自学建筑施工一课程设计.docx
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自学建筑施工一课程设计
建筑施工
(一)课程设计任务书
1、对某基础工程进行排水和地下水的处理
(1)排除某基础场地地面水
地面水的排除通常可采用设置排水沟,截水沟或修筑土地等设施来进行。
应尽量利用自然地形来设置排水沟,以便将水直接排直场外,或留至低洼处再有水泵抽走。
主排水沟最好设置在施工区域的边缘和道路的两旁,其横断面应按照施工期内最大流量确定,一般排水沟的横断面不小于0.5m×0,5m,纵向坡度应根据地形确定,一般不应小于3‰,平坦地区不小于2‰,沼泽地区可减至1‰。
有题意可知,在该场地施工时,除了开挖排水沟外,必要时还需修筑土堤,以阻止场外水流入施工场地。
出口应设置在远离建筑物的或构造物的低洼处,并保持排水的畅通。
(2)地下水的处理
在土方开挖的过程中,当开挖的基坑,、管沟底面标高低于水位时,由于土的含水层被切断,地下水会不断渗入坑内。
如果没有采取止水和降水措施,把流坑内的水及时排出或把地下水位降低,那么不但会使施工条件恶化,而且地基土被泡软后,会造成边坡塌方和地基承载能力下降。
因此,为了保证土方工程施工质量和安全,在基坑开挖前或开挖过程中,必须采取措施做好地下水处理工作。
地下水的处理方法,一般有止水法和降水法。
止水法是沿基坑四周设置为帷幕,截断地下水流,将地下水阻止在基坑外面。
降水法是利用抽水设备将地下水不断出走,是地下水位低于基坑地面以下0.5m,以保证开挖时基坑的土体干燥。
该工程使用降水法。
属于这类的有井点降水法和集水坑降水法。
井点降水法是在基坑开挖前,预先在基坑四周或基坑内埋设一定数量的滤水管(井),利用抽水设备在开挖前和开挖过程中不断将水抽走,使地下水位降低到坑底以下,直至基础工程施工完毕为止。
这样,可使基坑挖土始终保持干燥状态,从根本上消除流沙想象的发生。
同时,由于土层水分被排除,还能使土密实,增加地基的承载能力;在基坑开挖时,土方边坡可以陡峭些,从而减少土方量的开挖,此工程边坡的坡度系数确定,就确定了基坑壁的坡度。
此外,还可以防止基坑底隆起和加速土层固结,提高工程质量。
但必须注意:
井点降水法会是基坑附近地基产生一定的沉降,施工时应考虑这一定的因素对邻近环境的影响,采取相应的预防措施。
2、轻型井点布置
(1)平面布置
当基坑或沟槽宽度不小于6m,且降水深度不超过5m时,可采用单排井点。
井点管应布置在地下水流的上游一侧,两端延伸长度应不小于坑槽的宽度。
当基坑宽度大于6m或土质不良时,宜采用双排井点法。
对于面积较大的基坑,可采用环形井点发,又是为了便于挖土机和运输车辆的出入基坑,也可在地下水流下游方向留出一段不设置井点管。
井点管距离基坑壁0.7m,以防局部发生漏气。
井点管间距应根据土质、降水深度、工程质量性质等确定,该工程用0.8m.
采用一套抽水设备按环形井点布置时,泵应该设置在总管长度的中间,并将总管某一拐弯处断开,使泵两边的水流平衡,以免管内水流絮乱,影响抽水效果。
采用多套抽水设备时,经典系统要分段,每段长度大致相等,泵应设在各段总管中部,每段总管之间应装设阀门断开,这样,当其中一套泵组发生故障时,可开启相邻阀门,借助邻近的泵组来维持抽水,减少总管弯头数量,提高水泵抽吸能力。
(2)高程布置
轻型井点的降水深度,在井点管底部(不包括滤管)处,一般不超过6m。
对井点系统进行高程布置时,应考虑井点管的标准长度及井点管露出地面的长度为0.2m,而且滤管必须埋设在透水层内。
井点管的埋设深度H1,可按下式计算:
H1≥H2+h+Il1
若H1计算出的结果大于井点管长度,则应降低总管平台面标高。
通常可事先挖槽,使总管的布置标高接近与原地下水位线,以适应降水深度要求。
当用以及轻型井点达不到降水深度要求时,如土质较好,可事先集水坑降水法,挖去一层土后,在布置经典系统,以增加降水深度。
或采用二级轻型井点,即先挖去第一级井点所疏干的土,然后再在其底部装设的二级井点。
3、轻型井点的计算
轻型井点的计算主要包括:
涌水量计算、井点管数量与间距的确定、抽水设备的选择等。
井点计算有由于受水文地质条件和经典设备等许多不易确定的因素影响,目前计算出的数值只是近似值。
井点系统的涌水量按水井理论进行计算。
根据地下水有无压力,水井分为承压井和无压井。
根据井底是否达到不透水层,水井又分为完整井和非完整井。
因此,该工程采用无压非完整井进行施工
(1)总管直径的选用
总管内直径50mm,水平总管最大的流速应控制在1.0m∕s,井点管布置在标高-0.6处,井点管冒出地面0.2m,基坑地标高-4.8m,水位线标高-1.8m,基坑地平面尺寸60×42m,允许放坡开挖,边坡坡度为1:
0.4,基坑底四周每边要留置出施工工做面1m(从主体结构外侧面算起),井点管布置距离基坑壁为1m,基坑口的平面尺寸[60+2+0.7+(4.8-0.6)×0.4]×[42+2+0.7+(4.8-0.6)×0.4]=m.采用环形井点布置,则总管长:
L=2×(65.36+47.36)=225.44m
基坑中心要求降水深度为:
S=(4.8-0.6)-(1.8-0.6)+0.5=3.5m
采用单级轻型井点,井点管所需埋设深度为:
b=0.4×(4.8-0.6)=1.68m
H1=H2+h+Il1
=4.2+0.5+0.1×(44÷2+0.7+1.68)
=7.138m≥6m不合格
所以应该向下挖7.138-5.8=1.338m再进行轻型井点总管布置,则井点管底部的标高是-(0.6+1.338)=-1.938m.因地下水位线的标高-1.8m处。
则需要先进行集水坑降水法降水在进行开挖。
所以b=(4.8-1.938)×0.4=1.145m
L=2×(62+1.145×2+44+1.145×2)=221,16m
H1=H2+h+Il1
=(4.8-1.938)+0.5+0.1(22+1.445+0.7)
=5.777<5.8,合格
故,未达到不透水层采用无压非完整井
图1高程布置
o
图2平面布置
(1)基坑涌水量的计算
含水层厚度H=5.8+0.338+1.2=7.338m
基坑降水深度S=3.5m,
渗透系数K=(10×6.8+60×0.338)÷(6.8+0.338)=12.37m∕d,;
影响抽水半径R=1.95×s×
=1.95×3.5×
=m
环形井点系统所包围的面积F=65.36×47.36=3095.45m²,
环形井点假想半径X0=(3095.45÷3.1416)½=31.39m
Q=1.366×K(2H-S)S÷(lgR-lgX0)
=1.366×19.22×(2×8.338-3.5)×3.5÷(lg86.40-lg31.39)
=1184.16m³∕d
(2)井点管数量与间距计算
单根井点管出水量q=65×π×d×l×
=65×3.1416×0.05×1.2×
=32.84m³∕d
井点管数量n=1.1×(Q÷q)
n=1.1×(1184.16÷32.84)
=39.66根
井点管间距D=L÷n=225.44÷39.66=5.68取5.6m
则实际井点管数量为225.44÷5.6=41根
总管的最大流速V=Q÷(24×60×60)
=1184.16÷86400
=0.014m³∕s
总管面积A=0.25πd²
所以SA=0.014
1×0.25πd²=0.014
d²=(0.014×4)÷3.1416
d=0.133m
所以总管内直径选用150mm
四、井点降水对邻近环境的影响及预防措施
井点降水时,在其影响半径范围内,地下水位降低,形成降水漏斗曲线,土层中的含水量减少,使土体产生固结,因而引起周围地面不均匀沉降,影响邻近建筑物、道路和网管的设施的正常使用和安全。
为了防止这种危害,一般可采取下列措施:
(1)回灌井点
当降水可能导致基坑周边环境破坏时,易用回灌井点、回灌砂井的措施。
回灌井点是在降水井点与需要保护的原建筑物等之间设置一排回灌井点,在降水的同时从回灌井点向土层内灌入适量的水,形成一道隔水水幕,使原建筑物的下的地下水位基本保持不变。
这样,就可以防止井点降水对邻近环境产生不良影响。
回灌井点的间距应与降水井点相适应,回灌井点的埋设深度一般控制在稳定降水曲面线以下1m,且位于渗透性较好的土层中,滤管长度应大于降水井的滤管长度,回灌井点的埋设方法和质量要求与降水点相同,回灌与降水应同步进行。
为确保回灌效果,回灌井点与降水井点之间的距离一般不小于0.6m,回灌水箱架空高度一般为3--4m,使之具有一定的压力,以利回灌。
每根回灌井点应设置阀门,以调节灌水量。
在回灌井点两侧应设置若干个水位观测井、监测水位变化,调节控制两井的运行,调节回灌水量,以达到预期效果。
注意回灌井点水量不超过原来水位标高。
(2)设置止水帷幕
在降水井点区的基坑四周与需要保护的原有建筑物之间设置一道封闭的止水帷幕,使坑外地下水的渗流路径延长,从而使原建筑物下的地下水位基本保持不变。
止水帷幕的做法,可结合基坑支护结构方案和单独设置。
常用的有深沉搅拌法、压实注浆法与冻结法等。
五、轻型井的施工
轻型井点系统的施工,主要包括准备工作,经典系统安装与使用。
井点系统的安装顺序是:
挖井点沟槽,敷设集水总管;冲孔,沉设井点管,灌填砂滤层,用弯联管将井点与总管连接;安装抽水设备;使抽水。
其中沉降井点管、灌填砂滤层是关键性工序。
井点管的沉设方法,常用的有两种:
用冲水管冲孔后,沉设井点管
直接利用井点管水冲下沉
采用冲水管冲孔法沉设井点管时,可分为冲孔与埋设管两个过程。
冲管采用直径为50--70mm的钢管,长度比井点管长1.5m,冲管下端装有圆锥形冲嘴,上端用胶管与高于水泵相连接。
冲孔时,先用起重机将冲管吊起并插入在井点管位置上,然后用高压水泵,将土冲松,冲管则便冲水边沉至设计标高。
冲孔所需的水压,根据土质不同,一般为0.6--1.2MPa。
冲孔时应注意冲水管垂直插入土中,并做上下左右摆动,加快土层松动,成孔。
冲孔孔径不下于300mm,并保持垂直、上下一致,保证滤管有一定的厚度的砂滤层。
冲孔深度应比滤管底深0.5--1m,以保证滤管埋设深度,并防止被井孔中的沉淀泥沙所堵塞。
井孔冲成后,应立即拔出冲水管,插入井点管,紧接着在井点管与壁孔间用洁净中砂填灌密实均匀作为滤管层,投入滤料的数量应大于计算值得85%。
填灌高度至少达到滤管顶以上,1--1.5m,以保证水流畅通。
直接用井点管水冲下沉方法时,是在井点管的低端装上冲水装置来进行冲孔沉设井点管。
冲水装置内装置有球阀,当用高压水泵时,球阀下落,高压水流喷出将土冲松,井点管边冲边下沉,泥沙从井点管与土壁之间随水流排出,当井点管下沉至设计标高后,冲水停止,则球阀上浮自动封闭,防止抽水时泥沙进入井点管内。
每根井点管沉设后应检验渗水性能,其方法是:
当灌填满砂滤料时井点管口应有泥浆水上冒,或向管内灌清水时,水下渗得很快,则表明滤管畅通,没有被泥沙堵塞,可以使用。
在第一组轻型井点管系统安装完毕后,应立即进行抽水试验,检查管路接头、井点管出水和抽水机运转等情况,如发现漏气,漏水情况应及时处理,以免影响抽水效果;若发现井点管不出水,即表明滤管已被泥沙堵塞,则属于“死井”。
在同一范围内连续有几根“死井”时,应逐根用高压水反冲洗或拔出重新沉设。
经抽水试验合格后,在井点管孔口到地下水面以下1m的深度范围内,应用粘土堵塞封孔,以防止漏气和地表水下渗,提高降水效果。
轻型井点系统使用前应进行试抽水,当确定无漏水、漏气等异常想象后,在连续不断抽水。
若时抽时停,滤管易堵塞,也容易抽出土粒,使出水混浊,严重时由抽出土粒流失而引起附近建筑物沉降开裂。
另外,由于中途停抽,地下水回升,也会引起基坑边坡坍塌或在建地下结构上浮等故事。
轻型井点系统正常出水规律是“先大后小,先混后清”,否则应立即查出原因,采取相应的措施。
在降水过程中,应按时观测流量、真空度和井中水位下降情况,并做好记录。
采用轻井点降水时,由于土层中水分排出后,土会产生固结、使得在抽水影响半径的范围内引起地面沉降,这会给邻近建筑物和市政设施带来一定的危害,因此,在进行降水施工时,应对邻近建筑物等进行沉降观测,以便采取有效的防护措施。
6、土方开挖与填筑
(1)土方量的计算
基坑的体积:
0.5×(44+44+0.4×2×4.2)×4.2×62=11895m³
垫层体积:
(42.4×60.4)×0.2=512.2m³
基础垫层以上的体积:
(42×60)×4=10080m³
整个基础的体积:
512.2+10080=10592.2m³
需要回填的体积:
11895—10592.2=1302.8m³
基坑需要挖的土方量
细砂土方量:
0.5×[(4.8-1.6)×0.4×2+44+44]×3.2×62=11269.1m³
杂填土的土方量:
11895-11269.1=625.9m³
经开挖土方量的土方量
杂填土的土方量:
625.9×1.3=813.67m³
细砂的土方量:
11269.1×1.2=13522.9m³
经回填压实的土方量
细砂的土方量:
11269.1×1.05=11832.6m³
(由Ks=V2÷V1Ks'=V3÷V1
Ks=最初可松性系数
Ks'=最后可松性系数
V1=土在天然状态下的体积
V2=土经开挖后的松散体积
V3=土经回填压实后的体积)
由于杂填土不能作为回填土,所有回填土全部是细砂层的细砂
故1302.8×1.2=1563.4m³
需要运走的土方量:
细砂13522.9—1563.4=11959.5m³杂填土的土方量是813.67m³。
运走的土方量:
1302.8×21=27358.8KN∕m³=2735.88t
625.9×16=10014.4KN∕m³=1001.44t
2735.88+1001.44=3737.32t
3737.32÷15=249(车)
(2)基坑土方开挖
土方开挖的顺序、方法与设计工况相一致,并遵循“开槽支撑,先撑后挖分层开挖,严禁开挖”的原则。
基坑开挖方式,要根据基坑面积大小、开挖深度、支护结构型式、土质情况和工程环境等因素而定。
有本工程条件可知,选用2台台班定额为400m³∕台班的WY100型号的正产挖土机同时作业,采用盆式开挖法案施工。
盆式开挖是先挖取基坑中心部位的土,而周边一定范围内的土暂不开挖,以平衡支护结构外侧产生的侧压力,待中心部位挖土结束,浇筑好混凝土垫层或施工完地下结构后,在支护结构后与岛式部位之间设置临时斜撑或对撑。
然后再进行支护结构内四周土方的开挖和结构施工。
正产挖土机的作业特点:
能开挖停机面以上的1--4类土。
挖土时,前进向上,强制切土,需要汽车配合运土。
起挖掘力大,生产效率高,易用与开挖高度大于2m的干燥基坑及土丘等。
根据挖土机的开挖路线和运输工具的相对位置应用正向开挖、侧向卸土。
在施工过程中,采用它,方便迅速,从而生产效率高。
在基坑开挖过程中应注意:
要做好基坑内外的降排水工作,特别重视打桩效应,防止桩的位移和倾斜。
支护结构与挖土应紧密配合,要先撑后挖,注意减少坑边地面荷载,防止开挖完的基坑暴露时间过长。
在基坑开挖过程中,要有安全的技术措施,以确保施工安全。
(3)挖土机与运土车辆的配套记算
挖土机数量N,应根据土方量的大小和工期要求来确定,有
N=Q÷P×1÷(T•C•K)
Q=土方量
P=挖土机的生产率
T=工期
C=每天工作班数
K=时间利用系数
选用2台挖土机作业,台班定额为400立方米每台班,时间利用系数0.8,每天作业天数为1.斗容量1.0
由T=Q÷(N•P•C•K)=11895÷(2×400×1×0.8)=18.6天
采用载重量为15t的自卸卡车,WY100挖土机装土40s,Kc取0.9,Ks1=1.2,Ks2=1.3,r=1.7t/m³,运土车辆的往返时间(包含卸土的时间)50分钟
每卡车装土次数n=Q/[q×(Kc÷Ks)×r]
=15÷[1×(0.9÷1.2)×1.7]=11.76次取12次
每次装车时间t1=n×t=11×40=440s
T1=50×60=300s
所以运土车数量N1=T1/t1=300÷440=6.8辆取7辆
Q:
运土车辆的载重量;
q:
表示挖土机斗容量;
r:
表示实土重度;
Ks:
表示土的最初可松性系数;
Kc:
土斗的充盈系数一般取0.8——1.1。
(4)土方填筑与压实
由于要满足回填土的要求,我们只能用细砂层的土作为回填土的材料,同时也满足要求。
基坑回填土应在相对两侧或四周同时分层进行,同时分层压实。
当填方基底位于倾斜地面时,应先将斜坡挖成阶梯状,阶宽不小于1m,然后分层填筑,一方填土横向移动。
回填顺序按基地排水方向,由高向低分层进行。
基地标高不同时,先填低处。
填至同一水平面后在分层填筑。
每填到同一体水平面的时候(即每层土铺设厚度250--300mm)利用机械滚轮的压力压实土壤。
碾压机械的碾压方向应从填土两侧逐渐压向中心,每次碾压应有150--200mm的重叠,机械开行的速度不宜过快,否则影响压实效果,一般平压的行驶速度不应超过2km∕h,羊足碾压不应超过3km∕h.
(5)填土压实的影响因素
影响填土压实质量的因素很多,其中主要有:
土料的种类和颗粒级配、压实机械所做的功、图的含水量及每层铺土厚度与压实遍数。
1)土粒的种类和颗粒级配
粘性土压实时,土体变形速度较慢,排水较难,故需要较多压实遍数才能压实;无粘性土因颗粒较粗。
排水较易,故容易压实。
当土体颗粒级配较好时,由于小颗粒能填充到大颗粒的空隙中去,压实较易;而颗粒级配单一的土料则难以压实。
2)压实功
填土压实后的重度与压实机械对填土所施加的功的关系如图3所示,。
从图中可以看出二者并不成正比关系。
当土的含水量一定,在开始压实时,土的重度急剧速增加待到接近土的最大重度时,压实功虽然增加许多,而土的重度几乎没有变化。
在实际施工中,对松土一开始就用重型碾压机械碾压,土层有强烈的现象,压实效果不大。
如果先用轻型压实机械压实,再用重辗碾压,就会取得较好的效果。
图3土的重度与压实关系
图中:
O-A=干重OB=所耗的功
3)土的含水量
在同一压实功条件下,土料的含水量对压实质量有直接影响,如图4所示。
图4干重度于含水量的关系
A=干重度
P=最大干重度
O--B=最有含水量
O--A=干重度
用同样的压实方法,压实不同的含水量的同类土,所得到的密度各不相同。
较为干燥的土壤由于土颗粒之间的摩阻力较大,因而不宜压实;当含水量超过一定限度时,土料空隙全由水填充而成饱和状态,压实机械所施加的外力有一部分为水所承受,因此,也不能得到较高的压实效果;只有当土粒有适当的含水量时,水起了润滑作用,土颗粒之间的摩阻力减小,土才已被压实。
在使用同样的压实功进行压实的条件下,使填土压实获得最大密度使土的含水量,称作土的最有含水量。
各种土的最优含水量和相应的最大干重度可由击实验确定,如无击实验条件,可查表1。
表1各种土的最佳含水量和最大干重度的参考值
土的类别
最佳含水率(%)
最大干重度(KN∕m)
砂土
8--12
18--18.8
粉土
9--15
16--18
粉质粘土
12--21
18.5--19.5
粘土
19--23
15.8--17
4)铺设厚度与压实遍数
土在压实功的作用下,其应力随深度增加而逐渐减少,超过一定的深度后,虽然压实机械反复碾压,但土的密度仍增加而减小,甚至没增加。
各种压实机械压实影响深度的大小与土的性质和含水量等有关。
铺土厚度应小于压实机械压土时的压实影响深度。
为使压实机械消耗的能量最少,每次铺设厚度有一个最优厚的范围,在此范围内,可使土粒在获得设计要求干重度的要求下,压实机械所需的压实遍数最少。
在施工时,每层最优铺土厚度和压实遍数可根据填料性质、压实的密度要求和选用的压实机具性能等确定或按下表2选用。
表2填方每层的铺土厚度和压实遍数
压实机具
每层铺土厚度
每层压实遍数
平碾
250--300
6--8
振动压实机
250--350
3--4
柴油打夯机
200--250
3---4
人工打夯
不大于200
3--4
7、填土压实的质量检查
填土压实的质量以压实系数
的控制,而
为填土压实后土的控制干重度,
与最大干重度
之比。
即
=
÷
=
×
=19×0.94=17.86
=
÷(1+0.01
)
=21×(1+0.01×15%)=21.03
所以
>
即合填土格
八、大体积混凝土结构的施工
(1)大体积混凝土的施工方案
大体积混凝土浇筑方案可以分为:
全面分层、分段分层和斜面分层,该工程采用斜面分层方案实施。
(2)混凝土的浇筑
1)防止离析
2)正确留置施工缝
3)混凝土分层浇筑
4)混凝土连续浇筑
5)混凝土的浇筑时间如表3所示:
混凝土
气
温
强度
不高于25
高于25
C3O以上
210
180
C30及C30以下
180
150
注:
此时间包括混凝土拌和物的运输时间和浇筑时间
(3)防止混凝土产生温度裂缝的技术措施
混凝土块温度应力的大小与混凝土的性能、约束程度和温差等因素有关。
因此,要控制温度应力,防止温度裂缝的产生,应控制温差、减少边界约束作用、改善混凝土的抗裂性能和改进设计构造等方面采取适当的综合技术措施,才能收到良好的效果。
1)控制温度差
a.尽量减少水化热
b.控制混凝土的浇筑温度
c.加强养护,做好施工阶段的温度检测
d.早日回填土,以保证温度、湿度
2)减少边界约束作用
a.设置滑动层
b.分段分块施工
3)改善混凝土抗裂性能
a.改善混凝土的配合比
b.保证混凝土的振捣夯实
c.采用补偿收缩混凝土
(4)混凝土的养护
混凝土拌和物经浇筑振捣密实后,即进入养护期,其中水泥与水逐渐起水花作用而增加强度。
在这期间应设法为水泥的顺利水化创造条件,称混凝土的养护。
水泥的水划要有一定的温度和湿度条件。
温度的高低主要影响水泥水化的速度,而湿度条件则严重影响水泥的水划能力。
混凝土如养护不当,使混凝土中的水分蒸发过快,已形成凝胶状态的水泥颗粒便不能充分水划,失去粘结力,混凝土表面就会出现片状或剥落,降低混凝土的强度。
另外,混凝土过早失水,还会因收缩变形而出现干缩裂缝,影响混凝土的整体性和耐久性。
所以在一定温度条件下,混凝土养护的关键是防止混凝土脱水。
自然养护是指在浇筑混凝土的当时当地自然条件下(平均气温高于5℃)采取湿润、防风、防晒、防冻、保温等措施的养护方法。
自然养护通常在混凝土浇筑完毕后12小时内开始或混凝土终凝后立即开始养护。
养护要求如下:
1)混凝土表面应覆盖吸水能力较强的材料,如麻袋、草席等。
2)浇水养护。
浇水次数以保证覆盖物经常保持润湿为度。
3)浇水天数视水泥品种而定,硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥不得少于7昼夜;掺用缓凝型外交剂或有抗渗性要求的混凝土,不得少于14昼夜。
4)对于大面积的混凝土,如地坪、楼板、屋面等,可在混凝土有一定的强度,遇水不得脱皮离析时蓄水养护。
蓄水高度40--60mm,蒸发后应及时补充。
5)混凝土表面不变浇水的高耸结构如烟囱、里面较大的池罐等,应涂刷保护层,防止混凝土内水分蒸发。
将过氯乙烯用树脂、塑料溶液用喷枪喷洒在混凝土表面,溶液挥发后形成一层塑料薄膜组织水分蒸发,保证水泥水化作用正常进行。
对地下建筑物
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