復合地基承載力計算課堂教學改革探索

馬建軍　高笑娟

摘要：針對地基處理教學中存在的一系列問題，以復合地基承載力計算課堂講授為例，對課程教學內容和方法進行改革探索，以期提高地基處理的課堂教學質量。根據河南科技大學地基處理教學的實際情況，結合課程的特點和大綱要求，通過整合教學內容、改進教學手段和增強師生互動等方式，對其課堂教學改革進行研究。文章提出的改革措施對促使教學效果提升成效顯著，達到了課堂教學改革的目標。

關鍵詞：地基處理；復合地基；承載力計算；教學改革

中圖分類號：G642.421 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2016）02-0110-03

中國幅員遼闊，自然環境及地質條件差異較大，各類軟土及特殊土分布廣泛。隨著基礎設施建設的快速發展，對軟弱地基進行處理的需求日益增多，地基處理技術也隨之不斷更新發展[1]。目前，地基處理已成為一門特色鮮明的學科，其課堂教學對土木工程人才培養的質量有直接影響。

地基處理是以提高軟弱地基強度為主要目的，同時消除其不良工程特性的一種技術手段[2]。對土木工程、交通工程等專業的本科生而言，地基處理是一門應用能力要求較高的專業課，通過對基本原理、設計計算、施工方法的學習，應具備解決工程中出現的相關問題的能力。復合地基作為應用廣泛的處理措施，是地基處理課堂講授的重點內容之一。復合地基由剛度不同的材料構成，增強體和地基土體共同作用、協調變形并承擔上部荷載。復合地基和天然地基承載力的基本概念相同，而且JGJ79—2012《建筑地基處理技術規范》和GB5007—2011《建筑地基基礎設計規范》中對地基承載力的描述完全一致[3-4]。然而由于增強體的材料特性不同，復合地基承載力計算應該有針對性地選用合適的計算方法，這需要學生對課堂講授的知識點有較好的掌握。

在課堂教學及考核中，學生普遍反映對復合地基承載力計算的基本概念模糊，運用所學知識分析解決問題的能力較弱。針對這些問題，結合課程學時安排少、進度快的特點，從培養本科生實踐能力的角度出發，在全面分析以往教學的基礎之上，將知識傳授與能力培養相結合，研究了復合地基承載力計算的課堂教學改革措施，以達到促進教學質量提升的目的[5-6]。

一、課堂教學現狀

（一）講授對象

地基處理是地下結構工程專業的必修課，其講授對象為高年級本科生。學習該課程之前，學生已系統地學習了土力學、基礎工程等課程，并且具備了一定的工程常識和力學基礎。復合地基一直是地基處理教學中的重要內容，而且其承載力的計算更是重中之重。

（二）教學內容

復合地基由增強體（樁體）和地基土（樁間土）共同承擔上部荷載，可用于提高地基承載力，增強穩定性，消除特殊土的固結性、濕陷性、液化性等。針對具體工程，必須選用合適的增強體才能達到預期效果。根據增強體的不同，復合地基可分為散體材料增強體復合地基和有粘結強度增強體復合地基兩類。確定復合地基承載力的基本思路有兩條：一是通過現場試驗測得，另一種是采用理論公式估算。在進行復合地基初步設計時，可利用理論公式估算其承載力特征值，即采用復合求和的方法，視其為樁體和樁間土承載力的總和。具體而言，不同類型的復合地基承載力需采用不同的計算方法，可選用的方法有應力復合法和變形復合法兩種。從復合地基承載力計算的教學內容安排看，主要包含復合地基承載力的概念、復合地基承載力計算方法和規范中兩種計算方法的應用三部分。總體而言，復合地基承載力計算的教學內容很全面，具有以下特點。

一是，概念性強。復合地基承載力的概念與天然地基相同，但兩者之間有本質區別。復合地基承載力的計算是基于增強體靜載荷載試驗結果和周邊土的承載力特征值依據經驗確定的，并且現行規范規定了復合地基承載力特征值的修正問題。顯然復合地基承載力的計算涉及眾多基本概念，如單樁豎向承載力特征值、樁間土承載力特征值、樁土應力比、面積置換率，以及散體材料樁和有粘結強度樁的區別等。因此，學生應掌握土力學、基礎工程等專業知識，具備良好的專業基礎。

二是，應用性強。初步設計時，理論公式是估算復合地基承載力的基本手段，對復合地基的工程設計有指導意義。學生應熟練掌握復合地基承載力計算的基本理論，能結合工程的具體情況選用合適的公式估算其承載力特征值。同時，能夠利用已知條件進行必要的變換，具備靈活應用理論解決問題的能力。

三是，與規范結合緊密。復合地基承載力計算是規范中的第7.1.5條，規范條文說明對其應用有詳細的闡述[3]。在理解復合地基承載力計算理論的基礎上，學生應將課程學習與規范緊密結合，選用合適的計算公式和單樁及樁間土承載力發揮系數進行復合地基承載力估算。因此，學生要對前面章節的知識有較好的掌握，明確復合地基承載力計算公式的工程應用，具備依據規范解決工程問題的能力。

二、課堂教學中存在的問題

承載力計算作為復合地基設計中的關鍵問題，有較強的綜合性和實踐性，而且涉及到樁體和樁間土的共同作用。然而，基于教學經驗、學生反饋和考核情況可知，目前的課堂教學主要存在以下問題。

（一）課時少、知識點多

目前河南科技大學地基處理課程的教學計劃只有24個學時，造成了課時少而教學內容多的矛盾。在教學進度計劃中復合地基承載力計算只有1個學時，如何在有限的學時內完成教學任務是一大難題。而且，學生普遍反映內容過多、知識點理解難度大、與之前章節的聯系不清晰、上課講授過快、沒有理解消化的空間。因此，學生對于復合地基承載力計算的掌握較差，教學效果不理想。

（二）底子薄、工程概念少

復合地基是一類地基處理措施的統稱，與多種地基處理措施的加固原理和設計計算密切相關，是相關內容的概括總結。因此，復合地基涉及的知識點多、教學內容廣，需要學生對土力學、基礎工程及本課程前面章節有較好地掌握。然而，由于教學計劃學時少，學生動手處理問題的機會少，難以將復合地基承載力的計算方法應用于工程實踐。

復合地基承載力計算的首要目標是解決工程問題，而本科生接觸地基處理工程的機會很少，對工程概念并無太多認知，僅僅依靠教材上的圖片來想象工程實際有困難，不利于理解復合地基承載力的構成及各部分發揮的作用。

（三）教學手段單一、互動不足

地基處理是一門實踐性很強的課程，有實踐先于理論的特點。隨著教學硬件設施的改善，目前采用的多媒體教學有效彌補了傳統教學不直觀、板書占用時間的不足。為了完成教學大綱的內容，在課堂上常常出現教師講授進度快、思路不清晰，學生思想拋錨、跟不上教師的講解進度，學生提問的機會和獨立思考的空間也大大減少。采取教師講、學生聽的模式，師生之間缺乏必要的互動，這樣容易造成教師自說自話、學生神游天下，學生缺乏學習興趣、教師難以調動課堂氣氛的尷尬局面。學生逐漸失去了學習的自主性和積極性，只能被動接受，完全不能達到專業能力培養的目標。

三、課堂教學改革措施

鑒于當前教學中存在的問題，有必要進行課堂教學改革。

（一）整合教學內容

在復合地基承載力概念的講授中，運用圖表對比的方法，從上部荷載作用于天然地基和復合地基的區別出發，分析復合地基承載力的構成。同時，增加散體材料樁和有粘結強度樁的說明，并對復合地基處理方法進行歸類。進而，與復合地基承載力計算理論相結合，通過動畫圖片演示不同類型復合地基受力變形的特征，增強學生對兩種計算方法的區別及適用性的理解。最后，與現行規范結合，列表說明承載力計算方法的適用性。

（二）改進教學手段

在教學過程中，采用板書與多媒體相結合，充分發揮兩種教學手段的優勢，使兩者有機結合、互為補充。對于重要的公式，采用板書推導可有效引導學生思路，加深學生對公式含義的理解和掌握。多媒體可將圖片和視頻引入課堂，動畫和施工視頻使得課堂教學更生動，能激發學生的學習積極性，提高課堂效率，加深學生對基本原理的理解。采用該方法，既保證了教學質量又豐富了課堂內涵。

（三）增強互動交流

學生與教師的問答對話是一種良好的師生互動模式，是一個教學相長的過程。當堂解決學生的疑問，有利于學生牢固掌握和靈活運用所學知識點，避免問題的累積。教師也可通過提問突出重要知識點，引發學生思考。課堂講授后確保5～8分鐘的互動，使學生有思考的空間，有回顧所學知識的時間。同時，利用便利的網絡平臺提出具體的互動話題，展開重點問題的互動，進一步促進學生對知識點的掌握，開拓學生的視野。

顯然，整合教學內容為突出教學重點提供了課時保證，改進教學手段提高了學生課堂聽課的專注度，師生互動交流增強了課程的教學特色。如圖1所示，這三種措施相輔相成，保證了教學質量的提高，實現了課堂教學改革的目標。開展課堂教學改革后，考核的不及格率迅速下降并穩定在8%以內，達到了良好的教學效果。

四、結語

課堂講授是當前本科生培養中最重要的方式，是提高教學水平的重要環節，其教學效果的好壞直接影響總體教育質量。文章以復合地基承載力計算為例，從其教學特點和存在的問題出發，結合學校實際情況探索地基處理課堂教學方式的改革，基于教學實踐總結，通過整合教學內容、改進教學手段、增強師生互動交流等方式進行課堂教學改革。采用新的教學方式授課后，學生成績較以往有明顯提高，教學效果良好。

參考文獻：

[1]鄭剛，龔曉南，謝永利，等.地基處理技術發展綜述[J].土木工程學報，2012 （2）： 127-146.

[2]葉觀寶，高彥斌.地基處理[M].北京： 中國建筑工業出版社，2009.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.JGJ 79—2012建筑地基處理技術規范[S].北京： 中國建筑工業出版社，2013.

[4]中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB5007—2011建筑地基基礎設計規范[S].北京： 中國建筑工業出版社，2011.

[5]李雪華，楊湘東，朱光.土建類專業人才實踐能力培養模式研究[J].高等建筑教育，2009（3）： 35-38.

[6]梁越，王俊杰.地基處理新技術研究生課堂教學模式研究[J].高等建筑教育，2015（2）： 44-46.

（編輯 梁遠華）