CN106351242B - 一种深水大流速裸露高强度陡岩海域钢栈桥及其施工方法 - Google Patents

一种深水大流速裸露高强度陡岩海域钢栈桥及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种深水大流速裸露高强度陡岩海域钢栈桥及其施工方法,先将钢栈桥基础钢管桩稳固于基岩,再搭建钢栈桥上部结构,再进行钢管桩嵌岩锚固施工,钢栈桥施工速度大幅提升,解决了常规的钢栈桥施工中出现的一系列影响进度、质量、安全的问题,通过定位船和打桩船稳桩避免了钢管桩入岩深度不足在大流速作业下的偏位和晃动而倾倒,通过在钢管桩外侧下放底标高自适应钢围堰浇筑水下混凝土增加了钢管桩与基岩的摩擦力、提高了钢管桩的稳定性、避免钢管桩内钻孔时底口漏浆和钢管桩下沉导致栈桥变形坍塌,通过承重主梁焊接在横向钢管桩之间避免了贝雷梁主节点与承重主梁不对应而影响结构受力,实现了钢栈桥施工周期短、成本低、安全高效的目的。

Description

一种深水大流速裸露高强度陡岩海域钢栈桥及其施工方法
技术领域
本发明属于水上桥梁工程建设技术领域,具体涉及一种深水大流速裸露高强度陡岩海域钢栈桥及其施工方法。
背景技术
传统的钢栈桥多采用单排钢管桩加贝雷梁的结构形式,多用于水深不大、流速较小、且覆盖层较厚的水域,此种钢栈桥钢管桩施工时采用振动锤或打桩锤直接打入覆盖层至设计标高。
对于裸露陡岩区栈桥,如采用传统方法施工,钢管桩无法打入岩层至嵌固深度,受风、水流、波浪的作用和影响,栈桥基础的稳定和钢管桩底口的锚固无法得到保证,从而影响栈桥的安全性能和主体工程的施工进度。现有技术常采用人造覆盖层、导管架、灌注桩先锚固、灌注桩后锚固等方案。
对于人造覆盖层方案,需在钢栈桥钢管桩范围内抛填大量土袋,土袋易滚落或被水流冲走,浪费较大,此方案工程量大,施工周期长,成本高。
对于导管架方案,需将多根底部与海底地形相匹配的钢管桩按相对位置在陆上或船上连成导管架,大型运输船运至栈桥桩位处,大吨位起重船吊放安装,并在导管架底部设置水下围堰,浇筑水下混凝土,此方案工程量大,施工难度大,周期长,成本高。
对于灌注桩先锚固方案,是采用水上平台在钢栈桥钢管桩处定位,导向架下放钢管桩至岩面,钻机在钢管桩内成孔,施工锚固桩,将其锚固在岩层中,再进行钢栈桥上部结构施工,此方案灌注桩施工期间钢管桩底口易漏浆,施工周期长,成本高。
对于灌注桩后锚固方案,是先采用打桩船快速插打一组钢管桩,将相邻钢管桩连接成整体,在钢管桩横桥向两侧对称焊接牛腿并搁置横梁,在横梁上搭建贝雷梁,进而搭建桥面板,再采用钻机位于桥面板上进行钢管桩内锚固桩施工,此方案施工周期较短,但对于强度较高或岩面较陡的基岩无法实现钢管桩打入岩面足够深度,钢管桩底口在插打过程中极易卷边,且单根钢管桩插打后在大流速作用下易晃动而倾倒,灌注桩施工期间钢管桩底口易漏浆,钢管桩在冲孔过程中因桩底岩面破碎后易下沉而导致栈桥变形坍塌,安全风险大;钢管桩两侧设置牛腿并搁置横梁,横梁位置与贝雷梁主节点难以对应,影响栈桥整体受力,同时也增加了材料用量,成本高。
发明内容
针对背景技术存在的问题,本发明的目的在于提供一种避免钢管桩打入岩层时底口卷边、避免钢管桩入岩深度不足在大流速作业下的偏位和晃动而倾倒、增加钢管桩与基岩的摩擦力、提高了钢管桩的稳定性、避免钢管桩内钻孔时底口漏浆和钢管桩下沉导致栈桥变形坍塌、避免贝雷梁主节点与承重主梁不对应而影响结构受力、达到先搭建钢栈桥再进行钢管桩内灌注桩施工,通过栏杆的横杆兼做水管解决了钢栈桥供水问题,实现栈桥施工周期短、成本低、安全高效的目的深水大流速裸露高强度陡岩海域钢栈桥及其施工方法。
为达到上述目的,本发明设计的深水大流速裸露高强度陡岩海域钢栈桥,其特征在于:包括固定于岩层上的多组钢管桩,所述钢管桩下方设有灌注桩;所述灌注桩一端嵌入岩层内,另一端伸入钢管桩内;同组所述钢管桩之间焊接横桥向的承重主梁,所述承重主梁上方由下至上依次固定有顺桥向的贝雷梁、横桥向的分配梁和面板。
优选的,所述钢管桩两端均设有加劲箍。
优选的,还包括包覆于所述钢管桩与所述灌注桩的连接段外的封底混凝土。
优选的,每组钢管桩包括a排a列沿矩形轮廓布设的多根钢管桩,其中a为大于1的正整数。
进一步优选的,同组相邻的钢管桩之间的间距为3n米,其中n为正整数。
进一步优选的,同组所述钢管桩之间通过顺桥向的第一平联杆和横桥向的第二平联杆连接。
优选的,所述承重主梁底部中间与钢管桩侧壁之间设有横桥向的斜撑杆。
应用于上述深水大流速裸露高强度陡岩海域钢栈桥的施工方法:包括以下步骤:
一)按组逐一将钢管桩起吊至桩位处,精确定位后,进行锤击沉桩,将钢管桩打入岩层直至钢管桩在锤击作用下无明显下沉,并同步下放用于浇筑封底混凝土的钢围堰、焊接钢管桩之间的第一平联杆和第二平联杆;下放钢围堰后,随即通过固定在定位船上的导向架抱住所述钢管桩,通过导向架上的调节装置对所述钢管桩偏位和垂直度进行调整;
二)同组所有的钢管桩之间的第一平联杆和第二平联杆全部焊接好后,定位船退出稳桩工作;精确测量横桥向的所述钢管桩间距,将所述承重主梁按设计位置和标高与钢管桩匹配焊接,并将斜撑杆将承重主梁和钢管桩进行连接;
三)在第一平联杆和承重主梁顶部搭建简易操作平台,水下浇筑钢围堰内的封底混凝土,使钢管桩底部与基岩结合成一体;
四)在承重主梁上顺桥向搭设贝雷梁;
五)在贝雷梁上搭设横桥向的分配梁和面板;
六)采用冲击钻机按组逐一进行灌注桩施工,钻机就位于钢管桩的顶口处,灌注桩按照钻孔、成孔、清孔、下放钢筋笼、下放导管、浇筑水下混凝土的顺序进行施工;
七)拆除钢围堰,成桥。
优选的,所述步骤五中,先将面板和分配梁形成单元体再铺设于贝雷梁上方:将面板和分配梁在加工场按设计要求以9米或12米长度为单元体进行拼装和连接,面板采用槽钢反扣于分配梁上方,分配梁横桥向布置,面板反扣槽钢顺桥向布置,面板反扣槽钢之间横桥向间隔2~3cm,面板反扣槽钢翼缘板与分配梁顶面焊接固定;
优选的,步骤一中,钢管桩沉桩是逐根进行的,每一根都是按照吊装至桩位、定位、沉桩的步骤进行,其中每一组的第1根及第2根沉桩后先下放钢围堰,再用导向架抱住、焊联杆,第3根及第4根分别是用打桩船抱住、然后再焊接平联杆。
用于施工上述方案中封底混凝土的钢围堰,其特征在于:包括均分为两瓣的第一弧形钢板和第二弧形钢板,第一弧形钢板和第二弧形钢板均通过设在端部的锚固板连接成圆形;第一弧形钢板上部间隔设有多个吊耳孔,第二弧形钢板的内壁周向间隔均布连接板;所述连接板一端与第一弧形钢板内壁连接,另一端与第一弧形钢板外壁连接;第一弧形钢板外壁和第二弧形钢板内壁之间的间隙中紧密布设方管;所述方管顶部设有水平倒钩;所述方管能在第一弧形钢板外壁和第二弧形钢板内壁之间的间隙中上下滑动。
优选的,锚固板之间通过快速解栓装置可拆卸连接,所述快速解栓装置包括设在锚固板上的槽口;位于锚固板外由内至外依次设有第一垫片、第二垫片,垫板;螺栓从一侧垫板穿过垫板、第一垫片、第二垫片、槽口,并从另一侧的垫板穿出与螺母连接将锚固板锚固。
进一步优选的,所述第一垫片和第二垫片均为楔形垫片。
优选的,沿第一弧形钢板间隔设有至少两个第二弧形钢板。
优选的,所述方管内浇筑有混凝土。
优选的,所述第一弧形钢板内壁同一平面内间隔均布多个导向轮,所述导向轮通过导向轮底座与第一弧形钢板内壁连接。
本发明的有益效果是:本发明能够先将钢栈桥基础钢管桩稳固于基岩,再搭建钢栈桥上部结构,再进行钢管桩嵌岩锚固施工,钢栈桥施工速度大幅提升,解决了常规的钢栈桥施工中出现的一系列影响进度、质量、安全的问题,在钢管桩两端增加加强箍避免了钢管桩打入岩层时底口卷边,通过定位船和打桩船稳桩避免了钢管桩入岩深度不足在大流速作业下的偏位和晃动而倾倒,通过在钢管桩外侧下放底标高自适应钢围堰浇筑水下混凝土增加了钢管桩与基岩的摩擦力、提高了钢管桩的稳定性、避免钢管桩内钻孔时底口漏浆和钢管桩下沉导致栈桥变形坍塌,通过承重主梁焊接在横向钢管桩之间避免了贝雷梁主节点与承重主梁不对应而影响结构受力,通过栏杆横杆兼做水管解决了钢栈桥供水问题,实现了钢栈桥施工周期短、成本低、安全高效的目的。
附图说明
图1为本发明的正视结构示意图
图2为本发明的侧视结构示意图
图3为本发明钢管桩加强箍结构示意图
图4为本发明打桩船沉桩示意图
图5为本发明定位船稳桩示意图
图6为本发明底标高自适应钢围堰结构示意图
图7为本发明底标高自适应钢围堰分解结构示意图
图8为本发明快速解栓装置装配示意图
图9为本发明快速解栓装置分解结构示意图
图10为本发明底标高自适应钢围堰实施效果示意图
图11本发明灌注桩施工示意图
图中:钢管桩1、加劲箍101、灌注桩2、钢围堰3、封底混凝土301、第一弧形钢板302、锚固板303、吊耳孔304、第二弧形钢板305、连接板306、方管307、导向轮底座308、导向轮309、第一垫片3031、第二垫片3032,垫板3033、螺栓3034、螺帽3035、第一平联杆401、第二平联杆402、斜撑杆403、承重主梁5、贝雷梁6、分配梁7、面板8、栏杆9。
具体实施方式
下面通过图1~图11以及列举本发明的一些可选实施例的方式,对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述,本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围。
如图1和图2所示,本实施例提供一种深水大流速裸露高强度陡岩海域钢栈桥包括:钢管桩1、灌注桩2、钢围堰3、第一平联杆401、第二平联杆402、斜撑杆403、承重主梁5、贝雷梁6、分配梁7、面板8、栏杆9;
所述灌注桩2上半部位于所述钢管桩1内侧底部,下半部位于钢管桩1底部的基岩内,所述灌注桩2为钢筋混凝土结构,由钢筋笼201和水下混凝土202组成。
所述第一平联杆401连接在顺桥向2根相邻的所述钢管桩1之间,所述第二平联杆402连接在横桥向2根相邻的所述钢管桩1之间,所述第一平联杆401、第二平联杆402采用大管套小管结构形式,所述第一平联杆401布置2层,所述第二平联杆402布置1层。
所述承重主梁5横桥向布置,所述承重主梁5端部与所述钢管桩1外侧壁焊接,所述承重主梁5端部下方通过加劲板501与所述钢管桩1连接,所述承重主梁5在贝雷梁6搁置处也设置有加劲板(图中未示出)。
所述斜撑杆403呈“八”字形布置,上端与所述承重主梁5底部连接,下端与所述钢管桩1连接。
所述贝雷梁6顺桥向垂直搭建在所述承重主梁5上,通过“Π”形钢板将所述贝雷梁6下弦杆向下卡住并与所述承重主梁5焊接固定,所述贝雷梁6由单个贝雷片销接接长而成,所述贝雷梁6每2片或3片通过第一连接片601连接成一组,再由第二连接片602整体,且所述钢管桩1位于所述贝雷梁6外侧。
所述分配梁7横桥向布置于所述贝雷梁6节点上方,通过“U”形钢筋将所述贝雷梁6上弦杆向上卡住并与所述分配梁7底部焊接固定。
所述面板8为镂空结构,所述面板8采用槽钢反扣于所述分配梁7上方,所述面板8反扣槽钢顺桥向摆放,所述面板8反扣槽钢之间横桥向间隔2~3cm,所述面板8反扣槽钢翼缘板与所述分配梁7顶面焊接固定。
所述栏杆9由竖杆903和第一横杆901、第二横杆902组成,所述栏杆9的竖杆903和第一横杆901、第二横杆902采用无缝钢管,竖杆903布置在所述面板8两侧与所述分配梁7焊接固定,第一横杆901、第二横杆902与竖杆903焊接固定,第一横杆901为通长布置兼做施工用水管,所述栏杆9在所述钢管桩1处设置在外侧。
所述钢管桩1插打在水中裸岩区,所述钢管桩1以4根为一组分布成2排2列,所述钢管桩1排距为3m的倍数。
如图3所示,所述钢管桩1两端设有加劲箍101。
如图6、图7和图9所示,所述钢围堰3为水下底标高自适应钢围堰,所述钢围堰3用于施工封底混凝土301,所述钢围堰3包括第一弧形钢板302、锚固板303、吊耳孔304、第二弧形钢板305、连接板306、方管307、导向轮底座308、导向轮309组成,所述第一弧形钢板302和所述第二弧形钢板305均分为两瓣,通过所述锚固板303连接成圆形,所述第二弧形钢板305位于所述第一弧形钢板302外围,通过连接板306连接,所述锚固板303设有槽口,所述锚固板303通过第一垫片3031、第二垫片3032,垫板3033、螺栓3034和螺帽3035进行锚固,所述第一垫片3031为楔形垫片,固定连接于所述锚固板303槽口处,所述第二垫片3032为楔形垫片,固定连接于所述垫板3033螺栓孔处,所述方管307顶部设有水平倒钩,也就是说所述方管307呈“L”形,方管307内灌有混凝土,所述方管307位于所述第一弧形钢板302和所述第二弧形钢板305之间,呈环形紧密排列,所述方管307每根均可上下自由滑动,“L”形顶部可以搁置在所述第二弧形钢板305顶部,所述导向轮309通过导向轮底座308固定于所述第一弧形钢板302内侧,通过所述导向轮309可使所述钢围堰3沿所述钢管桩1下滑到岩面,所述钢围堰3工作时方管307底部坐落于岩面,形成与岩面标高相适应的围堰。
如图1至图11所示,应用于上述方案中的深水大流速裸露高强度陡岩海域钢栈桥施工方法,包括以下步骤:
一)完成钢栈桥施工的各项准备工作;
二)将钢管桩1通过配备液压打桩锤1001的打桩船10起吊至桩位处,精确定位后,进行锤击沉桩,将钢管桩1打入岩层,直至钢管桩1在锤击作用下无明显下沉,打桩船10起锤移开进行下一根钢管桩1的沉桩施工;
三)通过定位船11上的旋转吊1102将钢围堰3套住所述钢管桩1下放至基岩面,随即通过固定在定位船上11的导向架1101抱住钢管桩1,通过导向架1101上的调节装置对钢管桩1偏位和垂直度进行调整;
四)打桩船10进行与第1根钢管桩1顺桥向同列的第2根钢管桩1的沉桩,打桩船10起锤移开后下放钢围堰3,并通过固定在定位船11上的另一个导向架1101抱住钢管桩1,通过导向架上1101的调节装置对钢管桩1偏位和垂直度进行调整;
五)将第一平联杆401通过调节大管小管的长度,焊接在已沉桩到位的2根顺桥向的钢管桩1之间;
六)打桩船10进行与第1根钢管桩1横桥向同排的另一根钢管桩1的沉桩,打桩船10起锤移开后下放钢围堰3,打桩船10再次就位,通过打桩船10的抱桩器1002抱住钢管桩1,通过调整船位和打桩架对钢管桩1偏位和垂直度进行调整,将第二平联杆402通过调节大管小管的长度,焊接在已沉桩到位的相邻的横桥向的钢管桩1之间,第二平联杆402连接好后,打桩船10起锤移开进行下一根钢管桩1的沉桩施工;
七)打桩船10进行与第2根钢管桩1横桥向同排的另一根钢管桩1的沉桩,打桩船10起锤移开后下放钢围堰3,打桩船10再次就位,通过抱桩器1002抱住钢管桩1,通过调整船位和打桩架对钢管桩1偏位和垂直度进行调整,将第一平联杆401、第二平联杆402通过调节大管小管的长度,焊接在已沉桩到位的相邻横桥向和顺桥向的钢管桩1之间,第一平联杆401、第二平联杆402连接好后,打桩船10起锤移开进行下一根钢管桩1沉桩施工;
八)4根钢管桩1之间的第一平联杆401、第二平联杆402全部焊接好后,定位船11退出稳桩工作;精确测量横桥向2根钢管桩1间距,将承重主梁5按设计位置和标高与钢管桩1匹配焊接,并将斜撑杆403将承重主梁5和钢管桩1进行连接;
九)在第一平联杆401和承重主梁5顶部搭建简易操作平台,浇筑钢围堰3内封底混凝土301,将钢管桩1底部与基岩结合成一体;
十)在承重主梁5上顺桥向安装贝雷梁6,通过“Π”形钢板将贝雷梁6下弦杆向下卡住并与承重主梁5焊接固定,贝雷梁6每2片或3片通过第一连接片601连接成一组,再由第二连接片602整体;
十一)将面板8和分配梁7在加工场按设计要求以9m或12m长度为单元体进行拼装和连接,面板8采用槽钢反扣于分配梁7上方,分配梁7横桥向布置,面板8反扣槽钢顺桥向布置,面板8反扣槽钢之间横桥向间隔2~3cm,面板8反扣槽钢翼缘板与分配梁7顶面焊接固定;
十二)将面板8和分配梁7形成的单元体铺设于贝雷梁6上方,分配梁7位于贝雷梁6节点上方,通过“U”形钢筋将贝雷梁6上弦杆向上卡住并与分配梁7底部焊接固定;
十三)在面板8两侧安装栏杆9,栏杆9在钢管桩1处设置在外侧;
十四)采用冲击钻机12进行灌注桩2施工,冲击钻机12就位于钢管桩1的顶口处,灌注桩2按照钻孔、成孔、清孔、下放钢筋笼、下放导管、浇筑水下混凝土的顺序进行施工;
十五)灌注桩2施工完毕后,移走冲击钻机12,进行下一根灌注桩2施工;
十六)通过在钢围堰3下放前连接在钢围堰3上的钢丝绳将垫板3033上提,第一垫片3031与第二垫片3032之间的楔形面产生滑动,螺栓3034从锚固板303槽口脱出,将第一弧形钢板302和第二弧形钢板305的两瓣自动分开,再通过事先于第一弧形钢板302吊耳孔304连接的钢丝绳将第一弧形钢板302和第二弧形钢板305吊出,进行下一个钢管桩1的水下围堰施工;拆除钢围堰3后成桥。
本发明通过打桩船10的液压打桩锤1001将两端带有加强箍101的钢管桩1打入基岩,通过定位船11上的导向架1101和打桩船10上的抱桩器1002进行稳桩,沿钢管桩1下放钢围堰3至岩面浇筑封底混凝土301将钢管桩1底部固结于岩面,钢管桩1通过第一联撑杆401、第二联撑杆402连接成整体后搭设栈桥上部结构,再进行钢管桩1底部灌注桩2的施工,将钢管桩1锚固于基岩。

Claims (9)

1.一种深水大流速裸露高强度陡岩海域钢栈桥,其特征在于:包括固定于岩层上的多组钢管桩,所述钢管桩下方设有灌注桩;所述灌注桩一端嵌入岩层内,另一端伸入钢管桩内;同组所述钢管桩之间焊接横桥向的承重主梁,所述承重主梁上方由下至上依次固定有顺桥向的贝雷梁、横桥向的分配梁和面板;它还包括通过在钢管桩外侧下放底标高自适应钢围堰浇筑的水下混凝土;成桥前拆除上述钢围堰,所述钢围堰包括均分为两瓣的第一弧形钢板和第二弧形钢板,第一弧形钢板和第二弧形钢板均通过设在端部的锚固板连接成圆形;第一弧形钢板上部间隔设有多个吊耳孔,第二弧形钢板的内壁周向间隔均布连接板;所述连接板一端与第一弧形钢板内壁连接,另一端与第一弧形钢板外壁连接;第一弧形钢板外壁和第二弧形钢板内壁之间的间隙中紧密布设方管;所述方管顶部设有水平倒钩;所述方管能在第一弧形钢板外壁和第二弧形钢板内壁之间的间隙中上下滑动。
2.根据权利要求1所述的深水大流速裸露高强度陡岩海域钢栈桥,其特征在于:所述钢管桩两端均设有加劲箍。
3.根据权利要求1所述的深水大流速裸露高强度陡岩海域钢栈桥,其特征在于:每组钢管桩包括a排a列沿矩形轮廓布设的多根钢管桩,其中a为大于1的正整数。
4.根据权利要求3所述的深水大流速裸露高强度陡岩海域钢栈桥,其特征在于:同组相邻的钢管桩之间的间距为3n米,其中n为正整数。
5.据权利要求1或3或4所述的深水大流速裸露高强度陡岩海域钢栈桥,其特征在于:同组所述钢管桩之间通过顺桥向的第一平联杆和横桥向的第二平联杆连接。
6.根据权利要求1所述的深水大流速裸露高强度陡岩海域钢栈桥,其特征在于:所述承重主梁底部中间与钢管桩侧壁之间设有横桥向的斜撑杆。
7.根据权利要求1所述的深水大流速裸露高强度陡岩海域钢栈桥,其特征在于:所述面板两侧设有栏杆,所述栏杆包括顺桥向设置的第一横杆,所述第一横杆为所述栏杆的顶端。
8.应用于权利要求1~7中任一所述深水大流速裸露高强度陡岩海域钢栈桥的施工方法:包括以下步骤:
一)按组逐一将钢管桩起吊至桩位处,精确定位后,进行锤击沉桩,将钢管桩打入岩层直至钢管桩在锤击作用下无明显下沉,并同步下放用于浇筑封底混凝土的钢围堰、焊接钢管桩之间的第一平联杆和第二平联杆;下放钢围堰后,随即通过固定在定位船上的导向架抱住所述钢管桩,通过导向架上的调节装置对所述钢管桩偏位和垂直度进行调整;
二)同组所有的钢管桩之间的第一平联杆和第二平联杆全部焊接好后,定位船退出稳桩工作;精确测量横桥向的所述钢管桩间距,将所述承重主梁按设计位置和标高与钢管桩匹配焊接,并将斜撑杆将承重主梁和钢管桩进行连接;
三)在第一平联杆和承重主梁顶部搭建简易操作平台,水下浇筑钢围堰内的封底混凝土,使钢管桩底部与基岩结合成一体;
四)在承重主梁上顺桥向搭设贝雷梁;
五)在贝雷梁上搭设横桥向的分配梁和面板;
六)采用冲击钻机按组逐一进行灌注桩施工,钻机就位于钢管桩的顶口处,灌注桩按照钻孔、成孔、清孔、下放钢筋笼、下放导管、浇筑水下混凝土的顺序进行施工;
七)拆除钢围堰,成桥。
9.根据权利要求8所述的深水大流速裸露高强度陡岩海域钢栈桥的施工方法,其特征在于:所述步骤五中,先将面板和分配梁形成单元体再铺设于贝雷梁上方:将面板和分配梁在加工场按设计要求以9米或12米长度为单元体进行拼装和连接,面板采用槽钢反扣于分配梁上方,分配梁横桥向布置,面板反扣槽钢顺桥向布置,面板反扣槽钢之间横桥向间隔2~3厘米,面板反扣槽钢翼缘板与分配梁顶面焊接固定。
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