CN207525755U - 一种复合材料桩锚支护装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于土木建筑基坑施工技术领域，涉及一种复合材料桩锚支护装置，紧固螺母的内端与应力扩散盘咬合相连，格构式钢垫分别与应力扩散盘和双腹板型复合材料腰梁相连；对中支架分别与锚杆孔和锚杆杆体相连，使锚杆杆体位于锚杆孔中央；锚杆孔内注有注浆体，锚杆孔四周为桩间土；双腹板型复合材料腰梁由复合材料腰梁上翼缘、复合材料腰梁下翼缘和两块复合材料腰梁腹板组成箱形截面，主筋和螺旋箍筋采用扎丝进行绑扎连接，灌注桩的桩端安装冠梁，钢垫片分别与螺栓和复合材料腰梁腹板相连；便于人工装配操作，施工安全便捷，降低运维费用，延长使用寿命，抗电磁干扰能力强、可循环使用，生产成本低，推广应用潜力大。
Description
技术领域：
本实用新型属于土木建筑基坑施工技术领域，涉及一种新型复合材料桩锚支护装置，通过使用新型、轻质、高强、节能、环保的非金属材料制作的灌注桩、锚杆以及腰(冠)梁，形成一套全新的桩锚支护体系。
背景技术：
目前，基坑支护方式主要有排桩支护、桩锚、桩撑、地下连续墙、钢板桩、水泥土挡墙及土钉墙等，这些支护方法存在钢材耗费多、抗腐蚀差、污染环境、需要大型施工机械等缺点。为简化施工工艺，保障施工与基坑使用安全，实现资源再利用与可持续发展，在基坑工程中探索采用新型支护材料与支护方法一直是业界努力的目标。玻璃纤维增强复合材料(glass fiberreinforcedpolymer，简称GFRP)与钢材相比，因其具有工程造价低、抗拉强度高、抗腐蚀性强、松弛性低、抗电磁干扰性强等特点，已得到土木工程界的广泛关注。传统桩锚支护结构采用钢筋锚杆(索)、型钢腰梁取代基坑支护内支撑，给支护排桩提供锚拉力，以减小支护排桩的位移与内力，并将基坑的变形控制在允许的范围内，支护体系其一般由钢筋、混凝土或型钢等材料制成，而这些组成材料易腐蚀、不能重复使用，耐久性差、浪费资源造成环境污染，由此可见，寻求一种新型且先进的桩锚支护装置势在必行，在基坑支护中采用玻璃纤维复合材料桩锚支护结构，既能节约钢材，保护环境，又能从根本上解决构件腐蚀问题，降低结构的运维费用，延长结构使用寿命，尤其是城市地铁隧道施工时，在围护桩的盾构机进洞位置采用玻璃纤维筋代替钢筋，盾构机进洞时可以直接切削围护桩掘进，从而避免了事前切断钢筋与凿除洞门的工作，不但可以简化施工工艺，加快施工进度，减少施工风险，降低成本，而且能够减少对围护桩后土体的扰动；而且通过改进工艺，对新型桩锚支护实现可拆卸式施工模式，还能实现腰梁的循环利用，降低工程成本。因此，对新型复合材料桩锚支护装置开发利用的意义重大。
发明内容：
本实用新型的发明目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种复合材料桩锚支护装置，在基坑支护中采用玻璃纤维复合材料桩锚支护结构，既能节约钢材，保护环境，又能从根本上解决构件腐蚀问题，降低结构的运维费用，延长结构使用寿命。
为了实现上述目的，本实用新型所述复合材料桩锚支护装置的主体结构包括锚杆杆体、紧固螺母、应力扩散盘、格构式钢垫、桩间土、锚杆孔、对中支架、注浆体、双腹板型复合材料腰梁、灌注桩、主筋、螺旋箍筋、冠梁、内套筒、螺栓和钢垫片；锚杆杆体为玻璃纤维增强聚合物(GFRP)全螺纹实心结构；紧固螺母和应力扩散盘采用GFRP材料制成，尺寸与锚杆杆体配套，均以螺纹连接的方式与锚杆杆体相连，紧固螺母呈六边形，应力扩散盘呈圆盘状，紧固螺母的内端与应力扩散盘咬合相连，能够提供足够的锚固力；格构式钢垫由一块上翼钢板、一块下翼钢板和两块楔形钢板焊接而成的三棱柱体结构，格构式钢垫的中间预留孔洞，以便锚杆杆体通过，格构式钢垫分别与应力扩散盘和双腹板型复合材料腰梁相连；三角状结构的对中支架采用GFRP材料制成，其中心部位形成锚杆杆体的贯通圆孔，对中支架分别与锚杆孔和锚杆杆体相连，使锚杆杆体位于锚杆孔中央；锚杆孔内注有注浆体，锚杆孔四周为桩间土；双腹板型复合材料腰梁由复合材料腰梁上翼缘、复合材料腰梁下翼缘和两块复合材料腰梁腹板组成箱形截面，所用的复合材料为GFRP材料，通过模具经拉挤、固化一次成型，其截面尺寸根据设计要求灵活定制，复合材料腰梁上翼缘和复合材料腰梁下翼缘制有贯通的孔洞，使锚杆杆体从孔洞穿过，双腹板型复合材料腰梁将作用于围护结构上的水、土压力传递给锚杆杆体，并使各锚杆杆体的应力通过双腹板型复合材料腰梁得到均匀分配，而且双腹板型复合材料腰梁选用箱形截面，不仅能提高构件的整体稳定性和局部稳定性，还能为腰梁的连接和安装提供方便；灌注桩通过现场浇筑商品混凝土制成，灌注桩内部的主筋和螺旋箍筋均由GFRP材料制成，主筋和螺旋箍筋采用扎丝进行绑扎连接，灌注桩的截面尺寸和桩长、主筋和螺旋箍筋的截面形态和直径根据设计要求确定，其作用是保证建(构)筑物、管线及道路安全，在基坑开挖过程中及基坑的使用期间，维持临空面的土体稳定，减少结构变形，确保施工安全；灌注桩的桩端安装冠梁，冠梁经现场绑扎GFRP筋笼并浇筑混凝土制成，冠梁上预留孔洞便于锚杆杆体自由通过；当双腹板型复合材料腰梁长度不够，采用内套筒将两块双腹板型复合材料腰梁进行连接，保证双腹板型复合材料腰梁的连接点位于两锚杆中间；内套筒由4毫米厚的热轧钢板焊接而成的长方体结构，内套筒的长度为1米，其横截面略小于双腹板型复合材料腰梁的空腔截面，确保内套筒能够从双腹板型复合材料腰梁的空腔内自由穿过，同时内套筒与复合材料腰梁腹板的接触面预留孔洞，以便螺栓通过，采用内套筒连接的双腹板型复合材料腰梁能够获得较高的连接强度、刚度和稳定性，满足腰梁的使用要求；钢垫片分别与螺栓和复合材料腰梁腹板相连，用于均匀分散应力。
本实用新型实现桩锚支护的具体过程为：
(1)按照实际设计要求将主筋和螺旋箍筋绑扎成钢筋笼，绑扎时螺旋箍筋缠绕于主筋并在交叉处用扎丝进行绑扎固定，将钢筋笼放入预先设置的灌注桩桩孔内并浇筑混凝土制成灌注桩，灌注桩采用隔桩施工，并在灌注混凝土24小时后进行临桩施工；待灌注桩达到设计要求的养护时间28天，或桩身混凝土强度达到设计抗压强度的75％，在灌注桩桩头位置施做冠梁，冠梁施工时预留孔洞以便于锚杆杆体自由通过；
(2)待冠梁养护28天或冠梁混凝土强度达到设计抗压强度的75％后，标明锚杆的开孔位置，然后进行土石方开挖，当土石方开挖至锚杆开孔位置以下0.5m时，用钻机在桩间土上钻进制成锚杆孔，锚杆孔的深度和直径由锚固力控制，此时要严格校验钻机的倾角及方位角，并保证钻机平台稳固；
(3)先将对中支架间隔安装在锚杆杆体的外表面，用扎丝进行固定，对中支架的间距根据锚杆杆体的长度确定，对中支架的间距不大于2米；再将安装有对中支架的锚杆杆体人工送入入锚杆孔内，保证锚杆杆体平行伸直不发生扭曲，并将外接的注浆管和排气管接入锚杆孔的底端；
(4)用注浆泵将纯水泥浆沿注浆管注入，注浆采用二次注浆工艺，水灰比为0.5～0.55，水泥采用425普通硅酸盐水泥，第一次注浆压力为0.5～0.8MPa，第二次注浆压力为1.0～2.0MPa，并且二次注浆在一次注浆形成的注浆体强度达到5.0MPa后进行；
(5)注浆体的强度达到设计强度的80％后，在冠梁伸出的锚杆杆体上安装格构式钢垫，格构式钢垫预先由厚度均为2cm的一块上翼钢板、一块下翼钢板和两块楔形钢板焊接而成；然后在锚杆杆体上依次安装应力扩散盘和紧固螺母，应力扩散盘紧贴格构式钢垫的上翼钢板，通过拧紧紧固螺母使锚固力达到设计要求，为获得更大的锚固力，可根据实际需要将若干个紧固螺母串联在一起；
(6)冠梁上的锚杆施工完成后，同样将土石方开挖至第二锚杆开孔位置以下0.5m时，标明第二层锚杆的开孔位置，重复步骤(2)、(3)、(4)；
(7)根据锚杆锚固力的大小和锚杆的位置确定双腹板型复合材料腰梁的截面尺寸，在复合材料腰梁上翼缘的中心和复合材料腰梁下翼缘钻孔，确保锚杆杆体能够从双腹板型复合材料腰梁的上翼缘和下翼缘自由穿过，其中，双腹板型复合材料腰梁孔位包括腰梁与内套筒的连接孔以及腰梁与锚杆的连接孔，腰梁与锚杆连接孔的直径为50cm，腰梁与内套筒连接孔的孔径为20cm；
(8)人工安装双腹板型复合材料腰梁，将双腹板型复合材料腰梁抬至坑壁前摆放，使锚杆杆体穿过复合材料腰梁下翼缘和复合材料腰梁上翼缘，安装时复合材料腰梁下翼缘应密贴排桩，必要时可用垫板或其它填充材料进行找平；再在复合材料腰梁上翼缘上从内向外依次安装上安装格构式钢垫、应力扩散盘和紧固螺母，安装与固定方法与步骤(5)相同；双腹板型复合材料腰梁安装后需要检查其与灌注桩、格构式钢垫间是否为平面接触，不允许点接触；
(9)将内套筒放入已经安装好的双腹板型复合材料腰梁一端，移动内套筒筒身，使内套筒的连接孔和双腹板型复合材料腰梁连接孔对应，插入螺栓将其紧密连接，使套筒定位，钢垫片位于螺栓和复合材料腰梁腹板之间，具有分散应力的作用。
(10)重复步骤(6)、(7)、(8)、(9)，按设计要求将基坑开挖到底，在进行地下结构施工的过程中，根据地下结构主体施工进度分步进行，当结构楼板的设计强度达到混凝土强度设计值的75％时，逐渐松动紧固螺母，切断锚杆，完成双腹板型复合材料腰梁的拆卸，进行下一循环使用。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：一是采用玻璃纤维增强复合材料制成的腰梁、桩体骨架、冠梁骨架和锚杆，抗拉强度高、自重轻、显著提高基坑支护整体稳定性，便于人工装配操作，减少现场大型施工吊装机械的使用，施工安全便捷；二是玻璃纤维增强复合材料锚杆及桩体骨架有较强抗腐蚀性,可以在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中长期使用,可降低结构的运维费用，延长结构的使用寿命；三是不同于传统钢筋，玻璃纤维增强复合材料的锚杆和桩体骨架为非磁体，抗电磁干扰能力强，所以能减少在基坑施工监测与后期使用过程中的电磁波或信号干扰，利于施工与使用安全；四是特制的连接装置使得腰梁能够拆卸，实现了腰梁的循环使用，利于可持续发展；五是特制的格构式钢垫增大锚具与GFRP腰梁的接触面积，减少应力集中，防止腰梁发生剪切破坏；六是玻璃纤维增强复合材料筋的抗剪切性能差，GFRP筋混凝土灌注桩容易被盾构机切削，便于提高盾构机进洞时的施工效率；七是玻璃纤维增强复合材料由于其低碳、环保、自重轻、可循环使用，会产生综合经济效益及环境效益，生产成本低，推广应用潜力大。
附图说明：
图1为本实用新型所述复合材料桩锚支护装置总剖面图。
图2为本实用新型所述复合材料桩锚支护装置剖面详图。
图3为本实用新型所述复合材料桩锚支护装置1-1截面结构原理图。
图4为本实用新型所述复合材料桩锚支护装置2-2截面结构原理图。
图5为本实用新型所述灌注桩结构示意图。
图6为本实用新型所述内套筒连接结构原理示意图。
图7为本实用新型所述锚杆锚固装置结构原理示意图。
图8为本实用新型所述格构式钢垫结构原理示意图，其中(a)为主视图，(b)为俯视图。
图9本实用新型所述对中支架结构原理示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本实用新型做进一步说明。
实施例：
本实施例所述复合材料桩锚支护装置的主体结构包括锚杆杆体1、紧固螺母2、应力扩散盘3、格构式钢垫4、桩间土5、锚杆孔6、对中支架7、注浆体8、双腹板型复合材料腰梁9、灌注桩13、主筋14、螺旋箍筋15、冠梁16、内套筒17、螺栓18和钢垫片19；锚杆杆体1为玻璃纤维增强聚合物(GFRP)全螺纹实心结构；紧固螺母2和应力扩散盘3采用GFRP材料制成，尺寸与锚杆杆体1配套，均以螺纹连接的方式与锚杆杆体1相连，紧固螺母2呈六边形，应力扩散盘3呈圆盘状，紧固螺母2的内端与应力扩散盘3咬合相连，能够提供足够的锚固力；格构式钢垫4由一块上翼钢板20、一块下翼钢板22和两块楔形钢板21焊接而成的三棱柱体结构，格构式钢垫4的中间预留孔洞，以便锚杆杆体1通过，格构式钢垫4分别与应力扩散盘3和双腹板型复合材料腰梁9相连；三角状结构的对中支架7采用GFRP材料制成，其中心部位形成锚杆杆体1的贯通圆孔，对中支架7分别与锚杆孔6和锚杆杆体1相连，使锚杆杆体1位于锚杆孔6中央；锚杆孔6内注有注浆体8，锚杆孔6四周为桩间土5；双腹板型复合材料腰梁9由复合材料腰梁上翼缘10、复合材料腰梁下翼缘11和两块复合材料腰梁腹板12组成箱形截面，所用的复合材料为GFRP材料，通过模具经拉挤、固化一次成型，其截面尺寸根据设计要求灵活定制，复合材料腰梁上翼缘10和复合材料腰梁下翼缘11制有贯通的孔洞，使锚杆杆体1从孔洞穿过，双腹板型复合材料腰梁9将作用于围护结构上的水、土压力传递给锚杆杆体1，并使各锚杆杆体1的应力通过双腹板型复合材料腰梁9得到均匀分配，而且双腹板型复合材料腰梁9选用箱形截面，不仅能提高构件的整体稳定性和局部稳定性，还能为腰梁的连接和安装提供方便；灌注桩13通过现场浇筑商品混凝土制成，灌注桩13内部的主筋14和螺旋箍筋15均由GFRP材料制成，主筋14和螺旋箍筋15采用扎丝进行绑扎连接，灌注桩13的截面尺寸和桩长、主筋14和螺旋箍筋15的截面形态和直径根据设计要求确定，其作用是保证建(构)筑物、管线及道路安全，在基坑开挖过程中及基坑的使用期间，维持临空面的土体稳定，减少结构变形，确保施工安全；灌注桩13的桩端安装冠梁16，冠梁16经现场绑扎GFRP筋笼并浇筑混凝土制成，冠梁16上预留孔洞便于锚杆杆体1自由通过；当双腹板型复合材料腰梁9长度不够，采用内套筒17将两块双腹板型复合材料腰梁9进行连接，保证双腹板型复合材料腰梁9的连接点位于两锚杆中间；内套筒17由4毫米厚的热轧钢板焊接而成的长方体结构，内套筒17的长度为1米，其横截面略小于双腹板型复合材料腰梁9的空腔截面，确保内套筒17能够从双腹板型复合材料腰梁9的空腔内自由穿过，同时内套筒17与复合材料腰梁腹板12的接触面预留孔洞，以便螺栓18通过，采用内套筒17连接的双腹板型复合材料腰梁9能够获得较高的连接强度、刚度和稳定性，满足腰梁的使用要求；钢垫片19分别与螺栓18和复合材料腰梁腹板12相连，用于均匀分散应力。
本实施例实现桩锚支护的具体过程为：
(1)按照实际设计要求将主筋14和螺旋箍筋15绑扎成钢筋笼，绑扎时螺旋箍筋15缠绕于主筋14并在交叉处用扎丝进行绑扎固定，将钢筋笼放入预先设置的灌注桩桩孔内并浇筑混凝土制成灌注桩13，灌注桩13采用隔桩施工，并在灌注混凝土24小时后进行临桩施工；待灌注桩13达到设计要求的养护时间28天，或桩身混凝土强度达到设计抗压强度的75％，在灌注桩13桩头位置施做冠梁16，冠梁16施工时预留孔洞以便于锚杆杆体1自由通过；
(2)待冠梁16养护28天或冠梁混凝土强度达到设计抗压强度的75％后，标明锚杆的开孔位置，然后进行土石方开挖，当土石方开挖至锚杆开孔位置以下0.5m时，用钻机在桩间土5上钻进制成锚杆孔6，锚杆孔6的深度和直径由锚固力控制，此时要严格校验钻机的倾角及方位角，并保证钻机平台稳固；
(3)先将对中支架7间隔安装在锚杆杆体1的外表面，用扎丝进行固定，对中支架7的间距根据锚杆杆体1的长度确定，对中支架的间距不大于2米；再将安装有对中支架7的锚杆杆体1人工送入入锚杆孔6内，保证锚杆杆体1平行伸直不发生扭曲，并将外接的注浆管和排气管接入锚杆孔6的底端；
(4)用注浆泵将纯水泥浆沿注浆管注入，注浆采用二次注浆工艺，水灰比为0.5～0.55，水泥采用425普通硅酸盐水泥，第一次注浆压力为0.5～0.8MPa，第二次注浆压力为1.0～2.0MPa，并且二次注浆在一次注浆形成的注浆体8强度达到5.0MPa后进行；
(5)注浆体8的强度达到设计强度的80％后，在冠梁16伸出的锚杆杆体1上安装格构式钢垫4，格构式钢垫4预先由厚度均为2cm的一块上翼钢板20、一块下翼钢板22和两块楔形钢板21焊接而成；然后在锚杆杆体1上依次安装应力扩散盘3和紧固螺母2，应力扩散盘3紧贴格构式钢垫4的上翼钢板20，通过拧紧紧固螺母2使锚固力达到设计要求，为获得更大的锚固力，可根据实际需要将若干个紧固螺母2串联在一起；
(6)冠梁16上的锚杆施工完成后，同样将土石方开挖至第二锚杆开孔位置以下0.5m时，标明第二层锚杆的开孔位置，重复步骤(2)、(3)、(4)；
(7)根据锚杆锚固力的大小和锚杆的位置确定双腹板型复合材料腰梁9的截面尺寸，在复合材料腰梁上翼缘10的中心和复合材料腰梁下翼缘11钻孔，确保锚杆杆体1能够从双腹板型复合材料腰梁9的上翼缘10和下翼缘11自由穿过，其中，双腹板型复合材料腰梁9孔位包括腰梁与内套筒的连接孔以及腰梁与锚杆的连接孔，腰梁与锚杆连接孔的直径为50cm，腰梁与内套筒17连接孔的孔径为20cm；
(8)人工安装双腹板型复合材料腰梁9，将双腹板型复合材料腰梁9抬至坑壁前摆放，使锚杆杆体1穿过复合材料腰梁下翼缘11和复合材料腰梁上翼缘10，安装时复合材料腰梁下翼缘11应密贴排桩，必要时可用垫板或其它填充材料进行找平；再在复合材料腰梁上翼缘10上从内向外依次安装上安装格构式钢垫4、应力扩散盘3和紧固螺母2，安装与固定方法与步骤(5)相同；双腹板型复合材料腰梁9安装后需要检查其与灌注桩13、格构式钢垫4间是否为平面接触，不允许点接触；
(9)将内套筒17放入已经安装好的双腹板型复合材料腰梁9一端，移动内套筒17筒身，使内套筒的连接孔和双腹板型复合材料腰梁9连接孔对应，插入螺栓18将其紧密连接，使套筒定位，钢垫片19位于螺栓18和复合材料腰梁腹板12之间，具有分散应力的作用。
(10)重复步骤(6)、(7)、(8)、(9)，按设计要求将基坑开挖到底，在进行地下结构施工的过程中，根据地下结构主体施工进度分步进行，当结构楼板的设计强度达到混凝土强度设计值的75％时，逐渐松动紧固螺母2，切断锚杆，完成双腹板型复合材料腰梁9的拆卸，进行下一循环使用。
本实施例所述双腹板型复合材料腰梁9沿水平方向是连续的，当双腹板型复合材料腰梁9的长度不够，对其采用内套筒17进行连接，保证双腹板型复合材料腰梁9的连接点位于两锚杆中间；土石方开挖时，宜进行分段、分层对称开挖，以减小围护结构的变形，基坑开挖严格等到水位下降到开挖面以下0.5m后进行，冠梁16处的锚杆要及时施工并施加锚固力，保证基坑稳定；锚索间距及角度的精准测量是复合材料腰梁现场安装施工最关键工序，锚杆间距采用钢卷尺测量，为保证精度要求，采用往返测量方法；锚杆的倾角采用水平倾角测量仪进行测量。
Claims (1)
1.一种复合材料桩锚支护装置，其特征在于主体结构包括锚杆杆体、紧固螺母、应力扩散盘、格构式钢垫、桩间土、锚杆孔、对中支架、注浆体、双腹板型复合材料腰梁、灌注桩、主筋、螺旋箍筋、冠梁、内套筒、螺栓和钢垫片；锚杆杆体为GFRP全螺纹实心结构；紧固螺母和应力扩散盘尺寸与锚杆杆体配套，均以螺纹连接的方式与锚杆杆体相连，紧固螺母呈六边形，应力扩散盘呈圆盘状，紧固螺母的内端与应力扩散盘咬合相连；格构式钢垫由一块上翼钢板、一块下翼钢板和两块楔形钢板焊接而成的三棱柱体结构，格构式钢垫的中间预留孔洞，格构式钢垫分别与应力扩散盘和双腹板型复合材料腰梁相连；三角状结构的对中支架中心部位形成锚杆杆体的贯通圆孔，对中支架分别与锚杆孔和锚杆杆体相连，锚杆孔内注有注浆体，锚杆孔四周为桩间土；双腹板型复合材料腰梁由复合材料腰梁上翼缘、复合材料腰梁下翼缘和两块复合材料腰梁腹板组成箱形截面，其截面尺寸根据设计要求灵活定制，复合材料腰梁上翼缘和复合材料腰梁下翼缘制有贯通的孔洞，灌注桩通过现场浇筑商品混凝土制成，灌注桩内部的主筋和螺旋箍筋采用扎丝进行绑扎连接，灌注桩的桩端安装冠梁，冠梁经现场绑扎GFRP筋笼并浇筑混凝土制成，冠梁上预留孔洞；当双腹板型复合材料腰梁长度不够，采用内套筒将两块双腹板型复合材料腰梁进行连接，内套筒由4毫米厚的热轧钢板焊接而成长方体结构，内套筒的长度为1米，其横截面小于双腹板型复合材料腰梁的空腔截面，内套筒与复合材料腰梁腹板的接触面预留孔洞，钢垫片分别与螺栓和复合材料腰梁腹板相连。
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| CN110409462A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-11-05 | 成都大学 | 一种基坑支护加固方法及基坑支护系统 |
| CN110441145A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-11-12 | 青岛理工大学 | 一种隧道衬砌混凝土耐久性试验方法 |
| CN111749249A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-10-09 | 牛斌 | 一种在基坑内部保护既有建筑物的围护结构施工方法 |
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