JP6641873B2 - 岸壁・護岸の補強構造および岸壁・護岸の補強構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、岸壁・護岸の補強構造および岸壁・護岸の補強構築方法に関する。

矢板式係船岸の耐震補強方法として、例えば、既設の矢板の海側の前面にさらに矢板を設置し、既設の矢板と一体化して耐力を増大する工法がある。また、矢板と控え工との間の軟弱地盤に対して薬液注入などの地盤改良を施工する方法もある。また、特許文献１に記載のように、矢板と控え工との間の軟弱地盤を例えばサンドコンパクションパイル工法によって砂杭を増設することで周辺地盤を締固めて強化する施工も知られている。

特開２０１０−０６５５２５号公報

しかしながら、従来の矢板式係船岸の補強方法では、以下のような問題があった。
すなわち、既設の矢板の前面に矢板を増設する方法の場合には、岸壁法線を変更する必要がある。そのため、補強工事中は、補強対象とする岸壁周辺への大型船の接岸は困難となるという問題があった。

また、地盤改良を行う施工の場合には、薬液注入用の専用機械を使用するうえ、地盤改良範囲が広範囲に及ぶため、施工費が増大になるという問題があった。しかも、クレーン基礎の下方における地盤改良は、一般的な施工方法では困難であり、例えばクレーン基礎の下方の地盤に向けて横孔を設ける等の特殊な工法を採用する必要があることから、さらに施工費が増大し、その点で改善の余地があった。
さらに、特許文献１に示すように砂杭を増設する方法の場合には、極大地震時において液状化が発生するおそれがあり、その点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、岸壁・護岸の水平抵抗力を増大させることで、岸壁及び護岸の耐震性を向上させることができ、さらに岸壁及び護岸の液状化を抑制することができる岸壁・護岸の補強構造および岸壁・護岸の補強構築方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、供用中による施工が可能となり、簡単な構造で工事費や工期の低減を図ることができる岸壁・護岸の補強構造および岸壁・護岸の補強構築方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る岸壁・護岸の補強構造は、既設の直立した土留壁体を有する岸壁及び護岸の法線方向に対して交差する方向に沿って延在する壁体が地盤内の非液状化地盤に到達させた状態で埋設されることにより補強され、前記壁体の上部の少なくとも一部が前記土留壁体に連結され、前記壁体の上部は、地表面側で前記土留壁体に一体的に接合した躯体に連結されていることを特徴としている。

また、本発明に係る岸壁・護岸の補強構築方法は、上述した岸壁・護岸の補強構造を構築するための岸壁・護岸の補強構築方法であって、前記岸壁及び護岸の法線方向に対して交差する方向に沿って延在するようにして前記壁体を非液状化地盤に到達させて埋設する工程と、前記壁体の上部の少なくとも一部を前記土留壁体に連結させる工程と、を有することを特徴としている。

本発明では、壁体が岸壁及び護岸の法線方向に対して交差する方向に沿って延在し、さらに鋼製の壁体の上部の少なくとも一部が壁体に対して一体的に連結されて壁体の剛性が高められるので、壁体が海側に倒れる方向に対する水平変位を小さくすることができる。そのため、大規模地震時における岸壁及び護岸の水平抵抗力を向上させることができ、海側に構築される土留壁体の変形を抑えることが可能な構造となる。

また、土留壁体の内陸側の非液状化地盤に到達するように埋設して壁体を岸壁及び護岸の法線方向に対して交差する方向に沿って延在させることで、大規模地震時において、地盤のせん断変形を抑制することにより液状化を防止することができる。
また、本発明では、施工領域が土留壁体の背面領域の部分的な領域のみとなることから、岸壁及び護岸の法線を変更することなく岸壁・護岸の供用中でも施工が可能となり、例えば岸壁に設けられる荷役設備の操業時の制約も抑えることができ、クレーンの休止期間を短縮することが可能となる。
さらに土留壁体の背面領域の全域にわたって地盤改良を施す従来工法に比べて平面方向の施工範囲を小さくすることが可能となり、また鋼矢板等の打設により壁体を設置することができる。そのため、施工が簡単になり、工事費および工期の低減を図ることができる。

さらにまた、本発明は、新設の岸壁・護岸等に本発明の岸壁・護岸の補強構造や岸壁耐震方法を採用可能であることは勿論、上述したように岸壁及び護岸の供用中における施工が可能なことから、既設の岸壁及び護岸に対して壁体を設けることで、海側に構築される土留壁体の変形を抑えることが可能な補強を行うことができる。
また、本発明では、壁体の上部の少なくとも一部を躯体に対して接合することで、壁体を躯体を介して土留壁体に一体的に連結させることができる。

また、本発明に係る岸壁・護岸の補強構造は、前記土留壁体の内陸側に控え工が設けられ、前記土留壁体と前記控え工とがタイ材によって連結され、前記壁体が前記控え工に連結されていてもよい。

この場合には、タイ材の張力は控え工を介して壁体に伝達される。そのため、抵抗力が増加し、水平変位を小さくすることが可能となる。

また、本発明に係る岸壁・護岸の補強構造は、前記壁体は、前記土留壁体に対して高さ方向の中央部が非接合の状態であることを特徴としている。

壁体と土留壁体との接合領域を、高さ方向の全体にわたって接合される場合に比べて低減することができ、例えば壁体の上部のみを土留壁体に接合すればよいことから、地上からの施工がし易く、施工が簡単になり、工事費および工期の低減を図ることができる。

また、本発明に係る岸壁・護岸構造の補強は、前記壁体は、２枚以上の鋼矢板または鋼管矢板継手を嵌合させた構造であり、かつ躯体を前記鋼矢板または鋼管矢板の頭部に設置していることが好ましい。

このような構成とすることで、２枚以上の鋼矢板または鋼管矢板が継手を介して連続して配列された構造となるため、これら鋼矢板または鋼管矢板の頭部を躯体に一体的に設けることで、前記継手の滑りを抑制することができる。

また、本発明に係る岸壁・護岸の補強構造は、前記壁体は、平面視で前記岸壁及び護岸の法線方向に対して直交する方向に向けて延在していることが好ましい。

この場合には、壁体の延在方向を岸壁及び護岸の法線方向に対して直交する方向に向けて延在する配置となるため、例えば壁体の施工時に既設のタイ材に干渉することなく施工することができる。

本発明の岸壁・護岸の補強構造および岸壁・護岸の補強構築方法によれば、岸壁・護岸の背後地盤における水平抵抗力を増大させることで、岸壁及び護岸の耐震性を向上させることができるうえ、壁体によって軟弱地盤を拘束することで、岸壁及び護岸の液状化を抑制することができる。
また、本発明の岸壁・護岸の補強構造および岸壁・護岸の補強構築方法では、供用中による施工が可能となり、簡単な構造で工事費や工期の低減を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態による岸壁構造を示す側面図である。 図１に示す岸壁構造を上方から見た平面図であって、躯体を省略した図である。 本発明の第２の実施の形態による岸壁構造を示す側面図である。 図３に示す岸壁構造を上方から見た平面図であって、躯体を省略した図である。 遠心模型実験による壁体の効果を示す図であって、矢板の最大応答曲率を示す図である。 遠心模型実験による壁体の効果を示す図であって、（ａ）は過剰間隙水圧比の時刻歴を示した図、（ｂ）は矢板天端の水平変位の時刻歴を示した図である。 解析による壁体のモデルを示す図である。 解析による壁体の効果を示す図であって、荷重と水平変位の関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態による岸壁・護岸の補強構造および岸壁・護岸の補強構築方法について、図面に基づいて説明する。

（第１の実施の形態）
図１および図２に示すように、第１の実施の形態による岸壁構造１（岸壁・護岸構造）は、直立した既設の岸壁２（土留壁体）に対して壁体３によって耐震補強を施した構造である。
なお、本実施の形態では、軟弱地盤Ｇ１の下層に支持地盤Ｇ２（非液状化地盤）が形成されている。

既設の岸壁２は、岸壁２の延長線に沿って設けられた矢板２１と、矢板２１の上端部を巻き込むことにより打設された上部工２２と、上部工２２に一体的に接続されている躯体２５と、を備えている。

躯体２５は、地表面に沿って所定の厚さで配置される鉄筋コンクリート製のスラブからなる。なお、躯体２５の厚寸法、および壁体３の上部３ｃの埋設高さ等は、任意に設定することができる。
ここで、躯体２５は、鉄筋コンクリートであることに限定されることはなく、水和固化体、地盤改良（浅層混合処理、深層混合処理、薬液注入など）など、壁体を一体的に接続できる強度を有する材料が用いられる。この他、鉄筋コンクリート、繊維コンクリート、軽量コンクリートでもよい。また、これら材料を二層に配置した複合材を用いることも可能である。

壁体３は、矢板２１の背面側の地盤内で支持地盤Ｇ２に到達させて埋設され、平面視で岸壁２の法線方向Ｘ１に対して略直交する方向（前後方向Ｘ２）に延在している。そして、壁体３は、鋼製の鋼矢板３Ａ、３Ａ、…を複数連続的に、かつ一体的に配列することにより構成され、壁体３の上部３ｃの少なくとも一部（壁体３の延在方向で任意の位置の一部）が躯体２５の下面に接合されている。つまり、壁体３は、躯体２５を介して上部工２２に一体的に接合された構成となっている。
このような壁体３は、例えばスタッドや差し金（鉄筋）等の連結材を鋼矢板の上端に接続し、躯体２５のコンクリートに埋め込むことで、躯体２５に対して強固に接合することができる。

なお、壁体３と躯体２５との接合部分は、壁体３の上部３ｃのうち延在方向の一部であることに限定されることはなく、壁体３の延在方向の全長にわたって躯体２５に接合されていてもよい。
そして、壁体３の延在方向（前後方向Ｘ２）の海側部分３ａは、矢板２１に対して離間している。つまり、壁体３と矢板２１とは連結されていない。
また、壁体３の上部３ｃと躯体２５に連結される接合部は、上部工２２の下端２２ａよりも上方に位置している。

次に、以上説明した岸壁構造を既設の岸壁２に施工する岸壁耐震補強方法について説明する。ここでは、既設の躯体２５が設けられている岸壁２を対象とする。
先ず、矢板２１の背面側の地盤内において、前後方向Ｘ２に延びる領域で壁体３を施工する箇所において部分的に既設の躯体２５を解体し、除去する。この除去領域は、壁体３を構成する鋼矢板３Ａを打設可能な範囲のみであって、打設に必要な杭打機等の機械は、既設の躯体２５上に設置して施工することができる。

その後、平面視で前後方向Ｘ２に沿って延在するように複数の鋼矢板３Ａを順次打設して壁体３を地盤内に埋設する。このとき、各鋼矢板３Ａは、支持地盤Ｇ２に到達させる。
壁体３の施工が完了した後、躯体２５の施工前に取り除いた部分にコンクリートを打設することで、埋設した壁体３の上部３ｃを躯体２５とともに一体的に接合する。これにより、壁体３は、躯体２５を介して矢板２１に一体的に接合された構造となる。

次に、上述した岸壁の補強構造および岸壁の補強構築方法の作用について図面を用いて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施の形態の岸壁構造１は、複数の鋼矢板３Ａ、３Ａ、…を配列することによって構成される壁体３が岸壁２の法線方向Ｘ１に対して直交する前後方向Ｘ２に沿って延在し、さらに鋼製の壁体３の上部３ｃの少なくとも一部が躯体２５を介して上部工２２に一体的に連結されて壁体３の剛性が高められるので、壁体３が海側に倒れる方向に対する水平変位を小さくすることができる。そのため、大規模地震時における岸壁２の水平抵抗力を向上させることができ、矢板２１の変形を抑えることが可能な耐震補強を行うことができる。

また、図１および図２に示すように、矢板２１の内陸側の地盤内に壁体３を前後方向Ｘ２に沿って延在させて配置することで、大規模地震時において、地盤のせん断変形を抑制することにより液状化を防止することができる。
また、本実施の形態では、施工領域が矢板２１の背面領域の部分的な領域のみとなることから、岸壁法線を変更することなく岸壁供用中でも施工が可能となり、例えば岸壁に設けられる荷役設備がある場合に、その荷役設備の操業時の制約も抑えることができ、クレーンの休止期間を短縮することが可能となる。
さらに矢板２１の背面領域の全域にわたって地盤改良を施す従来工法に比べて平面方向の施工範囲を小さくすることが可能となり、また鋼矢板３Ａの打設により壁体３を設置することができる。そのため、供用中による施工が可能となるうえ、施工が簡単になり、工事費および工期の低減を図ることができる。

さらにまた、本実施の形態では、上述したように岸壁供用中における施工が可能なことから、既設の岸壁２に対しても適用できるが、新設の岸壁等にも上述した岸壁構造１や岸壁耐震方法を採用することが可能である。

また、本実施の形態では、壁体３の上部３ｃを躯体２５に対して接合することで、躯体２５を介して上部工２２に一体的に連結させることができる。

また、本実施の形態の岸壁構造１では、壁体３の延在方向を前後方向Ｘ２に向けて延在する配置となるため、例えば壁体３の施工時に既設のタイ材に干渉することなく施工することができる。

なお、第１の実施の形態の岸壁構造１では、壁体３の上部３ｃが躯体２５を介して上部工２２に連結された構成としているが、躯体２５が無い場合、あるいは躯体２５が上部工２２に接合していない場合には、壁体３の上部３ｃを上部工２２に直接、連結させる構成としてもよい。

上述した本実施の形態による岸壁・護岸の補強構造および岸壁・護岸の補強構築方法では、岸壁背後地盤における水平抵抗力を増大させることで、岸壁２の耐震性を向上させることができるうえ、壁体３によって軟弱地盤Ｇ１を拘束することで、岸壁２の液状化を抑制することができる。
また、本実施の形態では、簡単な耐震補強構造で、工事費や工期の低減を図ることができる。

次に、本発明の岸壁・護岸の補強構造および岸壁・護岸の補強構築方法による他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。

（第２の実施の形態）
図３および図４に示すように、第２の実施の形態による岸壁構造１Ａ（岸壁・護岸構造）は、矢板背面が液状化しやすい軟弱地盤Ｇ１である既設の岸壁２Ａに対して壁体３によって耐震補強を施した構造である。
既設の岸壁２Ａは、矢板２１、上部工２２、及び躯体２５の他に、矢板２１に対して陸側に間隔をあけて地盤中に打設されている控え工２３と、矢板２１および控え工２３のそれぞれを連結するタイ材２４と、を備えている。

岸壁２Ａは、荷役設備のクレーン（図示省略）があり、そのクレーンの一対の支柱を支持する一対の走行レールが岸壁２Ａの法線方向Ｘ１に対して略平行に敷設されている。そして、走行レールは、２６Ａ、２６Ｂ上に敷設されている。クレーン基礎２６Ａ、２６Ｂは、それぞれ鋼管杭（符号２３、２７）の上端部に設けられた鉄筋コンクリート造の構造物である。ここで、クレーン基礎２６Ａ、２６Ｂのうち陸側に位置するものを第１クレーン基礎２６Ａとし、海側に位置するものを第２クレーン基礎２６Ｂとする。第１クレーン基礎２６Ａは、控え工の一部であり、本実施の形態では鋼管杭からなる控え工２３の上部に一体的に接合されている。第２クレーン基礎２６Ｂは、鋼管杭２７の上端部（杭頭）に一体的に接合されている。

控え工２３の鋼管杭は、支持地盤Ｇ２に到達して設けられ、法線方向Ｘ１に沿う方向に所定間隔をあけて複数箇所に設けられている。そして、第１クレーン基礎２６Ａは、複数の控え工２３に接合されて下方から支持されている。

タイ材２４は、前後方向Ｘ２に沿って延在し、法線方向Ｘ１に所定間隔（例えば２ｍ間隔）をあけて複数本が配列されるとともに、それぞれ地表面から所定の深さの位置に配置されている。ここでは、躯体２５よりも下側にタイ材２４が設けられている。これらタイ材２４は、上部工２２と第１クレーン基礎２６Ａとの間を連結している。すなわち、矢板２１、控え工２３、及びタイ材２４は、互いに接合された構造体を構成している。

躯体２５は、矢板２１と控え工２３との間の地表面に沿って所定の厚さで配置され、第１クレーン基礎２６Ａおよび第２クレーン基礎２６Ｂのそれぞれに一体的に接合されている。

壁体３は、矢板２１の背面側で控え工２３との間の地盤内で支持地盤Ｇ２に到達させて埋設され、前後方向Ｘ２で、かつタイ材２４の長さ方向に略平行に延在している。壁体３は、上述した第１の実施の形態と同様に鋼製の鋼矢板３Ａ、３Ａ、…を複数連続的に、かつ一体的に連結することにより配列され、壁体３の上部３ｃの陸側の端部３ｂが控え工２３の上端部（第１クレーン基礎２６Ａ）に接合されている。つまり、壁体３は、第１クレーン基礎２６Ａ及びタイ材２４を介して上部工２２に連結された構成となっている。
なお、壁体３の上部３ｃにける接合部分は、第１クレーン基礎２６Ａのみに限定されることはなく、躯体２５にも接合されていてもよい。

また、壁体３における前後方向Ｘ２の両端部分３ａ、３ｂは、海側の鋼管杭２７や控え工２３などの支持構造には連結されていない。図３では、壁体３の両端部分３ａ、３ｂが鋼管杭２７や控え工２３から間隔をあけて配置されているが、接触する位置に配置されていてもよい。

ここで、地震発生した場合における第２の実施の形態の岸壁構造１Ａの効果について、図５乃至図７に基づいて説明する。
図５は、上記の第２の実施の形態の軟弱地盤Ｇ１の岸壁構造１Ａと同等の模型を使用し、遠心模型実験を行って、矢板の最大応答曲率（１／ｍ）、矢板背面の地盤の過剰間隙水圧比、及び矢板天端の水平変位（ｃｍ）をそれぞれ測定した。図５は、矢板の最大応答曲率（１／ｍ）を示しており、図中の○印は壁体補強が設けられているケースであり、□印は補強を行っていないケースを示している。図５において、縦軸は深度（ｍ）を示し、横軸に矢板曲率（１／ｍ）を示している。

図６（ａ）は、過剰間隙水圧比の時刻歴を示しており、図６（ｂ）は、矢板天端の水平変位（ｃｍ）の時刻歴を示しており、それぞれ壁体補強があるケースと無いケースを示している。
図５および図６（ａ）、（ｂ）に示すように、実験の結果、壁体の補強があるケースは、補強が無いケースに比べて、矢板の最大応答曲率、地盤の過剰間隙水圧比、及び矢板天端の水平変位のそれぞれ低下していることから、壁体を設けることによる補強効果があることを確認することができる。過剰間隙水圧比は、補強が無いケースでは１．０付近まで上昇していることから液状化していることが確認できるが、壁体の補強があるケースでは０．４付近までしか上昇しておらず液状化していないことが確認された。

また、図７に示すように、矢板を連続的に配列した壁体の天端をコーピング（接合部）で繋げたモデルを作成し、壁体の上部（コーピング）の端部に荷重を付与したときの壁体の水平変位を解析により確認した。また、比較例として、壁体の上部にコーピングを設けないケースについても同様の解析を行った。なお、壁体を構成する複数の鋼矢板同士は、継手を嵌合させた状態を条件としている。
図８は、その結果であって、荷重（ｔ）に対する水平変位（ｍｍ）を示している。図８に示すように、矢板の上部にコーピングが設けられていることで、水平変位が減少していることが確認された。

以上、本発明による岸壁・護岸の補強構造および岸壁・護岸の補強構築方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施の形態では、壁体３の延長方向が平面視で法線方向Ｘ１に直交する方向（前後方向Ｘ２）に沿って設けられているが、このような方向に配置することに限定されることはない。要は、壁体３の延長方向が平面視で法線方向Ｘ１に交差する方向であればいずれの方向であってもよい。

また、本実施の形態では複数の鋼矢板３Ａ、３Ａ、…を連続的に配列することにより壁体３を構成しているが、壁体の種類、連続性等の構成についても本実施の形態に制限されることはない。例えば、壁体は鋼製であればよく、本実施の形態のような鋼矢板であることに限定されることはなく、鋼管矢板を配列した構成であってもよいし、コンクリート製の壁体、あるいは地盤改良によって形成される壁体であってもかまわない。

さらに、本実施の形態では、壁体３全体が前後方向Ｘ２に沿って連続的に複数の鋼矢板３Ａ、３Ａ、…を配列した構成であるが、断続的に設けられていてもよい。つまり、本実施の形態の壁体３の前後方向Ｘ２の途中で分断される部分があってもかまわない。
さらにまた、本実施の形態では、複数の鋼矢板３Ａ、３Ａを連結した壁体３が法線方向Ｘ１に沿って一定の間隔をあけて配置されているが、壁体３、３同士の間隔は一定間隔であることに制限されることはなく、任意に設定することができる。

さらにまた、壁体が２枚以上の鋼矢板または鋼管矢板の継手を嵌合させた構造であり、かつ躯体を前記鋼矢板または鋼管矢板の頭部に設置した構成としてもよい。なお、このときの躯体は岸壁の壁部に一体的に接合されていない構成であってもよい。
この場合には、２枚以上の鋼矢板または鋼管矢板が継手を介して連続して配列された構造となるため、これら鋼矢板または鋼管矢板の頭部を躯体に一体的に設けることで、継手の滑りを抑制することができる。

また、本実施の形態では、岸壁構造１、１Ａを対象としているが、護岸構造も適用対象とされる。
さらに、本第２の実施の形態では、矢板２１と控え工２３とを連結するタイ材２４を有する岸壁２Ａとしているが、タイ材２４によって上部工２２と控え工２３とを連結する構成の岸壁構造であってもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１、１Ａ 岸壁構造
２、２Ａ 岸壁（土留壁体）
３ 壁体
３Ａ 鋼矢板
２１ 矢板
２２ 上部工
２３ 控え工
２４ タイ材
２５ 躯体
２６Ａ 第１クレーン基礎（控え工の上端部）
２６Ｂ 第２クレーン基礎
Ｇ１ 軟弱地盤
Ｇ２ 支持地盤（非液状化地盤）
Ｘ１ 法線方向
Ｘ２ 前後方向

Claims (6)

1. 既設の直立した土留壁体を有する岸壁及び護岸の法線方向に対して交差する方向に沿って延在する壁体が地盤内の非液状化地盤に到達させた状態で埋設されることにより補強され、
   前記壁体の上部の少なくとも一部が前記土留壁体に連結され、
   前記壁体の上部は、地表面側で前記土留壁体に一体的に接合した躯体に連結されていることを特徴とする岸壁・護岸の補強構造。
2. 前記壁体は、前記土留壁体に対して高さ方向の中央部が非接合の状態で設けられていることを特徴とする請求項１に記載の岸壁・護岸の補強構造。
3. 前記土留壁体の内陸側に控え工が設けられ、
   前記土留壁体と前記控え工とがタイ材によって連結され、
   前記壁体が前記控え工に連結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の岸壁・護岸の補強構造。
4. 前記壁体は、２枚以上の鋼矢板または鋼管矢板の継手を嵌合させた構造であり、かつ躯体を前記鋼矢板または鋼管矢板の頭部に設置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の岸壁・護岸の補強構造。
5. 前記壁体は、平面視で前記岸壁及び護岸の法線方向に対して直交する方向に向けて延在していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の岸壁・護岸の補強構造。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の岸壁・護岸の補強構造を構築するための岸壁・護岸の補強構築方法であって、
   前記岸壁及び護岸の法線方向に対して交差する方向に沿って延在するようにして前記壁体を非液状化地盤に到達させて埋設する工程と、
   前記壁体の上部の少なくとも一部を前記土留壁体に連結させる工程と、
   を有することを特徴とする岸壁・護岸の補強構築方法。

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