安徽省軟土分布及其形成的地質(zhì)環(huán)境研究

［摘要］基于安徽省自然資源廳下達(dá)的“安徽省致災(zāi)特殊類土調(diào)查評(píng)價(jià)”基金項(xiàng)目，初步查明安徽省致災(zāi)軟土的分布現(xiàn)狀，軟土形成的地質(zhì)環(huán)境條件。對(duì)安徽省軟土的物理力學(xué)特征進(jìn)行調(diào)查分析，初步查明其對(duì)工程建設(shè)的危害。提出軟土的防治措施，為安徽省城市發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。

［關(guān)鍵詞］軟土；安徽省；地質(zhì)環(huán)境；災(zāi)害

軟土是指在靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積，結(jié)構(gòu)疏松，天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的軟塑至流塑狀的粘性土。如淤泥、淤泥質(zhì)土。在充分收集以往資料的基礎(chǔ)上，通過遙感解譯、專項(xiàng)地面調(diào)查、鉆探、取樣測試等手段，初步查明安徽省軟土的分布規(guī)律、性質(zhì)、對(duì)工程建設(shè)的危害性，并提出軟土防治措施。

1 軟土分布及形成的地質(zhì)環(huán)境

1.1 軟土的判定和分類

軟土的外觀上為灰色至深灰色為主的細(xì)粒土，有機(jī)質(zhì)含量較高，軟土的天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1。軟土進(jìn)一步分為淤泥質(zhì)土、淤泥、泥炭質(zhì)土、泥炭（表1）。

1.2 軟土分布及形成的地質(zhì)環(huán)境

1.2.1 淤泥質(zhì)土、淤泥

安徽省淤泥質(zhì)土[1，2]的巖性主要為深灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉土或淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土或粉砂。淤泥的巖性為淤泥質(zhì)粘土。淤泥質(zhì)土在長江兩岸的河漫灘廣泛分布，淮河、巢湖河湖漫灘也斷續(xù)分布。

（1）長江河湖漫灘

長江河湖漫灘淤泥質(zhì)土、淤泥分布于全新統(tǒng)蕪湖組。全新世以來，長江沿岸新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為振蕩式下降，地勢低洼，長江及其支流河床彎曲擺動(dòng)頻繁，河漫灘相（濱河床砂壩堆積帶、河漫灘沿河堆積帶和河漫灘內(nèi)部堆積帶）、牛軛湖相、濱河床相交替沉積，沉積的古地理變化頻繁。因此，長江河湖漫灘上部沉積一套淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉土、淤泥與粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂層相互交替的沉積物，部分地段夾泥炭質(zhì)土透鏡體。軟土厚度變化大，常為似層狀、透鏡狀、帶狀分布。

長江沿岸軟土在平面上分布于宿松縣復(fù)興鎮(zhèn)下游的廣大地區(qū)河湖漫灘。由西南向東北的擴(kuò)展為“喇叭”形。在垂向上分布，從上游到下游軟土厚度逐漸增加，由上游的宿松、懷寧地區(qū)的2～5 m，向下游的無為、蕪湖地區(qū)[3，4]增加至20～30 m，其中位于蕪湖二壩的B111孔厚度最大，達(dá)31.8 m。淤泥質(zhì)土、淤泥分布的層次也由一層增加到二層或多層（圖1）。

淤泥分布在無為市的雍南、灣址區(qū)保豐至趙橋及石臼湖沿岸等部分地區(qū)。

淤泥質(zhì)土、淤泥層埋深一般在1～5 m，部分地段大于10 m，頂板巖性多為可塑狀的粉質(zhì)粘土，局部地段為粉細(xì)砂，淤泥質(zhì)土、淤泥的下臥層大多為粉細(xì)砂。

（2）淮河漫灘

淮河河湖漫灘淤泥質(zhì)土[5]分布的地層為全新統(tǒng)大新組和懷遠(yuǎn)組，成因類型主要為沖積。

淮河漫灘淤泥質(zhì)土在沿程呈斷續(xù)分布，主要分布在蚌埠地區(qū)及以下的五河縣的淮河漫灘。

淤泥質(zhì)土的巖性為灰色、深灰色的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉土，局部夾淤泥透鏡體。軟土中含有機(jī)質(zhì)，具嗅味，流塑、軟塑狀。軟土的埋深一般在2～7 m，厚度3～8 m。軟土的上部一般為可塑狀的粉質(zhì)粘土或松散、稍密的粉土，軟土的下層大多為稍密、中密的粉土或粉細(xì)砂（圖2）。

在巢湖、石臼湖、高郵湖、白湖及支流的漫灘也有軟土分布，軟土的厚度除巢湖、石臼湖岸帶較厚，局部可達(dá)9.8 m外，其余地區(qū)均小于3 m。

1.2.2 泥炭質(zhì)土、泥炭

安徽省泥炭質(zhì)土、泥炭的分布較少，一般呈透鏡體狀分布于淤泥質(zhì)土的上部。主要分布于長江及其主要支流下游的樅陽縣、無為市、廬江縣、蕪湖市、灣址區(qū)、當(dāng)涂縣等境內(nèi)[6]。泥炭多呈褐色、黑褐色，具薄層狀層理，孔隙大，有機(jī)質(zhì)含量在30.3%～68.4%。泥炭質(zhì)土、泥炭多為1層，少數(shù)地段為2～4層，層間之距離一般為0.5～1.2 m，分層厚0.2～0.5 m，第一層頂板埋深0.5～3.0 m。底板巖性為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉土，頂板巖性粘土、粉質(zhì)粘土及淤泥質(zhì)土。

泥炭質(zhì)土、泥炭分布范圍小，厚度薄，資料較少，下面著重介紹淤泥質(zhì)土和淤泥。

1.3 軟土的分布面積

安徽省淤泥質(zhì)土分布范圍最廣，淤泥分布于淤泥質(zhì)土范圍之內(nèi)。淤泥質(zhì)土分布的面積就是軟土分布的總面積。安徽省軟土分布總面積6436.08 km2，其中的淤泥分布面積238.28 km2（表2）。

2 軟土工程地質(zhì)特征

2.1 軟土粒度組成及結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

安徽省軟土是在缺氧、飽水、水流緩慢、不暢或靜水的河湖漫灘洼地、牛軛湖環(huán)境中沉積的，軟土的顆粒組成均為細(xì)粒土，含有機(jī)質(zhì)，軟土粒度上主要是粉粒和粘粒，軟土的結(jié)構(gòu)常為蜂窩狀或棉絮狀，疏松多孔，顆粒定向排列明顯，層理發(fā)育，常有夾粉土或粉砂薄層。

2.2 軟土的工程地質(zhì)特征

安徽省軟土的沉積時(shí)間短，固結(jié)系數(shù)0.32～0.86，為欠固結(jié)土，又有一些特定的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，因而表現(xiàn)出一些特殊的工程地質(zhì)特征（表3）。

（1）軟土的含水量大，孔隙比高，天然含水率大于液限。安徽省軟土天然含水率38.3～78.4，孔隙比0.98～2.24，液限32.9～63.4，飽和度90.3%～100%，液性指數(shù)為0.90～2.13，常處于流動(dòng)狀態(tài)。

將安徽省淤泥、淤泥質(zhì)土的一些物理指標(biāo)進(jìn)行比較，可以看出，軟土的天然含水率越大，其孔隙比、液限、塑性指數(shù)等亦越大。

（2）高壓縮性：軟土的壓縮性大，壓縮系數(shù)為0.37～1.15 MPa-1，最高達(dá)3.54 MPa-1，且壓縮性隨天然含水率的增大（也即孔隙比的增大）而增大，為高壓縮性土。

（3）抗剪強(qiáng)度很低：安徽省軟土的快剪粘聚力小于10 kPa，內(nèi)摩擦角小于5°。靜力觸探試驗(yàn)的比貫入阻力為0.5～0.8 MPa，標(biāo)貫擊數(shù)1～3擊，其承載力的特征值一般小于60 kPa。

（4）透水性極弱，安徽省軟土多為河漫灘相沉積，層理發(fā)育，層理面常分布粉砂。因此，軟土的垂直方向滲透系數(shù)較水平方向要小些。水平滲透系數(shù)為0.98×10-4～0.28×10-6 m/s，垂直滲透系數(shù)為0.29×10-6～0.13×10-7 m/s，為弱透水性。軟土水平固結(jié)系數(shù)0.75×10-3～5.84×10-3 m/s，垂直固結(jié)系數(shù)0.22×10-3～4.08×10-3 m2/s，軟土的透水性弱、固結(jié)系數(shù)小，對(duì)地基排水固結(jié)不利，反映在建筑物沉降延續(xù)時(shí)間長。同時(shí)，在加載的初期，地基中常出現(xiàn)較高的孔隙水壓力，影響地基的強(qiáng)度。

（5）較顯著的觸變性和流變性，根據(jù)十字板剪切試驗(yàn)，安徽省軟土的靈敏度St一般在2～5，最高達(dá)11.08，大多為中靈敏土，少數(shù)為高靈敏土（表4）。為此，軟土的觸變性和流變性均較大，當(dāng)軟土地基受震動(dòng)或擾動(dòng)后，強(qiáng)度就會(huì)明顯降低，易產(chǎn)生側(cè)向滑動(dòng)、沉降及基底面擠出現(xiàn)象。

3 軟土災(zāi)害

安徽省在平原區(qū)進(jìn)行了大規(guī)模的工程建設(shè)，在軟土地基上進(jìn)行工程建設(shè)，如果處理不當(dāng)或沒有處理，可能造成地基沉降、不均勻沉降、地基沖剪破壞、側(cè)向滑動(dòng)等而危害地面房屋、道路、基坑等。

3.1 軟土對(duì)道路產(chǎn)生危害

軟土對(duì)道路的危害在軟土分布區(qū)較為普遍，較為嚴(yán)重的如皖贛鐵路位于長江和青弋江河漫灘段，這兩段軟土分布厚度大，埋藏淺，軟土的性質(zhì)差，且路堤一般要墊3～8 m高，自運(yùn)行以來，多段產(chǎn)生路軌下沉的災(zāi)害，個(gè)別路段路堤發(fā)生失穩(wěn)。

3.2 軟土對(duì)房屋損壞

軟土地基上房屋開裂現(xiàn)象安徽省也出現(xiàn)過多次，如蕪湖市少年宮（圖3），荊山河?xùn)|岸、方村鎮(zhèn)以西一帶，房屋開裂現(xiàn)象較多，房屋裂縫一般寬0.5～3 cm，這是由于軟土地基的不均勻沉降而導(dǎo)致的。一般構(gòu)筑物竣工后頭幾年沉降幅度大。以后沉降速度下降，趨于緩和，沉降變形持續(xù)時(shí)間多在三四年或更長時(shí)間才趨于穩(wěn)定。

3.3 軟土地區(qū)基坑的危害

軟土地區(qū)的基坑易出現(xiàn)側(cè)向滑動(dòng)或塑性擠出，如蕪宣高速公路清水橋基礎(chǔ)基坑開挖至4.4～4.9 m時(shí)，遇到灰黑色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土向坑內(nèi)流動(dòng)，使工程無法繼續(xù)進(jìn)行而被迫停止；又如蕪湖航運(yùn)管理局的大樓基坑深6 m，底部有厚1～2 m的飽水淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土軟土層，采用了排樁支護(hù)，由于樁的嵌入深度不夠，基坑邊坡發(fā)生側(cè)向移動(dòng)，致使基坑附近的三層樓房開裂。

3.4 軟土對(duì)防洪堤的危害

軟土地基上的防洪堤也有發(fā)生，特別是初期修筑的防洪堤更容易產(chǎn)生。

如同馬大堤K137+500～K143+500 段，大堤經(jīng)過的是皖河入江處地形低洼地帶，地面標(biāo)高10～11 m，堤基土為流塑至軟塑狀的深灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾淤泥質(zhì)粉土，軟土層厚3～5 m。該段防洪堤1957年春興建，當(dāng)?shù)躺硖钪?7～18 m高時(shí)，堤身下沉，發(fā)生縱向開裂，裂口1～5 cm，并向兩側(cè)發(fā)生滑動(dòng)，堤腳外地面出現(xiàn)隆起凸出。引起堤身下沉、滑動(dòng)的原因，主要是堤基土質(zhì)為灰黑色的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，流塑至軟塑狀，強(qiáng)度很低，粘聚力8～10 kPa，內(nèi)摩擦角0～2°，壓縮性大。當(dāng)在其填筑堤身時(shí)，就產(chǎn)生擠出滑動(dòng)，而使堤身下沉、開裂，堤腳外地面發(fā)生地面隆起。

又如1986年1月16日，蕪湖市花津路與沿河路交叉處青弋江防洪堤，發(fā)生較大規(guī)模的滑坡（圖4），約200 m長河岸，2×104 m3的土體滑入青弋江中，滑坡體堵塞青弋江河道近五分之四，使航道中斷數(shù)天。此滑坡原因是：堤基表層為雜填土，雜填土之下為厚度較大的淤泥質(zhì)粉土。滑坡的當(dāng)時(shí)，青弋江水位（歷史低點(diǎn)）下降到淤泥質(zhì)粉土之下，河岸暴露出較大的臨空面，此時(shí)沿河路挖溝改換自來水管，使地面大量的積水，地面積水沿地表的填土向下滲流，地表水滲流到淤泥質(zhì)粉土層時(shí)，致使淤泥質(zhì)粉土的強(qiáng)度進(jìn)一步降低，而使沿岸土體沿淤泥質(zhì)軟土發(fā)生滑動(dòng)。

4 安徽省軟土危害程度分區(qū)

根據(jù)安徽省軟土類型、分級(jí)、組合，并結(jié)合地區(qū)的人類工程活動(dòng)性質(zhì)、強(qiáng)度及特殊土危害性。安徽省共劃分出軟土危害大區(qū)1個(gè)、危害中等區(qū)2個(gè)、危害小區(qū)1個(gè)（圖5）。

4.1 軟土危害大區(qū)

運(yùn)漕（含山）—烏溪（宣州）軟土危害大區(qū)（Ⅰ1）

分布于無為、和縣以南，順安（銅陵）、新港（繁昌）、青草湖（宣州）、東夏（郎溪）以北，面積4693.89 km2。

本區(qū)分布于沿江平原的長江及支流―青弋江、水陽江河漫灘，海拔在6～10 m，地勢低洼，平坦開闊，水網(wǎng)密布，其上廢棄河道、濕地發(fā)育。除江邊一些磯頭、殘丘海拔相對(duì)較高分布第四系更新統(tǒng)土體及前第四系基巖外，其余絕大部分布第四系全新統(tǒng)蕪湖組，區(qū)內(nèi)蕪湖組軟土發(fā)育。軟土的類型主要為淤泥質(zhì)土，巖性為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粉土，淤泥的巖性為淤泥質(zhì)粘土。軟土的頂板埋深一般為0.5～2 m，厚度一般大于10 m，最厚達(dá)31.8 m。該區(qū)地處安徽省長江沿岸經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)，城鎮(zhèn)建設(shè)、道路及水利工程密集。區(qū)內(nèi)分布的軟土對(duì)工程建設(shè)危害大，為軟土危害大區(qū)。

4.2 軟土危害中等區(qū)

4.2.1 鳳臺(tái)—五河軟土危害中等區(qū)（Ⅱ1）

分布于鳳臺(tái)、懷遠(yuǎn)、蚌埠、五河等沿淮地區(qū)，面積2292.44 km2。

本區(qū)分布于沿淮河漫灘，海拔在16～13 m，地勢低洼，平坦開闊，水網(wǎng)密布，其上沼澤、濕地較發(fā)育。區(qū)內(nèi)河漫灘第四系全新統(tǒng)大墩組、懷遠(yuǎn)組發(fā)育軟土。區(qū)內(nèi)軟土大多覆于粉土之下，埋深0.6～7.5 m，厚度1.9～6.8 m，軟土巖性為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉土，局部夾淤泥透鏡體。該區(qū)分布軟土厚度較大，地處安徽省淮河沿岸經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)，城鎮(zhèn)建設(shè)、道路及水利工程密集，液化土、軟土對(duì)工程建設(shè)的危害較大，為軟土危害中等區(qū)。

4.2.2 華陽（望江）—?jiǎng)⒍桑o為）軟土危害中等區(qū)（Ⅱ2）

分布于華陽（望江）、梅龍（貴池）、老洲（樅陽）、劉渡（無為）一線的沿江地區(qū)，面積2767.38 km2。

本區(qū)分布于長江河漫灘，海拔在8～12 m，地勢低洼，平坦開闊，水網(wǎng)密布，其上廢棄河道、濕地發(fā)育。該區(qū)河漫灘中分布的第四系全新統(tǒng)蕪湖組中軟土發(fā)育，軟土的巖性為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和淤泥粉土，軟土厚度一般在5.6～8.5 m，在銅陵市對(duì)岸的普濟(jì)圩局部軟土厚度大于10，最厚達(dá)26.4 m。該區(qū)地處安徽省沿江經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)，城鎮(zhèn)、道路及水利工程密集，人類工程活動(dòng)較強(qiáng)烈。軟土和液化土對(duì)工程建設(shè)危害較大，為軟土、液化土危害中等區(qū)。

4.3 軟土危害小區(qū)

廬江—全椒軟土危害小區(qū)（Ⅲ1）

分布于張母橋（舒城）、柯田（桐城）、金拱（懷寧）以西，浮山（樅陽）、土橋（無為）、西梁山（和縣）、和縣以北，雙河（舒城）、豐樂（肥西）、橋頭集（肥東）、大墅（全椒）、半塔（來安）、安樂（天長）以南面積14057.86 km2。

本區(qū)分布于長江以北沿江丘陵平原的河湖漫灘，海拔在9～15 m。河湖漫灘地勢平坦，沿湖、沿河地段分布淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉土，軟土厚度大多＜5 m，在巢湖沿岸局部達(dá)5～10 m。該區(qū)地處沿江丘陵的山前波狀平原，道路、村鎮(zhèn)較密集，軟土對(duì)工程建設(shè)產(chǎn)生一定的危害，為軟土危害小區(qū)。

5 軟土地基處理措施

樁基礎(chǔ)是最常用的軟土地基的處理方法，除樁基礎(chǔ)之外，軟土地基的處理方法還有很多。下面介紹除樁基礎(chǔ)之外的常見軟土地基的處理方法。按照軟土地基處理方法加固原理進(jìn)行分類，軟土地基的處理方法有置換法，排水固結(jié)法，灌入固化法，加筋法等。

5.1 置換法

5.1.1換土墊層法

將軟土開挖至一定深度，回填抗剪強(qiáng)度較大、壓縮性小的土，如砂、礫、石渣等，并分層壓實(shí)，形成雙層地基。墊層能有效擴(kuò)散基底壓力，提高地基承載力、減少沉降。

換土墊層法的處理軟土的深度通常控制在3 m以內(nèi)，也不宜小于0.5 m，因?yàn)閴|層太薄，則換土墊層的作用也不顯著。

5.1.2拋石擠淤法

拋石擠淤法是借助換填材料的自重或利用其他外力，如壓載、振動(dòng)、爆炸、強(qiáng)夯等，使軟弱層遭受破壞后被強(qiáng)制擠出而進(jìn)行的換填處理。

這種方法施工簡單，一般用于厚度小于3 m的軟土，且軟土層位于水下，表層無硬殼層，軟土呈流動(dòng)狀態(tài)。

5.1.3砂石樁法

砂石樁是指采用振動(dòng)、沖擊或水沖等方法在軟土地基成孔后，再將砂或碎石擠壓入已成孔中，形成大直徑的砂石所構(gòu)成的密實(shí)樁體。

砂石樁處理軟土地基時(shí)，對(duì)變形要求嚴(yán)格的建筑物應(yīng)慎重應(yīng)用。

5.1.4石灰樁法

石灰樁是以生石灰為主要固化劑與粉煤灰、爐渣、礦渣、粘性土等摻合料按一定比例均勻混合后，在樁孔中經(jīng)機(jī)械或人工分層振壓或夯實(shí)所形成的密實(shí)樁體。

由于生石灰的吸水膨脹作用，吸水后還可使淤泥產(chǎn)生自重固結(jié)，特別適用于淤泥的加固。

5.1.5強(qiáng)夯置換法

強(qiáng)夯置換法是采用在夯坑內(nèi)回填塊石、碎石等粗顆粒材料，用夯錘夯擊形成連續(xù)的強(qiáng)夯置換墩。

強(qiáng)夯置換法處理軟土地基的深度不大于7 m，并且對(duì)地基變形要求不高的工程。

5.2 排水固結(jié)法

5.2.1堆載預(yù)壓法

在建造建筑物以前，軟土地基在預(yù)壓荷載作用下排水固結(jié)、壓密，軟土地基強(qiáng)度提高，卸去預(yù)壓荷載后再建造建筑物。當(dāng)軟土滲透性較小時(shí)，厚度較大，為縮短土體排水距離，加速軟土固結(jié)，在軟土中設(shè)置豎向的砂井、袋裝砂井、塑料排水帶等。

5.2.2真空預(yù)壓法

在飽和軟土地基中設(shè)置豎向排水通道和砂墊層，在其上覆蓋不透氣密封膜。通過埋設(shè)于砂墊層的抽水管進(jìn)行長時(shí)間不斷抽氣和水，而使軟土排水固結(jié)。

堆載預(yù)壓法和真空預(yù)壓法是較常見的軟土地基的處理方法，特別適合于層理發(fā)育夾粉砂薄層的軟土地基。

5.3 灌入固化法

5.3.1水泥土攪拌法

以水泥作為固化劑，通過特制的深層攪拌機(jī)械，將固化劑與軟土強(qiáng)制攪拌，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的樁體的地基處理方法。水泥土攪拌法分噴漿攪拌法和噴粉攪拌法兩種。

水泥土攪拌法處理天然含水率不大于70%的軟土。

5.3.2高壓噴射注漿法

用高壓水泥漿通過鉆桿由水平方向的噴嘴噴出，形成噴射流，以此切割土體并與軟土拌和形成水泥土加固體。高壓噴射注漿法有單管法、二重管法、三重管法。高壓噴射注漿法近年來在公路軟土地基工程中運(yùn)用較多。

5.4 加筋法

在土體中埋置土工合成材料（土工織物、土工格柵等）、金屬板條等形成加筋土墊層，增大壓力擴(kuò)散角，提高軟土地基承載力。加筋法特別適合于堤壩的軟土地基處理。

6 結(jié)語

安徽省軟土廣泛地分布于長江平原的河湖漫灘，淮河漫灘及巢湖沿岸等地。軟土分布的地層為全新統(tǒng)蕪湖組、大墩組、懷遠(yuǎn)組。軟土的類型主要為淤泥質(zhì)土、淤泥，長江的河湖漫灘零星地分布泥炭質(zhì)土和泥炭。安徽省淤泥質(zhì)軟土分布面積6436.08 km2（淤泥質(zhì)土），淤泥分布于淤泥質(zhì)土之中，分布面積238.280 km2。對(duì)各類工程建設(shè)的危害，主要表現(xiàn)在房屋開裂、道路路面開裂及邊坡滑塌、渠道邊坡滑塌及防洪堤堤基失穩(wěn)及其他工程建設(shè)基礎(chǔ)的不均勻沉降和邊坡失穩(wěn)。

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