地基處理與加固課程教學方法改進措施

程凱凱 張煜敏 翁光遠 崔 瑩 石 韻 呂 高

西安石油大學土木工程系 陜西西安 710065

1 概述

隨著國家經濟的快速發展和城市化的推進，建筑、交通、地下空間、巖土、水利、港口工程等土木工程領域發展迅速，各種基礎設施建設爭相出現，相應的地基處理技術也應運而生。這些新技術、新理念、新方法既保持了原有地基處理方法的原理，又在材料、工藝等方面不斷創新，有效地保證了地基的安全性和穩定性。

地基處理與加固是土木工程專業學生的一門專業技術課程，該課程主要介紹地基處理與加固常用方法的加固原理、施工工藝、適用范圍、設計計算以及處理效果等。通過該課程的學習，讓學生了解地基處理的前沿方法、常見地基處理類型，掌握實際地基工程處理辦法，培養他們從事地基基礎工程的實踐能力，能從事簡單地基工程的設計、施工和管理工作。但是由于該課程理論知識抽象，與實際工程聯系緊密，導致教學過程中學生很難準確掌握該課程的知識點。

本文基于高等學校土木工程專業指導委員會制定的《高等學校土木工程專業本科教育培養目標和培養方案及課程教學大綱》，結合作者在教學過程中的感悟，對該課程的教學方法進行了一些改進，實踐表明，這些方法可以更好地梳理專業知識并將其系統化，提高了學生的學習興趣，培養了學生的設計計算能力，為走向工作崗位奠定了良好的專業基礎。

2 地基處理與加固課程傳統教學方法

在傳統的地基處理與加固課程中，教師首先根據教學大綱和教學內容，講授地基處理各類方法的理論知識，包括其加固原理、施工工藝、適用范圍、設計計算以及處理效果等。然后布置課后練習題，讓學生對所學方法加深理解和印象。整個教學過程為被動式教學，教師為主體主導整個教學過程，學生為客體被動接受教師講授知識，教學手段上采用多媒體(PPT)講授知識點，師生之間互動少，課堂氣氛沉悶，且學生只能根據老師的講述和自己的理解學習相關知識，難以直觀地掌握課堂知識，加上該課程內容多難記憶、原理抽象難掌握，導致學生較難集中精力，教學效果不理想。

因此，教師應利用各種教學資源，將課程內容進行任務化和明確化，將傳統的教師的被動式教學轉變為學生的主動式學習，調動學生的學習主動性，讓課程內容更加具體形象，形成“以學生為中心”的更合理的教學方式，提高學生的學習效率，培養他們分析問題和解決問題的能力，讓學生盡可能全面掌握課程的所有教學內容，為日后的實際工作打下堅實的理論基礎。

3 地基處理與加固課程改進措施

為了提高學生的學習興趣，讓學生掌握地基處理與加固課程中加固方法的加固原理、施工工藝、適用范圍、設計計算以及處理效果等，教師應在實際教學過程中，總結教學經驗，觀摩名師講課風采，及時追蹤相關學科發展新動態，豐富教學資源，嘗試對該課程課堂教學內容、教學方式和實踐教學進行改進，充分發揮教師和學生各自的作用，提高授課效率。

3.1 完善教學內容

地基處理與加固課程實踐性強，對于還沒參加生產實習的大三學生來說，很多知識較抽象難以理解，為了提高課程的“可視化”，讓學生充分直觀地感受各種處理加固方法，收集地基處理方法的圖片和視頻顯得尤為重要。例如，對于排水固結加固方法中的真空預壓法，它是指通過覆蓋于地面的密封膜下抽真空，使膜內外形成氣壓差，使黏土層產生固結壓力，即是在總應力不變的情況下，通過減小孔隙水壓力來增加有效應力的方法，達到地基處理的目的。如果只是單純地按照書本上的內容講解，學生可能會云里霧里，無法直觀理解該方法。

因此，在講授本節內容之前，作者搜集了實際工程采用真空預壓法處理地基的視頻資料，課堂上先從視覺上引起學生的注意，讓他們直觀地對該方法的整個操作流程和原理有大概的認識，比如通過視頻的觀看，學生可以了解在施工現場如何設置豎向塑料排水帶或砂井，怎樣上鋪砂層，為什么要覆蓋薄膜封閉，如何抽氣使得膜內排水帶、砂層等處于部分真空狀態，從而到達排除土中的水分的目的，這樣他們先對該方法做到了心中有數，教師在此基礎上再根據教材內容講解該方法的詳細原理、施工工藝、適用范圍、設計計算以及處理效果等，學生的注意力也會更專注，對知識點的理解也會更透徹，達到事半功倍的效果。

3.2 融合相關課程知識

地基處理與加固課程綜合性很強，其與土力學、基礎工程和工程地質學等課程關系密切，因此教學過程中應將這些課程相關的知識點有機地結合起來，讓學生溫故知新，既復習了舊知識，又能夠幫助掌握新知識。例如對于振密、擠密法和置換法，其原理均是通過改變地基土的性質，如提高其密實度、強度等來處理加固地基。而土力學是專門研究各類土在外部荷載作用時的強度、變形和穩定性的課程；基礎工程主要是通過工程實際情況確定基礎的類型、埋深、配筋等確保基礎的安全性和經濟性；工程地質學則是關于各類工程地質條件的學習，這對基礎的設計和地基的處理有著重要的作用。因此，將這些相關課程融合起來，通過對之前知識的回顧和歸納，引導學生融會貫通，組織知識框架，講解振密、擠密法和置換法的原理，能更好地加深學生對于專業知識的理解。

3.3 結合行業規范及案例

國家一級結構工程師證書是土木工程專業人員很重要的一個資格證書，考試中地基處理與加固也占了很大比例，這些考題均是關于將我國現行規范條款應用于實際工程能力的考核。《建筑地基處理技術規范》與地基處理與加固課程相關性最強，適用于建筑工程地基處理的設計、施工和質量檢驗，其核心是計算經處理后復合地基承載力的特征值，從而判斷處理方法能否滿足國家標準的相關規定。

因此，引入一些與課程相關的注冊考試題目對學生理解現行規范和課程知識點有很好的幫助作用，另外這也對他們從業以后考取相關證件提供了一些思路。如在教學過程中讓學生計算不同情況下的樁間距、樁面積置換率、單樁承載力、復合地基承載力、樁土應力比等，讓他們發現這些變量之間的定量關系，這對他們從宏觀上掌握知識點有很大的幫助。另外，筆者發現在課堂中引入該類試題后，學生們表現積極，興趣倍增，用計算器快速計算答案，彼此討論，極大地改善了課堂教學氛圍。

3.4 發揮板書優勢

隨著社會的進步和信息化時代的到來，多媒體教學手段已廣泛應用于課堂，為教學工作帶來了很多好處，如：(1)多媒體教學方便、快捷，極大地縮短了教學時間，節省了教師寫板書的時間，提高了教學效率；(2)實現了教學內容的重復學習，可進行遠程教育，極大地節約了教學成本；(3)對于一些難以用傳統教學手段講解清楚的知識點，多媒體教學可以更直觀、形象地完成教學活動；(4)可更好地豐富教學內容，拓寬學生的視野。但對多媒體的過度依賴也導致了很多問題，如①師生之間失去互動，學生的課堂參與度降低；②課堂信息量大，速度快，學生跟不上課堂進度，容易走神；③教師整個教學過程中全部使用多媒體，弱化了教師的教學能力。

在地基處理與加固課程中，復合地基承載力特征值的計算是重點，如何讓學生深刻理解復合地基承載力的計算原理顯得尤為重要，總體來說，它是樁體承載力和處理后樁間土承載力的按樁土面積置換率按比例求和的結果，表達式簡單，然而如果教師僅采用多媒體講解，學生只能從表面上記住這個公式。如果教師把表達式一項一項寫在黑板上，將每個字母解釋清楚，如為樁體承載力特征值，其中字母“p”為英文單詞pile，表示樁的意思，為處理后樁間土承載力特征值，字母“s”為英文單詞soil，表示土的意思，為復合地基承載力特征值，顯然“sp”為英文單詞soil+pile，表示土+樁的意思。樁土面積置換率不同，樁和土各自提供的承載力比例也不一樣，越大，樁提供的承載力越大，相應樁間土提供的承載力則會減小，這樣就不難得到復合地基承載力特征值的估算表達式：=+(1-)。這樣，學生對該表達式的理解更透徹，印象也會更深刻。

因此，在使用多媒體教學的同時，根據知識點的重要程度以及難易程度，有必要單獨寫在黑板上，一個步驟一個步驟推導，發揮板書的優勢，提高課堂教學效果。

3.5 案例教學的選用

案例教學法就是以案例為教授知識的載體，教學者根據教學目的和內容的需要，組織團隊討論，并啟發學習者對案例主動思考，給予學員真實狀況學習的一種教學方法。使用案例教學時，老師圍繞知識點引導學生進入案例的情境，讓學生作為主體自己通過案例學習知識點，激發學生發現問題、解決問題的能力，提高教學質量。好的教學案例可以達到事半功倍的效果，讓學生快速掌握知識點，提高知識內化效率，并且學生對這種知識點的記憶是非常深刻的，會形成長期的記憶。

在地基處理與加固課程概述中，需要給學生講地基處理解決的三個問題：地基承載力問題、地基變形問題和地基滲透問題。對于這三個問題，選擇合適的案例對這三個問題的理解非常重要。對于地基承載力問題，可以選擇加拿大特朗斯康谷倉由于地基承載力不足的例子，雖然這個谷倉是1911年的建筑物，距現在已經有100多年歷史了，但該例子是必須給學生講解的，因為它足夠經典，即使再過100年，也值得被講解。通過這個案例，學生可以認識到地基對整個建筑結構的重要性，建造該谷倉時，由于事先對地基土層未進行勘察、試驗與研究，導致整個結構的荷載超過了地基土的抗剪強度，因地基承載力不足發生谷倉的整體倒塌，但事故發生前上部鋼筋混凝土筒倉完好無損。這體現了整體與局部的關系，當部分以欠佳的結構形成整體時就會損害整體功能的發揮。對于地基變形問題，因塔身斜而不倒聞名于世的比薩斜塔是不二之選，比薩斜塔之所以會傾斜，是由于它地基下面土層的特殊性造成的，地基持力層為粉砂，下面為粉土和黏土層，模量較低，變形較大。斜塔的拯救歷經了很多方案，但都未見效，最終拯救比薩斜塔的，是一項看似簡單的新技術——地基應力解除法，其原理是在斜塔傾斜的反方向(北側)塔基下面掏土，利用地基的沉降，使塔體的重心后移，從而減小傾斜幅度。比薩斜塔雖然因為傾斜聞名于世，但在整個維護過程中，意大利政府耗費了大量的資金，因此在建造一般的結構時，一定要防止由于地基變形發生導致建筑物傾斜的情況。同時，課堂上可播放新聞中的視頻讓學生直觀感受工程事故造成的危害，讓他們理解專業知識的同時提高責任意識。

結語

針對地基處理與加固課程實踐性強、處理方法繁多、知識體系復雜、內容枯燥等特點，從土木工程專業人才培養目標出發，認真思考傳統教學中存在的一些問題，結合筆者教學過程中積累的一些經驗，對地基處理與加固課程的教學提出了一些改進措施，調動了學生的積極性，梳理了相關專業知識框架，拓寬了學生的視野，取得了良好的教學效果。但與培養具有創新能力和實踐應用能力的培養目標還有一些距離，需要師生在教學實踐過程中進一步努力。