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1总报告124
第一部分总报告
目录
1工程概况3
1.1沿线混凝土桥梁的环境条件3
1.1.1气象3
1.1.2水文3
1.1.3地质4
1.2温福铁路桥梁构造和环境类别12
1.2.1温福铁路桥梁构造类型12
1.2.2温福线桥梁环境类别13
1.3桥梁混凝土结构的设计服役寿命19
2主要研究报告及内容19
2.1主要研究报告19
2.2主要研究报告内容20
2.2.1分报告之一——钢筋混凝土结构的破坏机理及主要工程实例20
2.2.2分报告之二——设计、维护与全寿命评估21
2.2.3分报告之三——施工技术细则22
2.2.4分报告之四——质量检测23
2.2.5分报告之五——相关试验研究23
3主要研究结论24
1工程概况
温福铁路线为我国第一条正式开工的高标准沿海铁路,线路全长298.38km,为国家
级铁路。
温福线位于浙、闽东南沿海,沿线低山丘陵区、山间谷地区、滨海平原区相间分布。
其中潘桥至苍南段地貌以滨海海积平原及低山丘陵区为主;苍南至福州段地貌以低山丘陵为主,地势起伏较大。
山间谷地相对平缓,多辟为耕地,部分线路经过滨海滩涂地区。
线路走向位置见图1。
1.1沿线混凝土桥梁的环境条件
1.1.1气象
温福线属亚热带海洋季风区气候,温和湿润,冬短夏长,四季分明,雨量充沛,日照长,霜期短,冬无严寒,夏无酷暑。
每年夏秋之交常受台风侵袭,骤降暴雨,洪潮汹涌。
年平均气温16~18°C,极端最高气温39.1°C,极端最低气温-10.5°C。
常年日照时数为1700小时至2000小时。
无霜期为241~286天。
常受台风侵袭,极端最大风速34m/s。
台风暴雨不仅总量大,而且雨量集中,年平均降雨量1892mm。
2水文
温福铁路经过温瑞平原内涝区,跨飞云江、穿瑞平平原内涝区,再跨鳌江、穿萧江平原内涝区、经分水关进入福建省境内。
跨过桐山溪,经过霞浦县进入福安市跨白马河,在宁德境内跨云淡门、铁基海湾及滩涂地区之后进入罗源县境内,在连江县跨鳌江之后与樟林车站接轨。
温瑞平原、瑞平平原及萧江平原地势低,四周筑防海潮堤防。
受台风暴雨和高潮水位顶托的影响,容易发生内涝灾害。
飞云江特大桥、鳌江特大桥及白马河特大桥等桥址位于感潮河段,水位受径流与潮水位双重影响,洪水主要由台风暴雨造成。
桐山溪、百步溪、杯溪等河属于典型的山区性河流:
流域坡面较陡,暴雨强度大,汇流时间短,相应洪峰大。
田螺海湾、宁德铁基湾水位受海潮影响。
1.1.3水文地质
1.1.3.1沿线重点桥梁环境水成份
本线位于海水环境的主要桥梁有:
飞云江特大桥、鳌江特大桥(浙)、白马河特大桥、云淡门1#特大桥、田螺大桥、宁德特大桥及飞鸾特大桥等,桥址环境水腐蚀性评价如下:
(1)飞云江特大桥:
中心里程:
DK025+352.84
依据《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》(TB10424-2003)附录F的表F.0.1,桥址地表水、地下水腐蚀性分析及评价见表1.1-1、表1.1-2:
表1.1-1地表水腐蚀性分析评价表
序
号
侵蚀
类型
环境条件特征
判定项目
侵蚀
程度
综合评价
地质条件
水质
判定
项目
含量
PH值
1
硫酸盐
侵蚀
石膏地层
6.9~7.7
SO42-
(mg/L)
0.5~150
无
弱溶出型侵蚀
含盐地层
2
镁盐侵蚀
含镁盐渍土、盐湖、
盐田、海水
Mg2+
(mg/L)
0.65~24.98
无
3
盐类结
晶侵蚀
干旱地区盐渍土、碱土、滨海平原盐渍土
溶解
盐类(g/L)
0.057~0.502
无
4
硫酸型酸
性侵蚀
煤系地层、黑色地层、有色金属、矿田、矿脉
pH值
6.9~7.7
无
SO42-(mg/L)
0.5~150
无
5
溶出型
侵蚀
富含有机质的淤泥
和土壤,低矿化度河水和地下水
pH值
6.9~7.7
无
HCO3-
(mmol/L)
0.94~8.23
弱
表1.1-2地下水腐蚀性分析评价表
序
号
侵蚀
类型
环境条件特征
判定项目
侵蚀
程度
综合评价
地质条件
水质
判定
项目
含量
PH值
1
硫酸盐
侵蚀
石膏地层
7.1~7.6
SO42-
(mg/L)
2.5~20
无
弱溶出型侵蚀
含盐地层
2
镁盐
侵蚀
含镁盐渍土、盐湖、
盐田、海水
Mg2+
(mg/L)
1.08~64.22
无
3
盐类结
晶侵蚀
干旱地区盐渍土、碱土、滨海平原盐渍土
溶解
盐类(g/L)
0.059~0.51
无
4
硫酸型酸
性侵蚀
煤系地层、黑色地层、有色金属、矿田、矿脉
pH值
7.1~7.6
无
SO42-(mg/L)
2.5~20
无
5
溶出型
侵蚀
富含有机质的淤泥
和土壤,低矿化度河水和地下水
pH值
7.1~7.6
无
HCO3-
(mmol/L)
0.83~8.23
弱
综合上表分析,地表水、地下水对混凝土结构具弱溶出型侵蚀。
(2)白马河特大桥:
中心里程:
DK188+485.36
根据土工试验室提交的水质检测结果,桥址地表海水腐蚀性分析及评价见表1.1-3:
表1.1-3地表海水腐蚀性分析评价表
序号
侵蚀
类型
环境条件特征
判定项目
侵蚀程度
综合评价
地质条件
水质
PH值
判定项目
含量
1
硫酸盐侵蚀
石膏地层
6.4~6.5
SO42-
(mg/L)
1215.2~
4286.9
中
弱硫酸盐
侵蚀、中等盐类结晶侵蚀、弱硫酸型酸性侵蚀、中等溶出型侵蚀
含盐地层
2
镁盐侵蚀
含镁盐渍土、盐湖、盐田、海水
Mg2+
(mg/L)
78.1~
708.8
无
3
盐类结晶
侵蚀
干旱地区盐渍土、碱土、滨海平原盐渍土
溶解盐类(mg/L)
6608.3~
22891.4
中
4
硫酸型酸性侵蚀
煤系地层、黑色地层、有色金属、矿田、矿脉
pH值
6.4~6.5
SO42-
(mg/L)
1215.2~
4286.9
强
5
溶出型侵蚀
富含有机质的淤泥和土壤,低矿化度河水和地下水
pH值
6.4~6.5
HCO3-
(mmol/l)
1.74~2.44
无
综合上表分析,海水对混凝土结构具硫酸盐侵蚀、盐类结晶侵蚀、硫酸型酸性侵蚀。
(3)云淡门1#特大桥:
中心里程:
DK197+390.12
根据土工试验室提交的水质检测结果,桥址地表海水腐蚀性分析及评价见表1.1-4:
表1.1-4地表海水腐蚀性分析评价表
序号
侵蚀类型
环境条件特征
判定项目
侵蚀程度
综合评价
地质条件
水质
PH值
判定项目
含量
1
硫酸盐侵蚀
石膏地层
6.4-6.5
SO42-
(mg/L)
2994.6-
4462.7
强
强硫酸盐
侵蚀、中等盐类结晶侵蚀、弱硫酸型酸性侵蚀、中等溶出型侵蚀
含盐地层
2
镁盐
侵蚀
含镁盐渍土、盐湖、盐田、海水
Mg2+
(mg/L)
589.3-
706.2
无
3
盐类结晶侵蚀
干旱地区盐渍土、碱土、滨海平原盐渍土
溶解盐类(g/L)
15.5665-18.5479
中等
4
硫酸型酸性
侵蚀
煤系地层、黑色地层、有色金属、矿田、矿脉
pH值
6.4-6.5
弱
SO42-
(mg/L)
2994.6-
4462.7
无
5
溶出型侵蚀
富含有机质的淤泥和土壤,低矿化度河水和地下水
pH值
6.4-6.5
弱
HCO3-
(mmol/l)
0.29~2.56
中等
综合上表分析,海水、地下水对混凝土结构具强硫酸盐侵蚀、中等盐类结晶侵蚀、弱硫酸型酸性侵蚀、中等溶出型侵蚀腐蚀性。
(4)田螺大桥:
中心里程:
DK201+948.95
根据水质检测结果,桥址海水腐蚀性分析及评价见表1.1-5和表1.1-6:
表1.1-5地下水腐蚀性分析及评价
序号
侵蚀类型
环境条件特征
判定项目
侵蚀程度
综合评价
地质条件
水质
PH值
判定项目
含量
1
硫酸盐侵蚀
石膏地层
6.70
SO42-
(mg/L)
33.8
无
中等溶出
型侵蚀
含盐地层
2
镁盐
侵蚀
含镁盐渍土、盐湖、盐田、海水
Mg2+
(mg/L)
4.9
无
3
盐类结晶侵蚀
干旱地区盐渍土、碱土、滨海平原盐渍土
溶解盐类(g/L)
0.105
无
4
硫酸型酸性
侵蚀
煤系地层、黑色地层、有色金属、矿田、矿脉
pH值
6.70
无
SO42-
(mg/L)
33.8
无
5
溶出型侵蚀
富含有机质的淤泥和土壤,低矿化度河水和地下水
pH值
6.70
无
HCO3-(mmol/l)
0.12
中等
表1.1-6地表海水腐蚀性分析评价
序号
侵蚀类型
环境条件特征
判定项目
侵蚀程度
综合评价
地质条件
水质
PH值
判定项目
含量
1
硫酸盐侵蚀
石膏地层
7.10
SO42-
(mg/L)
704.0
弱
弱硫酸盐
侵蚀、中等硫酸酸性侵蚀、中等溶出型侵蚀
含盐地层
2
镁盐
侵蚀
含镁盐渍土、盐湖、盐田、海水
Mg2+
(mg/L)
52.5
无
3
盐类结晶侵蚀
干旱地区盐渍土、碱土、滨海平原盐渍土
溶解盐类(g/L)
3.872
无
4
硫酸型酸性
侵蚀
煤系地层、黑色地层、有色金属、矿田、矿脉
pH值
7.10
无
SO42-
(mg/L)
704.0
无
5
溶出型侵蚀
富含有机质的淤泥和土壤,低矿化度河水和地下水
pH值
7.10
无
HCO3-
(mmol/l)
0.23
中等
综合上表分析,地下水对混凝土结构具中等溶出型侵蚀,地表水对混凝土结构具弱硫酸盐侵蚀、中等硫酸型酸性侵蚀及中等溶出型侵蚀。
(5)宁德特大桥:
中心里程:
DK216+046.21
根据水质检测结果,桥址海水腐蚀性分析及评价见表1.1-7、表1.1-8。
表1.1-7地下水腐蚀性分析评价表
序号
侵蚀类型
环境条件特征
判定项目
侵蚀程度
综合评价
地质条件
水质
PH值
判定项目
含量
1
硫酸盐侵蚀
石膏地层
6.4~
7.3
SO42-
(mg/L)
510.2~
892.6
弱
弱硫酸盐侵蚀、中等硫酸型酸性侵蚀、中等溶出型侵蚀
含盐地层
2
镁盐
侵蚀
含镁盐渍土、盐湖、盐田、海水
Mg2+
(mg/L)
28.9~54.9
无
3
盐类结晶侵蚀
干旱地区盐渍土、碱土、滨海平原盐渍土
溶解盐类
(g/L)
4.06~6.28
无
4
硫酸型酸性
侵蚀
煤系地层、黑色地层、有色金属、矿田、矿脉
pH值
6.4~
7.3
弱
SO42-
(mg/L)
510.2~
892.6
中等
5
溶出型侵蚀
富含有机质的淤泥和土壤,低矿化度河水和地下水
pH值
6.4~
7.3
弱
HCO3-
((mmoL/L)
0.35~1.28
中等
表1.1-8地表海水腐蚀性分析评价表
序号
侵蚀类型
环境条件特征
判定项目
侵蚀程度
综合评价
地质条件
水质
PH值
判定项目
含量
1
硫酸盐侵蚀
石膏地层
6.6~
6.7
SO42-
(mg/L)
489.2~
897.6
弱
弱硫酸盐
侵蚀、弱硫酸型酸性侵蚀、中等溶出型侵蚀
含盐地层
2
镁盐
侵蚀
含镁盐渍土、盐湖、盐田、海水
Mg2+
(mg/L)
32.3~
102.3
无
3
盐类结晶侵蚀
干旱地区盐渍土、碱土、滨海平原盐渍土
溶解盐类(g/L)
4.04~5.63
无
4
硫酸型酸性
侵蚀
煤系地层、黑色地层、有色金属、矿田、矿脉
pH值
6.6~
6.7
无
SO42-
(mg/L)
489.2~
897.6
弱
5
溶出型侵蚀
富含有机质的淤泥和土壤,低矿化度河水和地下水
pH值
6.6~
6.7
无
HCO3-
((mmoL/L)
0.29~0.46
中等
综合分析,该场地地下水对混凝土结构具弱硫酸盐侵蚀、中等硫酸型酸性侵蚀及中等溶出型侵蚀。
地表水(海潮水)对混泥土结构具弱硫酸盐侵蚀、弱硫酸型酸性侵蚀及中等溶出型侵蚀。
(6)飞鸾特大桥:
中心里程:
DK223+083.56
根据水质检测结果,桥址海水腐蚀性分析及评价见表1.1-9:
表1.1-9地下水腐蚀性分析评价表
按建筑材料分类项目
GS50021-2001评价标准
实测指标
成果值
单项评价结果
综合评价结果
类型
腐蚀介质
界限值
长期浸水
干湿交替
地下水对混凝土结构腐蚀性
按
环
境
类
型
Ⅱ类
环境
SO42-
650-1950
500-1500
110.9-628.9
弱
中
Mg2+
2600-3900
2000-3000
6.10-6.70
无
NH4+
650-1040
500-800
1.30-1.80
无
OH-
55900-74100
43000-57000
0
无
总矿化度
26000-65000
20000-50000
444.7-2351.0
无
按地
层渗
透性
A
类
PH值
5.0-6.5
6.50
弱
CO2
15-30
0.00-1.20
无
HCO3-
<0.5
0.29-0.64
中
地下水对钢筋混凝土中钢筋腐蚀性
Cl-
>5000
500-5000
270.9-1841.7
中
中
地下水对钢结构腐蚀性
PH值3~11
(Cl-+SO42-)>500
6.5
354.1-2313.4
中
中
注:
表中除HCO3的单位为mmol/L外,余为mg/L。
综合上表分析,地下水对混凝土结构存在中等腐蚀性,对钢筋混凝土中的钢筋存在中等腐蚀性,对钢结构存在中等腐蚀性。
以上大桥海水环境腐蚀性评价表明:
在海水环境中普遍存在着多种混凝土侵蚀因素:
氯离子渗透侵蚀、硫酸盐侵蚀、镁盐侵蚀、盐类结晶侵蚀、硫酸型酸性侵蚀、溶出型侵蚀等。
沿线主要桥梁受海水侵蚀程度判定见表1.1-10。
表1.1-10沿线主要桥梁受海水侵蚀程度判定
桥梁名称
海水侵蚀程度判定
飞云江特大桥
弱溶出型侵蚀
白马河特大桥
中等硫酸盐侵蚀、中等盐类结晶侵蚀、强硫酸型酸性侵蚀
云淡门1#特大桥
强硫酸盐侵蚀、中等盐类结晶侵蚀、强硫酸型酸性侵蚀、中等溶出型侵蚀
田螺特大桥
中等溶出型侵蚀、弱硫酸盐侵蚀(地表水)、中等硫酸型酸性侵蚀(地表水)
宁德特大桥
弱硫酸盐侵蚀、中等溶出型侵蚀、中等硫酸型酸性侵蚀
飞鸾特大桥
中等钢筋、钢结构腐蚀性
可以看出,处于沿海环境的温福线铁路桥梁将受多种腐蚀的综合影响,耐久性设计中必须综合各种因素全面考虑。
1.2温福铁路桥梁构造和环境类别
1.2.1桥梁构造类型
温福线共有大、中桥梁82座,其中桥跨100米以上的桥梁7座,高架车站桥梁1座。
主要特殊设计的结构类型有:
梁拱组合结构、刚构连续梁、刚构、连续梁及钢桁拱桥等五大系列的桥梁结构。
大、中桥桥式桥跨方案类型:
梁部类型有简支箱梁、简支T梁、连续梁及连续刚构等特殊结构。
墩台类型有实体墩、空心墩及矩形空心桥台。
基础类型有明挖扩大基础和桩基础。
1.2.1.1墩台及基础类型选用原则
桥墩类型:
水中墩一般采用圆端型桥墩;陆地上桥墩一般采用矩形墩。
墩高H≤15m时采用实体墩,墩高H>15m时采用空心墩。
受海水腐蚀环境影响的桥墩采用实体墩。
桥台类型:
标准跨径整孔箱梁配矩型空心桥台,其中配明挖基础的桥台空心部分用碎石填充;部分特殊梁配矩形实体桥台;T梁采用T台。
墩台基础类型:
地质条件较好地段:
对于基础埋深H≤5.0米且地下涌水量较小时采用明挖基础。
对于基础埋深H≥5.5米或地下涌水量较大时采用桩基础。
软土地段一般采用钻孔灌注桩,部分框架基础采用Φ50cm预应力管桩,深水大跨结构基础采用高桩承台基础。
1.2.1.2梁部类型选用原则
本线区间桥梁原则采用L=24m、32m简支箱梁,对于上跨高等级公路、通航河流及深水江河等工点采用了多种跨度的连续梁及大跨度连续刚构、梁拱组合结构等。
枢纽联络线及货场连接线桥梁L=24m、32m简支T梁。
车站内采用多孔框架结构和异型梁结构。
主要特殊结构的工点、梁跨结构类型如表1.2-1和1.2-2所示。
表1.2-1浙江段采用特殊结构的工点、梁跨结构类型
序号
桥名
梁跨类型
1
瑞枫路中桥
(24+40+24)m连续梁
2
飞云江特大桥
(48+7*80+48)m连续梁
3
平阳特大桥
(32+48+32)m连续梁,(40+64+40)m连续梁
4
昆阳特大桥
(64+136+64)m梁拱组合结构
5
鳌江特大桥
(72+130+72)m连续梁、(64+108+64)m连续梁
6
对务山特大桥
(64+108+64)m连续梁
7
桥墩特大桥
(64+108+64)m连续梁
表1.2-2福建段采用特殊结构的工点、梁跨结构类型
序号
桥名
梁跨类型
1
莲花岗大桥
(40+64+40)m连续梁
2
罗汉溪特大桥
(40+64+40)m连续梁
3
湾坞特大桥
(3-34m)三线连续梁、(40+2-60+40)m三线连续梁、(3-40+60+40)m变宽连续梁、(6-34)m多连续梁
4
白马河特大桥
(80+3*145+80)m刚构连续梁,64m双线简支箱梁
5
田螺特大桥
(88+160+88)m连续刚构
6
宁德特大桥
(48+80+48)m和(40+64+40)m连续梁。
7
飞鸾特大桥
(48+80+48)m和(48+2*80+48)m连续梁。
8
财桥特大桥
(32+48+32)m连续梁
9
鳌江特大桥
(40+64+40)m连续梁
10
温福线跨104国道特大桥
(32+48+32)m单线连续梁
1.2.2温福线桥梁环境类别
根据《铁路混凝土结构耐久性设计暂规》(报批稿),将全线桥梁结构各部位根据其环境特点,划分其环境类别如表1.2-3。
1.3桥梁混凝土结构的设计服役寿命
桥梁结构的设计服役寿命一般可根据各构件的重要性、修复及更换难易程度而定。
对于重要的构件,破损维修难度极大或成本很高,其服役寿命就是桥梁结构的服役寿命;对于可替换的易损构件,结构的设计服役寿命可按较低级别进行设计。
温福线桥梁构件设计服役寿命分级见表1.3-1。
表1.3-1设计服役寿命分级
级别
设计服役寿命
工程类别
结构部位
I
100年
重要基础设施工程
基础、涵洞、桩体、承台、墩台、桥台、桥梁(包括梁面)等
II
60年
一般基础设施工程
电气化铁道接触网环形预应力混凝土支柱等
III
30年
可替换的易损构件
人行道板、电缆槽、栏杆等
温福线属国内第一条沿海铁路,为国家I级铁路,要求桥梁主要结构的设计服役寿命为100年。
2.主要研究报告及内容
2.1主要研究报告
根据沿海钢筋混凝土结构腐蚀破坏机理和情况,结合耐久性设计与防腐技术新进展,本专题对桥梁结构防腐与耐久性设计、施工技术细则及质量检测,以及防腐混凝土方案试验等方面进行了专题研究。
完成了以下五个专题分项报告:
(1)分报告之一——《钢筋混凝土结构的破坏机理及主要工程实例》
(2)分报告之二——《设计、维护与全寿命评估》
(3)分报告之三——《施工技术细则》
(4)分报告之四——《质量检测》
(5)分报告之五——《相关试验研究》
钢筋混凝土结构耐久性的主要影响因素有结构设计、材料性能、施工质量、构件养护和运营维护等。
结构设计是结构耐久性的灵魂,要求正确使用规范、确定设计条件和选择设计参数,从构造和受力两方面做到结构可检查、更换、维修、补强、控制;材料选择要求符合标准的混凝土和钢筋,混凝土外掺剂、涂层钢筋、表面涂层等。
结构施工是结构耐久性的基础,施工要求按相关技术规范和正确的操作规程考虑不同的环境,选择适宜的工艺,确保结构的施工质量满足工程要求。
混凝土构件的养护要在规范要求的时间内控制好构件的湿度和温度,严防混凝土出现早期开裂;运营养护是结构耐久性的保障,运营阶段要加强日常检测,发现问题及时维修处理。
2.2主要研究报告内容
2.2.1分报告之一——钢筋混凝土结构的破坏机理及主要工程实例
在海洋环境下,钢筋混凝土结构的主要破坏有两大方面,其一是混凝土中的钢筋腐蚀及其导致的破坏;其二是混凝土材料组成与结构的变化及其导致的性能劣化。
钢筋腐蚀是钢筋混凝土结构的主要破坏原因,氯离子的侵入和混凝土在大气中的碳化是导致钢筋腐蚀的主要因素,在海洋环境下,钢筋腐蚀破坏以氯离子的侵入为主。
环境中的硫酸盐可以导致混凝土材料的劣化,使其开裂、剥落,不仅严重影响了外观,同时使钢筋失去混凝土保护层的碱性保护,加重了钢筋混凝土结构的破坏。
除此以外,冻融循环、碱骨料反应等也将对混凝土造成破坏。
分报告一用大量详细的材料列举了国内外沿海桥梁及其它钢筋混凝土工程腐蚀破坏的实例,并分析了其破坏的特征和原因。
破坏主要原因是混凝土防腐性能低、混凝土保护层偏小;施工质量差以及管理和运行不当等。
特别是早期的设计标准中并没有建筑物设计寿命的规定指标和可供选择的防腐耐久性技术措施。
因此,通过国内外沿海钢筋混凝土结构物的破坏实例的调查、分析,说明环境作用等级和结构的不同部位采取防腐措施是非常必要的。
2.2.2分报告之二——设计、维护与全寿命评估
本报告中研究了桥梁结构防腐与耐久性措施与设计方案,并对桥梁服役寿命预测及其分析、桥梁结构使用寿命评估和运营阶段桥梁质量检查与维护等。
从设计方面考虑采取下列措施提高钢筋混凝土桥梁结构的耐久性:
(1)适当增加钢筋的混凝土保护层厚度,推延氯离子渗透到钢筋表面的时间。
(2)采用钢筋混凝土构件外涂涂层:
阻止氯离子向混凝土内部渗透,一般可以增加10~20年的使用寿命,并可间隔10年时间复涂。
(3)重要构件的砼钢筋表面使用致密材料涂覆,如环氧涂层钢筋、镀锌环氧涂层钢筋等,成本较高、质量控制较难,质量良好则能够推迟钢筋锈蚀开始的时间。
(4)特殊部位的混凝土中掺加钢筋阻锈剂,能够阻止或延缓氯离子对钢筋钝化膜的破坏,与低渗透性混凝土同时使用效果较好。
(5)特殊桥梁混凝土中钢筋预留阴极保护措施,降低钢筋锈蚀开始以后的锈蚀速率。
(6)对
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