JP5851458B2 - 杭固着方法、杭固着装置及び杭圧入方法 - Google Patents

Description

本発明は、地盤に杭を固着する杭固着方法及び杭固着装置、並びに地盤に反力杭を固着して行う杭圧入方法に関する。

従来、杭を地盤に打ち込んで埋設する装置として、既設の杭から反力を取って杭を地中に圧入する杭圧入機が知られている（例えば、特許文献１−３参照。）。
杭圧入機はすでに打設した杭を掴持することにより、新たな杭の圧入時における反力を得ている。打設された杭は地盤との周面摩擦や自重により引抜抵抗力を有している。新たな杭の圧入時における反力として、少なくとも既設杭の引抜抵抗力と杭圧入機の重量とが得られ、さらにウェイトで補うことができる。
また、図１２に示すように岩盤などの硬質地盤１００に対する杭１０１の打設は杭先端に取付けたカッター１０２により地盤を切削して行うため、地盤１００と杭１０１の間にカッター１０２の切削による隙間１０３が生じる。

特開２００３−２１３６８４号公報 特開平１０−１９５８７２号公報 特開平１１−３５０４８２号公報

しかし、従来技術にあっては次のような問題があり、特に硬質地盤への杭の打設において顕著となる。
１つには、杭を圧入する地盤が硬いほど、杭圧入時の反力を補うウェイトが大量に必要となり、杭を１本圧入施工するごとのそのウェイトの設置に時間と労力を要して作業効率が低下するという問題がある。
また、上述したように硬質地盤への杭の打設のために杭先端に取り付けられたカッターを用いるとカッターの切削による隙間１０３ができるため、打設された杭が安定せず、図１２に矢印で示すように杭圧入時に反力杭には引抜力のほかモーメントが生じてこの反力杭自体が前後左右方向に揺れて不安定となり、杭の圧入施工精度の低下を招くという問題がある。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、効率よく容易に地盤に杭を固着することができる杭固着方法及び杭固着装置、並びに効率よく容易に地盤に杭を固着して効率及び精度よく行うことができる杭圧入方法を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、地盤と当該地盤に打設された杭との間の隙間に、杭の軸線に直交する方向に地盤を付勢する付勢部材を少なくとも一つ以上設置することにより前記地盤に前記杭を固着する杭固着方法であって、
前記付勢部材は、長手方向に沿った軸回りに曲げ成形された板バネであり、
前記板バネの長手方向が前記杭の軸方向に沿うようにして当該板バネに弾性変形を伴わせながら当該板バネを前記隙間に圧入することによって、当該板バネを前記隙間に設置することを特徴とする杭固着方法である。

請求項２記載の発明は、前記板バネは、前記杭の軸方向に直交する平面内で前記地盤に接する支点を複数箇所に有するとともに前記杭に接する支点を複数箇所に有することを特徴とする請求項１に記載の杭固着方法である。

請求項３記載の発明は、地盤と当該地盤に打設された杭との間の隙間に、杭の軸線に直交する方向に地盤を付勢する付勢部材を少なくとも一つ以上設置することにより前記地盤に前記杭を固着する杭固着方法であって、
前記付勢部材として、厚みが減少する態様のテーパー部が形成された２つのプレートを、当該両テーパー部の厚みが減少する方向が互いに逆方向で、当該厚みの方向が杭の軸線と直交する方向となるように挿入し、
前記２つのプレートを、前記テーパー部の互いのテーパー面で相対的に滑らせて前記厚み方向に拡張させることにより前記地盤に前記杭を固着し、それにより固着した後固着解除する際には、前記テーパー部の互いのテーパー面で相対的に滑らせて前記厚み方向に収縮させてから前記隙間から引き抜くことを特徴とする杭固着方法である。

請求項４記載の発明は、厚みが減少する態様のテーパー部が形成された第１のプレートと、
厚みが減少する態様のテーパー部が形成された第２のプレートと、
伸縮するシリンダーとを備え、
前記第１のプレートと前記第２のプレートとは、前記第１のプレートのテーパー部の厚みが減少する方向と前記第２のプレートのテーパー部の厚みが減少する方向とが互いに逆方向にされて、前記シリンダーにより連結され、
前記第１のプレート及び前記第２のプレートは、前記シリンダーの伸縮により、前記第１のプレートのテーパー部と前記第２のプレートのテーパー部とが互いのテーパー面で相対的に滑ることで前記厚みの方向に拡張・収縮する機能を有し、
固着対象の杭とこれが打設された地盤との間の隙間に、前記第１のプレート及び前記第２のプレートの少なくとも前記機能により拡張・収縮する部位を、前記厚みの方向が杭の軸線と直交する方向となるように挿入可能に構成され、
前記第１のプレート及び前記第２のプレートは、前記シリンダーの伸縮方向に長く形成され、長手方向の同方向の端部同士が前記シリンダーを介して連結され、逆端部が前記隙間に挿入可能に構成されたことを特徴とする杭固着装置である。

請求項５記載の発明は、請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の杭固着方法によって固着した既設杭の上端部を杭圧入機に掴ませることで圧入時の反力をとらせて当該杭圧入機により杭を圧入する杭圧入方法である。

請求項６記載の発明は、請求項４に記載の杭固着装置を用いて固着した既設杭の上端部を杭圧入機に掴ませることで圧入時の反力をとらせて当該杭圧入機により杭を圧入する杭圧入方法である。

本発明の杭固着方法又は杭固着装置によれば、地盤と当該地盤に打設された杭のとの間の隙間に設置される板バネや２つのプレート等の付勢部材により地盤と杭とを圧迫して杭を安定させ固着することができ、杭の引抜抵抗力を増大させることができる。板バネはその弾性変形により、テーパー部を有した２つのプレートはテーパー部の滑りによる厚み方向の拡張・収縮により隙間へ取り付け、隙間からの取り外しが容易に可能であり、従って効率よく容易に地盤に杭を固着することができる。
本発明の杭圧入方法によれば、以上の本発明の杭固着方法又は杭固着装置を用いるから、反力杭の安定性、引抜抵抗力が増大しており、従って杭圧入機の姿勢が安定するから、従来技術で杭圧入時の反力を補うウェイトが必要な状況でもこれを用いる必要がなく、効率よく容易に地盤に杭を固着して効率及び精度よく杭圧入を行うことができる。

本発明の第１実施形態に係る杭固着方法を説明するための地盤と既設杭の垂直断面図である。 本発明の第１実施形態に係る杭固着方法を説明するための地盤と既設杭の水平断面図であり、板バネが２箇所に設置される場合を示す。 本発明の第１実施形態に係る杭固着方法を説明するための地盤と既設杭の水平断面図であり、板バネが３箇所に設置される場合を示す。 本発明の第１実施形態に係る杭固着方法を説明するための地盤と既設杭の部分的水平断面図であり、板バネの異なる形態を示す。 本発明の第２実施形態に係る杭固着方法を説明するための地盤と既設杭の垂直断面図である。 本発明の第２実施形態に係る杭固着装置を構成する第１のプレートの斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る杭固着装置を構成する第２のプレート及びシリンダーの斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る杭固着装置の斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る杭固着方法を説明するための地盤と既設杭の水平断面図であり、杭固着装置が２箇所に設置される場合を示す。 本発明の第２実施形態に係る杭固着方法を説明するための地盤と既設杭の水平断面図であり、杭固着装置が３箇所に設置される場合を示す。 本発明の実施形態に係り、反力杭を固着して杭圧入機により杭圧入を施工する様子を示す模式図である。 地盤と当該地盤に打設された杭の従来の一例を示す垂直断面図である。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

〔第１実施形態〕
まず、第１実施形態として板バネを用いた杭固着方法につき図１から図４を参照して説明する。
図１、図２及び図３に示す板バネ１０若しくは図４に示す板バネ２０を用いる。板バネ１０（２０）を用いて地盤１００に打設された杭１０１を地盤１００に固着する。地盤１００としては、岩盤などの硬質地盤が想定される。杭１０１は先端にカッター１０２を備えた鋼管杭である。杭１０１の軸回りの回転に伴いカッター１０２により硬い地盤１００を切削しながら施工される。

板バネ１０及び板バネ２０は、長尺な鋼板を長手方向に沿った軸回りに折り曲げ成形されたものである。板バネ１０は一条の折り部１２を有する。板バネ２０は二条の折り部２２ａ，２２ｂを有する。折り部２２ａと折り部２２ｂの曲げ方向は同方向である。
杭固着方法としては、図１から図４に示すように地盤１００と当該地盤１００に打設された杭１０１のとの間の隙間１０３に、隙間１０３を広げる方向の弾性力を生じさせた板バネ１０（２０）を設置することにより行う。板バネ１０（２０）の長手方向が杭１０１の軸方向に沿うようにして板バネ１０（２０）に弾性変形を伴わせながら板バネ１０（２０）を隙間１０３に圧入することによってその弾性力を生じさせた状態に設置することができる。これにより、板バネ１０（２０）から地盤１００及び杭１０１に対して押圧力Ｆが生じる、すなわち、板バネ１０（２０）が地盤１００と杭１０１とを圧迫する。そのため、杭１０１を安定させ地盤１００に固着することができ、杭１０１の引抜抵抗力を増大させることができる。

杭１０１の軸がずれないように、板バネ１０（２０）を１本の杭１０１に対して複数箇所に設置することが好ましい。例えば、図１及び図２に示すように板バネ１０（２０）を２本用いて杭１０１を挟んで相対する位置に設置する。板バネ１０（２０）を３本以上用いる場合も、図３に示すように均等に分散させて設置する。
杭１０１は、管状であるため内側にも隙間ができるが外側の隙間１０３に板バネ１０（２０）を設置する。板バネ１０（２０）は、取り外しの時のために、図１に示すようにその上端が地盤１００上に突出した状態で設置する。

板バネ１０を用いる場合、図２及び図３に示すように、折り部１２の山折り側を地盤１００に圧接し、谷折り側を杭１０１側に向けて設置し、幅方向の両側端部１１ａ，１１ｂを杭１０１の外周面に圧接する。折り部１２から地盤１００に押圧力Ｆが付与され、両側端部１１ａ，１１ｂのそれぞれから杭１０１に押圧力Ｆが付与される。
板バネ２０を用いる場合、図４に示すように、折り部２２ａ，２２ｂの山折り側を地盤１００に圧接し、谷折り側を杭１０１側に向けて設置し、幅方向の両側端部２１ａ，２１ｂを杭１０１の外周面に圧接する。折り部２２ａ，２２ｂのそれぞれから地盤１００に押圧力Ｆが付与され、両側端部２１ａ，２１ｂのそれぞれから杭１０１に押圧力Ｆが付与される。
板バネの設置数を増すことなく杭１０１の安定性を容易に得るためには、板ばねは、図４の板バネ２０にように、杭１０１の軸方向に直交する平面（図４）内で地盤１００に接する支点を複数箇所（折り部２２ａ，２２ｂ）に有するとともに杭１０１に接する支点を複数箇所（両側端部２１ａ，２１ｂ）に有することが好ましい。

なお、板バネ１０，２０のように稜線が現われるような折り部を有するもののほか、曲面状に曲げ成形されたものを適用してもよい。
また、隙間１０３自体が湾曲しているため、適用する板バネを平面状のものとしても、隙間１０３を広げる方向の弾性力を生じさせた状態に設置するは可能であり、これを実施してもよい。

〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態としてテーパー部が形成された２つのプレートを用いた杭固着方法及び杭固着装置につき図５から図１０を参照して説明する。
地盤１００、杭１０１、カッター１０２及び隙間１０３については、第１実施形態の同様のものを想定し、共通の符号を用いる。

杭固着方法の要点としては、図５中の右半分に図示するように２つのプレート３１，３２をその厚みの方向が隙間１０３の間隔方向となるように隙間１０３内に挿入し、図５中の左半分に図示するように２つのプレート３１，３２を互いのテーパー面で相対的に滑らせて厚み方向に拡張させることにより押圧力Ｆを発生させ、これにより地盤１００に杭１０１を固着するものである。本実施形態では、杭１０１の半径方向が隙間１０３の間隔方向に一致する。
本杭固着方法を実施するために、２つのプレート３１，３２の厚み方向の拡張・収縮機能を有した杭固着装置３０を用いる。

杭固着装置３０につき図６から図８を参照して説明する。
杭固着装置３０は、第１のプレート３１と、第２のプレート３２と、伸縮するシリンダー３３とを備えて構成される。
図６に示すように第１のプレート３１は、長尺な鋼板で本体が構成されたオス型形状をしており、長板部３１ａの下端部にテーパー部３１ｂが形成され、上端部３１ｃは長板部３１ａに対して略９０度に折り曲げられて連続しており、シリンダー連結用の軸受部３１ｄが上端部３１ｃの下面に固定されている。
テーパー部３１ｂは下端ほど厚みが減少する態様のもので、そのテーパー面３１ｂ１は、図６上で裏側、すなわち、上端部３１ｃが延出する側に対する逆側の面に形成されている。
長板部３１ａは、杭１０１の外周面の曲率に合わせてテーパー面３１ｂ１が設けられた側が凹となるように湾曲している。

図７に示すように第２のプレート３２は、長尺な鋼板で本体が構成されたメス型形状をしており、長板部３２ａにテーパー部３２ｂが形成され、上端部３２ｃは長板部３２ａに対して略９０度に折り曲げられて連続しており、シリンダー３３の下端が上端部３２ｃの上面に固定されている。第２のプレート３２には、第１のプレート３１の長板部３１ａを挿し込むための孔部３２ｄが形成されている。孔部３２ｄは、長板部３２ａに長板部３２ａの長手方向に沿って延在する。孔部３２ｄは、長板部３２ａの下端部を残すように長板部３２ａの最下端より上位置から長板部３２ａの上端まで形成され、さらに上端部３２ｃの長板部３２ａに繋がる側の一部を切り欠くようにして形成されている。
テーパー部３２ｂは、孔部３２ｄの下端側に形成されている。テーパー部３２ｂは、第１のプレート３１のテーパー部３２ｂと相反的関係、すなわち、厚みが減少する方向が互いに逆方向となるように、上端ほど厚みが減少する態様のもので、そのテーパー面３２ｂ１は、図７上で表側、すなわち、上端部３２ｃが延出する側の面に形成されている。
長板部３２ａは、杭１０１の外周面の曲率に合わせてテーパー面３２ｂ１が設けられた側が凸となるように湾曲している。

図８に示すように、第１のプレート３１と第２のプレート３２とシリンダー３３とが組み合わされて杭固着装置３０が構成される。すなわち、第２のプレート３２の孔部３２ｄ（図７参照）に、第１のプレート３１の長板部３１ａが挿し込まれ、シリンダー３３の上端部３３ａが軸受部３１ｄに軸継手の態様で連結される。図８に示すとおり、第１のプレート３１のテーパー面３１ｂ１と第２のプレート３２のテーパー面３２ｂ１とが向き合い、長板部３１ａの湾曲方向と長板部３２ａの湾曲方向とが一致し、上端部３１ｃの延出方向と上端部３２ｃの延出方向とが一致するように組み立てられる。

以上説明した杭固着装置３０を図５に示すように複数用いて杭１０１を地盤１００に固着する。以下にその固着方法の手順を説明する。
まず、図５中の右半分に図示するように、シリンダー３３を所定量伸ばし第１のプレート３１の長板部３１ａと第２のプレート３２の長板部３２ａとが存在する厚み方向の最大寸法が隙間１０３の間隔寸法より小さくなる状態にして、この長板部３１ａ及び長板部３２ａを、隙間１０３に挿入する。この挿入は、杭１０１に対しシリンダー３３を外側にして長板部３１ａ及び長板部３２ａの凹面側を杭１０１の外周面に向けて配置し、長板部３１ａ，３２ａの厚み方向（従ってテーパー部３１ｂ，３２ｂの厚み方向）が隙間１０３の間隔方向となるようにして行う。図５に示すようにテーパー部３１ｂ，３２ｂも隙間１０３内に挿入する。シリンダー３３は地盤１００上に設置された状態である。

次に、シリンダー３３を縮ませていき２つのプレート３１，３２を、杭１０１の軸方向に相対移動させることで、第１のプレート３１と第２のプレート３２とを互いのテーパー面３１ｂ１，３２ｂ１で相対的に滑らせて、図５中の左半分に図示するように厚み方向に拡張させる。これにより図示するように長板部３１ａの下端部と長板部３２ａの下端部が互いに離れるように変形する。長板部３１ａの下端部は杭１０１に対し半径方向外方に拡張し地盤１００に押圧力Ｆを与え、長板部３２ａの下端部は杭１０１に対し半径方向内方に拡張し杭１０１の外周面に押圧力Ｆを与える。
このように、杭固着装置３０の長板部３１ａ，３２ａが開き、長板部３１ａ，３２ａから地盤１００及び杭１０１に対して押圧力Ｆが生じる。すなわち、長板部３１ａ，３２ａが地盤１００と杭１０１とを圧迫する。そのため、杭１０１を安定させ地盤１００に固着することができ、杭１０１の引抜抵抗力を増大させることができる。

その後、シリンダー３３を所定量伸ばし第１のプレート３１の長板部３１ａと第２のプレート３２の長板部３２ａとが存在する厚み方向の最大寸法が隙間１０３の間隔寸法より小さくなる状態にすることにより、杭固着装置３０の長板部３１ａ，３２ａを隙間１０３から容易に引く抜くことができる。

杭１０１の軸がずれないように、テーパー面３１ｂ１，３２ｂ１同士が合わせられる２つのプレート３１，３２を一組有した杭固着装置３０を１本の杭１０１に対して複数箇所に設置することが好ましい。例えば、２箇所に設置する場合、図５及び図９に示すように杭固着装置３０を２つ用いて杭１０１を挟んで相対する位置に設置することが好ましい。。杭固着装置３０を３つ以上用いる場合も、図１０に示すように均等に分散させて設置することが好ましい。
杭１０１は、管状であるため内側にも隙間ができるが、設置し易さから外側の隙間１０３に杭固着装置３０の長板部３１ａ，３２ａを挿入することが好ましい。

〔杭圧入機による施工〕
以上の第１実施形態又は第２実施形態によって固着された杭１０１ａ〜１０１ｃの上端部を、図１１に示すように杭圧入引抜機５０に掴ませて新たな杭１０１ｍの圧入時の反力をとらせて杭圧入引抜機５０により杭１０１ｍを圧入する。杭圧入引抜機５０は杭１０１ｍを掴持して軸方向の圧入力を与えるとともに、軸回りに回転又は揺動させて圧入方向先端のカッター１０２により地盤１００を切削して杭１０１ｍの圧入を進行させる。図１１では、杭固着装置３０を適用した例を図示するが、これに代えて第１実施形態の板バネを適用してもよい。

既設杭１０１ａ〜１０１ｄは、新たに圧入する杭１０１ｍに近い方から、杭１０１ａ、杭１０１ｂ、杭１０１ｃ、杭１０１ｄの順に列をなして並んでいる。図示する杭圧入引抜機５０は、３つの杭１０１ａ〜１０１ｃを同時に掴むことができる。杭圧入引抜機５０が掴む杭１０１ａ〜１０１ｃのうちいずれか１つの杭を固着することで、杭１０１ｍの圧入時の反力の増大、杭圧入引抜機５０の姿勢安定化を図ることができる。杭圧入引抜機５０が掴む杭のすべてを固着してもよい。杭圧入引抜機５０が掴む杭のうち固着される杭の数が多いほど反力は増加するが、板バネ又は杭固着装置が数多く必要となるとともに板バネ又は杭固着装置の固着、固着解除、移設の作業が煩雑化するので、必要な反力とコスト性、作業性を考慮して固着する杭の数を選択する。固着する杭を１つとする場合は、新たに圧入する杭１０１ｍに最も近い杭１０１ａを固着することが好ましい。図１１に矢印で示すように圧入する杭１０１ｍに近い杭ほど大きな引抜力が負荷されるためである。

以上のように、板バネやテーパー部を有した２つのプレートなどコンパクトで簡素な固着手段により、新たな杭の圧入時における大きな反力と、反力杭の安定性を簡単に得ることができる。反力杭の姿勢が安定することで杭圧入引抜機の姿勢が安定し、圧入杭の施工精度が高くなる。

なお、杭の形態は鋼管杭などの管状のものや、杭先端にカッターを備えるものに限定されるものではなく、圧入工法は杭の回転を伴う工法に限定されるものでもない。地盤を掘削した孔に杭を打設する工法など、杭と地盤との間に地上に露出する隙間が生じる工法であれば、好適に本発明を適用できる。また、付勢部材は板バネやテーパー部が形成された２つのプレートに限定されるものではなく、例えば楔、袋詰めモルタル、パッカー等、杭と地盤との間の隙間を付勢できる部材であればよい。すなわち、付勢部材は、杭と地盤との間の隙間に設置でき、当該隙間を広げるように付勢できる部材であればよい。

１０，２０ 板バネ
３０ 杭固着装置
３１ 第１のプレート
３１ｂ テーパー部
３１ｂ１テーパー面
３２ 第２のプレート
３２ｂ テーパー部
３２ｂ１テーパー面
３２ｄ 孔部
３３ シリンダー
５０ 杭圧入引抜機
１００ 地盤
１０１ 杭
１０２ カッター
１０３ 隙間

Claims (6)

1. 地盤と当該地盤に打設された杭との間の隙間に、杭の軸線に直交する方向に地盤を付勢する付勢部材を少なくとも一つ以上設置することにより前記地盤に前記杭を固着する杭固着方法であって、
   前記付勢部材は、長手方向に沿った軸回りに曲げ成形された板バネであり、
   前記板バネの長手方向が前記杭の軸方向に沿うようにして当該板バネに弾性変形を伴わせながら当該板バネを前記隙間に圧入することによって、当該板バネを前記隙間に設置することを特徴とする杭固着方法。
2. 前記板バネは、前記杭の軸方向に直交する平面内で前記地盤に接する支点を複数箇所に有するとともに前記杭に接する支点を複数箇所に有することを特徴とする請求項１に記載の杭固着方法。
3. 地盤と当該地盤に打設された杭との間の隙間に、杭の軸線に直交する方向に地盤を付勢する付勢部材を少なくとも一つ以上設置することにより前記地盤に前記杭を固着する杭固着方法であって、
   前記付勢部材として、厚みが減少する態様のテーパー部が形成された２つのプレートを、当該両テーパー部の厚みが減少する方向が互いに逆方向で、当該厚みの方向が杭の軸線と直交する方向となるように挿入し、
   前記２つのプレートを、前記テーパー部の互いのテーパー面で相対的に滑らせて前記厚み方向に拡張させることにより前記地盤に前記杭を固着し、それにより固着した後固着解除する際には、前記テーパー部の互いのテーパー面で相対的に滑らせて前記厚み方向に収縮させてから前記隙間から引き抜くことを特徴とする杭固着方法。
4. 厚みが減少する態様のテーパー部が形成された第１のプレートと、
   厚みが減少する態様のテーパー部が形成された第２のプレートと、
   伸縮するシリンダーとを備え、
   前記第１のプレートと前記第２のプレートとは、前記第１のプレートのテーパー部の厚みが減少する方向と前記第２のプレートのテーパー部の厚みが減少する方向とが互いに逆方向にされて、前記シリンダーにより連結され、
   前記第１のプレート及び前記第２のプレートは、前記シリンダーの伸縮により、前記第１のプレートのテーパー部と前記第２のプレートのテーパー部とが互いのテーパー面で相対的に滑ることで前記厚みの方向に拡張・収縮する機能を有し、
   固着対象の杭とこれが打設された地盤との間の隙間に、前記第１のプレート及び前記第２のプレートの少なくとも前記機能により拡張・収縮する部位を、前記厚みの方向が杭の軸線と直交する方向となるように挿入可能に構成され、
   前記第１のプレート及び前記第２のプレートは、前記シリンダーの伸縮方向に長く形成され、長手方向の同方向の端部同士が前記シリンダーを介して連結され、逆端部が前記隙間に挿入可能に構成されたことを特徴とする杭固着装置。
5. 請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の杭固着方法によって固着した既設杭の上端部を杭圧入機に掴ませることで圧入時の反力をとらせて当該杭圧入機により杭を圧入する杭圧入方法。
6. 請求項４に記載の杭固着装置を用いて固着した既設杭の上端部を杭圧入機に掴ませることで圧入時の反力をとらせて当該杭圧入機により杭を圧入する杭圧入方法。

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