CN112726616B - 一种随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置及其施工方法，该装置包括：清孔钻斗、螺旋钻杆以及合页式第一连接接头；螺旋钻杆和清孔钻斗通过该第一连接接头连接；清孔钻斗包括：旋挖钻斗筒身、弹簧底板开关、钢丝清渣球、可伸缩扩口刮板、筒底刮板、入土钢板和第二连接接头；弹簧底板开关位于旋挖钻斗筒身的上表面；钢丝清渣球间断性分布在旋挖钻斗筒身的侧面；该入土钢板位于该旋挖钻斗筒身的底部，通过该合页式第二连接接头与该旋挖钻斗筒身合页式连接；该可伸缩扩口刮板的一端与该入土钢板的预设钢轴铰接。该装置及其施工方法能够克服难以完全清除管桩内腔残余岩土渣的缺陷，桩端形成一体化结构共同承受桩底反力，提高嵌岩管桩的承载性能。

Description

一种随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置及其施工方法

技术领域

本公开涉及桩基工程施工领域，尤其涉及一种随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置及其施工方法。

背景技术

随钻跟管桩施工具有施工速度快、经济环保、质量可靠等优点，能够有效降低能耗、减少建筑垃圾、缩短建造工期等，故具有显著的社会与经济效益。由于随钻跟管桩的扩孔钻头需要反向转动，才能从桩底缩回进管桩内腔退出，而管桩底部的预制钢桩靴为上宽下窄的环状结构，导致管桩桩靴底部容易沉积一层岩土渣。同时，钻杆排土后，管桩内腔管壁上仍附着一层被钻杆螺旋叶片挤密的岩土渣，采用常规旋挖钻斗或高压水冲洗清孔等方法难以完全清理干净，而且产生新的泥浆污染，后续灌注的水下封底混凝土容易与管桩内壁和桩靴附近的岩土渣混合，形成岩土渣-混凝土混合体，中间的岩土渣介质削弱了桩底封底混凝土与管桩底部的黏结效果，降低桩端阻力，影响随钻跟管桩嵌岩承载性能的发挥。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置及其施工方法。

根据本发明公开的第一方面，提供一种随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置，所述装置包括：清孔钻斗、螺旋钻杆以及合页式第一连接接头；

所述螺旋钻杆和所述清孔钻斗通过所述第一连接接头连接，所述清孔钻斗的外径小于所述清孔钻斗外部管桩的内径；

所述清孔钻斗包括：旋挖钻斗筒身、弹簧底板开关、钢丝清渣球、可伸缩扩口刮板、筒底刮板、入土钢板以及合页式第二连接接头；

所述弹簧底板开关位于所述旋挖钻斗筒身的上表面开孔处；

所述钢丝清渣球间断性分布在所述旋挖钻斗筒身的侧面；

所述入土钢板位于所述旋挖钻斗筒身的底部，通过所述合页式第二连接接头与所述旋挖钻斗筒身合页式连接；

所述可伸缩扩口刮板的一端与所述入土钢板的预设钢轴铰接。

可选的，所述弹簧底板开关包括：弹簧、顶针和底板闭合扣件；

所述顶针与所述弹簧连接，位于所述弹簧上方，在所述弹簧的作用力下进行上下移动；

所述底板闭合扣件与所述弹簧相连，通过贯穿所述旋挖钻斗筒身内部的弹簧位于所述旋挖钻斗筒身的底部。

可选的，所述钢丝清渣球包括：钢丝球、钢底座、螺栓和螺母；

所述螺栓焊接在所述旋挖钻斗筒身的侧面，呈间断性分布；

所述螺母将所述钢底座紧锢在所述旋挖钻斗筒身侧面的螺栓上，所述钢底座为可拆卸式结构；

所述钢底座上表面设置有便于所述钢丝球缠绕绑扎在所述钢底座上的孔洞。

可选的，所述可伸缩扩口刮板的转轴处设置有销子。

可选的，所述筒底刮板为螺旋结构，在旋转过程中将锥形岩土孔洞中的渣土向上排出。

可选的，所述管桩的底部设置有桩靴。

可选的，所述入土钢板为双层开口式，在所述旋挖钻斗筒身顺时针旋转时打开，在所述旋挖钻斗筒身逆时针旋转时关闭。

根据本发明公开的第二方面，提供一种随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置施工方法，应用于权利要求1-7所述的随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置，所述方法包括：

将旋挖钻机与所述随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置相连；

在所述扩孔桩底清渣装置逆时针旋转的同时将所述扩孔桩底清渣装置竖直放入所述管桩内腔的直至到达岩土渣表面；以及，利用所述旋挖钻机的动力装置顺时针旋转所述清孔钻斗，以使所述清孔钻斗侧壁包括所述钢丝清渣球的刮刷装置在所述清孔钻斗旋转的过程中分别向前后和左右移动，带动所述钢丝清渣球刮刷附着在所述钻孔内腔管壁上的岩土渣；以及，竖直向下推动所述清孔钻斗以使所述钻孔下部的岩土渣进入所述清孔钻斗内部，当所述清孔钻斗内部岩土渣的体积大于预设体积阈值时，反转关闭所述清孔钻斗以关闭进土入口的同时将所述清孔钻斗从所述管桩的内腔中拔出；

通过所述旋挖钻机上提所述清孔钻斗直至所述清孔钻斗到达顶部的门阀顶针，以使所述清渣钻斗底部的入土板打开；以及，倾倒所述清孔钻斗内部的岩土渣，合上所述清孔钻斗底部的入土板，将所述清孔钻斗再一次下放至所述管桩的内腔中以完成下一次的清渣过程，直至所述清孔钻斗到达所述管桩桩底的岩面处；

从所述管桩的内腔中提出所述清渣钻斗，拔出所述清孔钻斗底部可伸缩扩口刮板的销子，再次将所述清孔钻斗放入所述管桩的内腔并使所述清孔钻斗所述管桩桩底的岩面处；

顺时针旋转所述清孔钻斗，以使可伸缩扩口刮板在所述管桩的桩底沉渣的作用下张开，并通过所述可伸缩扩口刮板尖端刮走所述桩靴外部的岩土渣；以及，在所述桩靴外部的岩土渣沿着所述可伸缩扩口刮板进入所述清孔钻斗底部的入土口的同时，所述可伸缩扩口刮板将所述管桩底部的锥形坑中的岩土渣清出，直至所述清孔钻斗内部的岩土渣被清除。

本发明公开的技术方案，针对要求具有一定嵌岩效果的大直径随钻跟管桩基础，为提高嵌岩桩的端承力，需要控制随钻跟管桩的桩底岩土渣厚度，克服传统旋挖钻斗或高压水冲洗清孔方法难以完全清除管桩内腔残余岩土渣的缺陷，保证管桩内腔灌注水下封底混凝土能够直接与管桩内腔、钢桩靴紧密黏结，形成一体化整体结构共同承受桩底反力，从而保障嵌岩大直径管桩的承载性能。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置的结构示意图；

图2是根据图1示出的一种清孔钻斗的结构示意图；

图3是根据图2示出的另一种清孔钻斗的结构示意图；

图4是根据图2示出的可伸缩扩口刮板打开时的结构示意图；

图5是根据图2示出的可伸缩扩口刮板打开时的清孔钻斗结构示意图；

图6是根据图2示出的可伸缩扩口刮板关闭时的结构示意图；

图7是根据一示例性实施例示出的一种随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置施工方法的流程示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是根据一示例性实施例示出的一种随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括：清孔钻斗11、螺旋钻杆3以及合页式第一连接接头16；该螺旋钻杆3和该清孔钻斗11通过该第一连接接头16连接，该清孔钻斗11的外径小于该清孔钻斗11外部管桩1的内径。

该清孔钻斗的结构示意图如图2所示，该清孔钻斗11包括：旋挖钻斗筒身、弹簧底板开关12、钢丝清渣球13、可伸缩扩口刮板14、筒底刮板15、入土钢板18以及合页式第二连接接头17；该弹簧底板开关12位于该旋挖钻斗筒身的上表面开孔处；该钢丝清渣球13间断性分布在该旋挖钻斗筒身的侧面；该入土钢板18位于该旋挖钻斗筒身的底部，通过该合页式第二连接接头17与该旋挖钻斗筒身合页式连接；该可伸缩扩口刮板14的一端与该入土钢板18的预设钢轴铰接。

其中，该管桩1的底部设置有桩靴，该桩靴呈现出上宽下窄的结构，能够在施工时将岩土渣通过管桩1内腔的螺旋叶片排出。可以理解的是，施工时的工程场地通常由土层和持力岩层组成，当管桩1内的螺旋钻杆进行钻孔并将管桩1沉入孔洞的同时，上述岩土和持力岩层会形成岩土渣。

另外，该可伸缩扩口刮板14的转轴处设置有销子，该销子通过螺栓固定在可伸缩扩口刮板14上。该筒底刮板15为螺旋结构，在旋转过程中将锥形岩土孔洞中的渣土向上排出。

其中，如图3所示为根据图2示出的另一种清孔钻斗的结构示意图，在图3中，该钢丝清渣球包括：钢丝球131、钢底座132、螺栓133和螺母134；该螺栓133焊接在该旋挖钻斗筒身的侧面，呈间断性分布；该螺母134将该钢底座132紧锢在该旋挖钻斗筒身侧面的螺栓133上，该钢底座132为可拆卸式结构；该钢底座132上表面设置有便于该钢丝球131缠绕绑扎在该钢底座132上的孔洞。

示例地，该钢丝清渣球13由可伸缩钻头组成，为可更换拆卸构件。钢丝球131为不锈钢丝互相缠绕绑扎在钢底座132上。钢底座132的上表面留有孔洞便于钢丝球131的钢丝绑扎，以及中间留有螺栓孔洞。螺栓133为焊接在该清孔钻斗11的预设侧面位置。用螺母134将钢丝球底座紧固在筒身侧面。环向等距分布4组，每组放置3个钢丝清渣球13。钢丝清渣球13在该清孔钻斗11上下、左右、前后移动时，刮刷管桩内壁上附着的岩土渣，从而实现管桩内壁岩土渣的清理。

另外，如图3所示，该弹簧底板开关12包括：弹簧121、顶针122和底板闭合扣件123；该顶针122与该弹簧121连接，位于该弹簧121上方，在该弹簧121的作用力下进行上下移动；该底板闭合扣件123与该弹簧121相连，通过贯穿该旋挖钻斗筒身内部的弹簧121位于该旋挖钻斗筒身的底部。

示例地，清孔钻斗11在旋挖钻机的操控下被上提，直至顶针122撞到清孔钻斗11的预设撞板而向下，此时底板闭合扣件123松开，底板在自重作用下打开。将清孔钻斗11下放，顶针122在弹簧121的恢复作用下回到原位。关闭底板时，通过钻杆将旋挖钻斗筒身11继续下放直到底板接触到平整地面上，底板在下部反力作用下合闭，最后通过底板闭合扣件123紧扣。从而实现利用弹簧底板开关12进行清孔钻斗11的底板打开与闭合。

该入土钢板18为双层开口式，在该清孔钻斗11的旋挖钻斗筒身顺时针旋转时打开，在该清孔钻斗11的旋挖钻斗筒身逆时针旋转时关闭。

示例地，该旋挖钻斗筒身顺时针旋转时，入土钢板18打开(即与该入土钢板18的预设钢轴铰接的可伸缩扩口刮板14打开)，如图4所示为该入土钢板18的可伸缩扩口刮板14打开时的结构示意图。该清孔钻斗11在该可伸缩扩口刮板14打开时的结构示意图如图5所示。该清孔钻斗11的旋挖钻斗筒身逆时针旋转时，入土钢板18关闭(即与该入土钢板18的预设钢轴铰接的可伸缩扩口刮板14关闭)，该可伸缩扩口刮板14关闭时的结构示意图如图6所示。

图7是根据一示例性实施例示出的一种随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置施工方法的流程示意图，如图7所示，该方法包括：

在步骤701中，将旋挖钻机与该随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置相连。

示例地，该管桩桩靴为倒锥形的构造，借助随钻跟管钻机可使桩底沉入设计标高后，桩靴附近会存在一定厚度岩土渣层，需要清除干净后浇筑混凝土，才能增加桩底与持力层的接触面积，进而有助于提高桩端阻力。

在步骤702中，在该扩孔桩底清渣装置逆时针旋转的同时将该扩孔桩底清渣装置竖直放入该管桩内腔的直至到达岩土渣表面；以及，利用该旋挖钻机的动力装置顺时针旋转该清孔钻斗，以使该清孔钻斗侧壁包括该钢丝清渣球的刮刷装置在该清孔钻斗旋转的过程中分别向前后和左右移动，带动该钢丝清渣球刮刷附着在该钻孔内腔管壁上的岩土渣；以及，竖直向下推动该清孔钻斗以使该钻孔下部的岩土渣进入该清孔钻斗内部，当该清孔钻斗内部岩土渣的体积大于预设体积阈值时，反转关闭该清孔钻斗以关闭进土入口的同时将该清孔钻斗从该管桩的内腔中拔出。

具体的，通过步骤701将动力装置连接随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置，通过该第一连接接头将其紧固连接在螺旋钻杆的下端，螺旋钻杆连接至动力提供装置，保证该清孔钻斗可以随着螺旋钻杆的旋转、上提、下放一同整体旋转移动。

具体的，下放该清孔钻斗时匀速逆时针旋转直到该清孔钻斗的筒底到达管腔岩土渣的上表面。清孔开始后，顺时针旋转该清孔钻斗，使该清孔钻斗侧壁的钢丝清渣球在旋转过程中刮刷清理挂壁的岩土渣，利用螺旋钻杆前后左右调整钢丝清渣球和管壁之间的距离，从而清理干净管壁上的岩土渣。与此同时，利用螺旋钻杆竖向下压该清孔钻斗并顺时针旋转该清孔钻斗，使岩土渣进入该清孔钻斗内，待岩土渣装满后逆时针旋转关闭进土入口并将该清孔钻斗从管桩的内腔提出。

在步骤703中，通过该旋挖钻机上提该清孔钻斗直至该清孔钻斗到达顶部的门阀顶针，以使该清渣钻斗底部的入土板打开；以及，倾倒该清孔钻斗内部的岩土渣，合上该清孔钻斗底部的入土板，将该清孔钻斗再一次下放至该管桩的内腔中以完成下一次的清渣过程，直至该清孔钻斗到达该管桩桩底的岩面处。

具体的，将该清孔钻斗提出管桩后，旋挖钻机继续上提该清孔钻斗，直至该清孔钻斗顶部的弹簧底板开关的顶针被撞开，此时该清孔钻斗的底部的入土钢板底面装置被打开。该清孔钻斗内的岩土渣在自重或钻机抖动作用下倒出。

具体的，旋挖钻机下放该清孔钻斗到地面上，此时该清孔钻斗底部的入土钢板18在地面反力作用下关闭，为下一次将该清孔钻斗11放到管桩1的内腔做准备。

在步骤704中，从该管桩的内腔中提出该清渣钻斗，拔出该清孔钻斗底部可伸缩扩口刮板的销子，再次将该清孔钻斗放入该管桩的内腔并使该清孔钻斗该管桩桩底的岩面处。

具体的，判定该清孔钻斗达到管桩底部岩面上的条件主要有：第一，对于嵌岩管桩，桩底为凹凸平面的岩石表面，该清孔钻斗在旋转过程中会产生很大的机身颤动，可作为到达岩面的判断；第二，对于非嵌岩管桩或者桩底为土的工况，可以通过钻机的钻杆伸长度测量装置确定筒体底部是否达到预定的深度。确定该清孔钻斗能够下放到管桩底部岩面上后，提出该清孔钻斗，拔出该清孔钻斗底部的可伸缩扩口刮板的转轴处的第二连接接头。再重新放入管桩到达管桩底部持力层岩面，为扩孔桩底清渣做准备。

在步骤705中，顺时针旋转该清孔钻斗，以使可伸缩扩口刮板在该管桩的桩底沉渣的作用下张开，并通过该可伸缩扩口刮板尖端刮走该桩靴外部的岩土渣；以及，在该桩靴外部的岩土渣沿着该可伸缩扩口刮板进入该清孔钻斗底部的入土口的同时，该可伸缩扩口刮板将该管桩底部的锥形坑中的岩土渣清出，直至该清孔钻斗内部的岩土渣被清除。

具体的，确定该清孔钻斗能够下放到管桩底部岩面上后，在桩底沉渣土的作用下，顺时针旋转该清孔钻斗，此时该清孔钻斗底部的两个可伸缩扩口刮板将打开，张开后的扩口刮板形成的圆型范围直径略小于桩靴底板圆环的直径，其可在顺时针旋转过程中刮走桩靴底部的渣土；同时使其沿着可伸缩扩口刮板刀口到该清孔钻斗底部中心的入土口，进而将桩靴附近的渣土装入钻斗内。该清孔钻斗底部的旋转刮片也能将管桩下部的锥型坑中岩土渣清出。顺时针旋转该清孔钻斗后，逆时针旋转关闭入土口并从管桩1内腔提出，倒出该清孔钻斗内岩土渣。

综上所述，本公开涉及一种随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置及其施工方法，该装置包括：清孔钻斗、螺旋钻杆以及合页式第一连接接头；该螺旋钻杆和该清孔钻斗通过该第一连接接头连接，该清孔钻斗的外径小于该管桩的内径；该清孔钻斗包括：旋挖钻斗筒身、弹簧底板开关、钢丝清渣球、可伸缩扩口刮板、筒底刮板、入土钢板以及合页式第二连接接头；该弹簧底板开关位于该旋挖钻斗筒身的上表面开孔处；该钢丝清渣球间断性分布在该旋挖钻斗筒身的侧面；该入土钢板位于该旋挖钻斗筒身的底部，通过该合页式第二连接接头与该旋挖钻斗筒身合页式连接；该可伸缩扩口刮板的一端与该入土钢板的预设钢轴铰接。能够克服难以完全清除管桩内腔残余岩土渣的缺陷，形成一体化结构共同承受桩底反力，提高嵌岩管桩的承载性能。

本领域技术人员在考虑说明书及实践本公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置，其特征在于，所述装置包括：清孔钻斗、螺旋钻杆以及合页式第一连接接头；

所述螺旋钻杆和所述清孔钻斗通过所述第一连接接头连接，所述清孔钻斗的外径小于所述清孔钻斗外部管桩的内径，其中，所述管桩的底部设置有桩靴；

所述清孔钻斗包括：旋挖钻斗筒身、弹簧底板开关、钢丝清渣球、可伸缩扩口刮板、筒底刮板、入土钢板以及合页式第二连接接头；

所述弹簧底板开关位于所述旋挖钻斗筒身的上表面开孔处；

所述钢丝清渣球间断性分布在所述旋挖钻斗筒身的侧面；

所述入土钢板位于所述旋挖钻斗筒身的底部，通过所述合页式第二连接接头与所述旋挖钻斗筒身合页式连接；

所述可伸缩扩口刮板的一端与所述入土钢板的预设钢轴铰接；

其中，所述钢丝清渣球包括：钢丝球、钢底座、螺栓和螺母；所述螺栓焊接在所述旋挖钻斗筒身的侧面，呈间断性分布；所述螺母将所述钢底座紧锢在所述旋挖钻斗筒身侧面的螺栓上，所述钢底座为可拆卸式结构；所述钢底座上表面设置有便于所述钢丝球缠绕绑扎在所述钢底座上的孔洞。

2.根据权利要求1所述的随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置，其特征在于，所述弹簧底板开关包括：弹簧、顶针和底板闭合扣件；

所述顶针与所述弹簧连接，位于所述弹簧上方，在所述弹簧的作用力下进行上下移动；

所述底板闭合扣件与所述弹簧相连，通过贯穿所述旋挖钻斗筒身内部的弹簧位于所述旋挖钻斗筒身的底部。

3.根据权利要求1所述的随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置，其特征在于，所述可伸缩扩口刮板的转轴处设置有销子。

4.据权利要求1所述的随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置，其特征在于，所述筒底刮板为螺旋结构，在旋转过程中将锥形岩土孔洞中的渣土向上排出。

5.据权利要求1所述的随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置，其特征在于，所述入土钢板为双层开口式，在所述旋挖钻斗筒身顺时针旋转时打开，在所述旋挖钻斗筒身逆时针旋转时关闭。

6.一种随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置施工方法，其特征在于：应用于权利要求1-5中任一项所述的随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置，所述方法包括：

将旋挖钻机与所述随钻跟管桩的扩孔桩底清渣装置相连；

在所述扩孔桩底清渣装置逆时针旋转的同时将所述扩孔桩底清渣装置竖直放入所述管桩内腔的直至到达岩土渣表面；以及，利用所述旋挖钻机的动力装置顺时针旋转所述清孔钻斗，以使所述清孔钻斗侧壁包括所述钢丝清渣球的刮刷装置在所述清孔钻斗旋转的过程中分别向前后和左右移动，带动所述钢丝清渣球刮刷附着在所述钻孔内腔管壁上的岩土渣；以及，竖直向下推动所述清孔钻斗以使所述钻孔下部的岩土渣进入所述清孔钻斗内部，当所述清孔钻斗内部岩土渣的体积大于预设体积阈值时，反转关闭所述清孔钻斗以关闭进土入口的同时将所述清孔钻斗从所述管桩的内腔中拔出；

通过所述旋挖钻机上提所述清孔钻斗直至所述清孔钻斗到达顶部的门阀顶针，以使所述清渣钻斗底部的入土板打开；以及，倾倒所述清孔钻斗内部的岩土渣，合上所述清孔钻斗底部的入土板，将所述清孔钻斗再一次下放至所述管桩的内腔中以完成下一次的清渣过程，直至所述清孔钻斗到达所述管桩桩底的岩面处；

从所述管桩的内腔中提出所述清渣钻斗，拔出所述清孔钻斗底部可伸缩扩口刮板的销子，再次将所述清孔钻斗放入所述管桩的内腔并使所述清孔钻斗所述管桩桩底的岩面处；

顺时针旋转所述清孔钻斗，以使可伸缩扩口刮板在所述管桩的桩底沉渣的作用下张开，并通过所述可伸缩扩口刮板尖端刮走所述桩靴外部的岩土渣；

以及，在所述桩靴外部的岩土渣沿着所述可伸缩扩口刮板进入所述清孔钻斗底部的入土口的同时，所述可伸缩扩口刮板将所述管桩底部的锥形坑中的岩土渣清出，直至所述清孔钻斗内部的岩土渣被清除。

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