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貴州邊坡工程邊坡工程安全等級的劃分及應用

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貴州邊坡工程邊坡工程安全等級的劃分及應用

發布日期:2017-12-22 00:00 來源:http://www.dhgdtz.com 點擊:

邊坡工程安全等級的劃分及應用



貴州邊坡工程目前邊坡工程安全等級劃分與應用存在安全等級級數不清、安全等級劃分困難、安全等級變化不連續、同一地段安全等級有兩個、安全等級應用範圍不足、安全等級應用不規範、高於一級的安全等級無法應用等問題。對此進行了分析並建議:①邊坡工程安全等級、破壞後果嚴重性、坡頂建(構)築物重要性劃分原則與不位於坡頂的房屋等其它建設工程一致;②通過穩定性計算確定邊坡抗失穩支護力和放坡所用穩定坡率;③重力式擋牆抗滑移和抗傾覆穩定安全係數與地基承載安全係數對不同安全等級取不同值;錨杆設計計算中各種強度均采用標準值。

0 引言

邊坡工程安全等級事關邊坡工程的安全可靠和經濟合理,其合理劃分和應用有重要意義。目前,邊坡工程安全等級的劃分規則是【1】:(1)一般按表1確定;(2)對由外傾軟弱結構麵控製或處於工程滑坡地段或塌滑區內有重要建(構)築物的邊坡,當破壞後果很嚴重、嚴重時,直接定為一級。

表1 邊坡工程安全等級

 表1          邊坡工程安全等級

注:1.一個邊坡工程的各段,可根據實際情況采用不同的安全等級;

2.對危害性極嚴重、環境和地質條件複雜的特殊邊坡工程,其安全等級應根據工程情況適當提高;

3.破壞後果很嚴重指造成重大人員傷亡;破壞後果嚴重指可能造成人員傷亡或財產損失;破壞後果不嚴重指可能造成財產損失。

本文對邊坡工程安全等級劃分與應用存在的問題進行分析並提出建議。

1 邊坡工程安全等級劃分存在的問題及建議

1.1 邊坡工程安全等級劃分表的形式

就表1而言,從形式上看,邊坡工程安全等級由破壞後果嚴重性、坡高和邊坡類型共同決定,但實際上,邊坡工程安全等級完全由破壞後果嚴重性決定,二者具有一一對應的關係:破壞後果很嚴重時安全等級為一級,破壞後果嚴重時安全等級為二級,破壞後果不嚴重時安全等級為三級。在表1中坡高和邊坡岩體類型隻對確定破壞後果嚴重性有影響:邊坡岩體類別為Ⅲ或Ⅳ類且坡高大於15m和土質邊坡坡高大於10m時不存在破壞後果不嚴重的情況。可見表1的形式與內容是矛盾的。

付文光等人認為【2】:表1有缺項,高度大於15m小於或等於30m、破壞後果不嚴重的岩質邊坡與高度大於10m小於或等於15m、破壞後果不嚴重的土質邊坡,工程安全等級無法確定。根據上述可知,這是對表1的誤解。顯然,這種誤解是由表1的形式不規範造成的。

為此,建議將表1中隻對確定破壞後果嚴重性有影響而不是安全等級判定因素的坡高和邊坡岩體類型刪除,使邊坡工程安全等級與破壞後果嚴重性一一對應。

1.2 邊坡類別在邊坡工程破壞後果嚴重性劃分中的作用

邊坡類別與邊坡工程破壞後果嚴重性無對應關係,同等條件下,類別低的邊坡,破壞後果不一定就嚴重;類別高的邊坡,破壞後果不一定就不嚴重,因為:(1)邊坡受外傾結構麵控製時,破壞範圍與影響範圍和外傾結構麵性狀有關而與邊坡類別無關;(2)邊坡受岩土體強度控製時,雖然破壞範圍與影響範圍和岩土體類別有關(類別越低,破壞範圍與影響範圍越大),但破壞後果嚴重性與破壞範圍及影響範圍無對應關係(無論破壞範圍及影響範圍大小如何,隻影響綠化帶的破壞後果都是不嚴重的)。邊坡工程屬於地質災害防治工程,其破壞後果嚴重性與邊坡類別無關而完全取決於受其影響的保護對象重要性,如同滑坡治理工程破壞後果嚴重性與滑坡是土質滑坡還是岩質滑坡無關而完全取決於受其影響的保護對象重要性一樣。在考慮邊坡類別的情況下,邊坡工程破壞後果嚴重性劃分將出現困難:對邊坡岩體類別為Ⅲ或Ⅳ類且坡高大於15m和土質邊坡坡高大於10m的情形,根據表1,判為破壞後果不嚴重時應改為破壞後果嚴重;判為破壞後果嚴重時是否改為破壞後果很嚴重則不得而知。這將導致邊坡工程安全等級劃分出現困難。因此,將邊坡類別作為邊坡破壞後果嚴重性的判定因素是不合適的,建議不將邊坡類別作為邊坡破壞後果嚴重性的判定因素。

1.3 坡高在邊坡工程破壞後果嚴重性劃分中的作用

坡高與邊坡破壞工程後果嚴重性無對應關係,同等條件下,高度大的邊坡,破壞後果不一定就嚴重;高度小的邊坡,破壞後果不一定就不嚴重。雖然在相同條件下破壞範圍與影響範圍和坡高有關(坡高越大,破壞範圍和影響範圍越大),但破壞後果嚴重性與破壞範圍及影響範圍無對應關係(無論破壞範圍及影響範圍大小如何,隻影響綠化帶的破壞後果都是不嚴重的)。邊坡工程屬於地質災害防治工程,其破壞後果嚴重性與其自身高度無關而完全取決於受其影響的保護對象重要性,如同滑坡治理工程破壞後果嚴重性與滑坡體厚度、前後緣高差無關而完全取決於受其影響的保護對象重要性一樣。在考慮坡高的情況下,邊坡工程破壞後果嚴重性劃分將出現困難:對邊坡岩體類別為Ⅲ或Ⅳ類且坡高大於15m和土質邊坡坡高大於10m的情形,根據表1,判為破壞後果不嚴重時應改為破壞後果嚴重;判為破壞後果嚴重時是否改為破壞後果很嚴重則不得而知。這將導致邊坡工程安全等級劃分出現困難。因此,將坡高作為邊坡破壞後果嚴重性的判定因素是不合適的,建議不將坡高作為邊坡破壞後果嚴重性的判定因素。

高度大於30m的岩質邊坡工程和高度大於15m的土質邊坡工程及與此相當的土岩組合邊坡工程,多年來視為超出相關標準高度限值的邊坡工程,數量相對較少,設計經驗相對不多。為慎重起見,暫時可將其安全等級提高一級。隨著設計經驗的積累,以後可以將這兩個坡高起點值逐漸提高。

1.4 外傾軟弱結構麵在邊坡工程安全等級劃分中的作用

對由外傾軟弱結構麵控製的邊坡,當破壞後果很嚴重、嚴重時,工程安全等級定為一級的規則意味著:對由外傾軟弱結構麵控製的邊坡,當破壞後果嚴重時,工程安全等級提升一級。這是沒有道理的:

1.外傾軟弱結構麵與外傾硬性結構麵相比,隻是強度低一些(就像外傾硬性結構麵這個群體內部強度也有很大差別一樣),邊坡破壞範圍有可能(但不一定)大一些(就像外傾硬性結構麵這個群體內部破壞範圍也可以有很大差別一樣),工程安全等級本來就是由工程破壞後果嚴重性決定的,在破壞後果嚴重性已經明確定為嚴重而未提高到很嚴重時,為何相應邊坡工程安全等級要提升一級呢?

2.根據表1,對由外傾軟弱結構麵控製的邊坡,當破壞後果不嚴重時,工程安全等級仍定為三級而未提高到二級。可見,上述規則還造成由外傾軟弱結構麵控製的邊坡工程,其安全等級不是一級就是三級,缺二級的謬誤。

3.土體中也有抗剪強度指標與外傾軟弱結構麵抗剪強度指標相當的土體。如果對破壞後果嚴重且由外傾軟弱結構麵控製的邊坡,工程安全等級需提升一級,那麽,對破壞後果嚴重且抗剪強度指標與外傾軟弱結構麵抗剪強度指標相當的土質邊坡,工程安全等級也應提升一級,但根據表1,對破壞後果嚴重的土質邊坡,工程安全等級為二級。可見,上述規則與表1是矛盾的。

建議:不將邊坡是否受外傾軟弱結構麵控製作為邊坡工程安全等級的判定因素,明確規定邊坡工程安全等級由邊坡工程破壞後果嚴重性決定,這也是整個土木工程界的常規做法。

1.5 工程滑坡在邊坡工程安全等級劃分中的作用

對處於工程滑坡地段的邊坡,當破壞後果很嚴重、嚴重時,工程安全等級定為一級的規則意味著:對處於工程滑坡地段的邊坡,當破壞後果嚴重時,工程安全等級提升一級。這是沒有道理的:

1.處於工程滑坡地段的邊坡與處於其它地段的邊坡相比,隻是多一個或幾個位置較明確的強度較低的既有滑麵,破壞範圍有可能(但不一定)大一些,工程安全等級本來就是由工程破壞後果嚴重性決定的,在破壞後果嚴重性已明確定為嚴重而未提高到很嚴重時,為何相應邊坡工程安全等級要提升一級呢?

2.根據表1,對處於工程滑坡地段的邊坡,當破壞後果不嚴重時,工程安全等級仍定為三級而未提高到二級。可見,上述規則還造成處於工程滑坡地段的邊坡工程,其安全等級不是一級就是三級,缺二級的謬誤。

存在類似謬誤的還有另一部國標【3】。它根據受滑坡影響的建築物地基基礎設計等級確定滑坡穩定安全係數,對甲級取1.30,對乙級取1.20,對丙級取1.10。但地基基礎設計等級又受場地複雜程度影響,在建築物受滑坡影響的情況下,場地屬於複雜場地。因此,地基基礎設計等級不存在丙級。這樣,對丙級取1.10的規定無執行對象【4】。這就出現兩個問題:既然無執行對象,何必做出此規定;其它工程均有三個安全等級,唯獨滑坡治理工程僅由兩個安全等級,合適嗎?

建議不將邊坡是否處於工程滑坡地段作為邊坡工程安全等級的判定因素,明確規定邊坡工程安全等級由邊坡工程破壞後果嚴重性決定,這也是整個土木工程界的常規做法。

1.6 坡頂建(構)築物重要性分級

塌滑區內有重要建(構)築物時邊坡工程安全等級定為一級的做法本是十分正常的【因為“重要”是建(構)築物重要性分級中的最高級】,問題是:依據相關標準,坡頂破壞後果很嚴重和嚴重的建(構)築物均列為坡頂重要建(構)築物【1】,這意味著坡頂破壞後果嚴重(而非很嚴重)的建(構)築物也是坡頂重要建(構)築物,相應邊坡工程安全等級也是一級。這是沒有道理的:

1.坡頂建(構)築物與其它建(構)築物相比,隻是位置在坡頂而已,工程安全等級本來就是由工程破壞後果嚴重性決定的,在破壞後果嚴重性已明確定為嚴重而未提高到很嚴重時,為何相應邊坡工程安全等級要提升一級呢?

2.坡頂破壞後果不嚴重的建(構)築物,其重要性等級仍定為三級並未提高到二級。這樣,上述規則就造成僅在坡頂有建(構)築物的邊坡工程,其安全等級不是一級就是三級,缺二級的謬誤。

3.對應於坡頂破壞後果嚴重(而非很嚴重)的建(構)築物,邊坡工程安全等級提高一級與該建(構)築物本身上部結構設計時其重要性等級沒有提高到一級是矛盾的。

4.對應於坡頂破壞後果嚴重(而非很嚴重)的建(構)築物,邊坡工程安全等級提高一級與該建(構)築物本身基礎設計時其重要性等級沒有提高到一級是矛盾的。

建議:不將坡頂破壞後果嚴重(而非很嚴重)的建(構)築物列為坡頂重要建(構)築物,坡頂建(構)築物重要性分級同不位於坡頂的建(構)築物重要性分級一樣由破壞後果嚴重性決定,二者一一對應。重要的是,當坡頂有建(構)築物時,應同時按平地地基和邊坡地基進行承載力驗算和變形控製。關於邊坡地基承載力驗算和變形控製方法,筆者已另文【5,6】論述。

1.7 邊坡工程破壞後果嚴重性劃分標準

表1注解3提供了邊坡工程破壞後果嚴重性的劃分標準,它存在下列問題:

1.一種破壞後果同時有兩個嚴重性等級。“可能造成財產損失”這種破壞後果,既是嚴重,又是不嚴重,這就造成同一地段邊坡工程安全等級有兩個的謬誤。因建(構)築物一旦損壞必然造成財產損失,當把破壞後果定為嚴重時,按目前坡頂重要建(構)築物的判別標準【破壞後果嚴重的坡頂建(構)築物是坡頂重要建(構)築物】,所有坡頂建(構)築物都是坡頂重要建(構)築物。這就造成“坡頂建(構)築物”與“坡頂重要建(構)築物”兩個概念的混亂。

2.造成邊坡工程安全等級標準過嚴。當工程重要性分為重要、一般和次要時,在房屋工程中,7層以下一般視為次要工程;但在邊坡工程中,7層以下房屋位於坡底時因其損壞可能造成人員傷亡(對應破壞後果為嚴重)而劃為一般工程,7層以下房屋位於坡頂時因其損壞可能造成人員傷亡(對應破壞後果為嚴重,而坡頂破壞後果嚴重的建築物劃為坡頂重要建築物)而是重要工程。顯然,邊坡工程安全等級與房屋等其它建設工程安全等級劃分標準差別過大,邊坡工程安全等級劃分標準過嚴。這是不必要的,因為房屋工程中上部結構的直接破壞同樣會造成人員傷亡、基礎或平地地基的破壞同樣會導致建(構)築物的直接破壞。

建議邊坡工程破壞後果嚴重性劃分標準與房屋等其它建設工程破壞後果嚴重性劃分標準一致。

1.8 邊坡工程安全等級級數

根據表1注解2,邊坡工程可以有高於一級的安全等級。這一規則導致邊坡工程安全等級級數不清。級數是自然數,其數字不能連續變化,按“適當提高”的說法,邊坡工程安全等級在一級之上可以有特一級、特二級、……,等等,但在一級之上到底有幾級是不清楚的,也就是說,邊坡工程安全等級共有幾級是不清楚的。

房屋等其它建設工程安全等級級數為三級,目前在工程實踐中,房屋最大高度遠大於建築邊坡高度,邊坡工程在一級之上劃分出新的安全等級是不必要的。建議邊坡工程安全等級采用三級製,不設立超出一級的安全等級。

1.9 邊坡工程在一級之上的安全等級劃分標準

在不清楚一級之上有幾級的情況下,相應劃分標準必然無法製定。此時,在某種條件下高於一級的邊坡工程安全等級無法劃分,在一級基礎上提高後的安全等級(如:特一級或特二級)是否“適當”無法判定。建議邊坡工程安全等級采用三級製,不設立超出一級的安全等級,在采用三級製情況下,邊坡工程在一級之上的安全等級劃分標準缺乏的問題便不複存在。

2 邊坡工程安全等級應用存在的問題及建議

邊坡工程安全等級的應用存在下列問題:

1.應用範圍不足。

(1)位於平地上、非軟弱地基、無軟弱結構麵、牆背與牆麵為直線形的重力式擋牆斷麵尺寸滿足抗滑移和抗傾覆穩定性、地基承載和地基抗變形要求即可,而相關標準中的抗滑移和抗傾覆穩定安全係數對不同安全等級是同一值(分別為1.3和1.6)、地基承載安全係數對不同安全等級也是同一值(因采用地基承載力特征值概念),因此,其斷麵設計與邊坡工程安全等級無關。這與錨噴、錨杆擋牆斷麵設計區分安全等級的做法是矛盾的。

(2)為滿足抗滑穩定性要求而按相關標準中坡率允許值表進行放坡的坡率也與安全等級無關,因為坡率允許值表中的穩定坡率未與安全等級聯係起來。這與有外傾軟弱結構麵的岩質邊坡、土質較軟的邊坡、坡頂邊緣附近有較大荷載的邊坡、高度超過坡率允許值表適用範圍的邊坡通過穩定性計算確定放坡坡率的做法是矛盾的,因為在後一做法中,相應坡率的邊坡是否達到穩定的判斷是以穩定係數是否不小於穩定安全係數為標準的,而不同安全等級有不同的邊坡穩定安全係數。

(3)對坡頂無建(構)築物的土質邊坡而言,支護結構岩土荷載計算時,不要求按土體等效內摩擦角計算土壓力,也不要求計算靜止土壓力,隻要求按土體粘聚力和內摩擦角計算主動土壓力。在這種情況下,當主動土壓力小於或等於0時,邊坡無需進行支護。此即這類邊坡無需進行支護的條件,因主動土壓力大小與安全等級無關,故這類邊坡無需進行支護的條件也與安全等級無關。

2.安全等級在錨杆設計計算中的應用不規範。錨杆設計計算采用單一安全係數法,錨杆杆體抗拉安全係數和錨杆錨固體抗拔安全係數對不同安全等級采用不同值,但在錨杆抗拉強度驗算和鋼筋、鋼絞線與砂漿粘結強度驗算中鋼筋、鋼絞線抗拉強度及其與砂漿粘結強度均采用了設計值。眾所周知,采用單一安全係數法進行強度(或承載力)驗算時,荷載和強度(或承載力)均應采用標準值。因此鋼筋、鋼絞線抗拉強度及其與砂漿粘結強度采用設計值是不正確的【7】。

3.高於一級的安全等級除邊坡穩定安全係數外無應用領域。確定邊坡工程支護結構重要性係數、確定錨杆杆體抗拉安全係數和錨固體抗拔安全係數、確定立柱嵌入深度增大係數、劃分邊坡工程勘察等級、劃分進行錨杆基本試驗的邊坡工程範圍、劃分進行動態設計和信息化施工的邊坡工程範圍時均隻針對安全等級為一二三級的邊坡工程提出要求,未對安全等級高於一級的邊坡工程提出要求。

4.邊坡穩定安全係數提高條件與邊坡工程安全等級提高條件不一致。根據表1注解2,邊坡工程安全等級應在一級基礎上適當提高的條件是:危害性極嚴重、環境和地質條件複雜;根據相關標準,邊坡穩定安全係數在對應一級的穩定安全係數基礎上適當提高的條件是:破壞後果極嚴重或地質條件很複雜【1】。顯然二者是不一致的。前者包含“環境條件複雜”但不要求“地質條件很複雜”;後者不包含“環境條件複雜”但要求“地質條件很複雜”。

5.當需要提高穩定安全係數時穩定係數是否滿足要求無法評判。對地質條件很複雜或破壞後果極嚴重的邊坡工程,穩定安全係數提高值是多少無從查取。這導致相應邊坡穩定係數是否滿足要求無法評判。例如:某地質條件很複雜或破壞後果極嚴重的永久邊坡,其一般工況下穩定係數為1.36,因相應穩定安全係數不是(而大於)1.35但具體數據未知,該邊坡穩定係數是否滿足要求無法評判。邊坡穩定安全係數是邊坡穩定係數的閾值,穩定係數達到穩定安全係數時,邊坡不需要進行抗失穩支護,穩定係數未達到穩定安全係數時,邊坡需要進行抗失穩支護。當邊坡穩定係數是否滿足要求無法評判時,是否需要進行抗失穩支護也就無法判斷。

建議:

1.邊坡工程安全等級明確采用三級製,不設立超出一級的安全等級。這樣做既解決了高於一級的安全等級除邊坡穩定安全係數外無應用領域、邊坡穩定安全係數提高條件與邊坡工程安全等級提高條件不一致、當需要提高穩定安全係數時穩定係數是否滿足要求無法評判等問題,也與其它建設工程安全等級采用三級製的做法一致。

2.采用邊坡穩定性計算的反算方法計算邊坡抗失穩支護結構岩土荷載(即抗失穩支護力)【8】。這樣算出的抗失穩支護力是使穩定係數剛好等於穩定安全係數的抗失穩支護力,而不同安全等級有不同穩定安全係數。這樣做解決了坡頂無建(構)築物土質邊坡無需支護的條件與邊坡工程安全等級無關的問題。

3.為滿足穩定性要求而放坡的坡率通過邊坡穩定性計算來確定【9】。因不同安全等級有不同穩定安全係數,這樣做解決了按坡率允許值表放坡的穩定坡率與邊坡工程安全等級無關的問題。

4.重力式擋牆抗滑移和抗傾覆穩定安全係數對不同安全等級取不同值;改地基豎向和水平承載力特征值為地基豎向和水平極限承載力標準值與支護結構地基承載安全係數之商,地基承載安全係數對不同安全等級取不同值。這樣做解決了部分支護結構截麵設計與邊坡工程安全等級無關的問題。

5.錨杆設計計算中鋼筋、鋼絞線抗拉強度及其與砂漿粘結強度均采用標準值【7】。

上述建議解決了目前邊坡工程安全等級應用存在的全部5個問題。

3 結語

1.目前邊坡工程安全等級劃分存在下列問題:①貴州邊坡工程安全等級劃分表形式與內容矛盾,易引起劃分表有缺項的誤解;②邊坡工程破壞後果嚴重性劃分考慮了無必然聯係的邊坡類別和坡高,導致邊坡工程安全等級劃分出現困難;③邊坡工程安全等級劃分考慮了是否由外傾軟弱結構麵控製、是否處於工程滑坡地段,導致由外傾軟弱結構麵控製或處於工程滑坡地段的邊坡工程安全等級隻有一、三級而無二級;④將坡頂破壞後果嚴重(而非很嚴重)的建(構)築物劃入坡頂重要建(構)築物,導致坡頂有建(構)築物的邊坡工程安全等級隻有一、三級而無二級;⑤將可能造成財產損失同時作為邊坡工程破壞後果嚴重和不嚴重的評定標準,導致同一地段邊坡工程安全等級有兩個;⑥邊坡工程安全等級允許在一級基礎上適當提高,導致邊坡工程安全等級級數不清和一級之上安全等級劃分標準缺乏。

2.邊坡工程安全等級應用存在下列問題:①一些支護結構截麵、按坡率允許值表放坡的穩定坡率、坡頂無建(構)築物土質邊坡無需支護的條件與邊坡工程安全等級無關,導致相關設計與邊坡穩定性評價規則矛盾;②安全等級在錨杆設計計算中的應用不規範;③高於一級的安全等級除邊坡穩定安全係數外無應用領域;④邊坡穩定安全係數提高條件與邊坡工程安全等級提高條件不一致;⑤當需要提高穩定安全係數時穩定係數是否滿足要求無法評判。

3.建議:①邊坡工程安全等級采用三級製,不設立超出一級的安全等級;②明確要求邊坡工程安全等級由邊坡工程破壞後果嚴重性決定,二者一一對應;不考慮邊坡是否由外傾軟弱結構麵控製、是否處於滑坡地段;鑒於高度大於30m的岩質邊坡工程和高度大於15m的土質邊坡工程及與此相當的土岩組合邊坡工程,多年來視為超出相關標準高度限值的邊坡工程,暫將其為二三級的安全等級提高一級,隨著設計經驗的積累,以後將坡高起點值逐漸提高;③邊坡工程破壞後果嚴重性劃分不考慮邊坡岩體類別和坡高;④坡頂建(構)築物重要性劃分與不位於坡頂的建(構)築物一致,同時按平地地基和邊坡地基進行承載力驗算和變形控製;⑤邊坡工程破壞後果嚴重性劃分原則與房屋等其它建設工程一致;⑥通過穩定性計算確定邊坡抗失穩支護結構岩土荷載(即抗失穩支護力)和放坡時所采用的穩定坡率;⑦重力式擋牆抗滑移和抗傾覆穩定安全係數對不同安全等級取不同值;⑧改地基豎向和水平承載力特征值為地基豎向和水平極限承載力標準值與支護結構地基承載安全係數之商,地基承載安全係數對不同安全等級取不同值;⑨錨杆設計計算中鋼筋、鋼絞線抗拉強度及其與砂漿粘結強度均采用標準值。

4.實施邊坡處理不僅要保證邊坡安全,還要保證邊坡不產生過大變形以保障坡上建築物正常使用且避免產生不安全感,故邊坡工程勘察設計時區分的工程等級實際上是重要性等級而不是安全等級;采用分項係數法進行支護結構計算時所用係數是重要性係數而不是安全性係數;眾多標準采用的工程等級也是重要性等級而不是安全等級。因此,貴州邊坡工程建議將邊坡工程安全等級改稱為邊坡工程重要性等級。



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