柱下建筑桩基设计

柱下建筑桩基设计计算书

目录

一、设计资料......................................................................................................................................................................................................................... 2 二、确定桩基持力层位置 ..................................................................................................................................................................................... 2 三、确定桩型、尺寸和构造 .............................................................................................................................................................................. 3 四、确定单桩承载力 ................................................................................................................................................................................................... 3

1、单桩竖向极限承载力标准值

Quk ................................................................................................................................................. 3

2、单桩竖向极限承载力特征值

RaR

.................................................................................................................................................. 3

3、基桩竖向极限承载力特征值 ..................................................................................................................................................... 3

五、确定桩数和布置 ................................................................................................................................................................................................... 4

1、确定桩数 n .............................................................................................................................................................................................................. 4

2、进行平面布置如图（ 1）所示 ........................................................................................................................................................... 4

六、基桩竖向承载力验算 ..................................................................................................................................................................................... 5 七、桩基水平承载力验算 ..................................................................................................................................................................................... 5 八、拟定承台尺寸及埋深 ..................................................................................................................................................................................... 6

1、承台埋深 ...................................................................................................................................................................................................................... 6 2、承台尺寸 ...................................................................................................................................................................................................................... 6 3、确定承台厚度 .......................................................................................................................................................................................................... 6

九、桩基软弱下卧层验算 ..................................................................................................................................................................................... 7 十、桩基沉降验算 .......................................................................................................................................................................................................... 8

1、确定桩基等效沉降系数

ψe ................................................................................................................................................................ 8

2、计算 s '.......................................................................................................................................................................................................................... 8

十一、承台抗冲切验算 ............................................................................................................................................................................................ 9

1、柱对承台（向下）冲切 .............................................................................................................................................................................. 10 2、上台阶对承台（向下）冲切 ................................................................................................................................................................... 11 3、角桩承台（向上）冲切 ............................................................................................................................................................................... 11

十二、承台抗剪承载力验算 ........................................................................................................................................................................... 11 A2 - A2 截面 .......................................................................................................................................................................... 13

十三、承台抗弯承载力验算 .......................................................................................................................................................................... 13

2、对于柱边

1、 y 轴方向配筋 ...................................................................................................................................................................................................... 13 2、 x 轴方向配筋 ...................................................................................................................................................................................................... 13 3、验算最小配筋率 ................................................................................................................................................................................................ 13 1、对变阶

A1 - A1 截面 .......................................................................................................................................................................... 12

十四、参考文献 ............................................................................................................................................................................................................. 14

1

柱下建筑桩基设计计算书

柱下建筑桩基设计计算书

一、设计资料

某建筑物设计地面标高为 28 m ，地下水位为 24 m ，柱截面尺寸见表 2，拟采用桩基

1。自设计地面向下的地 础型式。该柱在设计地面处承受上部结构传来的荷载设计值列于表

质 条件为表 1 所示

表 1

土层参数

天然地

压缩模量

（MPa）

基承载

力

（ kPa）

150 75 150 160 170 160 180 160 180 200 210 230 280 100 240 220 260

土层

土层名称

编号

土层底标高 土层厚度

（m） （ m）

重 度

（ kN/m3 ）

极限侧阻力 极限端阻力

标准值 标准值

（ kPa）

（ kPa）

① ② ③1 ③2 ③ ④1 ④ ④1 ④ ⑤3 ⑤1 ⑤ ⑤4 ⑥1 ⑥ ⑥1 ⑦

黏土 淤泥质土

黏土 粉质黏土

粉土 黏土 粉质黏土

黏土 粉质黏土

黏土 粉质黏土

中砂 砾石 黏土 粉质黏土

黏土 中砂 基岩

24.61 22.91 20.71 19.31 18.61 16.91 15.51 13.61 8.91 7.81 5.91 0.91 -0. -2.59 -5.49 -6.49 -10.69

3.39 1.7 2.2 1.4 0.7 1.7 1.4 1.9 4.7 1.1 1.9 5 1.8 1.7 2.9 1 4.2

19.3 17.0 18.7 19.8 20.0 19.1 20.3 19.1 20.3 19.3 20.0 20.0 20.0 19.4 20.3 19.4 20.0

6.3 2.5 6.1 9.2 32 7.2 11.6 7.2 11.6 10 10.8 37 47 4.9 15.2 10.9 42

50 25 55 55 50 50 55 50 55 50 60 70 80 35 60 55 70

800

700

1300

1800

400

1000

900

1500

⑧

上部结构传至桩基础的荷载标准值见表

表 2

轴力 (kN)

2

上部结构传至桩基础的荷载标准值

剪力 (kN )

弯矩 (kN· m)

柱截面 (mm)

8200

220

1.35 倍。

580

600mm 600mm

注：荷载效应基本组合为荷载标准组合的

二、确定桩基持力层位置

应选择压缩性低、承载力高的较硬土层作为持力层；持力层应有一定的厚度，既能保证 桩端进入持力层的深度要求， 又能使桩端以下有一定厚度的剩余持力层； 力层的深度要求为：对于粘性土、粉土不宜小于 类土不宜小于 1d。

根据实际工程地质条件，本设计选取⑤中砂层作为持力层。桩端进入持力层深度为 1.91m。

桩端全断面进入持

2d（ d 为桩径），砂土不宜小于 1.5d。碎石

2

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三、确定桩型、尺寸和构造

根据表 1 地质条件和所选择的持力层可知，本桩基为摩擦型桩基。本设计中设计地面标高 的轴力 F k 8200KN , 剪力 H k =220KN , 弯矩 M k =580 KN .m ，应荷载较大，故选择预应 力混凝土管桩桩径为 500mm ，柱截面尺寸为

600mm 600mm 。采用 C40 混凝土 (抗压强度

f =21.1N/

c

2mm

， 抗 拉 强 度 f =1. 8N/

t

2 ）。承台采用 mm

C25 混凝土(抗压强度

f c =11.9N/mm2 抗拉强度 f t =1.27N/ mm2 ）。

因桩端进入持力层的深度为

1.91m 1.5d 1.5 0.5 0.75m ，故桩端全断面进入持力

层的深度满足要求。本设计中场地设计地面标高为

28m ，假设桩底标高为 4m ，桩顶标高

为 26m ，即桩净桩长为 22m 。此外根据预制桩与承台的构造要求： 直径桩（ d 径桩（ d

桩嵌入承台内的长度 （大

800mm ）不宜小于 100mm ，中直径桩（ 250mm d 800mm ）以及小直

250mm ）不宜小于 50mm ），故选择预制桩进入承台内的深度为

桩总长为 22.05mm 。

50mm ，这样

四、确定单桩承载力

1、 单桩竖向极限承载力标准值

Quk

Q

Q

uk sk

Q

sk

Q

pk

u p

qlsik i

qA

pk

p

0.5 (1.39 50 1.7 25 2.2 55 1.4 55 0.7 50 1.7 50 1.4 55

1827.15 KN

1.9 50 4.7 55 1.1 50 1.9 60 1.91 70)

Qpk 1300

0.52 / 4 255.25kN

R

Quk 1827.15 255.25 2082.4kN

a

2、 单桩竖向极限承载力特征值 根据，Quk 取安全系数 K=2 ，可得 Ra =1041.2 kN 。 R a

K

R

3、 基桩竖向极限承载力特征值

（ 1）由于基桩的承载力是在单桩承载力的基础上考虑群桩效应和承台效应得到的，而群桩 效应在现规范中一般不予考虑， 因此，确定基桩的承载力的关键就在于是否再考虑承台效应； （ 2）根据考虑承台效应的一般原则可知：因本工程为柱下摩擦型桩基，因此，如果桩

数不少于 4 根，则应考虑承台效应； （3）根据 R Ra

c ak

fAc 及 Ac

A n A

n

ps

可知：为确定 R，必须事先知道桩基的桩数

n 大致可按下述方法预估：

n

或者桩的平面布置，但这又与R （A）首先不考虑承台效应，即认为 （ B）因按中心受压桩基计算桩数

有关。为此，桩数

R R a ；

F k G k

n

R

3

时 G k

GAd ( G 20KN /

m ， d 为承

台埋深， A 为承台底面积 ) 时 A 也与桩数 n 或者桩的平面布置，因此，可先仅考虑

F k ，将得

3

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到的桩数扩大 n1

5 ～ 10 ％ 用 于 考 虑 G k 。 对 本 设 计 ， 因 F k =8200

kN ， 故

F k R

8200 1041.2

7.88 ， n2 =(1.05 1.1)n1=8.27 8.66 ，故可取 n2 9 。

（C）因本工程为偏心受压桩基 ( 作用在承台底面处的弯矩 。但是因为考虑承台效应时

M k =580+220 2=1020KN.m ），

～20％)。即

R 增加、桩数 n 减小，故 n 可取 9

因此，还应根据偏心情况将中心受压时的桩数扩大(10

2

根。

（D）进行平面布置：

基桩间距

s 取 4d 。此外， 因规范规定 “承台边缘至边桩中心的距离不宜小于桩的直径

a

或边长，且边缘挑出部分不应小于

150mm ”，故桩基平面布置如下图

R

1 示。

（E）确定考虑承台效应的基桩承载力特征值 当 n=9 时： A

5

5

25

2

m

而

A

ps

d 2

3.14 0.52

4 4

0.196 2

m

Ac

A n A ps

n

25 9 0.196 =2.58

9

m

2 ；取桩中心间距 Sa=4d ，承台宽度 Bc=5m ，桩

长 l=22.05m ， Bc/l=0.227<0.4

，故查表8.16 有 c=0.14 。 承 台 下

1

2

承台宽度为

Bc/2=5/2=2.5m<5m ， 该 深

1.39 150+1.11 75

度 内 土

层 地 基

承 载

力

特征值为

f

ak

=

R R a

=117KPa 。此时有 2.5

=1041.2+0.14 117 2.58=1083.46KN f

c ak A c

五、确定桩数和布置

1、确定桩数 n

前面已初步确定了桩数 n （ 9 或 10 根）并进行了布置。现再考虑承台及其上方填土自重 Gk

k 20 5 5 2 1000 中心受压时

及弯矩 M作用条件下的桩数。 当 n=9 时：

GG Ad

KN

n

F k G k

8200 1000 1083.46

8.49 ，考虑弯矩作用时再增大（

10% 20% ），

R

即 (1.1~1.2)n=9.33

10.19 可取 n 10

故理论上应取 n 取 n 10

10 ，但为了减小造价并方便布桩，暂取 n 9 计算，若验算不满足要求再

2、 进行平面布置如图（ 1）所示

4

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六、基桩竖向承载力验算 Gk

G Ad

20 5 5 2 1000KN

F k

F k

8200 KN

轴心受压： N k

G k 8200 1000

n

时

9

1022 KN 1083.46KN 满足要求

偏 心

2

受 压

：

M yk= M k H k.d 580 220 2 1020KN .m xmax 2.0m

xi

2 3 22

Fk Gk

2m4

N

M y k xmax

k max

n

xi2

=1022+(1020 2)/24=1107KN<1.2R=1.2 1083.46=1300KN 满足

要求

七、桩基水平承载力验算

5

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单桩水平力 H ik

模量取

2.0

5

10 MPa ，则

H k =220/9=24.44KN C40 n

5 2.0

=

10

4混凝土弹性模量是 3.25 10 MPa ，钢筋弹性

E

4 =6.15

3.25 10

W0

d [ d 2 2( E 32

1) gd02 ] =W0

0.5 [0.5 2 32

9

4

10 mm

2(6.15 1) 1%0.422 ] =0.013 m3

I 0 =

W 0 D 0 W 0D 0 1.3 107

=

420 = 2.73

2

2 2

5

桩的水平变形系数

mb EI

0

式中： m ——桩侧水平抗力系数的比例系数

b0 ——桩身的计算宽度（

其中：圆形桩：当直径

m ）

b0 0. 9 ( 1d. 5 b0 0. 9d(

3

d 1m 1m

0. 5)

当直径 d 1 )

故

5

20 106 10 12 1125

13

1.86 10

/ mm

7. 10

EI

0.85 3.25 104 2.73 109 7. 1013N.mm2

3R

ha

0.75

EI

x

0a

3= Rha 0.75

EI

0.75 49.3 7. 1013

0a x

2.441

10 1490KN

所以 H ik

hRha （ h 为群桩效应综合系数）

八、拟定承台尺寸及埋深

1、承台埋深 2、 承台尺寸

承台地面标高在 26.00m 处，故承台埋深 d

28 26

2m 600mm 满足要求

承台的底面尺寸可通过对桩的平面布置确定 (如见图 1)，而立面尺寸确定时应通盘考虑多项

因素：主要有根据基础埋深最小原则，承台顶面距离地面的距离不小于 度不小于 300 ~ 400mm，埋深不应小于 小于 50 mm，无混凝土垫层时不应小于

500 mm；承台厚

600 mm；钢筋保护层厚度，有混凝土垫层时不应

100 mm（大直

70 mm；桩嵌入承台深度不应小于

径桩）或 50 mm（中等直径桩和小直径桩） 3、 确定承台厚度

本设计中， 首先确定承台内钢筋保护层厚度为 方向角桩顶内边缘至柱边的水平距离 一 半

70 mm ，嵌入承台深度 50 mm。此外沿 x 或 y

a 为桩顶中心至柱边的水平距离0 x6

x 方向柱边长的

圆 桩 等 效 为 方 桩 时 x

方向桩边长的一半。本设计中

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0.6 0.8

（2.0 0.3）

2

2

0.5

1.2m

a

d

0 x

故 承 台 深 度 必 须 大 于 等 于 1.5 m ， 现 取 1.5 m ， 则 承 台 距 地 面 高 度

28 26 1.2 0.8m 500mm。由于承台厚度 1.5 m 较大，为降低造价，可将承台分

2 阶。如下图（ 2）所示

阶，本设计中将承台分为

图（ 2）

九、桩基软弱下卧层验算

《规范》 规定：桩距

s

a

d

6 且桩端以下受力范围内存在承载力低于桩端持力层承载力

1 的

非端承型桩要进行软弱下卧层的验算。本设计中

s a=

4d 6d

，持力层为厚度 5 m ，天然

承载力为 230 KPa 的中砂层⑤以及厚度为

1.8 m ，天然承载力为

280 KPa 的砾石层⑤ 4，其

下有厚 1.7 m ，天然承载力为 100 KPa 的粘土、 厚 2.9 m ，天然承载力为

240 KPa 的粉质粘

土、厚 1 m ，天然承载力为 220 KPa 的粘土、厚 4.2 m ，天然承载力为 2600 KPa 的中砂。

7

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经分析可知无需进行桩基软弱下卧层验算。

十、桩基沉降验算

因桩基底面为矩形桩，因此桩基中点沉降量可以按照下式计算

S

e SS

S i

ψe

Si p0

zzi ii 1 i 1 Esi

1、 确定桩基等效沉降系数

因 Sa/d=4， 当

l / d

l / dl / dl / d

=22.05/0.5=44.1 ，Lc/Bc=5/5=1 ，利用指导书附录 3 及线性内插，有

=40 时 C0=0.044；当 =40 时 C1=1.555；当

l / dl / dl / d

=50 时 C0=0.036 ，由此可知， =50 时 C1=1.636 ，由此可知，

l / d

=44.1 时

当 C0=0.036+(0.044-0.036)(50-44.1)/(50-40)=0.041

当

l / d

=44.1 时

当 C1=1.555+(1.636-1.555)(44.1-40)/(50-40)=1.588

当

=40 时 C2=8.261，当

=50 时 C2=9.8 ，由此可知，

l / d

=44.1 时

当 C2=8.261+(9.8-8.261)(44.1-40)/(50-40)=8.830

由于本桩基是均匀布置，短边桩数

nb =3 ，故 ψe为

3 1

eCnb

0

1

C1( nb

1) C2 0.041 1.588 (3 1) 8.830

0.208

2、 计算 s'

由于作用在基桩上的荷载效应是准永久组合下的， 似取承台底面下的平均附加压力。

本设计取荷载标准组合的

1.35 倍；

p0 近

p0 p d

( Fk

G)

A

k

19.3

2.0 (8200

20 5 5 2) 19.3 2.0 329.4kPa

5 5

采用角点法。注意到

L c=B c=5m，0.5L c/ 0.5B c=2.5/2.5=1 ，计算过程见下表：

沉降量计算

i 1

土层

z

(m)

z / b (b=

i

zi i

zi i - zi 1

Esi

Si

Si

(mm)

Bc/2=2.5)

0 2

（ MPa）(mm)

0

⑤中砂

5

0.25

4

4

0 3.492 3.974

0.1746 0.1461

4

3.492

37 47

31.088 3.378

⑤4砾石

6.8

2.72 3.4

0.482

⑥1粘土

8.5 11.4

0.1256

4

4.250

0.276

4.91805 15.2 10.9 42

7.703 2.267 1.828

⑥粉质粘土

4.56 4.96

0.1007

4

0.0941

4

4.592

0.342

⑥1粘土

12.4 16.6

4.667

0.075

⑦中砂

6.

0.0738

4

4.900

0.233

.526

8

柱下建筑桩基设计计算书

再者，因 Es

Ai Ai

pz0n n

329.4 16.6 0.0738 4

.526

25MPa ，故

S

E

si

查表 6知

当 E s =20 MPa 时=0.65 当 Es =35 MPa 时

(0.65 0.50) 0.50 35

35 20

S

e 25=0.50；由内插法可以求得

0.60

因此桩基的沉降量

S

0.6 0.208 .526 8.053mm

十一、承台抗冲切验算

因承台高度不足时， 承台既可能受柱荷载向下冲切而破坏， 冲切破坏， 因此要分别验算。对承台进行抗冲切验算时， 于荷载标准组合的

则 F

也可能在角桩处受角桩反力向上

荷载效应采用基本组合， 本设计等

1.35 倍。

H

F

1.35H k

1.35 k 11070 KN

M 1. 3 5 k

M

1. 35 580 K7N8 m3

1.35 220 297KN

: N

扣除承台及其上填土自重后桩顶平均竖向力设计值

F n

11070

9

1230KN

扣除承台及其上填土自重后桩顶最大、最小净反力：

N

max min

F n

Mx

max

xi

2

1230

(783

297 1.5) 2 1332.38kN 24 1127.63kN

9

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图（ 3）

1、 柱对承台（向下）冲切 承台破坏锥体的有效高度：

因为桩基是对称的，故

0 x

0 y

0 x

0 y

a0x

cmin 1500 70 1430mm h0

a0 y 1500mm

1.0 取

ha0 x h0

1500 1430

1.05

0 x =1.0

0.84

0 x

0.84

0.7

0.2 1.0

hp hp

0.2

又当 h

当 h

800mm 时 2000mm 时

1. 0

0.9

10

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所以当 h

1500mm 时，

0 y

hp 0.9

2[ 0 x ( bc a0y )

( ha)]fh

c

0 x

hp t

(1.0 0.9) 2000

2000 800

0

1500

0.942

=

2[0.7

(0.6 1.5) 0.7 (0.6 1.5)] 0.942 1270 1.43 10060kN

故柱对承台冲切承载力满足要求

Fl F Q 11070 1230 9840kN

2、 上台阶对承台（向下）冲切

验算上台阶对承台冲切时，相当于把上台阶看成是一个虚拟的“柱” 效高度 h0

1x

，则承台破坏锥体的有

h

a1x h10

c

min

750 70 680mm a1x

a1y 300mm

1 y

300 680 0.2

0.441 （在 0.25 和 1.0 之间，满足要求）

1x

1 y

0.84

1 x

0.84 0.441 0.2

1.310 此外 hp =1.0（因 h

750mm 800mm ）

由于虚拟 “桩” 也是方桩， 故边长 b1 h1 3000mm ；承台为 C 25 混凝土 f t 冲切力设计值为

1.27N / mm2

Fl F

1y 11xQ 11070 1230 9840kN

2[ 1 x ( b1 a1 y )

(ha)] hp

fht 10

故上台阶对承台（向下）冲切承载力满足要求。 3、 角桩承台（向上）冲切

角桩冲切时，承台外边缘有效高度 由图知：

2[1.310 (3 0.3) 1.310

(3 0.3)] 1.0 1270 0.68 14933kN F 1

9840 KN

h10 750 70 680mm

1 x

c1

c

2

700mm

1 x 300

a

a

1y

300mm

1x

1 y

a

10 h

680

0.441

1x

1 y

2[ 1 x ( c2

a

1 y

0.56 1x 0.2

/ 2)

1 y ( c0.56

0.874

0.441 0.2

1

a1 x / 2)]

hp

f t h0

2[0.874 (0.7 0.3/ 2) 0.874 (0.7 故角桩对承台冲切承载力满足要求。

0.3/ 2)] 1.0 1270 0.68 2566kN N max 1332.38KN

十二、承台抗剪承载力验算

由于剪切破坏面为一通过柱（墙）边与桩边连线所形成的斜截面。当柱（墙）外有多排桩形成多个剪切面时，对每个斜截面都应该进行受剪承载力验算。

和

本工程的柱下基础为阶梯型，其中变阶处截面为

B BA A

求，则 B1- B 1 和 B2 - B2 也满足要求。

2 -

和

2

2 -

2 。如下图所示，根据对称性，则只要

A A

1 -

A A

1 -

1

1 和

A

2 -

B B A

1 -

1 ；柱边处截面为

2 满足抗剪承载力要

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柱下建筑桩基设计计算书

图（ 4）

1、 对变阶 A1 - A1 截面 截面有效高度 h0

h

c

min

750 70 680mm

300

1x

截面计算宽度为 b y1 3000mm a1x 300mm

0.441

680

1.75

1 x

1x

1.75 0.441 1.0

hs

1.0

1

1.214

800

4

h

0 =1（ h10 750

01

70 680mm

800mm ）

hs t

fbh0

1.0 1.214 1270 5 0.68 5242.05kN V

3Nmax 3997.14kN

故承台变阶处满足抗剪承载力要求。

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柱下建筑桩基设计计算书

2、 对于柱边

2

-2 截面

A A

cmin

y1 10 h b

截面有效高度 h0 h

截面计算宽度 b y 0

1500 70 1430 mm b y1 3000mm b y2 5000mm

by2 20 h

3 0.68 5 0.75

1.43

4.05m

h0

a 2 x a1x 1.20 0.3 1.2 1.5m

a 2 x 1500

2 x

h 20 1430

1.05

1

2 x

1.75

2x

hs

1.75 1.05 1.0

0.85

hs

800

4

800

1

4

＝

1.0

ft b0h0

1430

0.865 0.85 1270 4.05 1.43 61.40kN V 3Nmax 3997.14kN ’

20

h

0.865

故柱边处满足抗剪承载力要求。

十三、承台抗弯承载力验算

1、 y 轴方向配筋

M x N i yi 3 1230 (2.0 0.3) 6273KN .m

本设计承台使用 HRB335 钢筋（ f y =300 N / mm2 ）则

As

M x

6723

6

10

2

16385mm

0.9 f y(h0 d )

选用 34B25@140 2、 x 轴方向配筋

0.9 300 (1430 12)

平行与 y 轴方向均匀布置

As =16691 mm2

M y

s

N i X i 3 1332.38 (2.0 0.3) 6795KN .m 17600

2

M y 6795 106

0.9 f yh0 0.9 300 1430

选用 36B25@130

As =17672.4 mm2

平行与 x 轴方向均匀布置

3、 验算最小配筋率

As 16385

A 5000 （750 12） +3000 750

求。

详细配筋请见施工图

0.288%min0.15% 最小配筋率满足要

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柱下建筑桩基设计计算书

十四、参考文献

1. 中国建筑工业出版社，《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008），2008.10

2. 中国建筑工业出版社，《建筑地基基础设计规范》 （ GB50007-2002），2002.4

3. 中国建筑工业出版社，《混凝土结构设计规范》 （GB50010-2002）， 2002.4 4. 赵明华主编，《土力学与基础工程》，清华武汉理工大学出版社， 2009.11

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