德國大使公寓深基坑監(jiān)測(cè)報(bào)告
━━━ 邊坡測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)研究報(bào)告
1． 前言
1.1 巖土工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的重要性
巖土工程是指修建在巖體土體中以及其為依托的工程，例如隧道、地下洞室、邊坡、采礦場(chǎng)、壩基、橋梁道路基礎(chǔ)、建筑物基礎(chǔ)等。
一般來說，設(shè)計(jì)巖土工程前都必須進(jìn)行工程地質(zhì)水文地質(zhì)調(diào)查，物理力學(xué)參數(shù)的測(cè)定。由于絕大多數(shù)巖土體在形成過程中經(jīng)歷過造巖運(yùn)動(dòng)、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以及非構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系是極其復(fù)雜的，物理力學(xué)參數(shù)很難測(cè)定而且不確定。巖土體是非均質(zhì)、非彈性、非連續(xù)并且具有初始應(yīng)力。因此，無論調(diào)查工作多么細(xì)致，也不可能完全描述巖土體的結(jié)構(gòu)構(gòu)造；科學(xué)試驗(yàn)如何精確，也不足以準(zhǔn)確測(cè)定其物理力學(xué)參數(shù)。即使作了大量工作，投入了大量資金，取得了比較詳細(xì)的地質(zhì)資料和大量的參數(shù)，在設(shè)計(jì)計(jì)算中還必須作各種假設(shè)和簡(jiǎn)化，這些簡(jiǎn)化又可分為兩類，一類是幾何方面的，另一類是物理方面的，在幾何方面的簡(jiǎn)化以建立計(jì)算剖面和計(jì)算模型，在這類簡(jiǎn)化中可能失去了天然巖土體在邊界條件方面和空間分布形式方面的客觀信息；在物理方面的簡(jiǎn)化首先失去許多巖土體物理力學(xué)參數(shù)方面的真實(shí)性，其次在物理模型或本構(gòu)關(guān)系的描述上與實(shí)際巖土體相差千里。
由于巖土材料和結(jié)構(gòu)是自然賦存的、具有很強(qiáng)的不確定性，從而辨識(shí)參數(shù)（巖土力學(xué)參數(shù)、地質(zhì)條件參數(shù)等）非唯一、（力學(xué)和數(shù)學(xué)）模型非唯一、決策方法非唯一、施工方案非唯一，這也反映了地下工程系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)是目標(biāo)可接近、信息可補(bǔ)充、方案可完善、關(guān)系可協(xié)調(diào)、思維可多向、認(rèn)識(shí)可深化、軌跡可優(yōu)化的特點(diǎn)。在勘察、測(cè)試和設(shè)計(jì)的每一個(gè)階段都存在不確定性因素，因此巖土工程的設(shè)計(jì)不可能是最優(yōu)的，而只能是最合理的。這種合理性只能通過施工期和運(yùn)行期的監(jiān)測(cè)來保證施工安全，驗(yàn)證設(shè)計(jì)合理性并通過信息反饋及時(shí)修正設(shè)計(jì)和施工方法。但遺憾的是目前相當(dāng)多的工程負(fù)責(zé)人和技術(shù)人員對(duì)巖土工程的這一特點(diǎn)認(rèn)識(shí)不足。
影響巖土工程特性的因素可分為兩大類：一類天然因素，即巖土體本身所固有的，稱為固有因素，如工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件，巖土體的物理力學(xué)特性及其參數(shù)，初始應(yīng)力狀態(tài)等，人們只能認(rèn)識(shí)它而無法改變它；另一類為工程因素，即修建巖土工程而進(jìn)行的活動(dòng)，可稱為人為因素，如工程規(guī)模、樞紐布置、開挖方法，支護(hù)措施等。人們可以適當(dāng)?shù)乜刂七@些因素以達(dá)到合理地修建巖土工程的目的。依目前科技水平，只要具備需要和資金兩大條件，絕大部分情況下都可從事巖土工程，問題的關(guān)鍵是所采取的設(shè)計(jì)方案和施工方法是否合理，即既安全又經(jīng)濟(jì)。巖土工程有兩種結(jié)局，成功或失敗或部分失敗，但成功不等于合理，它可能是過于保守，意味著不必要的浪費(fèi)。判斷合理性的唯一方法是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。綜上所述，巖土工程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)主要有兩大功能：一是為巖土工程過程提供指導(dǎo)，補(bǔ)充由于不確定性造成的信息短缺和誤差，使得工程順利進(jìn)行；二是對(duì)巖土工程設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證，為今后的巖土工程設(shè)計(jì)積累資料。
正是由于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的重要性和必要性，新奧法將其列為該法三大組成部分之一，縱觀重大巖土工程及巖土力學(xué)的進(jìn)展，無一不與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)成果密切相關(guān)。也正是這一原因，我院在多年巖土工程中非常重視監(jiān)測(cè)工作，但以往的監(jiān)測(cè)主要是使用經(jīng)緯儀對(duì)基坑頂部位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這種方法在一定程度上雖然可以反映基坑的變形行為，但也有不可克服的確定：一是基坑變形量的變化通常在毫米級(jí)，一般經(jīng)緯儀的精度不滿足要求；二是這種測(cè)量方法人為因素干擾較大，立尺、立鏡和現(xiàn)場(chǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)破壞等；三是基坑邊坡的變形最大值和變形速率最大值并不一定在基坑的頂部，以往的監(jiān)測(cè)方法由于立尺的困難只能對(duì)基坑頂部位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無法對(duì)整個(gè)邊坡通高的變形監(jiān)測(cè)，而測(cè)斜儀恰好克服了這個(gè)局限性。鑒于這些原因，我們引入了基坑邊坡的測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)方法，并首次在德國大使公寓開始使用，本文將對(duì)這次監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果給出專題報(bào)告。
1.2 深基坑工程邊坡監(jiān)測(cè)的重要性
在深基坑開挖的施工過程中，基坑內(nèi)外的土體將由原來的靜止土壓力狀態(tài)向被動(dòng)和主動(dòng)土壓力狀態(tài)轉(zhuǎn)變，應(yīng)力狀態(tài)的改變引起土體的變形，即使采取了支護(hù)措施，一定數(shù)量的變形總是難以避免的。這些變形包括：深基坑坑內(nèi)土體的隆起；基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)以及周圍土體的沉降和側(cè)向位移。無論哪種位移的量值超出了某種容許的范圍，都將對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和周圍結(jié)構(gòu)與管線造成危害。
深基坑開挖工程往往在繁華的市中心進(jìn)行，施工場(chǎng)地四周有建筑物和地下管線，基坑開挖所引起的土體變形將直接影響這些建筑物和地下管線的正常狀態(tài)，當(dāng)土體變形過大時(shí)會(huì)造成鄰近結(jié)構(gòu)和設(shè)施的破壞。同時(shí)，基坑相鄰的建筑物又相當(dāng)于較重的集中荷載，基坑周圍的管線常引起地表水的滲漏，這些因素又是導(dǎo)致土體變形加劇的原因。因此，在深基坑施工過程中，只有對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑周圍的土體和相鄰的構(gòu)筑物進(jìn)行綜合、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，才能對(duì)工程情況有全面的了解，確保工程順利進(jìn)行。
對(duì)深基坑施工過程進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)的重要性可綜述如下：
1.2.1驗(yàn)證支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，指導(dǎo)基坑開挖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工
當(dāng)前基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平處于半理論半經(jīng)驗(yàn)的狀態(tài)，土壓力計(jì)算大多采用經(jīng)典的側(cè)向土壓力公式，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)側(cè)值相比較有一定的差異，還沒有成熟的方法計(jì)算基坑周圍土體的變形情況。因此，在施工過程中迫切需要知道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的應(yīng)力和變形情況，與設(shè)計(jì)時(shí)采用值進(jìn)行比較，必要時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)方案或施工過程和方法進(jìn)行修正。
1.2.2保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和相鄰建筑物的安全
在深基坑開挖與支護(hù)工程中，為滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)及被支護(hù)土體的穩(wěn)定性，首先要防止破壞或極限狀態(tài)發(fā)生。破壞或極限狀態(tài)主要表現(xiàn)為靜力平衡的喪失，或支護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造性破壞。在破壞前，往往會(huì)在基坑側(cè)向的不同部位上出現(xiàn)較大的變形，或變形速率明顯增大。支護(hù)結(jié)構(gòu)和被支護(hù)土體的過大位移，將引起鄰近建筑物的傾斜或開裂，鄰近管道的滲漏，有時(shí)會(huì)引發(fā)一連串災(zāi)難性的后果。如有周密的監(jiān)測(cè)控制，無疑有利于采取應(yīng)急措施，在很大程度上避免或減輕破壞的后果。
1.2.3總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)，為完善設(shè)計(jì)分析提供依據(jù)
支護(hù)結(jié)構(gòu)的土壓力分布受支護(hù)方式、支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度、施工過程和被支護(hù)土類的影響，并直接與側(cè)向位移有關(guān)，往往是非常復(fù)雜的，現(xiàn)行設(shè)計(jì)分析理論尚未達(dá)到成熟的階段，積累完整準(zhǔn)確的基坑開挖與支護(hù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)于總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)，完善設(shè)計(jì)分析理論都是十分寶貴。
當(dāng)前巖土工程市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，基坑支護(hù)工程已經(jīng)成為微利工程，為了在市場(chǎng)上鞏固我院的份額，就必須減低生產(chǎn)成本，雖然可以加大現(xiàn)場(chǎng)管理力度，但基本生產(chǎn)資料成本不可能降低，唯一有效的方法就是對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行合理優(yōu)化，向最低成本趨進(jìn)，而設(shè)計(jì)優(yōu)化的依據(jù)就是通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，正確的把握土體、結(jié)構(gòu)體、初始應(yīng)力場(chǎng)的相互作用，達(dá)到最小嵌入深度、最小配筋量、最小錨固長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)目的，從而達(dá)到科學(xué)的降低成本。
2． 深基坑監(jiān)測(cè)依據(jù)
深基坑監(jiān)測(cè)的依據(jù)是中華人民共和國建設(shè)部1999年9月1日頒發(fā)的《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120-99）中第3.8條：
3.8開挖監(jiān)控
3.8.1基坑開挖前應(yīng)作出系統(tǒng)的開挖監(jiān)控方案，監(jiān)控方案應(yīng)包括監(jiān)控目的、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)控報(bào)警值、監(jiān)測(cè)方法及精度要求、監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置、監(jiān)測(cè)周期、工序管理和記錄制度以及信息反饋系統(tǒng)等。
3.8.2監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置應(yīng)滿足監(jiān)控要求，從基坑邊緣以外1～2倍開挖深度范圍內(nèi)的需要保護(hù)物體均應(yīng)作為監(jiān)控對(duì)象。
3.8.3基坑工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目可按表3.8.3選擇。
基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目表 表3.8.3
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基坑側(cè)壁安全系數(shù)
監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
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一級(jí)
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二級(jí)
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三級(jí)
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支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移
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應(yīng)測(cè)
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應(yīng)測(cè)
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應(yīng)測(cè)
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周圍建筑物、地下管線變形
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應(yīng)測(cè)
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應(yīng)測(cè)
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宜測(cè)
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地下水位
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應(yīng)測(cè)
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宜測(cè)
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可測(cè)
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樁、墻內(nèi)力
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應(yīng)測(cè)
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宜測(cè)
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可測(cè)
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錨桿拉力
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應(yīng)測(cè)
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宜測(cè)
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可測(cè)
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支承軸力
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應(yīng)測(cè)
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宜測(cè)
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可測(cè)
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立柱變形
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應(yīng)測(cè)
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宜測(cè)
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可測(cè)
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土體分層豎向位移
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應(yīng)測(cè)
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宜測(cè)
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可測(cè)
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支護(hù)結(jié)構(gòu)界面上側(cè)向壓力
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宜測(cè)
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可測(cè)
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可測(cè)
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3.8.4位移觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量不應(yīng)少于兩點(diǎn)，且應(yīng)設(shè)在影響范圍以外。
3.8.5監(jiān)測(cè)項(xiàng)目在基坑開挖前應(yīng)測(cè)得初始值，且不應(yīng)少于兩次。
3.8.6基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)控報(bào)警值應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象的有關(guān)規(guī)范及支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求確定。
3.8.7各項(xiàng)監(jiān)測(cè)的時(shí)間間隔可根據(jù)施工進(jìn)程確定。當(dāng)變形超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或監(jiān)測(cè)結(jié)果變化速率較大時(shí)，應(yīng)加密觀測(cè)次數(shù)。當(dāng)有事故征兆時(shí)，應(yīng)連續(xù)監(jiān)測(cè)。
3.8.8基坑開挖監(jiān)測(cè)過程中，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求提交階段性監(jiān)測(cè)結(jié)果報(bào)告。工程結(jié)束時(shí)應(yīng)提交完整的監(jiān)測(cè)報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容應(yīng)包括：
1.工程概況；
2.監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和各測(cè)點(diǎn)的平面和立面布置圖；
3.采用儀器設(shè)備和監(jiān)測(cè)方法；
4.監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理方法和監(jiān)測(cè)結(jié)果過程曲線；
5.監(jiān)測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)。
本報(bào)告將根據(jù)以上部分進(jìn)行監(jiān)測(cè)和提供監(jiān)測(cè)報(bào)告，對(duì)于具體監(jiān)測(cè)中所需要的技術(shù)參數(shù)要求，如果JGJ 120-99中未提供，將參照其他行業(yè)和地區(qū)基坑支護(hù)規(guī)范實(shí)施。
基坑監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔按照原中華人民共和國冶金工業(yè)部行業(yè)規(guī)范《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》（YB 9258－97）中第19.3.12條規(guī)定，結(jié)合具體支護(hù)形式和工程情況參考實(shí)施：
表 19.3.12 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的時(shí)間間隔
注：當(dāng)基坑工程安全等級(jí)為三級(jí)時(shí)，時(shí)間間隔可適當(dāng)增大。
對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)過程中的預(yù)警值，可按照如下規(guī)范根據(jù)具體工程情況確定：
按照《廣州地區(qū)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)定》（1998.6.15.）有：
3.2.6 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其結(jié)構(gòu)水平變形及地下水位變化對(duì)周邊環(huán)境的水平與豎向變形的影響。應(yīng)根據(jù)周邊環(huán)境的重要性，由變形的允許范圍及土層性質(zhì)等因素確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平變形值。除特殊要求外，支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大水平位移不宜超過表3.2.6的允許值。
表3.2.6 支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移允許值
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安全等級(jí)
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支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移允許值
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一級(jí)
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30mm
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二級(jí)
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60mm
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三級(jí)
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150mm
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上海市基坑工程工程設(shè)計(jì)規(guī)程基坑變形監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)為：
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基坑等級(jí)
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墻頂位移
(cm)
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墻體最大位移
(cm)
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地面最大沉降
(cm)
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最大差異沉降
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一級(jí)
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3
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6
|
3
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6/1000
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二級(jí)
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6
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9
|
6
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12/1000
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深圳地區(qū)建設(shè)深基坑支護(hù)規(guī)范SJG05-96中對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移允許值規(guī)定為：
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安全等級(jí)
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支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移允許值(mm)
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排樁、地下連續(xù)墻、土釘墻
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鋼板樁、深層攪拌樁
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一級(jí)
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0.0025H
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二級(jí)
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0.005H
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0.01H
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三級(jí)
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0.01H
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0.02H
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H－基坑深度(mm)
頂一下
(127)
98.4%
踩一下
(2)
1.6%
------分隔線----------------------------
