(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の上部構造体の荷重を地盤に伝達するために用いられる基礎杭であって、
上端が前記上部構造体に接合される杭本体を備え、前記杭本体は、複数の杭構成体を上下に互いに接続することにより形成され、前記杭構成体のうち、上下に隣接する少なくとも二つの前記杭構成体は、これら二つの杭構成体の互いに接近する方向の相対変位を規制し、離間する方向の相対変位を許容する接続機構を介して接続され、
前記接続機構は、上下に隣接する二つの前記杭構成体のうち、上方に位置する第一の杭構成体の下端と下方に位置する第二の杭構成体の上端とを包囲するように配置される筒状の接合リングと、前記接合リングの内周面に接合されるとともに、前記第一の杭構成体の下端と前記第二の杭構成体の上端との間に介装され、該第一の杭構成体と該第二の杭構成体との間において前記杭本体に作用する圧縮軸力を伝達する軸力伝達部材とを備え、
前記接合リングは、その内径寸法が、前記第一の杭構成体の下端および前記第二の杭構成体の上端の少なくとも一方の外形寸法より大とされ、
前記軸力伝達部材は、その少なくとも一部が、弾性部材によって形成され、
前記接合リングと前記第一の杭構成体の下端および前記第二の杭構成体の上端とが、前記第一の杭構成体および前記第二の杭構成体が接合リングに対し所定寸法離間した場合に互いに係止することを特徴とする基礎杭。
【請求項２】
前記第一の杭構成体の下端および前記第二の杭構成体の上端には、前記杭本体の軸線方向と直交する外方に向かって突出する突起部が設けられ、前記接合リングの内周面には、前記突起部に対して係止して前記接合リングの前記第一の杭構成体および前記第二の杭構成体からの離脱を防止する係止部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の基礎杭。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の上部構造体の荷重を地盤に伝達するために用いられる基礎杭に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の基礎杭としては、例えば、鋼管杭やＰＨＣ杭等のような既製杭が知られている。こうした既製杭は、その杭体が単一の部材によって構成されることもあるが、鋼管あるいはコンクリート管からなる杭構成体を複数上下に剛接合することによって形成される場合もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に地震時においては、建物に作用する水平力によって基礎杭に作用する軸力が変動し、その結果、塔状比（建物幅に対する高さの比）が大きい場合や壁などの耐震要素のとりつく基礎杭では、変動した軸力が長期軸力を上回り引き抜き力が作用することがある。そこで、このような引き抜き力に対抗するために、従来より、カウンターウェイト（重し）で長期軸力を増大させたり、地盤アンカーによって浮き上がりを防止したりする方法が採られている。しかしながら、これらの方法はコストを要するだけでなく、仮定した設計用地震力の範囲内でしか対応ができない。
【０００４】
一方、最近では、柱や基礎の浮き上がりを許容した設計を行うことで、地震時に建物に入力される地震エネルギーを低減する工法が採用され始めている。これらは柱脚部や杭頭を剛接合とせず、これらの部分に鉛直方向に可動な接合部を採用することによって浮き上がりを可能にしている。
しかしながら、こうした浮き上がりを許容する接合部は梁にとりつく柱脚部や基礎にとりつく杭頭部といった異種部材の接合部を兼ねることから、その納まりがやや複雑となってしまい、コストアップの要因となることが懸念される。
【０００５】
上記事情に鑑みて、本発明においては、基礎杭に浮き上がりを許容する機構を設けることにより、様々な地震力に対応でき、かつコストアップを避けることを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の基礎杭は、建物の上部構造体の荷重を地盤に伝達するために用いられる基礎杭であって、上端が前記上部構造体に接合される杭本体を備え、杭本体は、複数の杭構成体を上下に互いに接続することにより形成され、これら杭構成体のうち、上下に隣接する少なくとも二つの杭構成体は、これら二つの杭構成体の互いに接近する方向の相対変位を規制し、離間する方向の相対変位を許容する接続機構を介して接続されていることを特徴としている。
【０００７】
このような構成により、杭構成体同士が上下に離間することにより、杭本体の長さ寸法が伸張可能となり、上部構造体の浮き上がりに対応することができる。
【０００８】
また、上記の接続機構は、上下に隣接する杭構成体のうち上方に位置する第一の杭構成体の下端と下方に位置する第二の杭構成体の上端とを包囲するように配置される筒状の接合リングと、この接合リングの内周面に接合されるとともに、第一の杭構成体の下端と第二の杭構成体の上端との間に介装されて、第一の杭構成体と第二の杭構成体との間において前記杭本体に作用する圧縮軸力を伝達する軸力伝達部材と備えていることを特徴としている。
【０００９】
このような構成により、第一の杭構成体の下端と第二の杭構成体の上端とを接合リングによって保持しつつ、これら第一の杭構成体の下端と第二の杭構成体の上端との間に圧縮軸力を伝達させることができる。
【００１０】
また、上記の接合リングは、その内径寸法が、第一の杭構成体の下端および前記第二の杭構成体の上端の少なくとも一方の外形寸法より大とされていることを特徴としている。このような構成においては、接合リングが、第一の杭構成体および第二の杭構成体の双方を拘束することがなく、したがって、第一の杭構成体の軸線が第二の杭構成体の軸線に対して傾斜するように第一の杭構成体および前記第二の杭構成体が相対変位すること（第一の杭構成体が第二の杭構成体に対して回転変位すること）が接合リングによって規制されることがない。
【００１１】
また、上記の軸力伝達部材は、その少なくとも一部が、弾性部材によって形成されていることを特徴としている。このような構成により、軸力伝達部材が第一のおよび第二の杭構成体の相対変位・回転角に良好に追随することが可能となる。
【００１２】
さらに、上記の接合リングと第一の杭構成体の下端および第二の杭構成体の上端とが、第一の杭構成体および第二の杭構成体が接合リングに対し所定寸法離間した場合に互いに係止することを特徴としている。このような構成により、第一の杭構成体の第二の杭構成体からの抜け上がりを防止できる。
【００１３】
請求項２記載の基礎杭は、請求項１記載の基礎杭であって、第一の杭構成体の下端および第二の杭構成体の上端には、杭本体の軸線方向と直交する外方に向かって突出する突起部が設けられ、接合リングの内周面には、突起部に対して係止して接合リングの第一の杭構成体および第二の杭構成体からの離脱を防止する係止部が設けられていることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図３は、本発明の一実施の形態を模式的に示す図であり、図中、符号１は、基礎杭を示す。この基礎杭１は、例えば鋼管からなる複数の杭構成体２を、接続機構３を介して上下に接続することにより杭本体４を形成した構成となっている。そして、この基礎杭１では、杭本体４の上端４ａが、建物の上部構造体の一部をなすフーチング５に対して接合されることにより、建物の上部構造体の荷重を杭本体４の圧縮軸力として地盤に対して伝達するようになっている。
【００１５】
図１は、接続機構３の近傍の構成を示す立断面図であり、図２は、図１におけるＩ−Ｉ線矢視断面図である。図中に示すように、接続機構３は、接合リング６と、この接合リング６の内周面６ａに接合された軸力伝達部材７とを備えた構成とされている。
【００１６】
これらのうち、接合リング６は、筒状の鋼材により形成されており、上下に隣接する杭構成体２，２のうち、上方に位置する第一の杭構成体２Ａの下端２Ａａと下方に位置する第二の杭構成体２Ｂの上端２Ｂａとを包囲するように配置されている。
【００１７】
また、軸力伝達部材７は、水平に配置されるとともに、その外周縁８ａが接合リング６の内周面６ａに対して溶接されるリブプレート８と、リブプレート８を上下から挟むように配置されるエラストマ部材（弾性部材）９と、リブプレート８およびその上下のエラストマ部材９をさらにその上下から挟むように水平配置された載荷プレート１０とを備えている。そして、エラストマ部材９および載荷プレート１０は、リブプレート８に対して相対移動可能な構成となっている。
【００１８】
また、接続機構３では、第一の杭構成体２Ａの下端２Ａａの外周部と第二の杭構成体２Ｂの上端２Ｂａとの外周部に、平面視Ｃ字状の補強リング（突出部）１２が、杭本体４の軸線方向と直交する外方（杭構成体２の半径方向外方）に突出状態した状態で固定されている。そして、第一の杭構成体２Ａの下端２Ａａとその外周部に固定された補強リング１２とが、軸力伝達部材７のうちの上側の載荷プレート１０に当接することにより、第一の杭構成体２Ａの圧縮軸力が軸力伝達部材７に伝達されるようになっている。さらに、この圧縮軸力は、軸力伝達部材７の下側の載荷プレート１０を介して第二の杭構成体２Ｂの上端２Ｂａおよびその外周部に固定された補強リング１２に伝達され、これによって第一の杭構成体２Ａおよび第二の杭構成体２Ｂ間の軸力伝達が、軸力伝達部材７を介して行われることとなる。
【００１９】
こうした軸力伝達が行われている場合、軸力伝達部材７は、第一の杭構成体２Ａおよび第二の杭構成体２Ｂの間に挟持された状態とされる。したがって、この場合、軸力伝達部材７のリブプレート８に対して固定された接合リング６は、その位置が図１に示すような状態で固定される。なお、接合リング６は、その内径寸法が、第一の杭構成体２Ａの下端２Ａａおよび第二の杭構成体２Ｂの上端２Ｂａの外径寸法より若干大となるように形成されており、これにより、接合リング６が、第一および第二の杭構成体２Ａおよび２Ｂに対して直接接触しないようになっている。
【００２０】
また、接合リング６の上端部６ｂおよび下端部６ｃには、接合リング６の内周面６ａに位置させて、鋼製の環状部材であるストッパー（係止部）１３が溶接固定されている。このストッパー１３は、その内径寸法が補強リング１２の外径寸法よりも小となるように形成されており、これによって第一の杭構成体２Ａおよび第二の杭構成体２Ｂが所定寸法離間したときに補強リング１２と係合して、それ以上の第一の杭構成体２Ａおよび第二の杭構成体２Ｂの接合リング６に対する離間を防止するようになっている。
【００２１】
また、ストッパー１３と第一の杭構成体２Ａおよび第二の杭構成体２Ｂとの間隙には、水膨張ゴムからなるシーリング材１４が充填されている。これにより土砂や泥等が接合リング６の内方に侵入しないようになっている。
【００２２】
次に、本実施の形態における基礎杭１の施工方法について説明する。
基礎杭１を施工するには、地盤を掘削して掘削孔（図示略）を形成し、この掘削孔内部に杭構成体２同士を接続して形成した杭本体４を建て込み、さらに杭本体４の上端４ａにフーチング５を形成するとともに、このフーチング５を杭本体４の上端４ａと一体化することとする。
【００２３】
ここで、杭本体４を形成するには、図４に示すように、上下に隣接する杭構成体２（第一の杭構成体２Ａおよび第二の杭構成体２Ｂ）を、軸力伝達部材７が取り付けられた接合リング６内に第一の杭構成体２Ｂの上端２Ｂａと第二の杭構成体２Ａの下端２Ａａを挿入することによって接続するようにする。
また、このように杭構成体２同士を接続する場合、第一の杭構成体２Ａの下端２Ａａに、あらかじめ補強リング１２（図４において図示略）を固定しておく。補強リング１２の固定は、例えば図５（ａ）に示すように、補強リング１２をやや押し拡げながら第一の杭構成体２Ａの下端２Ａａを補強リング１２内に挿入し、さらに図５（ｂ）に示すように両者を隅肉溶接により一体化することにより行う。また、第二の杭構成体２Ｂａの上端２Ｂａにも同様の手順により補強リング１２を固定しておく（つまり、杭構成体２として、その上下端に補強リング１２を固定しておいたものが用いられることとなる。）。なお、このような補強リング１２は、第二の杭構成体２Ｂの上端２Ｂａおよび第一の杭構成体２Ａの下端２Ａａが軸力伝達部材７に当接する場合において、これらの局部座屈を防止する役割も果たす。
【００２４】
図４に示したように杭構成体２を接合リング６内に挿入したら、図１に示したように、接合リング６の上端部６ｂおよび下端部６ｃにおける内周面６ａ側の位置に対してストッパー１３を溶接固定し、さらに、ストッパー１３と杭構成体２の外面との間にシーリング材１４を装填する。これにより、第一の杭構成体２Ａと第二の杭構成体２Ｂとの間に接続機構３が形成されることとなる。
【００２５】
以上のような手順により複数の杭構成体２を接続した後、クレーン等により最も上方に位置する杭構成体２を吊り上げる。この場合、接続機構３においては、重力により、第二の杭構成体２Ｂが第一の杭構成体２Ａから脱落しようとするが接合リング６に溶接されたストッパー１３と第一の杭構成体２Ａおよび第二の杭構成体２Ｂに固定された補強リング１２とが互いに係止することにより、第一の杭構成体２Ａおよび第二の杭構成体２Ｂとが必要以上に離間することが防がれ、これによって、第二の杭構成体２Ｂが第一の杭構成体２Ａから脱落することが防がれる。したがって、複数の杭構成体２からなる杭本体４を容易に吊り上げて、掘削孔に対して建て込むことができる。
【００２６】
このようにして杭本体４を掘削孔内に建て込んだ後、杭本体４の上部に建物の上部構造体を形成し、さらに、当該上部構造体の一部であるフーチング５を杭本体４の上端４ａと一体化することにより図３に示したような基礎杭１を得る。
【００２７】
上述の基礎杭１では、上下に隣接する二つの杭構成体２（第一の杭構成体２Ａおよび第二の杭構成体２Ｂ）が、接続機構３において軸力伝達部材７を介して接することのみにより接続されるため、これら二つの杭構成体２が、互いに接近する方向の相対変位が規制され、離間する方向の相対変位が許容された状態で接続されることとなる。したがって、地震時に、基礎杭１の変動軸力が長期軸力を上回ることにより、基礎杭１に対して引き抜き力が作用したとしても、杭構成体２同士が上下に離間することにより杭本体４の長さ寸法が伸張し、これによって杭本体４が上部構造体の浮き上がりに対して追随変形することとなる。これにより、地震時における建物への地震入力エネルギーを低減することができ、様々な地震力への対応が可能となる。
【００２８】
この場合、接続機構３は、筒状の接合リング６と、接合リング６の内周面に接合されるとともに、第一の杭構成体２Ａと第二の杭構成体２Ｂとの間において杭本体４に作用する圧縮軸力を伝達するための軸力伝達部材７とを備えた簡易な構成とされており、しかも、接合リング６内に上下の杭を挿入するのみで接続機構３を完成することができるので、施工性が非常に高い。また、接合リング６と軸力伝達部材７のリブプレート８との溶接は、現場でなく工場等において行うことができるため、接続機構３として信頼性の高い強固な構造を実現することができる。また、接続機構３は、同一径の第一および第二の杭構成体２Ａ，２Ｂを接続するのみであり、特殊な材料や複雑な加工を伴わないために、ローコストに実現することが可能である。
【００２９】
また、本実施の形態においては、接合リング６の内径寸法が、第一の杭構成体２Ａの下端２Ａａおよび第二の杭構成体２Ｂの上端２Ｂａの外形寸法よりも大となるように形成されている。したがって、接合リング６が第一の杭構成体２Ａの下端２Ａａおよび第二の杭構成体２Ｂの上端２Ｂａを拘束することが無く、第一の杭構成体２Ａの軸線が第二の杭構成体２Ｂの軸線に対して傾斜するように第一の杭構成体２Ａおよび第二の杭構成体２Ｂが相対変位・回転することが許容される。
【００３０】
つまり、これによって、接続機構３が全体として回転変形することが可能となり、接続機構３の回転剛性が低下されて、第一の杭構成体２Ａおよび第二の杭構成体２Ｂがピン接合に近い状態で接続されることとなるから、杭本体４に生じる応力を低減することができる。さらに、これによって、地盤の変形に対して杭本体４が追随して接合部で回転変形することが可能となるため、液状化を生じる地盤であっても杭本体４に過大な応力を生じないで建物荷重の支持能力を保持し続けることが可能となる。
【００３１】
また、接合リング６の内径寸法が、第一の杭構成体２Ａの下端２Ａａおよび第二の杭構成体２Ｂの上端２Ｂａの外形寸法よりも大となっていることから、施工時の精度管理が容易であるとともに、過大な浮き上がりを防止するためのストッパー１３の取り付けも可能となっている。
【００３２】
さらに、軸力伝達部材７の一部にエラストマ部材９が設けられることから、接続機構３の回転剛性をより良好に低下させることが可能であるとともに、第一の杭構成体２Ａが第二の杭構成体２Ｂに対して浮き上がった場合に、その後の再接触時に生じる衝撃を緩和することが可能となり、安全性の高い構造を実現することができる。
【００３３】
また、本実施の形態においては、第一の杭構成体２Ａの下端２Ａａおよび第二の杭構成体２Ｂの上端２Ｂａに設けられた補強リング１２に対して、接合リング６の内周面６ａに設けられたストッパー１３が係止することにより、接合リング６の第一の杭構成体２Ａおよび第二の杭構成体２Ｂからの離脱が防止される。すなわち、本実施の形態では、接合リング６と第一の杭構成体２Ａの下端２Ａａおよび第二の杭構成体２Ｂの上端２Ｂａとが、第一の杭構成体２Ａおよび第二の杭構成体２Ｂが接合リング６に対し所定寸法離間した場合に互いに係止するようになっているので、第一の杭構成体２Ａの第二の杭構成体２Ｂからの過大な抜け上がりを防止することができる。また、ストッパー１３と補強リング１２との距離寸法を調整することにより、浮き上がりの許容量を容易にコントロールすることが可能である。
【００３４】
以上において本発明の一実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で他の構成を採用することができる。
例えば、上記実施の形態において、一つの基礎杭１に複数の接続機構３を設けることにより、基礎杭１における許容浮き上がり量を大きくするようにしてもよい。
【００３５】
また、上記実施の形態の接続機構３を、基礎杭１の杭頭付近に設けることにより、杭頭ピン接合に近い構造を容易に実現することができる。この場合、杭頭部と上部構造体の基礎（フーチング５）との接合部に生じる曲げ応力は非常に小さくなり、なおかつ、軸力についても浮き上がりが許容されて引張力が生じないことから、接合部の断面設計が容易となり基礎杭１の全体としてのローコスト化を図ることができる。しかも、このように杭頭ピン接合に近い効果を発揮できるようにすれば、基礎杭１に取り合う基礎梁やマットの応力も大きく低減させることができ、これらの躯体断面の合理化を図ることができ、その成を低減することで掘削量や山留めも減少させることができるため、さらなるコストダウンが可能となる。
【００３６】
また、上記実施の形態においては、あらかじめ地盤に掘削孔を設け、掘削孔内に杭本体４を建て込むプレボーリング工法が採用されていたが、接合リング６および軸力伝達部材７（リブプレート８）は中空の環状とされているので、掘削孔を掘削しながら、掘削孔内に杭本体４を建て込んでいく中掘工法を採用することも可能である。
【００３７】
また、上記実施の形態は、杭構成体２として鋼管を採用した場合の例であったが、これに代えて図６から図８に示す基礎杭１’のように杭構成体２’としてコンクリート管を採用することにより基礎杭１’をＰＨＣ杭としてもよい。
【００３８】
図６に示す基礎杭１’では、コンクリート管からなる複数の杭構成体２’を、接続機構３’を介して上下に接続することにより杭本体４’を形成した構成となっている。図７は、接続機構３’の近傍の構成を示す立断面図であり、図８は、図７におけるＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。図中に示すように、接続機構３’においては、接合リング６の内周面６ａに接合される軸力伝達部材７’が、リブプレート８とリブプレート８の上下に固定されたエラストマ部材９とにより形成されている。
【００３９】
エラストマ部材９は、杭構成体２’の端板２０に対して接触しており、これにより杭構成体２’のうち上方に位置する第一の杭構成体２Ａ’の端板２０から、リブプレート８およびその上下のエラストマ部材９を介して、下方に位置する第二の杭構成体２Ｂ’の端板２０に対して軸力を伝達することが可能となっている。  また、この基礎杭１’では杭構成体２’がコンクリート管であり、ある程度の厚さ寸法を有していることから、上記実施の形態と異なり、杭構成体２’の端部の局部座屈を防止するために補強リング１２を設ける必要がない。したがって、補強リング１２に代えて図７に示すように丸鋼リング（突出部）２１を端板２０の外周部に固定し、この丸鋼リング２１を接合リング６の内周面６に設けたストッパー１３と係止させるようにすることができる。
【００４０】
なお、丸鋼リング２１の杭構成体２’に対する固定は、図９に示すように、丸鋼リング２１をやや押し拡げながら杭構成体２’の端部を丸鋼リング２１内に挿入し、さらに杭構成体２’の端板２０と丸鋼リング２１とをフレア溶接により一体化することにより行うことができる。
このような構成によっても上記実施の形態と全く同様の効果を得ることができる。
【００４１】
また、これとは別に、上記実施の形態およびその変形例において用いられたエラストマ部材９に代えて他の合成ゴムあるいは天然ゴムによって形成された弾性部材を用いるようにしてもよい。
【００４２】
また、基礎杭１（１’）において、施工時から完成後を含めて引張力が作用しない場合には、ストッパー１３や補強リング１２、丸鋼リング２１を省略することも可能である。
【００４３】
さらに、一つの基礎杭１（１’）の中で、杭構成体２（２’）を接続するのに、接続機構３（３’）と、従来の剛接合の双方を採用するようにしてもよい。また、建物に使用する基礎杭のうち、一部を基礎杭１（１’）とし、他を従来の基礎杭として混合して使用することも可能である。これにより設計の選択肢が広がり、より合理的な設計が可能となる。したがって、表層や支持層が傾斜している場合への短杭への応力集中の緩和や、杭径の異なる杭を併用した場合の小口径断面への対応に本発明を幅広く活用することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基礎杭に浮き上がりを許容する機構を設けることにより、コストアップを避けつつ、様々な地震力に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態を模式的に示す基礎杭の接続機構の拡大立断面図である。
【図２】  図１におけるＩ−Ｉ線矢視断面図である。
【図３】  図１、図２に示す基礎杭の全体を示す立面図である。
【図４】  図１から図３に示した基礎杭を施工する際の一手順を示す斜視図である。
【図５】  同、他の手順を示す斜視図である。
【図６】  本発明の他の実施の形態を示す基礎杭の立面図である。
【図７】  図６に示した基礎杭の接続機構の拡大立断面図である。
【図８】  図７におけるＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図９】  図６から図８に示した基礎杭を施工する際の一手順を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，１’  基礎杭
２，２’  杭構成体
２Ａ，２Ａ’  第一の杭構成体
２Ａａ  下端
２Ｂ，２Ｂ’  第二の杭構成体
２Ｂａ  上端
３，３’  接続機構
４  杭本体
４ａ  上端
５  フーチング
６  接合リング
６ａ  内周面
７，７’  軸力伝達部材
９  エラストマ部材（弾性部材）
１２  補強リング（突出部）
１３  ストッパー（係止部）
２１  丸鋼リング（突出部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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