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整理地基承载力计算方法

【2017年整理】地基承载力计算方法

一．地基承载力计算方法：

按《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）

1．野外鉴别法

岩石承载力标准值fk（kpa）

岩石类别

风化程度

强风化

中等风化

微风化

硬质岩石

500～1000

1500～2500

≥4000

软质岩石

200～500

700～1200

1500～2000

注：

1.对于微风化的硬质岩石，其承载力取大于4000kpa时，应由试验确定；

2.对于强风化的岩石，当与残积土难于区分时按土考虑。

碎石承载力标准值fk（kpa）

土的名称

密实度

稍密

中密

密实

卵石

300～500

500～800

800～1000

碎石

250～400

400～700

700～900

圆砾

200～300

300～500

500～700

角砾

200～250

250～400

400～600

注：

1.表中数值适用于骨架颗粒空隙全部由中砂、粗砂或硬塑、坚硬状态的粘土或稍湿的粉土所充填的情况；

2.当粗颗粒为中等风化或强风化时，可按其风化程度适当降低承载力，当颗粒间呈半胶结状时，可适当提高承载力；

3.对于砾石、砾石土均按角砾查承载力。

2．物理力学指标法

粉土承载力基本值f0（kpa）

第一指标孔隙比e

第二指标含水量w（%）

0.5

410

390

（365）

0.6

310

300

280

（270）

0.7

250

240

225

215

（205）

0.8

200

190

180

170

（165）

0.9

160

150

145

140

130

（125）

1.0

130

125

120

115

110

105

（100）

注：

1.有括号者仅供内插用；

2.折算系数§=0。

粘性土承载力基本值f0（kpa）

第一指标孔隙比e

第二指标液性指数IL

0.25

0.50

0.75

1.00

1.20

0.5

475

430

390

（360）

0.6

400

360

325

295

（265）

0.7

325

295

265

240

210

170

0.8

275

240

220

200

170

135

0.9

230

210

190

170

135

105

1.0

200

180

160

135

115

1.1

160

135

115

105

注：

1.有括号者仅供内插用；

2.折算系数§=0.1。

沿海地区淤泥和淤泥质土承载力基本值f0（kpa）

天然含水量w（%）

f0（kpa）

100

注：

对于内陆淤涨和淤泥质土，可参照使用。

红粘土承载力基本值f0（kpa）

土的名称

第二指标液塑比Ir=Wl/Wp

第一指标含水比aw=W/Wl

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

红粘土

=1.7

380

270

210

180

150

140

=2.3

280

200

160

130

110

100

次生红粘土

250

190

150

130

110

100

注：

1.本表仅适用于定义范围内的红粘土；

2.折算系数§=0.4。

素填土承载力基本值f0（kpa）

压缩模量Es1-2（kpa）

f0（kpa）

160

135

115

注：

本表只适用于堆填时间超过10年的粘性土，以及超过5年的粉土；所查承载需经修正计算。

3．标准贯入试验法

砂土承载力标准值fk（kpa）

土类

N63.5

中、粗砂

180

250

340

500

粉、细砂

140

180

250

340

注:

1.砾砂不给承载力;2.粉细砂按粉砂项给承载力;3.中粗砂按中砂项给承载力;

4.细中砂按细砂项给承载力;5.粗砾砂按粗砂项给承载力;6.N63.5需修正后查承载力.

粘性土承载力标准值fk（kpa）

N63.5

fk（kpa）

105

145

190

235

280

325

370

430

515

600

680

注：

N63.5需经修正后查承载力。

花岗岩风化残积土承载力基本值f0（kpa）

土的名称

N63.5

4～10

10～15

15～20

20～30

砾质粘性土

（100）～250

250～300

300～350

350～（400）

砂质粘性土

（80）～200

0～250

250～300

300～（350）

粘性土

150～200

200～240

240～（270）

注：

花岗岩风化残积土的定名：

2mm含量≥20%为砾质粘性土；

2mm含量＜20%为砂质粘性；

2mm含量=0为粘性土

二．标准贯入击数修正方法

1．国标方法

N=aN′

触探杆长度校正系数a

触探杆长度（m）

≤3

≥21

1.00

0.92

0.86

0.81

0.77

0.73

0.70

2．公路方法

当触探杆长度≤21m时按国标;

当触探杆长度≥21m时按下式计算:

NL=（0.784-0.004L）Ns

式中：

NL表示校正后的击数

Ns表示实际击数

L表示触探杆长度

三．土的部分特征参考值

砂土的内摩擦角φ（度）参考值

土类

状态

粗砂

中砂

细砂

粉砂

松散

34（26）

30（22）

28（20）

26（18）

稍密

36（28）

33（25）

30（22）

28（20）

中密

38（30）

36（28）

34（26）

32（24）

密实

41（33）

38（30）

36（28）

34（26）

注：

括号内为海南地区经验值

粘性土的内摩擦角φ（度）和粘聚力c（kpa）参考值

指标

φ值（度）

C值（kpa）

土类

液性指数

粘性土

粉土

粘性土

粉土

＜0

100

0～0.25

0.25～0.50

0.50～0.75

0.75～1.00

＞1.00

≤5

≤10

四．土的分类

砂土密实度分类

标准贯入锤击数N63.5

密实度

标准贯入锤击数N63.5

密实度

N≤10

松散

15＜N≤30

中密

10＜N≤15

稍密

N＞30

密实

粉土密实度和湿度分类

密实度分类

湿度分类

孔隙比e

密实度

含水量w（%）

湿度

e＜0.75

密实

W＜20

稍湿

0.75≤e≤0.90

中密

20≤w≤30

湿

e＞0.90

稍密

W＞30

很湿

粘性土状态分类

液性指数

状态

液性指数

状态

IL≤0

0＜IL≤0.25

0.25＜IL≤0.75

坚硬

硬塑

可塑

0.75＜IL≤1

IL＞1

软塑

流塑

五.工程降水方法

降低地下水位方法的适用范围

技术方法

适用地层

渗透系数（m/d）

降水深度

明排井

粘性土、粉土、砂土

＜0.5

＜2m

真空井点

粘性土、粉土、砂土

0.1～20

单级＜6m多级＜20m

电渗井点

粘性土、粉土

＜0.1

按井的类型确定

引渗井

粘性土、粉土、砂土

0.1～20

根据含水层条件选用

管井

砂土、碎石土

1.0～200

＞5m

大口井

砂土、碎石土

1.0～200

＜20m

不同岩性渗透系数K的经验值

岩性

渗透系数K（m/d）

岩性

渗透系数K（m/d）

粘土

0.001～0.054

细砂

5～15

亚粘土

0.02～0.5

中砂

10～25

亚砂土

0.2～1.0

粗砂

25～50

粉砂

1～5

砂砾石

50～150

粉细砂

3～8

卵砾石

80～300

聚乙烯（PE）简介

1.1聚乙烯

化学名称：

聚乙烯

英文名称：

polyethylene，简称PE

结构式：

聚乙烯是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂，也包括乙烯与少量α-烯烃的共聚物。

聚乙烯是五大合成树脂之一，是我国合成树脂中产能最大、进口量最多的品种。

1.1.1聚乙烯的性能

1.一般性能

聚乙烯为白色蜡状半透明材料，柔而韧，比水轻，无嗅、无味、无毒，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，但由于其为线性分子可缓慢溶于某些有机溶剂，且不发生溶胀。

工业上为使用和贮存的方便通常在聚合后加入适量的塑料助剂进行造粒，制成半透明的颗粒状物料。

PE易燃，燃烧时有蜡味，并伴有熔融滴落现象。

聚乙烯的性质因品种而异，主要取决于分子结构和密度，也与聚合工艺及后期造粒过程中加入的塑料助剂有关。

2.力学性能

PE是典型的软而韧的聚合物。

除冲击强度较高外，其他力学性能绝对值在塑料材料中都是较低的。

PE密度增大，除韧性以外的力学性能都有所提高。

LDPE由于支化度大，结晶度低，密度小，各项力学性能较低，但韧性良好，耐冲击。

HDPE支化度小，结晶度高，密度大，拉伸强度、刚度和硬度较高，韧性较差些。

相对分子质量增大，分子链间作用力相应增大，所有力学性能，包括韧性也都提高。

几种PE的力学性能见表1-1。

表1-1几种PE力学性能数据

性能

LDPE

LLDPE

HDPE

超高相对分子质量聚乙烯

邵氏硬度（D）

拉伸强度／MPa

拉伸弹性模量／MPa

压缩强度／MPa

缺口冲击强度／kJ·m-2

弯曲强度／MPa

41～46

7～20

100～300

12.5

80～90

12～17

40～50

15～25

250～550

—

＞70

15～25

60～70

21～37

400～1300

22.5

40～70

25～40

64～67

30～50

150～800

—

＞100

—

3.热性能

PE受热后，随温度的升高，结晶部分逐渐熔化，无定形部分逐渐增多。

其熔点与结晶度和结晶形态有关。

HDPE的熔点约为125～137℃，MDPE的熔点约为126～134℃，LDPE的熔点约为105～115℃。

相对分子质量对PE的熔融温度基本上无影响。

PE的玻璃化温度（Tg）随相对分子质量、结晶度和支化程度的不同而异，而且因测试方法不同有较大差别，一般在-50℃以下。

PE在一般环境下韧性良好，耐低温性（耐寒性）优良，PE的脆化温度（Tb）约为-80～-50℃，随相对分子质量增大脆化温度降低，如超高相对分子质量聚乙烯的脆化温度低于-140℃。

PE的热变形温度（THD）较低，不同PE的热变形温度也有差别，LDPE约为38～50℃（0.45MPa，下同），MDPE约为50～75℃，HDPE约为60～80℃。

PE的最高连续使用温度不算太低，LDPE约为82～100℃，MDPE约为105～121℃，HDPE为121℃，均高于PS和PVC。

PE的热稳定性较好，在惰性气氛中，其热分解温度超过300℃。

PE的比热容和热导率较大，不宜作为绝热材料选用。

PE的线胀系数约在（15～30）×10-5K-1之间，其制品尺寸随温度改变变化较大。

几种PE的热性能见表1-2。

表1-2几种PE热性能

性能

LDPE

LLDPE

HDPE

超高相对分子质量聚乙烯

熔点／℃

热降解温度（氮气）／℃

热变形温度（0.45MPa）／℃

脆化温度／℃

线性膨胀系数／（×10-5K-1）

比热容／J·（kg·K）-1

热导率/W·（m·K）-1

105～115

＞300

38～50

-80～-50

16～24

2218～2301

0.35

120～125

＞300

50～75

-100～-75

—

125～137

＞300

60～80

-100～-70

11～16

1925～2301

0.42

190～210

＞300

75～85

-140～-70

—

4.电性能

PE分子结构中没有极性基团，因此具有优异的电性能，几种PE的电性能见表1-3。

PE的体积电阻率较高，介电常数和介电损耗因数较小，几乎不受频率的影响，因而适宜于制备高频绝缘材料。

它的吸湿性很小，小于0.01％（质量分数），电性能不受环境湿度的影响。

尽管PE具有优良的介电性能和绝缘性，但由于耐热性不够高，作为绝缘材料使用，只能达到Y级（工作温度≤90℃）。

表1-3聚乙烯的电性能

性能

LDPE

LLDPE

HDPE

超高相对分子质量聚乙烯

体积电阻率/Ω·cm

介电常数/F·m-1（106Hz）

介电损耗因数（106Hz）

介电强度/kV·mm-1

≥1016

2.25～2.35

＜0.0005

＞20

≥1016

2.20～2.30

＜0.0005

45～70

≥1016

2.30～2.35

＜0.0005

18～28

≥1017

≤2.35

＜0.0005

＞35

5.化学稳定性

PE是非极性结晶聚合物，具有优良的化学稳定性。

室温下它能耐酸、碱和盐类的水溶液，如盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨、氢氧化钠、氢氧化钾以及各类盐溶液（包括具有氧化性的高锰酸钾溶液和重铬酸盐溶液等），即使在较高的浓度下对PE也无显著作用。

但浓硫酸和浓硝酸及其他氧化剂对聚乙烯有缓慢侵蚀作用。

PE在室温下不溶于任何溶剂，但溶度参数相近的溶剂可使其溶胀。

随着温度的升高，PE结晶逐渐被破坏，大分子与溶剂的作用增强，当达到一定温度后PE可溶于脂肪烃、芳香烃、卤代烃等。

如LDPE能溶于60℃的苯中，HDPE能溶于80～90℃的苯中，超过100℃后二者均可溶于甲苯、三氯乙烯、四氢萘、十氢萘、石油醚、矿物油和石蜡中。

但即使在较高温度下PE仍不溶于水、脂肪族醇、丙酮、乙醚、甘油和植物油中。

PE在大气、阳光和氧的作用下易发生老化，具体表现为伸长率和耐寒性降低，力学性能和电性能下降，并逐渐变脆、产生裂纹，最终丧失使用性能。

为了防止PE的氧化降解，便于贮存、加工和应用，一般使用的PE原料在合成过程中已加入了稳定剂，可满足一般的加工和使用要求。

如需进一步提高耐老化性能，可在PE中添加抗氧剂和光稳定剂等。

6.卫生性

PE分子链主要由碳、氢构成，本身毒性极低，但为了改善PE性能，在聚合、成型加工和使用中往往需添加抗氧剂和光稳定剂等塑料助剂，可能影响到它的卫生性。

树脂生产厂家在聚合时总是选用无毒助剂，且用量极少，一般树脂不会受到污染。

PE长期与脂肪烃、芳香烃、卤代烃类物质接触容易引起溶胀，PE中有些低相对分子质量组分可能会溶于其中，因此，长期使用PE容器盛装食用油脂会产生一种蜡味，影响食用效果。

1.1.2聚乙烯的分类

聚乙烯的生产方法不同，其密度及熔体流动速率也不同。

按密度大小主要分为低密度聚乙烯（LDPE）、线型低密度聚乙烯（LLDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）。

其中线性低密度聚乙烯属于低密度聚乙烯中的一种，是工业上常用的聚乙烯，其他分类法有时把MDPE归类于HDPE或LLDPE。

按相对分子质量可分为低相对分子质量聚乙烯、普通相对分子质量聚乙烯、超高相对分子质量聚乙烯。

按生产方法可分为低压法聚乙烯、中压法聚乙烯和高压法聚乙烯。

1.低密度聚乙烯

英文名称：

Lowdensitypolyethylene，简称LDPE

低密度聚乙烯，又称高压聚乙烯。

无味、无臭、无毒、表面无光泽、乳白色蜡状颗粒，密度0.910～0.925g/cm3，质轻，柔性，具有良好的延伸性、电绝缘性、化学稳定性、加工性能和耐低温性（可耐-70℃），但力学强度、隔湿性、隔气性和耐溶剂性较差。

分子结构不够规整，结晶度较低（55%～65%），熔点105～115℃。

LDPE可采用热塑性成型加工的各种成型工艺，如注射、挤出、吹塑、旋转成型、涂覆、发泡工艺、热成型、热风焊、热焊接等，成型加工性好。

主要用作农膜、工业用包装膜、药品与食品包装薄膜、机械零件、日用品、建筑材料、电线、电缆绝缘、吹塑中空成型制品、涂层和人造革等。

2.高密度聚乙烯

英文名称：

HighDensityPolyethylene，简称HDPE

高密度聚乙烯，又称低压聚乙烯。

无毒、无味、无臭，白色颗粒，分子为线型结构，很少有支化现象,是典型的结晶高聚物。

力学性能均优于低密度聚乙烯，熔点比低密度聚乙烯高，约125～137℃，其脆化温度比低密度聚乙烯低，约-100～-70℃，密度为0.941～0.960g/cm3。

常温下不溶于一般溶剂，但在脂肪烃、芳香烃和卤代烃中长时间接触时能溶胀，在70℃以上时稍溶于甲苯、醋酸中。

在空气中加热和受日光影响发生氧化作用。

能耐大多数酸碱的侵蚀。

吸水性小，具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，介电性能、耐环境应力开裂性亦较好。

HDPE可采用注射、挤出、吹塑、滚塑等成型方法，生产薄膜制品、日用品及工业用的各种大小中空容器、管材、包装用的压延带和结扎带，绳缆、鱼网和编织用纤维、电线电缆等。

3.线性低密度聚乙烯

英文名称：

LinearLowDensityPolyethylene，简称LLDPE

线形低密度聚乙烯被认为是“第三代聚乙烯”的新品种，是乙烯与少量高级α-烯烃（如丁烯-1、己烯-1、辛烯-1、四甲基戊烯-1等）在催化剂作用下，经高压或低压聚合而成的一种共聚物，为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒，密度0.918～0.935g/cm3。

与LDPE相比，具有强度大、韧性好、刚性大、耐热、耐寒性好等优点，且软化温度和熔融温度较高，还具有良好的耐环境应力开裂性，耐冲击强度、耐撕裂强度等性能。

并可耐酸、碱、有机溶剂等。

LLDPE可通过注射、挤出、吹塑等成型方法生产农膜、包装薄膜、复合薄膜、管材、中空容器、电线、电缆绝缘层等。

由于不存在长支链，LLDPE的65％～70％用于制作薄膜。

4.中密度聚乙烯

英文名称：

Mediumdensitypolyethylene，简称MDPE

中密度聚乙烯是在合成过程中用α-烯烃共聚，控制密度而成。

MDPE的密度为0.926～0.953g/cm3，结晶度为70％～80％，平均相对分子质量为20万，拉伸强度为8～24MPa，断裂伸长率为50％～60％，熔融温度126～135℃，熔体流动速率为0.1～35g／10min，热变形温度（0.46MPa）49～74℃。

MDPE最突出的特点是耐环境应力开裂性及强度的长期保持性。

MDPE可用挤出、注射、吹塑、滚塑、旋转、粉末成型加工方法，生产工艺参数与HDPE和LDPF相似，常用于管材、薄膜、中空容器等。

5.超高相对分子质量聚乙烯

英文名称：

ultra-highmolecularweightpolyethylene，简称UHMWPE

超高相对分子质量聚乙烯冲击强度高，耐疲劳，耐磨，是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。

其相对分子质量达到300～600万，密度0.936～0.964g/cm3，热变形温度（0.46MPa）85℃，熔点130～136℃。

UHMWPE因相对分子质量高而具有其他塑料无可比拟的优异性能，如耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能，广泛应用于机械、运输、纺织、造纸、矿业、农业、化工及体育运动器械等领域，其中以大型包装容器和管道的应用最为广泛。

另外，由于超高相对分子质量聚乙烯优异的生理惰性，已作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节等在临床医学上使用，而且，超高相对分子质量聚乙烯耐低温性能优异，在-40℃时仍具有较高的冲击强度，甚至可在-269℃下使用。

超高相对分子质量聚乙烯纤维的复合材料在军事上已用作装甲车辆的壳体、雷达的防护罩壳、头盔等；体育用品上已制成弓弦、雪橇和滑水板等。

由于超高相对分子质量聚乙烯熔融状态的粘度高达108Pa·s，流动性极差，其熔体流动速率几乎为零，所以很难用一般的机械加工方法进行加工。

近年来，通过对普通加工设备的改造，已使超高相对分子质量聚乙烯由最初的压制-烧结成型发展为挤出、吹塑和注射成型以及其他特殊方法的成型。

6.茂金属聚乙烯

茂金属聚乙烯（mPE）是近年来迅速发展的一类新型高分子树脂，其相对分子质量分布窄，分子链结构和组成分布均一，具有优异的力学性能和光学性能，已被广泛应用于包装、电气绝缘制品等。

1.1.3聚乙烯的成型加工

PE的熔体粘度比PVC低，流动性能好，不需加入增塑剂已具有很好的成型加工性能。

前文已介绍了各类聚乙烯可采用的成型加工方法，下面主要介绍在成型过程中应注意的几个问题。

①聚乙烯属于结晶性塑料，吸湿小，成型前不需充分干燥，熔体流动性极好，流动性对压力敏感，成型时宜用高压注射，料温均匀，填充速度快，保压充分。

不宜用直接浇口，以防收缩不均，内应力增大。

注意选择浇口位置，防止产生缩孔和变形。

②PE的热容量较大，但成型加工温度却较低，成型加工温度的确定主要取决于相对分子质量、密度和结晶度。

LDPE在180℃左右，HDPE在220℃左右，最高成型加工温度一般不超过280℃。

③熔融状态下，PE具有氧化倾向，因而，成型加工中应尽量减少熔体与空气的接触及在高温下的停留时间。

④PE的熔体粘度对剪切速率敏感，随剪切速率的增大下降得较多。

当剪切速率超过临界值后，易出现熔体破裂等流动缺陷。

⑤制品的结晶度取决于成型加工中对冷却速率的控制。

不论采取快速冷却还是缓慢冷却，应尽量使制品各部分冷却速率均匀一致，以免产生内应力，降低制品的力学性能。

⑥收缩范围和收缩值大（一般成型收缩率为1.5％～5.0％），方向性明显，易变形翘曲，冷却速度宜慢，模具设冷料穴，并有冷却系统。

⑦软质塑件有较浅的侧凹槽时，可强行脱模。

1.1.4聚乙烯的改性

聚乙烯属非极性聚合物，与无机物、极性高分子相容性弱，因此其功能性较差，采用改性可提高PE的耐热老化性、高速加工性、冲击强度、粘接性、生物相容性等性质。

常用的改性方法包括物理改性和化学改性。

1.物理改性

物理改性是在PE基体中加入另一组分（无机组分、有机组分或聚合物等）的一种改性方法。

常用的方法有增强改性、共混改性、填充改性。

（1）增强改性增

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