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1、第八節(jié) 土釘墻施工土釘支護(hù)是近10多年來(lái)發(fā)展起來(lái)的用于土體開(kāi)挖和邊坡穩(wěn)定的一種新型擋土結(jié)構(gòu),由于經(jīng)濟(jì)、可靠且施工快速簡(jiǎn)便,已在我國(guó)得到迅速推廣和應(yīng)用。在基坑開(kāi)挖中,土釘支護(hù)現(xiàn)已成為樁、墻、撐和錨支護(hù)之后又一項(xiàng)較為成熟的支護(hù)技術(shù)(如圖3-81)。 所謂“土釘”(Soil Nails,源自法文Clouage de Sol),就是置入于現(xiàn)場(chǎng)原位土體中以較密間距排列的細(xì)長(zhǎng)桿件,如鋼筋或鋼管等,通常還外裹水泥砂漿或水泥凈漿漿體。土釘?shù)奶攸c(diǎn)是沿通長(zhǎng)與周圍土體接觸,以群體起作用,與周圍土體形成一個(gè)組合體。在土體發(fā)生微小變形的條件下,通過(guò)與土體接觸界面上的粘結(jié)力或摩擦力,使土釘被動(dòng)受拉變形,并主要通過(guò)受拉工作

2、給土體以約束加固或使其穩(wěn)定。一、土釘墻的工藝原理及特點(diǎn)(一)土釘墻的工藝原理工藝原理:土釘墻是采用土釘加固的基坑側(cè)壁土體與護(hù)面等組成的結(jié)構(gòu)。它是將拉筋插入土體內(nèi)部全長(zhǎng)度與土粘結(jié),并在坡面上掛鋼筋網(wǎng)并噴射混凝土,從而形成加筋土體加固區(qū)段,用以提高整個(gè)原位土體的強(qiáng)度并限制其位移,并增強(qiáng)基坑邊坡坡體的自身穩(wěn)定性。土釘墻的類型:鉆孔注漿型土釘、打入型土釘和射入型土釘(二)土釘墻支護(hù)的特點(diǎn)1、能合理地利用土體的自承能力,將土體作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的不可分割部分;2、結(jié)構(gòu)輕型,柔性大,有良好的抗震性和延性;3、施工便捷、安全,土釘?shù)闹谱髋c成孔簡(jiǎn)單易行,且靈活機(jī)動(dòng),便于根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的變形數(shù)據(jù)和特殊情況,及時(shí)變更設(shè)計(jì)

3、;4、施工不需單獨(dú)占用場(chǎng)地,對(duì)于施工場(chǎng)地狹小、放坡困難、有相鄰建筑、大型護(hù)坡施工設(shè)備不能進(jìn)場(chǎng)時(shí),該技術(shù)顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性;5、穩(wěn)定可靠,支護(hù)后邊坡位移小,水平位移一般為基坑深度的0.10.2,最大不超過(guò)0.3,超載能力強(qiáng);6、總工期短,可以隨開(kāi)挖隨支護(hù),基本不占用施工工期;7、費(fèi)用低,經(jīng)濟(jì),與其他支護(hù)類型相比,工程造價(jià)降低1040左右。二、土釘墻支護(hù)的應(yīng)用范圍與適用條件1、土釘墻支護(hù)的應(yīng)用范圍 托換基礎(chǔ);基坑或豎井的支擋;基坑工程搶險(xiǎn);斜坡面的穩(wěn)定;與預(yù)應(yīng)力錨桿相結(jié)合做斜面的防護(hù)。2、適用條件土釘墻支護(hù)一般適用于地下水位以上或進(jìn)行人工降水后的可塑、硬塑或堅(jiān)硬的粘性土,膠結(jié)或弱膠結(jié)(包括毛細(xì)水粘

4、結(jié))的粉土、砂土和角礫、填土;隨著土釘墻理論與施工技術(shù)的不斷成熟,在經(jīng)過(guò)大量工程實(shí)踐后,土釘墻支護(hù)在雜填土、松散砂土、軟塑或流塑土、軟土中也得以應(yīng)用,并可與混凝土灌注樁、鋼板樁或在地下水位以上的土層與止水帷幕等配合使用進(jìn)行支護(hù),從而擴(kuò)大了土釘墻支護(hù)的使用范圍。采用土釘墻支護(hù)的基坑,其深度不宜超過(guò)18m。三、土釘墻的設(shè)計(jì)與構(gòu)造(一)土釘墻的構(gòu)造土釘墻一般由土釘、面層、泄排水系統(tǒng)等三部分組成。詳細(xì)設(shè)計(jì)及構(gòu)造應(yīng)符合下列規(guī)定:1、土釘墻墻面坡度不宜大于1:0.1;2、土釘必須和面層有效連接應(yīng)設(shè)置承壓板或加強(qiáng)鋼筋等構(gòu)造措施,承壓板或加強(qiáng)鋼筋應(yīng)與土釘螺栓連接或鋼筋焊接連接,3、土釘?shù)拈L(zhǎng)度宜為開(kāi)挖深度的0.

5、51.2倍,間距宜為12m,與水平面夾角宜為50200;4、土釘鋼筋宜采用、級(jí)鋼筋,鋼筋直徑宜為1632mm,鉆孔直徑宜為70120mm;5、注漿材料宜采用水泥漿或水泥砂漿,其強(qiáng)度等級(jí)不宜低于M10;6、噴射混凝土面層應(yīng)配置鋼筋網(wǎng),鋼筋直徑宜為610mm,網(wǎng)格間距宜為150300mm,噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20,面層厚度不宜小于80mm;7、坡面上下段鋼筋網(wǎng)搭接長(zhǎng)度應(yīng)大于300mm;8、當(dāng)?shù)叵滤桓哂诨拥酌鏁r(shí)應(yīng)采取降水或截水措施,土釘墻墻頂應(yīng)采用砂漿或混凝土護(hù)面,坡頂和坡腳應(yīng)設(shè)排水措施,坡面上可根據(jù)具體情況設(shè)置泄水孔。圖 3-82 土釘與面層的連接1墊塊;2螺母;3噴射混凝土;4鋼筋網(wǎng)

6、;5土釘鉆孔;6土釘鋼筋;7鋼墊板;8鎖定筋;9井字形鋼筋;10網(wǎng)筋;11縱橫主筋(二)土釘墻支護(hù)的作用機(jī)理、工作性能與計(jì)算方法1、土釘墻支護(hù)的作用機(jī)理土釘通過(guò)滑裂面將坑周土體加固,土釘與土共同工作,形成了能大大提高原狀土強(qiáng)度和剛度的復(fù)合土體,如同重力式擋土墻。在土體受力條件改變的情況下,土體必然發(fā)生相應(yīng)變形,通過(guò)土釘加固體與土的摩擦力,使土釘被動(dòng)受拉而給土體以約束加固使其穩(wěn)定,它由密集的土釘群、被加固的原位土體、噴射混凝土面層和必要的防水系統(tǒng)組成。2、土釘墻支護(hù)的工作性能土釘墻支護(hù)變形較小,最大水平位移發(fā)生于墻體頂部,越往下越小。土釘墻支護(hù)體內(nèi)的水平位移隨離開(kāi)墻面距離增大而減少;土釘內(nèi)的拉力

7、分布是不均勻的,一般呈現(xiàn)中間大、兩端小的規(guī)律,土體產(chǎn)生微小變位才能使土釘受力;采用密集土釘加固的土釘墻支護(hù)性能類似重力式擋土墻,破壞時(shí)明顯帶有平移和轉(zhuǎn)動(dòng)的性質(zhì);在土釘墻支護(hù)整體破壞以前,噴射混凝土面層和土釘一般不會(huì)產(chǎn)生破壞現(xiàn)象;墻面土壓力分布并不接近三角形,在坡角處土壓力減少,其合力為庫(kù)侖土壓力的70,這種土壓力減少是土釘將土連接成一個(gè)整體而造成的。其土壓力值至少降低庫(kù)侖土壓力值的3040。3、土釘墻的計(jì)算方法土釘墻的研究在國(guó)內(nèi)起步較晚,其設(shè)計(jì)在理論上尚無(wú)一套完整嚴(yán)格的分析計(jì)算體系。目前國(guó)內(nèi)比較認(rèn)可的計(jì)算方法是參照建筑基坑支護(hù)技術(shù)JGJ120-99中的土釘抗拉承載力計(jì)算和土釘墻整體穩(wěn)定性驗(yàn)算的

8、方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。三、土釘墻施工(一)基坑開(kāi)挖基坑要按設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格分層分段開(kāi)挖,在完成上一層作業(yè)面土釘與噴射混凝土面層達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70以前,不得進(jìn)行下一層土層的開(kāi)挖。每層開(kāi)挖最大深度取決于在支護(hù)投入工作前土壁可以自穩(wěn)而不發(fā)生滑動(dòng)破壞的能力,實(shí)際工程中常取基坑每層挖深與土釘豎向間距相等。每層開(kāi)挖的水平分段寬度也取決于土壁自穩(wěn)能力,且與支護(hù)施工流程相互銜接,一般多為1020m長(zhǎng)。當(dāng)基坑面積較大時(shí),允許在距離基坑四周邊坡810m的基坑中部自由開(kāi)挖,但應(yīng)注意與分層作業(yè)區(qū)的開(kāi)挖相協(xié)調(diào)。挖方要選用對(duì)坡面土體擾動(dòng)小的挖土設(shè)備和方法,嚴(yán)禁邊壁出現(xiàn)超挖或造成邊壁土體松動(dòng)。坡面經(jīng)機(jī)械開(kāi)挖后要采用小型機(jī)械或鏟鍬進(jìn)

9、行切削清坡,以使坡度及坡面平整度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(二)噴射第一道面層每步開(kāi)挖后應(yīng)盡快做好面層,即對(duì)修整后的邊壁立即噴上一層薄混凝土或砂漿。若土層地質(zhì)條件好的話,可省去該道面層。噴射混凝土作業(yè)應(yīng)符合下列規(guī)定:1、噴射作業(yè)應(yīng)分段進(jìn)行,同一分段內(nèi)噴射順序應(yīng)自下而上一次噴射,厚度不宜小于40mm;2、噴射混凝土?xí)r,噴頭與受噴面應(yīng)保持垂直,距離宜為0.61.0m;3、噴射混凝土終凝2h后,應(yīng)噴水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間根據(jù)氣溫確定宜為37h。(三)鉆孔、安設(shè)土釘、注漿、安設(shè)連接件土釘?shù)脑O(shè)置,對(duì)于鋼筋釘通常是先在土體中成孔,然后置入土釘鋼筋并沿全長(zhǎng)注漿。對(duì)于鋼管釘可擊人土體再由鋼管內(nèi)注漿。1、鉆孔土釘成孔前,應(yīng)按設(shè)計(jì)

10、要求定出孔位并作出標(biāo)記和編號(hào)。成孔過(guò)程中遇有障礙物需調(diào)整孔位時(shí),應(yīng)由設(shè)計(jì)出變更通知。土釘成孔采用錨桿工程鉆機(jī)鉆孔,鉆進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)禁使用水鉆,以防周邊地質(zhì)條件惡化,開(kāi)孔時(shí)對(duì)準(zhǔn)孔位徐徐鉆進(jìn),待進(jìn)尺達(dá)到一定深度且土層較穩(wěn)定時(shí),方可加速鉆進(jìn),鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)檢查鉆頭的磨損情況,防止成孔直徑達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。成孔過(guò)程中應(yīng)做好成孔記錄,按土釘編號(hào)逐一記載取出的土體特征、成孔質(zhì)量、事故處理等。應(yīng)將取出的土體與初步設(shè)計(jì)時(shí)所認(rèn)定的加以對(duì)比,有偏差時(shí)應(yīng)及時(shí)反饋設(shè)計(jì)單位,由設(shè)計(jì)單位修改土釘?shù)脑O(shè)計(jì)參數(shù),出設(shè)計(jì)變更通知。鉆孔不得擾動(dòng)周圍地層,鉆孔后清孔采用高壓風(fēng)吹2min,把孔內(nèi)渣土吹干凈,對(duì)孔中出現(xiàn)的局部滲水塌孔或掉落松

11、土應(yīng)立即處理。成孔后應(yīng)及時(shí)安設(shè)土釘鋼筋并注漿。在土體含水量較大、雜填土較厚、松散砂層、軟土層等易塌孔的土層,可采用鋼管代替鋼筋,鋼管上每隔300mm鉆直徑810mm的出漿孔,孔在鋼管長(zhǎng)度方向上錯(cuò)開(kāi)120,呈梅花形布置,并在出漿孔邊焊16短鋼筋,防止打管時(shí)土粒堵塞出漿孔(鋼管做法如圖3-85),利用空氣壓縮機(jī)帶動(dòng)沖擊器將加工好的鋼管分段焊接按設(shè)計(jì)角度打入土層。2、插入土釘鋼筋土釘鋼筋采用螺紋鋼,置入孔中前,應(yīng)先設(shè)置定位支架,保證鋼筋處于鉆孔的中心部位,支架沿釘長(zhǎng)的間距為23m,支架的構(gòu)造應(yīng)不妨礙注漿時(shí)漿液的自由流動(dòng),支架材料為金屬或塑料件。(支架做法可參照?qǐng)D3-86)3、注漿(1)土釘鋼筋置入孔

12、中后,可采用壓力注漿,壓力注漿采用二次注漿法:一次注漿導(dǎo)管應(yīng)先插至距孔底250500mm處,并在孔口設(shè)置止?jié){塞和排氣孔,以低壓(0.40.6 MPa)注漿,同時(shí)將導(dǎo)管以勻速緩慢撤出,導(dǎo)管的出漿口應(yīng)始終處于孔中漿體的表面以下,保證孔中氣體能全部逸出,導(dǎo)管離孔口0.51m時(shí)改為高壓(12 MPa)注滿,并保持高壓35min;二次注漿管采用20花管,應(yīng)先固定在土釘鋼筋上與土釘鋼筋同時(shí)置入孔中,待一次注漿完間歇24h后進(jìn)行二次注漿,壓力控制在0.52.0MPa 。采用鋼管代替鋼筋桿體時(shí),應(yīng)使用高壓(12MPa)注漿,從鋼管端頭開(kāi)始?jí)毫ψ{,注滿后及時(shí)封堵,讓壓力緩慢擴(kuò)散。(2)向孔內(nèi)注入漿體的充盈系數(shù)

13、必須大于1。每次向孔內(nèi)注漿時(shí),應(yīng)預(yù)先計(jì)算所需的漿體體積并根據(jù)注漿泵的沖程數(shù)計(jì)算應(yīng)向孔內(nèi)注入的漿體體積,以確認(rèn)實(shí)際注漿量超過(guò)成孔的容積。(3)注漿材料選用水泥凈漿,水灰比按設(shè)計(jì)要求,當(dāng)設(shè)計(jì)無(wú)要求時(shí)取0.5。水泥凈漿應(yīng)拌合均勻,隨拌隨用,一次拌合的水泥凈漿應(yīng)在初凝前用完。(4)注漿前應(yīng)將孔內(nèi)殘留或松動(dòng)的雜土清除干凈,注漿開(kāi)始或中途停止超過(guò)30min時(shí),應(yīng)用水或稀水泥漿潤(rùn)滑注漿泵及其管路。4、安連接件土釘鋼筋端部通過(guò)鎖定筋與面層內(nèi)的加強(qiáng)筋及鋼筋網(wǎng)連接時(shí),其相互之間應(yīng)可靠焊牢。當(dāng)采用鋼管桿體時(shí),鋼管通過(guò)鎖定筋與加強(qiáng)筋焊接。(連接做法如圖3-87)(四)綁扎鋼筋網(wǎng)1、鋼筋網(wǎng)應(yīng)在噴射一層混凝土后鋪設(shè),鋼筋

14、保護(hù)層厚度不小于20mm,鋼筋網(wǎng)應(yīng)延伸至地表面,并伸出邊坡線0.5m。2、鋼筋網(wǎng)片用焊接或綁扎而成,網(wǎng)格允許偏差為10mm。鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)時(shí)每邊的搭接長(zhǎng)度應(yīng)不小于一個(gè)網(wǎng)格邊長(zhǎng)或300mm,如為單面搭接焊則焊長(zhǎng)不小于網(wǎng)筋直徑的10倍。(五)噴射第二層混凝土噴射第二層混凝土面層應(yīng)在經(jīng)驗(yàn)收確認(rèn)鋼筋網(wǎng)敷設(shè)、連接均符合要求后,進(jìn)行噴混凝土面層至設(shè)計(jì)厚度,其工藝要求與噴第一層混凝土的要求相同。(六)地表排水、基坑排水系統(tǒng)施工1、基坑四周支護(hù)范圍內(nèi)的地表應(yīng)加以修整,構(gòu)筑排水溝和水泥砂漿或混凝土地面,防止地表降水向地下滲透??拷悠马攲?4m的地面應(yīng)適當(dāng)墊高,并且里高外低,便于水流遠(yuǎn)離邊坡。2、為了排除積聚在基

15、坑內(nèi)的滲水和雨水,應(yīng)在坑底設(shè)置排水溝及集水坑。排水溝及集水坑宜用磚砌并用砂漿抹面以防止?jié)B漏,坑中積水應(yīng)及時(shí)抽出。3、在支護(hù)面層背部應(yīng)插入長(zhǎng)度為400600mm、直徑不小于40mm的水平排水管,其外端伸出支護(hù)面層,間距可為1.52m,以便將噴射混凝土面層后的積水排出(如圖3-88)。四、土釘墻的質(zhì)量檢測(cè)土釘墻應(yīng)按下列規(guī)定進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè):1、土釘采用抗拉試驗(yàn)檢測(cè)承載力同一條件下試驗(yàn)數(shù)量不宜少于土釘總數(shù)的1%,且不應(yīng)少于3根;2、墻面噴射混凝土厚度應(yīng)采用鉆孔檢測(cè)鉆孔數(shù)宜每100m2墻面積一組,每組不應(yīng)少于3點(diǎn)。五、案例:鋼管錨釘在基坑支護(hù)中應(yīng)用探討某高層自然地坪標(biāo)高為-1.30m,坑底標(biāo)高為-6.60

16、m,局部為-7.20m,故開(kāi)挖深度為5.60m,局部為6.20m,西邊緊靠道路,無(wú)法采用放坡進(jìn)行開(kāi)挖,長(zhǎng)度約107m,為達(dá)到止水、防滲、擋土的作用,保證工程的順利進(jìn)行,采用土釘墻進(jìn)行圍護(hù). 土釘墻支護(hù)比傳統(tǒng)方法(鉆孔灌注樁、深層攪拌樁)圍護(hù),造價(jià)低、工期短、無(wú)泥漿污染等,支護(hù)后的邊坡穩(wěn)定又安全。邊坡位移一般不超過(guò)2。1、圍護(hù)要求土釘支護(hù)是以較密排列的土釘作為土體主要補(bǔ)強(qiáng)手段,通過(guò)鋼管錨釘與土體和噴射砼面層共同工作,形成補(bǔ)強(qiáng)復(fù)合土體,達(dá)到穩(wěn)定邊坡的目的。(1)適用范圍土釘支護(hù)適用于地下水位較低或人工降水后的粘性土、粉土、雜填土及非松散砂土等,不宜用于淤泥質(zhì)土、飽和軟土及未經(jīng)降水處理地下水以下的土

17、層。場(chǎng)地土質(zhì)較好且均勻,基坑開(kāi)挖深度在5-15M以內(nèi)時(shí),可采用土釘支護(hù)方法。(2)設(shè)計(jì)參數(shù)土釘采用48*3.5鋼管,土釘水平安放角為10、20,根據(jù)開(kāi)挖深度布置土釘?shù)呐艛?shù),垂直方向間距為0.9m、0.93m、1.0m、1.1m、1.2m、1.4m、1.5m,水平方向?yàn)?m,均采用梅花布置. 如圖3-89所示:注漿材料:注漿采用低壓注漿,注漿壓力控制在0.40.6MPa。注漿采用普通硅酸鹽水泥32.5水泥,水灰比為0.5,注漿量不少于20kg/m,水泥漿應(yīng)拌和均勻,做到隨拌隨用,一次拌和的水泥漿在初凝前用完。噴射砼強(qiáng)度為C20,厚度為100mm,砼配合比為水泥:砂:石=1:2:2,噴射砼中添加5

18、-6%的速凝劑。鋼筋網(wǎng)規(guī)格為8200雙向,加強(qiáng)筋規(guī)格為214。2、施工機(jī)具設(shè)備(表3-13)(2)施工工藝放線:先用測(cè)量?jī)x器準(zhǔn)備定出地下室外墻軸線位置,預(yù)留操作面,用木鍥和白灰作出開(kāi)挖線標(biāo)志。土方開(kāi)挖:基坑放線后即可開(kāi)挖。邊開(kāi)挖邊支護(hù),每層開(kāi)挖深度為1.50m,分層開(kāi)挖,分層支護(hù),挖完亦支護(hù)完。修坡:土方開(kāi)挖后,按照設(shè)計(jì)剖面坡度修理基坑邊坡,要求坡面修理平整,確保噴射砼質(zhì)量。土釘制作、安放:土釘?shù)谝桓┒朔忾],做成尖端,在土釘四周開(kāi)注漿小孔,小孔直徑為58mm,小孔在土釘上呈螺旋狀布置,間距為500mm。土釘口部2.5m范圍內(nèi)不設(shè)置注漿孔。采用鋼管沖動(dòng)機(jī)將加工好的土釘按照設(shè)計(jì)標(biāo)高、間距打入土體

19、內(nèi)。如深度不夠需加接土釘時(shí),土釘與土釘?shù)穆?lián)結(jié)部位采用鋼筋焊接,搭接長(zhǎng)度為30cm。如遇建筑物基礎(chǔ)和管線障礙,應(yīng)設(shè)法避開(kāi)。邊坡頂部垂直土釘距基坑邊1.5m、土釘長(zhǎng)度1.50m,間距2m。編織鋼筋網(wǎng):鋼筋網(wǎng)片一般要求為8200雙向,為加強(qiáng)面層與土釘協(xié)調(diào)受力,使鋼筋網(wǎng)牢固地固定在邊壁上,增加14mm的聯(lián)筋,焊成字形,將土釘與井字架焊牢。接頭部分要預(yù)留一定的搭接長(zhǎng)度。如圖3-91所示:噴射砼面層砼在鋼筋網(wǎng)編焊工作完成后進(jìn)行,噴射砼的射距在0.8-1.5m的范圍內(nèi),從底部逐漸向上部噴射,射流方向一般應(yīng)垂直噴射面。在施工搭接處應(yīng)清除雜質(zhì),在噴射前用水潤(rùn)濕,確保噴射砼搭接良好,保證噴射砼質(zhì)量,不發(fā)生滲水現(xiàn)象

20、。土釘注漿:在面層噴射砼達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)才能注漿。注漿前先用高壓水管插入管底部,沖洗鋼管,直至出現(xiàn)清水。然后從鋼管底部開(kāi)始注漿,邊注漿邊撥管,再進(jìn)行口部高壓灌漿。土釘注漿通過(guò)兩方面控制:一是注漿壓力控制在0.40.8MPa;二是注漿量控制在40Kgm左右。為防止土釘端部發(fā)生滲水現(xiàn)象,在土釘成孔之后,噴射砼之前,將土釘周圍用粘土及水泥袋填塞密實(shí),注漿飽滿,即可避免出現(xiàn)土釘頭滲水現(xiàn)象。4、監(jiān)測(cè)土釘墻必須以信息化施工作為保障,因此測(cè)試工作是必須的,測(cè)試項(xiàng)目包括:(1)邊坡的水平位移,報(bào)警值2mm,連續(xù)三天。(2)邊坡的沉降觀測(cè),報(bào)警值1mm,連續(xù)三天。 正常情況下,每天測(cè)量一次,開(kāi)挖過(guò)程或陰雨天時(shí)必須跟蹤觀察,每二小時(shí)測(cè)一次,提供信息數(shù)據(jù)。對(duì)支護(hù)位移的量測(cè)至少應(yīng)有基坑邊坡頂部的水平位

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