土木工程专业道路方向课程设计.docx
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土木工程专业道路方向课程设计
前言
公路是国民经济的重要组成部分，对国民经济具有举足轻重的促进和制约作用，是衡量一个国家经济实力和现代化水平的重要标志。
改革开放以来，我国公路建设得到了持续、快速、健康的发展，取得了举世瞩目的成就。
近几年随着公路等级的不断提高，路桥方面知识得到越来越多的应用，同时，各项规范也有了较大的变动，为掌握更多路桥方面知识，我选择了姚庄至王里庙二级公路施工图设计这一课题。
本次设计路段位于河南省漯河市境内，属平原微丘区，本次设计包括拟定路线方案、平面线形设计，纵断面设计，横断面设计，路基设计，路面设计，桥涵设计，平面交叉设计，书写计算说明书，编制设计文件这几项任务。
平面线形设计首先应拟定路线方案，根据《公路路线设计规范》JTG011-2006,赵永平、唐勇主编《道路勘测设计》,根据选线的一般要求，综合考虑沿线的地形、地物、地质、水文条件等影响因素，按照选线的步骤选定一条切实、可行的路线方案。
纵断面线形设计是根据已经确定的路中线的位置,结合所经地面的起伏情况,在地面上确定各中桩点的具体位置和桩号,并用内插法计算出各点的地面高程,然后,据此在坐标纸上点出地面线,进行拉坡设计和竖曲线设计,计算出各中桩点的设计高程.。
参照路线线形设计
路面结构设计是根据《公路沥青路面设计规范》JTGD50-2004，《公路沥青路面施工技术规范》JTG042—2000的要求，参照万德臣主编的《路基路面工程》，完成累计标准轴次的确定、土基回弹模量的选择、路面结构层的确定及验算和绘制路面结构大样图等内容。
路面结构层采用HPDS2003A系统进行设计。
路面结构层组成材料的设计是根据《公路路面基层施工技术规范》JTJ034—2000，《公路沥青路面设计规范》JTGD50-2004，《公路沥青路面施工技术规范》JTG032—2000，完成底基层、基层和面层（上、下面层）的材料设计。
在本次设计过程中，新旧规范的交替，电脑程序的操作，曾经使我的设计工作一度陷入僵局，但是在指导老师朱峰老师及本组其他组员的帮助下，使自己这次的设计得以顺利完成。
在此，对老师和同学们表示衷心的感谢。
由于公路工程技术的不断进步，技术标准的不断更新，加之本人能力所限，难免在设计过程中出现错误和暴露一些不足，敬请各位老师给予批评指正。
1.概述
1.1设计任务依概据及概况
根据公路工程毕业设计任务书，进行本次施工图设计。
本次初步设计为河南省漯河市境内姚庄至王里庙二级公路工程，工程起点在姚庄，桩号为K0+000.000，终点在王里庙，桩号K4+863.843，路线4863.843km。
本工程全线按二级公路标准设计，根据沿线村镇的分布情况，并与现有公路和规划路网相结合,在相应的地方道路、机耕路、人行路上设置平交道口。
在排灌沟渠间设置涵洞、桥梁。
1.1.1设计标准
（1）主线设计标准
本工程是按交通部颁发的《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）规定的二级公路标准设计，计算行车速度60Km/h,其主要技术指标如下：
公路等级:
二级公路；
计算行车速度:
60公里/小时；
路基宽度:
10米
其中：
行车道宽度：
2×3.5米
硬路肩：
2×0.75
土路肩：
2×0.75米
路面宽度:
2×3.5米
（2）线形要素标准
平曲线半径：
一般最小半径：
200米；
极限最小半径：
125米；
不设缓和曲线和超高最小半径：
1500米
纵坡：
最大纵坡：
6％
最小纵坡：
路堑或其他横向排水不畅地段不小于0.3％。
最大坡长：
1000米（坡度为4％时）
800米（坡度为5％时）
600米（坡度为6％时）
竖曲线要素：
竖曲线最小半径：
凸形一般最小半径/极限最小半径2000/1400米；
凹形一般最小半径/极限最小半径:
1500/1000米；
竖曲线最小长度:
50米
（3）桥涵设计标准
桥涵宽度：
与路基同宽；
桥涵设计荷载：
公路—II级；
（4）路面设计标准
路面设计标准轴载：
100KN；
（5）道路平面交叉标准
平面交叉路线尽可能为直线、并尽量正交。
当必须斜交时，交叉角度应大于45度。
平面交叉范围内的纵坡宜设置为平坡，当条件受限制时，纵坡不大于3％。
所有的平面交叉口采取严格的安全措施，设置了警告标志、指路标志、限速标志等，在主要的交叉口还设置转弯车道。
1.1.2总体设计原则
本工程为姚庄至王里庙二级公路新建路段，根据《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）的要求，交通量的预测情况及公路的使用功能，确定总体设计原则如下：
（1）采用的技术标准必须满足公路的使用任务、功能和远景交通量的需要。
（2）避免不必要的浪费，项目建设时应适当超前考虑。
（3）由于本工程两头都已经进行过改建，必须考虑与这部分道路的连接。
（4）尽量利用老路及山地，以降低造价。
（5）沿线的中小城镇采取“离而不远，近而不进”的原则，通过人口稠密地区时，在现有详细调查资料基础上，进行了多方案比较，尽可能减少房屋的拆迁量。
除考虑房屋拆迁外，对管线的避让和动迁在初步设计选线时也进行了重点考虑，并作为线位的重要控制点。
1.1.3沿线筑路材料、水、电等建设条件及与公路建设的关系
筑路材料主要包括路基填筑材料、路面材料、桥、涵、以及防护工程等构造物用料。
路基填筑材料主要采用石灰粉煤灰等工业废渣、砂卵石、粘土及砂性土等，路面、桥涵及防护工程等构造物用料主要有石料（碎石、块片石）、黄砂、水泥、钢材、木材等。
（1）路基填筑材料
挖方路段开挖的土石方可以用于路基填筑需要，不足部分可在公路沿线征山开采宕渣或征地用土来填筑。
（2）涵洞、桥梁及防护工程等构造物材料
骨料（碎石、块片石）：
本工程道路沿线属于平原，所需石料、砂料、水泥、钢材、木材均由料场提供。
（3）电资源
沿线各乡镇均有自来水及变电系统，大部分路段具备通水、电的条件
1.1.4与周围环境和自然景观协调情况
根据地形图，本工程附近没有风景点、文物保护点，对公路的选线没有影响。
本路段在选线时尽可能避开城镇和居民集中地段，距城镇“离而不远、近而不进”，尽可能做到与周围环境和自然景观相协调。
设计中尽可能做到土石方填挖平衡，对桥头路基边坡、高填方路基边坡及挖方边坡部分采取浆砌防护措施，对沿河、沿塘路段全部采用浆砌防护的办法，防止水土流失。
2.确定公路等级和技术指标
2.1公路等级的确定
（1）根据JTGB01--2003《公路工程技术标准》的规定，一般能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量为5000-15000辆的公路为二级公路，其远景设计年限为12年，它是连接政治、经济、中心或大工矿区、机场等地的专供汽车行驶的公路。
1.计算设计年标准车型的年平均日交通量为NT公式为：
NT=∑NiKi（1+γ）n-1
NT——远景交通量
Ni——某种车型的交通量
Ki——某种车型的折算系数，参见下表（交通量换算采用小客车为标准车型）
γ——年平均增长率
n——公路使用期末年年份——交通量统计年份
表2.1.各汽车代表车型与车辆折算系数表
车型
车辆折算系数
说明
小客车
1.0
≤19座的客车和载重量≤2t的货车
中型车
1.5
＞19座的客车和载重量
＞2t～7t的货车
大型车
2.0
载重量＞2t～7t≤14t的货车
拖挂车
3.0
载重量＞14t的货车
2.计算远景设计年限年平均昼夜交通量NT
计算说明如下：
金杯SY132NT=139×1×（1+9.13%）17-1=562辆/昼夜
菲亚特50NCANT=180×1×（1+9.13%）17-1=728辆/昼夜
三菱FR415NT=170×1×（1+9.13%）17-1=688辆/昼夜
华龙SK171ANT=155×1.5×（1+9.13%）17-1=941辆/昼夜
金陵JL6121SNT=105×1.5×（1+9.13%）17-1=637辆/昼夜
太脱拉81553NT=161×2×（1+9.13%）17-1=1303辆/昼夜
跃进NJ131NT=150×1×（1+9.13%）17-1=607辆/昼夜
黄河JN150NT=160×2×（1+9.13%）17-1=1295辆/昼夜
远景交通量NT=562+728+688+941+637+1303+607+1295=6761辆/昼夜
由计算可知，能够满足二级公路的交通量。
应选用双车道二级公路，能适用将各种汽车折合成小客车的年平均交通量5000-15000辆/昼夜，远景设计年限为12年，计算行车速度为60km/h。
2.2公路技术指标的选用
根据沿线地形和自然条件，确定计算行车速度，选用相应的技术指标，结果如下：
表2.2车速技术指标
公
路
等
级
地
形
计算
行车
速度
（km/h）
行车
道
宽度
（m）
路基宽度（m）
极限
最小
半径
（m）
停车
视距
（m）
最大纵坡（%）
桥涵设计车辆荷载
一
般
值
变
化
值
二级
平原微丘
60
3.5
10
—
125
75
6
公路Ⅱ级
3.线形设计
3.1平面线形设计
3.1.1选线
1.选线的依据：
（1）道路选线就是根据路线的基本走向和技术标准，结合当地的地形、地质、地物及其它沿线条件和施工条件等，选定一条技术上可行、经济上合理，又能符合使用要求的道路中心线的工作。
（2）选线是道路路线形设计的重要环节，选线的好坏直接影响着道路的使用质量和工程造价。
选线是一项涉及面广、影响因素多、政策性和技术性都很强的工作。
2.选线的原则：
（1）在路线设计的各个阶段，应运用先进的手段对路线方案进行深入、细致地研究，在方案论证、比较的基础上，选定最优的路线方案。
（2）路线设计应在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，使工程数量小、造价低、营运费用省、效益好，并有利于施工和养护。
在工程量增加不大时，应尽量采用较高的技术指标，不宜轻易采用低限指标，但也不应片面追求高指标。
（3）选线应与农田基本建设相配合，做到少占耕地，注意尽量地不占高产田、经济作物田或经济林园（如橡胶林、茶林、果园）等。
（4）通过名胜、风景、古迹地区的道路，应与周围的环境、景观相协调，并适当照顾美观。
注意保护原有的自然生态环境和重要的历史文物遗址。
（5）选线时应对沿线的工程地质和水文地质进行深入的勘探，查清其对道路工程的影响程度。
对于滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、岩溶、软土、泥沼等严重不良地质地段和沙漠、多年冻土等特殊地区、应慎重对待。
一般情况下，路线应设法绕避；当路线必须穿过时，应选择合适的位置，缩小穿越范围，并采取必要的工程措施。
（6）选线时应重视环境保护，注意由于道路修筑以及汽车运行所产生的影响与污染等问题，具体应注意以下几个方面：
1）路线对自然环境与资源可能产生的影响。
2）占地、房屋拆迁所带来的影响。
3）路线对城镇布局、行政区划、农耕区、水利排灌体系等现有设施造成分割，而产生的影响。
4）噪声对居民生活的影响。
5）汽车尾气对大气、水源、农田所造成的影响。
6）对自然环境、资源的影响和污染的防治措施及其对政策实施的可能性。
3.原则性方案比较
路线方案比较可分为质的比较和量的比较两个方面。
原则性的方案比较，主要是质的比较，多采用综合评价的方法，这种方法不是通过详细计算经济和技术指标进行的比较，而是综合各方面因素进行评比。
主要综合的因素有：
（1）路线在政治、经济、国防上的意义，国家或地方建设对路线使用任务、性质的要求，以及战备、支农、综合利用等重要方针的贯彻和体现程度。
（2）路线在铁路、公路、航道等网系中的作用，与沿线工矿、城镇等规划的关系以及与沿线农田水利建设的配合及用地情况。
（3）沿线地形、地质、水文、气象、地震等自然条件对道路的影响；要求的路线等级与实际可能达到的技术标准及其对路线的使用任务、性质的影响；路线的长度、筑路材料的来源、施工条件以及工程量、三材（钢材、木材、水泥）用量、造价、工期、劳动力等情况及其运营、施工、养护的影响等。
（4）路线与沿线历史文物、革命史迹、旅行风景区等的联系。
影响路线方案选择的因素是多方面的，而各种因素又多是互相联系、相互影响的。
路线在满足使用任务和性质要求的前提下，应综合考虑自然条件、技术标准和技术指标、工程投资、施工期限和施工设备等因素，精心选择、反复比较，才能提出合理的推荐方案。
4.选线方法
选定道路中线的位置按具体作法不同可分为实地选线、纸上选线和自动化选线三种。
（1）实地选线
实地选线是由选线人员，根据设计任务书的要求，在现场实地进行勘察测量，经过反复比较，直接选定路线的方法。
该方法的优点是工作简便、符合实际；在实地容易掌握地质、地形、地物等情况，选出的方案切实可靠；一般情况下不需要大比例尺地形图。
缺点是野外的工作量很大，体力劳动强度高；野外测设工作受气候和季节的影响大。
同时，由于视野的局限性，加上地形、地物的影响，使路线的整体布局存在一定的片面性和局限性。
适用范围：
实地选线往往用于等级较低、方案比较明确的公路。
（2）纸上选线
纸上选线是在已经测得的地形图上，进行路线布局和方案比选，从而在纸上确定路线，再到实地放线的选线方法。
这种方法的优点是野外工作量较小、测设速度快；测设和定线不受自然因素干扰；能在室内纵观全局，结合地形、地物、地质等条件，综合考虑平、纵、横三方面的因素，使所选定的路线更为合理。
缺点是纸上定线必须要有大比例尺的地形图。
地形图的测设需要较大的工作量和较多的设备。
适用范围：
纸上选线多用于等级较高和地形、地物复杂的道路。
（3）自动化选线
随着航测技术和电子计算机技术的迅速发展，产生了将航测和电算相结合的自动化选线方法。
自动化选线的基本作法是：
先用航测方法测得航测图片，再根据地形信息建立数字地形模型（即数字化的地形资料），把选线设计的要求转化为数学模型，将设计数据输入计算机，由计算机按照一定的程序进行自动选线、分析比较和优化，最后通过自动绘图仪和打印机将全部设计图表输出。
自动化选线用电子计算机和自动绘图仪代替人工去做作大量而又繁重的计算、绘图、分析比较工作，这样能使选择的路线方案更加合理，而且节省了人力、物力和时间，成为今后道路选线的发展方向。
5.选线的步骤：
一条路线的选定是一项研究范围由大到小、工作深度由粗到细、工作方法由轮廓到具体，逐步深入的工作。
一般要经过以下三个步骤
（1）全面布局
全面布局是解决路线基本走向的工作。
就是根据公路的技术等级、及其在公路网中的作用，结合地形地物条件，在路线的起、终点及中间必须通过的控制点间寻找可能通行的“路线带”，并进而确定一些大的控制点，将其连接起来，即形成路线的基本走向。
路线布局是关系到公路质量的根本性问题。
因此，在选线中首先应着眼于总体布局工作，解决好基本走向问题。
全面布局是通过路线视察、经过方案比较来解决的。
（2）逐段安排
逐段安排是在路线基本走向已经确定的基础上，再进一步加密控制点，解决路线局部方案的工作。
即在大控制点间，结合地形、地质、水文、气候等条件，逐段定出中、小的控制点。
逐段安排路线是通过踏勘测量或详测前的路线察看来解决的。
（3）具体定线
在所有的控制点间，根据技术标准、结合自然条件，综合考虑平、纵、横三方面因素，反复穿线插点，具体定出路线位置的工作。
这是一步更深入、更细致、更具体的工作。
具体定线在详测时完成。
6.丘岭区选线特点：
（1）局部方案多。
由于山岭重丘区的山岗、谷地较多路线走向的灵活性大，可行的布线方案一般比较多，一条路线的最终确定往往需要经过多方案的比较。
（2）需要路线平、纵、横三方面相互协调、密切配合。
由于山岭重丘区地形的迂回曲折和频繁起伏，平、纵、横三方面相互之间的约束和影响较大，若三者组合合理，可以提高线形技术标准。
（3）路基形式以半填半挖为主。
由于山岭重丘区的地形特点决定了路线所经地面常有一定的横坡，但是横坡一般并不太陡，路线与农林用地和水利设施的矛盾较大。
为节约耕地，应采用半填半挖为主的路基形式。
山岭重丘区选线应结合地形合理选用技术指标，使平面适当曲折，纵面略有起伏，横面稳定经济，线形指标的变化幅度较大，限既不象平原区一般多用高指标，也不象山岭区多用接近低限指标。
7.道路选线与环境协调
道路与交通会对自然景观产生一定的影响，反之，自然景观也对道路和交通有着重要作用。
因此，道路建成后作为环境的一部分，在选线时，应考虑道路与环境的相互关系，使道路线形与景观恰当地融合起来，既充实景观又使环境的造型要素对司机的运行状态从心理学和生理学的角度产生良好的影响，以达到行车快速、安全、舒适的目的。
（1）道路线形的布置与环境相协调。
相协调有两方面的意义：
其一是使道路建成后不破坏周围环境的自然美，同时还要保护环境、减少对环境的不良影响（如噪音、空气污染等），特别是城郊和风景区的道路。
其二是道路布线要注意合理利用和改造环境，使行车有较好的景观，为行车安全、舒适服务。
（2）线形设计应考虑美学上的要求。
路线的布设除了考虑地形、地物、地质等方面的因素外，还应考虑环境因素，这些因素包括两方面。
一是自然环境，如水情、森林、农业、野生生物、特殊生态、土地利用等因素；二是社会环境，如当地的经济发展情况、噪声、公用设施、文物古迹、游览风景等因素。
由此可见，路线设计不仅是几何形状和位置的问题，还应包括有视觉效果，心理状态及景观的变化规律等问题。
因此，公路除了几何线形设计外，还应有景观设计。
公路景观设计的内容很多，它主要包括：
公路的立体线形和构造物形状及色调；公路与周围景观协调设计两方面。
其基本要求是：
通视良好、诱导视线、景观协调、展现建筑风格等。
8.道路与景观协调的要点
为使道路与环境协调，选线时应注意如下问题：
（1）充分利用自然环境，应尽可能少地破坏道路周围的地貌、地形、天然林木建筑物等。
一般情况下应避免高填深挖。
设计出与地形和环境相适应的、顺着地面的优美线形，对于高等级公路必要隧道、挡土墙和高架桥等办法来减轻道路对自然环境的损害。
如图6.6.1为高架桥，较好地避免大填方、减轻道路对环境影响的实例。
（2）平、纵线形的组合必须注意与路线所经地区的环境相配合。
选线时注意充分利用周围的景物，以克服行车的单调感。
公路周围的景物和艺术建筑、孤山、湖泊、大树丛、突出建筑物（如水坝、高烟囱、水塔、纪念碑……）等，以消除景观单调感，较好的调节驾驶员的视线、减少疲劳作用。
（3）注意道路与水域的协调。
靠近水域的道路，应注意保留沿岸的绿化，并使其与水域有适当的空间，并注意通过细致处理，能在公路上眺望一定的水域景观。
（4）当道路以挖方穿越山脊或通过林区时，路线应尽量布设成曲线，以顺应地形的变化和保持自然景观的连续。
（5）应根据技术和景观的要求，合理选定构造物的造型和高度，在有条件时，放缓边坡或将边坡的边坡地变坡点修整圆滑，让其更加接近于自然地面，使道路与大自然有机的融为一体。
（6）道路两侧的绿化应避免形式上的单一，应将绿化作为诱导视线、点缀风景以及改造环境的一种措施和艺术。
当道路通过森林区，注意道路和森林相结合，并应符合森林保护和养护及有关法规的要求，尽量避免直穿；当必须穿越森林时，应优先选用曲线为主体的线形，平原区一般多用高限指标，也不像山岭区多用接近低限指标。
9.选择最佳路线方案：
（1）收集与路线方案有关的规划、计划、统计资料及各种比例尺的地形图，地形图及水文、地质，气象等资料。
（2）路线总方向和公路等级，先在小比例尺的地形图上，研究各种可能路线方向，进行各种方案的比选，提出应进行的勘察的方案。
（3）按室内研究提出的方案连同在现场查勘发现的新方案，坚持深入调查研究。
（4）整理汇总现场勘测成果，为编制或补充修改计划任务书提供依据。
3.1.2定线
1.定线依据：
根据已定的技术标准和路线方案，结合有关条件，从平面、纵断面和横断面综合考虑、具体定出道路中线
2.定线步骤：
（1）分段安排路线：
在选线布局定下的控制点间，沿拟订的方向。
用试坡方法粗略定出沿线应穿越、避让的中间控制点，定出路线的轮廓方案。
（2）放坡：
纵坡的安排和选择，应考虑《标准》要求，如最大纵坡、合成坡度、缓坡段等，并力求两控制点间的坡均匀，越岭线不应设反坡，各段应结合地形选用，尽可能不用极限值，也不应太缓，以接近控制点间平均坡度为宜。
放坡时要估计平曲线的大致位置和曲线半径，以便考虑折减。
（3）修正导向线：
坡度点是概略的路基设计标高，线位应放在路基稳定和经济点上，这就需要按横断要求在实地定出最合适的中线位置并插上标志。
（4）穿线交点：
穿线即在上述坡度点和修正导线线间进行实地穿线，以满足平面线的要求，因而穿线时应尽可能多地穿过或靠近这些特征点，使平、纵、横三方面协调配合得当。
即穿出与地形想适应的若干直线，相邻两直线的交点，从而获得整条路线的导线。
（5）设置平曲线：
设置平曲线的主要问题是拟定平曲线半径，应根据技术标准和交点实际情况拟定。
一般情况下，应选用大于《标准》所规定的一般最小半径，只有当受地形、地物或其他条件限制时，方可采用小于一般最小半径。
不要轻易采用极限最小半径，同时还要考虑弯道前后线形标准的协调。
3.1.3平面线形组成设计
1．平面线形组成要素
平面线形主要组成要素为直线、圆曲线、缓和曲线。
路线线形设计理论要点为线形与地物景观相协调，与交通量相协调，与计算行车速度和实际行车速度相协调，与平、纵、横面设计相协调，与相邻路段的线形相协调。
2．线形设计一般原则
（1）线形与地形、地物相适应。
（2）应避免连续急转弯的线形。
（3）曲线线形应特别注意技术指标的均衡性和连续性。
（4）各级公路不论转角大小均应敷设曲线，并尽量的选用较大的圆曲线半径。
（5）两同向曲线间应设有足够长的直线，不得以短直线相连。
（6）两反向曲线间加有直线时，已设置不小于最小直线长度的直线段为宜。
3.直线的特点
（1）直线的优点
作为平面线形要素之一的直线，在公路和城市道路中的使用最为广泛，当地势平坦、地物障碍较少时，定线人员往往首先考虑使用直线线形通过。
这是因为两点之间的连接长度以直线最短；汽车在直线上行驶时受力简单、方向明确，驾驶操作容易；同时，路线测设简单、方便。
基于直线的上述优点，在各种线形工程中都有着其独特的地位。
（2）直线的缺点
直线线形灵活性差，难以与地形、地物等周围的环境相协调；过长的直线易使驾驶人员感到单调、疲倦、注意力难以集中；直线路段上难以准确目测车辆之间的距离；长直线上容易导致高速行车，引发交通事故等。
因此，在运用直线线形和确定其长度时，需要持谨慎的态度，尽量不采用过多和过长的直线线形。
4．直线的运用
（1）适宜采用直线的路段
为了更好地与环境相协调、节约耕地和工程造价以及保证必要的视距条件，通常情况下平面线形适宜采用直线的地段有：
1）.不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地；
2）.市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线条为主的地区；
3）.长大的桥梁、隧道等构造物路段；
4）.路线交叉点及其前后；
5）.为双车道公路提供超车的路段。
（2）．长直线路段的注意事项
在平面线形设计中，当采用了长直线时，应结合沿线的具体情况采取相应的技术措施，以弥补景观单调的缺陷，并需要注意以下事项：
1）.长直线上纵坡不宜过大，因为长直线与下陡坡相重合的路段更容易导致高速行驶。
2）.长直线尽头的平曲线半径应尽量大一些，以保证线形的连续性，除了保证曲线超高、视距等符合
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