現(xiàn)代注漿理論與技術(shù)案例教學(xué)探索

李曉龍 鐘燕輝 張蓓

摘要：現(xiàn)代注漿理論與技術(shù)是一門實踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程，案例教學(xué)在課堂教學(xué)中占據(jù)重要地位，是落實實踐育人、提升學(xué)生解決實際工程問題能力、培養(yǎng)高素質(zhì)專業(yè)人才的重要環(huán)節(jié)。結(jié)合課程特點，在案例教學(xué)方面開展了積極探索，通過優(yōu)化案例設(shè)置、多形式案例資料準(zhǔn)備和系統(tǒng)化多模式講解、加強(qiáng)課堂研討等方式，激發(fā)了學(xué)生的專業(yè)興趣和學(xué)習(xí)積極性、主動性，加強(qiáng)了實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)，加深了學(xué)生對工程背景的認(rèn)識和理解，提升了學(xué)生的工程意識和對專業(yè)知識的綜合應(yīng)用能力，起到了良好教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：工程基礎(chǔ)設(shè)施;病害處治;注漿;案例教學(xué)

中圖分類號：G521 ????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1課程簡介

現(xiàn)代注漿理論與技術(shù)是鄭州大學(xué)工程安全與防護(hù)優(yōu)勢特色學(xué)科群的特色專業(yè)課程，該課程以現(xiàn)代注漿技術(shù)在工程基礎(chǔ)設(shè)施安全防護(hù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用為背景設(shè)立，主要講授內(nèi)容包括：注漿技術(shù)概述、注漿材料、注漿理論、注漿設(shè)備、注漿技術(shù)和工程案例六個部分。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解工程基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域存在的巖土工程災(zāi)害問題及注漿技術(shù)的發(fā)展歷程，熟悉現(xiàn)代注漿技術(shù)的類型、方法和基本原理，掌握注漿材料的特性，了解現(xiàn)代注漿技術(shù)在交通、水利及市政基礎(chǔ)設(shè)施病害修復(fù)、除險加固中的應(yīng)用，了解現(xiàn)代注漿技術(shù)的發(fā)展趨勢，能夠初步運(yùn)用現(xiàn)代注漿技術(shù)處理工程實際問題。

2課程設(shè)置背景

我國交通、水利、市政等工程基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模龐大，面臨的安全形勢十分嚴(yán)峻。截止2019年底，全國已建公路隧道17738座，鐵路隧道15117座;高鐵運(yùn)營總里程3.5萬公里，占全世界高鐵總里程2/3以上;高速公路通車?yán)锍?4.26萬公里;城市軌道交通總里程達(dá)6600km，均居世界第一位。到2019年，擁有堤防31萬公里，水庫大壩9.8萬余座，是世界上水庫大壩存量最多的國家。城市地下管網(wǎng)規(guī)模巨大，其中供水、排水、燃?xì)饧肮峁芫W(wǎng)超過200萬公里。

受惡劣地質(zhì)條件的影響，滲漏、突涌水、塌方等災(zāi)害始終是隧道施工過程中無法回避的技術(shù)難題，嚴(yán)重威脅工程設(shè)備和人員安全。路基工后沉降惡化軌道平順度，成為制約高鐵列車運(yùn)行安全、制約服務(wù)效能發(fā)揮的一個重要問題。隨著運(yùn)營時間增長，路面唧泥、脫空等常見病害逐漸增多，每年10%的道路進(jìn)入大中修，養(yǎng)護(hù)維修任務(wù)日趨繁重。由于水文地質(zhì)條件、長期運(yùn)營等因素的影響，地鐵普遍存在滲漏問題，加劇隧道不均勻沉降，導(dǎo)致襯砌開裂，影響隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和行車安全。受長期運(yùn)行影響，大量堤防、大壩存在滲漏病害，威脅堤壩安全。在市政領(lǐng)域，由于地下水引發(fā)的滲漏、開裂、腐蝕等病害普遍存在，造成水資源浪費(fèi)、環(huán)境污染等問題突出，城市內(nèi)澇、道路坍塌等事件頻發(fā)，導(dǎo)致重大損失和惡劣社會影響。

注漿作為一種施工便捷、適用性強(qiáng)的非開挖修復(fù)手段，在交通、水利、市政等工程基礎(chǔ)設(shè)施安全防護(hù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。研發(fā)快捷高效的注漿加固新材料、新技術(shù)和新理論始終受到人們的關(guān)注。國內(nèi)外已研制出百余種化學(xué)灌漿材料，按其主劑大體可分為水玻璃、丙烯酰胺、木質(zhì)素、脲醛樹脂、聚氨酯等8類。尤其是近年來，具有自膨脹特性的雙組分聚氨酯類高聚物注漿材料及其高壓注射技術(shù)在國際上發(fā)展十分迅速，應(yīng)用日趨廣泛，成為巖土工程領(lǐng)域具有明顯特色的發(fā)展方向。因此，面向碩士研究生開展現(xiàn)代注漿理論和技術(shù)教學(xué)，對于提升研究生專業(yè)素養(yǎng)、增強(qiáng)解決實際工程問題能力具有重要意義。

3課程特點

現(xiàn)代注漿理論與技術(shù)課程最大的特點是實踐性，很多注漿技術(shù)都是在解決實際工程問題過程中應(yīng)運(yùn)而生的。二次世界大戰(zhàn)以來，國際上高速公路、機(jī)場、高速鐵路、地鐵、市政管網(wǎng)、人防工程、堤防大壩、輸水隧洞等工程基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展迅速。針對不同類型工程病害，提出了不同的注漿方法。從注漿目的來看，總體可分為滲漏處治、地層改良、結(jié)構(gòu)抬升糾偏、脫空填充等類型;注漿目的、處治對象、使用的注漿材料不同，所采用的注漿方法、施工工藝存在很大差異。例如地鐵盾尾同步注漿、結(jié)構(gòu)物抬升注漿、隧道防滲帷幕注漿在施工工藝上存在很大差別;同樣是劈裂注漿，采用傳統(tǒng)非膨脹型漿液與采用具有自膨脹特性的高聚物注漿材料，注漿工藝區(qū)別很大。因此在教學(xué)過程中，圍繞注漿技術(shù)在不同類型工程中的應(yīng)用，需要做針對性講解，要把相應(yīng)的注漿參數(shù)設(shè)計方法、注漿工藝區(qū)別介紹清楚。

4案例教學(xué)的重要性

針對課程實踐性強(qiáng)的特點，為了充分利用有限的課堂教學(xué)時間，使學(xué)生能夠深刻理解注漿基礎(chǔ)理論知識并將其靈活運(yùn)用于工程實踐中解決具體問題，提升學(xué)生創(chuàng)新實踐能力，加強(qiáng)案例教學(xué)十分必要。

一方面，學(xué)生普遍缺乏工程實踐經(jīng)驗，對工程背景感性認(rèn)識不足，單純的理論講解聽起來單調(diào)枯燥，由于案例教學(xué)的內(nèi)容是具體的工程實例，具有形象、直觀、生動的形式，使學(xué)生能夠直接感受到注漿技術(shù)的工程應(yīng)用價值，有利于激發(fā)其專業(yè)興趣和學(xué)習(xí)積極性，加深對注漿技術(shù)基本原理、基本概念和設(shè)計計算方法的理解和認(rèn)識。通過系統(tǒng)化的案例教學(xué)，使抽象的專業(yè)理論知識通俗化、形象化，借助案例環(huán)境的呈現(xiàn)，提升學(xué)生綜合利用專業(yè)知識解決工程問題的能力。

另一方面，案例教學(xué)是實踐育人的內(nèi)在需要。堅持教育與社會實踐相結(jié)合，是黨的教育方針的重要內(nèi)容。加強(qiáng)實踐育人工作，對于不斷增強(qiáng)學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神、善于解決問題的實踐能力，具有不可替代的重要作用。而案例教學(xué)是“新工科”理念下構(gòu)建新型實踐教學(xué)體系、人才培養(yǎng)模式的迫切需求，是實踐育人的重要表現(xiàn)形式和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)理論教學(xué)與實踐培訓(xùn)之間的平衡與融合，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力，增強(qiáng)實踐能力的重要途徑，對于培養(yǎng)新時代新型工程技術(shù)人才具有重要意義。

5案例庫建設(shè)

為了保障教學(xué)效果，對案例進(jìn)行了細(xì)致遴選。對案例的要求有這樣幾個方面：要典型，有代表性，能夠反映某一種特定的工程類型;在注漿設(shè)計、施工或應(yīng)用方面有重大創(chuàng)新，在科研上有特色，有利于啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維;或者在業(yè)界有較高的知名度。基于上述原則，按照工程對象所屬領(lǐng)域和類型對案例進(jìn)行分類，把注漿技術(shù)劃分堤壩防滲加固、高鐵無砟軌道板沉降修復(fù)、高速公路、機(jī)場道面隱蔽病害處治、隧道及地下工程水害防治、地下排水管道滲漏修復(fù)、地基加固、建筑結(jié)構(gòu)糾偏抬升等類型，分別設(shè)置了相應(yīng)的代表性案例。

例如高速公路隱蔽病害處治選用了安新高速高聚物注漿修復(fù)案例。該路段于1997年11月28日建成通車，由于交通流量大，尤其是隨著重載車輛的不斷增多，病害日趨嚴(yán)重，特別是雨后唧泥問題已成為安新高速的“頑疾”。管養(yǎng)單位每年投入了大量經(jīng)費(fèi)，采取了水泥壓漿、開挖換填、加鋪面層等多種處治措施，均未達(dá)到根治病害的效果。2007年，以安新段為依托組織實施了“高速公路快速修復(fù)高聚物注漿技術(shù)”示范工程，80天內(nèi)處治唧泥、翻漿等病害24000余處，一次性處治完好率達(dá)95%，該示范工程被專家認(rèn)為是“我國高速公路快速維修的成功范例”。

6案例教學(xué)方法

引導(dǎo)學(xué)生提前預(yù)習(xí)。由于課堂教學(xué)時間十分有限，為了在有限教學(xué)時間內(nèi)使學(xué)生能夠全面掌握案例教學(xué)內(nèi)容，需引導(dǎo)學(xué)生提前做好預(yù)習(xí)，為此把案例有關(guān)資料提前2～3天通過微信、QQ、電子郵件等方式發(fā)送給學(xué)生。案例資料形式可多種多樣，可以是網(wǎng)絡(luò)資源、圖片，也可以是視頻、文獻(xiàn)等。資料內(nèi)容需涵蓋工程背景、地質(zhì)條件、病害特征、規(guī)模、注漿設(shè)計施工方法及修復(fù)效果等方面，通過提前預(yù)習(xí)，使學(xué)生對案例背景、處治方案有一個初步了解。

在案例講解過程中，對案例所處水文及工程地質(zhì)環(huán)境、病害形成原因、注漿加固修復(fù)對策及注漿實施方案等做系統(tǒng)介紹。例如針對水泥混凝土路面板底脫空病害處治案例，首先講清楚板底脫空的形成原因、對路面結(jié)構(gòu)的危害以及病害檢測方法，然后介紹采用高聚物注漿技術(shù)的原因，說明高聚物材料與傳統(tǒng)水泥漿相比在脫空處治方面的優(yōu)點，最后介紹注漿孔布置方案、成孔方法、注漿設(shè)備、注漿工藝流程和修復(fù)效果檢測方法。通過對案例的系統(tǒng)講解，使學(xué)生深入認(rèn)識不同類型工程基礎(chǔ)設(shè)施典型病害形成原因和特征、常用的注漿材料、修復(fù)方法和設(shè)計施工流程。

在課堂教學(xué)過程中，安排一定的時間，圍繞案例問題，組織大家進(jìn)行討論，鼓勵學(xué)生思考，從項目負(fù)責(zé)人的角度自主提出注漿加固方案，講述擬采用的注漿材料、注漿方法及注漿參數(shù)，并對制定方案的依據(jù)做出說明;鼓勵學(xué)生大膽說出自己想法并勇于對既有方案提出質(zhì)疑。然后由老師對方案合理性進(jìn)行點評，通過這種方式啟發(fā)學(xué)生思維，培養(yǎng)創(chuàng)新思想，增強(qiáng)工程意識，形成科學(xué)的注漿設(shè)計思路，提高利用所學(xué)知識解決實際工程問題的能力。

7結(jié)語

圍繞實踐育人的要求，針對現(xiàn)代注漿理論與技術(shù)課程實踐性強(qiáng)的特點，以提升研究生專業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新實踐能力為目標(biāo)，在案例教學(xué)方面開展了積極探索，通過優(yōu)化案例設(shè)置、多形式案例資料準(zhǔn)備和系統(tǒng)化多模式講解、課堂研討等方式，強(qiáng)化案例教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生專業(yè)興趣和學(xué)習(xí)主動性，實現(xiàn)了理論教學(xué)與實踐培訓(xùn)之間的平衡與融合，提升了學(xué)生的工程意識，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新能力和對專業(yè)知識的綜合應(yīng)用能力，保障了教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。

基金項目：2019年鄭州大學(xué)專業(yè)學(xué)位研究生教學(xué)案例建設(shè)項目“裂隙巖體水害防治注漿技術(shù)”（編號：YJSAL201902）;2020年鄭州大學(xué)教學(xué)改革項目“基于信息化平臺的隧道工程線上線下多元化教學(xué)模式探索”（編號：2020XJGLX097）。

作者簡介：李曉龍，（1977-），男，漢族，河南省南陽市，副教授，博導(dǎo)，河南省高校科技創(chuàng)新人才，“基礎(chǔ)工程設(shè)施安全防護(hù)理論與技術(shù)”教育部創(chuàng)新團(tuán)隊學(xué)術(shù)骨干，研究方向：交通與水利基礎(chǔ)設(shè)施安全防護(hù)高聚物注漿理論與技術(shù)。

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