何瑞宗

1.寧夏鴻建建設(shè)監(jiān)理有限公司 寧夏石嘴山 753000

摘要：分析了我國砌塊建筑在設(shè)計、施工方面與國外應(yīng)用成熟國家所存在的差距及原因，并提出了我國多層砌塊建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計時也按照配筋砌體進行計算，從而在保證結(jié)構(gòu)安全度的前提下降低建筑成本，并采用合適的塊形和施工方法提高建筑質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：砌塊及塊形；灰縫；控制縫；結(jié)構(gòu)計算

Abstract：It is analyzed that the gap between China and other maturely-applying countries in the field of design and construction of masonry buildings and the reasons of the gap. In addition，it is proposed that masonry-unit buildings of multi-storeys should also be computed in light of reinforcing-bar masonry units in the process of structural design. As a result，under the premise of structural safety，the building cost is reduced and the construction quality is improved through suitable shapes of masonry units and construction methods.

Keywords：shapes of masonry units；mortar joint；control joint；structural computation

1 前 言

自美國1897年建成第一幢砌塊建筑以來，砌塊結(jié)構(gòu)已經(jīng)歷了近百年的發(fā)展，至今已成為一個獲得廣泛應(yīng)用的完整的結(jié)構(gòu)體系—配筋混凝土砌塊結(jié)構(gòu)體系。配筋混凝土砌塊結(jié)構(gòu)體系始創(chuàng)于美國，在1933年加里福尼亞長灘大地震中無筋砌體遭受到嚴重破壞之后，美國推出了配筋混凝土砌塊的結(jié)構(gòu)體系（即配筋砌體），建造了大量的多層和高層配筋砌體建筑，目前，美國已成為配筋砌塊應(yīng)用最廣泛的國家，從20世紀60年代至今，已建立了完善的配筋砌體結(jié)構(gòu)系列標準，配筋砌體已成為與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有類似性能和應(yīng)用范圍的結(jié)構(gòu)體系。在美國和日本，砌塊占墻體材料總用量的40%～50%，砌塊已成為主導(dǎo)性的建筑材料。近年來，隨著限制粘土磚力度的加強，砌塊已成為我國政府積極提倡推廣取代粘土磚的新型環(huán)保節(jié)能墻體材料之一，與粘土磚相比具有以下優(yōu)點：①綜合造價經(jīng)濟；②施工快速；③結(jié)構(gòu)自重輕；④結(jié)構(gòu)整體性好；⑤使用面積大；⑥保溫、隔聲及防潮性能好；⑦建筑外形卓著[1]。

混凝土砌塊建筑雖然在國外已有百年的歷史，但在國內(nèi)僅有30多年的發(fā)展史。由于混凝土砌塊與粘土磚是兩種性質(zhì)完全不同的材料，砌塊的原材料是混凝土，是水硬性材料凝結(jié)而形成的，材料凝結(jié)、水分蒸發(fā)和在受力狀況下砌塊結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)收縮和徐變變形；砌塊的變形主要表現(xiàn)為收縮變，而且砌塊的收縮和徐變變形總和需要多年才能完成，砌筑后前3個月大約完成總變形的25%，1年左右完成總變形的50%，而粘土磚是燒結(jié)成形的多微孔材料，其主要變形為膨脹變形。因此，砌體建筑在設(shè)計時對于控制墻體的收縮變形和裂縫至關(guān)重要，筆者對具體設(shè)計、施工做了一些研究[2]。

2 砌塊形狀的選擇

目前，我國砌塊的形狀多樣，但承重主砌塊的種類大體分為三種：一種端部為平頭，這種塊型的水平灰縫能滿足部分地區(qū)要求（能達到包括橫肋在內(nèi)的飽滿度≥90%～95%的規(guī)定），但豎縫砌筑難度較大，很難做到豎縫飽滿，砌塊相關(guān)規(guī)程JGJ/T14-2011亦只要求豎縫飽滿度≥80%。但實際工程中，豎縫的砌筑質(zhì)量往往很差，不少工程的豎縫出現(xiàn)透亮，甚至少數(shù)工程的豎縫干脆未鋪砂漿。豎縫不飽滿，不僅影響砌體的抗拉和抗剪強度，使墻體更容易裂縫，而且對于墻體的抗?jié)B、保溫、隔音也極為不利。豎縫砂漿不飽滿，必然在豎縫上部形成空腔，成為滲水通道，特別是作為外墻時，在風(fēng)壓力的作用下，雨水可直接滲透到內(nèi)墻面。這種塊形是我國第一代塊形，其特點是砌體的抗壓強度高，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，其強度值不需乘以0.8的折減系數(shù)，但由于砌塊的強度極高，對于多層建筑其抗壓強度不起決定性因素，主要是由彎曲強度控制的，故應(yīng)用較少，目前工程領(lǐng)域已不繼續(xù)應(yīng)用。第二種塊形其端部邊緣構(gòu)造為豎向邊肋寬35～40mm，中部凹進3～4mm，這種塊形豎縫砌筑難度較第一種有所降低，抗?jié)B、防裂性較好，但其強度指標需乘以0.8的折減系數(shù)，現(xiàn)仍在大范圍使用。第三種塊形其端部邊緣的構(gòu)造為豎向邊肋寬55mm，其間有深5mm、寬15mm的豎向凹槽，端面中部凹進15mm，這種塊形要求豎縫砂漿鋪掛在寬55mm的邊肋上，使砌體端部中央形成寬80mm的豎向減壓空腔。只要砂漿配置恰當(dāng)，在55mm的豎向邊肋上是非常容易做到灰縫飽滿的，從而也就不存在滲水通道，即使當(dāng)灰縫發(fā)生微裂縫導(dǎo)致外部水分滲入時，因豎向空腔的減壓作用，滲入的水分也只會沿著腔壁向下排出而不致于滲入室內(nèi)。同時，由于減壓腔的存在，使得砌體在隔音、隔熱方面的性能有所提高。這種塊形目前在國內(nèi)外應(yīng)用非常廣泛，也應(yīng)該是多層砌體建筑結(jié)構(gòu)的首選塊形[3]。

3 水平灰縫的飽滿度

目前，我國各地對水平灰縫的飽滿度解釋不一，雖然不同地區(qū)、版本的標準都要求水平灰縫的砂漿飽滿度≥90%～95%，但有的地方要求水平灰縫總面積中包括橫肋部分，如推薦使用端部為平面的第一種塊形的砌塊；有的地方（如北京）對水平灰縫飽滿度的要求是指有效灰縫的飽滿度，這是因為北京地區(qū)推薦使用的砌塊是第三種塊形，由于這種塊形端面帶有灰縫槽，砌筑時上下層砌塊的橫肋相互錯位不接觸，故即使在橫肋上鋪灰也不起作用。國外對于砌體砌筑時水平灰縫的砂漿鋪設(shè)是按設(shè)計要求確定的，一般情況下都是鋪在砌塊的側(cè)壁上，僅在下列情況下，砌塊的橫肋才要求鋪砂漿：①需要灌孔的孔洞橫肋，以防芯柱混凝土澆灌質(zhì)量不好；②基礎(chǔ)頂部第一皮砌塊的橫肋；③壁柱和獨立柱的橫肋。實際上在我國的砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中，基礎(chǔ)和壁柱及獨立柱的孔洞一般都要求灌實，故與國外也不矛盾。但國外砌體建筑在要求橫肋鋪灰的地方都是為了滿足構(gòu)造要求，而我國砌塊建筑中的橫肋鋪灰是為了提高砌體的強度指標。事實上，抗壓強度高正是混凝土砌體的一個重要特征指標。對于一般的多層建筑，即使不考慮芯柱的加強作用，砌體本身的強度也足以抵抗墻體的壓應(yīng)力。例如一個7層、開間為6m的砌體建筑，假定樓層和屋面的荷載均為6kN/m2，墻體的自重為2.5kN/m，層高定為3m，則底層墻體的荷載為261.5kN/m，其壓應(yīng)力為1.36MPa，與目前我國統(tǒng)一執(zhí)行的砌體規(guī)范規(guī)定的強度值相差甚遠，即使考慮偏心的影響，對于采用MU10的混凝土砌塊和M10的砂漿砌筑的砌體，在不考慮構(gòu)造芯柱加強作用的影響下，其強度值也能滿足要求。但如果按照配筋砌體計算，砂漿的強度對砌體強度的影響并不大，其主要作用是保證砌體結(jié)構(gòu)的整體性及砌體自身的各種性能[4]。

4 砌筑砂漿

目前，我國建筑工程的砂漿一般都在施工現(xiàn)場拌制，對于混合砂漿，由于其中石灰膏含水達50%，難以精確計量，又屬于氣硬性材料，基本上不參與水化反應(yīng)，從而導(dǎo)致砂漿抗?jié)B性差，收縮大，是建筑發(fā)生滲漏通病的薄弱環(huán)節(jié)。同時，現(xiàn)場采購、堆放原材料和非精確計量配制砂漿，不可避免地造成嚴重浪費和污染施工環(huán)境。對于砌體建筑，由于砌塊是一種總體表現(xiàn)為收縮的建筑材料，因此砌塊在施工前，除不得澆水外，還需要嚴格控制其含水率，因而對砂漿和易性的要求更為嚴格。為達到這一目的，不少地方標準都提供了專用砂漿的參考配合比，但在這些配比中，無一例外地都要求采用由其配置的價格不菲的外加劑。但在實際工作中，由于砂漿配置不能做到精確計量，而且各種原材料的質(zhì)量也很難達到標準要求，因此，即使加入各種類型的外加劑，砂漿的質(zhì)量也很難得到保證。事實上，在砌塊建筑廣泛應(yīng)用的美國，砂漿只是由水泥、砂、石灰膏和水組成，不含任何外加劑，僅根據(jù)石灰膏的含量將砂漿分為兩種類型，即M型和S型，其中石灰膏含量較少的M型主要用于基礎(chǔ)和實心砌塊，通常認為M型的砂漿強度比S型高，S型砂漿的和易性比M型好。但在美國1997年版的UBC規(guī)范中并不認為二者的強度值有明顯差異，S型砂漿既可用于承重墻，亦可用于非承重墻，施工時無需按強度要求選擇砂漿種類。但值得一提的是，美國的砌筑砂漿都是采用商品砂漿，其砂漿生產(chǎn)采用自動化生產(chǎn)設(shè)備，不僅使得制造砂漿的效率大大提高，減少環(huán)境污染，降低原材料損耗，而且可以達到精確計量，從而保證砂漿的質(zhì)量。目前，商品化生產(chǎn)的干混砂漿在歐洲國家應(yīng)用很普遍，在東南亞發(fā)展也很快，有墻面砂漿、墻地磚安裝砂漿、地坪砂漿和砌筑砂漿。我國國內(nèi)尚無大規(guī)模專業(yè)干粉料生產(chǎn)廠家，僅有少數(shù)非企業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)品的制造商，如福星斯達集團等公司，雖然產(chǎn)量都不大，但可確保工程質(zhì)量。因此，在砌體工程施工中，為保證砌筑質(zhì)量應(yīng)優(yōu)先選用配比計量精確的干混砂漿。

5 控制縫

控制縫是為防止溫度變化和砌塊干縮變形在墻體的適當(dāng)位置設(shè)置的垂直通縫，該縫與墻體的灰縫要求一致，縫內(nèi)采用彈性密封材料，其目的是避免墻體不規(guī)則裂縫，控制可預(yù)料的裂縫。由于小型混凝土砌體與普通粘土磚結(jié)構(gòu)相比較，對裂縫反映更為敏感，這主要是因為：首先是混凝土砌體的抗剪強度較低，只有磚砌體的50%，190mm厚砌塊墻的抗剪能力只為240mm厚實砌磚墻的40%；第二，砌體結(jié)構(gòu)的墻體薄，灰縫的結(jié)合面小，豎縫大且飽滿度差，因此應(yīng)力較為集中，易引起沿灰縫產(chǎn)生裂縫；第三，混凝土砌塊的干縮性比磚大；第四，也是最重要的一點，砌塊的溫度敏感性強。因此，應(yīng)根據(jù)建筑的結(jié)構(gòu)特點，在墻體的適當(dāng)位置設(shè)置控制縫，其設(shè)置位置應(yīng)考慮以下幾點：①在墻的高度突然變化處設(shè)置豎向控制縫；②在墻的厚度突然變化處設(shè)置豎向控制縫；③在不大于離相交墻或轉(zhuǎn)角墻允許接縫距離之半設(shè)置豎向控制縫；④在門、窗洞口的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置豎向控制縫；⑤豎向控制縫，對3層以下的房屋，應(yīng)沿房屋墻體的全高設(shè)置；對大于3層的房屋，可僅在建筑物1～2層和頂層墻體的上述位置設(shè)置；⑥控制縫在樓、屋蓋處可不貫通，但在該部位宜作成假縫，以控制可預(yù)料的裂縫；⑦控制縫作成隱式，與墻體的灰縫。相一致，控制縫的寬度不大于12mm，控制縫內(nèi)應(yīng)用彈性密封材料，如聚硫化物、聚氨脂或硅樹脂等填縫?？刂瓶p雖然可以有效地避免墻體的不規(guī)則開裂，但同時也給墻體裝修帶來一定的困難，正常的抹灰墻面會沿著墻體的控制縫出現(xiàn)裂縫，影響墻體的裝飾效果。對砌體結(jié)構(gòu)來說，實際上建筑物的裂縫是不可避免的。墻體的裂縫寬度多大無害，這是個比較復(fù)雜的問題。此處提到的墻體裂縫寬度的標準（限值），是一個宏觀的標準，即肉眼明顯可見的裂縫。由于我國到現(xiàn)在為止對外部構(gòu)件（墻體）最危險的裂縫寬度尚未作過調(diào)查和評定，砌體結(jié)構(gòu)尚無這種標準。但對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)其最大裂縫寬度限值主要是考慮結(jié)構(gòu)的耐久性，如裂縫寬度對鋼筋腐蝕，以及外部構(gòu)件在濕度和抗凍融方面的耐久性影響。根據(jù)德國資料，當(dāng)裂縫寬度≤0.2mm時，對外部構(gòu)件（墻體）的耐久性是不危險的。但我國居民對裂縫的可接受程度還涉及到美學(xué)方面的問題。對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，裂縫寬度>0.3mm，通常在美學(xué)上是不能接受的，這個概念也可用于配筋砌體。而對無筋砌體似乎應(yīng)比配筋砌體的裂縫寬度標準放寬些。但是對于客戶來講二者是完全一樣的，這實際變成了以直觀判別裂縫寬度的安全標準。國外對于此類問題反應(yīng)十分淡漠，他們一般在砌體墻面外掛輕鋼龍骨貼石膏板，不直接接觸砌體墻面，墻體的裂縫對室內(nèi)裝修沒有任何影響。我國由于經(jīng)濟實力和人們居住習(xí)慣的影響，一般室內(nèi)裝修還采用墻面抹灰，因而墻體裂縫問題反應(yīng)比較敏銳。因此，對于砌塊建筑，我國各級政府和專家學(xué)者一方面要大力宣傳砌塊建筑裂縫產(chǎn)生的原因和對建筑結(jié)構(gòu)的影響，消除人們對砌體結(jié)構(gòu)談裂色變的盲從心理；另一方面要積極開發(fā)、研制新型墻體裝修材料，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的墻體抹灰，避免人與結(jié)構(gòu)墻體的直接接觸。

6 結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于混凝土砌塊和粘土磚是一種材料性質(zhì)和砌體性能截然不同的建筑材料，因此，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時決不能將兩種性能不同的材料作簡單的代換。對于砌體結(jié)構(gòu)，我國目前常用的有兩種結(jié)構(gòu)形式；約束配筋砌塊結(jié)構(gòu)和均勻配筋砌塊結(jié)構(gòu)。后者主要用于高層建筑和強地震區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，目前只有幾幢試點高層建筑應(yīng)用，而且相應(yīng)的規(guī)范才正式發(fā)行，設(shè)計、施工時缺乏經(jīng)驗，故應(yīng)用甚少。約束配筋砌塊結(jié)構(gòu)系指僅在砌塊墻體的局部配置構(gòu)造鋼筋，如墻體的轉(zhuǎn)角、丁字接頭、十字接頭和墻體較大洞口邊緣設(shè)置豎向鋼筋，并在這些部位設(shè)置一定的拉接網(wǎng)片。類似于多層磚混結(jié)構(gòu)，其設(shè)計理論和計算方法也脫胎于磚混結(jié)構(gòu)體系。在砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計時，只不過是將原磚混結(jié)構(gòu)中的構(gòu)造柱換成芯柱，在門窗洞口的邊緣增加芯柱，最后再按各地區(qū)的構(gòu)造要求在適當(dāng)位置將芯柱加密及其他措施，即可將磚混結(jié)構(gòu)的建筑變成砌體結(jié)構(gòu)。構(gòu)造鋼筋顧名思義，僅為構(gòu)造需要，無明確的配筋率要求，但規(guī)范規(guī)定這些部分的豎向鋼筋宜為12，構(gòu)造鋼筋的主要作用是作為芯柱將建筑物的砌塊墻體變?yōu)榧s束砌體構(gòu)件，達到在水平地震作用下有足夠的延性和變形能力在大震作用下裂而不倒。約束砌體僅用于多層砌塊結(jié)構(gòu)，我國建筑抗震設(shè)計規(guī)范和混凝土小型空心砌塊建筑技術(shù)規(guī)程規(guī)定，一般情況施后，可在原允許層數(shù)增加一層，即允許層數(shù)為8、7、6層。統(tǒng)計表明，多層住宅房屋是居住建筑中數(shù)量最大的，約占80%～90%，而多層砌塊結(jié)構(gòu)只需中等強度等級的材料：≤MU10的190mm厚砌塊，≤M10砂漿和C20注芯混凝土，墻體的平均注芯率≤25%。因其造價與多層粘土磚房相比具有一定的綜合優(yōu)勢，從而易被房屋開發(fā)公司認同和接受。目前這種結(jié)構(gòu)已成為我國應(yīng)用最為廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式，這種設(shè)計方法也曾經(jīng)設(shè)計出了一大批砌體建筑，但隨著砌體建筑出現(xiàn)的滲、裂、漏、等質(zhì)量通病的發(fā)生，這種簡單的設(shè)計方法受到了質(zhì)疑，更多的構(gòu)造條件被強制應(yīng)用，但砌塊的優(yōu)越性能也受到限制。如部分地區(qū)為防止頂層墻體的開裂，要求頂層墻體的砌筑砂漿等級不應(yīng)低于M10；頂層所有墻體必須用C20輕集料混凝土灌實，墻體空洞內(nèi)插筋柱間距應(yīng)不大于400mm，其余樓層承重墻與外墻空洞必須用C15輕集料混凝土灌實；砌體的水平灰縫飽滿度應(yīng)≥95%[5]，砌體的橫肋必須鋪灰等規(guī)定。其總的原則就是想通過加大砌體結(jié)構(gòu)自身的剛度來提高砌體的抗剪強度低等缺點，以加強構(gòu)造措施來代替結(jié)構(gòu)計算所需要的配置。結(jié)果造成無筋砌體比配筋砌體的用鋼量還大，建筑物的綜合造價比配筋砌體提高約20%。目前，我國大部分多層砌體建筑設(shè)計時，所增設(shè)的構(gòu)造配筋在結(jié)構(gòu)計算時均未考慮芯柱所起的增強作用，芯柱的設(shè)置僅作為一種提高結(jié)構(gòu)抗震安全度和加強墻體剛度的措施，從而造成不必要的浪費。

均勻配筋砌塊結(jié)構(gòu)即通常說的配筋砌塊，這種砌體和鋼筋混凝土剪力墻一樣，對水平和豎向配筋有最小含鋼率要求，而且在受力模式上也類似于混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，它是利用配筋剪力墻承受結(jié)構(gòu)的豎向和水平作用，是結(jié)構(gòu)的承重和抗側(cè)力構(gòu)件。配筋砌體的注芯率一般大于50%。由于砌體的強度高，延性好，與鋼筋混凝土剪力墻性能十分類似，可用于大開間和高層建筑結(jié)構(gòu)。如美國抗震規(guī)范規(guī)定，配筋砌體的適用范圍同鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。我國的研究和計算表明，用

配筋砌塊砌體，可建造一定高度的既經(jīng)濟又安全的建筑結(jié)構(gòu)。配筋砌體中存在著許多豎向灰縫，類似在鋼筋混凝土剪力墻中設(shè)置數(shù)條豎向縫，增加了結(jié)構(gòu)的變形和耗能能力，因而是一種又剛又柔的良好抗震建筑材料。

因此，對于砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計，對于多層建筑，為了解決墻體的常見的質(zhì)量問題，針對我國的國情一般采取加強構(gòu)造的措施，如加大水平配筋率，加強門窗洞口的剛度等，對于大開間（開間大于6m）的墻體最好采用均勻配筋墻體，防止樓板的板端嵌固彎矩引起墻體彎曲破壞或產(chǎn)生水平裂縫。

參考文獻：

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[2]苑振芳，關(guān)于砌體結(jié)構(gòu)裂縫控制措施的建議[J]，建筑結(jié)構(gòu)，2000（8）

[3]苑振芳，等，混凝土砌塊設(shè)計應(yīng)用中的若干問題[J]，建筑砌塊與砌塊建筑，2004（1）

[4]苑振芳，對汶川地震災(zāi)后重建的思考及對砌體結(jié)構(gòu)的建議[J]，建筑結(jié)構(gòu)，2008（7）

[5] 苑振芳，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊[M]，建工出版社，2013

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隨時掌握圍巖動態(tài)變化情況。

2、保證作業(yè)環(huán)境安全，作業(yè)前檢查現(xiàn)場存在的各種隱患，及時排除，尤其加強對鋼支撐的觀測和檢查，發(fā)現(xiàn)變形等問題立即加強支護，保證支護安全。

3、洞內(nèi)必須有足夠的照明，在主要工作點、橫通道與主洞交叉口均應(yīng)設(shè)置固定照明設(shè)置。

4、對該段的高壓風(fēng)水管線采取保護措施，以保證左線掌子面正常掘進。通風(fēng)管道進行必要的鋼套管以保證掌子面正常供風(fēng)。

5、破拱時，嚴格按照批準的施工方案施工，加強現(xiàn)場管理，盡量縮短循環(huán)時間。

6、破拱人員要有安全的作業(yè)平臺，臺架不得有懸挑板，作業(yè)人員做好個體防護，必須佩戴安全帽，身著反光衣，并隨時注意上方的情況，發(fā)現(xiàn)異常及時撤離。

7、割除連接鋼架、連接鋼筋和鋼筋網(wǎng)時，必須保證全部割斷，不得有任何連接，防止對臨近支護造成擾動。

8、拆除時使用挖機，所有人員撤至安全地帶，嚴禁有人留在換拱處理段內(nèi)，有關(guān)的設(shè)備、機具、管線要提前清理，挖機破除時不得在換拱段范圍內(nèi)作業(yè)，應(yīng)在換拱段后方的安全部位，并在作業(yè)過程中嚴禁擾動破除范圍外的拱架和初期支護。

9、上一循環(huán)處理完后才能進入下一循環(huán)的處理，處理長度不得過長，要步步為營、穩(wěn)扎穩(wěn)打，保證安全。

結(jié)語：

隧道圍巖加固、換拱施工，是對圍巖有膨脹性的路段造成初期支護侵入二襯的處理方案。為限制圍巖變形，防止沉降，確保施工安全及質(zhì)量，加固、換拱施工實施中應(yīng)加強監(jiān)控量測注意圍巖變形情況，做到信息化施工，將動態(tài)設(shè)計落在實處。

參考文獻：

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[2]《公路隧道施工技術(shù)細則》JTG/T F60-2009。

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