JP4670101B2 - プレボーリング式プレキャストコンクリート杭埋設方法。 - Google Patents

Description

本発明は、半径方向に出入自在な拡大掘り掘削刃を有する掘削ヘッドを使用して底部に拡径部を形成した杭挿入孔を造成し、その内部の拡径部内に根固め液を注入した後、プレキャストコンクリート杭を挿入することにより杭下端部に拡大球根を一体に形成させるプレボーリング式プレキャストコンクリート杭埋設方法に関する。

従来、一般にプレキャストコンクリート杭（以下ＰＣ杭と記す）の地中埋設方法の一つとして、プレボーリング式ＰＣ杭埋設方法が広く採用されている。この方法は、中心軸の外周にリボンスクリューを連続して固着したスパイラルオーガ、中心軸の外周に撹拌翼を軸方向に間隔を隔てて突設した掘削土撹拌ロッドや、上記スパイラルオーガと撹拌ロッドとを組み合わせたオーガ付き撹拌ロッド等の掘削ロッドの先端に掘削ヘッドを連結して地中に挿入することにより杭挿入孔を形成し、その杭挿入孔内にセメントミルク等の流動性を有し、経時的に固化する固化材を注入し、その中にＰＣ杭を挿入することによって、地山とＰＣ杭とを一体化させるものである。

このプレボーリング式ＰＣ杭埋設方法において、ＰＣ杭の下端を地下の安定地盤（支持基盤）に支持させる方法としては、ＰＣ杭を支持基盤まで挿入した後、その下端下に拡大球根を造成する工法がある。

この拡大球造成方法には、掘削ヘッドに半径方向に突出する拡大掘り掘削刃を出入自在に備えておき、所定深さまで杭挿入孔を形成した後、この拡大掘り掘削刃を突出させた状態で掘削ヘッドをスパイラルオーガとともに旋回させて上下させることにより、杭挿入孔下端部に拡径部を形成し、その内部に根固め液を注入した後ＰＣ杭を挿入することによって拡大球根を形成する方法がある。

この方法には、スパイラルオーガを逆回転させることにより、地盤との間の抵抗によって拡大掘り掘削刃が起立して半径方向に突出する構造の掘削ヘッドを使用するもの（例えば特許文献1）や、油圧によって拡大掘り掘削刃を起立させて半径方向に突出させる構造の掘削ヘッドを使用するもの（例えば特許文献２）がある。

また、拡大掘り掘削刃を使用せずに、スパイラルオーガの軸部に液体噴射ノズルを備えておき、このノズルから高圧で水を噴射することによって拡大球根形成部を造成した後、根固め液を注入して拡大球根を造成する方法（例えば特許文献３）がある。
特開２００４−２８５５６３号公報 特開２００５−２３６６４号公報 特開２０００−９６５６７２号公報

従来の拡大球根の造成方法は、スパイラルオーガによって掘孔される径に対する拡大球根の拡大率を大きくするには、その拡大掘り掘削刃の半径方向の突出長さを長くする必要があるが、スパイラルオーガの逆転によって自動的に起立させるようにしたものにあっては、強度的及びスペース的に拡大率に限界がある。

一方、油圧を使用して強制的に起立させる方式の場合には、拡大掘り掘削刃の突出長さを調節できるため、１回の拡大掘削率を小さくし、数回に分けて拡大径を順次大きくしながら掘削することができるため、比較的大きい拡大率の拡大掘削が可能であるが、1回の拡大掘削率を大きくすると、掘削抵抗が大きくなって掘削不能になるため、1回の掘削による拡大率を小さくし、数回に分けて所望の拡大率の拡径部を造成する必要があった。

更に、高圧水の噴射による拡径掘削においても、ノズルの先端は掘削ヘッドの中心軸外周付近にあったため、杭径に対する拡大球根の径の比率を大きくすることができないという問題があった。

本発明はこのような従来の問題に鑑み、杭下の拡大球根の径を従来に比べて大きくすることが容易にできるプレボーリング式プレキャストコンクリート杭埋設方法の提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明の特徴は、外周にスパイラルオーガと同様のスクリュー羽根と、該スクリュー羽根の外径より外側に突出自在な拡大掘り掘削刃とを有し、該掘削刃は、正回転させることによって周囲の土砂の抵抗により前記スクリュー羽根の外径より内側に収納され、逆回転させることによって前記スクリュー羽根の外径より外側に突出するようにした掘削ヘッドを有する掘孔装置を使用し、該掘削ヘッドを正回転させて揚土させつつ地中に挿入することによってプレキャストコンクリート杭を挿入するための杭挿入孔を形成し、

該杭挿入孔の下端部に前記拡大掘り掘削刃によって拡径部を形成し、

該拡径部を含む前記杭挿入孔に流動性を有する経時固化性の固化材からなる根固め液を注入した後、前記プレキャストコンクリート杭を、その下端が前記拡径部内に到るまで挿入することにより、杭下端部に拡大球根を一体成型させるプレボーリング式プレキャストコンクリート杭埋設方法において、

前記掘削ヘッドには前記拡大掘り掘削刃と同高さ位置又はその上下高さが近接した位置に、前記スクリュー羽根の外周に液を噴射させる液体噴射ノズルを備え、

前記掘孔装置により、その掘削ヘッドを正回転させることにより前記拡大掘り掘削刃を前記スクリュー羽根の外周より内側に収容した収納状態で、該拡大掘り掘削刃の位置が前記拡径部の予定最深部に到るまで前記杭挿入孔を掘孔し、

前記予定最下部に達した位置で、前記拡大掘り掘削刃を前記収納状態のまま前記液体噴射ノズルから水ジェットを噴射させつつ掘削ヘッドを正回転させることにより、前記拡大掘り掘削刃位置又はこれに近い上側の前記杭挿入孔の内周面の地山を水ジェットで緩め、

しかる後、前記掘削ヘッドを逆回転させ、拡大掘り掘削刃を前記スクリュー羽根の外周より外側に突出させた突出状態で該拡大掘り掘削刃が前記拡径部の予定最上部位置に達するまで上昇させて前記拡径部を形成し、

該拡径部を形成後、前記掘削ヘッドを前記拡径部の底部に到る位置まで降下させて正回転させることによって拡径部内の掘削土砂を充分に揚土し、

しかる後、掘削ヘッドを再度逆転させて前記拡大掘り掘削刃を半径方向に突出させるとともに前記ノズルより根固め液を地山内面に向けて噴射させつつ上昇及び降下を数回繰り返すことにより、先の拡大掘り掘削刃によって削られて表面が緩められた状態にある拡径部の地山表面の土砂に根固め液を混ぜ合わせるとともにその一部を地山内部に浸透させ、且つ該拡径部内への根固め液注入混合作業を行い、

前記根固め液注入混合作業の後掘削ヘッドを杭挿入孔から抜き取り、プレキャストコンクリート杭を、その下端が前記拡径部内に挿入される位置まで挿入することにある。

本発明においては、掘削ヘッドには前記拡大掘り掘削刃と同高さ位置又はその上下高さが近接した位置に、前記スクリュー羽根の外周に液を噴射させる液体噴射ノズルを備えたものを使用し、その掘削ヘッドを正回転させることにより前記拡大掘り掘削刃を前記スクリュー羽根の外周より内側に収容した収納状態で、該拡大掘り掘削刃の位置が前記拡径部の予定最深部に到るまで杭挿入孔を掘孔し、その位置で、前記拡大掘り掘削刃を前記収納状態のまま前記液体噴射ノズルから水ジェットを噴射させつつ掘削ヘッドを回転させることにより、前記拡大掘り掘削刃位置又はこれに近い上側の前記杭挿入孔の内周面の地山を水ジェットで緩め、しかる後、前記掘削ヘッドを逆回転させ、拡大掘り掘削刃を前記スクリュー羽根の外周より外側に突出させた突出状態で該拡大掘り掘削刃が前記拡径部の予定最上部位置に達するまで上昇させて拡大球根造成のための拡径部を造成するようにしたことにより、孔内面の地山が水ジェットによって充分に緩められたところに拡大掘り掘削刃を突出させることとなり、拡大掘りの初期動作時の抵抗が小さくなり、拡大率の大きい拡径部を容易に造成することができる。

また、拡大掘り掘削刃の突出後において、これを回転させつつ上昇させて掘り進める際にも、水ジェットによる地山の緩め作業を同時に行わせることにより、拡大率の大きい拡径部の造成作業が、容易かつ効率良く行われる。

本発明においては、掘削ヘッドの拡大掘り掘削刃は、周囲の土砂の抵抗により、該掘削ヘッドを正回転させることによって前記スクリュー羽根の外径より内側に収納され、逆回転させることによって前記スクリュー羽根−の外径より外側に突出するようにしたものを使用することにより、従来の拡大率の大きな油圧式の拡大掘り掘削刃を掘削ヘッドに比べて構造が簡単で、製造コストの低いものとすることができ、杭埋設コストを低く抑えることができる。

本発明においては、拡径部の造成後、前記掘削ヘッドを拡径部の底部まで降下させ、前記拡大掘り掘削刃を半径方向に突出させるとともに前記ノズルより根固め液を噴射させつつ上昇させることにより、該根固め液の噴射により先に形成した拡径部の内面地盤に根固め液を混合させて前記拡径部より径の大きい拡大球根を造成することにより、先の拡径部の掘削成型に際して緩んだ周囲の地山土砂に根固め液を混合してこれを固化することとなり、安定した支持地盤に対して緻密な状態で密着した拡大球根を造成することができる。

次に本発明の実施の形態を図面に示した実施例に基づいて説明する。図１、図２は、本発明において使用するに掘削ヘッドの一例を示している。この掘削ヘッドＡは中心軸１の上端に継手部２が一体に備えられ、外周には一対のリボン状のスクリュー羽根３ａ，３ａが中心軸下端部の外周にその縁部を固着させて螺旋状に巻きつけた形状に設置され、これによってスパイラルオーガ３を構成している。

スパイラルオーガ３のスクリュー羽根３ａ,３ａの上下間に、一対の拡大掘り掘削刃１０，１０が設置されている。この拡大掘り掘削刃１０は、図１、図２に示すように前記上スパイラルオーガ３の正回転、即ち地盤内でスクリュー羽根３ａ，３ａによる揚土なされつつ掘進する方向の回転のときは、周囲の土砂の抵抗によって倒されて、スクリュー羽根３ａ，３ａの回転半径より内側に引き込まれた状態となり、スパイラルオーガ３の逆回転、即ち前記揚土がなされない方向の回転時には、周囲の土砂の抵抗によって起き上がり、スクリュー羽根３ａ，３ａの回転半径より外側に突出されるようになっている。

拡大掘り掘削刃１０は、中心軸１から半径方向に突出させた一対の支持部１１，１１の先端に支軸１２を中心にして回動するアーム部１３と、そのアーム部１３片側縁に一体に突設された掘削ビット１４とから構成されている。アーム部１３の基端部には一枚の軸受け片１５が突設されており、この軸受け片１５を中心軸１の外周に固突設した支持部１１の先端に一体に備えた一対の平行な軸受け片１５，１５間に挿入し、これらに支軸１２を貫通させ、この支軸１２を中心にしてアーム部１３が回動するように枢着されている。

支持部１１の一方の側縁部には回動アーム部１３の起き上がり側、即ち拡大掘り掘削刃１０の突出側位置での停止角度位置を規制するストッパー用板１６が固着されており、アーム部１３の軸受け片１５の背面が当接することによって最大突出角度以上に回動されないように規制している。

スパイラルオーが３の外周には、拡大掘り掘削刃１０に近い位置、本実施例ではスクリュー羽根３ａ，３ａの外周が、拡大掘り掘削刃１０位置より９０度旋回移動した位置に、液体噴射ノズル２０が半径方向外側に向けて開口されている。

この液体噴射ノズル２０は、後述するように、水及びセメントミルク等の根固め液を必要に応じて噴射させるためのものであり、図３に示すように、中心軸１内の給液路２１に通じている。中心軸１内には、２つの給液路２１，２２が同心の二重管によって構成されている。この二重管の外側の給液路２１が、スクリュー羽根３ａ，３ａの肉厚内の分岐給液路２１ａ，２１ａを介してノズル２０に通じている。

また、二重管の中心側の給液路２２は、掘削ヘッドＡの中心軸１の下端に下向きに設けた別の液体噴射ノズル２３に通じている。この液体噴射ノズル２３は、主として拡大掘り掘削刃１０を使用しないで掘進する際に水ジェット（図示せず）を噴射させるとともに、ノズル２０からの根固め液噴射時にはともに根固め液を噴射させるものである。

尚、図において符号３ｂは掘削ヘッドＡの下端に突設した下向き掘削ビットを示している。

次に、上述した掘削ヘッドＡを使用した本発明に係る杭埋設方法の実施例について説明する。

図４は本工法の施工に使用する杭打ち装置の概略を示しており、図において符号３０はクローラーからなる走行手段によって移動可能な装置本体であり、その端部には支柱３１が立設されている。支柱３１にはスライドガイド３２が軸方向に固定されており、これに回転駆動手段３３が上下方向に移動可能に支持されている。この回転駆動手段３３はウインチによって操作される吊り輪手段３６によって上下方向に移動させることができるようになっている。

回転駆動手段３３にはオイルモーター又は電動モーターからなる回転駆動源３３ａがあり、該駆動源３３ａによって回転動作される駆動軸３５に掘削ロッドＢが着脱自在に連結されるようになっている。駆動軸３５は、回転駆動源による回転方向の切り換えによって正逆方向に回転を変更できるようになっている。尚、この回転切換は回転切り換え用のギヤ機構によってもよい。

本例においては掘削ロッドＢとして、中心軸３５の外周にリボン状のスクリュー羽根３７をその縁部を固着させて螺旋状に巻き付けた構造のスパイラルオーガを使用しており、その中心軸３５には前述した掘削ヘッドＡと同様に内筒（図示せず）が挿入された二重筒構造となっており、掘削ヘッドＡの中心軸１に形成されている給液路２１，２２に通じる給液路が別々に形成され、中心軸の下端を掘削ヘッドＡの上端の継手部２に連結することによって給液路が連通されるようになっている。

掘削ロッドＢとしては上述のスクリューオーガの他、図には詳示してないが、中心軸の外周に撹拌翼を軸方向に間隔を隔てて突設した掘削土撹拌ロッドや、上記スパイラルオーガと撹拌ロッドとを組み合わせたオーガ付き撹拌ロッド等であって、上述と同様の各給液路を備えたものを用いてもよい。

次に、本発明の杭埋設の作業工程を図５について説明する。

図５（ａ）に示すように、掘削ヘッドＡをスパイラルオーガＢの先端に連結し、掘削ヘッドＡスパイラルオーガとともに正転させ、揚土しながら地中に挿入する。地盤が硬めの時は、中心軸１の下端に下向きに設けた液体噴射ノズル２３からの水ジェットを併用して挿入し、杭挿入孔４０を掘削形成させる。尚、この掘削の際に、地山面の崩落を防止する必要がある場合には、ベントナイト液をノズル２３から注入することにより掘孔された地山面を保護しながら作業を進める。

このようにして、掘削ヘッドＡを、その拡大掘り掘削刃１０が、造成しようとする予定拡大球根の下端位置Ｄ１に達するまで挿入し、拡径部のない杭挿入孔４０を造成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、この位置で掘進を停止させ、定位置で正転方向に空転させる。この時、スクリュー羽根３ａ，３ａ外周に開口している液体噴射ノズル２０から高圧の水ジェット４２を噴射させ、拡大掘り掘削刃１０の真上の杭挿入孔４０の地山面を緩める。

この空転及び水ジェット噴射作業は、次の工程において拡大掘り掘削刃１０を突出させた際に、これによる地山の掘削が容易に可能な状態になるまで行う。尚、地山の緩み具合の確認は、掘削ヘッドＡを逆転させた際の掘削抵抗によって判断することができる。

上記空転及び水ジェットの噴射によって地山を充分に緩めた後、図５（ｃ）に示すように掘削ヘッドＡを逆転させる。これにより拡大掘り掘削刃１０は、周囲の土砂の抵抗によって起立し、半径方向に突出し、前記地山面を拡大掘りが開始される。

この掘削ヘッドの逆転を定位置で数回転行わせた後、掘削ヘッドＡを徐々に上昇させ、拡大掘り掘削刃１０により先に造成された杭挿入孔４０の内面を掘削させ、拡径部４１を造成する。尚、拡大掘り掘削刃１０によって掘削された土砂は、スパイラルオーガＢが逆転しているため揚土されずに拡径部４１の底部に堆積する。このようにして拡大掘り掘削刃１０による拡径部４１の造成を、造成しようとする予定拡大球根の上端位置Ｄ２に達するまで行う。

掘削ヘッドＡの拡大掘り掘削刃１０が予定拡大球根の上端位置に達したら、再度掘削ヘッドＡを正転させて、先に挿入した位置、即ち、拡大掘り掘削刃１０が予定拡大球根の下端位置に達するまで挿入させ、その位置で正転を持続させて拡径部内の掘削土砂を充分に揚土する。

しかる後、掘削ヘッドＡを再度逆転に転じさせ、図５（ｄ）に示すように、液体噴射ノズル２０及び２３から根固め液を噴射させつつ上昇及び降下を数回繰り返し、拡径部４１の地山面全域に対して根固め液を噴射させるとともに拡径部４１内を攪拌する。

この液体噴射ノズル２０からの根固め液４３の噴射により、先の拡大掘り掘削刃１０，１０によって削られて表面が緩められた状態にある拡径部４１の地山表面の土砂に根固め液４３が混ぜ合わされると共に一部は内部に浸透する。

尚、水平方向に噴射する液体噴射ノズル２０からは掘削用の水のみを噴射させるようにするとともに、下向きの液体噴射ノズル２３から根固め液のみを噴射させるようにし、図５（ｂ）に示す、定位置で正転方向に空転させつつ液体噴射ノズル２０から高圧の水ジェット４２を噴射させて、拡大掘り掘削刃１０の真上の杭挿入孔４０の地山面を緩めた後、逆回転させて上昇させる際に、液体噴射ノズル２３から根固め液のみを噴射させるようにしてもよい。また、この逆回転させつつ上昇させる際に、液体噴射ノズル２０からの水の噴射は停止させておいてもよい。

この根固め液の注入攪拌操作完了後、掘削ヘッドＡを引き抜き、杭挿入孔４０の上端からＰＣ杭５０を挿入し、その下端を拡径部４１内に挿入する。尚、使用するＰＣ杭５０は図５（ｅ）に示すように、下端に大径部５１を一体に有するものを使用している。

このようにして造成される拡大球根５２は、図６に示すように、最外周部分に安定した支持地盤５３に緻密に密着された根固め液混合土砂固化部５４が形成され、中央に至るに従って土砂混合割合の少ない根固め液固化部５５が一体化された拡大球根が造成される。

尚、上述した実施例では、掘削ヘッドのスクリュー羽根間に収容されていて、水平方向に回動することによって半径方向に出入する構造の拡大掘り掘削刃を使用した例を示しているが、この他、図７、図８に示すように、外周にスクリュー羽根３ａ，３ａを備えた中心軸１に対して一端側が水平向きの回動中心軸６０によって枢着され、他端側を図７に示すように中心軸１の長手方向に沿わせることによって収納され、図８に示すように他端側を中心軸１から離反させることによって半径方向に突出する拡大掘り掘削刃６１を用いたものであっても良い。この例の拡大掘り掘削刃６１の拡縮のための機構は、図には示してないが、従来の油圧機構を使用したものやラックとピニオン、リンク機構などの機械的機構のものであっても良い。尚、図１〜図３に示す掘削ヘッドＡと同じ部分には同じ符号を付して説明を省略する。

また、半径方向に噴射する液体噴射ノズルは、前述の実施例のようにスクリュー羽根の外周に設ける他、掘削ヘッドの中心軸から突出させたノズル保持部材や、拡大掘り掘削刃支持部に設けても良く、スクリュー羽根の外周と同じか又はこれに近い回転半径位置に設けることが好ましい。

本発明に係る杭埋設方法に使用する掘削ヘッドの一例を示す正面図である。 同上の掘削ヘッドの拡大掘り掘削刃が突出（起立）した状態を示す底面図である。 図１に示す掘削ヘッドのスクリュー羽根その他を省略した中心軸部分のみを示した縦断面図である。 本発明に係る杭埋設方法に使用する装置の全体の概略を示す側面図である。 （ａ）〜（ｆ）は本発明方法における施工工程を説明するための略図的断面図である。 本発明方法によって造成される拡大球根の縦断面図である。 本発明に使用する掘削ヘッドの他の例の拡大掘り掘削刃収納状態を示す正面図である。 同上の拡大掘り掘削刃突出状態を示す正面図である。

１ 中心軸
２ 継手部
３ 下部スパイラルオーガ
３ａ スクリュー羽根
３ｂ 下向き掘削ビット
１０ 拡大掘り掘削刃
１１ 支持部
１２ 支軸
１３ アーム部
１４ 掘削ビット
１５ 軸受け片
１６ ストッパー用板
２０ 液体噴射ノズル
２１，２２ 給液路
２１ａ，２１ａ 分岐給液路
２３ 液体噴射ノズル
３０ 装置本体
３１ 支柱
３２ スライドガイド
３３ 回転駆動手段
３３ａ 回転駆動源
３５ 駆動軸
３６ 吊り手段
３７ スクリュー羽根
４０ 杭挿入孔
４１ 拡径部
４２ 水ジェット
４３ 根固め液ジェット
５０ ＰＣ杭
５１ 大径部
５２ 拡大球根
５３ 支持地盤
５４ 根固め液混合土砂固化部
５５ 根固め液固化部
６０ 回動中心軸
６１ 拡大掘り掘削刃
Ａ 掘削ヘッド
Ｂ 掘削ロッド

Claims (1)

1. 外周にスパイラルオーガと同様のスクリュー羽根と、該スクリュー羽根の外径より外側に突出自在な拡大掘り掘削刃とを有し、該掘削刃は、正回転させることによって周囲の土砂の抵抗により前記スクリュー羽根の外径より内側に収納され、逆回転させることによって前記スクリュー羽根の外径より外側に突出するようにした掘削ヘッドを有する掘孔装置を使用し、該掘削ヘッドを正回転させて揚土させつつ地中に挿入することによってプレキャストコンクリート杭を挿入するための杭挿入孔を形成し、
   該杭挿入孔の下端部に前記拡大掘り掘削刃によって拡径部を形成し、
   該拡径部を含む前記杭挿入孔に流動性を有する経時固化性の固化材からなる根固め液を注入した後、前記プレキャストコンクリート杭を、その下端が前記拡径部内に到るまで挿入することにより、杭下端部に拡大球根を一体成型させるプレボーリング式プレキャストコンクリート杭埋設方法において、
   前記掘削ヘッドには前記拡大掘り掘削刃と同高さ位置又はその上下高さが近接した位置に、前記スクリュー羽根の外周に液を噴射させる液体噴射ノズルを備え、
   前記掘孔装置により、その掘削ヘッドを正回転させることにより前記拡大掘り掘削刃を前記スクリュー羽根の外周より内側に収容した収納状態で、該拡大掘り掘削刃の位置が前記拡径部の予定最深部に到るまで前記杭挿入孔を掘孔し、
   前記予定最下部に達した位置で、前記拡大掘り掘削刃を前記収納状態のまま前記液体噴射ノズルから水ジェットを噴射させつつ掘削ヘッドを正回転させることにより、前記拡大掘り掘削刃位置又はこれに近い上側の前記杭挿入孔の内周面の地山を水ジェットで緩め、
   しかる後、前記掘削ヘッドを逆回転させ、拡大掘り掘削刃を前記スクリュー羽根の外周より外側に突出させた突出状態で該拡大掘り掘削刃が前記拡径部の予定最上部位置に達するまで上昇させて前記拡径部を形成し、
   該拡径部を形成後、前記掘削ヘッドを前記拡径部の底部に到る位置まで降下させて正回転させることによって拡径部内の掘削土砂を充分に揚土し、
   しかる後、掘削ヘッドを再度逆転させて前記拡大掘り掘削刃を半径方向に突出させるとともに前記ノズルより根固め液を地山内面に向けて噴射させつつ上昇及び降下を数回繰り返すことにより、先の拡大掘り掘削刃によって削られて表面が緩められた状態にある拡径部の地山表面の土砂に根固め液を混ぜ合わせるとともにその一部を地山内部に浸透させ、且つ該拡径部内への根固め液注入混合作業を行い、
   前記根固め液注入混合作業の後掘削ヘッドを杭挿入孔から抜き取り、プレキャストコンクリート杭を、その下端が前記拡径部内に挿入される位置まで挿入することを特徴としてなるプレボーリング式プレキャストコンクリート杭埋設方法。

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