现代注浆理论与技术案例教学探索

2020-10-09 11:05:33 科教导刊·电子版 2020年21期

李晓龙 钟燕辉 张蓓

摘要:现代注浆理论与技术是一门实践性很强的专业课程,案例教学在课堂教学中占据重要地位,是落实实践育人、提升学生解决实际工程问题能力、培养高素质专业人才的重要环节。结合课程特点,在案例教学方面开展了积极探索,通过优化案例设置、多形式案例资料准备和系统化多模式讲解、加强课堂研讨等方式,激发了学生的专业兴趣和学习积极性、主动性,加强了实践环节培养,加深了学生对工程背景的认识和理解,提升了学生的工程意识和对专业知识的综合应用能力,起到了良好教学效果。

关键词:工程基础设施;病害处治;注浆;案例教学

中图分类号:G521     文献标识码:A

1课程简介

现代注浆理论与技术是郑州大学工程安全与防护优势特色学科群的特色专业课程,该课程以现代注浆技术在工程基础设施安全防护领域的广泛应用为背景设立,主要讲授内容包括:注浆技术概述、注浆材料、注浆理论、注浆设备、注浆技术和工程案例六个部分。通过该课程的学习,使学生了解工程基础设施建设领域存在的岩土工程灾害问题及注浆技术的发展历程,熟悉现代注浆技术的类型、方法和基本原理,掌握注浆材料的特性,了解现代注浆技术在交通、水利及市政基础设施病害修复、除险加固中的应用,了解现代注浆技术的发展趋势,能够初步运用现代注浆技术处理工程实际问题。

2课程设置背景

我国交通、水利、市政等工程基础设施建设规模庞大,面临的安全形势十分严峻。截止2019年底,全国已建公路隧道17738座,铁路隧道15117座;高铁运营总里程3.5万公里,占全世界高铁总里程2/3以上;高速公路通车里程14.26万公里;城市轨道交通总里程达6600km,均居世界第一位。到2019年,拥有堤防31万公里,水库大坝9.8万余座,是世界上水库大坝存量最多的国家。城市地下管网规模巨大,其中供水、排水、燃气及供热管网超过200万公里。

受恶劣地质条件的影响,渗漏、突涌水、塌方等灾害始终是隧道施工过程中无法回避的技术难题,严重威胁工程设备和人员安全。路基工后沉降恶化轨道平顺度,成为制约高铁列车运行安全、制约服务效能发挥的一个重要问题。随着运营时间增长,路面唧泥、脱空等常见病害逐渐增多,每年10%的道路进入大中修,养护维修任务日趋繁重。由于水文地质条件、长期运营等因素的影响,地铁普遍存在渗漏问题,加剧隧道不均匀沉降,导致衬砌开裂,影响隧道结构稳定和行车安全。受长期运行影响,大量堤防、大坝存在渗漏病害,威胁堤坝安全。在市政领域,由于地下水引发的渗漏、开裂、腐蚀等病害普遍存在,造成水资源浪费、环境污染等问题突出,城市内涝、道路坍塌等事件频发,导致重大损失和恶劣社会影响。

注浆作为一种施工便捷、适用性强的非开挖修复手段,在交通、水利、市政等工程基础设施安全防护领域得到了广泛应用。研发快捷高效的注浆加固新材料、新技术和新理论始终受到人们的关注。国内外已研制出百余种化学灌浆材料,按其主剂大体可分为水玻璃、丙烯酰胺、木质素、脲醛树脂、聚氨酯等8类。尤其是近年来,具有自膨胀特性的双组分聚氨酯类高聚物注浆材料及其高压注射技术在国际上发展十分迅速,应用日趋广泛,成为岩土工程领域具有明显特色的发展方向。因此,面向硕士研究生开展现代注浆理论和技术教学,对于提升研究生专业素养、增强解决实际工程问题能力具有重要意义。

3课程特点

现代注浆理论与技术课程最大的特点是实践性,很多注浆技术都是在解决实际工程问题过程中应运而生的。二次世界大战以来,国际上高速公路、机场、高速铁路、地铁、市政管网、人防工程、堤防大坝、输水隧洞等工程基础设施发展迅速。针对不同类型工程病害,提出了不同的注浆方法。从注浆目的来看,总体可分为渗漏处治、地层改良、结构抬升纠偏、脱空填充等类型;注浆目的、处治对象、使用的注浆材料不同,所采用的注浆方法、施工工艺存在很大差异。例如地铁盾尾同步注浆、结构物抬升注浆、隧道防渗帷幕注浆在施工工艺上存在很大差别;同样是劈裂注浆,采用传统非膨胀型浆液与采用具有自膨胀特性的高聚物注浆材料,注浆工艺区别很大。因此在教学过程中,围绕注浆技术在不同类型工程中的应用,需要做针对性讲解,要把相应的注浆参数设计方法、注浆工艺区别介绍清楚。

4案例教学的重要性

针对课程实践性强的特点,为了充分利用有限的课堂教学时间,使学生能够深刻理解注浆基础理论知识并将其灵活运用于工程实践中解决具体问题,提升学生创新实践能力,加强案例教学十分必要。

一方面,学生普遍缺乏工程实践经验,对工程背景感性认识不足,单纯的理论讲解听起来单调枯燥,由于案例教学的内容是具体的工程实例,具有形象、直观、生动的形式,使学生能够直接感受到注浆技术的工程应用价值,有利于激发其专业兴趣和学习积极性,加深对注浆技术基本原理、基本概念和设计计算方法的理解和认识。通过系统化的案例教学,使抽象的专业理论知识通俗化、形象化,借助案例环境的呈现,提升学生综合利用专业知识解决工程问题的能力。

另一方面,案例教学是实践育人的内在需要。坚持教育与社会实践相结合,是党的教育方针的重要内容。加强实践育人工作,对于不断增强学生勇于探索的创新精神、善于解决问题的实践能力,具有不可替代的重要作用。而案例教学是“新工科”理念下构建新型实践教学体系、人才培养模式的迫切需求,是实践育人的重要表现形式和关键环节,是实现理论教学与实践培训之间的平衡与融合,培养学生创新意识、创新能力,增强实践能力的重要途径,对于培养新时代新型工程技术人才具有重要意义。

5案例库建设

为了保障教学效果,对案例进行了细致遴选。对案例的要求有这样几个方面:要典型,有代表性,能够反映某一种特定的工程类型;在注浆设计、施工或应用方面有重大创新,在科研上有特色,有利于啟发学生创新思维;或者在业界有较高的知名度。基于上述原则,按照工程对象所属领域和类型对案例进行分类,把注浆技术划分堤坝防渗加固、高铁无砟轨道板沉降修复、高速公路、机场道面隐蔽病害处治、隧道及地下工程水害防治、地下排水管道渗漏修复、地基加固、建筑结构纠偏抬升等类型,分别设置了相应的代表性案例。

例如高速公路隐蔽病害处治选用了安新高速高聚物注浆修复案例。该路段于1997年11月28日建成通车,由于交通流量大,尤其是随着重载车辆的不断增多,病害日趋严重,特别是雨后唧泥问题已成为安新高速的“顽疾”。管养单位每年投入了大量经费,采取了水泥压浆、开挖换填、加铺面层等多种处治措施,均未达到根治病害的效果。2007年,以安新段为依托组织实施了“高速公路快速修复高聚物注浆技术”示范工程,80天内处治唧泥、翻浆等病害24000余处,一次性处治完好率达95%,该示范工程被专家认为是“我国高速公路快速维修的成功范例”。

6案例教学方法

引导学生提前预习。由于课堂教学时间十分有限,为了在有限教学时间内使学生能够全面掌握案例教学内容,需引导学生提前做好预习,为此把案例有关资料提前2~3天通过微信、QQ、电子邮件等方式发送给学生。案例资料形式可多种多样,可以是网络资源、图片,也可以是视频、文献等。资料内容需涵盖工程背景、地质条件、病害特征、规模、注浆设计施工方法及修复效果等方面,通过提前预习,使学生对案例背景、处治方案有一个初步了解。

在案例讲解过程中,对案例所处水文及工程地质环境、病害形成原因、注浆加固修复对策及注浆实施方案等做系统介绍。例如针对水泥混凝土路面板底脱空病害处治案例,首先讲清楚板底脱空的形成原因、对路面结构的危害以及病害检测方法,然后介绍采用高聚物注浆技术的原因,说明高聚物材料与传统水泥浆相比在脱空处治方面的优点,最后介绍注浆孔布置方案、成孔方法、注浆设备、注浆工艺流程和修复效果检测方法。通过对案例的系统讲解,使学生深入认识不同类型工程基础设施典型病害形成原因和特征、常用的注浆材料、修复方法和设计施工流程。

在课堂教学过程中,安排一定的时间,围绕案例问题,组织大家进行讨论,鼓励学生思考,从项目负责人的角度自主提出注浆加固方案,讲述拟采用的注浆材料、注浆方法及注浆参数,并对制定方案的依据做出说明;鼓励学生大胆说出自己想法并勇于对既有方案提出质疑。然后由老师对方案合理性进行点评,通过这种方式启发学生思维,培养创新思想,增强工程意识,形成科学的注浆设计思路,提高利用所学知识解决实际工程问题的能力。

7结语

围绕实践育人的要求,针对现代注浆理论与技术课程实践性强的特点,以提升研究生专业素养和创新实践能力为目标,在案例教学方面开展了积极探索,通过优化案例设置、多形式案例资料准备和系统化多模式讲解、课堂研讨等方式,强化案例教学,激发了学生专业兴趣和学习主动性,实现了理论教学与实践培训之间的平衡与融合,提升了学生的工程意识,培养了学生创新能力和对专业知识的综合应用能力,保障了教学效率和教学质量。

基金项目:2019年郑州大学专业学位研究生教学案例建设项目“裂隙岩体水害防治注浆技术”(编号:YJSAL201902);2020年郑州大学教学改革项目“基于信息化平台的隧道工程线上线下多元化教学模式探索”(编号:2020XJGLX097)。

作者简介:李晓龙,(1977-),男,汉族,河南省南阳市,副教授,博导,河南省高校科技创新人才,“基础工程设施安全防护理论与技术”教育部创新团队学术骨干,研究方向:交通与水利基础设施安全防护高聚物注浆理论与技术。

参考文献

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