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海水中基础混凝土施工要采用以下方式:
(1)在理论配比设计时,考虑混凝土抗渗性能,一般采用双掺法:
掺外加剂,掺外掺料。
(2)在配比试配过程中,要对混凝土抗渗标号进行检验,至达到设计标号为止。
(3)混凝土浇注取样,同时要检测抗渗性能。
(4)混凝土拌和用水必须符合建筑用水要求,一般不宜用海水,采用淡水,饮用水为佳。
(5)受潮汐影响的钢模注意防锈处理,并注意钢模的密封性,以防海水对新拌混凝土浸蚀。
2.1.1基桩
首先打设钢管桩,搭设钢管桩贝雷梁平台(图1)。
此后振打,埋设钢护筒。
钢护筒以δ14钢板制成,为圆筒构造,其内径比桩径大30-40cm。
钢护筒埋入覆盖层6m以上。
钢护筒以振动锤振打入土层。
为保证入土深度,采用筒内清淤的方式减少护筒下沉阻力。
钢护筒采用边接高边下放的方式完成接高和下放。
钢护筒节段在岸上钢结构制作场制作。
钢护筒下放入床的精度采用上口在平台上限位,下口依靠自重自垂的方式控制。
钢护筒的接高在已下放钢护筒自垂状态下进行,通过多台测量仪器控制接高精度。
基桩采用泥浆护壁,旋转钻机反循环法成孔,采用浇筑水下混凝土方式成桩(图01)。
钻孔采用先进钻孔,配置导向钻杆,采取合理的钻头配重方式解决钻孔垂度、钻孔进尺速度、钻具可靠性等问题。
开钻前,保证钻机精确定位及调平并使之牢固固定,为实现成孔的高精度目标创造前提条件。
钻孔泥浆采取先在岸上以淡水按配合比造好浆后,通过泥浆泵从运浆船上专用管道送到护筒口,再通过护筒内的钻杆或导管流入孔底。
泥浆自下而上将护筒内的海水置换。
成孔后边浇注混凝土,边用泥浆泵将护筒内的泥浆抽入未开钻护筒内的导管内,使之下至孔底。
考虑混凝土浮浆对泥浆的影响,混凝土面以上1.5m的泥浆应废弃不用。
另外,淡水泥浆要考虑一部分海水浸蚀,在指标性能达不到预期效果时应掺入适量处理剂,使之满足钻孔要求。
2.1.2承台
采用单壁无底钢套箱既作为模板,又作为承受水头差的围水结构(图02)。
套箱壁板外侧设置加劲肋,套箱在岸上钢结构加工场分节分块制作,在墩或塔位处逐步拼接并逐步吊装下放(图03)。
在钢套箱下放着床前,以吹砂清淤船将海床面清至钢套箱刃脚标高处。
钢套箱刃脚标高比承台底面标高低1.5m高度。
钢套箱顶面标高必须高于最高海浪标高。
钢套箱下沉到位后,在箱内浇筑1.2-1.5m厚的封底混凝土。
在封底施工中,必须做好混凝土配合比试验,选择适当配比,保证混凝土和易性、不泌水性、可泵性、扩散性等性能好,水化热低;
配置足够数量的拌和站,充分保证混凝土供应量。
在钢套箱内壁设置阻水板,防止抽水后封底混凝土的渗水情况;
合理布设足够数量的导管,保证浇筑过程混凝土均匀上升。
承台在套箱内抽水后进行混凝土浇筑施工。
在抽水过程中,随着水位下降,在箱内逐步每隔一定高度设置内撑。
随着承台混凝土的浇筑,内撑可逐步拆除。
承台混凝土浇筑施工属于大体积混凝土施工,需采取温控措施:
(1)模拟实际情况进行温控计算,确定浇筑方法,制定温控标准,提出温控措施;
(2)进行水化热试验,确定发热参数,选定混凝土配比。
选用水化热低的425号矿渣硅酸盐水泥,掺用25%Ⅱ级粉煤灰代替部分水泥以降低水化热。
掺高效缓凝外加剂以削弱温升峰值。
(3)分层浇筑。
混凝土内表温差、表面与环境温差、层间温差均按25℃控制。
(4)布置纵横交错的多层分布的水平流通散热管;
(5)在承台水平轴线附近同一竖直断面各层中埋设温度传感器,布设温度测点进行温度监测,以便及时掌握信息,调整和改进温控措施。
(6)制定详细表格,由专人负责做温度监测详细记录。
温度峰值(约2.5-3d后)出现前每2h观测一次,峰值出现每4-6h观测一次。
(7)控制散热管进水温度,使水温和混凝土温度之差小于25℃。
(8)散热管通水时间视温差控制情况调整,时间尽量长一点。
(9)每层混凝土浇筑完毕终凝后立即在上表面作蓄水养护,蓄水深度不大于30cm,养护水采用淡水。
2.2、墩塔
2.2.1墩身
墩身施工采用翻模法施工(图04),在钢套箱内承台上,沿墩身周围搭设脚手架以作为施工平台。
模板的翻爬通过浮吊吊装进行。
模板均设H型对拉螺杆。
拆模后的H型螺母孔以特制的混凝土块填充,可保证墩身的外观美观。
10m以下墩身一次浇筑完毕。
10m以上墩身分节浇筑,除底、顶部外,每次浇筑一节,每节高度为6m。
墩身模板由三节组成,每节3m。
底节嵌在已浇墩身上1.5m高,顶节每次预留1.5m高不浇混凝土。
每次浇筑的接缝闭合在模身内,使得墩身外观美观。
2.2.2索塔
索塔浇筑从下塔柱开始。
塔柱除一些局部位置外,按一次浇筑4.5m考虑(图18),节段间的接缝为水平缝。
2.2.2.1设施布置
承台施工完成后,在索塔通航方向的侧面安装一台240t·
m的塔吊,以用作索塔施工的主要吊装工具(图19)。
浇筑下塔柱时设置脚手架体,浇筑上塔柱过程也在横梁上设置钢管架体,则浇筑混凝土的输送管依靠这些架体固定。
塔吊、架体和其它一些设施等不管中间是否依靠了什么物体,最终还是不可避免依赖索塔才能稳固。
为了保证索塔的外观质量,所有需要与索塔连接的部位均采用先以钢板与索塔螺栓连接(图07)后再施焊的方式。
钢板均镀锌防锈,以后全部解除。
螺栓孔均利用索塔浇筑过程固定模板的H螺母,H螺母孔可用索塔浇筑混凝土预制块填充。
螺孔经处理后完全不影响索塔的外观。
2.2.2.2下塔柱
下塔柱采用翻模法施工。
根据施工需要在承台上索塔周围搭设脚手架平台(图19)。
模板采用钢制模板,模板之间设置H型对拉螺杆使模板固定和抵抗混凝土侧向压力。
由于下塔柱为实心构造,在混凝土浇筑前,在塔内布置多层水平散热管。
在混凝土浇筑过程中,不断在散热管内注入冷水,通过冷水的流通将混凝土水化热量带出塔外,控制混凝土内外温差在允许范围内,以消除混凝土水化热危害。
2.2.2.3、横梁
横梁即为图18所示的第7节段。
横梁的梁跨部分采用钢管、型钢梁支承的方式浇筑(图19)。
横梁的实体部分在浇筑过程中与下塔柱一样采取温控措施。
2.2.2.4、上塔柱
根据索塔施工中将遇到的倾斜状态、高空作业、高精度的保证等问题,在上塔柱施工中每个节段均设置劲性骨架。
劲性骨架在塔柱施工中主要起稳固塔柱钢筋、斜拉索套筒等结构件和塔柱模板等施工构件的作用,以及在施工中作为施工导向、施工操作平台、施工中的一些施工着力体使用。
劲性骨架为角钢拼成的杆件结构,其主体在岸上制作,在塔上拼成整体。
每次安装的高度与相应的混凝土浇筑高度相同。
在上塔柱施工中,预应力管道和斜拉索套筒可安装在骨架上吊装上塔,如果需要,可再在塔上精确定位。
上塔柱采用爬模法施工(图20)。
在横梁上,为了固定输送管道、方便通行,设置了钢管脚手架,爬模由爬架和模板两部分组成。
爬架每次均固定在H螺母孔上,并依靠劲性骨架起安全保险作用。
爬架依靠劲性骨架以手拉葫芦提升,模板依靠爬架和劲性骨架以及模板间H型对拉杆而固定。
2.3上部构造
2.3.1梁体
上部构造施工按下述步骤进行:
主桥P8、P9塔两侧箱梁采用牵索式挂篮对称悬浇的方式完成。
斜拉索采用单根钢绞线逐根安装方式安装。
具体施工步骤为:
(1)P4、P13,P5、P12,P6、P11,P7、P10,P8、P9墩及P6、P11墩或塔搭设支架,完成0#块梁段的现浇,0#块与墩或塔相应部位临时固结(图21);
(2)P4、P13、P7、P10已浇梁段等待合拢;
P5、P12墩上挂篮,采用后支点挂篮逐段对称悬浇墩两侧梁;
P8、P9塔上挂篮,采用牵索式挂篮逐段对称悬浇两侧主梁(图22);
(3)P4和P5间,P12和P13间60m跨首先合拢,其他挂篮继续悬浇(图23);
(4)80m跨合拢,其他挂篮继续悬浇(图24);
(5)P6、P7间和P10、P11间60m跨合拢,其他挂篮继续悬浇(图25);
(6)边跨牵索式挂篮被改造后用于合拢段的混凝土浇筑;
主塔边跨合拢,中跨挂篮继续悬浇(图26);
(7)中跨合拢,挂篮拆除,墩、塔与梁的临时固结解除,支架拆除(图27)。
2.3.2斜拉索
本桥采用钢绞线斜拉索系统。
索塔斜拉索的张拉安装必须平衡对称进行(图15、16)。
2.3.2.1拉索构造
拉索系统是由涂有油脂外层挤压成型紧密的聚乙烯PE保护层的无粘结钢绞线束及外护套管组成。
固定端锚具锚固在钢箱梁上,张拉端锚具锚固在索塔上。
张拉端锚头刻有螺纹,通过螺姆调节安装在塔内锚垫板上。
2.3.2.2拉索安装步骤
(1)贮存和装配场地的准备
进入上部构造施工后,利用岸边原砂石料场地,设置斜拉索贮存和装配场地。
装配场地用于预制锚具及拉索套管。
(2)在装配场地塔设临时工作平台及临时设备准备。
(3)锚具准备
a.在锚头装配PE衬套;
b.提前确定和截取每个锚具的延伸管;
c.严格地排列延伸管束;
如需要使用钢或加强PE套管穿入延伸管使其竖直,根据锚头的尺寸选取合适的过渡管套上延伸管束;
e.准备水泥灰浆填入锚具至相应的深度。
(4)拉索外套管准备
计算全部拉索所需要的拉索外套管的长度,然后找一个合适的装配场地,以方便焊好的外套管的运输。
(5)主梁和主塔的工作平台及通路
在安装锚具及拉索前,确定的通路及工作平台在相应的工作位置安装好,使用前进行检测。
(6)安置临时设备
当平台就位后,挂索所需的所有临时设备应安置在主梁及主塔上。
同时永久设施从组装场地运至主塔相应位置开始安装工作。
(7)安装主梁和主塔锚具
逐个安装固定端和张拉端锚具。
确认第一根钢绞线孔在锚固端和张拉端对准,锚头与索号相匹配。
(8)与第一根钢绞线同时装配拉索外套管
与第一根钢绞线同时装配拉索外套管的方法具有其它安装拉索的方法所没有的优点,即使预装的套管的安装重量轻,及提升设备轻巧。
包括联结塔顶卷扬机的钢丝绳与在主梁上的第一根钢绞线连接,塔顶卷扬机拉起第一根钢绞线和外套递到塔顶的锚具位置,其后将第一根钢绞线牢固地安装到两端的锚具上,然后逐根安装钢绞线直至本索钢绞线安装完成。
在安装钢绞线的时候适当加点张力以防滑丝。
以上过程一个接一个地进行到主梁这一阶段的四根拉索成对安装完。
(9)张拉
拉索的张拉可一步或二步实现。
在张拉处理前,要先确定所有索的张拉顺序和索力。
在张拉处理过程中,张拉力、桥梁和主塔的挠曲度应不断监测使其不超过允许范围。
(10)最后安装
在张拉完成后,进行拉索最后安装,最后用钢管和膨胀套管将拉索套管联结到位,最后检查一下拉索看张拉力是否符合要求,装上锚具保护盖帽。
2.4施工控制
2.4.1、施工控制的目的和任务
澳门澳凼三桥的施工控制以主跨斜拉桥为主要对象,引桥及匝道箱梁可参照执行。
斜拉桥是一种超静定次数很高的结构体系,在斜拉桥的实施过程中由于各种结构参数不可避免会与设计值存在差异,加之施工荷载等因素的不确定性,导致施工产生结构内力及变位结果必然于设计预期存在偏差。
斜拉桥的施工控制目的就是确保斜拉桥施工中的快捷、安全并尽量使成桥后的结构内力、线型与设计预期相符合。
在澳门澳凼三桥的施工控制实施中,根据结构的设计特点和施工特点确定合理的施工误差容许度,以应力监控预警体系为保障,为主梁施工中主梁标高、主梁轴线、悬臂端倾角、索塔偏位、索力、塔梁应力、拼接梁段等内容的施工误差进行多元控制。
2.4.2、施工控制体系
澳门澳凼三桥施工控制体系由施工控制实时计算体系、施工测量实际体系、现场参数采集体系、应力监控预警体系等几部分组成。
实时计算由两套独立计算体系共同完成,以确保控制目标值的可靠性。
其中以设计单位采用QJX软件进行的计算为主,提供各阶段的设计计算数据和施工控制实际预测计算数据,同时由监控单位采用BSAS软件进行校核计算。
计算采用正装计算法。
全桥施工分为22个施工阶段进行计算。
施工实时测量由几何测量、物理测量和力学测量三部分组成。
几何测量即线型测量,其内容包括:
主梁标高、主梁拼装倾角、主梁轴线、索塔偏位等内容。
现场参数的采集包括对结构恒载、施工荷载、临时荷载及材料参数等的分析采集和分析,以便判断是否进行计算参数的调整。
2.4.3、施工控制的方法
斜拉桥施工控制的实质是对施工误差进行分析判断,并对误差提出控制方法,对需要调整的误差提出调整措施。
在施工控制中确定以主梁拼装阶段标高误差在+2cm~-1cm之间;
悬臂端倾角误差±
0.03°
以内,连接端焊缝宽度+6mm~15mm之间。
在斜拉索二次主梁阶段主梁标高误差在+2cm~-1cm之间,悬臂端倾角误差±
以内,斜拉索张拉力误差控制在±
6%以内。
混凝土斜拉桥悬臂浇筑施工中的立模标高必须依据成桥线型、主梁施工恒载变形来确定。
在确定拼装标高过程中还应兼顾斜拉索的初始张拉力的确定和合理成桥内力状态的确定。
在确定了正确的拼装标高以后,在主梁的施工过程中通过现场参数采集体系确定准确的施工实际参数(如梁段重量、施工荷载等),代入施工控制追踪预测计算便可以得到各控制施工阶段主梁标高的实际预测值。
箱梁的施工控制中的标高调整主要通过斜拉索张拉力的调整来实现。
同时,如果完全通过斜拉索索力来实现标高的控制,必然会带来较大的主梁倾角误差,也会引起内力误差的较多集聚。
由于斜拉桥施工计算中很难准确将各施工阶段中实际塔、梁、索的温度的分布状况对施工状况影响反映出来,在施工控制中,首先控制关键施工工序及施工测量数据采集的时间,来减少温度变化对施工控制精度的影响。
选择春、夏季节代表性天气状况对主梁温度场及温度变化进行24h连续观测,根据温度变化趋势确定在春季晚上9时后,夏季晚上11时后进行主梁梁段匹配工序和斜拉索二次张拉工序,并在日出前完成工序施工及施工数据的测量。
施工工序中控制阶段的实际时间根据当日的温度状况作出具体调整。
在箱梁挂蓝悬浇阶段,对主梁进行标高、倾角及轴线的同步观测。
由施工控制计算给出控制预测值,现场确定施工误差。
以悬臂端标高控制为主。
在斜拉索的第二次张拉阶段,对主梁标高、倾角及轴线、索塔偏位进行同步观测。
在斜拉索张拉误差控制在±
6%以内的前提下,通过斜拉索索力来调整主梁标高误差,同时尽量使倾角及索塔偏位在误差容许范围内。
对各控制施工阶段,由施工控制计算给出模拟温度变化计算得到的“温度主梁挠度影响曲线”,以方便现场监控人员根据环境温度对施工控制目标值进行适当修正,以正确判定施工误差状况,现场确定误差控制幅度。
在各斜拉索第二次张拉阶段,由施工控制计算给出“斜拉索张拉力-主梁挠度、倾角影响曲线”,并要求对斜拉索张拉进行分级张拉同步观测,由计算数据及分级张拉的实测挠度变化数据现场确定斜拉索的超张拉误差量,来确定主梁标高及倾角的误差尽可能小。
在各控制施工阶段进行线型测量的同时进行应力监测,分析主梁应力误差状况,对箱梁悬浇和斜拉索张拉阶段结构的安全度进行判定,对超出应力容许误差的情况进行分析预警。
2.4.4、施工控制的施工措施
2.4.4.1、总体要求
严格按设计施工数据、要求、规定施工,对施工数据、情况以规范、表格进行详细、准确、完善的记录。
积极与业主、设计、监理部门联系,及时汇报、反映情况。
服从、执行监理工程师的指令。
2.4.4.2、箱梁施工
①墩身两侧的挂篮要同步进行前移,梁段混凝土对称浇注。
②箱梁施工按本桥安全操作规程进行。
挂篮立模在环境温度变化较小时进行,尽量消除温度对施工控制的影响。
③箱梁梁段空间位置按设计坐标及标高,在横向面至少设左、中、右三点控制。
④在浇筑本段箱梁前,复测已完成的前段箱梁标高。
在完成本段箱梁施工后,测量前段箱梁顶面标高、本段箱梁顶面标高及偏位。
以上观测数据与施工程序中预计控制值进行校核,其偏差需在规定范围内,并防止同向偏差的累计。
如不符合规定的允许偏差,必须及时报告监理工程师,在监理工程师主持下与设计单位研究解决,及时调整。
⑤每完成一个梁段的施工后进行箱梁轴线测量,测量数据作为下一段安装的控制依据。
⑥在合拢段施工过程中,按设计要求进行水箱压重和卸载。
⑦箱梁施工过程中对挂篮自重、施工荷载的重量及其位置,每阶段均予以登记,以便每段梁段施工时加以核对,进行分析与调整。
2.4.4.3、施工测量
施工测量作为施工控制观测系统的组成部分应尽量减少误差,使施工控制更有效。
①平面控制网和高程控制点
在原控制网基础上加密后,对梁段坐标、平面变位测量的网点为二等控制点,由桥址处永久性基点引至墩身和承台的水准点为二等水准点,由该二等水准点通过标定的钢尺传递到零号块上梁顶面处部位建立水准点。
该水准点对箱梁标高进行测量。
为避免外部因素对水准基点影响,水准点至少每月与永久基点校核一次。
平面控制点和水准控制点都必须做得牢固、醒目。
②测量仪器
平面坐标以莱卡TC2002全站仪采用三维坐标法测量。
该全站仪标称精度为0.5"
和1mm+1ppm。
标高采用精密水准仪进行测量。
测量仪器注意保养,定期校准,保证测量的精度。
③测量时间
a.即时测量:
在浇筑混凝土过程中进行必要的同步测量。
配合箱梁施工,按规定在施工前和施工后进行必要的相应测量。
b.复核测量:
为掌握施工结构的状态所进行的复核测量安排在环境温度变化较小的时段。
实际上,箱梁的定位一般在环境温度变化较小的时段内进行,所以不管是即时测量还是复核测量一般都在环境温度变化较小的时段内进行,以避开日照,特别是上下游日照温差的影响,使温度对施工控制的影响尽量减少。
2.4.4.4、施工测试
施工测试是指对施工中的连续钢构结构状态产生影响的几何参数如梁段各种尺寸等,物理力学参数如弹性模量、容重、热胀系数、荷载和梁的应力应变等的测试。
施工测试与施工测量构成施工控制的观测系统,为结构预测分析提供实际数据,为控制调整提供依据。
施工测试尽量做到准确,使测试误差对施工控制的影响减到最小程度。
①对箱梁几何尺寸测试的基准温度以图纸规定或监理工程师指令为准。
当缺少上述数据时,可采用+20℃为基准温度,并报监理工程师认可。
所有量具,应以基准温度为准进行调整。
②所有张拉用的千斤顶,必须经常检测,以控制千斤顶的张拉力。
③千斤顶与压力表必须配套校验,并明确做好标记,不得混用。
通过校验确定张拉力与压力表读数之间的关系曲线。
所用压力表精度不低于1.5级。
校验千斤顶用的试验机或弹簧测力计的精度不低于±
2%。
校验时,千斤顶活塞的运行方向与实际张拉工作状态一致。
当采用试验机校验时,用千斤顶推顶试验机的方法,读数以千斤顶读数为准。
④张拉机具由专人使用和维护。
张拉机具长期不使用时,在使用前进行全面校验。
当千斤顶的使用超过图纸规定的使用时间或张拉完成一些预应力索,或使用期间出现异常情况,均进行一次校验。
2.4.4.5、施工管理
成立专门的管理机构,对挂篮悬臂浇筑混凝土施工进行严格管理,以使施工符合施工控制的要求。
管理机构依据得到监理工程师批准的施工控制方案制定专门的管理制度、规定、办法,并加以在施工中严格执行,确保施工控制顺利实施。
2.4.4.6、施工控制程序
①箱梁施工前进行现场设计参数的测试。
通过测试为施工提供更接近实际情况的设计参数,以进一步修正施工过程各理想状态数据。
②进行箱梁的施工。
a.挂篮就位;
b.立模、绑扎钢筋;
安装预应力管道,验收。
c.浇筑混凝土。
d.浇完混凝土、养生、凿毛、待强、张拉预应力、压浆、封锚。
③进行现场观测,获取施工状态结构行为数据及环境数据。
观测为施工与控制提供实测数据。
④在滤出环境因素影响后,计算出施工阶段实测状态和理论状态数据误差。
⑤进行结构参数识别,修正结构设计参数,进行结构行为预测分析。
⑥当预测成桥状态与设计成桥状态不一致时,则进行反馈控制分析,求出最优控制量,制定出最佳调整方案。
⑦进行箱梁标高调整。
⑧调整后进行状态观测。
⑨调整后进行结构行为预测分析,预告下一梁段箱梁标高。
2.4.5、桥梁工程的竣工验收测量
桥梁竣工验收按交通部规范要求,采用动、静载试验,桥梁竣工验收采用GPS全站仪进行测量,GPS定位技术在桥梁工程的竣工验收测量中可以发挥独特的作用。
除了可以采用RTK作业模式进行同桥梁空间位置有关的各项常规测量任务之外,还可以在反映桥梁结构固体力学物理属性的振形测定和桥梁动静荷载试验等方面发挥常规手段无法比拟的优势。
因为GPS系统能够以10HZ频率、厘米级精度,严格的时间同步,独立地采集桥上所设置的各个点位的三维动态信息。
经过严密的后处理和频谱分析,可以提取出在受迫振动条件下各点处一阶、二阶、三阶┅┅,直至所有周期大于0.1s左右的各阶纵向(桥梁主轴线方向的倾斜),横向(桥梁横断面方向的倾斜)和垂向(围绕各测试点垂线方向的摆动)的扭曲度、位移幅度和运动周期。
GPS全站仪在静载荷测试时可以同时确定:
①桥面加载至桥面变形达到峰值的全过程;
②加载点精确坐标(重载试验车上装有GPS接收机);
③桥面不同部位的升降位移量和这些点位的精确坐标;
④从而给出与负荷相关的位移矢量图。
各项空间位置和形变分量的精度均可达到±
1cm(平面)/2cm(高程)左右,同一瞬间相邻点位的相对精度优于±
0.5cm(平面)/1cm(高程)。
3引桥部分
澳门侧A1-P4墩及凼仔侧P11-A2墩之间的桥梁结构为本桥的引桥部分。
3.1基础
引桥的基础处于水中,其施工方案与主桥部分基础施工方案相同。
具体内容见2.1。
3.2墩身
引桥部分的墩身施工方案与主桥部分的墩身施工方案,其思路相同。
具体内容见2.2.1。
3.3上部构造
澳门侧A1-P4墩间的梁跨,函仔侧P11-A2墩间的梁跨各使用一套移动支架,从岸侧向海中逐跨浇筑引桥部分的箱梁结构(图17)。
所要求浇筑的梁跨全部浇筑完成后,使移动支架主框架部分后退至岸边,并将其拆除。
3.3.1移动支架的组成
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