壹，教學中的幾個關鍵問題
(壹)概念設計的重要性
地基土作為建築物的載體，具有三相性、破碎性(不連續介質)和自然變異性(不均勻性、各向異性、結構性和時空變異性)的特點。此外，上部結構的多樣性和巖土參數的不確定性導致了地基問題的復雜性和不確定性。因此，概念設計是確保基礎安全的必要和重要的途徑。基礎的概念設計是將土力學、結構力學、巖土性質的基本概念、地質演化的科學規律、地下水的影響、各種施工技術的特點、各種結構體系的特點、地基與基礎的相互作用、當地的經驗和經濟水平等概念綜合運用到基礎的設計中。概念設計貫穿於基礎設計的全過程。陜西Xi大雁塔的建造體現了古人用簡單的概念解決復雜問題的智慧。比如古人用“堆土”的方法造塔。與目前預壓地基的方法相比，堆土的荷載和範圍遠大於塔架的重量。清除土體後，預壓後地基承載力和變形壹般能滿足要求。塔的基礎是半圓形的，類似於“不倒翁”的底座。它具有自動糾偏的功能，體現了人類的智慧。雅典六根石柱的設計采用了概念上的改進方案，將柱子的形狀雕刻成苗條的少女。柱頂采用少女頭上的花籃，既起到柱帽的作用，又實現了美化功能。利用立柱的肩毛將負荷轉移到軀幹截面較小的部位，即人體的頸部，既增加了美感又避免了剛度突變。柱子下部由穿長裙的女生支撐，腿部彎曲，既增加了柱子的截面積，又增加了穩定性。正是因為古人運用概念設計將美學和力學的概念巧妙地結合在壹起，建築才屹立千年。用基本概念指導地基的具體計算，了解數學模型的適用條件，了解假設條件與實際工程的壹致性，了解計算方法的局限性和可能出現的偏差。運用基本概念和經驗對計算結果進行分析和判斷。計算結果的合理判斷對於工程的安全非常重要，如建築物的沈降計算。影響沈降的因素很多，有些因素如荷載、上部結構剛度等可以準確考慮。有些因素如地基剛度、土體性質等不準確，有些因素如工期、施工工藝、施工順序等不易考慮。計算結果的合理性和準確性取決於綜合的概念和經驗。該概念用於判斷沈降分布和沈降差是否合理，現有工程經驗用於判斷計算值的準確性。通過對大雁塔、古希臘石柱等典型概念設計的詳細描述，教師引導學生了解基礎工程設計的特點，不盲目相信計算，認識到準確的基本概念和豐富的工程經驗對基礎工程設計的重要性。
(2)天然地基承載力特征
地基土是壹種大變形材料。當荷載增大時，地基土的密實度隨著地基變形的相應增大而增大。當變形穩定後，地基土的內摩擦角、粘聚力和重力都有不同程度的提高，地基承載力逐漸提高，很難定義壹個真正的“極限值”。另壹方面，建築物的使用有功能要求，往往地基承載力仍有潛力可挖，變形已達到或超過正常使用的極限值。因此，基礎設計采用正常使用極限狀態原則，即按變形控制設計[2]。可以提高地基的承載力。對於混凝土或鋼筋，每個強度等級都有壹定的標準值和設計值，但地基土的承載力並不是土的工程特性指標，相同指標的地基土承載力可能相差很大。影響地基土承載力的因素很多，不僅與土層的土質、埋深順序有關，還與基底的形狀、大小、埋深、基底的受力情況、上部結構對變形的適應性、地下水位的波動、地區經驗等密切相關。地基承載力隨著埋深的增加而增加，承載力可以深度修正。地基承載力隨基底寬度的增加而增加，隨土質的不同而變化。在飽和軟土中，不可能通過增加基底的尺寸來提高地基的承載力，但對於砂土，內摩擦角不為零，增加基底的寬度可以提高地基的承載力。這時候可以用寬度來修正承載力。通過課堂對比分析，學生對地基承載力的概念有了透徹的理解，為基礎的設計奠定了基礎。
(3)基礎方案的選擇
基礎方案對建築工程的安全、造價和施工有決定性的影響。基礎方案的確定是壹項復雜的技術，需要綜合分析、綜合判斷。首先，我們需要了解場地周圍的環境和場地的穩定性，因為壹旦場地出現問題，對建築的破壞是毀滅性的。其次，要了解地基土的分布和工程性質，調查場地周圍已有的建築物和設備管道，調查當地類似工程資料，考慮砂土液化引起的地基土整體失穩、軟土地基地震沈陷等地震因素。最後，分析了與基礎工程密切相關的地下水情況、地下水位的變化以及有地下構築物的建築工程對基礎安全的影響。地下水的腐蝕影響混凝土的耐久性，破壞地基土的強度，形成土洞，造成地表塌陷，影響建築場地的穩定性；地下水中的承壓水可能破壞基坑，破壞地基，給工程造成重大損失；在高寒地區，季節性凍土引起地基土的凍脹和融沈，危及建築物的安全和正常使用。基礎是整個上層建築的載體，並為其服務。基礎的方案要考慮上部結構的形式、荷載特性、剛度特性、當地施工條件和綜合經濟比較，最終確定地基處理方法、變形關鍵控制點和基礎形式，讓學生了解確定基礎方案的重要性和復雜性，認識到只有優秀的方案才能成為優秀的設計。
二、工程實例分析
案例壹:意大利比薩斜塔建於1173年。建到29m左右時，因明顯傾斜而停止。94年復工後，6年完工，達到48m。1360恢復，10竣工，8層，塔高55m。目前北側沈降1m以上，南側沈降近3m，南北兩端沈降差1.80m，塔頂中心偏離中心線5.27m，傾斜5.50。本工程是地基不均勻沈降引起建築物傾斜的典型實例。案例2:加拿大Transcom Barn，平面尺寸23.5m×59.4m，高度31m，體積36500m3，基礎為鋼筋混凝土筏板基礎，厚度0.6m，埋深3.6m，基礎為軟粘土層，厚度19165438+。當裝滿谷子的糧倉達到額定容積的87.7%時，發現糧倉下沈。24小時內，西段下沈8.8 m，東端擡升1.5m，傾角近270°，上部谷倉完好無損。案例三:上海工業展覽館中央大廳為框架結構，箱形基礎，埋深7.27 m，兩翼展廳為條形基礎，地基為高壓縮性淤泥質粘土。展館於1954開工，當年年底實測地基平均沈降60cm。1957年，中央大廳周邊最大沈降量達到146.55cm，這三種地基的性質，這三種地基事故的原因以及相應的處理方法，在講座中有所論述。在談到比薩斜塔的傾斜時，學生們情緒高漲，提出了比薩斜塔為什麽傾斜、是否會繼續下沈、如何應對等壹系列問題。分析了傾斜的原因。地基持力層為粉砂，其下為淤泥和粘土層。地基壓縮層不均勻，造成傾斜。現在每年下沈1mm。處理措施:1838—1839開挖環形基坑卸荷；1933—1935基坑防水處理、基礎環註漿加固；1992年7月對塔身進行加固，采用稱重法和取土法對基礎進行處理，總結出幾種處理方法。第二種情況，破壞時地基實際承載力小於基底壓力，谷倉基因超載導致強度失效而滑移。處理方法:在糧倉下增加70多個支撐基巖的混凝土墩，用388臺50t千斤頂及支撐系統對糧倉進行逐步糾偏。情況3是由軟土的高壓縮性引起的。地基的過度變形嚴重影響結構的正常使用。根據蘇聯專家、清華大學陳希哲教授和陳良生教授的觀察分析，認為裂縫修補後可以繼續使用。1979年9月，中央大廳累計平均沈降量達到160cm。從1957到1979的22年間，沈降只有20cm左右，說明沈降已經趨於穩定。但由於地基下沈嚴重，導致樓內外連接的室外水、電、暖氣管道破裂。此外，從生活的點點滴滴出發，激發學生學習課程的興趣。比如說到地基的“穿越”功能，直接穿過沼澤(淤泥或淤泥質土)行走或鋪草包都不容易，但放壹塊厚木板就能解決。為什麽會這樣？提出問題，讓學生討論，然後分析總結。通過以上的指導，學生可以認識到基礎工程的重要性，自然把基礎問題歸結為兩大問題:強度和變形。從實際工程出發，提出問題，采用啟發式教學，啟發學生獨立思考和探索，使學生尋求答案，註重培養學生的獨立思考能力，掌握解決基礎工程實際問題的基本方法和思維規律，建立壹套適合自己的邏輯思維方法和思維方法，進而變“被動接受”為“主動學習”，提高學生的學習能力、創新能力和分析問題、解決問題的能力。
第三，工程意識的培養
(壹)提高教師的工程意識和專業素養
基礎工程兼具理論性和實踐性，教師在課堂上要註意理論聯系實際。壹方面要求教師有深厚的基礎理論知識和專業知識，另壹方面要求教師有實際工程經驗，否則教學過程只能照本宣科，學生學習積極性差，教學效果不好。為此，該校土木工程學院的老師們也在以下幾個方面做了嘗試和努力。(1)青年教師參加國家留學基金委與加州大學聖地亞哥分校(UCSD)聯合舉辦的“高等學校專業課教師海外培訓項目”。他們通過半年的英語語言能力、專業課程教學、課堂活動、專業教學研究等方面的培訓和學習，吸收多元文化，學習發達國家最新科技成果，強化專業和語言技能，推動西部地區高等教育改革進程，提高西部地區教育與世界接軌的能力。(2)要求在讀和剛畢業的青年博士必須在實驗室工作壹年，參與實驗室的教學和科研，加強青年教師的實踐能力。(3)暑期選派青年教師輪流到工程局項目部進行現場培訓，提高工程實踐能力。(4)學院建築工程系50%的教師通過國家壹級註冊結構工程師考試，通過復習充分熟悉相關的國家、行業乃至地區規範，在教學中做到融會貫通。取得資格證的老師壹般都是企業的技術顧問，在合作的同時也培養和提升自己的實踐能力。此外，青年教師積極參與工程勘察、設計和施工，進壹步提高了教師的工程素養，逐步形成了壹支教育理念先進、專業知識紮實、工程經驗豐富的教師隊伍，保證了教學各環節對學生工程意識的培養。在教學過程中適當引入“巖土工程師”、“結構工程師”等從業人員國家題庫中關於實踐的壹些內容，通過課堂分析講解，枯燥的課程也不會枯燥，可以事半功倍。
(二)加強實踐教學，培養學生的工程意識。
相對穩定的實習基地是落實實習內容、保證實習效果的基礎。目前，我校土木工程學院已與部分國家鐵路局、鐵路第壹勘察設計院、中鐵集團部分工程局、甘肅建工總公司所屬公司、蘭州眾合房地產開發有限公司、中鐵壹院集團甘肅勘測院、學校設計院、監理公司等壹大批企事業單位聯合建立了校內外實習基地。此外，鼓勵學生在保證安全和完成實習任務的前提下，聯系擬就業單位進行生產實習。配合實施卓越工程師培養計劃，與中鐵二十壹局、中鐵西北研究院、蘭州鐵道設計院等單位簽訂合作協議，建設國家工程實踐教育中心，進壹步擴大實踐基地。通過與教學實踐基地的緊密合作，帶領學生參觀蘭州各種代表性工程，如城區高層住宅樓基坑開挖、基坑支護，設置數米長的支護樁、預應力錨桿、土釘墻；在濕陷性黃土地基中，利用土和灰土擠密樁消除地基土的濕陷性，讓施工現場的項目經理形成現場教學，介紹施工過程、施工中的問題及對策，使學生對基坑工程形成感性認識。在實地參觀了各種淺基礎形式後，明確了基礎加固與上部結構的搭接方法，使學生明確了各種基礎的適用條件、基本構造和加固要求。在樁基教學中，通過參觀打樁現場，了解樁的種類和特點、樁間距、樁徑、適用範圍、打樁工藝和樁的質量檢驗。通過現場觀察，增加了學生學習該課程的興趣，培養了學生的工程意識，加深了學生對土木工程專業的理解。從2012開始，學校每年都設立開放實驗項目，學生積極參與，每組學生由壹名老師帶領。通過選題、查找資料、制定實驗方案、實驗和計算分析等訓練，培養了學生的實踐能力和創新能力。在基礎工程教學過程中，根據講課進度，以“墻下鋼筋混凝土條形基礎設計”、“柱下鋼筋混凝土獨立基礎設計”、“樁基設計”為題，給出設計框圖。根據給定的地質條件，要求學生完成三種基礎的設計。另外，對情況掌握較好的同學可以進壹步要求學習PKPM、JCCAD等軟件，對手算結果進行對比分析。通過大型作業的綜合訓練，加強學生對書本知識的理解，熟練掌握典型淺基礎和深基礎的整個設計過程和相應的構造要求，使學生在設計過程中溫故而知新。在多年的基礎工程教學中，通過對概念設計、地基承載力、基礎方案選擇等幾個關鍵問題的討論，讓學生理清思路，掌握設計原則。通過工程案例的分析，使學生深刻理解基礎工程的重要性，掌握分析和解決基礎工程實際問題的基本方法和思維規律。通過督促教師提高工程素養，確保課內外、校內外全方位培養學生的現代工程意識。通過體驗、實訓、綜合訓練等實踐教學環節，培養了學生的工程意識和實踐能力，用人單位滿意率顯著提高。
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