KR101327278B1 - 사각 피라미드 기초 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연약지반에 토목, 건축 구조물을 세울 때 적용하는 기초 공법에 관한 것으로, 특히 지하수의 원활한 배수 처리를 통해 부압을 최소화함과 아울러 접지 면적을 넓게 확보하여 측방변형 억제 능력과 지반 지지력을 향시키고, 시공될 구조물의 규모나 지반의 상태에 따라 상하를 뒤집어 사용하거나 또는 개별 기초로도 활용이 가능한 사각 피라미드 기초에 관한 것이다.
상기 본 발명은, 두꺼운 사각 판체로 이루어진 베이스몸체(10)와; 끝이 잘린 사각 피라미드 형태로 상기 베이스몸체(10)의 일면 중심부에 일체로 구성된 각주부(12)로 이루어진 사각 피라미드 기초를 구성하여, 구조물이 들어설 부지에 설계에 따라 터파기를 하는 공정; 터파기가 완료된 지면을 수평하게 평탄화 하면서 단단하게 다지는 공정; 상기 각주부(12)가 지면을 향하도록 함과 동시에 반원형의 홈부(14)가 만나 원형구멍(15)을 이루도록 각 변을 밀착하여 상기 사각 피라미드 기초(100)를 설계면적에 설치하는 공정; 상기 원형구멍(15)을 통해 사각 피라미드 기초(100) 사이에 형성된 공간부로 쇄석(30)을 채우는 쇄석(30)채우면서 진동 다짐하는 공정; 사각 피라미드 기초(100)가 설치된 전체면적 상부에 철근(32)을 배근하고 소정두께로 콘크리트를 타설 및 양생시키는 공정; 으로 시공한다.

Description

사각 피라미드 기초 공법{Foundation construction}

본 발명은 연약지반에 토목, 건축 구조물을 세울 때 적용하는 기초에 관한 것으로, 특히 지하수의 원활한 배수 처리를 통해 부압을 최소화함과 아울러 접지 면적을 넓게 확보하여 측방변형 억제 능력과 지반 지지력을 향시키고, 시공될 구조물의 규모나 지반의 상태에 따라 상하를 뒤집어 사용하거나 또는 개별 기초로도 활용이 가능한 사각 피라미드 기초 공법에 관한 것이다.

일반적으로 연약지반 위에 건물 또는 토목구조물을 시공할 경우에는 길이가 긴 파일을 지반층까지 타격 설치하여 지반층을 안정화시킨 다음 터파기를 하고 콘크리트를 타설하여 기초를 한후 시공한다.

이러한 기초 공법은 주로 큰 규모의 중량의 구조물을 시공할 때 활용하는 것으로 대형 장비가 필요함은 물론이고 공기가 오래 걸리고 많은 시공비가 소요된다.

그래서 지반의 소요지지력이 상대적으로 적고 허용 침하량이 상대적으로 큰 중소 규모의 구조물을 시공하는 경우에는 팽이말뚝기초를 활용한다.

상기 팽이말뚝기초는 시공이 간편하면서도 지반의 측방변형 억제와 지반의 지지력 증대는 물론이고 구조물의 전체 침하와 부등침하를 억제할 수 있는 특징이 있다. 또한, 시공장소의 협소와 대형장비의 시설에 구애받음 없이 시공가능하며, 건설 공해가 없고, 흡진 및 방진효과가 있고, 자재비가 저렴하여 공사비가 적게 소요되는 특징이 있다.

이러한 팽이말뚝기초의 시공 공법은, 도 1에 도시된 바와 같이 구조물이 시공될 장소에 설계된 면적으로 터파기를 실시하고, 그 위에 위치고정틀의 수평을 잡아 안착시킨 후 위치고정틀(5)의 삼각격자홀(6)에 팽이형 콘크리트 파일(1)의 파일부(3)를 삽입함과 아울러 그 상면을 수평하게 조절하는 방식으로 콘크리트 파일(1)을 배열한다.

그리고 팽이형 몸체부(2)의 상면으로 가로세로 방향으로 연결용철근(7)을 용접결합하여 콘크리트 파일 전체가 서로 연결고정되도록 한 후 팽이형 몸체부(2)의 저면과 지면 사이의 공간을 쇄석(30)으로 채우면서 진동 다짐하고, 팽이형 몸체부(2) 상면과 이들 사이에 채워져 있는 쇄석(30)을 가압수단으로 진동 가압하여 최종 다짐하고, 각각의 팽이형 몸체(2)의 상면으로 올라와 있는 쇄석(30)을 제거하고 그 위에 콘크리트 몰탈을 일정두께로 타설하고 양생하여 완성한다.

그런데 이러한 종래의 팽이말뚝기초(1)는 기초 층 하부에 지하수 수위가 상승하게 되면 팽이말뚝기초(1)에 부압이 발생하여 지지력이 약화되는 문제가 있다. 특히 부압이 발생된 상태에서 횡압력이 발생할 때에는 팽이말뚝기초의 횡지지력이 떨어져 안정성 저하의 문제가 야기되는 것이다.

또한 팽이말뚝기초는 시공시 상기 하부 중심을 이루는 말뚝부를 일일이 위치고정틀(5)의 삼각격자홀(6)에 삽입시켜야 하는 번거로운 작업이 수반되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 창안한 것으로, 그 목적은, 지하수의 능동적 배수 처리를 통해 부압 발생을 최소화함으로써 기초 및 그 위에 세워진 구조물의 안정성을 확보하는데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은, 아울러 접지 면적을 넓게 확보하여, 측방 유동의 억제, 즉시 침하의 억제, 압밀 침하의 억제 등 지반의 지지력을 대폭 향상시키는데 있다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은, 시공될 구조물의 규모나 지반의 상태에 따라 상,하를 뒤집어 사용할 수 있고, 또 개별 기초로도 활용이 가능도록 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 사각 피라미드 기초 공법은,
사각통 하부에 사각뿔이 일체로 형성된 모양을 가지되, 상부가 개방되며 내부가 빈 형상으로 이루어지며, 각 변의 중앙부에 반원형 홈부(14)를 형성하면서 홈부(14) 상단에 철근홈(22)을 형성한 현장타설용 몸체(20)를 터파기 한 지면에 서로 밀착시키며 연속 설치하는 단계;
상기 현장타설용 몸체(20)의 철근홈(22)에 철근(32)을 끼워 배근하는 단계;
상기 현장타설용 몸체(20)에 콘크리트를 타설하되 고리너트(17)를 일부 노출되게 매립하여 양생함으로써 사각 피라미드 기초(200)를 성형하는 단계;
배수량에 따른 배수포인트를 설계하여 그 위치에 대응되는 상기 사각 피라미드 기초(200) 사이의 홈부(14)를 통해 지면을 일정 깊이 천공하고 배수필터(40)를 설치하는 단계;
상기 배수필터(40) 상단을 배수관(42)으로 연결하고 배수관(42)을 별도의 집수장치로 연결하는 단계;
상기 홈부(14)를 통해 사각 피라미드 기초(200) 하부의 공간으로 쇄석(30)을 채우고 진동다짐기(60)로 다짐하는 단계;
상기 사각 피라미드 기초(200)의 홈부(14)에 마이크로파일(50)을 박아 지반을 강화하는 단계;

다수의 볼트공(182)이 형성된 연결프레임(18)을 사각 피라미드 기초(200)의 상면에 위치시키고 볼트공(182)과 고리너트(17)를 일치시킨 상태에서 체결볼트(161)와 칼라(162)로 이루어진 고리(16)를 볼트공(182)에 체결하여 사각 피라미드 기초(200)들을 일체화하는 단계;로 이루어짐을 특징으로 한다.

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상기 본 발명 사각 피라미드 기초는, 각주부의 경사면에 의해 쇄석과의 접지면적이 커짐과 아울러 수평의 베이스몸체에 의해 접지면적이 더욱 커져 사각 피라미드 기초의 측방 유동 억제와 즉시 침하 및 압밀 침하를 억제 등 지반의 지지력이 대폭 향상되는 장점이 있다.

또한, 기초 하부의 지반에 지하수위가 상승하면, 상기 사각 피라미드 기초 사이에 설치된 배수필터에 의해 걸러져 배관된 배수관을 통해 배수되도록 되어 있으므로 상시 기초 하부에 지하수에 의해 발생되는 부압을 줄여 지반의 지지력이 최적의 안정화상태로 유지되는 장점이 있다.

또한, 지반의 상태 및 설치될 구조물의 규모에 따라 상기 사각 피라미드 기초의 상하를 바꾸어 베이스몸체가 하부를 향하고 각주부가 상향되는 형태로 하여 설치가능하므로 기초의 시공을 매우 신속 간편하게 실시할 수 있는 효과가 있다.

또한, 매트형태로 설치된 사각 피라미드 기초 사이의 구멍으로 마이크로 파일을 박아 지반층은 물론이고, 매트형태로 설치된 사각 피라미드 기초들을 대폭 안정화시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 사각 피라미드 기초가 소형이어서 운반 및 현장반입이 용이하고 대형 장비가 필요없는 등 시공성이 좋고, 비용이 적게 소요되는 등 경제성이 뛰어나고, 지지력의 수치 계산이 가능하여 품질의 균일화를 이루어 시공의 신뢰성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 팽이말뚝기초 시공 공정도.
도 2는 본 발명에 따른 사각 피라미드 기초의 구조를 도시한 입체도.
도 3은 본 발명에 따른 사각 피라미드 기초가 시공된 상태의 입체도.
도 4는 본 발명에 따른 사각 피라미드 기초의 시공 순서도.
도 5a,5b는 본 발명에 따른 사각 피라미드 기초의 시공시 이루어지는 배수필터 시공 순서도.
도 6a,6b는 본 발명에 따른 사각 피라미드 기초 둘레의 홈부를 이용하여 마이크로파일을 박아 지반을 보강한 상태를 나타낸 시공도
도 7은 본 발명에 따른 사각 피라미드 기초를 거꾸로 도시한 입체도.
도 8은 본 발명에 따른 사각 피라미드 기초를 거꾸로 시공한 상태의 입체도.
도 9는 도 7에 따른 사각 피라미드 기초를 거꾸로 시공한 상태의 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 현장타설용 사각 피라미드 기초의 시공 공정도.
도 11은 본 발명에 따른 현장타설용 사각 피라미드 기초의 시공 단면도.
도 12는 본 발명의 철근홈을 갖는 현장타설용 사각 피라미드 기초의 사시도.
도 13은 본 발명의 철근홈을 갖는 현장타설용 사각 피라미드 기초의 시공상태 사시도.
도 14a,14b는 본 발명 사각 피라미드 기초의 고리를 이용하여 인접하는 기초들을 일체로 고정하는 구조를 나타낸 측면 및 평면도.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명 사각 피라미드 기초는 연약지반 표면처리용 강성 MAT기초로써, 기존 주춧돌 기초에 착안 하여 설계한 것이다. 그 구성은 도 2에 도시한 바와 같이 두꺼운 정사각 판체로 이루어진 베이스몸체(10)와, 끝이 잘린 사각 피라미드형태 즉, 사각 뿔기둥 형태로 되어 상기 베이스몸체(10)의 일면 중심부에 일체로 구성된 각주부(12)로 구성된다. 그리고, 베이스몸체(10)의 각 변의 중앙부에는 반원형(다각형이어도 무방함)의 홈부(14)를 형성한다. 아울러 각주부(12) 반대쪽 베이스몸체(10) 일면에 고리(16)를 형성한다. 고리(16)는 중앙부에 형성하여 운반 및 설치작업에 용이하도록 하는 기능으로 활용할 수도 있으나 균형을 이루도록 복수개 설치하여 후술될 철근(32) 배근 작업시 철근(32)을 연결하는데 활용토록하여 전체 사각 피라미드 기초와 일체화를 이루도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 구조의 사각 피라미드 기초는 지반의 상태 및 구조물의 중량규모에 따라 각주부(12)가 지면을 향하도록 하거나 또는 도 7 내지 도 9에서와 같이 각주부(12)가 상부를 향하도록 하여 설치할 수 있다. 예를 들면 지반의 상태가 양호하거나 건물 또는 구조물의 규모가 경량일 경우에는 도 7 내지 도 9에서와 같이 각주부(12)가 상부를 향하게 하여 사각 피라미드 기초(100)를 설치하고, 이 보다는 비교적 연약지반이면서 건물 또는 구조물의 규모가 더 클 경우에는 각주부(12)가 지면을 향하도록 하여 설치한다.

각주가 지면을 향하도록 하여 설치하는 공법에 있어서는, 우선, 구조물이 들어설 부지에 설계에 따라 터파기 공정을 실시한다. 이어서 터파기가 완료된 지면을 도 3의 (A)와 같이 수평하게 평탄화 하면서 단단하게 다지고, 필요에 따라서는 그 위에 모래를 일정 두께로 포설한다. 그리고 도 3의 (B)와 같이 상기 각주부(12)가 지면을 향하도록 하여 상기 사각 피라미드 기초를 설치한다. 각주부(12)의 끝은 평면이므로 별도의 보조 지지물 없이 독립적으로 직립할 수 가 있으므로 설치가 매우 편리하다. 또한, 사각 피라미드 기초들을 가로세로로 밀착 배설하게 되면, 각 사각 피라미드 기초 둘레에 형성된 반원형의 홈부(14)가 인접한 사각 피라미드 기초(100)의 홈부(14)와 대응하여 원형구멍(15)을 이룬다.

사각 피라미드 기초들의 설치가 완료되면 상기 원형구멍(15)을 통해 도 3의 (C)와 같이 사각 피라미드 기초 사이에 형성된 공간부로 쇄석(30)을 채우면서 진동기다짐기(60)로 다지는 쇄석(30) 채움공정을 실시한다.

이와 같이 쇄석(30)이 채워지면 상광하협 형상의 각주부(12) 표면적에 의해 쇄석(30)과의 접지면적이 넓어짐과 동시에 베이스몸체(10) 면이 쇄석(30)에 밀착되어 더더욱 접지면적이 넓어짐에 따라 사각 피라미드 기초의 측방 유동 억제능력이 향상되고, 즉시 및 압밀 침하를 억제 능력이 향상되는 등 지반의 지지력이 대폭 향상되는 장점이 있다.

마지막 공정으로, 사각 피라미드 기초가 설치된 전체면적 상부에 도 3의 (D)와 같이 철근(32)을 배근하고 도 3의 (E)와 같이 소정두께로 콘크리트를 타설 및 양생시켜 기초 공사를 마무리한다.

한편, 기초공사를 실시할 때 터파기를 하면서 둘레에 흙막이를 한다. 이때 흙막이 외측과 내측 지하수의 수두차가 발생하여 기초의 하부에 지하수 수위에 의한 양압력이 발생할 우려가 있다. 이는 지반 및 기초의 안정화를 해치게 되므로 지하수 부압에 대한 문제해결방법이 제시되어야 한다. 따라서, 도 5와 같이 상기 사각 피라미드 기초(100)를 설치면적에 설치하는 공정 완료 후 지하수 예상 물량 계산에 따라 영역을 나누어 그 영역에 배수포인트를 설계하고 그 포인트 위치에 해당되는 사각 피라미드 기초(100) 사이의 원형구멍(15)을 통해 지면을 일정 깊이 천공하여 이에 배수필터(40)를 설치한다. 그리고 각 사각 피라미드 기초(100) 하부의 공간으로 쇄석(30)을 채워넣고 진동다짐기(60)로 다짐한다. 배수필터(40)가 설치된 곳에는 배수필터(40)가 원형구멍(15)보다 작기 때문에 배수필터(40)사이로 쇄석(30)을 채워넣을 수가 있으므로 다짐 공정 또한 동일한 방법으로 실시한다.

이와 같이 배수필터(40)가 설치되면 사각 피라미드 기초(100)의 상부로 노출된 배수필터(40) 상단을 관로로 연결하는 작업을 실시한다. 이와 같이 설치된 배수관(42)은 별도의 집수장치로 연결되어 원활히 배수되도록 한다. 집수장치는 물펌프를 구비하여 지하수의 물을 강제 배수함으로 사각 피라미드 기초(100) 하부의 지반이 건조한 상태를 유지시켜 안정화한다.

그리고 배수필터(40) 및 배수관(42)의 연결작업이 완료되면, 사각 피라미드 기초매트의 상부에 철근(32)을 배근하고 콘크리트를 타설하여 기초공사를 완료한다.

또다른 실시예로 도 5b와 같이 배수필터(40)의 상단을 기초(100)의 하부에 위치시킨 후 상기 배수필터(40)의 상단을 연결하여 배수하는 배수관(42)을 기초(100)의 하부로 연결한 다음 쇄석(30)을 충진하고 다짐하는 순서로 공정을 바꾸어도 동일한 효과를 득할 수 있으며, 이또한 본 발명의 권리에 포함됨을 밝힌다.

도 6은 본 발명에 따른 사각 피라미드 기초 둘레의 홈부를 이용하여 마이크로파일을 박아 지반을 보강한 상태를 나타낸 시공도이다.

도시된 바와 같이 사각 피라미드 기초(100)를 이용하여 기초를 시공함에 있어서, 지반의 상태 또는 건물이나 구조물의 규모에 따라 지반 지지력을 좀더 강화 내지 안정화해야 할 필요가 있을 경우에는 별도의 마이크로파일(50)을 사각 피라미드 기초(100) 둘레의 원형구멍(15)으로 박아 지반을 강화할 수도 있다.

이와 같이 사각 피라미드 기초(100)의 설치와 아울러 마이크로파일(50)이 동시에 설치됨에 따라 지반은 더욱더 안정화 되고 기초의 지지력은 배가된다.

도 10은 본 발명에 따른 현장타설용 사각 피라미드 기초의 시공 공정도이고, 도 11은 본 발명에 따른 현장타설용 사각 피라미드 기초의 시공 단면도로서, 현장타설용 사각 피라미드 기초에 관한 것이다. 이는 콘크리트 구조물로 제조된 도 1 내지 도 6의 사각 피라미드 기초(100)가 중량이 크기 때문에 제조공장에서부터 현장까지 운반하는 작업과 아울러 현장에서 설치하는 작업이 크레인이나 지게차와 같은 장비들의 도움을 받아야 하기 때문에 작업이 어렵고 시간이 오래걸리며 비용이 많이 소요되는 애로점이 있고, 또 이와 아울러 운반시에도 차량 적재수량이 적기 때문에 운반비가 많이 소요되는 애로점이 있어 이를 보완하기 위해 구현된 것이다.

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즉, 베이스몸체(10) 상면이 개구됨과 동시에 내부가 빈 사각 피라미드 기초(200) 형상의 현장타설용 몸체(20)를 형성하여 이를 현장에 사각 피라미드 기초(100)와 같이 가로 세로로 배열 설치한 후 개구부를 통해 콘크리트를 채워 양생시키는 것이다.[도 11의 (A)(B)(C) 참조] 또한, 콘크리트를 현장타설용 몸체(20)에 채워넣기 전 고리(16)를 설치함으로써 양생 후 견고한 고리(16)를 형성할 수가 있다. 그리고 배열 설치된 현장타설용 몸체(20) 사이의 원형구멍(15)을 통해 쇄석을 채워넣으면서 진동다짐기(60)로 다진다.

이 작업이 완료되면 도 4의 (D)(E)와 같이 상부에 철근을 배근한 후 콘크리트를 타설 및 양생하여 기초공사를 완료한다.

도 12는 본 발명의 철근홈을 갖는 현장타설용 사각 피라미드 기초의 사시도이고, 도 13은 본 발명의 철근홈을 갖는 현장타설용 사각 피라미드 기초의 시공상태 사시도이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이 현장타설용 몸체(20)의 각변에 철근홈(22)을 형성할 수 있다.

이는 현장타설용 몸체(20)를 설치하고 콘크리트를 타설할 때, 콘크리트의 중량에 의해 형상이 변형되는 것을 차단하면서 견고한 시공이 이루어지도록 하는 것으로, 상기 철근홈(22)에는 철근(32)을 연결 결합하여 이웃하는 현장타설용 외부몸체(20)들을 일체화한다.

이와 같이 현장타설용 몸체(20)들이 철근(32)에 의해 서로 연결 고정되면 상부의 개구부를 통해 콘크리트를 타설하고, 이를 양생하여 사각 피라미드 기초(200)를 구성하는 것이다.

도 14a,14b는 본 발명 사각 피라미드 기초의 고리를 이용하여 인접하는 기초들을 일체로 고정하는 구조를 나타낸 측면 및 평면도로써, 도시한 바와 같이 고리(16)가 형성되는 사각 피라미드 기초(200)의 현장타설용 몸체(20) 상면 중앙부에 고리너트(17)를 매립형성하고, 이에 상기 고리(16)의 하부를 체결볼트(161)로 형성하여 체결에 의해 상기 고리(16)가 고리너트(17)에 결합되도록 하였다. 그리고, 상기고리의 둘레에는 칼라(162)를 형성하여 고리(16)와 현장타설용 몸체(20)의 상면에 연결프레임(18)을 가압 고정할 수 있도록 하였다.

즉, 고리(16)를 단순히 사각 피라미드 기초(200)를 들어올리는 데에 사용할 때에는 단순히 고리(16)의 체결볼트(161)를 고리너트(17)에 체결하여 사용하고, 설치된 각각의 사각 피라미드 기초(100)들을 연속하여 연결하여 일체화 하고자 할 때에는 사각 피라미드 기초(200)의 현장타설용 몸체(20) 상부에 볼트공(182)을 일정한 간격으로 복수개 형성한 연결프레임(18)을 종/횡 간격 또는 대각 방향으로 배열한 후 상기 볼트공(182)과 고리너트(17)를 일치시킨 후 고리(16)의 체결볼트(161)를 체결하여 일체화한다. 이와 같이 하면 각각의 사각 피라미드 기초(200)들이 연결프레임(18)에 연결되어 일체화되므로 독립기초와 같은 효과를 득할 수가 있다.

100, 200 - 사각 피라미드 기초 10 - 베이스몸체 12 - 각주부
14 - 홈부 16 - 고리 20 - 현장타설용 몸체
22 - 철근홈 30 - 쇄석 32 - 철근
40 - 배수필터 42 - 배수관 50 - 마이크로파일

Claims (9)

1. 사각통 하부에 사각뿔이 일체로 형성된 모양을 가지되, 상부가 개방되며 내부가 빈 형상으로 이루어지며, 각 변의 중앙부에 반원형 홈부(14)를 형성하면서 홈부(14) 상단에 철근홈(22)을 형성한 현장타설용 몸체(20)를 터파기 한 지면에 서로 밀착시키며 연속 설치하는 단계;
   상기 현장타설용 몸체(20)의 철근홈(22)에 철근(32)을 끼워 배근하는 단계;
   상기 현장타설용 몸체(20)에 콘크리트를 타설하되 고리너트(17)를 일부 노출되게 매립하여 양생함으로써 사각 피라미드 기초(200)를 성형하는 단계;
   배수량에 따른 배수포인트를 설계하여 그 위치에 대응되는 상기 사각 피라미드 기초(200) 사이의 홈부(14)를 통해 지면을 일정 깊이 천공하고 배수필터(40)를 설치하는 단계;
   상기 배수필터(40) 상단을 배수관(42)으로 연결하고 배수관(42)을 별도의 집수장치로 연결하는 단계;
   상기 홈부(14)를 통해 사각 피라미드 기초(200) 하부의 공간으로 쇄석(30)을 채우고 진동다짐기(60)로 다짐하는 단계;
   상기 사각 피라미드 기초(200)의 홈부(14)에 마이크로파일(50)을 박아 지반을 강화하는 단계;
   다수의 볼트공(182)이 형성된 연결프레임(18)을 사각 피라미드 기초(200)의 상면에 위치시키고 볼트공(182)과 고리너트(17)를 일치시킨 상태에서 체결볼트(161)와 칼라(162)로 이루어진 고리(16)를 볼트공(182)에 체결하여 사각 피라미드 기초(200)들을 일체화하는 단계; 로 이루어짐을 특징으로 하는 사각 피라미드 기초 공법.
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