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文檔簡介

1、CFG樁加固軟土地基處理方案CFG(C-Cement,F(xiàn)-Flyash,G-Gravel)樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱,是一種新型樁體(樁徑為350600 mm),樁身的材料是在素混凝土樁的基礎(chǔ)上發(fā)展而來,主要是碎石、石屑(砂)、粉煤灰、摻適量水泥和水,樁體強(qiáng)度等級(jí)為C15C20。與樁基相比,由于CFG樁體材料可以摻入工業(yè)廢料粉煤灰、不配筋以及充分發(fā)揮樁間土的承載能力,工程造價(jià)一般為樁基的1/31/2,具有施工速度快、工期短、質(zhì)量容易控制等特點(diǎn)。1. 設(shè)備選型CFG樁施工工藝歸納起來主要有以下兩種方法,即振動(dòng)沉管打樁機(jī)施工和長螺旋鉆管內(nèi)泵壓施工。振動(dòng)沉管打樁機(jī)施工主要機(jī)具為振動(dòng)沉管機(jī)、攪拌機(jī),具

2、有施工操作簡便、施工費(fèi)用較低及對樁間土的擠密效應(yīng)顯著等優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)為振動(dòng)及噪音污染嚴(yán)重,難以穿透硬土層,施工時(shí)混合料的運(yùn)輸一般為翻斗車或人工運(yùn)輸,效率相對較低,新打樁對已打樁產(chǎn)生不良影響(如擠斷已打樁)。長螺旋鉆管內(nèi)泵壓施工機(jī)械是由長螺旋鉆機(jī)、混凝土泵和強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)組成,具有低噪音、無泥漿污染、是城區(qū)和居民區(qū)的首選工藝,穿透能力強(qiáng)、施工效率高等優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)為施工費(fèi)用較高,施工操作復(fù)雜??紤]客運(yùn)專線施工基本不受噪音、排泥漿限制和采用泵送混凝土施工條件難以具備等因素,在非塑性指數(shù)較高的飽和軟粘土和淤泥質(zhì)土地段可選振動(dòng)沉管打樁機(jī)施工。國產(chǎn)振動(dòng)沉管機(jī)多采用浙江瑞安建筑機(jī)械廠和蘭州建筑通用機(jī)械總廠生產(chǎn)

3、的設(shè)備,其產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)如表1所示。長螺旋鉆孔鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)形式與工作原理如圖1所示。表1 浙江瑞安建筑機(jī)械廠DZKS、DZL系列振動(dòng)錘主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng) 目DZ45KSDZ60KSDZJ37DZJ60電動(dòng)機(jī)功率/KW20027002780500偏心軸轉(zhuǎn)速/(r/min)11001100920900激振力/KN27136002520453允許拔樁力/KN130200120200允許加壓力/KN10012090100重量/kg3684451236605100外形尺寸/mm1900×1240×17452054×1250×18501466×1149

4、5;19361500×1250×2100圖1長螺旋鉆孔鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)形式與工作原理圖單機(jī)作業(yè)單元機(jī)具配備如表2所示。表2 單機(jī)作業(yè)單元機(jī)具設(shè)備配備表序號(hào)機(jī)具設(shè)備名稱單位數(shù)量備注1振動(dòng)沉管(或長螺旋鉆孔)樁機(jī)臺(tái)12滾筒式混凝土攪拌機(jī)臺(tái)13機(jī)動(dòng)翻斗車輛24鏟車輛15電焊機(jī)臺(tái)12. 適用范圍及條件振動(dòng)沉管水泥粉煤灰碎石樁施工工藝屬于非排水成樁工藝,主要適用于松散的砂土、粉土、素填土和雜填土等多種軟土地基提高承載力加固處理,尤其適用于松散的粉土、粉細(xì)砂的加固。它具有施工操作簡便、施工費(fèi)用較低、對樁間土的擠密效應(yīng)顯著等優(yōu)點(diǎn)。目前主要應(yīng)用于擠密效果好的土和可液化土的地基加固工程,空曠地區(qū)或

5、施工場地周圍沒有管線以及不存在擾民的地基處理工程。長螺旋鉆孔灌注成樁適用于地下水位上的黏性土、粉土、素填土、中等密實(shí)以上砂土,屬非擠土成樁工藝,該工藝具有穿透能力強(qiáng)、無振動(dòng)、低噪音、無泥漿污染等特點(diǎn),但要求樁長范圍內(nèi)無地下水,以保證成孔時(shí)不塌孔。3. 工藝原理圖2 CFG樁加固軟土路基結(jié)構(gòu)示意圖CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱,其結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁,樁身強(qiáng)度等級(jí)多在C15C20之間,可全樁長發(fā)揮側(cè)向摩阻力,樁端落在好的土層時(shí)可很好地發(fā)揮端部阻力,與樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基。在復(fù)合地基增強(qiáng)體(樁體)系列中,它的置換作用最強(qiáng)。 C

6、FG樁、樁間土、褥墊層。三者一起形成復(fù)合地基。當(dāng)基礎(chǔ)承受垂直荷載時(shí),樁和樁間土都要發(fā)生變形。樁的模量遠(yuǎn)比土的模量大,樁比土的變形小,由于基礎(chǔ)下面設(shè)置了一定厚度的褥墊層,樁可以向上刺入,伴隨這一過程墊層材料不斷補(bǔ)充到樁間土上。以保證在任意荷載作用下樁和樁間土始終共同參與受力,減小基礎(chǔ)底面積的應(yīng)力集中,調(diào)整樁、土的應(yīng)力比,隨著褥墊層厚度的增大,復(fù)合地基樁、土應(yīng)力比變小,直至接近于1。當(dāng)褥墊層厚度達(dá)到一定程圖3 CFG樁復(fù)合地基與普通樁基對照圖度時(shí),地基反力即為天然良好地基反力。CFG樁復(fù)合地基于普通樁基的比較如圖3所示。4. 施工方法4.1 施工準(zhǔn)備1. 核查地質(zhì)資料,結(jié)合設(shè)計(jì)參數(shù),選擇合適的施工

7、機(jī)械和施工方法。2. 施工場地準(zhǔn)備。要求三通一平,即施工便道通、水通、電通及施工場地平整;挖掘機(jī)、推土機(jī)和自卸汽車配合挖除地表0.3m厚的種植土,清除樹根、草根及蘆葦根,如果挖除0.3m后仍不能完全清除雜物,則應(yīng)繼續(xù)挖除,直至清除干凈為止;在路堤兩側(cè)坡腳1m以外挖兩條縱向排水溝降低地表水。3. 按路基中線控制,進(jìn)行樁孔施工放樣測量?,F(xiàn)場測量復(fù)核施工加固范圍,對設(shè)計(jì)與現(xiàn)場實(shí)際情況不符的(所加固范圍地質(zhì)及地基基本承載力、設(shè)計(jì)施工數(shù)量等),應(yīng)提出修正意見,并報(bào)監(jiān)理及設(shè)計(jì)部門。4. 振動(dòng)沉管打樁機(jī)施工CFG樁盡可能利用工業(yè)廢料作為摻和料。其骨干材料為碎石即粗骨料;石屑為中等粒徑骨料,當(dāng)樁體強(qiáng)度小于5M

8、Pa時(shí),摻入石屑可使樁體級(jí)配良好;粉煤灰既是細(xì)骨料又是低標(biāo)號(hào)水泥,可使樁具有明顯的后期強(qiáng)度。5. CFG樁原材料包括砂、碎石、水泥、粉煤灰和外加劑,在進(jìn)場前需確定原材料的種類、品質(zhì),并將原材料送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢驗(yàn),并根據(jù)設(shè)計(jì)對混合料強(qiáng)度C20的要求設(shè)計(jì)幾個(gè)配合比,從中選擇一個(gè)最佳的配合比,選料時(shí)多用袋裝P32.5普通硅酸鹽水泥;碎石或卵石粒徑采用825mm;砂的含泥量小于5;粉煤灰采用袋裝I級(jí)或級(jí)。6. 施工技術(shù)交底,包括設(shè)計(jì)樁長、樁位布置、施工配合比、樁位高程等。對施工場地進(jìn)行規(guī)劃,合理布置機(jī)具、材料擺放位置,盡量減少不必要的工序。7. 按設(shè)計(jì)圖進(jìn)行施工放樣,并用竹、木樁或石灰做出明顯的標(biāo)記。

9、施工順序應(yīng)由外圍或兩側(cè)向中間進(jìn)行。4.2 振動(dòng)沉管灌注法施工1. 機(jī)械按設(shè)計(jì)樁位就位,安裝樁機(jī)時(shí)需保證其垂直度偏差不大于1,并準(zhǔn)確對位。根據(jù)設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高與地面高程的關(guān)系,在套管上畫線標(biāo)明樁頂和樁底的位置,以保證其深度。2. 根據(jù)設(shè)計(jì)配合比用滾筒式攪拌機(jī)拌合CFG樁混合料,計(jì)量必須準(zhǔn)確,上料順序?yàn)椋合妊b碎石或卵石,再加水泥、粉煤灰和外加劑,最后加砂和水,使粉煤灰和外加劑夾在砂、碎石之間,不易飛揚(yáng)粘附在筒壁上,也易于攬拌均勻。拌合完畢后采用翻斗車運(yùn)送。3. 振動(dòng)沉管至設(shè)計(jì)深度。開動(dòng)樁機(jī),沉管過程中做好記錄。每沉1m應(yīng)記錄電流表上的電流一次,并對土層變化處予以說明;套管下沉到設(shè)計(jì)高程后,通過套管上的

10、加料孔,用料斗向樁管內(nèi)投入拌合料。圖 3 振動(dòng)沉管打樁機(jī)施工工藝流程圖4. 用攪拌機(jī)拌合水泥、粉煤灰、碎石混合料,應(yīng)檢查其坍落度。坍落度、拌合時(shí)間應(yīng)按工藝性試驗(yàn)確定的參數(shù)進(jìn)行控制,且每盤料攪拌時(shí)間不應(yīng)小于60s,坍落度控制在1620 cm。向管內(nèi)一次投放混合料,投放數(shù)量按試樁時(shí)確定的數(shù)量進(jìn)行,投料后留振510s。5. 拔管時(shí)應(yīng)先啟動(dòng)電動(dòng)機(jī),進(jìn)行留振,然后拔管。拔管速率宜按試樁確定的參數(shù)進(jìn)行控制,一般控制在1.21.5m/min較合適。拔管過快易造成局部縮頸或斷樁;拔管太慢,振動(dòng)時(shí)間過長,會(huì)使樁頂浮漿增厚,易使混合料離析。如遇到淤泥或淤泥質(zhì)土,把管速率應(yīng)放慢;拔管過程中不允許反插,如上料不足,須

11、在拔管過程中空中投料,不允許停拔后投料,拔管至樁頂,以保證成樁后樁頂標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)高程??紤]保護(hù)樁長,施工樁頂標(biāo)高宜高于設(shè)計(jì)標(biāo)高50cm,浮漿厚度不超過20cm。6. 對已經(jīng)完成的樁體,樁頂采用濕黏土封頂保護(hù);成樁區(qū)保護(hù),應(yīng)禁止一切機(jī)械在成樁區(qū)或附近行走,擾動(dòng)樁體,以防止損壞樁頭。7. 當(dāng)CFG樁混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí),可將樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上樁頭截?cái)唷L蕹龢额^采用人工施工,測出樁頭頂面設(shè)計(jì)標(biāo)高,在同一水平面上采用三根鋼釬呈120度角同時(shí)水平鑿進(jìn),樁頂用小鋼釬修平。嚴(yán)禁出現(xiàn)斜面、裂紋。8. CFG樁復(fù)合地基經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行褥墊層的施工。褥墊層宜采用靜壓法施工,即根據(jù)設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)墊層厚度并

12、分層壓實(shí)。為確保工程質(zhì)量采用集中拌和,使用的混合料的材質(zhì)、規(guī)格必須有出廠合格證,材質(zhì)檢驗(yàn)和混合料施工配合比應(yīng)報(bào)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后方能使用。4.3 長螺旋管內(nèi)泵壓混合料灌注法施工1. 鉆孔開始時(shí),關(guān)閉鉆頭閥門,向下移動(dòng)鉆桿至鉆頭觸及地面時(shí),起動(dòng)電動(dòng)機(jī)鉆進(jìn),一般應(yīng)先慢后快,這樣既能減少鉆桿搖晃,又容易檢查鉆孔的偏差,以便及時(shí)糾正。在成孔過程中,如發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或難鉆時(shí),應(yīng)放慢進(jìn)尺,否則較易導(dǎo)致樁孔偏斜、位移,甚至使鉆桿、鉆具損壞。鉆進(jìn)的深度取決于設(shè)計(jì)樁長,當(dāng)鉆頭到達(dá)設(shè)計(jì)樁長預(yù)定標(biāo)高時(shí),于動(dòng)力頭底面停留位置相應(yīng)的鉆機(jī)塔身處作醒目標(biāo)記,作為施工時(shí)控制樁長的依據(jù)。正式施工時(shí),當(dāng)動(dòng)力頭底面到達(dá)標(biāo)記處樁長既滿足

13、設(shè)計(jì)要求。施工時(shí)還須考慮施工工作面的標(biāo)高差異,作相應(yīng)增減。2. 在鉆進(jìn)過程中,當(dāng)遇到圓礫層或卵石層時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)進(jìn)尺明顯變慢、機(jī)架出現(xiàn)輕微晃動(dòng)。可根據(jù)這些特征來判斷鉆桿進(jìn)入圓礫層或卵石層的深度。3. 水泥粉煤灰碎石樁成孔到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,停止鉆進(jìn),開始泵送混和料,當(dāng)鉆桿芯桿充滿混合料后開始拔管,嚴(yán)禁先提管后泵料。成樁的提拔速度以控制在23m/min,成樁過程宜連續(xù)進(jìn)行,應(yīng)避免因后臺(tái)供料慢而導(dǎo)致停機(jī)待料。若施工中因其他原因不能連續(xù)灌注,須根據(jù)勘察報(bào)告和已掌握的施工場地的土質(zhì)情況,避開飽和砂土、粉土層,不得在這些土層內(nèi)停機(jī)。灌注成樁完成后,用水泥袋蓋好樁頭,進(jìn)行保護(hù)。施工中每根樁的投料量不得少于設(shè)計(jì)灌注量

14、。4. 當(dāng)一根樁施工完畢后,鉆機(jī)移位,進(jìn)行下一根樁的施工。施工時(shí)由于水泥粉煤灰碎石樁排出的土較多,經(jīng)常將臨近的樁位覆蓋,有時(shí)還會(huì)因鉆機(jī)支撐時(shí)支撐腳壓在樁位旁,使原標(biāo)定的樁位發(fā)生移動(dòng),因此,下一根樁施工時(shí),還應(yīng)根據(jù)軸線或周圍的位置對施工的樁位進(jìn)行復(fù)核,保證樁位準(zhǔn)確。4.3 常見問題及解決方法1. 施工擾動(dòng)土的強(qiáng)度降低,振動(dòng)沉管成樁工藝與土的性質(zhì)具有密切關(guān)系。就擠密性而言,可將地基土分為三大類:其一為擠密性好的土,土松散的填土、粉土、砂土等;其二為可擠密性土,如塑性指數(shù)不大的松散的粉質(zhì)粘土和非飽和黏性土;其三為不可擠密土,如塑性指數(shù)高的飽和軟粘土和淤泥質(zhì)土。針對飽和軟土,特別是塑性指數(shù)高的淤泥質(zhì)土

15、,振動(dòng)將引起土體孔隙水壓力的上升,土的強(qiáng)度降低。振動(dòng)的時(shí)間越長,對土和已打樁的不利影響越嚴(yán)重。對此種情況可采用靜壓振拔方法,就是沉管時(shí)不起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),借助樁機(jī)自身的重量,將沉管沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。填滿料后再啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)振動(dòng)拔管。2. 在飽和軟土中成樁,樁機(jī)的振動(dòng)力較小,當(dāng)采用連打作業(yè)時(shí),新打樁對已打樁的作用主要表現(xiàn)為擠壓,即使得已打樁被擠成橢圓形或不規(guī)則形狀,嚴(yán)重的產(chǎn)生縮徑和斷樁。在上部有較硬的土層或中間夾有硬土層的土中成樁,樁機(jī)的振動(dòng)力較大,對已打樁的影響主要為振動(dòng)破壞。針對打樁施工對相鄰樁的影響,可選擇合理的樁間距和鉆孔順序減輕影響。樁間距較大時(shí),采用隔樁跳打法;在飽和的松散粉土中施工,如果樁間距較

16、小,不宜采用隔樁跳打法。因?yàn)樗缮⒎弁琳衩苄Ч?,先打樁施工完后,土體密度會(huì)有明顯整加。而且打得樁越多,土的密度越大,樁越難打。 對于樁頂上升量較大的樁可采用逐樁快速靜壓,以消除可能出現(xiàn)的斷樁多復(fù)合地基承載力造成的不良影響。靜壓樁基就是用打樁的沉管機(jī),在沉管機(jī)樁架上配適量壓重,配重的大小按照施加于樁的壓力不小于1.2倍樁的設(shè)計(jì)荷載為準(zhǔn),一般時(shí)間為3min。3、樁機(jī)卷揚(yáng)系統(tǒng)提升沉管線速度太快時(shí),為控制平均速度,一般采用提升一段距離,停下來留振一段時(shí)間,否則,速度太快可能導(dǎo)致縮徑斷樁。拔管太慢或留振時(shí)間過長,都會(huì)使得樁的端部樁體水泥含量較少,樁頂浮漿過多,而且混合料也容易產(chǎn)生離析,造成樁身強(qiáng)度不均勻

17、。針對拔管速度控制,可先通過試驗(yàn),檢驗(yàn)拔管速度在1.21.5m/min范圍內(nèi)是否合適,再通過沉管變數(shù)器系統(tǒng)控制拔管速度。5. 勞力組織CFG單樁作業(yè)單元應(yīng)配備施工人員如下: 1. 現(xiàn)場指揮1人,負(fù)責(zé)樁機(jī)就位、開機(jī)、填料、拔管、混凝土攪拌、運(yùn)送等工序的施工安排及安全、質(zhì)量管理。2. 振動(dòng)沉管打樁機(jī)操作班4人,司機(jī)1人。3. 混凝土攪拌班司機(jī)1人,裝卸工6人負(fù)責(zé)骨料裝、運(yùn)、卸及上料。混凝土灌注班4人。4. 鏟車司機(jī)1人,翻斗車司機(jī)2人。5. 現(xiàn)場記錄1人,負(fù)責(zé)記錄施工過程中各工序的起、止時(shí)間、拌合料填入數(shù)量與鉆孔、拔管高度、振動(dòng)時(shí)間等數(shù)據(jù)。6. 機(jī)械維修工2人,負(fù)責(zé)機(jī)械修理,保證機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 6

18、. 質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 1. CFG樁數(shù)量、布置形式及間距符合設(shè)計(jì)要求。2. 樁長、樁頂標(biāo)高及直徑符合設(shè)計(jì)要求。3. 褥墊層厚度和密實(shí)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。4. CFG樁施工中,每臺(tái)班均需制作檢查試件,進(jìn)行28d強(qiáng)度檢驗(yàn)。成樁28d后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行單樁承載力或復(fù)合地基承載力試驗(yàn),其承載力、變形模量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。5. CFG樁施工允許偏差表3所示。表3 CFG樁施工允許偏差序號(hào)檢查項(xiàng)目允許偏差檢查方法和頻率1樁位(縱橫向)50mm尺量,抽查102樁徑(mm)不小于設(shè)計(jì)抽查103樁長(m)不小于設(shè)計(jì)查施工記錄,實(shí)測4豎直度1%查施工記錄,實(shí)測7. 檢驗(yàn)及試驗(yàn)方法1. 樁的強(qiáng)度檢驗(yàn):CFG樁灌注期間,施工單位每

19、臺(tái)班做一組(3塊)試塊,作好養(yǎng)護(hù),試件標(biāo)養(yǎng)28d送試驗(yàn)室作抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)。2. 成樁15d后作豎向靜載試驗(yàn)。3. 樁長、樁的均勻性、完整性的定性檢查,樁總根數(shù)的5采用低應(yīng)變進(jìn)行動(dòng)測試驗(yàn)。小應(yīng)變檢測采用中國成都生產(chǎn)的ZK-5機(jī)械阻抗法檢測儀進(jìn)行單樁機(jī)械阻抗法低應(yīng)變檢測。該方法適用于樁身的完整性檢測,推定缺陷類型及其在樁身中的位置。本方法的有效測試范圍為樁長與樁徑之比值小于30;對于摩擦端承樁或端承樁其比值可以小于50?,F(xiàn)場檢測:(1)樁的振動(dòng)響應(yīng)測試點(diǎn)應(yīng)按照下列原則布置;樁徑小于60cm時(shí),可布置一個(gè)測點(diǎn);樁徑為0.6-1.5m時(shí),應(yīng)布置2-3個(gè)測點(diǎn);樁徑大于1.5m時(shí),應(yīng)在互相垂直的兩個(gè)徑向布置

20、4個(gè)測點(diǎn)。(2)現(xiàn)場測試應(yīng)按照下列步驟進(jìn)行:安裝全部測試設(shè)備,并應(yīng)確認(rèn)各項(xiàng)儀器裝置處于正常工作狀態(tài)。在測試前應(yīng)正確選擇儀器系統(tǒng)的各項(xiàng)工作參數(shù),使儀器在設(shè)定的狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)。在瞬時(shí)激振試驗(yàn)中,重復(fù)測試的次數(shù)應(yīng)大于4次。在測試過程中應(yīng)觀察各設(shè)備的工作狀態(tài),當(dāng)全部設(shè)備均處于正常狀態(tài),則該次測試為有效。在同一工地如當(dāng)某樁實(shí)測的機(jī)械導(dǎo)納曲線幅度明顯過大時(shí),應(yīng)增大掃頻上限,并判斷樁的缺陷位置。(3)檢測數(shù)據(jù)的處理與推定:樁身的完整性應(yīng)按照下列步驟綜合判定:根據(jù)測試的導(dǎo)納曲線,初步確定各單樁中的完整樁,并計(jì)算波速和各完整樁的波速平均值;計(jì)算各單樁的測量樁長、導(dǎo)納幾何平均值、導(dǎo)納理論值、導(dǎo)納最大峰幅值、動(dòng)剛度、嵌固系數(shù)、土的阻尼系數(shù)以及同一工地所測個(gè)樁的動(dòng)剛度平均值和導(dǎo)納幾何實(shí)測平均值的平均值;根據(jù)所計(jì)算的參數(shù)及導(dǎo)納曲線形狀,按照規(guī)定推定樁身的完整性、確定缺陷類型,計(jì)算缺陷在樁身中出現(xiàn)的位置。在收集本地區(qū)同類地質(zhì)條件下樁的靜載試驗(yàn)資料,并應(yīng)確定載單樁外部尺寸相似情況下的容許沉降值,采用在容許荷載作用下的容許沉降值計(jì)算單樁豎向承載力的推算值。4. 復(fù)合地基承載力試驗(yàn)方法

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