关于路基支挡结构内容的教学体会

摘要：支挡结构的教学内容是路基工程课程的重要组成部分，论文讲授了支挡结构章节的教学大纲、教学难点及教学方法，系统地阐述了作者的支挡结构的教学体会，能为类似内容的教学工作提供学习参考。

关键词：路基工程；支挡结构；教学体会

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）15-0040-03

当出现高大路堤、路堑及边坡无法满足规范要求的稳定性时，需要在路基中设置支挡结构；同时，为节约土地资源，在城区和城郊线路中也常常设置轻型支挡结构减小路堤放坡的占地面积。对于道路与铁道工程专业的本科生而言，毕业参加工作后马上就会在设计、施工以及养护工程中涉及支挡结构内容；因此，必须让学生完全理解并掌握这部分的知识点，同时要求他们明白规范中各个条款的前因后果，从而使他们到工作岗位后，能因地制宜，解决各类不同条件的工程问题；同时，还要针对以后学生不同的工作去向，有意识地布置知识点中的思考点，激发学生自主学习。

一、支挡结构在路基工程教学的地位

路基工程的教学工作量一般在46学时，支挡结构的工作量一般要求不少于10学时，因此，支挡结构设计是路基工程的重要一部分。

1.支挡结构的内容。支挡结构设计的内容，从结构特点和涉及内容上来分，分为三部分内容，即墙背土压力理论与计算、路基支挡结构设计和特殊条件下的结构设计，各自的教学要求和学时安排见表1所示。对于主动土压力理论和计算、支挡结构的验算内容和方法、重力和悬臂式挡墙需要重点掌握。

2.支挡结构与路基其他章节的相互关系。支挡结构章节虽然具备独立的内容，自成一个体系，但与其他章节具有很大关联，因此在教学过程中也要实现相互穿插。（1）与路基边坡稳定性章节的相互关系。通常在授课过程中，对于路基边坡的设计讲授完成后，开始面授支挡结构部分内容。因此，通常要在本章开篇就与学生交待，由于稳定性计算过程中在变坡后仍无法满足，需要设置成本更高的支挡结构来实现。（2）与路基受力和变形章节的相互关系。支挡设计中，与学生交待支挡结构的受力问题时，需要交代上部荷载（公路与铁路稍有不同，铁路需要考虑轨道和机车车辆，而公路需要考虑车辆类型）；因此，这时可以补充和温习换算土柱部分的教学内容，让学生知道前面所学的内容在具体问题中应用。（3）与路基排水与防护章节的相互关系。支挡结构中一定要做好排水，否则增加了设计的外力，可以让学生重新学习排水的重要性，明白工程出现的边坡工程问题极大部分是由于排水不恰当造成，可以用“治坡就在治水”这样的话语进行强调，让学生重视排水的重要性，避免工作后出现大的问题。（4）与特殊土路基章节的相互关系。通常特殊土中设置支挡结构，启发学生需要注意哪些问题。比如，在冻土地区（包括北方的季节性冻土）挡墙设计中，需要考虑冻胀力。

3.支挡结构在目前工程中的应用情况。这一部分内容，应该放在本章讲授前，给学生对支挡结构有一个总体感觉。首先，应讲授我国目前高大的边坡，可以举例兰新铁路越岭地段的高大边坡，告诉学生边坡高度、填料方量，给学生一个视觉的冲击；然后，讲授一下增大路基边坡坡度，能减小多少填料方量，给出具体的计算值，让学生感觉设置挡墙的重要性；另外，还可以讲授京沪高速铁路设置扶壁式挡墙后，节省了多少土地，按北京的土地价值换算成节省的工程成本，也能让学生知道如何节省工程造价。同时，可以采用图片的形式列举各个不同场合应用支挡结构的情况，比如在高大路堑、隧道出口、倒石堆、滑坡地段等，让学生理解挡墙的应用广泛性。

二、支挡结构教学难点

1.特殊条件下的土压力的计算。对于地震、浸水等特殊地区的支挡结构的土压力计算，土压力的计算与普通挡墙的区别。对于地震地区的土压力计算，首先介绍地震对结构物的破坏主要来自水平方向剪切波，而引出为什么在地震区土压力计算只增加一个水平的地震角即可，同时要强调地震角的影响因素和不同区域的地震设计烈度的概念。对于浸水条件下的土压力内容，首先告诉学生什么情况会出现浸水地区，可以播放水库、临河、高地下水位等地段的路基图片，让学生有感观认识；然后引导学生，在这种地区中的挡墙墙背将会受到怎么样的附加力；同时，也要告诫学生，在普通地区设置中避免出现墙背静水压力。

2.重力式挡墙的结构要求。对于规范中提出了诸多如墙顶宽度、墙胸坡度、伸缩或沉降缝距离等结构设计要求，这些内容给学生介绍时，学生往往比较迷茫，有时候课后学生问为什么必须这样做。因此，在这部分授课中，尽量让学生完全理解这样设置的原因。比如，墙顶宽度的结构设计要求，要告诉学生墙顶是养护人员用来通行的、围栏位置区域，同时对于混凝土挡墙要满足结构性的基本要求。

3.新型挡墙设计。对于新型挡墙的设计，无论在墙背土压力的计算，还是结构稳定性验算，都与重力式挡墙的设计不同；因此，需要克服重力式挡墙内容对新型挡墙结构讲授的影响。（1）加筋挡墙。对于加筋挡墙，首先告诉学生挡墙墙背的土压力完全与普通挡墙不同，筋条（加筋材料）主要是用来克服面板产生的土压力，因此需要强调面板所受的土压力的计算；同时，需要讲解筋条设计过程。对于稳定性的验算，加筋挡墙设计包含了两部分，分别是与普通挡墙相同的整体稳定性验算，以及对于单根筋条的局部稳定性验算。（2）悬臂式挡墙。对于悬臂式挡墙，其墙背的土压力计算、结构设计以及稳定性验算的顺序等方面有所区别。对于墙背的土压力计算，需要告诉学生，规范推荐的悬臂式土压力计算方法是基于布涅斯克弹性理论，而普通挡墙设计是采用库伦理论，计算理论存在很大差异。结构设计方面，在介绍悬臂式挡墙时，就要着重介绍各部分的名称，同时，还需要讲解哪几部分内容需要设计人员来完成，设计过程中需要满足什么构造要求。对于稳定性验算而言，一定要强调一下与重力式挡墙稳定性验算顺序的区别，重力式挡墙首先验算水平滑移稳定性分析，而悬臂式挡墙的首先需要验算倾覆稳定性。

三、支挡结构教学的方法手段

1.不同墙背土压力的求解。正如前面所述，土压力计算是支挡结构设计的重点，对于常见的墙背的形式——倾斜式、俯倾式和直立式，学生常会混淆。为了达到目标，设置了最简单的一个例题，计算三者的土压力，让学生从计算中得到启示，哪种墙背受到的土压力最小。同时，在课堂中要重点讲述一下朗肯、库伦土压力的适用范围；对于库伦土压力，需要将推导过程简单地在课堂中阐述，至于求解过程，让有兴趣和能力的同学完成，并提供给他整个推导过程，激发学生对研究的兴趣。而对于一些复杂的挡墙墙背的土压力，将《铁路工务技术手册，路基》中土压力的计算表格单独复印分发给学生，并在具体的一道例题中教学生如何使用，并让学生举一反三，做到完全掌握。

2.重力式挡墙的设计。在讲授重力式挡墙的开始阶段，就给学生一个想象空间：一个挡墙会出现什么样的破坏？并引导他们往三种破坏思考。学生最容易思考到是抗滑和抗倾覆破坏，在此时同时问学生：如果这两项不满足怎么办？学生就想到，出现哪种破坏就采取哪一种措施。同时，提示学生挡墙就像一种结构物，最重要的是完成地基的承载，引导学生想到基底承载力的验算；同时，告诉学生存在着水平分量，因此就有基底偏心的现象，引导学生对于土体这种材料，能否能承受拉力，学生就能想象到需要偏心距的验算。而对于挡墙的构造设计，就同上述进行传授。这样，学生能比较有兴趣并能比较全面地掌握重力式挡墙的设计。

作者采用以上的教学方法，进行了三个教学循环，从三届毕业生的反馈来看，达到了预期的目标。作者通过提交在这个教学环节的体会，希望能达到抛砖引玉的效果。

致谢：以上体会是同北京交通大学路基工程教学组的老师们共同探讨后提出，在论文撰写过程中得到了课程负责人刘建坤教授的大力指导，在此对各位老师表示感谢。

参考文献：

[1]刘建坤，曾巧玲，侯永峰，等.路基工程（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[2]郝瀛.铁道工程[M]..北京：中国铁道出版社，2000.

[3]杨广庆.路基工程[M].北京：中国铁道出版社，2003.

[4]李海光.新型支挡结构设计与工程实例[M].第2版.北京：人民交通出版社，2007.

作者简介：沈宇鹏（1977-），男，讲师，博士，从事路基工程和岩土工程的教学和科研工作。