JP2014169526A - 鋼管矢板圧入方法および圧入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の打設工法では、作業現場における騒音あるいは振動の発生という課題がある。従来の静圧圧入工法では、打設に際する圧入圧力には限界があるので、硬質地盤では鋼管矢板を圧入できないという課題がある。
【解決手段】
外周に継ぎ手を有する鋼管矢板の内側に、下部周縁に位置する掘削体を設けたケーシングを上方から挿入し、ケーシングの上部を固定しているチャック装置を回転駆動装置により駆動回転させて、ケーシング内に土砂を残したままケーシングの掘削体で地盤を掘緩めながら、前記掘削体および掘削体を放射方向に出入りさせる出入り機構の回転方向の上手側のケーシングの内周面に設けたスパイラルにより掘緩めた地盤に前記鋼管矢板を圧入する鋼管矢板圧入方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、外周に継ぎ手を設けた鋼管矢板の圧入方法および圧入装置に係るものである。

従来、継ぎ手を設けた鋼管矢板の上部を叩いて行う打設工法は、公知である（特許文献１）。
また、従来、ケーシング内に掘削ヘッドを挿入し、この掘削ヘッドによりケーシング内を掘削排土し、このケーシングの外周の鋼管矢板を地盤に静圧圧入する中掘圧入工法は、公知である（特許文献２）。

特開２０１１ー２０２４５０号公報 特開２００４−１１１０２号公報

公知例のうちの前者の打設工法では、作業現場における騒音あるいは振動の発生という課題がある。
前記公知例のうち中掘静圧圧入工法では、打設に際する圧入圧力には限界があるので、硬質地盤では鋼管矢板を圧入できないという課題がある。
また、公知の中掘圧入工法では、ケーシング内を掘削により発生した残土の排出処理が必要となるという課題がある。
残土の処理は、大変であり、費用が嵩み、鋼管矢板の設置コストを上昇させる。
本願は、鋼管矢板を圧入する方法を工夫し、掘削残土を発生させずに、硬質地盤での鋼管矢板の圧入作業も可能にするようにしたものである。

請求項１の発明は、外周に継ぎ手を有する鋼管矢板の内側に、下部周縁に位置する掘削体を設けたケーシングを上方から挿入し、ケーシングの上部を固定しているチャック装置を回転駆動装置により駆動回転させて、ケーシング内に土砂を残したままケーシングの掘削体で地盤を掘緩めながら、前記掘削体および掘削体を放射方向に出入りさせる出入り機構の回転方向の上手側のケーシングの内周面に設けたスパイラルにより掘緩めた地盤に前記鋼管矢板を圧入する鋼管矢板圧入方法としたものである。
請求項２の発明は、ケーシングの下部周縁の所定位置に、該ケーシングの放射方向に出入り自在に設けられた掘削体と、該掘削体および該掘削体を放射方向に出入りさせる出入り機構の回転方向の上手側のケーシングの内周面に設けた、ケーシング内の地盤を掘緩めるスパイラルと、前記ケーシングの上部内周にチャックするチャック装置と、該チャック装置に接続して前記ケーシングを前記掘削体と共に駆動回転する回転駆動装置と、前記ケーシングの外周に嵌合させる、外周に継ぎ手を有する鋼管矢板と、該鋼管矢板の下部をチャックする鋼管用チャック装置および鋼管矢板を圧入する鋼管圧入用シリンダを有する圧入装置とからなる鋼管矢板圧入装置としたものである。
請求項３の発明は、前記スパイラルは、該スパイラルの翼縁が前記掘削体および掘削体の出入りさせる出入り機構よりも前記ケーシングの放射方向の内側に位置させた鋼管矢板圧入装置としたものである。
請求項４の発明は、前記スパイラルはケーシングの内径と同幅の単板部材により形成し、該スパイラルの両縁を、一対の前記掘削体および掘削体の出入りさせる出入り機構の回転方向の上手側のケーシングの内周面に、固定して設けた鋼管矢板圧入装置としたものである。

請求項１の発明では、ケーシング４内に土砂を残したまま、ケーシング４の周縁下方を掘削体３で掘緩めているので、掘削残土を発生させずに鋼管矢板２を圧入でき、しかも、ケーシング４の周縁下方は掘削体３で掘緩められているから、鋼管矢板２の圧入圧力も従来に比し低くでき、圧入作業を容易にできるだけでなく、硬質地盤の作業も可能となって、作業可能範囲を広げることができる。
ケーシング４の内周面に設けたスパイラル３３によりケーシング４内の地盤を掘緩めるので、鋼管矢板を圧入するスパイラル３３の回転による貫入力を得て鋼管矢板を圧入することができ、また、掘削体３および掘削体３を放射方向に出入りさせる出入り機構に掛かる土砂圧力をスパイラル３３が支持しながら圧入作業を行って保護することができる。
請求項２の発明では、ケーシング４の内周面に設けたスパイラル３３によりケーシング４内の地盤を掘緩めるので、スパイラル３３の回転による貫入力により鋼管矢板を容易に圧入することができ、また、スパイラル３３が掘削体３を保護するので、耐久性を向上させることができる。
請求項３の発明では、スパイラル３３の翼縁が掘削体３よりもケーシング４の内側に位置させているので、スパイラル３３が掘削体３を保護して、耐久性を向上させることができる。
請求項４の発明では、単板部材であるスパイラル３３の両縁をケーシング４の内周面に固定しているので、ケーシング４の直径方向において掘削体および掘削体の出入りさせる出入り機構全体をスパイラル３３がカバーすることができ、一層、掘削体および掘削体の出入りさせる出入り機構の保護を確実にすることができる。

鋼管矢板圧入装置の側面図。 設置済み鋼管矢板の平面図。 回転駆動装置の側面図。 掘削体の側面図。 圧入装置の側面図。 同概略平面図。 ケーシングの正面図。 同平面図。 同斜視図。 ケーシング内に設けたスパイラルの他の実施例の側面図。 同正面図。 同平面図。 同斜視図。

本発明は、少なくとも、一対の継ぎ手１を有する鋼管矢板２の圧入工法に関するものであり、該圧入方法および該方法を実施する装置の例を図により説明する。
前記継ぎ手１は前記鋼管矢板２を相互に連結するものであればよく、図２に一例を示すが、継ぎ手１の形状および数等は本願の要件ではない。
鋼管矢板２の内側には下部に掘削体（掘削ビット）３を有するケーシング４を上方から挿入する。ケーシング４は、鋼管矢板２内に上方から挿入しうる外径に形成する。

次に、ケーシング４を回転させることにより、掘削体３をケーシング４と一体回転させてケーシング４の周縁下方の地盤を掘緩め（掘崩し）ながら、ケーシング４を地盤に静圧圧入させる。
即ち、単に、ケーシング４を圧入すると、土砂抵抗が発生して相当の圧入圧力を必要とするが、予め、掘削体３によりケーシング４の周縁下方の地盤を掘緩めているので、圧入圧力を軽減させて圧入作業を行える。

掘削体３は、ケーシング４の周縁下方から鋼管矢板２の周縁下方までの地盤を掘緩められるように、ケーシング４の内周よりも内側に位置する内周位置から外周を越えて鋼管矢板２の周縁下方および継ぎ手１の周縁下方までの間出入り自在構成とし、ケーシング４の周縁下方から継ぎ手１の周縁下方までの地盤を掘緩めるように構成する。

この場合、継ぎ手１は鋼管矢板２の一部外周に設けられているだけであるので（図２）、前記掘削体３は、継ぎ手１の下方の部分だけを掘緩められるように構成すると、不必要に鋼管矢板２の周辺の地盤を崩さないですみ、地盤強度を低下させず、好適である。
例えば、継ぎ手１の下方手前位置から鋼管矢板２の外径を越えて継ぎ手１の下方まで突出拡大して地盤を掘緩め、継ぎ手１の下方の部分を通過すると、鋼管矢板２の外径周縁下方位置に一旦退避して掘緩め、次の、継ぎ手１の下方で突出拡大して地盤を掘緩め、これを反復する。

上記の掘削体３による掘緩めは、地盤の硬さ、湿り気等の諸条件により、鋼管矢板２とケーシング４を圧入できる程度に行うとよい。
即ち、掘削体３は、継ぎ手１と鋼管矢板２とケーシング４のそれぞれの周縁下方だけを掘緩め、ケーシング４内の土砂を排出させないでケーシング４内に残したまま、鋼管矢板２を圧入させて、鋼管矢板２内を土砂で充填することにより、鋼管矢板２の起立姿勢の耐力を向上させ、さらに、鋼管矢板２の周囲の地盤を必要以上に掘緩めずにすみ、この点でも、起立姿勢の保持強度を向上させられる。

したがって、軟弱地盤で鋼管矢板２の圧入が容易な場合には、継ぎ手１に向けて掘削体３を突出させなくてもすむ場合がある一方で、硬質地盤の場合では、継ぎ手１の下方を掘削体３により掘緩めることで、鋼管矢板２の圧入作業を可能にすることがあり、掘削体３を出入りさせることで、作業範囲を広げられる。

なお、ケーシング４による圧入掘緩め作業と、鋼管矢板２の圧入作業の順序は任意であり、ケーシング４による圧入掘緩め作業と鋼管矢板２の圧入作業とをほぼ同時に行ってもよく、また、ケーシング４による圧入掘緩め作業を鋼管矢板２の圧入作業に先行させて行ってもよい。

また、ケーシング４は自重および掘削体３の掘緩めで圧入させても良い。
以下、具体的に実施例を説明すると、図１において、１０は地上走行車であり、走行装置（クローラ）１１の上方にテーブル１２を設ける。テーブル１２に設けたステー１４の先端にはリーダー１５を装着する。リーダー１５には上下動自在に上下支持部１６を取付け、上下支持部１６には吊設体１７の上部を取付け、吊設体１７の下部には回転駆動装置２０を設ける。

回転駆動装置２０は、モーターにより構成し、回転駆動装置２０の回転出力軸２１は下方に突出させて、回転出力軸２１によりチャック装置２２を回転するように設ける。チャック装置２２はチャック体２３をケーシング４の内周に当接させて固定し、回転駆動装置２０の駆動によりケーシング４を駆動回転させる。

チャック装置２２の構成は、回転駆動装置２０の駆動力をケーシング４に伝達するように、回転出力軸２１とケーシング４を固定状態に連結させられればよい。２４はチャック体２３を出入りさせる楔状のガイド体、２５はチャック体２３を上下させるチャック用シリンダ、２６はチャック用フレームであり、前記回転出力軸２１に取付ける。

前記ケーシング４の下部には、掘削体３を放射方向に出入り自在に設ける。掘削体３はケーシング４の下部内周に設けた取付部２８に軸２９により回動自在に取付ける。掘削体３には出入り用シリンダ３０のロッド３１を取付け、出入り用シリンダ３０の上部はケーシング４の内周に設けたシリンダ取付部３２に固定状態に取付ける。

掘削体３はケーシング４の下端周縁の下方の地盤を掘削するのに必要な強度を確保しつつ、ケーシング４の直径方向の厚さおよび回転方向の幅を小さく形成する。
即ち、掘削体３が、不必要に鋼管矢板２の周辺の地盤を崩さないようにすると共に、鋼管矢板２内に土砂を残して排土工程を省略するために、小型に形成する。

前記リーダー１５の下部には、鋼管矢板２を圧入する圧入装置４０を設ける。圧入装置４０は四角枠形状の支持フレーム４１に支脚４２を設けて地盤上に設置する。支持フレーム４１は左右の左右フレーム４３と前後フレーム４４とにより構成する。

前記支持フレーム４１には、鋼管矢板２を固定する鋼管用チャック装置５０を設ける。鋼管用チャック装置５０はチャック用フレーム５１に鋼管矢板２の外周に当接させて固定するチャック体５２を設ける。５３はチャック体５２を出入りさせる楔状のガイド体、５４はチャック体５２を上下させるチャック用シリンダである。
５５は鋼管用チャック装置５０を上下させる鋼管圧入用シリンダであり、シリンダフレーム５６に吊設している。

鋼管圧入用シリンダ５５は、チャック用フレーム５１を下降させると、鋼管矢板２を圧入させるが、鋼管矢板２を装着していない状態で、チャック用フレーム５１を上昇させると、支持フレーム４１および支脚４２ごと圧入装置４０を持ち上げて、圧入装置４０の運搬移動状態にする。

前記掘削体３および掘削体３を放射方向に出入りさせる出入り機構（出入り用シリンダ３０）の回転方向の上手側のケーシング４の内周面に、ケーシング４内の地盤を掘緩めるスパイラル３３を設ける。

スパイラル３３の下端には掘削ビット３４を設け、掘スパイラル３３の下部および掘削ビット３４はケーシング４の下端より下方に突出させる。スパイラル３３はケーシング４の軸心方向の全長に亘って内周に設けるが、スパイラル３３の上端は、少なくとも、前記掘削体３を放射方向に出入りさせる出入り用シリンダ３０の上部のシリンダ取付部３２より上方に位置させ、掘削体３およびその出入り機構の保護作用も期待する。

スパイラル３３の翼縁３５は、前記掘削体３および掘削体３の出入り機構（出入り用シリンダ３０）よりも前記ケーシング４の放射方向の内側に位置させる。
即ち、スパイラル３３の幅は、掘削体３およびシリンダ３０ならびにシリンダ取付部３２等の出入り機構に掛かる掘削土砂の圧力を抑制しうる幅に形成する。
スパイラル３３は、ケーシング４に一対設けた各掘削体３およびシリンダ３０に夫々対応させて掘削体３の回転方向の上手側のケーシング４内に夫々設ける。

図１０〜図１３はスパイラル３３の他の実施例であり、前記スパイラル３３は、ケーシング４の内径と同幅の単板部材により形成し、スパイラル３３の両縁を、一対の前記掘削体３および掘削体３の出入り機構（出入り用シリンダ３０）の回転方向の上手側のケーシングの内周面に固定して設ける。

（実施例の作用）
地上走行車１０により圧入装置４０を鋼管矢板２の設置現場に運搬し、この圧入装置４０の鋼管用チャック装置５０に別途用意したクレーン（図示省略）により鋼管矢板２を吊設しながら装着してチャック固定する。

次に、図示しないクレーンにより回転駆動装置２０およびチャック装置２２を吊設して上方からケーシング４内に挿入する。
次に、ケーシング４の上部に、チャック装置２２により回転駆動装置２０とケーシング４とを固定状態にして回転駆動装置２０の駆動力が伝達されるようにする。
次に、鋼管矢板２の上方から回転駆動装置２０を装着したケーシング４を挿入する。

なお、ケーシング４の鋼管矢板２への挿入と、ケーシング４への回転駆動装置２０の装着順序は問わない。
ケーシング４の下部には掘削体３を設けているので、回転駆動装置２０によりケーシング４を回転させると、掘削体３が回転してケーシング４の周縁下方の地盤を掘緩め（掘崩し）る。

即ち、予め、掘削体３によりケーシング４の周縁下方の地盤を掘緩めているので、通常の静圧圧入作業に比し、ケーシング４を容易に圧入させられる。
なお、ケーシング４の圧入と並行して鋼管矢板２の圧入作業を行うが、理解を容易にするため、先ず、ケーシング４の圧入作業について説明する。

掘削体３は、ケーシング４の周縁下方の地盤を掘緩められるように、ケーシング４の下端周縁下方に位置させると共に、ケーシング４の外周面を越えた外側部分まで出入り自在に取り付けられているから、掘削体３は地盤の状態に応じてケーシング４の内側周縁下方からケーシング４の外周面を越えた外側部分まで出入り（進退）させて、地盤を掘緩める。

即ち、従来の中掘圧入工法では、ケーシング４の内周内側部分だけを掘削しているから、ケーシング４の内周内側部分には地盤は存在しないが、ケーシング４の周縁下方には地盤が存在し、このケーシング４の周縁下方の地盤の存在により圧入抵抗が増大して圧入できないことがあるが、このような作業現場でも、本願では、予め、掘削体３によりケーシング４の下端周縁下方の地盤を掘緩めることにより、ケーシング４（鋼管矢板２）の圧入作業を可能にする。

また、ケーシング４内の土砂を排出させないで圧入するので、後述する鋼管矢板２内には土砂が残り、鋼管矢板２には内周と外周から土砂抵抗によって支持された状態で起立することになって、特に水平方向からの荷重に対する起立姿勢の耐力を向上させられる。

掘削体３は、ケーシング４の下部内周に設けた取付部２８に軸２９により回動自在に取付け、掘削体３には出入り用シリンダ３０のロッド３１を取付け、出入り用シリンダ３０の上部はケーシング４の内周に固定状態に取付けているので、出入り用シリンダ３０のロッド３１を縮小させると、掘削体３は突出し、出入り用シリンダ３０のロッド３１を伸長させると、掘削体３は引っ込む。

次に、ケーシング４の圧入と同時あるいは圧入後に、鋼管矢板２を圧入装置４０により圧入する。
このとき、例えば、地盤がそれほど硬くないときには、ケーシング４の周縁下方を掘削体３で地盤を掘緩めた後に、圧入装置４０で鋼管矢板２を圧入する。

また、地盤が硬く鋼管矢板２を圧入できないときには、掘削体３を、ケーシング４の周縁下方から鋼管矢板２の周縁下方にまで出入り用シリンダ３０により突出移動させて、回転駆動装置２０によりケーシング４ごと掘削体３を駆動回転させて、鋼管矢板２の周縁下方の地盤を掘緩めてから、鋼管矢板２を圧入する。

また、地盤が硬く鋼管矢板２の圧入の際に、継ぎ手１が変形破損の虞があるときは、掘削体３を継ぎ手１の下方まで移動させて地盤を掘緩めてから、圧入する。
この場合、継ぎ手１の位置を予め設定し、鋼管矢板２の全周の地盤を掘緩めずに、継ぎ手１の下方部分手前にて、放射方向の外側に掘削体３を突出移動させて駆動回転させて、継ぎ手１の下方の地盤だけを掘緩め、一旦、鋼管矢板２の内周内側に退避させ、次の継ぎ手１の下方までケーシング４を回転させ、継ぎ手１の下方部分手前にて、放射方向の外側に掘削体３を突出移動させて掘緩め、これを反復して、鋼管矢板２を圧入すると、不必要な掘緩め作業を不要とし、地盤強度を低下さず、好適である。

さらに、掘削体３による掘り緩め方法は任意であり、地盤の状態によって掘削体３の出入り位置と回転数とケーシング４の下降速度を変更させて行う。
したがって、鋼管矢板２および／または継ぎ手１の周縁下方で掘削体３を一回転のみならず複数回回転させたり、あるいは、鋼管矢板２および／または継ぎ手１の周縁下方で掘削体３を正逆回転させて、掘緩めてもよい。

前記鋼管矢板２の圧入は、鋼管矢板２の外周を圧入装置４０のチャック用シリンダ５４を縮小させてチャック体５２を下降させてチャックし、この状態で、鋼管圧入用シリンダ５５を伸長させて圧入させ、所定距離下降させると、圧入装置４０のチャック体５２は鋼管矢板２を一旦離し、鋼管矢板２の上の部分をチャックして圧入し、これを反復する。

この場合、鋼管矢板２の下端位置と掘削体３との上下関係は任意であるが、継ぎ手１の下方に掘削体３が位置するときには、鋼管矢板２を掘削体３の深さまで圧入せず、継ぎ手１と掘削体３との当接は回避して、破損を防止するように、出入り用シリンダ３０および鋼管圧入用シリンダ５５を制御する。

しかして、ケーシング４の内周面にはスパイラル３３を設けているので、スパイラル３３はケーシング４と共に回転し、ケーシング４内の地盤を掘緩めることができ、鋼管矢板２および／または継ぎ手１の貫入圧力を向上させる。
スパイラル３３の翼縁３５は、前記掘削体３および掘削体３の出入り機構（出入り用シリンダ３０）よりも前記ケーシング４の放射方向の内側に位置させているので、スパイラル３３はケーシング４内の地盤を掘緩めながら下降する際に、掘削体３の回転方向の上手側に位置して、ケーシング４内の掘削体３および掘削体３の出入り機構に掛かる土砂の圧力を支持する。
そのため、掘削体３および掘削体３の出入り機構の破損を防止する。

スパイラル３３の下端には掘削ビット３４を設け、掘スパイラル３３の下部および掘削ビット３４はケーシング４の下端より下方に突出させ、スパイラル３３は掘削体３を放射方向に出入りさせる出入り用シリンダ３０の上部のシリンダ取付部３２の回転方向の上手側に位置して、ケーシング４内の掘削体３に掛かる土砂の圧力を支持する。
そのため、掘削体３およびその出入り機構に掛かる土砂の圧力をスパイラル３３が支持することができ、掘削体３およびその出入り機構（出入り用シリンダ３０）の破損を防止し、耐久性を向上させられる。

図１０〜図１３はスパイラル３３の他の実施例では、スパイラル３３は、ケーシング４の内径と同幅の単板部材により形成し、スパイラル３３の両縁を、一対の前記掘削体３および掘削体３の出入り機構（出入り用シリンダ３０）の回転方向の上手側のケーシングの内周面に固定して設けているので、ケーシング４の直径方向において掘削体および掘削体の出入りさせる出入り機構をスパイラル３３が隙間なくカバーすることができ、一層確実に保護することができる。

また、ケーシング４内のスパイラル３３は単板部材により無孔状態で掘削体および掘削体の出入りさせる出入り機構をカバーするので、岩石詰まり等の不具合発生を未然に防止する。
鋼管矢板２を所定深さまで圧入すると、ケーシング４ごと回転駆動装置２０を吊り上げる。

次に、鋼管圧入用シリンダ５５によりチャック用フレーム５１を上昇させて、圧入装置４０全体を一旦地盤から離し、既設の鋼管矢板２の継ぎ手１に、次の鋼管矢板２の継ぎ手１を合わせられる位置の上方にまで地上走行車１０により圧入装置４０を移動させ、鋼管圧入用シリンダ５５によりチャック用フレーム５１を下降させて、圧入装置４０全体を地盤上面に設置し、鋼管矢板２を圧入装置４０に装着し、前記作業順序による圧入作業を反復して行う。

１…継ぎ手、２…鋼管矢板、３…掘削体、４…ケーシング、１０…地上走行車、１１…クローラー、１２…テーブル、１４…ステー、１５…リーダー、１６…上下支持部、１７…吊設体、２０…回転駆動装置、２１…回転出力軸、２２…チャック装置、２３…チャック体、２４…ガイド体、２５…チャック用シリンダ、２８…取付部、２９…軸、３０…出入り用シリンダ、３１…ロッド、３３…スパイラル、３４…掘削ビット、３５…翼縁、４０…圧入装置、４１…支持フレーム、４２…支脚、４３…左右フレーム、４４…前後フレーム、５０…鋼管用チャック装置、５１…チャック用フレーム、５２…チャック体、５４…チャック用シリンダ、５５…鋼管圧入用シリンダ、５６…シリンダフレーム。

Claims (4)

1. 外周に継ぎ手を有する鋼管矢板の内側に、下部周縁に位置する掘削体を設けたケーシングを上方から挿入し、ケーシングの上部を固定しているチャック装置を回転駆動装置により駆動回転させて、ケーシング内に土砂を残したままケーシングの掘削体で地盤を掘緩めながら、前記掘削体および掘削体を放射方向に出入りさせる出入り機構の回転方向の上手側のケーシングの内周面に設けたスパイラルにより掘緩めた地盤に前記鋼管矢板を圧入する鋼管矢板圧入方法。
2. ケーシングの下部周縁の所定位置に、該ケーシングの放射方向に出入り自在に設けられた掘削体と、該掘削体および該掘削体を放射方向に出入りさせる出入り機構の回転方向の上手側のケーシングの内周面に設けた、ケーシング内の地盤を掘緩めるスパイラルと、前記ケーシングの上部内周にチャックするチャック装置と、該チャック装置に接続して前記ケーシングを前記掘削体と共に駆動回転する回転駆動装置と、前記ケーシングの外周に嵌合させる、外周に継ぎ手を有する鋼管矢板と、該鋼管矢板の下部をチャックする鋼管用チャック装置および鋼管矢板を圧入する鋼管圧入用シリンダを有する圧入装置とからなる鋼管矢板圧入装置。
3. 請求項２において、前記スパイラルは、該スパイラルの翼縁が前記掘削体および掘削体の出入りさせる出入り機構よりも前記ケーシングの放射方向の内側に位置させた鋼管矢板圧入装置。
4. 請求項３において、前記スパイラルはケーシングの内径と同幅の単板部材により形成し、該スパイラルの両縁を、一対の前記掘削体および掘削体の出入りさせる出入り機構の回転方向の上手側のケーシングの内周面に、固定して設けた鋼管矢板圧入装置。

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