北京学术报告厅深基坑止水帷幕与支护结构设计.docx
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北京学术报告厅深基坑止水帷幕与支护结构设计
中国艺术研究院研究生学术报告厅
基坑止水帷幕与支护
设计方案及施工组织设计
核工业西北工程建设总公司北京分公司
二○一○年九月十五日
中国艺术研究院研究生学术报告厅
基坑止水帷幕与支护
设计方案及施工组织设计
编制：
审核：
审批：
核工业西北工程建设总公司北京分公司
二○一○年九月十五日
1.工程概况
1.1建筑基坑概况
拟建中国艺术研究院研究生学术报告厅、餐厅及地下车库位于北京市朝阳区惠新北里甲1号，由中材地质工程勘查研究院勘察、中外建工程设计及顾问有限公司设计，根据提供的相关设计资料，拟建建筑物地上4层，地下2层，框架结构，基坑土方开挖标高为-8.35m，局部集水坑达-9.65m，平面尺寸约为：
41m*22m,属于深基坑。
基坑西侧紧邻原有的资料馆，距离仅2.3m，东、北侧为施工道路和围墙，南侧与已建的研究生楼相接。
场地相对比较狭小且周围各种管线较多，四周均未具备放坡开挖条件，为满足土方开挖和地下结构施工期间对边坡稳定、临近建筑物的安全的要求，需采取有效的边坡支护措施。
同时地下水位较高在基坑开挖深度范围内，为满足、土方、支护和地下结构施工对地下水位的要求需采取有效的基坑降水和止水措施。
1.2场地地质概况
1.2.1.拟建场地现状地形、地物概况
北京市朝阳区惠新北里，
1.2.2.地层土质概述
野外钻探表明，本场地地层主要为第四纪沉积的粉土、粘性土和砂土，根据现场钻探与原位测试及室内土工试验成果的综合分析，在本次岩土工程勘察最大勘探深度（20m）范围内所揭露的土层按其沉积年代、成因类型划分为人工堆积层和第四纪沉积层2大类，按地层岩性及工程特性划分为7个大层，并进一步划分亚层，现自上而下分述如下：
人工堆积层：
①素填土层，黄褐色，松散～稍密，稍湿，成分以粘质粉土为主，含碎砖块、灰渣等；场地表层局部含杂色房渣土①1。
本大层层顶标高为42.65～42.79m。
第四纪沉积层：
②粘质粉土、砂质粉土层，褐黄色，中密，湿，含少量云母、氧化铁等，局部含姜石及粗颗粒；夹薄层粉质粘土、重粉质粘土②1层及粘土②2层。
本大层层顶标高为38.33～39.95m。
③粉质粘土、重粉质粘土层，灰～灰黄色，可塑，湿，含少量氧化铁、云母及有机质、姜石等；夹薄层粘质粉土、砂质粉土③1层。
本层层顶标高为
④粘质粉土、砂质粉土层，褐黄色，中密，湿，含少量云母、氧化铁、姜石等；夹薄层粉质粘土④1层。
本层层顶标高为
⑤粉质粘土、重粉质粘土层，褐黄色，可塑～硬塑，湿，含少量云母、氧化铁、姜石等。
本大层层顶标高为
粘质粉土、砂质粉土层，黄褐色，中密～密实，湿，含少量云母、氧化铁等；夹薄层粉质粘土。
本层层顶标高为27.35～
粉细砂层，褐黄色，密实，湿，成分为石英、长石等，本大层层顶标高为24.15～24.49
粉细砂1.3地下水情况
本次岩土工程勘察发现二层地下水，第一层在地面下4.60～4.70m附近，为潜水；第二层在地面下9.70～11.40m附近。
拟建场区1959年最高地下水位标高接近自然地面；近3～5年最高地下水位埋深3.00m。
本场地地下水对混凝土结构及钢筋砼中的钢筋具有微腐蚀性。
1.4编制依据
1.4.1设计资料
（1）《中国艺术研究院研究生学术报告厅岩土工程勘察报告》（祥勘2010-028（中材地质工程勘查研究院勘察）；
（2）中国艺术研究院研究生学术报告厅的相关设计图纸（中外建工程设计及顾问有限公司）。
1.4.2国家及行业颁布的施工规范及规程
（1）《基坑土钉支护技术规程规范》（CECS96：
97）；
（2）《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120-99）；
（3）《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008；
（4）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002；
（5）《土层锚杆设计与施工规范》CECS22:
90；
（6）《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33-2001；
（7）《施工现场临时用电安全技术规程》JGJ46-2005；
（8）《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001；
（9）《建筑工程资料管理规程》DBJ01-51-2003；
（10）《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204-92；
（11）《钢筋焊接及验收规范》JGJ18-2003；
（12）《钢筋焊接接头实验方法》JGJ27-2001；
（13）《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-2005；
（14）《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33-2001；
（15）《软土地基深层搅拌桩加固技术规定》YBJ225-91。
1.4.3主要地方标准
（1）《商品混凝土质量管理规程》DBJ01-6-90；
（2）《混凝土结构施工质量验收规程》DBJ/01-82-2003;
（3）《建筑工程施工技术管理规程》DBJ/01-80-2003；
（4）《建筑安装分项工程施工工艺规程》DBJ/T01-26-2003；
（5）《北京市建设工程施工现场生活区设置和管理标准》DBJ01-72-2002；
（6）《北京市建设工程施工现场安全防护、场容卫生、环境保护及保卫消防标准》DBJ01-83-2003；
（7）《北京市建设工程施工安全操作规程》DBJ01-62-2002；
（8）《建筑安装工程资料管理规程》DBJ01-80-2003。
1.4.4现场周围环境调查、测量记录、我公司现有的机械、设备能力水平及前期施工的经验。
2.1.1基坑降水目的、原则
（1）确保挖至槽底时基槽干燥无水,不影响土方、护坡的施工。
（2）遵循维护地下水资源平衡的原则，确保不发生大量地下水流失。
（3）遵循安全施工、文明环保的原则，确保地基及周边管线、建筑物不沉降、不变形、同时保证基坑不发生隆起及管涌等不良地质现象。
（4）处理好残留滞水，确保基坑边坡安全。
（5）遵循经济节约施工可行的原则，设计方案尽量降低造价；坚持实事求是的原则，确保施工组织的可行性、先进性及合理性；遵循科学施工的原则，正确组织施工，确保施工质量优良。
2.1.2基坑降水要求
将上述地下水降至基坑最低处标高以下0.5m；基坑大面积开挖深度为-8.35m，局部-9.65m,因此要求将场区内的地下水位至少要降至约-10.15m。
考虑基坑存在积水坑等特殊情况，设计降水深度按10.5m考虑。
2.2降水方案选定及设计
本工程基坑周围采用深层搅拌桩止水帷幕进行止水，基坑内置疏干井，基坑外设观测井和回灌井。
深层搅拌桩桩长12.0m（从自然地面施工，上部3.0m为空钻，有效桩长9.0m），桩径500mm，间距300mm，咬合宽度200mm。
搅拌桩沿基坑开挖外边线0.85m单排均匀布置（西侧0.6m）。
水泥采用P.S.A32.5水泥，掺入量15%-20%。
疏干井设计:
井深19.00m
井间距10_15m
成井口径600mm
渗水管直径400mm
滤料3-5mm碎石
为便于观察和改善降水效果，在基坑外设管井作为观测井和减压井，间距15m。
由于井点施工机械简单，施工速度较快，灵活性强，可根据现场实际情况调整井点的布置，达到理想的降水效果。
3.1.1基坑支护方案设计的指导思想
（1）考虑到地下结构施工可能需要较长的施工周期，要求支护时需适当加大安全系数。
（2）护坡方案要科学合理，因地制宜，切实可行，确保深基坑边坡支护安全可靠。
（3）护坡工程必须与土方工程一体化安排，要为土方工程的顺利施工创造快捷和良好的前提条件。
（4）护坡工程在确保为后续施工创造出良好的施工作业面的同时，还要尽可能地减少不必要的土方回填。
（5）护坡工程要尽量减少与土方施工的工序交叉的次数，以缩短工期。
（6）护坡工程要充分考虑到其经济合理性等。
3.1.2基坑支护方案选择
根据常用几种支护形式的适用范围、安全性及经济性特点，结合基坑的开挖深度、周边工作面的影响、场区内地质条件及现场周边实际情况，本工程拟采用如下支护措施：
（1）基坑西侧：
由于该侧距离原有资料馆较近（开挖线距外墙仅1.0m左右），根据原有资料楼的实际情况，该段采用护坡桩+锚杆联合支护方案；
（2）基坑东侧和北侧：
该段具备一定的放坡条件，但周边为施工通道和材料堆放区，边坡荷载较大，且围周管线较为密集，本着安全、经济快捷的原则，采用微型钢管桩+复合土钉墙支护的设计放案。
本工程基坑支护设计，采用理正深基坑支护设计软件（该软件为98年国家重点产品项目，北京市火炬计划项目，已通过建设部鉴定并由建设部大力推广的“建筑业十项新技术”之一，是《建筑基坑支护规程（JGJ120-99）》配套软件）进行计算及有限元分析，并根据我公司在类似工程的施工经验进行调整，确定设计方案。
经计算，设计结果如下：
3.2.1护坡桩（2-2剖面）
桩长9.0m，桩径600mm，桩间距1.20m，嵌固深度3.65m，桩定标高在自然地面以下3.00m，上部3.00与资料馆之间土体卸掉。
钢筋笼采用均匀配筋，14φ18，箍筋φ6.5@200钢筋:
加强筋φ16@2000；钢筋笼长为9.0m,主筋保护层厚度为50mm。
砼:
C25，坍落度为18～22cm。
桩数：
36根。
所有桩顶设计一道矩形连梁，连梁尺寸为600mm（宽）×500mm（高），连梁配筋为6φ18（两侧）+2φ16（帽梁上下架立筋），通长配筋，箍筋φ6.5@200。
桩身主筋伸入连梁内450mm,钢筋保护层厚度为35mm。
锚杆设计在桩顶连梁下1.5m，长度20.0m，孔径150mm，自由段5.0m，锚杆选用3束1860预应力钢绞线，一桩一锚，锁定力260KN，锚杆数35根，腰梁采用2根20a工字钢并联，利用200mm×200mm×20mm钢板作为垫板，对锚头进行张拉锁定，锁定值260k。
3.2.2钢管桩+复合土钉墙（1-1剖面）
钢管桩从自然地面开始施工，桩长10.0m，桩径150mm，桩间距600mm，钢管桩内置直径为108mm，壁厚4mm的钢管，采用水灰比为0.4_0.5的水泥浆注浆。
复合土钉墙支护，第一排土钉距地面为1.5m，土钉垂直间距为1.5m，水平间距为1.2m，1～5排土钉或锚杆长度从上至下为：
6.0m、18.0m、17.0m、7.0m、5.0m土钉孔径100mm，倾角5～10度（其中第二、三排为预应力锚杆，孔径150mm，自由段5.0m/4.0m，锚索选用2束1860预应力钢绞线，腰梁采用单根20a槽钢，利用200mm×200mm×20mm钢板作为垫板，对锚头进行张拉锁定，锁定力200KN），土钉杆体采用Φ18罗纹钢，常压灌注水泥浆，浆体强度不低于20MPa。
面层为现场喷射细石混凝土而成，砼强度为C20，厚度不小于10cm，中间挂Φ6.5＠250×250编制的钢筋网，外配Φ16横向加强筋和所有土钉头相连。
深基坑的安全与稳定直接关系到本身及邻近建筑物，基坑周边道路和邻近地下管线的安全。
根据深基坑支护有关规范要求以及本工程项目特殊的位置影响，基坑支护和主体结构施工阶段必须对基坑支护系统和周边环境进行监测。
由于岩土工程的复杂性，深基坑支护系统受到许多难以确定因素的影响，因此，在施工过程中加强监测，及时掌握支护系统及周围环境动态变化，应用检测所得的信息指导施工，是施工过程科学化、信息化，确保支护系统和周围环境安全的重要措施。
结合本工程的具体情况，实施以下几项监测：
1）、基坑支护体系的顶部沉降和水平位移（主要涉及本基坑上口边坡变形）；
2）、现场场地内地下水位
3）、基坑周围地表沉降及地表裂缝
4）、基坑周围地表超载
1）、监测标准
（1）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120－99）
（2）《建筑变形测量规范》（JGJ/T8－97）
（3）《工程测量规范》（GB50026－93）
（4）《国家一、二等水准测量规范》（GB12897－91）
（5）《建筑变形测量规程》（JGJ/T－8－97）
2）、监测仪器
序号
主要测量仪器
数量
监测项目
1
经纬仪
1台
坡顶水平位移
周边建筑物倾斜
2
水准仪（带塔尺）
1台
沉降
3
测绳或水位计
若干
降水井水位
根据《建筑变形测量规程》的要求，在支护结构坡顶和翻边变形变化大的部位埋设位移观测点并作醒目标记加以保护，间距：
15～25m，观测基准点埋设在变形影响范围以外。
1）、坡顶水平位移监测
水平位移观测采用经纬仪进行坡顶位移。
在基坑开挖前在坡顶槽边上布置位移观测点，并做好前后视，要求前后视点位于变形影响不到的位置并通视良好。
2）、沉降观测
基坑开挖前埋设观测点，观测点应通视良好，以利于仪器测量。
为确保观测精度，水准点设在土质坚硬、便于长期保存和使用方便的地点，
3）、水位监测
水位变化采用闲置渗井（未下泵抽水的降水井）进行观测，测量地下水水位。
水位采用测绳或水位计进行观测，并做好观测记录。
4）、监测周期及报告
1、基坑开挖前设置测点和预埋测试原件，土方开挖之前监测2次，用其平均值作为初始值。
监测在基坑开挖或降水当日实施，基坑开挖过程中每挖一步土监测一次，基坑开挖结束后每7-15天监测一次，在出现可能促使变形加快的情况或监测数据异常时加密观测次数,并及时停止基坑内作业，分析原因，采取还土、坡顶卸载和增补锚杆等加固措施，确保边坡及建筑物的安全。
基坑监测应持续进行到土方回填至地面时为止。
2、基坑开挖监测过程中，根据设计要求提交阶段性监测报告。
工程结束时提交完整的监测报告，报告内容包括：
1）、工程概况；
2）、监测项目和各测点的平面和立面布置图；
3）、采用的仪器设备和监测方法；
4）、监测数据处理方法和监测结果过程曲线；
5）、监测结果评价。
5.施工方案
5.1施工部署
本工程包括止水帷幕、降水、土方、护坡桩+锚杆、钢管桩+复合土钉墙施工，根据同类工程施工经验，为保证按期优质完工，我们将严格按照既定的施工计划，合理安排施工，合理安排机械设备和劳动力计划，监督落实计划中每个节点的实际完成情况，认真分析影响施工进度的各种因素，并及时制定出相应有效措施，确保工程工期目标和质量目标的实现。
5.1.1施工组织机构
本工程配备了优秀而富有施工经验的工程管理及技术人员组成工程项目管理机构：
项目经理
↓
技术、质检、安全
↓
材料、后勤、财务
↓
↓↓↓↓↓↓↓
打降土锚材质后
桩水方杆料检勤
组组组组组组组
5.1.2施工准备
（1）准确放出结构边线、开挖边线。
（2）做好施工中各种材料的计划和供应计划。
（3）施工用水、施工用电的连接及临时设施搭建。
（4）挖探槽，查明拟建场地的地下障碍物及锚杆施工范围内的地下管线情况。
（5）对施工人员进行生产、技术、质量安全等全方面的交底。
（6）准备施工机具及所用原材料并进行材料复试。
（7）根据施工现场实际情况调整修改施工方案。
（8）健全指挥系统及安全施工、工程质量及环保保障体系。
（9）设计编制人员及技术负责同现场技术及施工人员召开会议、做详细技术交底。
5.1.3施工流程
施工准备→测量放线→帷幕桩施工→降水井施工→护坡桩施工→钢管桩施工→第一步土方开挖→预应力锚杆及土钉墙施工→人工清槽至槽底标高
5.1.4施工设备
机械设备的调配直接影响工期、质量及现场的文明施工，本工程施工中，我公司将根据工程需要，优先调配先进机械设备，以确保工程的进度和质量。
主要机械设备一览表
序号
机械设备名称
规格型号
数量
用途
用电量
KW
1
轮胎吊车
12T
1台
下放钢筋笼
2
搅拌桩机
帷幕桩施工
30
3
反循环钻机
2
降水井及护坡桩施工
40
4
空压机
WY10/7
1台
桩间喷锚施工
60
5
锚喷机
PZ～5
1台套
喷射砼
7.5
6
注浆机
UBJ-2
2台套
注水泥浆
7.5
7
搅浆机
2台套
搅浆
5
8
锚杆钻机
X-2
2台套
钢管桩、锚杆施工
2×45=90
9
电焊机
BX～300A
4台
钢筋笼加工
4×22=88
10
钢筋弯曲机
φ25
1台
钢筋笼加工
3
11
振捣棒
8m
2根
灌注砼
12
潜水泵
20
降水
15
5.1.5施工用电
根据机械设备的选用及施工进度安排，施工高峰用电量260kw。
5.1.6施工用水
施工期间需提供2处每小时流量10m3自来水。
5.1.7劳动力计划
为便于管理，劳动力使用时，根据专业工作性质将其编为三个作业队：
即护坡桩施工作业队、锚杆施工作业队、土方作业队。
各队之间默契配合，进行交叉流水作业。
按照施工进度计划及工程量配备劳力，并安排进场时间，用工高峰时现场劳动力约为70人。
（1）土方施工
设备操作人员:
15人；壮工5人，共计20人。
（2）护坡桩施工
设备操作人员:
10人,钢筋工:
4人共计14人。
（3）锚杆施工
设备操作人员:
10人共计10人。
（4）土钉墙施工
施工人员：
共15人
（5）帷幕及降水施工
施工人员：
共10人
项目部人员构成及分工
序号
名称
人数
备注
1
项目经理
1
负责整个项目人、机、料及资金的落实和总体施工安排
2
技术经理
1
负责解决施工中的各类技术问题、对工程进度和施工质量负责
3
生产经理
1
负责现场管理和机械、人员、材料的安排及生产计划安排
4
技术员
1
协调技术经理做好全面技术措施的编制和落实
5
质检员
1
负责各分项工程质量检查、质量管理和施工试验
6
施工员
1
7
安全员
1
负责施工过程中的安全检查、巡视
8
材料员
1
负责施工材料的采购
9
试验工
1
施工材料的检测、复试
10
资料员
1
负责所有资料的归集、整理及上报与各种原材的复试和试验
11
测量员
1
负责施工现场定位、放线测量及随时现场观测
12
水电工
1
负责施工水电
13
钻机机长
2
负责成孔、灌注施工及钻机的操作与维修
14
施工人员
50
15
后勤人员
2
负责现场人员的后勤保障
5.1.8施工进度计划
见附表。
5.1.9施工管理目标
（1）质量目标:
所有检验批一次交验合格率100％；
分项工程一次交验优良率在100％；
工程质量优良。
（2）工期目标：
本工程计划工期40天。
5.2土方施工
5.2.1地下管线保护
（1）进场后，首先在施工现场对开挖周围的管线进行认真的调查、了解。
（2）积极配合甲方到主要管理部门了解市政道路上的各条管线的走向、埋深及管线的作法等。
（3）到有关部门（电信、电缆、天然气、自来水、通讯等）去报告开工，同时进一步核实已了解到的情况。
（4）请专业物探部门到现场及周围进行物探工作，证实已了解到的情况，做到万无一失。
（5）了解到有关部门的抢修电话，一旦在施工期间出现破坏管线的事故时，应用最少的时间通知有关部门进行抢修，以减少损失，降低影响。
5.2.2施工机械准备
（1）挖掘机及运输车：
现场土方挖掘选用1台挖掘机，每台斗量不小于1.5m3。
土方车每日约10辆，并根据场地运土距离和交通状况再适当增加车辆，确保日出土量不少于1000方。
（2）及时准备好机械设备满负荷工作，保证机械使用状态良好。
（3）各种机械因使用期间及时作好保养，对常发生故障的机械，要作好备用机械，并作好备用件的准备工作。
5.2.3运土施工流程
挖土装车→出口处拍土→盖苫布→清扫轮胎→出场外运。
（1）机械选型和数量
从易用、环保、高效的角度考虑，按设计计算数量，选用日立300或小松300液压反铲挖土机1台，直接进行铲挖和装载作业；运土车选用太脱拉和斯太尔，额定装载19.5t，数量不少于10辆（可根据作业面大小、运距长短调整）。
（2）施工技术要求
a.挖土机挖土应配合护坡工作进行。
b.用推土机或铲车平整现场道路。
c.机械挖土最后一步土时，根据甲方要求预留土的需要，由测量员配合进行，由水准仪配合测量标高，不许超挖，以免扰动下部持力地层。
d.挖土时注意周边管线，开挖浅部2.0m厚度土层时，需有人跟铲作业，注意观察周边暗埋物的情况。
（4）马道设置、收尾
根据现场情况，设置一条内置马道，坡道长25m，宽10m，坡度为25度。
5.3.1施工流程
疏干井、观测井、减压井施工采用反循环钻机泥浆护壁的成孔工艺，施工流程如下：
5.3.2降水井施工技术要求
1、钻进方法
采用回转钻机反循环钻进工艺，减少孔壁泥皮，提高成井质量。
2、钻孔
均不得使用粘土造浆护壁，循环钻机成孔时，必须保证清水的供给，循环泥浆池不得小于3m3，以便控制泥浆稠度。
下管前进行彻底换浆。
3、成井
选择质量好、渗透能力较强的水泥砾石滤水管；接头处的死管长度小于2cm；换浆后立即下入井管，井管应保持垂直和居中；滤料必须沿四周均匀下入，边洗井边下滤料，上部1～2m待洗井结束后用粘性土封井。
4、洗井
采用井内洗井方法。
循环钻机成孔后，下入井管，边下滤料边用空压机送气吹洗；待水清砂少时，改用潜水泵进行抽水，直至水清砂净为止。
5、降水井质量验收
施工结束前，对所有井的井深和水位进行验收，达不到设计要求的井点，应进行重新洗井，洗井后仍达不到要求的，应补打；当洗井、抽水时，井内出砂严重时，应停止洗井和抽水，防止砂土流失而引起不良后果。
5.3.3降水井质量保证措施
1、钻机安装应周正平稳，严格按操作规程施工，保证钻孔垂直度误差小于1％.
2、提下钻具时要轻提慢放，避免产生抽吸作用，造成塌孔。
3、清孔后应保证孔内沉渣厚度小于0.3m，浆液含砂率小于4％。
4、下管时滤水管接头处要用竹片夹好绑牢，防止在下入过程中发生位移；下管时应轻提慢放，遇阻时应查明原因后再下，严禁强行墩放，以防损坏井管；下至设计位置后，要保证井管口高出地面20cm以上，用砖砌成井台并加井盖，并用盖板盖好，防止杂物掉入；井管要安放在钻孔中央位置。
5、填入滤料时，要仔细检查滤料质量，控制其含泥量不超过5％；填入过程中要用铁锹沿井管四周缓慢均匀填入，防止投料不均或中途架桥；在降水过程中，如遇滤料下沉，应及时补充。
6、空压机洗井时，洗井管应下到预定位置，并随时检查水中含砂量，直至水清砂净。
5.4.1施工工艺
根据场区土层条件，本工程采用深层搅拌水泥土桩。
施工工序为：
配制水泥浆
（1）放线定位
根据甲方提供的平面图，建筑红线和主要基轴线，用经纬仪定向，钢尺量距按平面图位置确定桩位线，并经监理检验认可签字后方可进行下一步工序。
（2）就位：
深层搅拌机到达指定桩位中心对准桩位，对位误差不大于2cm；
（3）预搅下沉
待深层搅拌机的冷却水循环正常后（对于采用潜水电机机型，对空气冷却型电机无此内容），启动电机，放松起重钢丝绳，使搅拌机沿导向架边搅拌、边切土下沉，下沉速度可由电机的电流监测表控制，工作电流不应大于70A；
（4）制备水泥浆
待深层搅拌机下沉到一定深度时，即开始按设计确定的掺入比（15%）拌制水泥浆，待压浆前将水泥浆倒入集料斗中；
（5）喷浆搅拌提升
深层搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵将水
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