李鵬飛
【摘要】本文通過(guò)介紹釘形雙向攪拌樁的相關(guān)知識(shí),并將其與傳統(tǒng)攪拌樁進(jìn)行比較,闡述了它的優(yōu)勢(shì)方面;接著講述了釘形雙向攪拌樁在實(shí)際中的應(yīng)用,并提出了其具體的施工技術(shù)及步驟。
【關(guān)鍵詞】釘形雙向攪拌樁;軟土地基;施工工藝;應(yīng)用
前 言
目前,國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的深層軟土處理方法主要分為排水固結(jié)和復(fù)合地基處理。采用排水固結(jié)法的比如真空預(yù)壓法、堆載預(yù)壓法等;常用復(fù)合地基處理的比如一般水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、預(yù)制管樁法、CFG樁等;上述幾種軟土處理方法均有優(yōu)缺點(diǎn),下面再一一陳述?,F(xiàn)介紹一種逐漸推廣使用的處理方法---釘形雙向攪拌樁法。釘形雙向攪拌樁由于其適用性廣,施工質(zhì)量穩(wěn)定,施工周期短,復(fù)合地基承載力高,近年來(lái)在沿海、沿河等市政工程的軟土路基處理中已逐漸推廣。下面敘述一下釘形攪拌樁的相關(guān)知識(shí)及施工工藝。
第一章 釘形雙向攪拌樁的介紹
釘形雙向攪拌樁技術(shù),它屬于一種先進(jìn)的水泥土攪拌樁技術(shù)。這樣一種釘形雙向攪拌樁其機(jī)械構(gòu)造部分主要是由改造過(guò)的現(xiàn)行攪拌樁的傳動(dòng)系統(tǒng)、鉆頭以及鉆桿等組合而成,主要分為兩部分:一是使用同心雙軸的鉆桿,在其內(nèi)鉆桿部位安裝順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的葉片,在外鉆桿部位安裝逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的葉片;二是再將用于攪拌的葉片改進(jìn)成為能夠伸縮的葉片,讓它可以在地面以下任意的深度進(jìn)行伸縮,形成兩種不同的半徑,并且擴(kuò)大其樁體上部的截面,從而組合成釘子形狀的雙向攪拌樁。有關(guān)釘形雙向攪拌樁的施工機(jī)械圖及其攪拌效果圖、剖面示意圖如下所示:
釘形雙向水泥土攪拌樁特點(diǎn)
東南大學(xué)與南京路鼎攪拌樁特種技術(shù)有限公司針對(duì)目前水泥土攪拌樁存在的問(wèn)題,在充分研究水泥土攪拌樁的加固機(jī)理和影響水泥土攪拌樁成樁質(zhì)量的基礎(chǔ)上,經(jīng)多年的探索與實(shí)踐,聯(lián)合開(kāi)發(fā)的軟土地基處理的新技術(shù),它吸收了常規(guī)水泥土攪拌樁的優(yōu)點(diǎn),充分利用復(fù)合地基應(yīng)力傳遞規(guī)律,在攻克了常規(guī)攪拌樁的嚴(yán)重缺陷后,發(fā)明的一種新樁型與一種全新的施工方法即釘形水泥土攪拌樁與雙向水泥土攪拌樁,并獲得了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào):200410065862,200410065861),兩者有機(jī)結(jié)合成釘形雙向水泥土攪拌樁。
如上面所述,釘形雙向水泥土攪拌樁采用同心雙軸鉆桿,它通過(guò)在內(nèi)鉆桿上設(shè)置正向旋轉(zhuǎn)葉片并設(shè)置噴漿口,在外鉆桿上安裝反向旋轉(zhuǎn)葉片,通過(guò)外桿上葉片反向旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的壓漿作用和正反向旋轉(zhuǎn)葉片同時(shí)雙向攪拌水泥土的作用,實(shí)現(xiàn)了正反向同時(shí)旋轉(zhuǎn)的施工工藝。有關(guān)釘形雙向攪拌樁的特點(diǎn),主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)具有攪拌均勻的特點(diǎn)。由于進(jìn)行了順時(shí)針逆時(shí)針?lè)较虻耐瑫r(shí)旋轉(zhuǎn),才使得水泥漿和土體之間得到了充分的攪拌,不會(huì)出現(xiàn)普通攪拌樁的層狀局面。
(2)能夠進(jìn)行就地?cái)嚢?。?jīng)過(guò)上層葉片的正反旋轉(zhuǎn),從而阻止了水泥漿不斷往上冒的趨勢(shì),且強(qiáng)制性地對(duì)水泥漿進(jìn)行了就地?cái)嚢?,這樣一來(lái)就徹底解決了冒漿的現(xiàn)象。
(3)具有受力合理的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)并制作成“釘形”的截面結(jié)構(gòu),契合了地基中應(yīng)力的傳遞規(guī)律,從而使得施加在樁體上的受力更加地合理。
(4)能有效地減小沉降。因?yàn)閷?duì)釘形樁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)十分合理,樁身的質(zhì)量更加地勻稱(chēng),且樁身的強(qiáng)度又高,從而將上部的荷載傳送到地基深處,以此減少了地基下沉的現(xiàn)象。
(5)對(duì)周邊土體的擾動(dòng)較小。同心雙軸順時(shí)針逆時(shí)針的旋轉(zhuǎn),相互抵消了土體與葉片之間所產(chǎn)生的水平旋轉(zhuǎn)力,鉆桿也不再左右搖動(dòng),從而降低了對(duì)周邊土體的擾動(dòng)。
(6)具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。由于擴(kuò)大頭的作用,以及大幅度提高了樁身的強(qiáng)度,提高了復(fù)合地基的承載力,使得樁與樁之間的間距擴(kuò)大,這就對(duì)軟土地基進(jìn)行處理的工程量相對(duì)減小,使得造價(jià)更低。
(7)更加容易推廣。使用的是常規(guī)的固化劑材料,只需要加工改進(jìn)現(xiàn)行的泥土攪拌機(jī)即可。這樣一來(lái),只需對(duì)施工人員進(jìn)行短暫的指導(dǎo)就能施工建造,更容易被人接受。
第二章 釘形雙向攪拌樁的加固機(jī)理
釘形雙向攪拌樁是軟土地基處理的方法之一,原理就是通過(guò)同軸雙向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)桿以及可自動(dòng)伸縮的葉片,沿深度方向?qū)④浲僚c固化劑(水泥漿,可摻入一定量的外加劑)就地進(jìn)行強(qiáng)制攪拌,使土體與固化劑發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng),與樁間土形成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥土加固體,從而提高軟土地基的承載力,減少地基沉降。釘形攪拌樁由于其形似“釘子”結(jié)構(gòu),充分利用了土中應(yīng)力傳遞逐漸衰減的規(guī)律;其次在路基上覆荷載的作用下,充分利用土拱作用,擴(kuò)大頭部分確保樁體與樁間土的協(xié)調(diào)變形,達(dá)到更佳的復(fù)合地基效果;同時(shí)上部擴(kuò)大頭起到類(lèi)似承臺(tái)作用,降低了應(yīng)力集中作用,對(duì)上部褥墊層起到保護(hù)作用。
第三章 釘形雙向攪拌樁的適用范圍及優(yōu)點(diǎn)
1.釘形雙向攪拌樁的適用范圍
⑴適用的工程范圍
釘形雙向攪拌樁不僅在路基軟基處理方面廣泛應(yīng)用,在其他工程中也同樣采用到該技術(shù):
①?gòu)?fù)合地基:作為多層住宅,辦公樓,工業(yè)廠房,高速公路、鐵道和機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道以及高填方路堤等的復(fù)合地基;
②支擋結(jié)構(gòu):可用于軟土層中的基坑開(kāi)挖、管溝開(kāi)挖、碼頭加固或河道開(kāi)挖的邊坡支護(hù)和防止底部管涌、隆起;
③防滲帷幕:由于水泥土結(jié)構(gòu)致密,可用于軟土地基基坑開(kāi)挖和其他水利工程的防滲帷幕;
⑵適用的地質(zhì)條件范圍
釘形水泥土雙向攪拌樁適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、軟粘性、松散砂土等軟弱地基。
2.釘形雙向攪拌樁的優(yōu)點(diǎn)
⑴常用軟基加固方法比選
根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),我們把常用軟基加固方法以列表來(lái)說(shuō)明其優(yōu)缺點(diǎn):
從以上分析比較明顯看出:水泥土攪拌樁同時(shí)具有施工速度快,工期短的特點(diǎn),因而目前大多數(shù)道路工程采用的是水泥土攪拌樁復(fù)合地基技術(shù)。
⑵釘形雙向水泥土攪拌樁與常規(guī)水泥土攪拌樁的對(duì)比
就水泥土攪拌樁而言,釘形雙向水泥土攪拌樁是在常規(guī)水泥土攪拌樁基礎(chǔ)上發(fā)展而成的一種新工藝和結(jié)構(gòu)形式,不光在處理軟基技術(shù)上領(lǐng)先,工程質(zhì)量更容易保證;同樣在經(jīng)濟(jì)上也更能加快施工速度,節(jié)省投資,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益(見(jiàn)第七章實(shí)例)。
釘形與雙向水泥土攪拌樁與常規(guī)水泥土攪拌樁相比,從技術(shù)上具有以下優(yōu)勢(shì):
第四章 釘形雙向水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介
1、設(shè)計(jì)一般規(guī)定
釘形雙向水泥土攪拌樁適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)地、粉土、軟粘性土及無(wú)流動(dòng)地下水的松散砂土等軟弱地基。其樁長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)變形要求確定,宜穿透軟土層。釘形雙向水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)前應(yīng)具備巖土勘察資料、工程場(chǎng)地和環(huán)境條件的相關(guān)資料、建(構(gòu))筑物的相關(guān)資料、施工條件的相關(guān)資料。
2、材料
釘形雙向水泥土攪拌樁所用水泥種類(lèi)需要和加固的土質(zhì)相適應(yīng),一般情況下,樁體強(qiáng)度大于1.5MPa時(shí),應(yīng)選用強(qiáng)度等級(jí)在42.5以上的水泥;樁體強(qiáng)度小于1.5MPa時(shí),應(yīng)選用強(qiáng)度等級(jí)在32.5以上的水泥;當(dāng)需要樁體有較高的早期強(qiáng)度時(shí),宜選用普通硅酸鹽水泥和波特蘭水泥。外加劑的種類(lèi)和摻量應(yīng)根據(jù)不同土質(zhì)條件和工程要求通過(guò)試驗(yàn)確定選用。釘形雙向水泥土攪拌水泥土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值宜采用90天齡期的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值。
3、設(shè)計(jì)計(jì)算
釘形雙向水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)計(jì)算按照復(fù)合地基要求計(jì)算,并進(jìn)行地基變形驗(yàn)算。釘形雙向水泥土攪拌樁的擴(kuò)大頭高度宜大于樁長(zhǎng)的1/3。釘形雙向水泥土攪拌樁的下部樁徑不宜小于500mm,上下樁徑比宜在1.8~2.4之間;其樁間距應(yīng)根據(jù)復(fù)合地基承載力、建(構(gòu))筑物允許沉降量、土性、施工工藝等確定,宜取1.8~2.4m。釘形雙向水泥土攪拌樁樁身水泥摻入比應(yīng)根據(jù)單樁承載力,通過(guò)室內(nèi)配比確定,水泥摻入量宜為被加固濕土質(zhì)量的12%~18%,水灰比可選用0.50~0.60,地基含水量高者取小值。釘形雙向水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地基載荷試驗(yàn)確定。
第五章 釘形雙向攪拌樁的施工工藝
⑴施工的材料
①所采用的材料一般為普通硅酸型鹽水泥(R32.5級(jí)),且應(yīng)在保質(zhì)期內(nèi);定期地提供有關(guān)其強(qiáng)度性、安定性等方面的試驗(yàn)報(bào)告。
②用于攪拌水泥漿的用水必須合格。
⑵施工前的準(zhǔn)備
①在施工之前,依據(jù)被加固土的性質(zhì)及其所能承擔(dān)的承載力的要求,來(lái)配比摻入攪拌樁的水泥量。
②在對(duì)大面積的地基施工之前,應(yīng)進(jìn)行工藝性的試樁,以確定施工中所需的技術(shù)參數(shù),從而達(dá)到試驗(yàn)樁能與工程樁相一致的效果。
③依據(jù)設(shè)計(jì)的要求及試樁時(shí)所獲取的資料來(lái)選擇適宜的施工機(jī)械,還要實(shí)地勘測(cè)滿足施工機(jī)械所要求的地基承載力,當(dāng)不滿足其要求時(shí)再采取相應(yīng)的措施解決。
④按照施工的設(shè)計(jì)圖表的要求來(lái)確定樁的位置,并平整施工場(chǎng)地,清除一些地上及地下的障礙物。
⑶對(duì)施工參數(shù)的要求
釘形雙向攪拌樁選用的設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)不同項(xiàng)目及地質(zhì),是不一樣的。攪拌樁的機(jī)械參數(shù):下沉速度一般控制在0.5-0.8米/每分鐘,提升的速度控制在0.7-1米/每分鐘。
⑷具體的施工步驟(以?xún)蓴噧蓢姙槔?/p>
① 樁機(jī)定位
攪拌機(jī)到達(dá)指定樁位后對(duì)中,調(diào)整機(jī)身,使設(shè)備保持水平,鉆桿呈鉛直狀態(tài),對(duì)中允許誤差為20mm。
② 噴漿攪拌下沉
在事先挖好的漿池中按設(shè)計(jì)確定的配合比配制好水泥漿,旁邊安置好輸漿泵,用輸漿膠管將儲(chǔ)料灌漿泵與攪拌樁機(jī)接通。啟動(dòng)攪拌機(jī),使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架向下切土,同時(shí)開(kāi)啟送漿泵向土體噴送水泥漿,兩組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)(外鉆桿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),內(nèi)鉆桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn))切割、攪拌土體,攪拌機(jī)持續(xù)下沉,直到擴(kuò)大頭設(shè)計(jì)深度。
③ 施工下部樁體
將外部攪拌葉片收縮到下部樁體直徑,兩組葉片繼續(xù)同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)切割、噴漿、攪拌土體,攪拌機(jī)持續(xù)下沉,直到設(shè)計(jì)深度,在樁端應(yīng)就地持續(xù)噴漿攪拌 10 秒以上。
④ 提升攪拌:攪拌機(jī)提升,關(guān)閉送漿泵,兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土,直至擴(kuò)大頭底面標(biāo)高。
⑤ 伸展葉片:改變內(nèi)外鉆桿的旋轉(zhuǎn)方向,將攪拌葉片伸展至擴(kuò)大頭直徑;提升攪拌:提升鉆桿,兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土,直到地表或設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高。
⑥切土下沉:攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架向下切土,同時(shí)開(kāi)啟送漿泵,向土體噴水泥漿,兩組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)切割、攪拌土體,攪拌機(jī)持續(xù)下沉,直到擴(kuò)大頭設(shè)計(jì)深度;將外部攪拌葉片收縮到下部樁體直徑,兩組葉片繼續(xù)同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)切割、噴漿、攪拌土體,攪拌機(jī)持續(xù)下沉,直到設(shè)計(jì)深度,在樁端應(yīng)就地持續(xù)噴漿攪拌 10 秒以上。
⑦ 提升攪拌:關(guān)閉送漿泵,兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土,直到地表或設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高,完成單樁施工。
⑧ 送漿量控制。在施工中,應(yīng)根據(jù)樁頂返漿的情況,合理地調(diào)整送漿的泵量,既要防止材料的浪費(fèi),也要保證樁身質(zhì)量。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某樁的耗漿量與設(shè)計(jì)有明顯的差異時(shí),應(yīng)立即向當(dāng)班的施工員或技術(shù)員反映,及時(shí)找出原因,采取合理的解決方法。
⑨ 成樁。成樁時(shí),清理攪拌葉片上包裹的土塊及噴漿口。另外,若暫不施工,需準(zhǔn)備一個(gè)桶或貯料罐注入清水,開(kāi)啟灰漿泵,抽清水清洗全部管路中殘存的水泥漿,直到基本干凈。
⑩ 移機(jī)到下一根樁,重復(fù)以上工序,完成下一根樁施工。
其具體的施工流程如下圖所示:
釘形雙向攪拌樁施工步驟圖
第六章 釘形雙向攪拌樁施工注意事項(xiàng)
釘形雙向水泥土攪拌樁的施工與常規(guī)水泥土攪拌樁的施工在水泥摻入量、場(chǎng)地要求、地質(zhì)適用范圍等許多方面是一致的,但在樁身受力、攪拌均勻、施工工藝流程等方面存在一定的差別?,F(xiàn)將有關(guān)釘型與雙向水泥泥土攪拌樁施工中注意事項(xiàng)及常見(jiàn)問(wèn)題作一說(shuō)明。
1、注意事項(xiàng)
(1)釘形雙向水泥土攪拌樁在處理泥炭土、有機(jī)質(zhì)土、塑性指數(shù)大于25的粘性土和地下水具有腐蝕性時(shí)必須通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其實(shí)用性后,方可采用。
(2)攪拌的均勻性
攪拌的均勻性是影響樁身質(zhì)量的一個(gè)重要因素。它主要指兩個(gè)方面:一是機(jī)械在樁身任意一點(diǎn)的攪拌次數(shù);二是固化劑在任意點(diǎn)的摻入量。攪拌次數(shù)一定要按設(shè)計(jì)進(jìn)行施工。固化劑在樁身任意一點(diǎn)的摻入量除應(yīng)滿足設(shè)計(jì)的要求外,還應(yīng)依據(jù)地質(zhì)條件調(diào)整每一段的摻入量,以保證樁身強(qiáng)度和樁體受力的一致性(此項(xiàng)工作根據(jù)試樁的上下兩部分強(qiáng)度進(jìn)行分析確定)。
(3)樁頂部位的處理
攪拌樁施工完畢,樁的頂部0.3~0.5m范圍內(nèi),因上覆土壓力較小,使土層變成蜂窩狀,應(yīng)對(duì)樁頂質(zhì)量較差的部分人工挖除。
2、質(zhì)量檢驗(yàn)
釘形雙向攪拌樁施工中質(zhì)量檢驗(yàn)主要包括以下幾個(gè)方面:
(1)一般要求
釘形雙向攪拌樁要求樁徑、樁長(zhǎng)、擴(kuò)大頭高度、水泥摻入量、樁身強(qiáng)度、承載力不小于設(shè)計(jì)值;
(2)固化劑要求
質(zhì)檢員在固化劑進(jìn)場(chǎng)時(shí),要檢查材料的三證是否齊全;在配制時(shí),有沒(méi)有嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的配合比拌制,泵送過(guò)程中有沒(méi)有離析現(xiàn)象,如停置時(shí)間過(guò)長(zhǎng),要用攪拌機(jī)進(jìn)行不停的攪動(dòng)。
(3)樁垂直度要求
樁機(jī)移到位時(shí),要注意樁機(jī)的平整度及導(dǎo)向架與地面的垂直度,主要依靠水平尺進(jìn)行實(shí)測(cè),允許偏差在1.5%以?xún)?nèi)。
(4)樁位的準(zhǔn)確度要求
測(cè)量放樁位時(shí),做好標(biāo)記。標(biāo)記和設(shè)計(jì)允許偏差不得大于2cm,成樁樁位不得超過(guò)5cm。
(5)材料用量要求
根據(jù)流量計(jì)反映的一根樁的用量,是否和理論計(jì)算值有偏差。
(6)鉆桿的鉆速要求
根據(jù)成樁資料反映的成樁時(shí)間,來(lái)估算鉆桿的轉(zhuǎn)速與理論參數(shù)比較,允許偏差在0.5m/min以?xún)?nèi)。
(7)樁的直徑要求
樁體施工完成后用鋼卷尺進(jìn)行丈量,允許偏差在2cm以?xún)?nèi)。
(8)樁的承載力檢測(cè)
釘形雙向水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)合地基靜載試驗(yàn)和單樁載荷試驗(yàn)。載荷試驗(yàn)必須在樁身強(qiáng)度滿足荷載試驗(yàn)條件,并宜在成樁28天后進(jìn)行。檢驗(yàn)數(shù)量為總樁數(shù)的 1‰~2‰,且每個(gè)單項(xiàng)工程不少于 3 點(diǎn)。
第七章 施工實(shí)例
以東莞虎門(mén)長(zhǎng)堤路K2+690-K2+840段軟基處理為例來(lái)說(shuō)明。該段原設(shè)計(jì)為水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)參數(shù)樁間距1.2m,三角形布置,樁長(zhǎng)15m,樁徑50cm,要求樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度:28d 不小于1.2MPa,復(fù)合地基承載力大于110kPa。該段地質(zhì)為淤泥及淤泥質(zhì)地,深度為11~15m,由于普通水泥土攪拌樁試驗(yàn)樁28天強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,經(jīng)比選,考慮到復(fù)合地基承載力、工期要求及不均勻沉降,決定由釘形雙向水泥攪拌樁代替水泥攪拌樁,經(jīng)試樁后者滿足要求。下面是兩種方案的比較:
釘形雙向攪拌樁與傳統(tǒng)攪拌樁的比較
釘形雙向水泥土攪拌樁由于樁身強(qiáng)度的大幅度提高及柱身結(jié)構(gòu)的更趨合理,與常規(guī)樁相比復(fù)合地基的承載力大幅度提高,工后沉降小,樁間距加大,雖然單價(jià)有所提高,但大大降低了處理每平方米的造價(jià)。
結(jié)束語(yǔ)
由普通水泥土攪拌樁改進(jìn)而成的釘形雙向水泥土攪拌樁,由于內(nèi)外葉片同時(shí)反向旋轉(zhuǎn),阻斷了水泥漿上冒途徑,強(qiáng)制對(duì)水泥漿就地?cái)嚢瑁皾{現(xiàn)象徹底解決,加上對(duì)土體攪拌均勻,其樁身強(qiáng)度得到大幅度提高以及樁身結(jié)構(gòu)更趨合理;其施工時(shí)對(duì)樁周土體擾動(dòng)小,受力合理,能將上部荷載傳到地基深處,減小復(fù)合地基沉降,與常規(guī)水泥土攪拌樁相比效果更佳;再者因?yàn)闃杜c樁之間的距離加大,使得軟土處理中的總樁數(shù)大大減少,這不但縮短了工期,還為人們帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
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