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交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院道路結(jié)構(gòu)與材料研究中心

2012年3月水泥混凝土路面加鋪

瀝青層技術(shù)研究主要內(nèi)容

一、概述

二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

四、加鋪設(shè)計(jì)過(guò)程

五、加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

六、工程案例

三、技術(shù)關(guān)鍵公路總里程高速公路總里程一、概述2010年底,有鋪裝路面191.80萬(wàn)公里,其中瀝青混凝土路面54.25萬(wàn)公里,水泥混凝土路面達(dá)137.55萬(wàn)公里。路面維修養(yǎng)護(hù)工程量逐步增大養(yǎng)護(hù)技術(shù)需要進(jìn)一步創(chuàng)新修復(fù)工作機(jī)械化程度低快通早強(qiáng)材料預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施缺失加鋪時(shí)機(jī)的選擇十二五目標(biāo)國(guó)省干線公路路面鋪裝率達(dá)到95%以上,總體技術(shù)狀況MQI達(dá)到80以上;高速公路平均路面使用性能指數(shù)PQI大于90,國(guó)省干線公路(高速公路除外)平均PQI大于80,且PQI值小于70的比重下降至12%以內(nèi)積極推進(jìn)綠色養(yǎng)護(hù),推廣水泥路面就地利用加強(qiáng)水泥路面養(yǎng)護(hù)新技術(shù)和新材料研發(fā)路面耐久性不足早期損壞:開裂、斷板、錯(cuò)臺(tái)、沉陷等原因路面結(jié)構(gòu)與材料耐久性不足施工與養(yǎng)護(hù)質(zhì)量控制不佳水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)1.傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)技術(shù):路面快速修補(bǔ)局部挖除加鋪罩面2.水泥混凝土路面再生利用技術(shù)破碎穩(wěn)壓通行能力顯著下降平整度降低行車舒適性降低行車噪聲增大

為了滿足交通運(yùn)輸日益發(fā)展的需要,提高道路服務(wù)水平,對(duì)舊水泥混凝土路面進(jìn)行加鋪改造已經(jīng)成為我國(guó)公路建設(shè)面臨的一項(xiàng)迫切任務(wù)!加鋪水泥混凝土面層

水泥混凝土路面加鋪改造方式加鋪瀝青混凝土面層行車舒適、施工方便、快速開放交通,又能夠充分利用舊水泥混凝土路面的強(qiáng)度瀝青加鋪鋪層與水水泥混凝凝土層作作為兩種種不同的的材料和和結(jié)構(gòu)層層組合在在一起時(shí)時(shí),由于于模量的的不同,,在受到到荷載及及溫度應(yīng)應(yīng)力作用用時(shí),兩兩種材料料將會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生不同同的應(yīng)力力——應(yīng)變狀態(tài)態(tài),因此此,在其其界面會(huì)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)應(yīng)變差和和應(yīng)力差差,如果果結(jié)構(gòu)及及材料設(shè)設(shè)計(jì)不合合理—層間粘結(jié)結(jié)失效,,加鋪層脫落。σ1,ε1σ1,ε1σ2,ε2σ2,ε2脫落嚴(yán)重重στ反射裂裂縫縫目前,我我國(guó)現(xiàn)行行的規(guī)范范明確規(guī)規(guī)定要針針對(duì)路面面檢查評(píng)評(píng)定結(jié)果果確定養(yǎng)養(yǎng)護(hù)對(duì)策策,安排排大、中中修或?qū)m?xiàng)工程程,對(duì)整整個(gè)路段段路面平平整度、、抗滑能能力不足足的,可可采取罩罩面,鋪鋪筑加鋪鋪層,以以恢復(fù)其其表面功功能。規(guī)范增加加了舊水水泥混凝凝土路面面加鋪瀝瀝青層這這一設(shè)計(jì)計(jì)內(nèi)容,,但沒(méi)有有較為成成熟的理理論分析析及設(shè)計(jì)計(jì)方法,,主要是是充分吸吸收國(guó)外外經(jīng)驗(yàn),,參照國(guó)國(guó)外相關(guān)關(guān)研究成成果,結(jié)結(jié)合我國(guó)國(guó)交通荷荷載情況況,以經(jīng)經(jīng)驗(yàn)法設(shè)設(shè)計(jì)為主主。二、國(guó)內(nèi)內(nèi)外研究究概況近幾十年年來(lái)國(guó)外外發(fā)達(dá)國(guó)國(guó)家如西西班牙、、美國(guó)、、法國(guó)、、加拿大大、澳大大利亞、、日本等等國(guó)家先先后進(jìn)行行了復(fù)合合式路面面技術(shù)的的開發(fā)與與應(yīng)用研研究,已已分別鋪鋪筑了實(shí)實(shí)驗(yàn)路與與實(shí)體工工程。河南開封封至洛陽(yáng)陽(yáng)段高速速、尉氏氏至許昌昌高速、、京珠高高速長(zhǎng)沙沙至湘潭潭段,,廣西桂桂林至南南寧高速速、黃沙沙河至靈靈川段舊舊水泥混混凝土路路面改造造中均采采用了復(fù)復(fù)合式結(jié)結(jié)構(gòu)型式式。復(fù)合式路面研究應(yīng)用

橡膠瀝青復(fù)合式路面橡膠瀝青青復(fù)合式式路面,,最早始始于20世紀(jì)40年代的美美國(guó),經(jīng)經(jīng)研究發(fā)發(fā)現(xiàn),在在道路工工程中應(yīng)應(yīng)用這種種材料后后,瀝青青路面的的抗滑性性能、抗抗磨損性性能、疲疲勞性能能和抗車車轍性能能有了一一定的提提高,如如果是同同樣的道道路設(shè)計(jì)計(jì)壽命年年限,橡橡膠瀝青青路面厚厚度至少少可減薄薄1/2,可節(jié)約約大量的的建設(shè)費(fèi)費(fèi)用,同同時(shí)還可可縮短施施工工期期。美國(guó)在室室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)研究和和試驗(yàn)路路研究的的基礎(chǔ)上上,建立立了一系系列的橡橡膠瀝青青混合料料性能指指標(biāo),以以及相應(yīng)應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)評(píng)價(jià)方方法,積積累了大大量的成成功經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)。橡膠瀝青復(fù)合式路面我國(guó)對(duì)橡橡膠瀝青青復(fù)合式式路面的的應(yīng)用研研究,主主要集中中在橡膠膠改性瀝瀝青的加加工工藝藝、橡膠膠改性瀝瀝青性能能評(píng)價(jià)指指標(biāo)和標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)、橡橡膠瀝青青混合料料設(shè)計(jì)方方法以及及施工工工藝這些些方面。。膠粉(40目)200~220℃190~210℃45分鐘

超薄橡膠瀝青磨耗層減薄加鋪層厚度水泥混凝土路面橡膠瀝青磨耗層加入橡膠(高彈性)與我國(guó)構(gòu)構(gòu)建資源源節(jié)約環(huán)環(huán)境友好好型社會(huì)會(huì)及暢通通平安出出行環(huán)境境方針政政策相一一致節(jié)省表面面優(yōu)質(zhì)材材料顯著提高高疲勞耐耐久能力力保證路面面結(jié)構(gòu)承承載能力力世界不同同國(guó)家和和地區(qū)都都積極開開展了復(fù)復(fù)合式路路面的應(yīng)應(yīng)用研究究,從國(guó)國(guó)內(nèi)外的的工程實(shí)實(shí)踐應(yīng)用用研究來(lái)來(lái)看,成成功與失失敗各占占一半。。主要原原因是結(jié)結(jié)構(gòu)組合合及材料料設(shè)計(jì)不不合理、、施工工工藝問(wèn)題題。研究現(xiàn)狀分析無(wú)材料選選擇依據(jù)據(jù)無(wú)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)規(guī)范無(wú)成熟設(shè)設(shè)計(jì)方法法三無(wú)1、舊水泥泥混凝土土路面狀狀況檢測(cè)測(cè)及評(píng)價(jià)價(jià)2、加鋪鋪前舊水水泥混凝凝土路面面病害處處治3、水泥泥路面和和瀝青路路面層間間結(jié)合4、防治治舊水泥泥混凝土土路面反反射裂縫縫的措施施5、瀝青青加鋪層層厚度的的確定三、技術(shù)術(shù)關(guān)鍵1、加鋪前前舊水泥泥混凝土土路面狀狀況檢測(cè)測(cè)及評(píng)價(jià)價(jià)路面破損損情況結(jié)構(gòu)承載載能力行駛質(zhì)量量抗滑能力力采用目測(cè)測(cè)及儀具具量測(cè)優(yōu)良中次次差采用無(wú)破破損和破破損相結(jié)結(jié)合的方方法(FWD或貝克曼曼梁)優(yōu)良中次次差斷面類或或反應(yīng)類類設(shè)備優(yōu)良中次次差擺式儀優(yōu)良中次次差2、加鋪鋪前舊水水泥混凝凝土路面面病害處處治2、加鋪鋪前舊水水泥混凝凝土路面面病害處處治加鋪瀝青青層前如如果不對(duì)對(duì)舊水泥泥混凝土土路面進(jìn)進(jìn)行表面面處理,,會(huì)導(dǎo)致致層間粘結(jié)不不夠,加加鋪后不不久就產(chǎn)產(chǎn)生早期期破壞。。3、水泥泥路面和和瀝青路路面層間間結(jié)合4、防治治舊水泥泥混凝土土路面反反射裂縫縫的措施施加鋪維修修改造技技術(shù)最大大的難點(diǎn)點(diǎn)是防止止或減少少水泥混混凝土舊舊路面的的反射裂裂縫。4、防治治舊水泥泥混凝土土路面反反射裂縫縫的措施施反射裂縫縫是由于于原有的的舊水泥泥混凝土土路面的的裂縫在在荷載和和溫度的的作用下下會(huì)擴(kuò)展展到瀝青青面層,,而形成成的一種種裂縫。。反射裂裂縫在許許多寒冷冷國(guó)家或或地區(qū)如如北美、、加拿大大、日本本、俄羅羅斯、北北歐以及及我國(guó)北北方地區(qū)區(qū)非常普普遍。反射裂縫4、防治治舊水泥泥混凝土土路面反反射裂縫縫的措施施反射裂縫縫的存在在會(huì)極大大地影響響瀝青加加鋪層的的使用壽壽命,不不僅影響響行車舒舒適性,,而且導(dǎo)導(dǎo)致路面面水下浸浸,影響響到路基基的強(qiáng)度度與穩(wěn)定定性。更更為重要要的是,,在行車車荷載反反復(fù)作用用和周期期性變化化環(huán)境溫溫度的影影響下,,常常使使得裂縫縫迅速向向四周擴(kuò)擴(kuò)展,大大大縮短短了罩面面層的使使用壽命命。反射射裂縫是是水泥路路面加鋪鋪瀝青層層面臨的的一大技技術(shù)難題題。4、防治治舊水泥泥混凝土土路面反反射裂縫縫的措施施目前國(guó)內(nèi)內(nèi)外對(duì)減減少反射射裂縫的的主要方方法有::(1)使使用防裂裂效果更更好的面面層;(2)增增加瀝青青面層厚厚度;(3)從從結(jié)構(gòu)本本身入手手防止和和減少反反射裂縫縫(如采用碎碎石化技技術(shù));(4)設(shè)設(shè)置應(yīng)力力吸收層層等。上述方法法中有的的造價(jià)偏偏高,有有的在設(shè)設(shè)計(jì)上難難度較大大。而應(yīng)應(yīng)力吸收收層是一一種造價(jià)價(jià)適中,,阻裂效效果良好好的方法法。4、防治治舊水泥泥混凝土土路面反反射裂縫縫的措施施應(yīng)力吸收收層在路路面結(jié)構(gòu)構(gòu)中能依依靠自身身的塑性性變形來(lái)來(lái)吸收應(yīng)應(yīng)力。根根據(jù)斷裂裂力學(xué)的的理論,,低彈性性模量,,高韌性性的應(yīng)力力吸收層層,可以以緩解裂裂縫尖端端的應(yīng)力力集中現(xiàn)現(xiàn)象,因因而能起起到較明明顯的防防裂作用用。國(guó)內(nèi)內(nèi)外對(duì)此此類防裂裂措施開開展了不不少試驗(yàn)驗(yàn)研究,,并取得得了一定定的研究究成果。。常用措施施土工布土工格柵改性瀝青層改性瀝青砂細(xì)粒式瀝青混凝土碎石封層碎石封層層應(yīng)力吸吸收層施施工示意意圖高性能應(yīng)應(yīng)力吸收收層技術(shù)術(shù)指標(biāo)采用SBS等聚合物物改性瀝瀝青軟化點(diǎn)75~85℃車轍試驗(yàn)動(dòng)動(dòng)穩(wěn)定度DS≥2000次/mm小梁彎曲試試驗(yàn)最大破破壞應(yīng)變?chǔ)舖ax≥≥3500uε混合料級(jí)配配需專門設(shè)設(shè)計(jì),其中中礦粉用量量大于8%,油石比8%。高性能應(yīng)力力吸收層由于應(yīng)力吸吸收層瀝青青混合料細(xì)細(xì)集料多、、瀝青用量量多等特點(diǎn)點(diǎn),在配合合比設(shè)計(jì)方方法上與普普通HMA存在較多不不同之處。。除應(yīng)滿足足普通HMA的相關(guān)要求求外,還應(yīng)應(yīng)注意以下下幾點(diǎn):(1)既能能滿足抵抗抗重復(fù)車輛輛荷載作用用的疲勞性性能的要求求,又能滿滿足該層抵抵抗永久變變形的抗車車轍要求;;(2)能夠夠防止水滲滲入到路面面結(jié)構(gòu)內(nèi)部部;(3)施工工方便,易易于生產(chǎn)、、拌和以及及攤鋪壓實(shí)實(shí)。四、加鋪設(shè)設(shè)計(jì)過(guò)程1.路面損壞狀狀況調(diào)查及及評(píng)定2.舊水泥混凝凝土路面的的修復(fù)設(shè)計(jì)計(jì)3.最小加鋪厚厚度的計(jì)算算4.道路縱斷面面設(shè)計(jì)5.瀝青混凝土土加鋪層結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在車輛荷載載與溫度應(yīng)應(yīng)力作用下下,舊水泥泥混凝土板板接縫處,,會(huì)產(chǎn)生垂垂直相對(duì)位位移與水平平相對(duì)位移移,從而導(dǎo)導(dǎo)致瀝青加加鋪層內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生較大的的拉應(yīng)力與與剪應(yīng)力,,引發(fā)反射射裂縫。設(shè)計(jì)控制的的指標(biāo)為因因舊路面板板的移動(dòng)產(chǎn)產(chǎn)生的拉應(yīng)應(yīng)變和因接接縫兩側(cè)不不同的豎向向位移造成成的剪應(yīng)變變。該方法力學(xué)學(xué)概念簡(jiǎn)單單清楚,易易于接受和和應(yīng)用,但但由于該分分析方法中中作了一些些粗糙的假假定,從而而并不能準(zhǔn)準(zhǔn)確的分析析瀝青加鋪鋪層中應(yīng)力力分布狀況況,無(wú)法考考慮接縫或或裂縫處的的應(yīng)力集中中對(duì)罩面層層反射裂縫縫的影響。。ARE(AustinResearchEngineers)法五、加鋪層層設(shè)計(jì)方法法該法是一種種經(jīng)驗(yàn)法,,認(rèn)為瀝青青加鋪層的的破壞原因因是行車荷荷載所引起起的接縫處處的豎向彎彎沉差。設(shè)設(shè)計(jì)參數(shù)主主要考慮水水泥混凝土土板長(zhǎng)、接接縫寬度和和層間處置置措施。層層間處置可可設(shè)置土工工織物、應(yīng)應(yīng)力吸收薄薄膜層、排排水下封層層或?qū)εf水水泥混凝土土板進(jìn)行破破碎與穩(wěn)定定處理。AI(美國(guó)瀝青學(xué)學(xué)會(huì))法該法以彎沉沉差為控制制指標(biāo),給給出了簡(jiǎn)單單的圖表來(lái)來(lái)確定罩面面層的厚度度,雖然考考慮了防反反措施在減減薄罩面層層厚度方面面的影響,,但沒(méi)有給給出定量的的關(guān)系。五、加鋪層層設(shè)計(jì)方法法AASHTO法AASHTO設(shè)計(jì)法是迄迄今為止較較完善的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方方法,是基基于等效結(jié)結(jié)構(gòu)數(shù)來(lái)確確定瀝青加加鋪層的厚厚度,具體體內(nèi)容包括括可行性研究究、舊水泥混凝凝土板的處處理、防反措施的的選擇和厚度計(jì)算等。AASHTO經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法法是以新建水泥泥混凝土路路面設(shè)計(jì)方方程為基礎(chǔ)礎(chǔ),考慮舊路路面的剩余余壽命,對(duì)對(duì)影響路面面使用性能能的其他因因素也作了了較全面的的考慮,并并引入了可可靠度的概概念。此法法設(shè)計(jì)概念念明確,易易于操作,,但它沒(méi)有有考慮防反反措施對(duì)路路面使用性性能和罩面面層厚度的的影響。五、加鋪層層設(shè)計(jì)方法法工程案例原路面結(jié)構(gòu)構(gòu)示意圖隨著周邊道道路網(wǎng)絡(luò)的的不斷完善善,人民生生活水平的的提高,乘乘客對(duì)于行行車舒適性性的要求越越來(lái)越強(qiáng)烈烈,水泥路路面舒適性性差的弊端端逐漸體現(xiàn)現(xiàn),為了滿滿足乘客舒舒適性的要要求,同時(shí)時(shí)提高高速速公路的服服務(wù)質(zhì)量,,對(duì)原路段段進(jìn)行加鋪鋪瀝青混凝凝土改造設(shè)設(shè)計(jì)。一、工程概概況二、設(shè)計(jì)依依據(jù)(一)交通通調(diào)查與分分析三、原路面面狀況及總總體評(píng)價(jià)交通流及交交通組成軸重超載狀狀況(一)交通通調(diào)查與分分析在過(guò)去5年,交通量持續(xù)續(xù)增長(zhǎng),在全部部車輛中,一類類車、四類車、、五類車增長(zhǎng)速速度較快。2006年至2011年,五類車年平平均增長(zhǎng)速度達(dá)達(dá)到31.9%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)內(nèi)內(nèi)一般地方公路路交通量增長(zhǎng)速速度。交通量預(yù)測(cè)(一)交通調(diào)查查與分析根據(jù)方案設(shè)計(jì)中中的車型分類及及超載比例,利利用AASHTO中的軸載換算系系數(shù)對(duì)各類車輛輛進(jìn)行軸載換算算,得到設(shè)計(jì)基基準(zhǔn)期10年的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸軸載作用次數(shù)為為4327.2萬(wàn)次。(二)路況評(píng)估估評(píng)價(jià)指標(biāo)路面行駛質(zhì)量評(píng)評(píng)價(jià)從上述數(shù)據(jù)可以以看出,RQI評(píng)定為“優(yōu)”等等級(jí)的占3%,評(píng)定為“良””的占59%,評(píng)定為“中””的占33%,評(píng)定為“次””的占5%,評(píng)定為“差””的無(wú)。因此,,路面狀況多處處于優(yōu)良狀態(tài)。。平整度指數(shù)從以上圖表可以以看出,主車道道國(guó)際平整度IIRI百米均值值主要集中在2-5(m/km)之間,部分路段段IRI>3.5(m/km),其中優(yōu)、良比比例占50%,中次差比例占占50%。路面破損情況破碎板微細(xì)網(wǎng)狀裂縫路面破損情況橫向裂縫縱向裂縫路面破損情況角隅斷裂錯(cuò)臺(tái)路面破損情況接縫料脫落超高路段唧漿通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采用貝貝克曼梁對(duì)超車車道的砼板角進(jìn)進(jìn)行脫空檢測(cè),,共檢測(cè)了2170塊,板角彎沉值值達(dá)到20(0.01mm)的共194塊,占檢測(cè)數(shù)量量的6.1%。由于貝克曼梁梁彎沉檢測(cè)是抽抽查,每三塊板板檢測(cè)一塊板,,由于對(duì)病害板板不進(jìn)行檢測(cè),,因此實(shí)際脫空空比例應(yīng)該加上上病害板,計(jì)算算得到的脫空比比例為16.6%。路面結(jié)構(gòu)情況基層頂面當(dāng)量回回彈模量(MPa)通過(guò)鉆芯及FWD彎沉檢測(cè),得如如下檢測(cè)結(jié)果。。A線方向共檢測(cè)100塊板,基層頂面面當(dāng)量回彈模量量平均值為397MPa,最大值為1082MPa,最小值為117MPa,標(biāo)準(zhǔn)差為160MPa;B線共檢測(cè)100塊板,基層頂面面當(dāng)量回彈模量量平均值為440MPa,最大值為854MPa,最小值為108MPa,標(biāo)準(zhǔn)差為155MPa;從抽檢測(cè)結(jié)果果來(lái)看,A、B線錯(cuò)臺(tái)、橫縫、、填縫料缺損、、縱裂病害砼板板的基層頂面當(dāng)當(dāng)量回彈模量均均值低于平均值值。主要結(jié)論及原因因1、勘測(cè)結(jié)論(1)加鋪路段水泥混混凝土路面各結(jié)結(jié)構(gòu)層的厚度、、強(qiáng)度均能滿足足設(shè)計(jì)要求,路路面結(jié)構(gòu)承載力力按照標(biāo)準(zhǔn)軸載載可滿足設(shè)計(jì)年年限的使用要求求。(2)路面平整度優(yōu)良良率比率較小,,僅占50%,通過(guò)加鋪瀝青青混凝土可以有有效改善其平整整度。(3)路面病害板較多多,斷板及重裂裂縫板總數(shù)為615塊,主要病害類類型為破碎板、、橫向裂縫板,,有少部分的縱縱向裂縫板、角角隅板;同時(shí)輕輕裂縫板發(fā)展速速度較快。根據(jù)據(jù)脫空檢測(cè)資料料,考慮病害板板為脫空板后,,板底脫空率為為16.6%。主要結(jié)論及原因因2、破損原因(1)一般路段路面破破損。根據(jù)檢測(cè)測(cè)資料,比較嚴(yán)嚴(yán)重的縱橫裂縫縫板的基層當(dāng)量量回彈模量均較較低,因此,接接縫料脫落及張張開,排水系統(tǒng)統(tǒng)的堵塞造成唧唧泥脫空,在水水和重車的作用用下發(fā)生斷裂破破壞。(2)超載嚴(yán)重,通過(guò)過(guò)測(cè)量超載車的的軸重可知,部部分車輛嚴(yán)重超超載,超載達(dá)到到了4.77倍,超載的存在在對(duì)路面正常使使用產(chǎn)生嚴(yán)重的的影響。(3)交通量增長(zhǎng)較快快,通過(guò)計(jì)算,,年增長(zhǎng)率在15%以上,繁重的交交通量對(duì)路面帶帶來(lái)了嚴(yán)重考驗(yàn)驗(yàn)。(4)加鋪路段處于山山嶺重丘區(qū),雨雨季跨度時(shí)間長(zhǎng)長(zhǎng),雨量充沛,,雨水是造成路路面損壞的主要要原因。根據(jù)理論分析及及使用經(jīng)驗(yàn),加加鋪段路面結(jié)構(gòu)構(gòu)選用2cmNovachip+5cmAC20,大橋加鋪2cmNovachip超薄磨耗層,現(xiàn)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)計(jì)算,所取參參數(shù)如下:四、加鋪層結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)一般路基段加鋪鋪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加鋪層結(jié)構(gòu)計(jì)算算參

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