豫北煤炭物流储配加工基地项目垃圾堆放处工程设计说明资料.docx
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豫北煤炭物流储配加工基地项目垃圾堆放处工程设计说明资料
第一章总论
1.1设计依据
1.1.1设计依据的法律、法规
(1)《中华人民共和国安全生产法》(2002.11.01,2014年修正);
(2)《中华人民共和国水污染防治法》(2008.6.1);
(3)《中华人民共和国环境保护法》(2015.1.1);
(4)《中华人民共和国劳动法》(1995.01.01);
(5)《中华人民共和国水土保持法实施条例》。
1.1.2设计依据的标准、规范及规定
(1)《金属非金属矿山排土场安全生产规则》(AQ2005-2005);
(2)《有色金属矿山排土场设计规范》(GB50421-2007);
(3)《砌石坝设计规范》(SL25-2006);
(4)《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)。
(5)《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB18599-2001);
(6)《工作场所有害因素职业接触限值物理限值》(GBZ2.2-2007);
(7)《生产过程危险和有害因素分类与代码》(GB/T13861-1992)。
1.1.3设计主要技术文件依据
(1)弃土场1/5000现状地形图;
(2)弃土场基本情况;
(3)《豫北煤炭物流储配加工基地项目垃圾堆放处工程地质说明及相关设计参数》(煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司,2016年1月);
(4)《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》(河南省水利勘测设计院,1984年10月);
(5)《河南省暴雨参数图集》(河南省水文水资源局编制,2005年12月);
(6)当地水文、气象资料。
1.2本区经济简况
鹤壁4个产业集聚区和3个特色产业园区的现代化学工业、食品、汽车零部件、金属镁、数码电子等产业被列入河南省十大产业振兴规划,是中国中部地区重要的现代化工基地、镁加工基地和食品产业集群。
鹤壁市境内自然资源丰富,属国家能源重化工基地和黄淮海平原农业综合开发区。
矿产资源具有地域组合良好、品位高、易开发的特点。
已探明的矿藏主要有煤炭、瓦斯气、水泥灰岩、白云岩、石英砂岩、耐火粘土等30多种。
煤炭探明储量16亿吨,金属镁的主要原料白云岩约10亿吨,水泥灰岩矿床储量为50亿吨。
鹤壁市土地肥沃,盛产粮食、棉花、油料。
土特产品甚多,著名的有"淇河三珍"(鲫鱼、缠丝鸭蛋、冬凌草)。
此外,淇滨区有柿子、核桃、香椿、龙宫花卉,浚县有小河白菜、大碾萝卜、园上大蒜、善堂大枣、王桥豆腐、五香花生米,淇县有无核枣,木鱼石等。
1.3设计范围
根据甲方委托要求和国家对弃土场设计及管理的相关法律、法规以及设计标准,结合工程组现场踏勘和甲方提供的各种基础资料,我院对该公司所属的弃土场工程设施进行工程设计。
设计内容包括弃土场场址选择、弃土场等级,拦挡坝、防洪排水系统设计;坝体稳定性计算;弃土场施工及安全运行管理等。
第二章工程地质概况
根据《豫北煤炭物流储配加工基地项目垃圾堆放处工程地质说明及相关设计参数》(煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司,2016年1月)可知拟建弃土场的工程地质概况如下。
2.1工程地质描述
根据相邻场区钻探情况分析,本工程场区内主要地层为第四系和新近系土层覆盖,预计20m范围内土层自上而下大致分为四层,现将各层土的岩性特征描述如下:
①表土(Q4ml):
主要为耕植土,局部夹杂建筑垃圾,成分不均匀,不宜利用。
②粉质粘土(Q2al+pl):
褐黄色~褐红色,可塑~硬塑,中等压缩性,有光泽,干强度、韧性中等,无摇振反应,含锈黄斑,局部夹粘土。
③含圆砾粉质粘土(Q2al+pl):
褐黄色~灰褐色,可塑~硬塑,中等压缩性。
充填园砾直径1~3cm,含量30%~45%。
④含砂姜粉质粘土(Q2al+pl):
褐黄色~灰褐色,含夹大量姜石和全风化泥灰岩,姜石和全风化泥岩含量在30%~40%左右,硬塑,低压缩性,有光泽,干强度、韧性高,无摇振反应。
2.2地基土的承载力、压缩模量及压缩性评价
根据相邻场地土层情况综合分析后,提出各层土的承载力特征值fak值、压缩模量及压缩性评价见表2-1。
表2-1各层土的承载力特征值、压缩模量及压缩性评价表
层号
fak(kPa)
180
230
300
Es(Mpa)
7.8
9.1
11.8
压缩性评价
中
中
中
2.3场地地震效应
2.3.1地震烈度
按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)规定,鹤壁市地震设防烈度为8度,设计基本地震加速度为0.20g,设计地震分组为第二组。
2.3.2场地土类型及建筑场地类别
按照《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)4.1.6条的规定,根据场地内岩土的性状,判别场地土类型为中硬场地土,因本场地覆盖层厚度小于50m,建筑场地类别为II类。
按“GB50011-2010”表5.1.4-2可知,设计特征周期为0.40s。
2.3.3地基土震陷可能性评价
根据周边资料及地区经验,依据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)条文说明5.7.11条之内容,可知本场地地基土可不考虑震陷可能性。
2.3.4抗震有利、不利和危险地段的划分
由上述综合分析,按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第4.1.1条规定,该场地为对建筑抗震有利地段。
2.4基坑设计参数建议值
基坑设计参数如下表所示。
表2-2基坑设计参数一览表
层号
Cuu(kPa)
23
28
30
Φuu(°)
14
15
24
γ(kN/m3)
18.2
18.4
18.5
第三章弃土场设计
3.1土石量计算
根据甲方提供的资料可知,土石总量约为215万m3。
3.2弃土场场址的选择
根据设计组现场勘察并结合甲方意见,拟建弃土场的场址选择在韩林涧山沟内。
该沟近似南~北走向,沟长约为1.2km,拦挡坝坝址以上沟的总长约0.8km,沟谷呈浅“V”型,沟底标高168m~185m,沟底部宽度约30~120m,沟顶部宽度约200~500m,深约20m,呈北高东低之势,沟底平均坡比1.5%,沟两侧岸坡为山坡地,场区及周边岸坡稳定,沟内无基本农田。
沟上游尾部为一条公路,公路北侧一凹地,容量约20万m3,过公路设置有排水涵洞,城门洞型,断面尺寸B×H=3.0m×3.5m。
该沟向下游延伸至一个小水库,该沟为小水库上游的一条支沟。
拦挡坝坝址距离水库的距离约为400m。
该沟西侧为赵家荒村,小水库东西两侧分别为韩林涧村和孙家荒村。
3.3弃土场的设计库容
在甲方提供的1/5000的现状地形图上,绘出拦挡坝和后期弃土的坝坡,容积利用系数取0.9,用图解求积法求出各封闭等高线的面积及容积详见表3-1。
表3-1弃土场库容计算结果表
标高(m)
面积(m2)
相邻等高线面积平均值(m2)
相邻两等高线高差(m)
相邻两等高线间的容积(m3)
累加库容(m3)
有效库容(m3)
170
32969
48923.5
5
244618
0
0
175
64878
244618
220156
76767
5
383833
180
88655
628450
565605
94177
5
470883
185
99698
1099333
989399
170768
5
853840
190
241838
1953173
1757855
该弃土场的设计全库容为195.3万m3,有效库容为175.8万m3,排土场总高度为20m。
公路上游尚有部分空间,大约可堆积土量为20万m3,最终该弃土场总库容约为217.5万m3,有效库容约为195.8万m3。
3.4汇水面积计算
从甲方提供的1/5000的现状地形图上,用求积仪测得该弃土场汇水面积为0.68km2。
3.5弃土场的设计等级
参照《有色金属矿山排土场设计规范》(GB50421-2007),弃土场设计等别划分标准见下表。
表3-2排土场等级划分标准
等别
单个排土场总容量V(104m3)
堆置高度H(m)
一
V≥1000
H≥150
二
500≤V<1000
100≤H<150
三
100≤V<500
50≤H<100
四
V<100
H<50
拟建弃土场的设计总库容为217.5万m3,弃土场总高度为20m,参照排土场等级划分标准可知,该弃土场为三级弃土场。
根据《有色金属矿山排土场设计规范》(GB50421-2007),弃土场防洪构筑物的级别划分标准见下表。
表3-3排土场防洪构筑物的级别划分标准
排土场等级
构筑物级别
主要构筑物
次要构筑物
临时构筑物
一
1
3
4
二
2
3
4
三
3
4
4
四
4
4
—
该弃土场为三级弃土场,主要构筑物的级别为3级,次要构筑物的级别为4级,临时构筑物的级别为4级。
防洪标准:
根据《有色金属矿山排土场设计规范》(GB50421-2007)第4.0.7条可知:
排土场排洪设施的设计频率对于大、中型矿山宜为1/25,对于小型矿山宜为1/15。
该弃土场防洪标准采用20一遇洪水标准,即洪水频率为5%。
3.6拦挡坝设计
拦挡坝坝型采用浆砌石坝,坝高4m,上游坡坡比1:
0.2,下游坡坡比1:
0.3,坝顶宽2.5m。
在拦挡坝底部铺设内径为2.0m的排水涵管,以排出拦挡坝坝体拦截的汇水。
拦挡坝坝体取抗压强度为M40的石料,砌石体的胶凝材料采用水泥砂浆。
水泥的强度等级采用42.5。
水泥砂浆采用的强度标号为10MPa。
拦挡坝坝坝体抗滑稳定性计算简图如下图所示。
图3-1拦挡坝坝体稳定性计算简图
抗滑稳定计算公式:
Ks=f(ΣW-U)/ΣP
式中:
ΣW——接触面以上的总铅直力;
ΣP——接触面以上的总水平力;
U——作用在接触面上的扬压力;
f——接触面间的摩擦系数。
计算基本参数:
块石砌石体容重:
γ=20kN/m3,f=0.6,土石容重γ1=19.1kN/m3,水容重γ2=10kN/m3。
ΣW=0.5×(2.5+4.5)×4×20+0.5×0.8×4×19.1
=310.56kN
ΣP=0.5×0.5×19.1×4×4
=76.4kN
U=0.5×40×4.5
=90kN
Ks=f(ΣW-U)/ΣP
=0.6×(310.56-90)/76.4
=1.732>[Ks]=1.15
综上可知:
拦挡坝的抗滑稳定安全系数Ks=1.732>[Ks]=1.15,满足规范要求,拦挡坝坝体稳定。
3.7弃土场堆筑设计
根据《有色金属矿山排土场设计规范》(GB50421-2007)第6.0.3条:
“剥离物堆置的自然安息角应根据其物理力学性质和含水量,并参照本规范表6.0.3选取,多台阶排土场剥离物堆置的总边坡角应小于剥离物自然安息角”。
本次废弃土的最终堆积标高为190m,单个断面最大堆积高度不超过15m,可由沟尾部平推至拦挡坝方向。
弃土堆筑方式采用首先在弃土场尾部开始排放堆积,堆筑顺序为由弃土场尾部至下游,弃土采用自卸汽车运输至堆放点,每个堆放点废弃土分分层碾压逐步向库下游拦挡坝坝方向推进,堆存过程中推土机对废弃土面推平、单棍压路机分层碾压,推向下游,顶面以1.0%坡度坡向下游。
在每个废弃土堆放点边界内5m位置设置移动挡车器,挡住后轮的向后运动,从而起到阻止车辆走到倾倒边缘而造成危险。
弃土场运行期间堆存面始终保持1.0%坡度坡向下游方向,当废弃土堆积至最终设计标高190m时,对废弃土面进行修整,并覆土绿化,覆土厚度为0.5m,覆土后的滩面坡向拦挡坝方向,坡向拦挡坝方向的坡比为1.0%。
为排出公路涵洞汛期水流,堆筑时先在弃土场底部堆置高度为1m,宽度为2m的大块石渗水层,作为弃土场底部的排渗层,确保弃土场底部排渗水通畅。
3.8弃土场边坡稳定性计算分析
边坡稳定系数可按下式计算。
式中
Ks——边坡稳定系数;
Ri——第i计算条块滑动面上的抗滑力(kN/m);
Ti——第i计算条块滑体在滑动面切线上的反力(kN/m);
Ni——第i计算条块滑体在滑动面法线上的反力(kN/m);
Ci——第i计算条块滑体在滑动面上岩土体的粘结强度标准值(kPa);
i——第i计算条块滑动面上岩土体的内摩擦角标准值(°);
li——第i计算条块滑动面长度(m);
θi、αi——第i计算条块底面倾角和地下水位面倾角(°);
Gi——第i计算条块单位宽度岩土体自重(kN/m);
Gbi——第i计算条块滑体地表建筑物的单位宽度自重(kN/m);
Pwi——第i计算条块单位宽度的动水压力(kN/m)。
重度:
20kN/m3,饱和重度:
23kN/m3,浮重度13kN/m3,粘聚力:
10kPa,水下粘聚力8kPa,内摩擦角:
34°,水下内摩擦角:
32°。
稳定性计算结果表明:
设计弃土场边坡抗滑稳定系数计算为Kmin=1.269>1.15,符合三级弃土场安全稳定系数值,满足规范要求,弃土场边坡稳定。
3.9弃土场防洪排水系统设计
弃土场必须有可靠的截流、防洪、排水设施。
防止水土流失,淤塞河道,淹没农田,影响周边环境。
该弃土场所在厂区为低丘陵地带,沟两侧较平坦,无需设置周边截洪沟。
在拦挡坝底部铺设内径为2.0m的排水涵管,涵管坡度不小于5%,以排出拦挡坝坝体拦截的汇水。
3.10防洪排水系统安全计算分析
该弃土场防洪标准采用20一遇洪水标准,即洪水频率为5%。
洪水来源主要为自然降水,根据鹤壁市历年降水资料计算、分析,并按照水科院水文所计算洪峰流量,简化推理公式(见下式)。
其中:
,
,
式中:
Qp——设计频率p%的洪峰流量m3/s;
Sp——频率为p%时的暴雨雨力mm/h;
F——库区汇水面积km2;
m——汇流参数;
L——库区主沟长km;
J——沟内平均坡降;
μ——产流历时的平均入渗率mm/h;
A、B、C、D——最大洪峰流量计算指数;
n——暴雨递减指数(τ≤1时,n=n1;n﹥1时,n=n2);
τ——流域汇流历时h。
查《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》、《河南省暴雨参数图集》知,鹤壁市年最大24小时点雨量均值即
。
洪水总量计算:
计算参数如下:
表3-4洪水计算参数表
F(km2)
P
L(km)
J
m
Cv
Cs
n1
n2
α24
110
0.68
5%
0.8
1.5%
0.6
0.70
2.45
0.55
0.65
0.6
计算结果见表3-5。
表3-5洪水计算结果
KP
(mm)
H24P
(mm)
SP
(mm)
hR
(mm)
μ
(mm/h)
汇水时间(h)
洪峰流量(m3/s)
洪水总量(万m3)
2.41
265.1
87.16
159.06
4.5
0.72
18.82
10.82
注:
A=0.5125、B=1.159、C=0.638、D=0.322
经计算流域泄流历时τ=0.72h,洪峰流量Qp=18.82m3/s,流域24小时洪水总流量W24=10.82×104m3。
雨峰历时取3τ=2.16h。
3.11排水涵管过水能力计算
排水涵管过水能力计算公式如下:
R=A/X
式中:
Q——过水流量,m3/s;
A——过水断面面积,m2;
X——湿周;
C——谢才系数;
R——水力半径;
n——泄洪沟的粗糙系数,0.017。
经过计算,在排水涵管充满度为90%时,涵管坡比为5%时,内径为2.0m的排水涵管的过水能力Q=20.64m3/s。
弃土场的洪峰流量18.82m3/s,20.64m3/s>18.82m3/s,排水构筑物的过水能力满足该弃土场的防洪、排水要求。
第四章施工要求
为统一弃土场设施施工及技术要求,确保施工安全和工程质量,促进技术进步,并为弃土场设施的顺利投产和长期安全运行奠定良好的基础,特提出如下建议:
(1)承担弃土场施工的单位,应具有相应的施工资质等级证书和营业许可证。
(2)承担弃土场施工监理的单位,应具有相应的施工监理资质等级证书和营业许可证。
(3)弃土场设施施工应做好施工组织设计,合理安排施工顺序,并征得建设单位同意。
(4)当现场实际情况与设计不符需要修改设计时,应取得设计单位的同意。
(5)弃土场设施施工应按国家现行的有关法规做好环保、防火、防水、防尘和劳保安全工作。
(6)弃土场设施施工应对工地原有控制点进行复查和校核,补充不足部分,建立地面测量控制网。
(7)弃土场设施施工中采用的材料、设备和构件,应符合设计要求和产品标准。
(8)弃土场设施施工时应建立技术档案。
工程验收时,应具备施工原始记录、各种试验记录、隐蔽工程记录和质量检查记录等资料。
4.1坝基开挖及岸坡的处理
开挖前,应将坝基范围与岸坡范围内的树木、草皮、树根、浮土及乱石等全部清除。
坝基及岸坡处理应做好隐蔽工程施工记录。
坝基开挖过程中,当发现新的工程地质问题,应与设计单位共同研究处理措施。
必要时应进行补充勘察,修改设计。
开挖清理工作应在填筑前完成,不得边填筑边开挖。
清出的杂土应全部运出坝外,堆放在指定的场地。
开挖的坝基,在纵断面上不得出现台阶或大于20°的急剧变坡。
坝基和岸坡处理过程中,应有地质、设计人员参加,系统地进行地质描绘、编制,必要时,应进行摄影、取样和试验。
4.2坝料的开采运输
坝料开采的基本原则:
坝料必须在鉴定符合坝料设计要求的料场内开采,不合格的坝料不得上坝。
料场使用前,应根据施工组织设计提出分期分批用地计划并进行场地布置(包括开采工作面的划分、运输路线、风水电系统、排水系统、堆弃料场地及装卸站台等)。
布置时应充分考虑不同高程、不同施工坝段的运料路线。
开采工作面的划分,应与施工条件及填筑强度相适应。
4.3拦挡坝筑坝材料
(1)砌石体采用的石料应符合下列规定:
①石料应新鲜、完整,质地坚硬,不得有剥落层和裂纹。
②毛石无一定规格形状,单块重量宜大于25kg,中部或局部厚度不宜小于20cm;块石外形应大致呈方形,上、下两面基本平行且大致平整,无尖角、薄边,块厚宜大于20cm;毛石、块石最大边长(长、宽、高)不宜大于100cm;粗料石应棱角分明,六面基本平整,同一面最大高差不宜大于石料长度的3%,石料长度宜大于50cm,宽度、高度不宜小于25cm。
③取抗压强度为M40的石料。
(2)砌石体采用的骨料应符合下列规定:
①细骨料分天然砂和人工砂两类。
人工砂不应包括软质岩、风化岩石的颗粒。
天然砂和人工砂最大粒径均宜小于5mm。
②粗骨料(砾石、碎石)宜按粒径分级;当最大粒径为20mm时,分成5~20mm一级;当最大粒径为40mm时,分成5~20mm和20~40mm两级。
(3)胶凝材料
①砌石体的胶凝材料采用水泥砂浆。
水泥的强度等级采用42.5。
水泥砂浆采用的强度标号为10MPa。
②胶凝材料宜适量参入外加剂和掺和料,最优掺量应通过试验确定。
(4)拦挡坝砌石体的设计密度
拦挡坝砌石体的设计密度范围:
毛石砌石体:
2100~2350kg/m3,块石砌石体:
2200~2400kg/m3,粗料砌石体:
2300~2500kg/m3。
4.4拦挡坝的砌石体指标
(1)拦挡坝砌石体的设计密度范围:
毛石砌石体:
2100~2350kg/m3,块石砌石体:
2200~2400kg/m3,粗料砌石体:
2300~2500kg/m3。
(2)砌石体的线膨胀系数控制在(6~8)×10-6/°C范围内。
4.5排水设施施工
(1)排水沟均要坐落在坚硬地基上;
(2)排水沟所用的石料必须质地坚硬,其抗水性、抗冻性、抗压强度均应满足设计要求;
(3)砌体灰缝应相互错开,避免形成通缝,块石要砌筑的密实,块石砌筑好后不应再自底部撬动,以避免形成空洞,块石终凝前,应即用钢丝刷将砌体表面清扫干净,若有较长时间的停砌时,砌石表面应凿毛,清除已松动的块体并洗刷干净。
第五章安全运行管理与环境保护
制定健全的弃土场管理的各项规章、规程。
弃土场安全运行管理应做到:
(1)对已制定的各项弃土场管理规章制度在实施中务必认真贯彻执行,同时应根据弃土场特点、废石量情况编制年度排土计划。
(2)严格按设计要求堆筑废石。
(3)固定专人按岗位责任制检查维护,发现滑坡等异常现象及时回报及时处理。
5.1弃土场运行安全管理
(1)汽车进行排土作业时,应有专人指挥,非作业人员一律不得进入排土作业区,凡进入作业区内工作人员、车辆、工程机械必须服从指挥人员的指挥。
(2)排土平台必须平整,排土线应整体均衡推进,坡顶线应呈直线形或弧形。
(3)排土卸载平台边缘要设置安全车挡,其高度不小于轮胎直径的2/5,车挡顶部和底部宽度应分别不小于轮胎直径1/3和1.3倍;设置移动车挡设施的,要按移动车挡要求作业。
(4)应按规定顺序排弃土料,在同一地段进行卸车和推土作业时,设备之间必须保持足够的安全距离。
(5)卸料时,汽车应垂直于排土工作线;严禁高速倒车、冲撞安全车挡。
(6)推土料时,在弃土场排土边缘严禁推土机沿平行坡顶线方向推土。
(7)排土安全车挡或反坡不符合规定、坡顶线内侧30m范围内有大面积裂缝或不均匀下沉时,禁止汽车进入该危险区,弃土场作业人员需对弃土场作出及时处理。
(8)弃土场作业区内因雾、粉尘、照明等因素使驾驶员视距小于30m或遇暴雨、大雪、大风等恶劣天气时,应停止排土作业。
(9)汽车进入弃土场内应限速行驶,距排土工作面50~200m限速16km/h,小于50m限速8km/h;排土作业区内应设置一定数量的限速牌等安全标志牌。
(10)作业人员在铲装、运输作业时,应当严格遵守装载、运输安全规程的要求。
(11)库区进行排弃作业时,必须圈定危险范围,并设立警戒标志,危险范围内严禁人员进入。
(12)装载机将废石推平,碾压时要严格按照施工要求进行操作,确保废石碾压密实。
(13)排土作业区照明必须完好,灯塔与排土挡墙距离15~25m,照明角度必须符合要求,夜间无照明禁止排土。
(14)排土作业区必须配备足够数量且质量合格、适应汽车突发事故应急的钢丝绳(不少于四根)、大卸扣(不少于四个)、灭火器等应急工具。
(15)推土机必须在稳定的平盘上作业,外侧履带与台阶坡顶线之间必须保持一定的安全距离。
(16)工作场地和行走道路的坡度必须符合推土机的技术要求。
(17)推土机长距离走行时,受料臂、排料臂应与走行方向成一直线,并将其吊起、固定;配重小车在前靠近回转中心一端,到位后用销子固定;严禁上坡转弯。
(18)建设场地的各种机械设备的装卸,检修应有专业人士进行操作,避免造成碾、碰、挤、压、撞、倾覆等人身伤害和设备事故。
(19)在弃土场建设过程中,电力系统应有专业人士进行维护和管理,避免因防护缺陷、防护装置失效、操作不当等引发触电伤害事故。
(20)在弃土场拦挡坝、排水涵管建设期,应做好安全防护工作,避免发生高处坠落伤亡事故。
(21)在拦挡坝建设过程中,进行采石、挖沟等活动时,应进行精心组织,避免发生土石塌方、滑坡等坍塌事故。
5.2防洪与抗震
(1)当弃土场范围内有出水点时,必须在排土之前采取措施将水疏出。
弃土场底层应排弃大块岩石,并形成渗流通道。
(2)对泄洪系统及坝体必须进行详细检查和维护,疏浚排水涵管。
(3)排水涵管在任何时间和任何情况下均不允许堵塞。
及时清理水面的树枝等杂
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