建筑工程方向基础工程课程教学体会？
一，教学中的几个关键问题
(一)概念设计的重要性
地基土作为建筑物的载体，具有三相性、破碎性(不连续介质)和自然变异性(不均匀性、各向异性、结构性和时空变异性)的特点。此外，上部结构的多样性和岩土参数的不确定性导致了地基问题的复杂性和不确定性。因此，概念设计是确保基础安全的必要和重要的途径。基础的概念设计是将土力学、结构力学、岩土性质的基本概念、地质演化的科学规律、地下水的影响、各种施工技术的特点、各种结构体系的特点、地基与基础的相互作用、当地的经验和经济水平等概念综合运用到基础的设计中。概念设计贯穿于基础设计的全过程。陕西Xi大雁塔的建造体现了古人用简单的概念解决复杂问题的智慧。比如古人用“堆土”的方法造塔。与目前预压地基的方法相比，堆土的荷载和范围远大于塔架的重量。清除土体后，预压后地基承载力和变形一般能满足要求。塔的基础是半圆形的，类似于“不倒翁”的底座。它具有自动纠偏的功能，体现了人类的智慧。雅典六根石柱的设计采用了概念上的改进方案，将柱子的形状雕刻成苗条的少女。柱顶采用少女头上的花篮，既起到柱帽的作用，又实现了美化功能。利用立柱的肩毛将负荷转移到躯干截面较小的部位，即人体的颈部，既增加了美感又避免了刚度突变。柱子下部由穿长裙的女生支撑，腿部弯曲，既增加了柱子的截面积，又增加了稳定性。正是因为古人运用概念设计将美学和力学的概念巧妙地结合在一起，建筑才屹立千年。用基本概念指导地基的具体计算，了解数学模型的适用条件，了解假设条件与实际工程的一致性，了解计算方法的局限性和可能出现的偏差。运用基本概念和经验对计算结果进行分析和判断。计算结果的合理判断对于工程的安全非常重要，如建筑物的沉降计算。影响沉降的因素很多，有些因素如荷载、上部结构刚度等可以准确考虑。有些因素如地基刚度、土体性质等不准确，有些因素如工期、施工工艺、施工顺序等不易考虑。计算结果的合理性和准确性取决于综合的概念和经验。该概念用于判断沉降分布和沉降差是否合理，现有工程经验用于判断计算值的准确性。通过对大雁塔、古希腊石柱等典型概念设计的详细描述，教师引导学生了解基础工程设计的特点，不盲目相信计算，认识到准确的基本概念和丰富的工程经验对基础工程设计的重要性。
(2)天然地基承载力特征
地基土是一种大变形材料。当荷载增大时，地基土的密实度随着地基变形的相应增大而增大。当变形稳定后，地基土的内摩擦角、粘聚力和重力都有不同程度的提高，地基承载力逐渐提高，很难定义一个真正的“极限值”。另一方面，建筑物的使用有功能要求，往往地基承载力仍有潜力可挖，变形已达到或超过正常使用的极限值。因此，基础设计采用正常使用极限状态原则，即按变形控制设计[2]。可以提高地基的承载力。对于混凝土或钢筋，每个强度等级都有一定的标准值和设计值，但地基土的承载力并不是土的工程特性指标，相同指标的地基土承载力可能相差很大。影响地基土承载力的因素很多，不仅与土层的土质、埋深顺序有关，还与基底的形状、大小、埋深、基底的受力情况、上部结构对变形的适应性、地下水位的波动、地区经验等密切相关。地基承载力随着埋深的增加而增加，承载力可以深度修正。地基承载力随基底宽度的增加而增加，随土质的不同而变化。在饱和软土中，不可能通过增加基底的尺寸来提高地基的承载力，但对于砂土，内摩擦角不为零，增加基底的宽度可以提高地基的承载力。这时候可以用宽度来修正承载力。通过课堂对比分析，学生对地基承载力的概念有了透彻的理解，为基础的设计奠定了基础。
(3)基础方案的选择
基础方案对建筑工程的安全、造价和施工有决定性的影响。基础方案的确定是一项复杂的技术，需要综合分析、综合判断。首先，我们需要了解场地周围的环境和场地的稳定性，因为一旦场地出现问题，对建筑的破坏是毁灭性的。其次，要了解地基土的分布和工程性质，调查场地周围已有的建筑物和设备管道，调查当地类似工程资料，考虑砂土液化引起的地基土整体失稳、软土地基地震沉陷等地震因素。最后，分析了与基础工程密切相关的地下水情况、地下水位的变化以及有地下构筑物的建筑工程对基础安全的影响。地下水的腐蚀影响混凝土的耐久性，破坏地基土的强度，形成土洞，造成地表塌陷，影响建筑场地的稳定性；地下水中的承压水可能破坏基坑，破坏地基，给工程造成重大损失；在高寒地区，季节性冻土引起地基土的冻胀和融沉，危及建筑物的安全和正常使用。基础是整个上层建筑的载体，并为其服务。基础的方案要考虑上部结构的形式、荷载特性、刚度特性、当地施工条件和综合经济比较，最终确定地基处理方法、变形关键控制点和基础形式，让学生了解确定基础方案的重要性和复杂性，认识到只有优秀的方案才能成为优秀的设计。
二、工程实例分析
案例一:意大利比萨斜塔建于1173年。建到29m左右时，因明显倾斜而停止。94年复工后，6年完工，达到48m。1360恢复，10竣工，8层，塔高55m。目前北侧沉降1m以上，南侧沉降近3m，南北两端沉降差1.80m，塔顶中心偏离中心线5.27m，倾斜5.50。本工程是地基不均匀沉降引起建筑物倾斜的典型实例。案例2:加拿大Transcom Barn，平面尺寸23.5m×59.4m，高度31m，体积36500m3，基础为钢筋混凝土筏板基础，厚度0.6m，埋深3.6m，基础为软粘土层，厚度19165438+。当装满谷子的粮仓达到额定容积的87.7%时，发现粮仓下沉。24小时内，西段下沉8.8 m，东端抬升1.5m，倾角近270°，上部谷仓完好无损。案例三:上海工业展览馆中央大厅为框架结构，箱形基础，埋深7.27 m，两翼展厅为条形基础，地基为高压缩性淤泥质粘土。展馆于1954开工，当年年底实测地基平均沉降60cm。1957年，中央大厅周边最大沉降量达到146.55cm，这三种地基的性质，这三种地基事故的原因以及相应的处理方法，在讲座中有所论述。在谈到比萨斜塔的倾斜时，学生们情绪高涨，提出了比萨斜塔为什么倾斜、是否会继续下沉、如何应对等一系列问题。分析了倾斜的原因。地基持力层为粉砂，其下为淤泥和粘土层。地基压缩层不均匀，造成倾斜。现在每年下沉1mm。处理措施:1838—1839开挖环形基坑卸荷；1933—1935基坑防水处理、基础环注浆加固；1992年7月对塔身进行加固，采用称重法和取土法对基础进行处理，总结出几种处理方法。第二种情况，破坏时地基实际承载力小于基底压力，谷仓基因超载导致强度失效而滑移。处理方法:在粮仓下增加70多个支撑基岩的混凝土墩，用388台50t千斤顶及支撑系统对粮仓进行逐步纠偏。情况3是由软土的高压缩性引起的。地基的过度变形严重影响结构的正常使用。根据苏联专家、清华大学陈希哲教授和陈良生教授的观察分析，认为裂缝修补后可以继续使用。1979年9月，中央大厅累计平均沉降量达到160cm。从1957到1979的22年间，沉降只有20cm左右，说明沉降已经趋于稳定。但由于地基下沉严重，导致楼内外连接的室外水、电、暖气管道破裂。此外，从生活的点点滴滴出发，激发学生学习课程的兴趣。比如说到地基的“穿越”功能，直接穿过沼泽(淤泥或淤泥质土)行走或铺草包都不容易，但放一块厚木板就能解决。为什么会这样？提出问题，让学生讨论，然后分析总结。通过以上的指导，学生可以认识到基础工程的重要性，自然把基础问题归结为两大问题:强度和变形。从实际工程出发，提出问题，采用启发式教学，启发学生独立思考和探索，使学生寻求答案，注重培养学生的独立思考能力，掌握解决基础工程实际问题的基本方法和思维规律，建立一套适合自己的逻辑思维方法和思维方法，进而变“被动接受”为“主动学习”，提高学生的学习能力、创新能力和分析问题、解决问题的能力。
第三，工程意识的培养
(一)提高教师的工程意识和专业素养
基础工程兼具理论性和实践性，教师在课堂上要注意理论联系实际。一方面要求教师有深厚的基础理论知识和专业知识，另一方面要求教师有实际工程经验，否则教学过程只能照本宣科，学生学习积极性差，教学效果不好。为此，该校土木工程学院的老师们也在以下几个方面做了尝试和努力。(1)青年教师参加国家留学基金委与加州大学圣地亚哥分校(UCSD)联合举办的“高等学校专业课教师海外培训项目”。他们通过半年的英语语言能力、专业课程教学、课堂活动、专业教学研究等方面的培训和学习，吸收多元文化，学习发达国家最新科技成果，强化专业和语言技能，推动西部地区高等教育改革进程，提高西部地区教育与世界接轨的能力。(2)要求在读和刚毕业的青年博士必须在实验室工作一年，参与实验室的教学和科研，加强青年教师的实践能力。(3)暑期选派青年教师轮流到工程局项目部进行现场培训，提高工程实践能力。(4)学院建筑工程系50%的教师通过国家一级注册结构工程师考试，通过复习充分熟悉相关的国家、行业乃至地区规范，在教学中做到融会贯通。取得资格证的老师一般都是企业的技术顾问，在合作的同时也培养和提升自己的实践能力。此外，青年教师积极参与工程勘察、设计和施工，进一步提高了教师的工程素养，逐步形成了一支教育理念先进、专业知识扎实、工程经验丰富的教师队伍，保证了教学各环节对学生工程意识的培养。在教学过程中适当引入“岩土工程师”、“结构工程师”等从业人员国家题库中关于实践的一些内容，通过课堂分析讲解，枯燥的课程也不会枯燥，可以事半功倍。
(二)加强实践教学，培养学生的工程意识。
相对稳定的实习基地是落实实习内容、保证实习效果的基础。目前，我校土木工程学院已与部分国家铁路局、铁路第一勘察设计院、中铁集团部分工程局、甘肃建工总公司所属公司、兰州众合房地产开发有限公司、中铁一院集团甘肃勘测院、学校设计院、监理公司等一大批企事业单位联合建立了校内外实习基地。此外，鼓励学生在保证安全和完成实习任务的前提下，联系拟就业单位进行生产实习。配合实施卓越工程师培养计划，与中铁二十一局、中铁西北研究院、兰州铁道设计院等单位签订合作协议，建设国家工程实践教育中心，进一步扩大实践基地。通过与教学实践基地的紧密合作，带领学生参观兰州各种代表性工程，如城区高层住宅楼基坑开挖、基坑支护，设置数米长的支护桩、预应力锚杆、土钉墙；在湿陷性黄土地基中，利用土和灰土挤密桩消除地基土的湿陷性，让施工现场的项目经理形成现场教学，介绍施工过程、施工中的问题及对策，使学生对基坑工程形成感性认识。在实地参观了各种浅基础形式后，明确了基础加固与上部结构的搭接方法，使学生明确了各种基础的适用条件、基本构造和加固要求。在桩基教学中，通过参观打桩现场，了解桩的种类和特点、桩间距、桩径、适用范围、打桩工艺和桩的质量检验。通过现场观察，增加了学生学习该课程的兴趣，培养了学生的工程意识，加深了学生对土木工程专业的理解。从2012开始，学校每年都设立开放实验项目，学生积极参与，每组学生由一名老师带领。通过选题、查找资料、制定实验方案、实验和计算分析等训练，培养了学生的实践能力和创新能力。在基础工程教学过程中，根据讲课进度，以“墙下钢筋混凝土条形基础设计”、“柱下钢筋混凝土独立基础设计”、“桩基设计”为题，给出设计框图。根据给定的地质条件，要求学生完成三种基础的设计。另外，对情况掌握较好的同学可以进一步要求学习PKPM、JCCAD等软件，对手算结果进行对比分析。通过大型作业的综合训练，加强学生对书本知识的理解，熟练掌握典型浅基础和深基础的整个设计过程和相应的构造要求，使学生在设计过程中温故而知新。在多年的基础工程教学中，通过对概念设计、地基承载力、基础方案选择等几个关键问题的讨论，让学生理清思路，掌握设计原则。通过工程案例的分析，使学生深刻理解基础工程的重要性，掌握分析和解决基础工程实际问题的基本方法和思维规律。通过督促教师提高工程素养，确保课内外、校内外全方位培养学生的现代工程意识。通过体验、实训、综合训练等实践教学环节，培养了学生的工程意识和实践能力，用人单位满意率显著提高。
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