裝配式技術(shù)與基礎(chǔ)課程教學(xué)探討論文

　　國(guó)家積極倡導(dǎo)土木工程向優(yōu)質(zhì)、節(jié)約、環(huán)保和工業(yè)化方向發(fā)展，整個(gè)行業(yè)急需掌握預(yù)制裝配化的專業(yè)技術(shù)人才，以帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的升級(jí)發(fā)展。橋梁的施工技術(shù)需要不斷的探討研究，因施工工藝和橋梁結(jié)構(gòu)形式存在多樣性，不同的施工環(huán)境和施工技術(shù)會(huì)產(chǎn)生新型的橋梁形式。伴隨施工技術(shù)的進(jìn)步，裝配式施工方式應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)的出現(xiàn)是中國(guó)橋梁施工技術(shù)的一大突破�！肮�廠化制造，裝配式施工”模式是土木工程施工的發(fā)展方向，在橋梁主梁、防撞欄桿等上部結(jié)構(gòu)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。但對(duì)于橋墩、承臺(tái)等下部結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的做法還是以現(xiàn)場(chǎng)澆筑的方式進(jìn)行設(shè)置，沒(méi)有體現(xiàn)“工廠化制造，裝配式施工”的觀點(diǎn)。隨著下部結(jié)構(gòu)裝配式技術(shù)研究的逐步開展和示范性工程的實(shí)踐，傳統(tǒng)課程內(nèi)容也不適合土木工程發(fā)展的要求。目前，墩臺(tái)與基礎(chǔ)課程教改論文選題主要集中在傳統(tǒng)教學(xué)領(lǐng)域，比如啟發(fā)式教學(xué)、板書與多媒體并重、注重能力考核、教師與學(xué)生加強(qiáng)互動(dòng)等方面［1－5］。如何在傳統(tǒng)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，在課程教學(xué)中引入裝配式施工理念，尚未見(jiàn)相關(guān)教改論文發(fā)表，這是值得探討的一個(gè)問(wèn)題。

　　一、裝配式橋墩技術(shù)的發(fā)展

　　裝配式橋梁墩柱的施工是目前一種比較成熟的施工方式。該方式性能可靠，施工方便便捷，大大縮短了施工工期。但是該技術(shù)操作相對(duì)比較困難，對(duì)施工人員的素質(zhì)要求比較高。目前預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)主要應(yīng)用在低地震烈度區(qū)。隨著對(duì)預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩抗震性能研究的增多，對(duì)其抗震性能的了解認(rèn)識(shí)就越深入，也促進(jìn)了節(jié)段拼裝橋墩技術(shù)在中高地震烈度區(qū)的應(yīng)用。預(yù)制節(jié)段的拼接縫如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，往往成為橋梁體系的薄弱環(huán)節(jié)，使人對(duì)節(jié)段拼裝橋墩技術(shù)產(chǎn)生整體性能差、抗震能力弱的印象。但從目前國(guó)外已有的研究成果來(lái)看，只要合理設(shè)計(jì)，節(jié)段拼裝橋墩是可以具有良好抗震性能的。如果利用新材料、新構(gòu)造思路、新設(shè)計(jì)理念，節(jié)段拼裝橋墩還可以獲得比現(xiàn)澆橋墩更優(yōu)異的抗震性能。裝配式橋墩設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是鋼筋的連接技術(shù)。最常見(jiàn)的類型有:鋼筋焊接器、螺紋鋼筋連接器、螺釘錨固連接器、鋼筋拼接連接器、灌漿套筒連接器、灌漿螺紋套筒連接器等。灌漿連接器相比其他類型應(yīng)用得更為普遍。其他的連接形式有:(1)灌漿波紋管的連接方式，該連接構(gòu)造常用于墩身與承臺(tái)或墩身與蓋梁的連接，預(yù)制墩身通過(guò)預(yù)埋于蓋梁或承臺(tái)內(nèi)的灌漿金屬波紋管連接墩身內(nèi)伸出的鋼筋，在墩身與蓋梁或承臺(tái)之間的接觸面往往采用砂漿墊層，墩身節(jié)段之間采用環(huán)氧膠接縫構(gòu)造。該構(gòu)造現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間短，但需要滿足縱筋足夠的錨固長(zhǎng)度，其力學(xué)性能與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土橋墩類似。目前國(guó)外已有少數(shù)橋梁使用這種連接構(gòu)造進(jìn)行施工，高地震危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)應(yīng)用較少。(2)承插式連接構(gòu)造是將預(yù)制墩身插入基礎(chǔ)對(duì)應(yīng)的預(yù)留孔內(nèi)，插入長(zhǎng)度一般為墩身截面尺寸的1．2～1．5倍，底部鋪設(shè)一定厚度的砂漿，周圍用半干硬性混凝土填充。優(yōu)點(diǎn)是施工工序簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量少。很明顯，這種連接形式的性能表現(xiàn)、預(yù)制組件的埋置深度是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。后張預(yù)應(yīng)力方式采用預(yù)應(yīng)力鋼鉸線串聯(lián)成整體，在構(gòu)件的拼接段上涂以環(huán)氧樹脂水泥膠薄層，在其硬化前合攏使拼接面密貼，提高結(jié)構(gòu)抗剪能力、整體剛度和不透水性。預(yù)應(yīng)力鋼束使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，連接處可應(yīng)用耗能鋼筋增加整個(gè)結(jié)構(gòu)的能量耗散能力。在此系統(tǒng)中經(jīng)常觀測(cè)到具有自復(fù)位能力的“旗幟型”滯回曲線、新技術(shù)的采用，比如形狀記憶合金代替普通鋼筋、水泥基纖維復(fù)合材料等。

　　二、裝配式技術(shù)理念在課程教學(xué)中的體現(xiàn)

　　墩臺(tái)與基礎(chǔ)課程為土木工程專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程主要講授常見(jiàn)的墩臺(tái)、地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法等內(nèi)容，包括地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原則、淺基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、擋土墻、基坑工程等。通過(guò)學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本原理，具有進(jìn)行一般工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)劃的能力，并能結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和施工知識(shí)，分析地基基礎(chǔ)問(wèn)題，從而保證各類橋梁安全可靠，正常使用，不發(fā)生各種地基基礎(chǔ)工程事故。該課程知識(shí)覆蓋面廣、內(nèi)容豐富、實(shí)踐性強(qiáng)，在教學(xué)中應(yīng)突出重點(diǎn)，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，采用多樣化的教學(xué)手段，重視生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐環(huán)節(jié)，以提高教學(xué)效果。筆者所在學(xué)校墩臺(tái)與基礎(chǔ)課程，選用的教材是人民交通出版社出版的《墩臺(tái)與基礎(chǔ)》一書。在多年教學(xué)實(shí)踐中，筆者認(rèn)為將墩臺(tái)與基礎(chǔ)作為一門課程來(lái)講授效果較好，因?yàn)槎张_(tái)和基礎(chǔ)同屬下部結(jié)構(gòu)，相關(guān)性更強(qiáng)。涉及裝配式技術(shù)的內(nèi)容可以集中以講座形式介紹，也可穿插在各個(gè)章節(jié)中介紹。首先，在講授緒論的時(shí)候，介紹裝配式橋墩施工的工程實(shí)例和這方面的研究熱點(diǎn)。從20世紀(jì)50年代起，中國(guó)就在鐵路建設(shè)中開始嘗試使用裝配式橋墩。在60年代工點(diǎn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展到70年代首次在長(zhǎng)大干線上成段全面采用裝配式橋涵，在多年的實(shí)踐中創(chuàng)造了許多結(jié)構(gòu)形式，積累了不少經(jīng)驗(yàn)，顯示了橋涵建設(shè)裝配化的優(yōu)越性，收到了很好的實(shí)際效果。裝配式橋梁適用于交通較為方便的工點(diǎn)，在復(fù)線施工中有利于減少施工防護(hù)和開挖工作量，縮短工期;在缺乏砂石水及高原嚴(yán)寒地區(qū)，或因當(dāng)?shù)乜陀^條件須盡量壓縮施工現(xiàn)場(chǎng)工程量及勞動(dòng)強(qiáng)度的地區(qū)，采用裝配式結(jié)構(gòu)則更具有現(xiàn)實(shí)意義。如青藏線希格段共修建裝配式橋涵326座，通過(guò)施工運(yùn)營(yíng)的考驗(yàn)，接頭牢固、結(jié)構(gòu)安全，符合強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性方面的要求。著名的成昆鐵路的和平村、張家村、牛日河4號(hào)三座大橋也是拼裝式橋墩，其中牛日河4號(hào)為雙柱式橋墩。但是隨著鐵路運(yùn)輸向重載高速方向發(fā)展，鐵路橋梁中早期的裝配式橋墩設(shè)計(jì)已出現(xiàn)了不少安全隱患，需要重新對(duì)裝配式橋墩的標(biāo)準(zhǔn)圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足現(xiàn)階段的使用要求。公路橋梁方面早期的節(jié)段拼裝橋墩有北京積水潭橋試驗(yàn)工程，工程中的五座橋梁為承插式預(yù)制鋼筋混凝土柱，柱頂預(yù)留鋼筋同現(xiàn)澆后張預(yù)應(yīng)力混凝土帽梁連成整體。中國(guó)著名的跨海大橋東海大橋、杭州灣大橋、上海長(zhǎng)江大橋等，以及近期開工建造的港珠澳大橋也都采用節(jié)段拼裝橋墩的施工方案。其中東海大橋海上段20多公里的梁橋，橋墩墩身采用濕接縫連接的節(jié)段拼裝施工方法，上部結(jié)構(gòu)采用大噸位整體吊裝技術(shù)施工，這些技術(shù)的采用確保大橋在計(jì)劃施工工期內(nèi)順利完成。河北省交通戰(zhàn)備辦公室和石家莊鐵道大學(xué)國(guó)防交通研究所聯(lián)合開展研究的“裝配式公路鋼橋橋墩研制”項(xiàng)目，解決了橋墩搶修和便橋搭設(shè)問(wèn)題，結(jié)束了中國(guó)公路搶修鋼橋自建國(guó)以來(lái)“有梁無(wú)墩”的窘境，提高了公路橋梁搶修(建)的技術(shù)水平和公路交通應(yīng)急保障能力。第二，在講授橋墩構(gòu)造的時(shí)候，增加預(yù)制橋墩與承臺(tái)的連接構(gòu)造的介紹。連接構(gòu)造的分析，比如濕接縫、預(yù)應(yīng)力筋、灌漿套筒、機(jī)械套筒等，見(jiàn)本文第一節(jié)裝配式橋墩的技術(shù)發(fā)展。第三，在施工方面，橋墩裝配按照施工方法分為就地砌筑和預(yù)制安裝兩種方法。新型裝配式橋墩的施工設(shè)計(jì)需要考慮施工單位的起吊機(jī)具、運(yùn)輸工具的載重能力，道路狀況和限界要求，便于管理和互換，自然環(huán)境中的撞擊、磨損或環(huán)境凍融等不利因素對(duì)接縫的影響。在鋼筋的配置上，除了需要確定縱向鋼筋的數(shù)量外，還應(yīng)對(duì)橫向鋼筋(箍筋)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，以確保橋墩及基礎(chǔ)構(gòu)造物具有足夠的延性并能達(dá)到預(yù)期的性能。在參考國(guó)內(nèi)外已有研究成果的基礎(chǔ)上，提出裝配式橋墩的合理配筋。裝配式構(gòu)件的接頭設(shè)計(jì)(包括工藝方面)正確與否至關(guān)重要，因?yàn)樗�直接影響�?gòu)件的受力狀況，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全，同時(shí)也關(guān)系到施工現(xiàn)場(chǎng)的裝配工序、質(zhì)量、勞力、材料等一系列問(wèn)題，所以裝配接頭形式的采用應(yīng)做各方面的比較。這方面需要調(diào)研已有拼裝式橋墩的病害，結(jié)合國(guó)外的最新研究成果，提出裝配式橋墩的設(shè)計(jì)方案。常見(jiàn)的幾種構(gòu)造的裝配式橋墩的施工優(yōu)缺點(diǎn)和施工工藝見(jiàn)表1。第四，在設(shè)計(jì)計(jì)算方面，增加各種鋼筋連接技術(shù)的拉伸破壞試驗(yàn)，以及各種構(gòu)造預(yù)制墩柱的破壞特征和抗震性能的差異等內(nèi)容。教學(xué)中結(jié)合上海市某高速公路和軌道交通橋梁示范性工程，介紹實(shí)驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)方案比較方面的經(jīng)驗(yàn)。

　　三、創(chuàng)新教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情

　　傳統(tǒng)的課程講授主要是知識(shí)的灌輸，學(xué)生是被動(dòng)接受�，F(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆的施工工藝非常成熟，課程講授主要是教導(dǎo)學(xué)生如何按部就班地進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。裝配式技術(shù)理念的講授需要一個(gè)創(chuàng)新的平臺(tái)，因?yàn)閷W(xué)生在學(xué)習(xí)墩臺(tái)與基礎(chǔ)時(shí)已經(jīng)有比較多的知識(shí)儲(chǔ)備，比如土木工程材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)力學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)。學(xué)生可以采用個(gè)人或小組作品競(jìng)賽的方式針對(duì)橋墩不同的部位提出自己的裝配構(gòu)造方式，教師則通過(guò)課后輔導(dǎo)，點(diǎn)評(píng)各種構(gòu)造的優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)這種方式激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，對(duì)好的想法可以進(jìn)一步指導(dǎo)學(xué)生申請(qǐng)專利�？晒┎贾玫南嚓P(guān)題目有:橋墩與承臺(tái)之間的拼接方式;橋墩與蓋梁之間的拼接方式;蓋梁內(nèi)部分段的連接方式;墩柱內(nèi)部分段的連接方式(圖1)。圖1不同部位的預(yù)制拼裝構(gòu)造加強(qiáng)學(xué)生間的互動(dòng)，充分激發(fā)學(xué)生的潛力，組織學(xué)生就課程相關(guān)的學(xué)術(shù)前沿開展科技創(chuàng)新活動(dòng)，讓學(xué)生喜歡這門課程的學(xué)習(xí)，重視橋梁下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工，保障橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全。針對(duì)不同教學(xué)內(nèi)容以及不同學(xué)習(xí)階段，采用討論、示范、啟發(fā)等教學(xué)方法，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生自主而積極地參與學(xué)習(xí)，并進(jìn)行探索創(chuàng)新，使學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考，大膽實(shí)踐，從而提高教學(xué)效果。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　墩臺(tái)與基礎(chǔ)課程是土建專業(yè)必修的主干課程之一，提高課程教學(xué)效果對(duì)提高學(xué)生的專業(yè)能力非常關(guān)鍵。將墩臺(tái)與基礎(chǔ)兩部分結(jié)合起來(lái)講授，更能體現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，有助于學(xué)生掌握從設(shè)計(jì)到施工的各個(gè)環(huán)節(jié)的知識(shí)點(diǎn)。在墩臺(tái)與基礎(chǔ)這一領(lǐng)域向?qū)W生灌輸裝配式技術(shù)理念，符合經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的實(shí)際，是把墩臺(tái)與基礎(chǔ)領(lǐng)域的新成果、新技術(shù)、新工藝和新方法傳授給學(xué)生的重要體現(xiàn)。

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