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道路工程设计方法

一选线选线是公路设计的重要环节之一,选线的质量直接关系到公路的造价及今后使用的适用性,安全性,可靠性和寿命.也是一个综合判断选择的过程,既要考虑地形,地质条件的变化,又要均衡路线本身平,纵,横三方面的相互影响和制约.自然条件对路线的影响因素也很多,主要考虑:地形,地质,气候,水文等.所以在平面图上选择线路都要考虑上述的条件,因为是沿溪线,路线伴随着一条季节性流水的河流,也要把这条因素考虑进去.选择好的路线以确保公路的安全和自然环境良好,因此采用比选的原则进行路线的选择.此路段是沿溪线和越岭线,其主要特点是由于沿溪线沿河流布线,平纵线形较好,在河边一般都有台地可以利用,加之河床的纵坡一般比路线的纵坡小,所以路线的平纵线形均能满足设计要求,平面受纵面的制约较小,沿溪线海拔低,气候条件较好,对施工,养护,营运有利,而且沿溪线傍山临河,砂石等原材料比较丰富,施工用水容易解决.在路线布线时,要结合地形克服不利影响,发挥沿溪线的优势,使公路更好的为社会服务.二.定线公路定线根据公路等级,要求和条件在纸上定线.步骤如下: 1.拟定线路走向在1:5000的地形图上,根据路线的起终点和中间控制点,仔细分析控制点间的地形,地质及地物情况,选择地势平缓,山坡顺直,河谷开阔及有利于回头展线的地点等,拟定路线各种可能的走向,完成路线的总体布局.2.放坡试线要考虑坡度,坡长及点的布控进行多次的试定比较,最终选择出一条合适的路线.三.平面设计因为地形比较平缓,所以只设有圆曲线进行设计.根据<<规范>>规定选择半径.平曲线要素表四.纵断面设计路线选定以后,量出平面图中路中心线穿过每一等高线的桩号及高程,绘制纵断面图,点绘地面线,进行纵坡设计.五.横断面设计三级公路设计车速为40km/h,路肩宽度为0.75m,路面宽度为7.5m,则路基宽度为9.0m.六.路面设计 (后有附书)七.路基设计 (后有附书)八.涵洞设计 (后有附书)九.技术标准按照规范要求(书中规范)来设计路线,采用技术标准如下:①公路等级:三级公路;②计算行车速度:40公里/小时③路基宽度:路基宽9.0米④路面宽度:路面宽度2*3.75米十.路线孙李沟至西岔路线全长4535米,起讫桩号为K0+00至终点桩号K4+535.00。

按照最小坡长为120米为设计标准进行设计。

公路用地范围内排水沟外5米,按挖方段是上方山坡汇水情况设有截水沟。

十一.参考资料: <<道路勘测设计>> <<公路桥涵设计手册>> <<公路设计>> <<道堪毕业设计指导书>> <<路基路面>> <<桥梁工程>> <<结构力学>> <<结构设计原理>> <<工程测量>>十二规范附表公路竖曲线最小长度和最小半径从视觉观点所需的竖曲线最小半径沥青混合料设计参数基层材料设计参数K0+425竖曲线计算表K2+200竖曲线计算表K1+350竖曲线计算表K0+650竖曲线计算表K2+650竖曲线计算表K3+50竖曲线计算表K3+250竖曲线计算表K3+410竖曲线计算表K3+950竖曲线计算表K3+640竖曲线计算表路面设计一概述三级公路设计车速为40km/h,路肩宽度为0.75m,路面宽度为7.5m,则路基宽度为9.0m.路堤边坡坡度为1:1.5,路堑边坡坡度为1:1.确定路基的干湿类型:由于本地区属于辽河平原冻融交替副区(II2a),得知: H1=3.4-3.8; H2=2.6-3.0; H3=1.9-2.2.K0+600为沿溪段,地下水位线为2.2m.路基的平均填土高度为0.79m,则H=0.79-0.6+2.2=2.39. 所以H3<H<H2,则路基干湿类型为潮湿.K0+600-K4+115为越岭线,地下水位为3.2m。

路基的填土高度为1.22m,则H=1.22-0.6+3.2=3.82m,所以H> H1则路基干湿类型为干燥。

二路面设计计算:此段公路为双向双车道的三级公路.路面设计使用年限为10年,交通量平均增长率为4%.此段公路位于自然区划II2a,粉性土, 沿溪线地下水位高度为2.2m.沿溪线平均填高为0.79m,越岭线的平均填土高度为1.22m,平均最大冻深为1.4m.试进行该路面结构设计.1. 轴载计算根据交通量和经济的因素,预测该路竣工后第一年的交通组成如下表:预测交通组成路面结构设计以双轮单轴BZZ-100为标准轴载,分两种情况计算累计当量轴次:1)以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时,计算结果如下表:注:轴载小于25KN的轴载作用不计.由规范可知:三级公路沥青路面的设计年限为10年,车道系数为0.5.因此累计当量轴次为:Ne=[(1+r)t-1]N1η365/r=2399709(次).2)验算半刚性基层层底拉应力时,计算结果如下表:注:轴载小于50KN的轴载作用不计.由规范可知:三级公路沥青路面的设计年限为10年,车道系数为0.5.因此累计当量轴次为:Ne=[(1+r)t-1]N1η/r=2986708(次).2.确定路基回弹模量值E0自然区划II 2a ,粉性土,沿溪线路槽距地下水位的高度H=0.79-0.6+2.2=2.39m (k0+000-k0+600)越岭段.k0+600-k4+115路槽距地下水位的高度H=3.2+1.22-0.6=3.82m,查表知, H 1=3.4-3.8; H 2=2.6-3.0; H 3=1.9-2.2.所以(k0+000-k0+600)H 3<H<H 2,则路基为潮湿类型.越岭线所以H> H 1则路基干湿类型为干燥。

沿溪线路基平均稠度c ω-:3c ω<c ω-<2c ω.则取cω-=0.81查表得知,E 0=19.35MPa 。

越岭线路基平均稠度c ω-:3c ω<c ω-<2c ω.则取c ω-=1则查表得E=26MPa. 3.路面结构层类型的选择 方案一(沿溪段的路面设计) ⑴各结构层材料的选择⑵计算设计弯沉值根据路面材料及路面等级选择.查表知:A C =1.2,A S =1.1,A b =1.0.则ld=600* A C * A S * A b *Ne-0.2=41.82(0.01mm).⑶按弯沉指标求石灰土碎石层厚度h 2 ①综合修正系数F F=1.63(ls/2000δ)0.38(E 0/P)0.36=0.5; Ls=ld=lF=2p δF /E 1;4.4C α=;②按路表弯沉值进行等效换算h 1=3cm E 1=500MPa 将第二层到第四层换为中层.h 2=? E 2=400MPa h 1=3cm E 1=500MPa h 3=15cm E 3=300MPa h 2=? E 2=400MPa h 4=30cm E 4=200MPa E 0=19.35MPaE 5=E 0=19.35MPa现在已知:P=0.7MPa, δ=10.65cm,h 1=4cm,E 1=500MPa. L=2p δC α/E 1. 12C k k αα= .由 h/δ=3/10.65=0.282和E 2/E 1=400/500=0.8,查表知, α=7.1 由h/δ=3/10.65=0.282和E 0/E 2=19.35/400=0.0048 查表知,k 1=1.02因为12C k k αα= . 所以k 2=C α/α* k 1=0.381.反查H/δ k 2=0.381,E 0/E 2=0.048, h/δ=0.282,则 H/δ=6. H=6*10.65=63.90cm →h 2=28.12cm,取石灰土h 2=28cm. (4)验算沥青层层底拉应力 (一)验算沥青混合料层层底拉应力①容许拉应力因为劈裂强度不存在,所以底面容许拉应力为0MPa. ②按等效上层底面弯拉应力抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)h 2=? E 2=400MPa h 1=3cm E 1=500MPa h 3=15cm E 3=300MPa h 2=? E 2=400MPa h 4=30cm E 4=200MPa E 0=19.35MPaE 5=E 0=19.35MPa现在已知:P=0.7MPa, δ=10.65cm,h 1=4cm,E 1=500MPa. L=2p δC α/E 1. 12C k k αα= .由 h/δ=3/10.65=0.282和E 2/E 1=400/500=0.8,查表知, α=7.1 由h/δ=3/10.65=0.282和E 0/E 2=19.35/400=0.0048 查表知,k 1=1.02因为12C k k αα= . 所以k 2=C α/α* k 1=0.381.反查H/δ k 2=0.381,E 0/E 2=0.048, h/δ=0.282,则 H/δ=6. H=6*10.65=63.90cm →h 2=28.12cm,取石灰土h 2=28cm. (4)验算沥青层层底拉应力 (一)验算沥青混合料层层底拉应力 ①容许拉应力因为劈裂强度不存在,所以底面容许拉应力为0MPa.②按等效上层底面弯拉应力抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)h1=3cm E1=500MPa E1=500MP 将第一层到第四层换为中层.h2=28cm E2=400MPa E2=400MPa h=h1=3cmE1=500MPah3=15cm E3=300MPa E3=300MPa H=?E2=400MPah4=30cm E4=200MPa E4=200MPaE0=19.35MPa E5=E0=19.35MPa现在已知:P=0.7MPa,δ=10.65cm,h 1=3cm,E 1=500MPa,H=52.78cm,E 2=400MPa,E 0=19.35 MPa. 求1212p δα-=. '''1212k k αα= . 由 h/δ=/10.65=0.282和E 2/E 1=400/500=0.8查表知, 'α<0由 120δ< 知是压应力 ,则验算通过.(二) 验算石灰土碎石层层底弯拉应力 ①容许弯拉应力 /R SR S K σσ= ,SR σ=0.2MPa .K S=0.045Ne0.11/A C =0.045*29867080.11/1.2=1.93.R σ=0.2/1.93=0.104MPa.②等效换算上层底面弯拉应力抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)h 1=3cm E 1=500MPa E 1=500MP 将第一层到第三层换为上层.h 4=30cm E 4=200MPa E 4=200MPa E 0=19.35MPa E 5=E 0=19.35MPa现在已知:P=0.7MPa,δ=10.65cm,h 1=3cm,E 1=500MPa,H=52.78cm,E 2=400MPa,E 0=19.35 MPa. 求1212p δα-=. '''1212k k αα= . 由 h/δ=/10.65=0.282和E 2/E 1=400/500=0.8查表知, 'α<0由 120δ< 知是压应力 ,则验算通过.(二) 验算石灰土碎石层层底弯拉应力 ①容许弯拉应力 /R SR S K σσ= ,SR σ=0.2MPa .K S=0.045Ne0.11/A C =0.045*29867080.11/1.2=1.93.R σ=0.2/1.93=0.104MPa.②等效换算上层底面弯拉应力抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)h 1=3cm E 1=500MPa E 1=500MP 将第一层到第三层换为上层.h 2=28cm E 2=400MPa E 2=400MPa h=? E 3=300MPah 3=15cm E 3=300MPa E 3=300MPa H=h 4=30c E 4=200MPa h 4=30cm E 4=200MPa E 4=200MPa E 0=19.35MPaE 5=E 0=19.35MPa现在已知: P=0.7MPa,δ=10.65cm,h=64.6cm,E 4=200MPa,H=30cm,E 3=300MPa, E 0=19.35MPa. 求3434p δα-=. '''3412k k αα=由 h/δ=48.5/10.65=4.55和E 4/E 3=200/300=0.67,查表知,'α=0.09.由h/δ=4.55和E 4/E 3=0.67, E 0/E 4=19.35/200=0.097,查表知,k ’1=1.28.由H/ δ=30/10.65=2.82, E 0/E 4=0.097,和E 4/E 3=0.67,查表知, k 2’=0.71.3434p δα-==0.7*0.09*1.28*0.71=0.056<0.104(验算合格)(5)检验路面厚度路面厚度H=3+28+15+30=76cm,最大冻深1.4m,则公路潮湿类型最小防冻厚度为60~70<76cm,符合要求.2.越岭段路面设计:⑴各结构层材料的选择(4)验算沥青层层底拉应力 (一)验算沥青混合料层层底拉应力①容许拉应力因为劈裂强度不存在,所以底面容许拉应力为0MPa. ②按等效上层底面弯拉应力抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)h 1=3cm E 1=500MPa E 1=500MP 将第一层到第四层换为中层.h 2=24cm E 2=400MPa E 2=400MPa h=h 1=3cm E 1=500MPah 3=15cm E 3=300MPa E 3=300MPa H=? E 2=400MPa h 4=30cm E 4=200MPa E 4=200MPa E 0=26MPa E 5=E 0=26MPa现在已知:P=0.7MPa,δ=10.65cm,h 1=3cm,E 1=500MPa,H=48.79cm,E 2=400MPa,E 0=26 MPa. 求1212p δα-=. '''1212k k αα= . 由 h/δ=/10.65=0.282和E 2/E 1=400/500=0.8查表知, 'α<0由 120δ< 知是压应力 ,则验算通过.(二) 验算石灰土碎石层层底弯拉应力 ①容许弯拉应力/R SR S K σσ= ,SR σ=0.2MPa .K S=0.045Ne0.11/A C =0.045*29867080.11/1.2=1.93.R σ=0.2/1.93=0.104MPa.②等效换算上层底面弯拉应力抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)h 1=3cm E 1=500MPa E 1=500MP 将第一层到第三层换为上层.h 2=24cm E 2=400MPa E 2=400MPa h=? E 3=300MPah 3=15cm E 3=300MPa E 3=300MPa H=h 4=30cmE 4=200MPa h 4=30cm E 4=200MPa E 4=200MPa E 0=26MPaE 5=E 0=26MPa现在已知: P=0.7MPa,δ=10.65cm,h=44.20cm,E 4=200MPa,H=30cm,E 3=300MPa, E 0=26MPa. 求3434p δα-=. '''3412k k αα= 由 h/δ=44.20/10.65=4.15和E 4/E 3=200/300=0.67,查表知,'α=0.09.由h/δ=4.15和E 4/E 3=0.67, E 0/E 4=26/200=0.13查表知,k ’1=1.15由H/ δ=30/10.65=2.82, E 0/E 4=0.13,和E 4/E 3=0.67,查表知, k 2’=0.75.3434p δα-==0.7*0.09*1.15*0.75=0.05<0.104(验算合格)(5)检验路面厚度路面厚度H=3+24+15+30=72cm,最大冻深1.4m,则公路潮湿类型最小防冻厚度为60~70<72cm,符合要求 方案二:(沿溪线段路面设计)⑵计算设计弯沉值根据路面材料及路面等级选择.查表知:A C =1.2,A S =1.1,A b =1.0.则ld=600* A C * A S * A b *Ne-0.2=41.82(0.01mm).⑶按弯沉指标求石灰土碎石层厚度h 2 ①综合修正系数FF=1.63(ls/2000δ)0.38(E 0/P)0.36=0.5; Ls=ld=lF=2p δF C α/E 1;2.75C α=.②按路表弯沉值进行等效换算h 1=4cm E 1=800MPa 将第二层到第四层换为中层.h 2=? E 2=700MPa h 1=4cm E 1=800MPa h 3=15cm E 3=300MPa h 2=? E 2=700MPa h 4=20cm E 4=200MPa E 0=19.35MPaE 5=E 0=19.35MPa现在已知:P=0.7MPa,δ=10.65cm,h 1=4cm,E 1=800MPa,E 2=700MPa,E 0=19.35MPa. L=2p δC α/E 1. 12C k k αα= . 由 h/δ=4/10.65=0.376和E 2/E 1=700/800=0.875,查表知,α=5.2.由h/δ=4/10.65=0.376和E 0/E 2=19.35/700=0.0276, 查表知,k 1=1.6因为12C k k αα= . 所以k 2=C α/α* k 1=0.539.反查H/δ k 2=0.539,E 0/E 2=0.00.0276, h/δ=0.376,则 H/δ=4.2 H=4.2*10.65=44.73cm →h 2=22.3cm,取石灰土h 2=23cm. (4)验算沥青层层底拉应力(一)验算沥青贯入式层层底拉应力 ①容许拉应力因为劈裂强度不存在,所以底面容许拉应力为0MPa. ②按等效上层底面弯拉应力抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)h 1=4cm E 1=800MPa E 1=700MP 将第一层到第四层换为中层.h 2=23cm E 2=700MPa E 2=700MPa h=h 1=4cm E 1=800MPah 3=15cm E 3=300MPa E 3=300MPa H=? E 2=700MPah 4=20cm E 4=200MPa E 4=200MPa E 0=19.35MPa E 5=E 0=19.35MPa现在已知:P=0.7MPa,δ=10.65cm,h 1=4cm,E 1=800MPa,H=33.82cm,E 2=700MPa,E 0=19.35. 求1212p δα-=. '''1212k k αα= . 由 h/δ=4/10.65=0.376和E 2/E 1=700/800=0.875,查表知, 'α<0由 120δ< 知是压应力 ,则验算通过.(二) 验算石灰土层层底弯拉应力 ①容许弯拉应力/R SR S K σσ= , SR σ=0.3MPa ; K S =0.35N e 0.11/A C =1.5R σ=0.3/1.5=0.2MPa.②等效换算上层底面弯拉应力抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)h 1=4cm E 1=800MPa E 1=800MP 将第一层到第三层换为上层.h 2=23cm E 2=700MPa E 2=700MPa h=? E 3=300MPah 3=15cm E 3=300MPa E 3=300MPa H=h 4=20cm E 4=200MPa h 4=20cm E 4=200MPa E 4=200MPa E 0=19.35MPa E 5=E 0=19.35MPa现在已知: P=0.7MPa,δ=10.65cm,h=48.54cm,E 4=200MPa,H=20cm,E 3=300MPa,E 0=19.35 MPa. 求3434p δα-=. '''3412k k αα= 由 h/δ=48.54/10.65=4.55和E 4/E 3=200/300=0.67,查表知,'α=0.07.由h/δ=4.55和E 4/E 3=0.67, E 0/E 4=19.35/200=0.097,查表知,k ’1=1.28.由H/ δ=20/10.65=1.88, E 0/E 4=0.097,和E 4/E 3=0.67,查表知,k 2’=1.26.3434p δα-==0.7*0.07*1.28*1.28=0.0.156<0.2(验算合格)(5)检验路面厚度路面厚度H=4+23+15+20=62cm,最大冻深1.4m,则公路潮湿类型最小防冻厚度为60~70<62cm,符合要求. 2.越岭线段路面设计:⑵计算设计弯沉值根据路面材料及路面等级选择.查表知:A C =1.2,A S =1.1,A b =1.0.则ld=600* A C * A S * A b *Ne-0.2=41.82(0.01mm).⑶按弯沉指标求石灰土碎石层厚度h 2 ①综合修正系数F F=1.63(ls/2000δ)0.38(E 0/P)0.36=0.55; Ls=ld=lF=2p δF C α/E 1;2.75C α=.②按路表弯沉值进行等效换算h 1=4cm E 1=800MPa 将第二层到第四层换为中层.h 2=? E 2=700MPa h 1=4cm E 1=800MPa h 3=15cm E 3=300MPa h 2=? E 2=700MPa h 4=20cm E 4=200MPa E 0=26MPaE 5=E 0=26MPa现在已知:P=0.7MPa,δ=10.65cm,h 1=4cm,E 1=800MPa,E 2=700MPa,E 0=26MPa. L=2p δC α/E 1. 12C k k αα= .由 h/δ=4/10.65=0.376和E 2/E 1=700/800=0.875,查表知,α=5.2.由h/δ=4/10.65=0.376和E 0/E 2=26/700=0.037, 查表知,k 1=1.2 因为12C k k αα= . 所以k 2=C α/α* k 1=0.644.反查H/δ k 2=0.644,E 0/E 2=0.037, h/δ=0.376,则 H/δ=4.4 H=4.4*10.65=46.68cm →h 2=24.46m,取石灰土h 2=25cm. (4)验算沥青层层底拉应力 (一)验算沥青贯入式层层底拉应力 ①容许拉应力因为劈裂强度不存在,所以底面容许拉应力为0MPa.②按等效上层底面弯拉应力抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)h 1=4cm E 1=800MPa E 1=700MP 将第一层到第四层换为中层.h 2=23cm E 2=700MPa E 2=700MPa h=h 1=4cm E 1=800MPah 3=15cm E 3=300MPa E 3=300MPa H=? E 2=700MPa h 4=20cm E 4=200MPa E 4=200MPa E 0=26MPa E 5=E 0=26MPa现在已知:P=0.7MPa,δ=10.65cm,h 1=4cm,E 1=800MPa,H=35.82cm,E 2=700MPa,E 0=26MPa 求1212p δα-=. '''1212k k αα= . 由 h/δ=4/10.65=0.376和E 2/E 1=700/800=0.875,查表知, 'α<0由 120δ< 知是压应力 ,则验算通过.(二) 验算石灰土层层底弯拉应力 ①容许弯拉应力/R SR S K σσ= , SR σ=0.3MPa ; K S =0.35N e 0.11/A C =1.51R σ=0.3/1.51=0.198MPa.②等效换算上层底面弯拉应力抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)h 1=4cm E 1=800MPa E 1=800MP 将第一层到第三层换为上层.h 2=23cm E 2=700MPa E 2=700MPa h=? E 3=300MPah 3=15cm E 3=300MPa E 3=300MPa H=h 4=20cmE 4=200MPa h 4=20cm E 4=200MPa E 4=200MPa E 5=E 0=26MPa现在已知: P=0.7MPa,δ=10.65cm,h=51cm,E 4=200MPa,H=20cm,E 3=300MPa, E 0=19.35MPa. 求3434p δα-=. '''3412k k αα= 由 h/δ=51/10.65=4.79和E 4/E 3=200/300=0.67,查表知,'α=0.08.由h/δ=4.79和E 4/E 3=0.67, E 0/E 4=26/200=0.13查表知,k ’1=1.17 由H/ δ=20/10.65=1.88, E 0/E 4=0.13,和E 4/E 3=0.67,查表知,k 2’=0.75.3434p δα-==0.7*0.08*1.17*0.75=0.049<0.198(验算合格)(5)检验路面厚度路面厚度H=4+25+15+20=64cm,最大冻深1.4m,则公路潮湿类型最小防冻厚度为60~70<64cm,符合要求.第一种方案:路面的厚度为76cm,路面抗压强度较小,造价过高,材料运输也不方便,施工中填料运输也不便捷.第二种方案:路面整体稳定性好,运输方便,路面厚度明显小于第一种方案,路面的抗压强度明显高于第一种方案的路面.经技术指标的比较,应选择第二种路面的设计方案.路基设计三级公路设计车速为40km/h,路肩宽度为0.75m,路面宽度为7.5m,则路基高度为9m.路堤边坡坡度为1:1.5,路堑边坡坡度为1:1.路基横断面的形式为,全填路基形式,半填半挖路基形式,全挖路基形式,全路k0+000-k0+600为沿溪线,平均填土高度为0.79m.k0+600-k4+115为越岭线,平均填土高度为1.22m.路基排水设施:为了防止雨水侵蚀路面,在路段铺设时同时设有边沟与截水沟.路基边沟横断面的形式为梯形,尺寸是深为0.5m,宽为0.5m;截水沟横断面的形式为梯形,尺寸是深为1.0m,宽为1.0m,内外边坡坡度为1:1.涵洞设计1.涵洞位置的选择:应选选在路面附近有沟和谷的位置处.则在(K0+500,K1+00,K1+625,K1+900,K2+350,K3+100,K3+590,K4+180)应设置涵洞.2.钢筋混凝土盖板涵泄水能力及水利计算表(<<公路桥涵设计手册>>表5-10)标准跨径2.5m,净跨径1.9m,净高hd=1.8m,泄水能力Q=6.81m3/s,涵前水深H=1.72m,进水口水深H’=1.5m,临界水深h k=1.11m,收缩断面水深h s=1m,临界流速V k=3.22m/s,收缩断面流速V c=3.58m/s,临界坡度i k=6.5%.3.盖板的尺寸:标准跨径为2.5m,净跨径1.9m板长2.48m,板厚16cm, 板宽50cm.涵洞正交的长度计算:L上={B上+m(H-h上)}/(1+mi0)L下={B下+m(H-h下)}/(1-mi0)4.涵洞设计图纸(附图)、。

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