CN1064720A - 空心混凝土桩的制作方法和制作装置 - Google Patents

Abstract

一种空心混凝土桩的制作方法和制作装置，在管 状部件呈径向膨胀的状态下，在其外侧浇注混凝土， 利用保持装置保持该管状部件，在混凝土硬化以后， 将发生径向收缩的管状部件拔出，因而可以简单地保 持形成空心部分用的管状部件，而且能够使该管状部 件从空心部分容易拔出。

Description

本发明涉及用于各种建筑结构物的基础的空心混凝土桩的制作方法法和装置。

在混凝土桩中曾有：在预制厂等处用模板制做后，将其打入或埋设在地基内的预制混凝土桩;以及钻挖地基后将混凝土直接浇注在该孔内现场浇筑的混凝土桩。

在这些混凝土桩中，特别是桩的中心部分沿其轴向有空心部分的空心混凝土桩，过去为了在预制桩、现场浇筑桩上形成空心部分，一般使用型芯来制做。即将由钢管或塑料管制成的型芯设置在模板或钻孔的中心部分，在该型芯外侧浇注混凝土，从而制做出有空心部分的混凝土桩。

过去，上述空心混凝桩的制作方法存在下述问题：使芯子与模板或钻孔保持同心状态是非常麻烦的;而且当混凝土凝固后将芯子从空心部分拔出去，也是非常困难的。

例如，靠埋置在混凝土桩内的钢筋来保持型芯时，通过固定用的铁丝将型芯固定在上述的钢筋上。但是若按大约50厘米的间距大量施工固定位置时，就需要相当多的劳力和时间，从而大幅度地降低了制桩效率。

另外，如果不从空心部分拔出型芯，而是把型芯埋置在混凝土桩内的状态下埋桩时，那么一根桩就需要一根型芯，因此提高了生产成本，经济效益很差。

因此，本发明是为了解决上述问题而提的一种方案，其目的在于提供一种为形成空心部分、能简单地使型芯与模板保持同心状态、且能将型芯容易从空心部分拔出去的空心混凝土桩的制作方法和制作装置。

为了达到上述目的，本发明所采取的方案如下：使用具有弹性能够胀缩的管状部件作为型芯，将这管状部件插入模板或钻孔内，向管状部件中压入液体，使该管状部件呈径向膨胀状态，在模板或钻孔及管状部件之间浇注混凝土，用保持装置使管状部件与模板或钻孔保持同心状态，待混凝土硬化后由管状部件形成空心部分，然后降低管状部件的内压，使管状部件径向收缩，从空心部分将管状部件拔出来。

这样，当制做预制空心混凝土桩时，将管状部件插入水平状态设置的模板内，浇注混凝土。在现场制作空心混凝土桩时，将管状部件插入垂直挖掘的钻孔中，浇注混凝土。

特别是在制做预制空心混凝土桩时，用一种保持装置将借混凝土比重之差产生的浮力而上浮的管状部件压住，在待混凝土浇注完成后再拆掉保持装置。

按照上述方法构成的本发明，管状部件由于压入液体产生径向膨胀，而成为非常坚固的型芯，在已经膨胀的状态下与保持装置相接触，而受到保持。因此不必进行麻烦的固定作业，就能使管状部件与模板或钻孔简单而确实地保持同心状态。

而且管状部件由于解除内压产生径向收缩，使其直径比空心部分的内径小，因此就可将此管状部件从空心部分非常容易地拔出。

按照上述的本发明，不必进行麻烦的固定作业，就能使管状部件简单而可靠地与模板或钻孔保持同心状态，因此能大幅度地减少设置管状部件的劳动力和工时，并能显著地提高空心混凝土桩的生产效率。

由于能够非常容易地将管状部件拔出来，因而可以反复使用此管状部件，可以大幅度地降低空心混凝土桩的生产成本，显著地提高经济效益。

又在使用模板的预制空心混凝土桩的情况下，完成混凝土的浇注后，拆掉保持装置，因而可以制做匀质的混凝土桩，可以大幅度地提高抗拉、抗压、抗弯等强度。

对附图简要说明如下：

第1图至第13图表示将本发明应用于预制空心混凝土桩的制作方法和制作装置的实施例。

第1图是用断面表示制做的桩的一部分的斜视图。

第2图是在闭模状态下模板一端的斜视图。

第3图是第2图中Ⅲ-Ⅲ线的箭头指向的断面图。

第4图是第2图中Ⅳ-Ⅳ线的箭头指向的断面图。

第5图是在开模状态下模板一端的正视图。

第6图是在开模状态下与第3图相同的断面图。

第7图是在变形例子中模板一端的正视图。

第8图是制作桩时装置一端的纵断面图。

第9图是管状部件的纵断面图。

第10图和第11图是表示管状部件的制造方法的说明图。

第12图是第8图中Ⅻ-Ⅻ线的箭头指向的放大断面图。

第13图是表示预应力混凝土钢筋拉紧设备的螺帽转动的斜视图。

第14图和第15图表示将本发明应用于现场浇筑的空心混凝土桩的制作方法和制作装置的实施例。

第14图是浇注混凝土前装置的纵断面图。

第15图是浇注混凝土后装置的纵断面图。

1，136…混凝土桩;3，135…空心部分;

10…模板;11…上模;12…下模;14…开口部分;40，90…销铰;44，45…止动板;46…止动装置支持部件;48…止动杆;70…加压的水;71…混凝土;82…液压缸;85a…止动片;88…止动件;91，92…销钉插孔;100…管状部件;101…软管;104…封闭部分;120，133…保持装置;121…保持件;123…安装器;124…挂钩;126…操纵杆;127…拉簧;131…钻孔;134…底部保持器。

以下参照附图说明本发明的实施例。

第1图至第3图表示预制空心混凝土桩的制作方法和制作装置的实施例。

首先如第1图所示，在本实施例中制做的混凝土桩1是一种正六角形断面的大长度的构件，在它的外周沿着轴向按照规定的间距凸出若干个节。而且在桩1的中心部分沿轴向形成圆形断面的空心部分3。4是施加预应力的沿轴向埋置的若干根（在本例为6根）预应力混凝土钢筋。因此，此桩1就是所谓的带节或六角形空心预应力混凝土桩。

其次，如第二图至第6图所示，上述的混凝土桩1成型用的模板10，由沿中央水平面上下分开的上模11和下模12构成。而且模板10的长度约为第2图所示长度的7倍（实际上大约13米），未经图示的另一端也具有相同的构造，在这两端之间有若干处图示的构造。

如第3图和第6图所示，上模11具有形成桩1外周表面的侧板13，上部为浇注混凝土用的开口部分14。又如第2图和第4图所示，在侧板13上设置形成桩1的节2的凸出部分15，这个凸出部分15的上部也是开口部分16。而且一对呈U字形的加固部件17沿轴向固定在凸出部分15的两个外侧，这些加固部件17在上部由联结部件18来联结。如第2图和第5图所示，呈半圆形的端面板19固定在侧板13和加固部件17的端部。因此，加固部件17、联结部件18和端面板19构成了上模11的框架。

另一方面，如第3图和第4图所示，下模12的构成大体上与上模11的构成相同，有一个设有凸出部分25的侧板23、一对加固部件27以及端面板29等构成下模12的框架。此外，在下框12上并没有上述的开口部分14、16，而是完全闭塞的。在下模12的下部设有若干根成对的支脚30，模板10靠这些根支脚30设置成水平状。此外，在支脚30上设有由橡胶板制成的缓冲部件31，在压实混凝土时，用它吸收作用于模板10的振动。

这样，如第2图至第6图所示，在上模11和下模12的分模面的一侧设置销铰40。这个销铰40，由凸片41、42与轴销43构成，凸片41、42分别设置在上模11和下模12的一侧各自向外凸出，轴销43转动自如地将这些凸片41、42联结在一起。在端面板19、29的一侧分别设有向外凸出的止动板44、45，由这些止动板44、45构成第1止动装置。在下模12上，依靠凸片47垂直地安装了由管子制成的止动装置支持部件46，在这制动装置支持部件46上构成能够插入的止动杆48，而成为第2止动装置。此外，在模板10的两端附近及它们之间的两处，合计4处，设置销铰40，止动板44、45和止动装置支持部件46则设置在模板10的两端附近。

按上述方法构成的模板10，首先在如第2图至第4图所示的闭模状态下，上模11和下模12的分模面的侧缘50、51紧密连接，在模板10内形成一个浇注混凝土用的呈六角柱状的空间。此外，上模11和下模12在凸出部分15、25的外侧缘50、51部分和端面板19、29的外侧部分还用多根螺钉52牢固地结合起来。

其次，如第5图和第6图中所示，当开模之际，松开螺钉52，将上模11的加固部件17上固定的一方的吊环33a，用起重机或卷扬机等升降机（未经图示）提升起来。此外，另一方的吊环33b是在用升降机将整个模板10搬运后进行设置时，与吊环33a一起使用。要提起上模11时，在上模11和下模12的一侧设置销铰40，因而上模11以销铰40为中心向箭头a所示方向而转动。而且，上模11转动至比90°大些、且大致呈垂直状的状态时，止动板44、45的端面互相接触，上模11因而停止转动。而且在开模的状态下，将止动杆48垂直插入制动装置支持部分46内。因此，上模11的侧缘50便与止动杆48接触，从而阻止上模11转回原位。

其次，在闭模时，将止动杆从止动装置支持部件46拔出，使升降机下降，并使上模11向箭头b所示方向转动。如第3图和第4图所示，上模11和下模12的侧缘50、51再度紧密扣合起来。

如上所述，上模11靠销铰40转动自如，因此将一块模板10打开进行作业时，不需要保持用升降机将上模11吊起的状态。所以，使一台升降机自由移动，就可以对若干个模板10同时平行地进行开模、闭模作业。此外，使上模11以一侧的销铰40为中心而转动的构造，与吊起整个上模11的构造相比，所需的力大约为一半，因此可以使用小型升降机。闭模是靠上模11以销铰40为中心的转动，所以不需要特别作业，就可以非常简单地进行上模11与下模12的定位置。又因为上模11并不与下模12分离，所以在作业时，没有因上模11的不侧移动而将工人撞伤的危险。

上模11大致转到垂直状态时，便靠止动板44、45使其停止，所以在开模时可使上模11所占的空间为最小，且可在现场上设置多块模板10。又在这时，上模11虽有向闭模方向作不测转动的危险，但是靠止动杆48可靠地阻止了上模11转回原位，因此安全性是非常高的。

其次，在上述的实施例中，开模和闭模是靠升降机转动上模11的，但在第7图所示的变形例子中，却在模板10本身上设置了上模11的驱动装置。即将安装板80固定在下模12的端面板29上，在这块安装板80上设置的支架81上联结着液压缸82的端部。而且在上模11的端面板19上设置的支架83上联结着活塞杆84的端部。在这变形例子中，在端面板19、29的一侧分别设置了向外凸出的凸片85、86，这些凸片85、86用轴销87联结起来，构成销铰90。而且凸片85的前端部更加凸出，成为止动片85a，在端面板29上固定着止动件88。又在止动片85a和凸片86上分别设置了销钉插孔91、92。

按照这变形例子，使液压缸82的活塞杆84伸缩时，上模11

就以销铰90为中心向箭头a、b所示方向相对下模12转动。因而不必使用升降机，就可以在各块模板10本身上进行开模和闭模。上模11沿箭头a所指方向转动稍大于90°大致呈垂直状时，止动片85a便与止动件88接触，而停止它的转动（由于第1止动器的作用）。而且将止动销钉（未经图示）插入符合于这种状态的销钉插孔91、92内，阻止上模11沿箭头b所指方向的转回原位（由于第2止动器的作用）。即在这变形例子中，由于兼用上模11的转动支点和转动止动器，而使其结构变得紧凑。

其次，如第8图和第9图所示，形成混凝土桩1的空心部分3所用的管状部件100，系由具有弹性、能够胀缩而且强韧的合成树脂软管101构成。在本实施例子中，将农业用圆筒状维尼纶平织帆布制软管（外径D为160毫米，布厚t为2毫米）切成所希望的长度（在本例中为10米），并在它表面和里面施以不透水的氯化乙烯涂层。又，维尼纶是商标。用绳将软管101的一端绑扎，并用铁件103加以紧固，因而软管101形成袋状，使其封闭部分104位于袋状部分的内部。又在软管101的另一端内部嵌装封口铁件105，用箍圈105紧固。在上述的封口铁件105上焊接管子107，通过止动阀108，与软管109连接。而且软管109与泵110的排水口连接，此泵110的进水口便与水箱111连通。此外，112是驱动泵用的电动机，113是压力计，114是减压阀。

如上所述，使软管101的封闭部分104位于袋状部分的内部，又如后面所述，向管状部件100内压入水时，水压P便起作用，使封闭部分104处的软管端部互相密接起来。因而可以确实地防止从封闭部分104漏水，确保完全的不透水性。此外，封闭部分104并不暴露在管状部件100的外侧，所以混凝土不致把封闭部分104包裹住。因此，不存在拔管状部件100的困难，也不需要用保护帽覆盖封闭部分104。

然而，在上述大长度的软管101上使封闭部分104位于袋状部分的内部是不容易的。因此，在制做它时，如第10图所示，将软管101的一部从外边封闭，将软管101的另一端朝外边翻折，再向箭头C的方向拉，从而使软管101的表里反转。另一种方法，如第11图所示，是将软管101的一端从外侧封闭，将这封闭部分104在软管101的内部向箭头d的方向推入，从而使软管101的表里反转。这样进行以后，可使封闭部分104位于袋状部分内部的软管101非常容易且迅速地制做出来。

其次，如第8图和第12图所示，使上述的管状部件100与模板10保持同心状态用的保持装置120，设有保持件121、安装件122和组装器123。保持件121对应于管状部件100的外圆形成圆弧状，安装件122联结在保持件121的上部，大致呈T字形设置，架设在上模11的开口部分14上。而且安装件122依靠一对组装器123装卸自如地安装在上模11上。这两个组装器123分别由一个与上模11的加固件17的边缘挂合的挂钩124、一个由轴125支承在安装件122上、可向箭头e、f所指方向转动自如的操纵杆126，以及一个张挂在挂钩124和操纵杆126之间的拉力弹簧127所构成。而且在张挂拉力弹簧127时，要求通过操纵杆126的转动，使其能够发挥肘杆的作用。

以外，在上模11的上部沿轴向以一定的间隔（本例中为50～80cm）配置若干个保持装置120。而且保持件121的位置设定要求如下：当管状部件100与模板10达到同心状态时，使保持部与这管状部件100的外圆接触。

按照上述保持装置120，当使操纵杆126按箭头e所指方向向内侧转动时，挂钩124通过拉力弹簧127牢固地挂合在加固件17的边缘。因而可将保持装置120准确而迅速地组装在上模11的规定位置上。若将操纵杆126按照箭头f所指方向向外侧转动时，就可以解脱挂钩124与加固件17边缘的挂合。因而可使保持装置120从上模11迅速地脱开。

然而，如第2图和第8图所示，在模板10的端部设置了拉紧上述预应力混凝土钢筋4用的拉紧设备60。图中未示出的另一端也是同样的。拉紧设备60由一块圆板61、插通此圆板61的一个螺杆轴62、一个与螺杆轴62啮合的螺帽63、和一个固定在螺杆轴62端部的六角形钢筋装配板64构成。钢筋装配板64插入到模板10之内，螺杆轴62则从端面板19、29之间穿通。

下面，参照第8图和第12图，对用上述制作装置制作混凝土桩的方法进行说明。

首先，按上述开模的状态，在钢筋装配板64上装设多根预应力混凝土钢筋，又将用于形成桩1端面的六角板65预先插通于预应力混凝土钢筋4上，配置在下模12之内。根据这块六角板65的位置设定的不同，用一块模板10就可成形长4～10米的多种桩1。然后，将管状部件100插入下模12之内。按上述的方法闭模以后，用拉紧机（未经图示）将拉紧设备60的圆板61拉紧，通过螺帽63、螺杆轴62和钢筋装配板64对钢筋4施加规定的拉力。这时，管状部件100被托在预应力混凝土钢筋4上面的状态下，平卧在下模12的底部。

其次，将水箱111内的水用泵110加压至2Kg/cm²，注入上述管状部件100内。加压的水注入到管状部件100以内后，管状部件100便产生径向膨胀，在本实施例中，外径约为163毫米。又在这一阶段，管状部件100还在下模12的底部横卧着。这样，以处于管径增大状态下的管状部件100为型芯，在模板10和管状部件100之间浇注混凝土71。

在这里，浇注上述的混凝土71时，用振捣器（未经图示）对模板10施加振动，在振实混凝土后管状部件100便在混凝土71内浮起。这是由于混凝土71的比重（大约1.80～2.45）与管状部件100及加压水70的比重（因为大部分是水，所以可以认为大约是1）之间的差，使管状部件100因受混凝土71的浮力作用而被举起。

这样上浮的管状部件100，与预先安装在上模11的保持装置120的保持件121相接触，因而压住上浮的管状部件100，使其与模板10正确地保持同心状态。又因为保持件121被形成一个与管状部件100的外圆相对应的圆弧状，所以管状部件100不致横向偏移。在这种状态下继续浇筑混凝土71。

其次，混凝土71浇注完成后，便从上模11卸掉保持装置120，从混凝土中拔出保持件121。拔出保持件而产生的空间，被混凝土71充满。由于拔出保持件121，管状部件100有上浮的趋势，但因混凝土71的流动阻力大，所以能制止上浮。因此管状部件100能与模板10保持同心状态，在这种状态下使混凝土71硬化。混凝土71硬化后，由于管状部件100而致在桩1的中心部分形成所需的空心部分3。

在这里，完成混凝土浇注后，如不在适当的时间内迅速地从上模11取下保持装置120，不仅在桩1内会发生内部缺损，而且保持件121还有可能拨不出来。但是要卸掉许多保持装置120却需要大量的劳动力和I时。然而，按照本实施例，如上所述，只要转动操纵杆126就能简单地完成保持装置120的安装与拆卸，因此，在适当的时间内用少量的劳动力就可以迅速地拆除大量的保持装置120。又因能在上模11上简单地安装保持装置120，所以也可以及早进行下一道工序的准备工作。

下一步，待混凝土71硬化，达到能承受小心操作程度的强度（大约4小时以后）时，打开阀门108和114，使管状部件100内的压力回复到大气压，于是，管状部件100靠其本身的弹性产生径向收缩，外径缩小并恢复到160毫米。然后，混凝土71完全硬化（大约8小时以后）后，如前所述进行开模，在桩1的端面剪断预应力混凝土钢筋，从下模12内取出桩1。然后，从空心部分3中朝第8图箭头g所示方向拉出管状部件100。

按照上述的制做方法，管状部件100由于注入加压水产生径向膨胀，而成为坚固的型芯，因而所形成的空心部分3的内表面是极光滑的，此空心部分3的尺寸是非常准确的。这样，管状部件100靠保持装置120就能与模板10正确地保持同心状态，所以空心部分3的同心度是极高的。因此，管状部件100依靠保持装置120的保持是，利用比重之差产生浮力的非固定式保持，管状部件100是靠去除内压而产生径向收缩的。因而，能从空心部分3非常容易地拔出管状部件100。

此外，在取出上述的桩1时剪断预应力混凝土钢筋4之际，需要松开预张拉装置60的螺帽63。但是预应力混凝土钢筋4依靠张拉装置60受到了强力张拉，所以不容易使螺帽63回转。通常，要使用柄长达2米的长大扳手由两个人操作，这项作业是很麻烦的。

因此，在本实施例中，如第13图所示，准备了一个转动螺帽63用的圆板状部件66。在这圆板状部件66的中心，形成一个与螺帽63嵌合的螺帽孔67，在其外圆上设有齿状槽68。而且使螺帽孔67与螺帽63嵌合的同时将钢索69缠绕在齿状槽，利用开模和闭模时使用的升降机将此钢索69向上拉，使圆板状部件66向箭头h所指方向转动。因此，不使用专用工具等情况下，利用开模和闭模用的升降机，就能以大的旋转力使螺帽63非常简单地旋转拧松。

其次，第14图和15图表示现场浇注空心混混土桩的制作方法和制作装置的实施例。

首先，如第14图所示，用螺旋钻等将地基130垂直钻挖，形成钻孔131。在钻孔131中插入钢筋架132。在这钢筋架132的内侧沿轴向等间距地固定着若干个保持装置133。此外，可在径向的三个方向上设置保持装置133较好，又在钢筋架132的下部固定着底部保持件134。

其次，在钢筋架132的保持装置133之间插入管状部件100，使这管状部件100的端部与底部保持件134接触。此外，管状部件100可用与上述相同的类型。

这样，如第15图所示，按上述同法进行，在管状部件100中注入加压的水70，使这管状部件100径向膨胀。管状部件100与保持装置133接触，因此，能与钻孔131正确地保持同心状态。在这种状态下，在钻孔131和管状部件100之间浇注混凝土。

其次，混凝土71硬化后，由管状部件100形成空心部分135，然后去除管状部件100的内压，使其径向收缩。而且由于是将管状部件100向上提起的，所以就能从空心部分135非常容易地拔出此管状部件100。

按照上述方法，就可以制做出现场浇注的空心混凝土桩136。又与上述的预制空心混凝土桩1相同，在制做这种桩136时，浮力也作用在管状部件100上。因为这浮力作用在管状部件100的轴心方向，所以与管状部件100的端部对应，将底部保持件134设在钢筋架132上，从而可以抑制浮力的作用。

以上阐述了本发明的实施例，但是本发明不限于本实施例，按照本发明的技术思想，可能作出各种有效的变形。

例如，可以采用各种材料制造管状部件，只要是在内压的作用下能沿径向产生弹性胀缩的材料即可。

又在本实施例中，使用水作为注入的流体，但是只要流体比重小于混凝土，能使管状部件上浮，也可以使用水以外的适宜的流体。

Claims (8)

1、一种空心混凝土桩的制作方法，包括：

将具有弹性能够胀缩的管状部件插入水平设置的模板中；

将流体压入上述管状部件中，在该管状部件径向膨胀的状态下，将混凝土浇注在上述的模板和管状部件之间；

用保持装置压住靠混凝土比重之差产生的浮力的作用而浮起的上述管状部件，同时还使该管状部件相对于上述模板保持同心状态；

完成混凝土的浇注后，卸掉上述的保持装置；

混凝土硬化，由上述管状部件形成空心部分，然后去除上述管状部件的内压，使该管状部件发生径向收缩后，将该管状部件从上述空心部分拔出。

2、一种空心混凝土桩的制作方法，包括：

将具有弹性能够胀缩的管状部件，插入垂直钻挖的钻孔中;

将流体压入上述管状部件中，在该管状部件径向膨胀的状态下，将混凝土浇注在上述钻孔和管状部件之间;

用保持装置，将上述管状部件相对于上述钻孔保持在同心状态;

混凝土硬化，由上述管状部件形成空心部分，然后去除上述管状部件的内压，使该管状部件发生径向收缩后，将该管状部件从上述的空心部分拔出。

3、一种空心混凝土桩的制作装置，具有：

管状部件，具有弹性能够胀缩，可插入水平设置的模板中，通过向其内部压入流体使其径向膨胀，去除内压则使其径向收缩;

保持装置，用于在上述模板和上述管状部件之间浇注混凝土，因比重之差而产生浮力时，压住因受浮力作用而浮起的管状部件，并使该管状部件相对于上述模板保持同心状态。

4、一种空心混凝土桩的制作装置，具有：

管状部件，具有弹性能够胀缩，可插入垂直钻挖的钻孔中，通过向其内部压入流体使其径向膨胀，去除内压则使其径向收缩;

保持装置，用于使上述管状部件相对于上述钻孔保持同心状态。

5、根据权利要求3或4所述的空心混凝土桩的制作装置，其特征在于：由软管构成上述管状部件，将该软管的一端封闭，从而形成袋状，使该封闭部分位于袋状部分的内部。

6、根据权利要求3所述的空心混凝土桩的制作装置，其特征在于：

上述保持装置具有，与上述管状部件外圆相对应的圆弧状保持件，架设在上述模板上面开口处的安装件，可使上述安装件在模板上装卸自如的组装器;

上述组装器系由与上述模板挂合的挂钩、转动自如地轴支承在上述组装件上的操纵杆、张挂在上述挂钩和上述操纵杆之间的拉力弹簧构成。

7、根据权利要求3所述的空心混凝土桩的制作装置，其特征在于：上述模板由上模和下模构成，在这些上模和下模的分模面的一侧设置销铰，靠该销铰将上模构成为相对于下模自如地转动。

8、根据权利要求7所述的空心混凝土桩的制作装置，其特征在于：设有第一止动器和第二止动器，第一止动器可使上模在转至垂直位置的开模状态下停止转动，第二止动器用于防止已开模的上模向闭模方向发生转动。

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