復(fù)雜環(huán)境條件下咬合樁環(huán)形支撐支護(hù)設(shè)計(jì)與施工

鄭添壽

(1.福建永強(qiáng)巖土股份有限公司　福建龍巖　364000；2.福建省巖土與環(huán)境企業(yè)工程技術(shù)研究中心　福建龍巖　364000)

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復(fù)雜環(huán)境條件下咬合樁環(huán)形支撐支護(hù)設(shè)計(jì)與施工

鄭添壽1,2

(1.福建永強(qiáng)巖土股份有限公司福建龍巖364000；2.福建省巖土與環(huán)境企業(yè)工程技術(shù)研究中心福建龍巖364000)

城市建設(shè)的發(fā)展，出現(xiàn)越來越多工程條件復(fù)雜的城區(qū)舊城改造項(xiàng)目，周邊老舊建筑眾多，深基坑支護(hù)工程的應(yīng)用，特別是深基坑的開挖、降水會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生多方面影響。文章介紹某舊城區(qū)深基坑支護(hù)中旋挖鉆孔咬合樁的設(shè)計(jì)方案確定、旋挖咬合樁施工技術(shù)措施，說明不同的方案和技術(shù)措施對(duì)周邊環(huán)境的影響有明顯不同。工程實(shí)踐表明，旋挖咬合樁支護(hù)方案對(duì)類似老城區(qū)舊城改造基坑支護(hù)工程具有可參考價(jià)值。

復(fù)雜環(huán)境；咬合樁；環(huán)形支撐

0　引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市中高層建筑越來越多，深基坑的開挖以及深基坑的支護(hù)相當(dāng)常見。基坑支護(hù)工程技術(shù)相對(duì)復(fù)雜、與各個(gè)學(xué)科關(guān)系緊密，是綜合性較強(qiáng)的工程技術(shù)問題，在城市建筑林立、管道密集、地質(zhì)情況復(fù)雜以及交通繁忙的地區(qū)開挖，除了要保證深基坑本身的安全，同時(shí)還要對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行可靠保護(hù)，要滿足地面沉降要求、周邊建筑物的安全要求、地下管道的安全與穩(wěn)定要求，因此，深基坑支護(hù)必須可靠，安全[1]。

內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度大，對(duì)控制深基坑的變形具有優(yōu)勢(shì)，在基坑工程中越來越得到大家的認(rèn)識(shí)，并廣泛應(yīng)用。常規(guī)內(nèi)支撐方式有對(duì)撐方式設(shè)置、角撐設(shè)置，以上的內(nèi)支撐方案對(duì)基坑土方的開挖、地下室的施工都會(huì)產(chǎn)生很大的問題，比如土方開挖的工期可能延長、工程造價(jià)費(fèi)用高等。而根據(jù)基坑形狀合理布置支撐，采用環(huán)形或橢圓形內(nèi)支撐方案替代常規(guī)的對(duì)撐方案，可以有利于土方開挖、節(jié)約造價(jià)。在圓形支撐環(huán)梁支護(hù)體系中，環(huán)梁的剛度和強(qiáng)度對(duì)基坑的安全影響很大[2]，對(duì)一些開挖面積較大的軟土深基坑工程，為了提高內(nèi)支撐的剛度，也可采用雙環(huán)梁的支護(hù)體系。

旋挖現(xiàn)澆鋼筋混凝土咬合樁是一種新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)之一，通過旋挖鉆機(jī)旋挖切割混凝土樁或砂漿樁咬合成排樁圍護(hù)，咬合樁起到擋土和止水的雙重功能，與現(xiàn)有比較常見的地下連續(xù)墻、排樁加攪拌止水樁等深基坑支護(hù)形式相比，旋挖樁成孔精度高，施工速度快，施工過程的噪音小，對(duì)周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，因此更適合在繁華城市的雜填土、粘性土、砂土及碎石土等地層地質(zhì)條件下的深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，因此近年來咬合樁施工技術(shù)得以越來越廣泛應(yīng)用，并在應(yīng)用過程中得以推廣、創(chuàng)新。

1　工程概況

1.1場(chǎng)地及周邊環(huán)境

某工程由2幢18～20層的高層住宅和5層的裙樓及2層地下室組成。位于山區(qū)縣城老城區(qū)。沿河北路西側(cè)，地勢(shì)較平，臨近沿河路，交通較便利。場(chǎng)地東側(cè)為沿河北路，南側(cè)、北側(cè)及西側(cè)均有已建的多層磚混結(jié)構(gòu)民宅。地下室設(shè)計(jì)底板標(biāo)高約為174.7m，地下室占地面積為2 778.57m2?，F(xiàn)有地面標(biāo)高約181.07～182.50m，整平后，基坑需開挖深度約8.5m。場(chǎng)地周邊環(huán)境平面圖如圖1，場(chǎng)地周邊環(huán)境實(shí)景圖如圖2。基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)。

場(chǎng)地周邊建筑大多數(shù)都是有一定年代的混合結(jié)構(gòu)民用建筑，基礎(chǔ)形式根據(jù)調(diào)查都是淺基礎(chǔ)，有些建筑已經(jīng)出現(xiàn)裂縫。西側(cè)建筑物離地下室外墻邊線僅有5m，南側(cè)僅有4m，北側(cè)8m，同時(shí)，東側(cè)距離25m處為永定河，與基坑存在水力聯(lián)系。以上客觀因素，對(duì)基坑設(shè)計(jì)及施工提出了挑戰(zhàn)。

1.2場(chǎng)地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

基坑坑壁土主要為①雜填土、②泥質(zhì)粉砂和③卵石層，基坑底落在卵石層上。

基坑底面位于地下水位以下約1.57～3.32m，對(duì)基坑開挖有影響，泥質(zhì)粉砂和卵石在地下水滲透力的作用會(huì)產(chǎn)生流沙、涌土或管涌現(xiàn)象。

2　基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

2.1基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案確定

根據(jù)場(chǎng)地臨近永定河，土層有卵石存在的地質(zhì)情況及周邊復(fù)雜的環(huán)境條件，本工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)單位提出了3個(gè)不同類型的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比分析。

方案一采用Φ1000鋼筋混凝土排樁作為圍護(hù)樁，在圍護(hù)樁樁間采用Φ600雙重管高壓旋噴樁止水，同時(shí)采用一道鋼筋混凝土內(nèi)支撐。本方案為傳統(tǒng)基坑支護(hù)方案，但存在卵石層中施工旋噴樁質(zhì)量難以保證，對(duì)后續(xù)基礎(chǔ)施工存在滲漏水的可能性極大。

方案二采用鋼筋混凝土雙排樁作為懸臂圍護(hù)樁，在圍護(hù)樁樁間采用高壓旋噴樁止水。本方案同樣存在旋噴樁施工質(zhì)量問題，同時(shí)，雙排樁懸臂支護(hù)樁頂位移經(jīng)計(jì)算最大達(dá)到65mm，周邊民房眾多，可靠性不夠。同時(shí)也考慮施工空間不足。

方案三采用鋼筋混凝土排樁作為圍護(hù)樁，同時(shí)，在鋼筋混凝土樁間采用一根粘土砂漿樁作為止水樁，兩種樁形成咬合樁。樁頂采用一道鋼筋混凝土內(nèi)支撐。

在可行性論證的基礎(chǔ)上，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)、安全、質(zhì)量等多方面對(duì)比分析，最終各方接受采用方案三進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)。

2.2基坑支護(hù)設(shè)計(jì)概況

本工程基坑為不規(guī)則基坑，對(duì)內(nèi)支撐的布置提出新的挑戰(zhàn)。本著安全、經(jīng)濟(jì)、施工方便原則，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的形狀進(jìn)行了大膽嘗試。采用大橢圓形環(huán)形支撐，外接小圓形或橢圓形支撐。內(nèi)支撐形狀如圖3所示。

鋼筋混凝土環(huán)形內(nèi)支撐體系由四周的冠梁、中間大的橢圓環(huán)梁、周邊3個(gè)小環(huán)梁、環(huán)梁之間的次梁和立柱組成一個(gè)封閉系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)如下。

(1)受力合理

支撐結(jié)構(gòu)體系的整體剛度較大，能夠較好地發(fā)揮圓拱的受力優(yōu)勢(shì)，將基坑四周產(chǎn)生的土壓力通過次梁和環(huán)梁轉(zhuǎn)化為梁的軸向壓力，有效地利用混凝土材料的受壓特性。

(2)土方工程施工速度快

深基坑支護(hù)工程中土方的挖運(yùn)速度決定了基坑暴露時(shí)間的長短，以及地下室施工的工期長短。采用圓環(huán)內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，可在基坑平面內(nèi)形成較大面積的無支撐空間，為土方挖運(yùn)施工提供了便利，土方施工速度快。

(3)造價(jià)較低

采用圓環(huán)內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，省去了較多的支撐梁結(jié)構(gòu)，節(jié)約了大量的混凝土及鋼筋材料，與其他支撐方式相比造價(jià)有較大的下降，因此具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

但是，環(huán)形支撐體系也存在一定的缺點(diǎn)，對(duì)于此類基坑，比如環(huán)形支撐必須遵循對(duì)稱開挖原則，地質(zhì)不能差異過大，環(huán)形結(jié)構(gòu)的尺寸較大，拆撐不方便。總體來說，環(huán)形支撐對(duì)施工單位的組織能力，技術(shù)能力的要求是比較高的[3]。

基坑支護(hù)土層設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1　基坑支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)基坑周邊原有建筑的狀況，其安全等級(jí)為一級(jí)。

圍護(hù)樁采用直徑Φ800mm的旋挖灌注樁，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35，樁長10～15m，樁端持力層為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。樁間距1 300mm；樁間采用Φ800mm粘土砂漿樁，砂漿樁強(qiáng)度等級(jí)M2.5。水泥粘土砂漿咬合樁吸收了混凝土咬合樁止水效果可靠的優(yōu)點(diǎn)，可采用價(jià)格低、制備工藝簡單的水泥粘土砂漿為止水材料，水泥粘土砂漿樁強(qiáng)度較高、抗?jié)B性好、成樁可靠，可以結(jié)合不同的土質(zhì)條件選擇不同的成樁工藝[4]。

水泥粘土砂漿樁與鋼筋混凝土樁咬合150mm，樁長以穿過卵石層進(jìn)入風(fēng)化巖層1.5m為控制標(biāo)準(zhǔn)。基坑支護(hù)平面如圖4所示。

設(shè)計(jì)計(jì)算采用理正深基坑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件整體計(jì)算，剖面采用單元計(jì)算。根據(jù)地質(zhì)情況及周邊環(huán)境不同，整個(gè)基坑分成8個(gè)計(jì)算分區(qū)。通過分析計(jì)算基坑整體穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性、抗隆起穩(wěn)定性的各項(xiàng)安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。典型支護(hù)剖面如圖5所示。

同時(shí)，采用有限元的計(jì)算方法對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)及土的三維整體協(xié)同作用下的各工況下內(nèi)力、變形進(jìn)行分析計(jì)算。經(jīng)分析計(jì)算，基坑最大位移為26mm，圍護(hù)樁最大彎矩為627.50kN·m，內(nèi)支撐最大軸力3 600kN。根據(jù)內(nèi)支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形計(jì)算結(jié)果，按現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的方法并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)冠梁、環(huán)梁、支撐梁等進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3　基坑支護(hù)施工及監(jiān)測(cè)

3.1基坑支護(hù)施工總體順序

(1)施工止水樁、圍護(hù)樁、立柱樁。

(2)樁頂土方開挖，然后施工冠梁、環(huán)形、支撐構(gòu)件，施工后應(yīng)進(jìn)行澆水或覆蓋養(yǎng)護(hù)。

(3)環(huán)形支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后土方開挖至基坑底。

(4)樁基承臺(tái)、地下室結(jié)構(gòu)底板施工，在底板與圍護(hù)樁之間采用C20素混凝土澆筑，進(jìn)行換撐。

(5)換撐混凝土澆筑后待達(dá)到一定強(qiáng)度后可拆除支撐。

3.2咬合樁施工要點(diǎn)

3.2.1施工難點(diǎn)

咬合樁對(duì)成孔精度、容許偏差、工藝和混凝土的配合比有嚴(yán)格的要求，由于鋼筋混凝土樁與水泥粘土砂漿樁的咬合厚度只有150mm，如成孔垂直度控制不好，將會(huì)可能發(fā)生樁間滲水。

3.2.2施工工藝

咬合樁施工的總體原則是先施工需被切割的M2.5水泥粘土砂漿樁(A樁)，然后施工鋼筋混凝土樁(B樁)，施工順序?yàn)锳1—A2—A3—A4—B1—B2—B3—B4，如圖6所示。

3.2.3水泥粘土砂漿樁成樁

水泥粘土砂漿的構(gòu)成是以水泥為膠結(jié)料，加入部分細(xì)骨料、水和適量粘土膏等摻加料，各種材料根據(jù)設(shè)計(jì)強(qiáng)度需要按一定比例配置而成。水泥起膠結(jié)作用，摻量多少直接影響砂漿流動(dòng)性、粘聚性和強(qiáng)度。起著骨架和填充作用的細(xì)骨料，影響砂漿流動(dòng)性，對(duì)粘聚性和強(qiáng)度具有一定的影響較大。而粘土膏摻加料主要是改善砂漿和易性，以及使得砂漿樁滲透系數(shù)減小，從而增強(qiáng)止水效果。

砂漿樁施工時(shí)采用泥漿護(hù)壁，旋挖鉆進(jìn)取土，直至孔底。通過清孔后，采用導(dǎo)管法澆注流態(tài)水泥粘土砂漿成樁。

3.2.4旋挖灌注樁施工工藝

(1)沉入鋼護(hù)筒：鋼護(hù)筒比樁徑大200mm，鋼護(hù)筒穿過泥質(zhì)粉砂層。

(2)旋挖鉆機(jī)就位：移動(dòng)旋挖鉆機(jī)，使鉆頭中心對(duì)應(yīng)定位孔位中心。

(3)用旋挖鉆機(jī)把鋼護(hù)筒和護(hù)壁孔內(nèi)的巖土鉆掘出來。

(4)鋼筋籠制作和吊放鋼筋籠。鋼筋籠按設(shè)計(jì)院給出的鋼筋籠圖紙加工制作。成孔檢查合格后進(jìn)行安放鋼筋籠工作。安放鋼筋籠時(shí)應(yīng)采取有效措施保證鋼筋籠標(biāo)高的準(zhǔn)確。

(5)灌注砼：如鉆孔內(nèi)有水時(shí)則采用水下導(dǎo)管灌注混凝土法施工；如孔內(nèi)無水時(shí)則采用干孔導(dǎo)管法流態(tài)灌注混凝土。

(6)拔護(hù)筒：50T履帶吊掛振動(dòng)錘振拔護(hù)筒。拔出護(hù)筒不宜過快，防止鋼筋籠被拔出。

3.2.5咬合樁的施工技術(shù)措施

(1)樁的垂直度控制

為保證旋挖鉆孔咬合樁下部咬合量，除根據(jù)常規(guī)方法嚴(yán)格控制鉆孔孔口定位誤差外，還應(yīng)嚴(yán)格地控制鉆孔的垂直度，確保樁的垂直度控制在0.5%以內(nèi)。在成孔過程中要較好控制樁的垂直度，重點(diǎn)抓好以下3個(gè)環(huán)節(jié)。

①護(hù)筒應(yīng)在施工前進(jìn)行垂直度檢查和校正。

②成孔過程中利用旋挖鉆機(jī)自身的垂直度監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行樁的垂直度監(jiān)測(cè)和檢查。

③成孔過程中必須及時(shí)對(duì)過大垂直度偏差進(jìn)行糾偏調(diào)整。

(2)砂漿樁的強(qiáng)度控制

水泥粘土砂漿樁的配合比為水泥∶河砂∶粘土膏∶水=120∶1 450∶230∶300。水泥強(qiáng)度等級(jí)P.O42.5，砂可采用就地挖掘的砂礫石經(jīng)過篩分后使用。

水泥粘土砂漿樁的抗?jié)B壓力1.0～2.0MPa，完全能滿足基坑施工過程的止水需要。

水泥粘土砂漿樁的強(qiáng)度等級(jí)在M2.5左右，護(hù)筒可以很容易對(duì)其進(jìn)行切割，旋挖鉆頭鉆進(jìn)時(shí)也很容易，能保證硬切割實(shí)現(xiàn)咬合樁。因此可以全部砂漿樁施工后再進(jìn)行鋼筋混凝土樁的施工。

3.3環(huán)形內(nèi)支撐施工措施

環(huán)形鋼筋混凝土支撐的施工在整個(gè)深基坑支護(hù)工程中相當(dāng)重要。在施工中要確保支撐水平位置、豎向標(biāo)高、各截面幾何尺寸準(zhǔn)確無誤，對(duì)于圓形環(huán)梁、冠梁、支撐梁不宜留設(shè)施工縫，一次澆筑為好，使得各個(gè)位置強(qiáng)度能比較均勻。

3.4土方施工措施

土方開挖的主要原則是“分層、分段、對(duì)稱”，不得一次性開挖過深。挖土?xí)r應(yīng)遵循設(shè)計(jì)計(jì)算工況要求，如單向挖土不分層或不對(duì)稱挖土容易造成環(huán)梁和樁頂受力不均勻、位移過大。

3.5基坑監(jiān)測(cè)

深基坑工程監(jiān)測(cè)也是保證基坑安全的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。基坑信息化施工都是依賴基坑監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，因此，應(yīng)認(rèn)真做好基坑監(jiān)測(cè)工作[4]。

環(huán)形支撐位移及軸力變化會(huì)影響周邊支撐桿件、冠梁的位移和軸力。根據(jù)支撐整體計(jì)算可知，環(huán)形支撐所受的軸力及彎矩最大，因此環(huán)形支撐的位移和軸力是基坑監(jiān)測(cè)中重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目。從監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置到監(jiān)測(cè)次數(shù)都應(yīng)嚴(yán)格控制，如發(fā)現(xiàn)環(huán)形支撐的位移或軸力超過設(shè)計(jì)的預(yù)警值，應(yīng)立即采取果斷措施，否則可能產(chǎn)生基坑變形、建筑沉降的嚴(yán)重后果。

3.5.1橢圓環(huán)形支撐監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置情況

橢圓環(huán)形支撐根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果在軸力較大及受力不利的位置上布置了8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中布置的位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)共4個(gè)(監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)為CWY1～4)，鋼筋應(yīng)力計(jì)軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)4個(gè)(監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)為CNL1～4)。具體布置如圖7所示。

3.5.2橢圓環(huán)形支撐監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)情況

從基坑土方開挖開始至地下室施工完，整個(gè)過程根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行了詳細(xì)監(jiān)測(cè)。所測(cè)最大位移和最大軸力值如表2、表3所示，均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

表2　橢圓環(huán)梁位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)　mm

表3　橢圓環(huán)梁軸力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)　kN

3.6咬合樁止水效果

基坑開挖過程采用明排，僅用了小型潛水泵抽取卵石層中的潛水，基本上保持土方開挖干作業(yè)。開挖至基底施工基礎(chǔ)過程中保持了干燥無水作業(yè)，止水效果良好。

鋼筋混凝土樁與水泥粘土砂漿樁咬合效果良好，垂直度控制較好。

開挖效果實(shí)景圖如圖8所示。

4　結(jié)語

該工程采用鋼筋混凝土樁與水泥粘土砂漿樁咬合，結(jié)合鋼筋混凝土橢圓形環(huán)形支撐體系的基坑支護(hù)體系在老城區(qū)周邊復(fù)雜環(huán)境條件下成功應(yīng)用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

工程實(shí)踐證明，鋼筋混凝土橢圓形環(huán)形支撐體系受力明確，支撐體系簡單，水泥粘土砂漿樁施工簡便，造價(jià)低，具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1)變形?。簭谋O(jiān)測(cè)情況看，支護(hù)體系本身的變形很小，周邊建筑物、道路未出現(xiàn)沉降過大現(xiàn)象，總體安全穩(wěn)定。

(2)速度快：采用環(huán)形支撐，土方機(jī)械操作空間大，有利于挖土作業(yè)，工期大為縮短；地下室結(jié)構(gòu)施工材料運(yùn)輸便捷，施工進(jìn)度加快。

(3)止水效果好：鋼筋混凝土樁與水泥粘土砂漿樁咬合，能順利實(shí)現(xiàn)粘土砂漿樁硬切割施工，止水效果好。

(4)水泥粘土砂漿樁具有施工方法靈活，施工質(zhì)量可控性強(qiáng)，止水性能可靠，可實(shí)現(xiàn)原位土的利用，可節(jié)約造價(jià)。

基此，水泥粘土砂漿樁與鋼筋混凝土樁進(jìn)行咬合，結(jié)合環(huán)形內(nèi)支撐體系，在條件復(fù)雜的舊城改造基坑支護(hù)中應(yīng)用具有很大的發(fā)展?jié)摿?，可進(jìn)行進(jìn)一步推廣。

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Design Design and construction of ring shaped supporting support for occlusive pile under complex environmental conditions

ZHENGTianshou1,2

(1.Fujian YongQiang geotechnical Co.LTD,Longyan 364000;2.Geotechnical and Environmental Enterprise Engineering Technology Research Center of Fujian province,Longyan 364000)

The development of city construction,more and more engineering condition is complex,the urban transformation of the old city project,surrounding the old building is numerous,deep foundation pit support engineering application,especially in deep foundation pit excavation and precipitation will have influence on the surrounding environment.From the introduction of an old city deep foundation pit support support rotary digging drilling occlusive pile design scheme is determined,rotary drilling occlusive pile construction technology measures,indicating different scheme and technical measures on the surrounding environment have significantly different effects,engineering practice shows that,rotary drilling occlusal pile retaining scheme of similar to the old urban transformation of the old city of foundation pit support support engineering with reference value.

Complex environment; Occlusal pile; Annular support

鄭添壽(1972.03-)，男，高級(jí)工程師。

E-mail:yqytzts@163.com

2016-04-01

TU47

A

1004-6135(2016)06-0052-06