關(guān)于路基支擋結(jié)構(gòu)內(nèi)容的教學(xué)體會

摘要：支擋結(jié)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容是路基工程課程的重要組成部分，論文講授了支擋結(jié)構(gòu)章節(jié)的教學(xué)大綱、教學(xué)難點及教學(xué)方法，系統(tǒng)地闡述了作者的支擋結(jié)構(gòu)的教學(xué)體會，能為類似內(nèi)容的教學(xué)工作提供學(xué)習(xí)參考。

關(guān)鍵詞：路基工程；支擋結(jié)構(gòu)；教學(xué)體會

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）15-0040-03

當(dāng)出現(xiàn)高大路堤、路塹及邊坡無法滿足規(guī)范要求的穩(wěn)定性時，需要在路基中設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)；同時，為節(jié)約土地資源，在城區(qū)和城郊線路中也常常設(shè)置輕型支擋結(jié)構(gòu)減小路堤放坡的占地面積。對于道路與鐵道工程專業(yè)的本科生而言，畢業(yè)參加工作后馬上就會在設(shè)計、施工以及養(yǎng)護(hù)工程中涉及支擋結(jié)構(gòu)內(nèi)容；因此，必須讓學(xué)生完全理解并掌握這部分的知識點，同時要求他們明白規(guī)范中各個條款的前因后果，從而使他們到工作崗位后，能因地制宜，解決各類不同條件的工程問題；同時，還要針對以后學(xué)生不同的工作去向，有意識地布置知識點中的思考點，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

一、支擋結(jié)構(gòu)在路基工程教學(xué)的地位

路基工程的教學(xué)工作量一般在46學(xué)時，支擋結(jié)構(gòu)的工作量一般要求不少于10學(xué)時，因此，支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計是路基工程的重要一部分。

1.支擋結(jié)構(gòu)的內(nèi)容。支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容，從結(jié)構(gòu)特點和涉及內(nèi)容上來分，分為三部分內(nèi)容，即墻背土壓力理論與計算、路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計和特殊條件下的結(jié)構(gòu)設(shè)計，各自的教學(xué)要求和學(xué)時安排見表1所示。對于主動土壓力理論和計算、支擋結(jié)構(gòu)的驗算內(nèi)容和方法、重力和懸臂式擋墻需要重點掌握。

2.支擋結(jié)構(gòu)與路基其他章節(jié)的相互關(guān)系。支擋結(jié)構(gòu)章節(jié)雖然具備獨立的內(nèi)容，自成一個體系，但與其他章節(jié)具有很大關(guān)聯(lián)，因此在教學(xué)過程中也要實現(xiàn)相互穿插。（1）與路基邊坡穩(wěn)定性章節(jié)的相互關(guān)系。通常在授課過程中，對于路基邊坡的設(shè)計講授完成后，開始面授支擋結(jié)構(gòu)部分內(nèi)容。因此，通常要在本章開篇就與學(xué)生交待，由于穩(wěn)定性計算過程中在變坡后仍無法滿足，需要設(shè)置成本更高的支擋結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。（2）與路基受力和變形章節(jié)的相互關(guān)系。支擋設(shè)計中，與學(xué)生交待支擋結(jié)構(gòu)的受力問題時，需要交代上部荷載（公路與鐵路稍有不同，鐵路需要考慮軌道和機(jī)車車輛，而公路需要考慮車輛類型）；因此，這時可以補(bǔ)充和溫習(xí)換算土柱部分的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生知道前面所學(xué)的內(nèi)容在具體問題中應(yīng)用。（3）與路基排水與防護(hù)章節(jié)的相互關(guān)系。支擋結(jié)構(gòu)中一定要做好排水，否則增加了設(shè)計的外力，可以讓學(xué)生重新學(xué)習(xí)排水的重要性，明白工程出現(xiàn)的邊坡工程問題極大部分是由于排水不恰當(dāng)造成，可以用“治坡就在治水”這樣的話語進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，讓學(xué)生重視排水的重要性，避免工作后出現(xiàn)大的問題。（4）與特殊土路基章節(jié)的相互關(guān)系。通常特殊土中設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)，啟發(fā)學(xué)生需要注意哪些問題。比如，在凍土地區(qū)（包括北方的季節(jié)性凍土）擋墻設(shè)計中，需要考慮凍脹力。

3.支擋結(jié)構(gòu)在目前工程中的應(yīng)用情況。這一部分內(nèi)容，應(yīng)該放在本章講授前，給學(xué)生對支擋結(jié)構(gòu)有一個總體感覺。首先，應(yīng)講授我國目前高大的邊坡，可以舉例蘭新鐵路越嶺地段的高大邊坡，告訴學(xué)生邊坡高度、填料方量，給學(xué)生一個視覺的沖擊；然后，講授一下增大路基邊坡坡度，能減小多少填料方量，給出具體的計算值，讓學(xué)生感覺設(shè)置擋墻的重要性；另外，還可以講授京滬高速鐵路設(shè)置扶壁式擋墻后，節(jié)省了多少土地，按北京的土地價值換算成節(jié)省的工程成本，也能讓學(xué)生知道如何節(jié)省工程造價。同時，可以采用圖片的形式列舉各個不同場合應(yīng)用支擋結(jié)構(gòu)的情況，比如在高大路塹、隧道出口、倒石堆、滑坡地段等，讓學(xué)生理解擋墻的應(yīng)用廣泛性。

二、支擋結(jié)構(gòu)教學(xué)難點

1.特殊條件下的土壓力的計算。對于地震、浸水等特殊地區(qū)的支擋結(jié)構(gòu)的土壓力計算，土壓力的計算與普通擋墻的區(qū)別。對于地震地區(qū)的土壓力計算，首先介紹地震對結(jié)構(gòu)物的破壞主要來自水平方向剪切波，而引出為什么在地震區(qū)土壓力計算只增加一個水平的地震角即可，同時要強(qiáng)調(diào)地震角的影響因素和不同區(qū)域的地震設(shè)計烈度的概念。對于浸水條件下的土壓力內(nèi)容，首先告訴學(xué)生什么情況會出現(xiàn)浸水地區(qū)，可以播放水庫、臨河、高地下水位等地段的路基圖片，讓學(xué)生有感觀認(rèn)識；然后引導(dǎo)學(xué)生，在這種地區(qū)中的擋墻墻背將會受到怎么樣的附加力；同時，也要告誡學(xué)生，在普通地區(qū)設(shè)置中避免出現(xiàn)墻背靜水壓力。

2.重力式擋墻的結(jié)構(gòu)要求。對于規(guī)范中提出了諸多如墻頂寬度、墻胸坡度、伸縮或沉降縫距離等結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，這些內(nèi)容給學(xué)生介紹時，學(xué)生往往比較迷茫，有時候課后學(xué)生問為什么必須這樣做。因此，在這部分授課中，盡量讓學(xué)生完全理解這樣設(shè)置的原因。比如，墻頂寬度的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，要告訴學(xué)生墻頂是養(yǎng)護(hù)人員用來通行的、圍欄位置區(qū)域，同時對于混凝土擋墻要滿足結(jié)構(gòu)性的基本要求。

3.新型擋墻設(shè)計。對于新型擋墻的設(shè)計，無論在墻背土壓力的計算，還是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗算，都與重力式擋墻的設(shè)計不同；因此，需要克服重力式擋墻內(nèi)容對新型擋墻結(jié)構(gòu)講授的影響。（1）加筋擋墻。對于加筋擋墻，首先告訴學(xué)生擋墻墻背的土壓力完全與普通擋墻不同，筋條（加筋材料）主要是用來克服面板產(chǎn)生的土壓力，因此需要強(qiáng)調(diào)面板所受的土壓力的計算；同時，需要講解筋條設(shè)計過程。對于穩(wěn)定性的驗算，加筋擋墻設(shè)計包含了兩部分，分別是與普通擋墻相同的整體穩(wěn)定性驗算，以及對于單根筋條的局部穩(wěn)定性驗算。（2）懸臂式擋墻。對于懸臂式擋墻，其墻背的土壓力計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及穩(wěn)定性驗算的順序等方面有所區(qū)別。對于墻背的土壓力計算，需要告訴學(xué)生，規(guī)范推薦的懸臂式土壓力計算方法是基于布涅斯克彈性理論，而普通擋墻設(shè)計是采用庫倫理論，計算理論存在很大差異。結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，在介紹懸臂式擋墻時，就要著重介紹各部分的名稱，同時，還需要講解哪幾部分內(nèi)容需要設(shè)計人員來完成，設(shè)計過程中需要滿足什么構(gòu)造要求。對于穩(wěn)定性驗算而言，一定要強(qiáng)調(diào)一下與重力式擋墻穩(wěn)定性驗算順序的區(qū)別，重力式擋墻首先驗算水平滑移穩(wěn)定性分析，而懸臂式擋墻的首先需要驗算傾覆穩(wěn)定性。

三、支擋結(jié)構(gòu)教學(xué)的方法手段

1.不同墻背土壓力的求解。正如前面所述，土壓力計算是支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點，對于常見的墻背的形式——傾斜式、俯傾式和直立式，學(xué)生常會混淆。為了達(dá)到目標(biāo)，設(shè)置了最簡單的一個例題，計算三者的土壓力，讓學(xué)生從計算中得到啟示，哪種墻背受到的土壓力最小。同時，在課堂中要重點講述一下朗肯、庫倫土壓力的適用范圍；對于庫倫土壓力，需要將推導(dǎo)過程簡單地在課堂中闡述，至于求解過程，讓有興趣和能力的同學(xué)完成，并提供給他整個推導(dǎo)過程，激發(fā)學(xué)生對研究的興趣。而對于一些復(fù)雜的擋墻墻背的土壓力，將《鐵路工務(wù)技術(shù)手冊，路基》中土壓力的計算表格單獨復(fù)印分發(fā)給學(xué)生，并在具體的一道例題中教學(xué)生如何使用，并讓學(xué)生舉一反三，做到完全掌握。

2.重力式擋墻的設(shè)計。在講授重力式擋墻的開始階段，就給學(xué)生一個想象空間：一個擋墻會出現(xiàn)什么樣的破壞？并引導(dǎo)他們往三種破壞思考。學(xué)生最容易思考到是抗滑和抗傾覆破壞，在此時同時問學(xué)生：如果這兩項不滿足怎么辦？學(xué)生就想到，出現(xiàn)哪種破壞就采取哪一種措施。同時，提示學(xué)生擋墻就像一種結(jié)構(gòu)物，最重要的是完成地基的承載，引導(dǎo)學(xué)生想到基底承載力的驗算；同時，告訴學(xué)生存在著水平分量，因此就有基底偏心的現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生對于土體這種材料，能否能承受拉力，學(xué)生就能想象到需要偏心距的驗算。而對于擋墻的構(gòu)造設(shè)計，就同上述進(jìn)行傳授。這樣，學(xué)生能比較有興趣并能比較全面地掌握重力式擋墻的設(shè)計。

作者采用以上的教學(xué)方法，進(jìn)行了三個教學(xué)循環(huán)，從三屆畢業(yè)生的反饋來看，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。作者通過提交在這個教學(xué)環(huán)節(jié)的體會，希望能達(dá)到拋磚引玉的效果。

致謝：以上體會是同北京交通大學(xué)路基工程教學(xué)組的老師們共同探討后提出，在論文撰寫過程中得到了課程負(fù)責(zé)人劉建坤教授的大力指導(dǎo)，在此對各位老師表示感謝。

參考文獻(xiàn)：

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[4]李海光.新型支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計與工程實例[M].第2版.北京：人民交通出版社，2007.

作者簡介：沈宇鵬（1977-），男，講師，博士，從事路基工程和巖土工程的教學(xué)和科研工作。