杯的外螺纹和索体的PE层进行保护,不得损伤,如有损伤应及时给予处理;
●吊杆穿过上端后,随即旋合上端的锚固螺母,旋合尺寸应符合设计要求。
●穿索完成后,应立即拆除索体的外缠包带,特别是下端预埋管内,不得残留有缠包带等易燃物,以防止现场火源引燃索体。
同时拆除的缠包带应及时清理,不得散落和堆放在桥位处造成火灾隐患。
●牵引速度不宜过快,同时应点动进行提升,以防止吊杆锚杯外螺纹和PE层被刮伤。
●卷扬机及导向系统应固定可靠牢固,并经常注意检查。
5.5、预紧
为保证上下锚具的对中效果,在张拉前应用手拉葫芦对吊杆进行预紧。
5.6、整体张拉
整体张拉作为吊杆施工过程的关键工序,要求严格按设计、规范和施工操作规程进行,以保证结构受力合理安全和索力的准确性。
5.6.1、设计张拉力
各阶段张拉索力表
吊杆编号
分批张拉力(KN)
第1批
第2批
备注
1、17
200
500
2、16
200
500
3、15
200
500
4、14
200
500
5、13
200
500
6、12
200
500
7、11
200
500
8、10
200
500
9
200
500
5.6.2、张拉循环与工况
按设计文件,本吊杆预应力应分二个循环进行张拉,其张拉工况为:
●循环1:
系杆混凝土达到设计强度并第二次张拉第一批系杆预应力钢束后,第一次张拉吊杆预应力。
●循环2:
安装中横梁并浇筑湿接头,待混凝土达到设计强度后,张拉中横梁预应力钢束并拆除系杆临时横梁后,第二次张拉吊杆预应力。
5.6.3、张拉顺序
按设计文件和现场监控指令进行。
5.6.4、分级和同步控制
为保证吊杆张拉过程中的桥梁的受力均匀和安全,要求全桥同一编号的吊杆同时进行张拉,由于张拉时难以完全同步,每个循环张拉时要求分级进行,分级油压为2MPa。
即:
0MPa----2MPa----4MPa---6MPa---…………各循环设计张拉力对应张拉油压。
5.6.5、整体张拉机具的安装
张拉端设在拱端,张拉机具主要包括:
张拉撑脚、张拉杆、千斤顶、张拉螺母等,其安装示意图示。
整体张拉机具安装示意图5
(1)、安装顺序:
整体张拉机具的安装顺序为:
张拉撑脚-----千斤顶----张拉杆----张拉螺母。
(2)、安装技术要求
●整体张拉组件应与钢垫板保持对中同心,偏差不得5mm;
●张拉端锚杯与张拉杆、张拉螺母与张拉杆必须处于全旋合状态才能进行加压施加张拉力;
(3)注意事项
●油管接口处应加垫铜垫片并适度旋紧,以保证高压状态下油管接口的密封性,防止漏油污染桥梁结构和无法正常保压;
●张拉进油油表编号应与千斤顶编号按标定报告进行配套安装,张拉前还应进行检查,不得有误;
5.6.6、施加张拉力
(1)、张拉程序
根据设计文件,本吊杆张拉分二个循环进行,各循环的张拉程序如下:
●循环1:
0-----(分级加压至200KN卸压锚固并测量锚杯外露长度)----(分级加压至第1循环设计张拉力卸压锚固再测量锚杯外露长度)
●循环2:
0------(分级加压至第2循环设计张拉力卸压锚固再测量锚杯外露长度)。
(2)、注意事项
整体张拉机具安装完成后,分循环且分级同步控制施加张拉力至设计张拉力,分级同步控制通过按以上规定控制分级油压实现,其张拉程序和在张拉过程中应注意:
●在油压较低时,由于索体受力较小,上端即固定端锚固螺母还处于松弛即预紧状态,此时应派专人在固定端检查球形垫板和球形螺母的对中,直至螺母受力不移位为止。
●为保持同步张拉的实现,张拉时应设专人进行指挥,各同步点每张拉至每一分级油压时应停机保压,待各点均到达并确认后再进行下一分级的张拉。
按此控制一直张拉至该循环的设计油压值。
●在张拉过程中,张拉端锚固螺母应同步旋合,在每个循环张拉至设计张拉力后,应旋紧锚固螺母,以减少锚固力的损失。
5.6.7、数据测量、记录和分析
一般地,吊杆张拉时以张拉力和伸长值进行双控,以校核施加张拉力的准确性。
为准确地进行数据分析,应进行以下数据计算和记录工作:
(1)、理论伸长值计算
为校核各循环张拉至设计张拉力时的实测伸长量和测量伸长量是否一致和控制在允许范围内,应先对各阶段的理论伸长值进行计算。
(2)、伸长值的测量
●伸长值的测量步骤为:
步骤1:
当张拉至初始张拉力200KN时,旋紧锚固螺母卸压锚固并测量张拉端锚杯外露长度,该长度作为测量伸长值的初始值;
步骤2:
继续张拉至各循环的设计张拉力,旋紧锚固螺母卸压锚固并测量此时的张拉端锚杯外露长度,该长度作为本循环测量伸长值的终值;
步骤3:
终值与初始伸长值之差即为实测段伸长值
5.6.8、卸压锚固
每个循环的各索号张拉完成后,应旋紧锚固螺母后卸压锚固,以减少锚固力的损失,同时锚固时需注意:
●张拉至最终设计张拉力时,张拉端锚固螺母不能出现旋合不够或出现悬空现象。
●张拉至设计张拉力后,如因吊杆过长致使锚固螺母出现旋空现象,应增设垫块并保证锚固螺母处于全旋合状态后方能同步卸压锚固。
如因吊杆过短造成张拉端锚
杯外露长度不够时,应对同步张拉索号进行同步放张卸压锚固,待处理后再进行张拉至设计张拉力。
5.7、防腐
根据设计文件,防腐工作主要包括以下几项:
(1)、上、下锚具外表面涂沫无粘结筋防护油脂;
(2)、在上锚具外安装钢质保护罩,并内灌注聚胺脂发泡剂。
(3)、在上锚具外安装钢质盖板,并内灌注聚胺脂发泡剂。
六、普通预应力张拉施工
6.1工艺流程图
6.2、施工平台搭设
为便于施工人员的工作和张拉设备的吊装,应在张拉工作点搭设一施工平台,施工平台要求搭设牢固,同时也便于使用。
6.3、锚垫板表面清理
锚上安装前应清理承压板面和钢绞线表面混凝土等杂物,同时张拉端锚箱要符合张拉设备的安装和操作空间,为锚下应力的安全,应检查承压板背面的混凝土质量
6.4、锚具及工作夹片安装
(1)锚具安装时,应将锚板孔与钢绞线的编束顺序保持一致,以防止张拉时钢绞线受力段过度产生打绞现象。
(2)安装夹片时,切勿擦掉夹片背面的退锚灵涂层,为保证张拉时夹片自锚效果良好,应保持O形圈的完好,同时用专用套筒打紧器适度打紧工作夹片。
(3)已安装好的夹片应做好防护措施,避免其长时间被雨、水淋湿和浸泡。
6.5、张拉机具安装
按以下顺序依次安装限位板、千斤顶、工具锚板及工具夹片(如下图所示),安装时注意:
(1)、限位板有两侧齿口,需确认齿口深度后安装;
(2)、为保证工具夹片能自动退锚,安装工具夹片前应适度涂上专用退锚剂。
(3)、张拉机具组装件安装完成后,应马上进行加压预紧,预紧过程中对各组件进行校正对中,以保证张拉时整个张拉系统的受力良好。
1--安装限位板2--安装千斤顶、工具锚板和工具夹片
6.6、张拉
加压进行张拉时,张拉组件的操作流程如下图所示:
3--预应力施加4--预应力放张
6.6.1、张拉条件:
除设计图中特殊注明外,混凝土应达到90%设计强度后方可张拉预应力钢筋。
6.6.2、张拉参数及伸长值计算
(1)按设计要求,预应力筋的张拉控制应力бcon=0.72fptk=1339.2Mpa,单根预应力钢筋张拉控制力Ncon=187.5KN。
(2)理论伸长值及油压表读数的计算
●理论伸长值的计算
ΔLP0=
式中Fpm——预应力筋的平均张拉力(N),取张拉端与固定端(两端张拉时,取跨中)扣除摩擦损失后的张拉力的平均值。
Lp——预应力两工作锚板之间的实际长度(mm)
Ap——预应力筋的公称截面积(mm2_)
Ep——预应力的弹性模量(N/mm)
根据上式,计算出各束预应力筋的理论伸长值。
●实际伸长值
张拉施工时,实际伸长值的测量,宜在初应力为张拉控制力的10%~15%时开始测量,分级记录。
其值可按下式确定:
△LP0=△LP10+△LP20
式中△LP10——0~初应力的推算伸长值,可根据弹性范围内张拉力与伸长量值成正比关系推算确定。
△LP20——初应力至最大张拉力之间的实测伸长值。
i.油压表读数的计算
根据千斤顶标定校验报告,算出回归方程:
r=kx+B
式中r——压力表读数(MPa)
x——张拉力(KN)
k、B——常数
根据上式,计算出各级张拉力与之相对应的压力表读数。
●张拉程序:
0→15%бcon(初应力)→30%бcon→70%бcon→100%бcon(设计应力)→103%бcon(超张拉)
→锚固
6.6.3、张拉控制措施
(1)预应力张拉应采用应力应变双控的方法,以应力控制为主,用应变(伸长量)进行校核。
如张拉时实际伸长量超过理论伸长量-6%~+6%的范围,应停止张拉,待找出原因后方可继续张拉。
(2)在进行预应力张拉过程中应严格做好记录工作,除记录伸长值数据外尚应记录下预应力筋断丝、断束及混凝土局部破损等情况,发生严重问题应及时通知设计单位进行处理。
6.7、锚头端部封堵处理
(1)、预应力钢筋张拉结束后,用手提砂轮切割机切断多余钢绞线(留至少30mm)
(2)、张拉端及周围清理干净。
(3)、张拉端封锚,用水泥砂浆进行封锚。
6.8、孔道灌浆
(1)孔道灌浆应采用不低于525#的普通硅酸盐水泥,水灰比应严格按试验室给定的参数进行。
(2)搅拌水泥浆时应先把水加入搅拌机,开动机器后,加入水泥和外加剂,材料计量应以水泥重量50kg的整数倍数计算水量和外加剂用量;搅拌水泥浆时间应不间断,当灌浆过程短暂停顿时,应让水泥浆在搅拌机和灌浆泵内循环流动。
水泥浆自调制至压入管边的时间间隔不得大于40分钟。
(3)灌浆机出浆口与孔道相
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