KR101817556B1 - 흙막이구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반에 복수로 타공된 제 1천공에 타입되는 중공의 기성말뚝; 상기 제 1천공 사이에 타공된 제 2천공에 타입되는 H형강과 상기 제 2천공과 상기 H형강 사이에 충진되는 몰탈과 상기 몰탈 중 일부분이 제거되어 H형강의 플랜지가 노출되도록 하여 요홈을 형성하는 결합홈을 포함하는 현장말뚝; 상기 결합홈에 부착되는 연결구; 현장말뚝 간 연결구에 부착되는 띠장; 상기 띠장을 관통하여 지반으로 관입되어 장착되는 앵커;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흙막이 구조에 관한 것이다.

Description

흙막이구조{Structure of Retaining Wall}

본 발명은 콘크리트 재질의 기성말뚝을 주재로 하여 견고한 벽체구조를 제공하면서 동시에 현장말뚝의 구조에 의한 띠장의 결합으로 견고한 지지와 시공의 용이성이 도모될 수 있는 흙막이구조에 관한 것이다.

흙막이 구조물은 건축물, 지하차도 및 지중구조물 등의 기초공사를 위해 지반 굴착면에 연속적으로 설치된다. 기존에는 현장타설 말뚝(지반을 굴착하여 천공 홀을 형성하고, 그 천공 홀에 철근조립체를 삽입한 뒤, 콘크리트나 몰탈 등의 충전재를 충전하여 형성된 말뚝)을 이용한 흙막이 벽체가 많이 사용되었다.

그러나 최근에는 현장타설 말뚝을 이용한 흙막이 벽체보다 강성이 우수한 콘크리트 기성말뚝이 많이 사용되고 있는데 일 예로 대한민국 특허등록 제10-0415809호에서는 선단부를 제외한 내부에 중공이 길이방향으로 연속하여 형성된 프리캐스트 말뚝본체; 상기 중공면을 따라, 일정간격을 두고 프리캐스트 말뚝본체의 외부면과 중공을 관통하는 다수의 그라우팅 주입구멍; 상기 중공과 프리캐스트 말뚝본체의 외부면 사이에, 선단부를 제외한 길이방향으로 연속하여 형성된 실링재 주입구멍; 을 포함하며, 상기 중공에 삽입되어 설치되는 그라우팅 주입장치에 의해 주입된 그라우팅재가 상기 그라우팅 주입구멍을 통해 프리캐스트 말뚝본체의 외부로 압출 되는 것을 특징으로 하는 흙막이용 프리캐스트 말뚝을 제시하고 있다.

그러나 이러한 기성말뚝을 이용한 흙막이구조는 철근과 고강도 콘크리트로 구성되기 때문에 띠장의 설치가 어려운 문제점이 있다. 현장에서는 기성말뚝의 표면에 볼트구멍을 천공하여 띠장을 결합할 수 있는 결합부를 체결함으로써 흙막이 벽체를 시공하고 있지만 배면 토압으로 인해 말뚝에 뒤틀림이나 편심이 발생하면 볼트 연결부가 손상되는 문제점이 있다.

대한민국 특허등록 제10-0415809호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서 콘크리트 재질의 기성말뚝을 주재로 하여 견고한 벽체구조를 제공하면서 동시에 현장말뚝의 구조에 의한 띠장의 결합으로 견고한 지지와 시공의 용이성이 도모될 수 있는 흙막이구조를 제공하고자 함이다.

상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 흙막이구조는 지반에 복수로 타공된 제 1천공에 타입되는 중공의 기성말뚝; 상기 제 1천공 사이에 타공된 제 2천공에 타입되는 H형강과 상기 제 2천공과 상기 H형강 사이에 충진되는 몰탈과 상기 몰탈 중 일부분이 제거되어 H형강의 플랜지가 노출되도록 하여 요홈을 형성하는 결합홈을 포함하는 현장말뚝; 상기 결합홈에 부착되는 연결구; 현장말뚝 간 연결구에 부착되는 띠장; 상기 띠장을 관통하여 지반으로 관입되어 장착되는 앵커;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 연결구는, 상기 띠장을 지지하는 브라켓과 상기 브라켓 상부에서 띠장의 플랜지와 접하도록 하는 이격판으로 구성됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 최상단 결합홈에 부착되는 연결구에 있어, 상기 브라켓은 상면이 상기 이격판이 부착되는 평활면과 상기 띠장이 경사구배가 형성되도록 지지되는 경사면으로 구성되어 상기 연결구에는 앵커가 경사구배를 형성하면서 관통하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 이격판은 띠장의 플랜지와 접하도록 하는 면이 상기 결합홈에 부착되는 면과 다양한 각도가 형성되는 복수의 유닛 중 선택적으로 구성됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 기성말뚝 및 상기 현장말뚝에 의해 형성되는 벽과 지반 사이에는 몰탈이 충진되어 차수층이 형성되도록 하되, 상기 몰탈은 시멘트 100중량부에 대해 알루미나 시멘트 10 내지 30중량부, 탄산칼슘 피막이 도포된 소성된 석회석 1 내지 10중량부, 비나파스수지 1 내지 3중량부, 탄화규소 1 내지 3중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 흙막이구조는 콘크리트 재질의 기성말뚝을 주재로 하여 견고한 벽체구조를 제공하면서 동시에 현장말뚝의 구조에 의한 띠장의 결합으로 견고한 지지와 시공의 용이성이 도모될 수 있는 장점이 있다.

또한 현장말뚝과 띠장의 결합구조에 의해 별도의 장치 없이도 지반으로 경사구배를 형성하는 앵커링이 가능하여 시공이 용이하면서 토압에 대한 저항성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한 구조 및 재료에 의해 수밀성이 배가되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 흙막이구조를 나타내는 사시도이고,
도 2는 본 발명의 흙막이구조를 나타내는 측단면도이고,
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 흙막이구조의 시공플로우를 나타내는 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 흙막이구조(1)는 도 1에서 보는 바와 같이 지반에 복수로 타공된 제 1천공(21)에 타입되는 중공의 기성말뚝(2); 상기 제 1천공(21) 사이에 타공된 제 2천공(31)에 타입되는 H형강(32)과 상기 제 2천공(31)과 상기 H형강(32) 사이에 충진되는 몰탈(33)과 상기 몰탈(33) 중 일부분이 제거되어 H형강(32)의 플랜지가 노출되도록 하여 요홈을 형성하는 결합홈(34)을 포함하는 현장말뚝(3); 상기 결합홈(34)에 부착되는 연결구(5); 현장말뚝(3) 간 연결구(4)에 부착되는 띠장(5); 상기 띠장(5)을 관통하여 지반으로 관입되어 장착되는 앵커(6);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉 본 발명은 흙막이구조(1)의 주재를 콘크리트재질의 기성말뚝(2)으로 구성하여 강성이 우수한 벽체가 형성되도록 하면서 기성말뚝(2) 간에 현장말뚝(3)이 구성되도록 하여 띠장(5)의 연결시공을 견고하면서도 용이하게 수행할 수 있도록 하고 이러한 띠장(5)과 지반을 앵커링 함으로써 토압에 대한 저항성을 향상시키도록 하는 것이다.

상기 기성말뚝(2)은 중공을 형성하는 프리캐스트 화 된 제품으로 우선 도 3a 등에서 보는 바와 같이 지반(g)에 제 1천공(21)을 연속적으로 천공하고 연속적인 제 1천공(21)에 상기 기성말뚝(2)을 타입하여 벽체화 하는 것이다.

상기 현장말뚝은 도 3a 등에서 보는 바와 같이 상기 제 1천공(21) 사이에 타공된 제 2천공(31)에 타입되는 H형강(32)과 상기 제 2천공(31)과 상기 H형강(32) 사이에 충진되는 몰탈(33)과 상기 몰탈(33) 중 일부분이 제거되어 H형강(32)의 플랜지가 노출되도록 하여 요홈을 형성하는 결합홈(34)을 포함하는 구성으로 현장에서 타설되는 구성에 해당한다.

상기 제 2천공(31)은 바람직하게 상기 제 1천공(21)보다 큰 천공깊이를 가지도록 하여 현장말뚝(3)에 의해 연결되는 띠장(5)이 벽체를 형성하는 기성말뚝(2)을 견고하게 지지하도록 하는 것이 타당하다.

상기 결합홈(34)은 도 3a에서 보는 바와 같이 상기 제 2천공(31)에 상기 H형강(32)을 타입하고 상기 제 2천공(31)과 상기 H형강(32) 사이에 몰탈(33)을 충진한 후에 상기 기성말뚝(2)과 상기 현장말뚝(3)의 내측 지반을 굴착하고 그 다음으로 도 3b에서 보는 바와 같이 상기 H형강(32)에 있어 플랜지가 노출되도록 상기 몰탈(33)을 제거하여 형성되는 것이다. 이렇게 형성되는 결합홈(34)에 도 3c에서 보는 바와 같이 연결구(5)가 부착되도록 하는 것이다.

상기 연결구(5)는 상기 결합홈(34)에 부착되도록 하여 상기 연결구(5)에 의해 띠장(5)이 체결되도록 하는 구성에 해당한다. 즉 상기 연결구(5)는 결합홈(34)에서 노출되는 H형강(32)의 플랜지에 부착이 되도록 하는 구성으로 여기서 부착은 다양한 공지기술에 의해 수행될 수 있으므로 그 상세설명은 생략한다.

상기 연결구(5)는 도 2에서 보는 바와 같이 상기 띠장(5)을 지지하는 브라켓(41)과 상기 브라켓 상부에서 띠장(5)의 플랜지와 접하도록 하는 이격판(42)으로 구성됨을 특징으로 한다. 상기 브라켓(41)은 결합홈(34)의 하단부에 부착되어 상기 띠장(5)이 부착됨으로써 띠장(5)을 지지하도록 하는 구성에 해당하고 상기 이격판(42)은 결합홈(34)의 상단부로서 상기 브라켓(41) 상부에 부착되어 띠장(5)의 플랜지와 부착되도록 하는 구성에 해당한다.

또한 상기 연결구(5)는 도 2에서 보는 바와 같이 도면상 최상단에 배치되어 앵커(6)가 장착되는 연결구(4-1)와 하부에서 앵커링 없이 결합홈(34)에 부착되는 연결구(4-2)로 구성된다.

상기 연결구(4-1)에 있어 상기 브라켓(41)은 상면이 상기 이격판(42)이 부착되는 평활면(411)과 상기 띠장(5)이 경사구배가 형성되도록 지지되는 경사면(412)으로 구성되는 바, 이러한 구성과 연동하여 상기 이격판(42)의 경우도 노출되어 띠장(5)의 플랜지와 부착되는 면이 경사구배가 형성되도록 하는 것이다.

이러한 구조를 가진 연결구(4-1)에 의해 이에 부착되는 띠장(5)에 있어 플랜지가 경사구배가 형성된 상태가 되며 경사구배가 형성된 플랜지를 통해 앵커(6)가 장착되도록 하여 앵커(6)의 장착이 용이해지도록 하는 것이다.

즉 앵커(6)는 띠장(5)에 있어 플랜지 및 연결구(4-1)에 있어 이격판(42)을 관통하여 지중에 앵커링이 되도록 하는 것인데 이러한 앵커(6)는 경사구배가 형성되도록 하여 앵커링이 됨으로써 기성말뚝(2) 등에 의해 형성되는 벽체에 토압에 대한 저항성을 향상시키도록 하는 것이다.

따라서 띠장(5)에 있어 플랜지가 앵커(6)와 직각이 되도록 하여 앵커(6)의 장착이 용이하도록 하며 각도를 맞추기 위한 별도의 장비가 필요가 없어 시공이 용이하도록 하는 것이며 앵커(6)에 의한 가압력이 정확하게 전달되도록 하여 토압에 대한 저항성을 향상시키도록 하는 것이다.

한편 제 2천공(31)에 H형강(32)을 타입하여 현장말뚝(3)을 시공하는데 있어 현장말뚝(3) 간에 H형강(32)의 플랜지가 평행하게 타압하는 것이 시공여건 상 용이하지 않다. 따라서 결합홈(34)에서 노출되는 H형강(32)의 플랜지가 각 현장말뚝(3)마다 각도를 달리할 수 있는데 이러한 점을 보정하기 위한 실시 예가 도 4에서 도시되고 있다.

도 4에서 보는 바와 같이 상기 이격판(42)은 띠장(5)의 플랜지와 접하도록 하는 면이 상기 결합홈(34)에 부착되는 면과 다양한 각도가 형성되는 복수의 유닛(42a, 42b, 42c......)으로 구성되도록 하여 결합홈(34)에서 노출되는 H형강(32)의 플랜지의 각도에 따라 이격판(42)을 선택적으로 구성하도록 하는 것이다.

예로 도 4에서는 일측의 현장말뚝(3)에서는 H형강(32)의 플랜지가 평행하게 구성되어 띠장(5)의 플랜지와 접하도록 하는 면과 상기 결합홈(34)에 부착되는 면이 평행하게 형성된 이격판(42a)이 결합홈(34) 및 브라켓(42)에 부착되도록 하는 것이며 타측의 현장말뚝(3)에서는 H형강(32)의 플랜지가 경사구배가 형성되도록 구성되어 띠장(5)의 플랜지와 접하도록 하는 면과 상기 결합홈(34)에 부착되는 면이 경사구배가 형성된 이격판(42b)이 결합홈(34) 및 브라켓(42)에 부착되도록 하여 띠장(5)의 부착이 용이하게 되는 것이며 비틀림 등에서 오는 구조적 건전성의 저하를 방지하도록 하는 것이다.

상기 앵커(6)는 다양한 공지기술이 적용될 수 있는 바, 일 예로 어스앵커가 적용될 수 있다.

도 1 등에서 보는 바와 같이 상기 기성말뚝(2) 및 상기 현장말뚝(3)에 의해 형성되는 벽과 지반 사이에는 몰탈이 충진되어 차수층(7)이 형성되도록 하는데, 몰탈의 충진에 의해 형성되는 차수층(7)은 수밀성이 강조되므로 경화과정 및 시공후에 발생되는 균열에 대한 저항성을 높여야 한다.

이를 위해 본 발명에서는 차수층(7)에 충진되는 몰탈의 실시 예를 제시하고 있는데, 본 실시 예의 몰탈은 시멘트 100중량부에 대해 알루미나 시멘트 10 내지 30중량부, 탄산칼슘 피막이 도포된 소성된 석회석 1 내지 10중량부, 비나파스수지 1 내지 3중량부, 탄화규소 1 내지 3중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 알루미나 시멘트는 무기질계 초속경 재료로서 시멘트와 혼합할 때 수일 혹은 수 십일에 얻어지는 일반 포틀랜드 시멘트의 압축강도를 수 시간 내에 얻을 수 있게 한다. 즉 알루미나 시멘트가 첨가되도록 하여 조강성이 확보되어 공기를 단축시키는 등의 효과가 발현되도록 하는 것이다.

한편 상기 알루미나 시멘트의 첨가로 조강성이 확보되나 이러한 조강성의 확보에 의해 온도균열 등 균열저항성이 저하될 수 있는 문제가 있다. 이에 본 발명에서는 탄산칼슘 피막이 도포된 소성된 석회석이 첨가되도록 한다.

상기 석회석은 1000 내지 1300℃로 소성시킨 석회석이 사용되는데, 소성된 석회석은 산화칼슘이 수화되면서 수산화칼슘이 생성되도록 하여 배합시 페이스트를 팽창시키도록 하는 것이다. 이러한 팽창은 공극을 남긴 채로 외관상의 용적팽창을 한다고 알려져 있으며 그 팽창은 2단계의 팽창에 의한다고 알려져 있는데 최초로 미세한 콜로이드상의 수산화칼슘을 생성할 때 처음 팽창을 하고 이것이 완전히 종료한 후에도 계속하여 장대한 이방성의 육각판상 결정으로 성장한다고 알려져 있다. 따라서 페이스트를 팽창시킴으로써 균열저항성을 향상시키도록 하는 것이다.

그런데 소성된 석회석은 수화활성이 매우 높아 배합시 물과 반응하여 단시간에 수화반응을 완결해, 시멘트가 대부분 응결 하고 있지 않는 상태에서 팽창 발현이 종료되어 페이스트에서 팽창성 즉 케미컬(chemical) 프리스트레스의 도입은 실질적으로 하지 못하고, 또 자기수축에 대한 억제 효과도 얻기 어려운 문제가 있다. 이에 지연제 등을 병용해 소성된 석회석의 수화반응시기를 늦추는 것도 가능하지만, 공존하는 시멘트에도 지연작용이 일어나 모르타르, 콘크리트 등의 물성에 영향을 주는 문제가 있다.

이에 본 발명에서는 소성된 석회석을 사용하되, 석회석은 소성후 이산화탄소 포함가스와 반응시켜 입자 표면에 탄산칼슘 피막이 도포되도록 하여 사용되도록 하는 예를 제시한다. 바람직하게는 소성이 완료된 석회석을 소성과정에서 발생되는 이산화탄소 포함가스와 반응시켜 입자 표면에 탄산칼슘 피막이 도포되도록 하는 것이 타당하다.

이와 같이 소성이 완료된 석회석에 탄산칼슘 피막이 도포되도록 하는 이유는 소성된 석회석의 수화활성을 지연시켜 시멘트의 수화반응이 충분히 진행된 후에 팽창효능이 발현되어 팽창재의 팽창성능이 효율적으로 발현되도록 하기 위한 것이다.

또한 보관과정에서 특히 습도가 높은 여름철 등에는 소성된 석회석 등에 수분이 흡수되어 보관과정에서 수분과의 반응이 이루어져 실제 시멘트와 배합시 제 기능의 발현을 기대할 수 없는 바, 본 실시 예와 같이 탄산칼슘 피막이 도포되도록 하여 보관과정에서 수분의 흡수를 제어하도록 하는 것이다.

이를 위해 소성이 완료된 석회석을 소성과정에서 발생되는 이산화탄소 포함가스와 반응시켜 석회석 입자 표면에 탄산칼슘 피막이 도포되도록 하는 것이다.

즉 소성이 완료된 석회석에 150 내지 400℃ 온도하에서 10 내지 50중량%로 이산화탄소가 함유된 가스를 공급하여 확산에 의해 표면에 탄산칼슘 피막이 형성되도록 하는 것이다.

이와 같이 피막이 형성되도록 하여 소성된 석회석 내부는 활성이 매우 높은 CaO가 존재하게 되며, 표면에는 탄산칼슘(CaCO₃)을 생성시켜 수분과의 반응을 지연시키는 것이다. 즉 이산화탄소를 포함한 가스가 확산되면서 소성된 석회석의 미세한 공극으로 전달되며, 이산화탄소가 소성된 석회석의 전 표면에서 반응하여 미세한 CaCO₃ 피막을 계속 형성시키도록 하는 것이다. 또한 이러한 피막의 형성에 의해 석회석간 응집을 제어하여 팽창효율의 저하도 방지하게 되는 것이다.

바람직하게 이산화탄소가 포함된 가스는 전체대비 이산화탄소의 농도가 10 내지 50중량%로 함유되는 것이 타당한데 이는 너무 농도가 큰 경우 피막의 두께가 커져서 수화반응을 지연시키는 것이 아니라 수화반응을 차단하여 적정의 시기에 팽창성능의 발현을 기대할 수 없는 바 상기와 같이 한정하는 것이다.

상기 비나파스수지는 액상수지를 스프레이 건조하여 제조한 분산 물질로서 물에 분산시키면 안정한 액상수지가 되고 물에 분산된 수지는 건조 후 물에 녹지 않는 비가역적인 폴리머 필름을 형성하고 액상수지와 같이 시멘트와 혼합 사용되어 인장, 휨강도 등을 향상시키며 접착력을 증가시키는 역할을 한다.

특히 상기 비나파스수지가 첨가되어 경화후 페이스트의 탄성이 발현되도록 하여 취성파괴에 대한 저항성을 향상시키게 되는 것이다. 이러한 비나파스수지의 첨가에 의해 시공후 외압에 의해 차수층(7)에 작용하는 하중을 완화시켜 외압에 의한 균열이 방지되도록 하는 것이다.

상기 탄화규소는 매우 단단하고 깨끗하며, 규소와 탄소의 결정성 화합물로 2500℃ 이상에서 분해된다. 고온강도가 높고, 내마모성, 내산화성, 내식성, 크랙 저항성 등의 특성이 우수하여 탄화규소는 소성된 석회석에 형성되는 공극이 냉각과정에서 수축되거나 변형되지 않고 그대로 유지시켜주도록 함으로써 페이스트의 팽창후 수축을 제어하도록 하는 것이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

1 : 본 발명 2 : 기성말뚝
3 : 현장말뚝 4 : 연결구
5 : 띠장 6 : 앵커

Claims (5)

1. 지반에 복수로 타공된 제 1천공에 타입되는 중공의 기성말뚝; 상기 제 1천공 사이에 타공된 제 2천공에 타입되는 H형강과 상기 제 2천공과 상기 H형강 사이에 충진되는 몰탈과 상기 몰탈 중 일부분이 제거되어 H형강의 플랜지가 노출되도록 하여 요홈을 형성하는 결합홈을 포함하는 현장말뚝; 상기 결합홈에 부착되는 연결구; 현장말뚝 간 연결구에 부착되는 띠장; 및 상기 띠장을 관통하여 지반으로 관입되어 장착되는 앵커;를 포함하여 구성되는 흙막이 구조에 있어서,
   상기 기성말뚝 및 상기 현장말뚝에 의해 형성되는 벽과 지반 사이에는 몰탈이 충진되어 차수층이 형성되도록 하되, 상기 몰탈은 시멘트 100중량부에 대해 알루미나 시멘트 10 내지 30중량부, 탄산칼슘 피막이 도포된 소성된 석회석 1 내지 10중량부, 비나파스수지 1 내지 3중량부, 탄화규소 1 내지 3중량부를 포함하되,
   상기 탄산칼슘 피막이 도포된 소성된 석회석은 소성이 완료된 석회석에 150 내지 400℃ 온도에서 10 내지 50중량%로 이산화탄소가 함유된 가스를 공급하여 확산에 의해 표면에 탄산칼슘 피막이 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 흙막이 구조.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 연결구는,
   상기 띠장을 지지하는 브라켓과 상기 브라켓 상부에서 띠장의 플랜지와 접하도록 하는 이격판으로 구성됨을 특징으로 하는 흙막이 구조.
   
3. 제 2항에 있어서,
   최상단 결합홈에 부착되는 연결구에 있어, 상기 브라켓은 상면이 상기 이격판이 부착되는 평활면과 상기 띠장이 경사구배가 형성되도록 지지되는 경사면으로 구성되어 상기 연결구에는 앵커가 경사구배를 형성하면서 관통하는 것을 특징으로 하는 흙막이 구조.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 이격판은 띠장의 플랜지와 접하도록 하는 면이 상기 결합홈에 부착되는 면과 다양한 각도가 형성되는 복수의 유닛 중 선택적으로 구성됨을 특징으로 하는 흙막이 구조.
   
5. 삭제

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