CN115522564A - 近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供的近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础及其施工方法,所述基础包括桶体和吸力桩,桶体的桶盖板上设有若干用于降低自重,并增强所述桶盖板着泥时的透水、透砂性,降低水、土压力造成所述桶盖板发生变形风险的孔洞;吸力桩穿过安装就位的桶体的桶内侧壁,并在自重及吸力桩内、外的负压差的作用下压入海床面以下至设计深度,随后将吸力桩的桩侧壁与桶体的桶盖板固定连接。本公开提供的近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础及其施工方法可降低桩基安装的施工难度以及施工过程中可能出现的溜桩与拒锤风险,并充分利用作业装配资源,提升施工效率。
Description
技术领域
本公开涉及建筑施工技术领域,具体涉及一种近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础及其施工方法。
背景技术
申请人所了解的相关技术中,桩桶组合结构基础融合了桩抵抗竖向载荷以及桶体抵抗水平载荷和倾覆弯矩的能力,使得基础整体结构受力更加合理,有效提高了其在海洋环境下抵御各种极端荷载的能力。然而,现有技术中的桩基础采用钢管结构,安装时大都需采用打桩锤打入,施工较为复杂,且在海上工程地质条件下还会产生溜桩以及拒锤等风险。与此同时,现有技术中的桩与桶多为一体结构,制约桩长且海上运输不便,为桩桶组合结构基础的进一步推广应用带来挑战。
发明内容
本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此,本公开第一方面实施例提供的可降低桩基安装的施工难度以及施工过程中可能出现的溜桩与拒锤风险,并充分利用作业装配资源的近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础,包括:
桶体,所述桶体包括桶盖板、桶内侧壁、桶外侧壁和肋板,所述肋板连接在所述桶内侧壁和所述桶外侧壁之间,所述桶盖板封盖固定于顶面与海床面齐平的所述桶外侧壁和所述肋板的顶部,所述桶盖板上设有若干用于降低自重,并增强所述桶盖板着泥时的透水、透砂性,降低水、土压力造成所述桶盖板发生变形风险的孔洞;
吸力桩,所述吸力桩包括连接成整体的桩侧壁、桩盖板和抽气管,所述桩盖板封盖所述桩侧壁的顶部,所述抽气管设置在所述桩盖板上表面,所述桩侧壁穿过所述桶内侧壁并在自重作用下贯入所述海床面,利用所述抽气管抽出所述桩侧壁内的海水,使所述桩侧壁内的压力低于所述桩侧壁外的压力,利用所述桩侧壁内、外的负压差将所述吸力桩压入所述海床面以下设计深度后将所述桩侧壁与所述桶盖板固定连接。
与现有技术相比,本公开第一方面实施例提供的近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础,具有以下特点及有益效果:
1)桩基与桶体采用分离式结构,降低了桩桶组合结构基础的海上运输难度,提升了桩长选择的灵活性;
2)采用了吸力式桩基,降低了桩基安装的施工难度以及施工过程中可能出现的溜桩与拒锤风险;
3)桶体的桶盖板上增设了一系列孔洞,一方面降低了结构的建造成本以及自重,另一方面也增强了桶盖板着泥时的透水、透砂性,降低了水、土压力造成桶盖板发生变形的风险。
在一些实施例中,所述桶外侧壁和所述肋板的顶部与所述海床面齐平后利用粗物料将在所述桶内侧壁和所述桶外侧壁之间形成的第一容纳空间挤密充填。
在一些实施例中,所述肋板包括多个,且多个所述肋板均匀分布在所述桶内侧壁和所述桶外侧壁形成的第一容纳空间内。
在一些实施例中,所述近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础还包括螺栓,所述螺栓包括螺杆部和螺帽部,所述桶盖板上设有与所述螺杆部配合的螺孔,所述螺杆部与所述肋板为一体结构,且所述螺帽部螺纹连接在所述螺杆部的上部以将所述桶盖板固定在所述肋板和所述桶外侧壁的顶部。
在一些实施例中,所述近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础还包括设置在所述吸力桩上用于固定连接所述吸力桩和所述桶盖板的角钢连接件。
在一些实施例中,所述桶体的外径为D,所述吸力桩的外径为d,所述通孔的直径为d5,所述通孔的直径d5满足关系式:0.125(D-d)≤d5≤0.25(D-d)。
本公开第二方面实施例提供的上述近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础的施工方法,包括:
步骤一,将所述桶外侧壁与所述桶内侧壁通过所述肋板连接在一起,形成所述桶体的桶身;
步骤二,将所述桶身放置于海床上,利用打桩设备将所述桶身打入海床面中,直至所述桶外侧壁的顶面与海床面齐平;
步骤三,若所述桶内侧壁和所述桶外侧壁间形成的第一容纳空间内未被土体填充满,则向所述第一容纳空间内填充粗物料,以挤密所述第一容纳空间内的土体;若所述第一容纳空间内已被土体填充满,则进入步骤四;
步骤四:将所述桶盖板封盖固定于所述桶外侧壁和所述肋板的顶部;
步骤五,将所述吸力桩运穿过所述桶内侧壁并放置在海床上,所述吸力桩在自重作用以及所述桶内侧壁的约束下贯入海床面以下一定深度,利用所述抽气管抽出在所述吸力桩内部与海床面间形成的腔体内的海水,使腔内压力低于腔外压力,利用所述腔体内、外的负压差将所述吸力桩压入海床面以下至设计深度;
步骤六,将所述吸力桩和所述桶盖板固定连接,所述近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础施工完毕。
本公开第二方面实施例提供的上述近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础的施工方法,具有以下特点及有益效果:
施工过程中,先安装桶体,降低了桶体贯入难度;通过桶体的桶内侧壁对随后安装的桩身进行限位,提升了复杂海况下桩基的贯入精度,且降低了对运输设施的要求,实现对作业装配资源的充分利用;采用吸力式桩基,舍去打桩作业从而避免施工过程中可能出现的溜桩与拒锤风险,提升施工效率。
综上所述,本发明得出的一种吸力桩桶组合结构基础及其施工方法,降低了桩基安装的施工难度以及施工过程中可能出现的溜桩与拒锤风险,减少了结构的建造成本、自重,以及桶盖板发生变形的风险,提升了施工效率。因此,为近海风力发电机的基础形式提供了一种较好的选择。
附图说明
图1是本公开实施例提供的近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础的主视图方向剖面图;
图2是图1的A-A方向剖面图。
图中:100—近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础;
10—桶体,11—桶盖板,111—孔洞,12—桶内侧壁,13—桶外侧壁,14—肋板,15—第一容纳空间,16—粗物料;
20—吸力桩,21—桩侧壁,22—桩盖板,23—抽气管;
30—螺栓,31—螺杆部,32—螺帽部;
40—角钢连接件;
50—海床面。
具体实施方式
下面详细描述本公开的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本公开,而不能理解为对本公开的限制。
在本公开的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本公开和简化描述,而不是指示或暗示所指的基础或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本公开的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本公开的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
在本公开中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面参考图1~图2描述根据本公开第一方面实施例的近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础100。根据本公开第一方面实施例的近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础100可以应用在近海风力发电机上。
本公开第一方面实施例提供的近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础100,包括:
桶体10,桶体10包括桶盖板11、桶内侧壁12、桶外侧壁13和肋板14,肋板14连接在桶内侧壁12和桶外侧壁13之间,桶盖板11封盖固定于顶面与海床面50齐平的桶外侧壁12和肋板14的顶部,桶盖板11上设有若干用于降低结构的建造成本以及自重,并增强桶盖板着泥时的透水、透砂性,降低水、土压力造成桶盖板发生变形风险的孔洞111;
吸力桩20,吸力桩20包括连接成整体的桩侧壁21、桩盖板22和抽气管23,桩盖板22封盖桩侧壁21的顶部,抽气管23设置在桩盖板22上表面,桩侧壁21穿过桶内侧壁12并在自重作用下贯入海床面50,利用抽气管23抽出桩侧壁21内的海水,使桩侧壁21内的压力低于桩侧壁21外的压力,利用桩侧壁21内、外的负压差将吸力桩20压入海床面50以下设计深度(此过程中无需利用桩锤锤击吸力桩,因此本发明能降低桩基安装的施工难度以及施工过程中可能出现的溜桩与拒锤风险)后将桩侧壁21与桶盖板11固定连接。
在一些实施例中,吸力桩20与桶体10采用分离式结构,降低了近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础100的海上运输难度,提升了桩长选择的灵活性。
当根据本公开实施例的近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础100施工时,可以先通过打桩设备(该打桩设备在图中未示意出)将桶体10的桶身(将桶外侧壁13与桶内侧壁12通过肋板14连接在一起,形成桶体10的桶身)打入海床面50中,降低了桶体贯入难度;通过桶体10的桶内侧壁12对随后安装的吸力桩20桩身进行限位,提升了复杂海况下吸力桩20的贯入精度;采用吸力式桩基,舍去打桩作业从而避免施工过程中可能出现的溜桩与拒锤风险降低打桩的难度,提升施工效率。
在一些实施例中,参考图2,桶体10的桶盖板11上均匀开设有若干孔洞111,用于降低结构的建造成本以及自重,并增强桶盖板11着泥时的透水、透砂性,降低水、土压力造成桶盖板11发生变形的风险。
进一步地,桶盖板11上孔洞111的分布、形状和尺寸应根据现场土质条件以及近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础100的水平荷载设计值设计得到。
在一些实施例中,桶内侧壁12位于桶外侧壁13的内部,且两者共轴设置,可选地,桶内侧壁12和桶外侧壁13均具有圆形横截面。在桶内侧壁12和桶外侧壁13之间形成第一容纳空间15,在将由桶内侧壁12、桶外侧壁13和肋板14形成的桶身贯入海床面50的过程中,海床面的泥沙由桶身的底部进入第一容纳空间15,待桶身的顶部与海床面50齐平时,若第一容纳空间15未被泥沙填满,则利用粗物料16将第一容纳空间15挤密充填,以增强桶体10的整体稳定性,随后将桶盖板11封盖固定于桶身的顶部,从而完成桶体10的安装。
在一些实施例中,如图2所示,肋板14可以包括多个,而且多个肋板14均匀分布在桶内侧壁12和桶外侧壁13形成的第一容纳空间15内。通过设置多个肋板14,可以有效加强桶内侧壁12和桶外侧壁13的连接稳定性,进一步地还可以加强桶体10和吸力桩20的连接稳定性。如图2所示,肋板14包括八个,而且八个肋板14均匀分布在第一容纳空间15内,但本公开并不限于此,肋板14还可以包括六个或者七个等,具体可根据现场土质条件以及近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础100的水平荷载设计值确定。
在一些实施例中,如图1所示,吸力桩20可以为空心圆柱形。吸力桩20的底部为开敞端,在吸力桩20的安装过程中,将桩侧壁21管过已安装到位的桶内侧壁12内,吸力桩20在自重作用并在桶内侧壁12的约束下贯入海床面50以下一定深度,在吸力桩20的内部和海床面50间形成一个腔体,通过桩盖板22上表面的抽气管23,抽出该腔体内的海水,使腔体内的压力低于腔外,利用桩盖板23内、外的负压差将吸力桩20压入海床面50以下至设计深度,从而完成吸力桩20的安装,此过程中无需利用桩锤锤击吸力桩20,因此本公开能降低桩基安装的施工难度以及施工过程中可能出现的溜桩与拒锤风险。利用抽气管23抽取的海水量和抽取速度应根据现场土质条件确定。
在一些实施例中,如图1所示,近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础100还可以包括:螺栓30,螺栓30可以包括螺杆部31和螺帽部32,桶盖板11上可以设有与螺杆部31配合的螺孔(该螺孔在图中未示意出),螺杆部31与肋板14为一体结构,而且螺帽部32螺纹连接在螺杆部31的上部以将桶盖板11固定在肋板14和桶外侧壁13的顶部。当装配桶体10时,桶盖板11可以通过螺孔和螺杆部31的对应安装在桶外侧壁13和肋板14的顶部,再将螺帽部32拧紧在螺杆部31的上部从而可以将桶盖板11固定在肋板14和桶外侧壁13的顶部。可选地,肋板14上设有多个螺杆部31,桶盖板11上设有多个螺孔(该螺孔在图中未示意出),螺杆部31与螺孔一一对应配合。可选地,桶盖板11的边缘和桶外侧壁13的上边缘可以采用焊接方式连接,从而可以提高桶体10的结构稳定性。
在一些实施例中,如图1所示,近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础100还可以包括:角钢连接件40,角钢连接件40设置在吸力桩20上,而且角钢连接件40与桶盖板11固定连接。通过设置角钢连接件40,可以将吸力桩20与桶体10固定连接,从而可以提高近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础100的整体刚度。可选地,角钢连接件40与桶盖板11可以采用焊接方式连接。
可选地,吸力桩20可以为空心圆柱形,吸力桩20的外径为d,桶体10的外径为D,桶体10的外径D与吸力桩20的外径d可以满足关系式:3d≤D≤5d。可以理解的是,具有满足关系式:3d≤D≤5d的吸力桩20和桶体10的近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础100能够充分发挥桶体10抵抗水平荷载以及吸力桩20抵抗竖向荷载的能力。优选地,桶体10的外径D与吸力桩20的外径d的比值通过实际工程中近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础100的受力情况确定。
可选地,吸力桩20可以为空心圆柱形,吸力桩20的外径为d,桶体10的深度为H,桶体10的深度H与吸力桩20的外径d可以满足关系式:d≤H≤5d。可以理解的是,具有满足关系式:d≤H≤5d的吸力桩20和桶体10的近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础100能够更好发挥抗倾覆能力。优选地,桶体10的深度H与吸力桩20的外径d的比值通过实际工程中近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础100的受力情况确定。
可选地,桶外侧壁13的厚度为d1,桶外侧壁13的厚度d1可以满足关系式:2cm≤d1≤10cm。当桶外侧壁13的厚度d1满足关系式:2cm≤d1≤10cm时,具有该桶外侧壁13的桶体20具有较好抵抗变形能力,从而可以避免近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础100由于桶体20局部失稳而发生破坏。
可选地,桶盖板11的厚度为d2,桶盖板11的厚度d2可以满足关系式:5cm≤d2≤30cm。当桶盖板11的厚度d2满足关系式:5cm≤d2≤30cm时,具有该桶盖板11的桶体20具有较好抵抗变形能力,从而可以避免近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础100由于桶体20局部失稳而发生破坏。
可选地,吸力桩20的壁厚为d4,吸力桩20的壁厚d4可以满足关系式:2cm≤d4≤10cm。当吸力桩20的壁厚d4满足关系式:2cm≤d4≤10cm时,该吸力桩20的结构强度大,抵抗变形能力强,从而可以避免安装时桩身发生局部失稳而破坏。
可选地,通孔111可为圆形孔,通孔111的直径为d5,通孔111的直径d5可以满足关系式:0.125(D-d)≤d5≤0.25(D-d),具有该通孔111的桶盖板11可以降低结构的建造成本以及自重,并增强桶盖板着泥时的透水、透砂性,降低水、土压力造成桶盖板发生变形风险。
本公开第二方面实施例提供的上述近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础100的施工方法,包括:
步骤一,将桶外侧壁13与桶内侧壁12通过肋板14连接在一起,形成桶体10的桶身;
步骤二,将桶体10的桶身运送至规定位置,将其卸下、扶正并放置在海床上,利用打桩设备将桶体10的桶身打入海床面50中,直至桶外侧壁13的顶面与海床面50齐平;
步骤三,若桶内侧壁12和桶外侧壁13间的第一容纳空间15内未被土体填充满,则向第一容纳空间15内填充粗物料16,以挤密第一容纳空间15内的土体;若桶内侧壁12和桶外侧壁13间的第一容纳空间15内已被土体填充满,则进入步骤四;
步骤四,通过设置在肋板14上的螺杆部31,采用螺帽部32将桶盖板11连接在桶外侧壁13和肋板14的顶部,再将桶盖板11与桶外侧壁13的接触部位全部焊接;
步骤五,将吸力桩20运送至规定位置,将其卸下、扶正、并穿过桶体10的桶内侧壁12放置在海床上,吸力桩20在自重作用以及桶内侧壁12的约束下贯入海床面50以下一定深度,在吸力桩20的内部和海床面50间形成一个腔体,通过桩盖板22上表面的抽气管23,抽出腔内海水,使腔内压力低于腔外,利用桩侧壁21内、外的负压差将吸力桩20压入海床面50以下至设计深度;
步骤六,采用角钢连接件40将吸力桩20和桶盖板11焊接固定在一起,最终得到如图1所示的近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础100。
由此,根据本公开实施例提供的近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础100的施工方法简单,施工过程中,先安装桶体,降低了桶体贯入难度,且降低了对运输设施的要求,实现对作业装配资源的充分利用;通过桶体的桶内侧壁对随后安装的桩身进行限位,提升了复杂海况下桩基的贯入精度;采用吸力式桩基,舍去打桩作业从而避免施工过程中可能出现的溜桩与拒锤风险,提升施工效率。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本申请的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础,其特征在于,包括:
桶体,所述桶体包括桶盖板、桶内侧壁、桶外侧壁和肋板,所述肋板连接在所述桶内侧壁和所述桶外侧壁之间,所述桶盖板封盖固定于顶面与海床面齐平的所述桶外侧壁和所述肋板的顶部,所述桶盖板上设有若干用于降低自重,并增强所述桶盖板着泥时的透水、透砂性,降低水、土压力造成所述桶盖板发生变形风险的孔洞;
吸力桩,所述吸力桩包括连接成整体的桩侧壁、桩盖板和抽气管,所述桩盖板封盖所述桩侧壁的顶部,所述抽气管设置在所述桩盖板上表面,所述桩侧壁穿过所述桶内侧壁并在自重作用下贯入所述海床面,利用所述抽气管抽出所述桩侧壁内的海水,使所述桩侧壁内的压力低于所述桩侧壁外的压力,利用所述桩侧壁内、外的负压差将所述吸力桩压入所述海床面以下设计深度后将所述桩侧壁与所述桶盖板固定连接。
2.根据权利要求1所述的近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础,其特征在于,所述桶外侧壁和所述肋板的顶部与所述海床面齐平后利用粗物料将在所述桶内侧壁和所述桶外侧壁之间形成的第一容纳空间挤密充填。
3.根据权利要求1所述的近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础,其特征在于,所述肋板包括多个,且多个所述肋板均匀分布在所述桶内侧壁和所述桶外侧壁形成的第一容纳空间内。
4.根据权利要求1所述的近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础,其特征在于,还包括螺栓,所述螺栓包括螺杆部和螺帽部,所述桶盖板上设有与所述螺杆部配合的螺孔,所述螺杆部与所述肋板为一体结构,且所述螺帽部螺纹连接在所述螺杆部的上部以将所述桶盖板固定在所述肋板和所述桶外侧壁的顶部。
5.根据权利要求1所述的近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础,其特征在于,还包括设置在所述吸力桩上用于固定连接所述吸力桩和所述桶盖板的角钢连接件。
6.根据权利要求1所述的近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础,其特征在于,所述桶体的外径为D,所述吸力桩的外径为d,所述通孔的直径为d5,所述通孔的直径d5满足关系式:0.125(D-d)≤d5≤0.25(D-d)。
7.一种根据权利要求1~6中任一项所述近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础的施工方法,其特征在于,包括:
步骤一,将所述桶外侧壁与所述桶内侧壁通过所述肋板连接在一起,形成所述桶体的桶身;
步骤二,将所述桶身放置于海床上,利用打桩设备将所述桶身打入海床面中,直至所述桶外侧壁的顶面与海床面齐平;
步骤三,若所述桶内侧壁和所述桶外侧壁间形成的第一容纳空间内未被土体填充满,则向所述第一容纳空间内填充粗物料,以挤密所述第一容纳空间内的土体;若所述第一容纳空间内已被土体填充满,则进入步骤四;
步骤四:将所述桶盖板封盖固定于所述桶外侧壁和所述肋板的顶部;
步骤五,将所述吸力桩运穿过所述桶内侧壁并放置在海床上,所述吸力桩在自重作用以及所述桶内侧壁的约束下贯入海床面以下一定深度,利用所述抽气管抽出在所述吸力桩内部与海床面间形成的腔体内的海水,使腔内压力低于腔外压力,利用所述腔体内、外的负压差将所述吸力桩压入海床面以下至设计深度;
步骤六,将所述吸力桩和所述桶盖板固定连接,所述近海风力发电机吸力桩桶组合结构基础施工完毕。
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