KR101688124B1 - 지하수 상향수압 조절장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구조물의 기초구조체에 작용하는 지하수의 상향수압을 조절하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지하수의 상향 수압을 측정하고 상향 수압이 설계 안정값을 초과하는 경우 지하수를 외부로 배출하여 지하수의 상향 수압이 설계 안정값 이내로 유지되도록 하는 지하수 상향수압 조절장치에 관한 것이다. 본 발명 지하수 상향수압 조절장치는, 구조물의 기초구조체에 설치되어 지하수가 유입되도록 하고, 유입되는 지하수를 필터링하는 필터링 부재; 필터링 부재에 연결되어 필터링 부재를 통해 유입된 지하수가 상향 이송되도록 하며, 길이 조절이 가능한 상향 배관; 필터링 부재를 감싸 보호하면서 상기 상향 배관의 하단에 연결되며, 지하수 유입을 위해 유입홀이 형성된 커버부재; 상향 배관의 상단에 연결되는 분기관; 분기관의 일단에 연결되어 수압을 측정하는 수압계; 분기관의 타단에 연결되어 과도한 상향수압이 작용할 경우 개방하여 지하수를 배출하도록 하는 지하수 배출밸브; 및 분기관의 일단과 수압계를 연결해주며 수압계 교체시 수압계로의 지하수 유입을 차단하는 수압계 교체 밸브;를 포함한다.

Description

지하수 상향수압 조절장치{UPLIFT WATER PRESSURE CONTROL EQUIPMENT}
본 발명은 구조물의 기초구조체에 작용하는 지하수의 상향수압을 조절하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지하수의 상향 수압을 측정하고 상향 수압이 설계 안정값을 초과하는 경우 지하수를 외부로 배출하여 지하수의 상향 수압이 설계 안정값 이내로 유지되도록 하는 지하수 상향수압 조절장치에 관한 것이다.
일반적으로 토목 및 건축 지하 구조물의 시공을 위하여 소정의 깊이로 굴착 작업이 이루어지고, 그 굴착이 종료된 지면(바닥면)에 기초구조체가 형성되며, 이 기초구조체를 기준으로 토목 또는 건축 구조물을 시공하게 된다.
기초구조체에 지하수가 침투 유입되는 경우, 지하수는 지하구조물(건축물)에 양압력으로 작용되며, 이 양압력은 지하구조물(건축물)의 바닥부와 그 주변 지하수위에 의한 수두차이에 의해서 지하구조물(건축물)을 들어올리는 힘으로 작용하게 된다.
따라서, 지하층이 있는 토목 및 건축구조물을 시공하는 현장에서는 지하수의 양압력에 대한 대책으로 지하구조물의 기초 두께를 증가시키거나, 락 앵커 등을 설치하여 양압력에 저항시키거나, 또는 기초구조체에 배수관을 설치하여 지하수를 집수 및 배수시켜 양압력을 감소시키고 있다.
기초구조체에 작용하는 양압력을 감소시키기 위한 기술이 대한민국 등록특허공보 제10-0666102호(이하, '선행문헌'이라 한다)에 “상향수압 조절이 가능한 연직 배수시스템”이라는 명칭으로 개시되어 있다.
선행문헌에 따르면, 넓은 바닥면을 갖고 장형의 배수공간, 배수재층 또는 배수관을 포함하는 공사현장에서 집수정측 단부에 일정 수두차를 갖도록 배수로를 상향 및 하향으로 올라갔다 내려가도록 구성함으로써, 건물 바닥면에 미치는 상향수압을 일정하게 유지함과 동시에 과도한 지하수 배출을 방지하게 된다.
이러한 기술적 특징을 갖는 선행문헌의 경우 상기와 같은 장점에도 불구하고, 바닥콘크리트의 상부로 감압관을 설치해야 하므로 배관작업이 용이하지 않고, 집수정을 시공해야 하기 때문에 전체적으로 공사가 복잡하고 어려워 공사비가 많이 소요되고 공사기간이 길어지는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0666102호(2007.01.10.공고) 대한민국 등록특허공보 제10-0730686호(2007.06.26.공고) 대한민국 등록특허공보 제10-0666410호(2006.12.13.공고)
본 발명은 목적은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 간단한 구조를 통해 지하수의 상향수압을 간편하게 조절할 수 있는 지하수 상향수압 조절장치를 제공하는데 있다.
본 발명 지하수 상향수압 조절장치는, 구조물의 기초구조체에 설치되어 지하수가 유입되도록 하고, 유입되는 지하수를 필터링하는 필터링 부재; 필터링 부재에 연결되어 필터링 부재를 통해 유입된 지하수가 상향 이송되도록 하며, 길이 조절이 가능한 상향 배관; 필터링 부재를 감싸 보호하면서 상기 상향 배관의 하단에 연결되며, 지하수 유입을 위해 유입홀이 형성된 커버부재; 상향 배관의 상단에 연결되는 분기관; 분기관의 일단에 연결되어 수압을 측정하는 수압계; 분기관의 타단에 연결되어 과도한 상향수압이 작용할 경우 개방하여 지하수를 배출하도록 하는 지하수 배출밸브; 및 분기관의 일단과 수압계를 연결해주며 수압계 교체시 수압계로의 지하수 유입을 차단하는 수압계 교체 밸브;를 포함한다.
본 발명 지하수 상향수압 조절장치는, 상향 배관 내에 상하 회동 가능하게 설치되어, 상향 수압이 일정 수압 이상일 때는 상향 배관의 내부를 개방하여 지하수가 상향 이송되도록 하고, 상향 수압이 일정 수압 미만일 때는 상향 배관의 내부를 차단하여 지하수의 상향 이송을 차단하는 차단부재를 더 포함한다.
상향 배관은, 하단에 필터링 부재와 커버부재가 연결되는 하부관; 하부관의 상단을 통해 탈거 가능하게 삽입되어 전체 배관의 길이를 조절하는 길이 조절관; 및 길이 조절관의 외측에 위치 이동 가능하게 고정되고, 하부관의 상단에 착탈 가능하게 고정되는 길이 조절관 고정부재;를 포함한다.
길이 조절관 고정부재와 하부관의 연결부분, 하부관과 커버부재의 연결부분, 길이 조절관과 길이 조절관 고정부재의 연결부분, 그리고 길이 조절관과 하부관 사이에는 누수 방지를 위한 기밀부재가 구비된다.
본 발명 지하수 상향수압 조절장치에 따르면 다음과 같은 효과들을 기대할 수 있다.
첫째, 간단한 구조를 통해 지하수의 상향수압 측정과 지하수 배출이 이루어짐으로써, 전체적인 구조가 간단하고 시공이 용이하여 시공비를 절감할 수 있고 시공기간을 단축할 수 있다. 아울러, 유지보수도 용이하다.
둘째, 수압계 교체 밸브를 구비함으로써, 수압측정을 위한 수압계 교체시 누수 없이 용이하게 교체할 수 있다.
셋째, 지하수의 유입시 필터링 부재를 구비하여 이물질을 걸러주기 때문에 관로가 막히는 것을 방지할 수 있고, 필터링 부재를 보호하는 커버부재를 구비함으로써 필터링 부재를 안전하게 보호하여 수명을 연장시킬 수 있고 필터링 부재가 막히는 현상을 방지할 수 있다.
넷째, 상향 배관 내에 일정수압 이하일 경우 지하수의 상향 이송을 차단하는 차단부재를 구비함으로써, 불필요한 지하수의 상향 이송을 차단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지하수 상향수압 조절장치의 설치상태를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지하수 상향수압 조절장치를 나타낸 도면.
도 3은 상향 배관, 필터링 부재 및 커버부재의 연결관계를 나타낸 단면도.
도 4는 상향 배관, 필터링 부재 및 커버부재를 분해한 모습을 나타낸 도면.
도 5는 지하수의 상향수압이 설계 안정값을 초과하여 외부로 배수되는 모습을 나타낸 도면.
도 6은 지하수의 상향수압이 설계 안정값 이내인 경우의 모습을 나타낸 도면.
이하에서는 본 발명 지하수 상향수압 조절장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지하수 상향수압 조절장치의 설치상태를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 지하수 상향수압 조절장치(1)는 구조물의 기초구조체에 작용하는 지하수의 상향수압을 측정하고, 상향수압이 설계 안정값을 초과하는 경우 지하수를 강제 배수하여 상향수압을 설계 안정값 범위 이내로 조절함으로써, 지하수의 양압력에 의한 구조물의 안전문제와 과도한 지하수 배출시 발생될 수 있는 지반침하 등의 문제를 사전에 철저하게 차단할 수 있도록 해준다.
구조물의 기초구조체는 지하 마감층(2)과, 지하 마감층(2)의 상부에 형성되는 바닥 슬라브층(3)으로 구성된다. 지하 마감층(2)은 굴토 마감면에 쇄석 등이 포설되어 형성되는 층으로 구조물의 주변이나 지하공간에 존재하는 지하수가 유입되어 체류한다. 바닥 슬라브층(3)은 콘크리트가 타설되어 형성되는 콘크리트층이다.
본 발명 지하수 상향수압 조절장치(1)는 지하 마감층(2)과 바닥 슬라브층(3)에 수직으로 설치되며, 지하 마감층(2)으로부터 지하수를 유입한 후 상향 이송시키면서 지하수의 상향수압을 측정하고 지하수를 배출한다.
바닥 슬라브층(3)의 상부에는 홈 형태의 점검구(4)가 형성되며, 점검구(4) 내에 본 발명 지하수 상향수압 조절장치(1)를 구성하는 후술할 분기관(400), 수압계(500), 수압계 교체 밸브(600) 및 지하수 배출 밸브(700)가 위치된다.
작업자는 점검구(4)의 점검커버(5)를 열고 수압계(500)를 관찰하면서 상향수압을 측정한다. 측정한 수압이 설계 안정값 이내이면 지하수를 배출하지 않고, 수압이 설계 안정값을 초과하게 되면 지하수 배출 밸브(600)를 열어 지하수를 외부로 배출하게 된다.
수압의 측정과 지하수 배출 작업이 수작업에 의해 이루어지나, 미도시된 제어반이나 수압측정센서 등을 이용하여 자동으로 제어될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지하수 상향수압 조절장치를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 지하수 상향수압 조절장치(1)는, 필터링 부재(100), 상향 배관(200), 커버부재(300), 분기관(400), 수압계(500), 수압계 교체 밸브(600), 지하수 배출 밸브(700) 및 차단부재(800)를 포함한다.
필터링 부재(100)는 지하수가 체류하는 지하 마감층(2)에 수직으로 설치되어 지하 마감층(2)으로부터 지하수를 유입하고, 지하수에 포함된 이물질을 걸러준다. 필터링 부재(100)는 하단이 막힌 중공관 형태로 형성되며, 원주면을 통해 지하수가 유입된 후 상단 개구부를 통해 상향 배관(200) 내로 이송된다.
상향 배관(200)은 지하 마감층(2)으로부터 바닥 슬라브층(3)까지 수직하게 설치되어 필터링 부재(100)를 통해 유입된 지하수를 상향 이송시킨다. 상향 배관(200)은 설치되는 깊이에 따라 자유롭게 길이를 조절할 수 있도록 이루어진다.
커버부재(300)는 하단이 막힌 중공의 원형관 형태로 형성되어 필터링 부재(300)를 감싸 보호하며 상향 배관(200)의 하단에 착탈 가능하게 나사 결합된다. 커버부재(300)의 측면에는 지하수 유입을 위한 지하수 유입홀(310)이 형성된다. 커버부재(300)의 하단은 뾰족한 형태로 형성되어 지하 마감층(2)에 용이하게 삽입될 수 있도록 한다.
분기관(400)은 상향 배관(200)의 상단과 연결되며, 상향 배관(200)을 따라 상향 이송된 지하수를 양쪽 수평방향으로 분기시키는 T형관이다.
수압계(500)는 수압계 교체 밸브(600)를 통해 분기관(400)의 일단부에 연결되어, 상향 이송되는 지하수의 상향수압을 측정한다.
수압계 교체 밸브(600)는 분기관(400)과 수압계(500) 사이에 구비되어 분기관(400)으로부터 수압계(500)로 이송되는 지하수의 흐름을 개폐한다. 평상시에는 수압계 교체 밸브(600)를 개방하여 지하수가 수압계(500)로 이송되도록 하고, 수압계(500)를 교체하고자 할 경우에는 수압계 교체 밸브(600)를 닫아 수압계(500) 쪽으로 지하수가 흐르지 않도록 함으로써 누수없이 수압계(500)를 용이하게 교체할 수 있다.
지하수 배출 밸브(700)는 분기관(400)의 타단부에 연결되어 분기관(400)으로부터의 지하수 배출을 조절한다. 수압계(500)에서 측정한 수압이 설계 안정값을 초과하면 지하수 배출 밸브(700)를 열어 지하수를 외부로 배출하고, 수압이 설계 안정값 이내이면 지하수 배출 밸브(700)를 닫아 지하수의 배수를 차단한다. 이러한 지하수 배출 밸브(700)는 수동 개폐되는 것뿐만 아니라 일정 수압이상일 경우 자동 개방되는 것 모두 적용될 수 있다.
차단부재(800)는 상향 배관(200) 내에 상하 회동 가능하게 설치되어 일정 수압 이상의 상향 수압이 발생할 경우에만 위로 회동하여 지하수가 상향 이송될 수 있게 상향 배관(200)의 내부를 개방하고, 상향 수압이 일정 수압 미만일 경우에는 원상태로 회동하여 지하수의 상향 이송을 차단하도록 이루어짐으로써, 불필요한 지하수의 상향 이송을 차단할 수 있다.
도 3은 상향 배관, 필터링 부재 및 커버부재의 연결관계를 나타낸 단면도이고, 도 4는 상향 배관, 필터링 부재 및 커버부재를 분해한 모습을 나타낸 도면이다.
상향 배관(200)은 하부관(210), 길이 조절관(220), 길이 조절관 고정부재(230) 및 패킹부재(240)를 포함한다.
하부관(210)은 중공의 원형관으로서 상단 내측에는 길이 조절관 고정부재(230)가 착탈 가능하게 나사 결합되며, 하단 내측에는 필터링 부재(100)의 연결을 위한 필터링 부재 연결부(250)가 삽입 고정되고, 하단 외측에는 커버부재(300)가 착탈 가능하게 나사 결합된다. 이를 위해 하부관(210)의 상단 내측과 하단 외측에는 나사산이 형성된다. 하부관(210)의 하단 외측에는 커버부재(300)가 나사 결합될 때 결합부 사이의 기밀을 위한 기밀링(260)이 끼워진다.
필터링 부재 연결부(250)는, 하부관(210)의 하단에 삽입 고정되는 중공의 삽입부(251), 삽입부(251)로부터 연장되며 외측에 필터링 부재(100)가 끼워지는 끼움부(252), 및 삽입부(251)와 끼움부(252) 사이에서 외측으로 돌출 형성되어 하부관(210)의 하단에 걸리는 환형의 걸림부(253)로 구성된다.
길이 조절관(220)은 외경이 하부관(210)의 내경보다 작게 형성되어 하부관(210)의 상단을 통해 하부관(210) 내로 탈거 가능하게 삽입된다. 길이 조절관(220)의 삽입 정도를 조절하여 상향 배관(200)의 전체 길이를 조절할 수 있다. 길이 조절관(220)의 상단은 분기관(400)의 하단에 나사 결합되며, 이를 위해 길이 조절관(220)의 상단 외측에는 나사산이 형성된다.
길이 조절관 고정부재(230)는 길이 조절관(220)의 외측에 위치 이동 가능하게 고정되고 하부관(210)의 상단에 착탈 가능하게 나사 결합된다. 길이 조절관(220)의 외측에서 길이 조절관 고정부재(230)의 위치를 결정한 후, 길이 조절관 고정부재(230)를 하부관(210)의 상단에 나사 결합하여 고정함으로서, 상향 배관(200)의 길이 조절이 간편하게 이루어진다. 길이 조절관 고정부재(230)는 길이 조절관(220)의 외측에 위치 이동 가능하게 끼워지며 고정볼트(231)에 의해 착탈 가능하게 고정되는 중공의 고정부(232), 고정부(232)로부터 연장되며 하부관(210)의 상단에 삽입되어 나사 결합될 수 있도록 외측에 나사산이 형성된 중공의 결합부(233)로 구성된다. 고정부(232)와 결합부(233) 사이 외측에는 하부관(210)과 길이 조절관 고정부재(230) 사이의 기밀을 위한 기밀링(260)이 구비되며, 길이 조절관 고정부재(230)의 내측에도 길이 조절관 고정부재(230)와 길이 조절관(220) 사이의 기밀을 위한 기밀링(260)이 구비된다.
패킹부재(240)는 길이 조절관(220)의 하단부 외측에 끼워진 상태로 하부관(210)의 내측으로 삽입되어 길이 조절관(220)의 외측과 하부관(210)의 내측에 밀착됨으로써, 길이 조절관(220)과 하부관(210) 사이의 기밀을 유지시켜준다.
기밀링(260)과 패킹부재(240)는 자체 탄성력을 가지기 때문에 길이 조절관(220)의 이동에는 지장을 주지 않는다.
한편, 차단부재(800)는 원판으로 형성되어 일측이 하부관(210)의 내측에 힌지에 의해 회동 가능하게 결합되며, 스프링에 의해 탄성 지지된다. 이러한 결합구조를 갖는 차단부재(800)는 평상시 수평상태 즉, 하부관(210)의 내주면에 대하여 직교되는 형태로 위치됨으로써 하부관(210)의 내부를 차단한다. 하부관(210)을 통해 상향 이송되는 지하수의 수압이 일정값 이상이 되면 수압에 의해 상방으로 회동하여 하부관(210)의 내부를 개방함으로써 지하수가 분기관(400) 쪽으로 상향 이송되도록 한다. 지하수의 상향수압이 일정값 미만이 되면 차단부재(800)는 원상태로 복귀하여 하부관(210)의 내부를 차단한다.
도 5는 지하수의 상향수압이 설계 안정값을 초과하여 외부로 배수되는 모습을 나타낸 도면이고, 도 6은 지하수의 상향수압이 설계 안정값 이내인 경우의 모습을 나타낸 도면이다.
지하 마감층(2)의 지하수는 커버부재(300)를 통해 필터링 부재(100) 내로 유입된다. 이 과정에서 합성수지재로 제작되어 상대적으로 강도가 약한 필터링 부재(100)는 스테인레스 등의 금속재로 제작되어 상대적으로 강도가 강한 커버부재(300)에 의해 보호된다. 또한, 지하수가 커버부재(300)를 통해 유입되는 과정에서 크기가 큰 모래나 자갈 등이 걸러지기 때문에 필터링 부재(100)가 막힐 염려가 현저하게 줄어든다.
지하수에 포함된 이물질은 필터링 부재(100)로 유입되는 과정에서 걸러지기 때문에, 지하수가 유입된 후 상향 이송되고 배수되는 과정에서 관로의 내부가 막힐 염려가 없다.
필터링 부재(100)로 유입된 지하수의 수압이 일정값 이상이면 지하수가 상향 배관(200) 내에서 상향 이송되는 과정에서 차단부재(800)를 상방으로 회동시킨 후 계속해서 상향 이송되어 분기관(400)까지 상승한다.
분기관(400)으로 상승된 지하수는 수압계(500)로 이송되어 수압이 측정된다. 수압계(500)에서 측정된 수압이 설계 안정값을 초과하게 되면 지하수 배출 밸브(700)를 수동 또는 자동으로 개방하여 지하수의 수압이 설계 안정값 이내로 유지될 때까지 지하수를 외부로 배출한다.
지하수의 수압이 설계 안정값 이내가 되면 지하수 배출 밸브(700)를 수동 또는 자동을 닫아 지하수의 배출을 정지시킨다. 지하수 배출 밸브(700)를 닫은 상태에서도 계속적인 상향수압 측정을 위해 지하수는 분기관(400)으로 계속해서 상승한다. 다만, 지하수의 상향 수압이 설계 안정값 이내에서도 일정값 이하이면 수량이 적어 굳이 수압을 측정할 필요가 없으며 이 경우 차단부재(800)에 의해 지하수의 상향 이송이 차단된다. 차단부재(800)를 상향 회동시키는데 필요한 수압은 상향 수압의 설계 안정값 보다 작게 설정되는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명 지하수 상향수압 조절장치를 바람직한 실시예를 기초로 상세히 설명하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 해당분야 통상의 지식을 가진 자에 의해 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.
예컨대, 본 발명의 실시예에서는 상향 배관과 분기관 사이, 하부관과 길이 조절관 고정부재 사이, 하부관과 커버부재 사이의 결합이 나사 결합을 통해 이루어지나, 이에 한정되지 않고 플랜지를 통한 결합도 가능하다. 이러한 실시예 역시 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 보아야 한다.
1 : 지하수 상향수압 조절장치 2 : 지하 마감층
3 : 바닥 슬라브층 4 : 점검구
5 : 점검커버 100 : 필터링 부재
200 : 상향 배관 210 : 하부관
220 : 길이 조절관 230 : 길이 조절관 고정부재
240 : 패킹부재 250 : 필터링 부재 연결부
260 : 기밀링 300 : 커버부재
310 : 지하수 유입홀 400 : 분기관
500 : 수압계 600 : 수압계 교체 밸브
700 : 지하수 배출 밸브 800 : 차단부재

Claims (4)

  1. 구조물의 기초구조체에 설치되어 지하수가 유입되도록 하고, 유입되는 지하수를 필터링하는 필터링 부재;
    상기 필터링 부재에 연결되어 필터링 부재를 통해 유입된 지하수가 상향 이송되도록 하며, 길이 조절이 가능한 상향 배관;
    상기 필터링 부재를 감싸 보호하면서 상기 상향 배관의 하단에 연결되며, 지하수 유입을 위해 유입홀이 형성된 커버부재;
    상기 상향 배관의 상단에 연결되는 분기관;
    상기 분기관의 일단에 연결되어 수압을 측정하는 수압계;
    상기 분기관의 타단에 연결되어 과도한 상향수압이 작용할 경우 개방하여 지하수를 배출하도록 하는 지하수 배출밸브;
    상기 분기관의 일단과 수압계를 연결해주며 수압계 교체시 수압계로의 지하수 유입을 차단하는 수압계 교체 밸브; 및
    원판으로 형성되어 일측이 상기 상향 배관의 내측에 상하 회동 가능하게 힌지 결합되고, 스프링에 의해 탄성 지지되며, 상향 수압이 일정 수압 이상일 때는 상향 배관의 내부를 개방하여 지하수가 상향 이송되도록 하고, 상향 수압이 일정 수압 미만일 때는 상향 배관의 내부를 차단하여 지하수의 상향 이송을 차단하는 차단부재;를 포함하는 지하수 상향수압 조절장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상향 배관은,
    하단에 필터링 부재와 커버부재가 연결되는 하부관;
    상기 하부관의 상단을 통해 탈거 가능하게 삽입되어 전체 배관의 길이를 조절하는 길이 조절관; 및
    상기 길이 조절관의 외측에 위치 이동 가능하게 고정되고, 상기 하부관의 상단에 착탈 가능하게 고정되는 길이 조절관 고정부재;를 포함하는 지하수 상향수압 조절장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 길이 조절관 고정부재와 하부관의 연결부분, 하부관과 커버부재의 연결부분, 길이 조절관과 길이 조절관 고정부재의 연결부분, 그리고 길이 조절관과 하부관 사이에는 누수 방지를 위한 기밀부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 지하수 상향수압 조절장치.
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