鐵道工程專業(yè)路基邊坡支護(hù)畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐

[摘 要] 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)是最為綜合和關(guān)鍵的一次考核，主要以案例模擬演練的形式為后續(xù)教育和工作奠定基礎(chǔ)。路基作為主要的鐵路線下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式之一，是鐵道工程專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要選題方向。在路基工程建設(shè)中，由于地形地貌差異，它會(huì)衍生大量的邊坡工程，邊坡穩(wěn)定性分析與控制是路基設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。針對(duì)鐵道工程專業(yè)3屆32名應(yīng)屆畢業(yè)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，從邊坡巖土性質(zhì)、路堤和路塹、支擋結(jié)構(gòu)類型三個(gè)角度分類，搜集相應(yīng)的典型案例，提供32個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，每個(gè)題目均涵蓋邊坡穩(wěn)定性分析及滑坡推力計(jì)算、支擋方案比選、設(shè)計(jì)計(jì)算及繪圖等主要內(nèi)容。在畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)施環(huán)節(jié)，進(jìn)行了開題啟動(dòng)會(huì)、任務(wù)分解及每周小組會(huì)議、中期檢查、工程實(shí)踐等工作，并針對(duì)性探索了不同的指導(dǎo)方式。在質(zhì)量評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，探討了形式審查、畢業(yè)答辯、資料歸檔等工作的優(yōu)化實(shí)施方法。從題目確定到質(zhì)量評(píng)價(jià)諸環(huán)節(jié)的系統(tǒng)優(yōu)化，保證了畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行和高質(zhì)量完成。

[關(guān)鍵詞] 鐵道工程;畢業(yè)設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)題目;過程控制;質(zhì)量評(píng)價(jià)

[基金項(xiàng)目] 2021—2023年國家自然科學(xué)基金委員會(huì)國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目“基于冷負(fù)荷時(shí)序特性的多年凍土區(qū)路基分布式制冷防融沉機(jī)制研究”（42001059）

[作者簡介] 胡田飛（1988—），男，河北石家莊人，工學(xué)博士，石家莊鐵道大學(xué)講師，主要從事路基工程研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-9324（2022）16-0161-04 [收稿日期] 2021-07-17

引言

鐵道工程主要指鐵路上的各種土木工程設(shè)施，及鐵路勘測設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)、改建各個(gè)階段運(yùn)用的理論與技術(shù)。鐵道工程專業(yè)的目的是為培養(yǎng)從事鐵路工程設(shè)計(jì)、施工、管理以及科學(xué)研究等方面的高素質(zhì)人才，涉及選線、測量、軌道、路基、地質(zhì)等專業(yè)課程知識(shí)[1]。近年來，隨著中國鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，海內(nèi)外高速鐵路、普速鐵路及城市軌道交通設(shè)計(jì)與建設(shè)任務(wù)量大，相應(yīng)地，鐵路各類單位對(duì)鐵道工程專業(yè)人才的需求量大，對(duì)畢業(yè)生工程實(shí)踐應(yīng)用能力的要求也日益提高[2]。大學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)是將專業(yè)理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際工程案例的一次演練，是大學(xué)生最為關(guān)鍵的一次總結(jié)性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力、綜合素質(zhì)和從業(yè)自信起著重要作用[3-6]。

鐵道工程一詞狹義地指鐵路選線、軌道、路基和鐵路站場及樞紐。其中，路基是由填筑或開挖而形成的直接支承軌道的結(jié)構(gòu)，也叫作線路下部結(jié)構(gòu)。路基與橋梁、隧道相連，共同構(gòu)成線路。根據(jù)所處的地形條件，路基有兩種基本形式：路堤和路塹，俗稱填方和挖方。二者均會(huì)形成具有一定高度和坡度的側(cè)向臨空面，即邊坡。邊坡多為天然地質(zhì)斜坡或人工土石類散體材料，容易受到地質(zhì)、地下水、降雨、地震等自然條件變化的侵襲和破壞，穩(wěn)定性一般較差，因此邊坡穩(wěn)定性問題是與路基工程伴隨最多的一類問題[7，8]。相應(yīng)地，邊坡穩(wěn)定性分析及支護(hù)是鐵路路基建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

一、畢業(yè)設(shè)計(jì)題目選擇

選擇畢業(yè)設(shè)計(jì)題目時(shí)，兼顧深度和廣度，同時(shí)充分考慮鐵道工程發(fā)展趨勢和各類新型材料、結(jié)構(gòu)。例如，在解釋路基全線比例水平的情況時(shí)，要解釋邊坡在橋梁和隧道工程的普遍性，因此選擇一處橋臺(tái)邊坡和選擇一處隧道洞口邊坡為設(shè)計(jì)案例。

目前，加筋土擋墻在鐵路路基建設(shè)中的使用逐漸增多，因此將加筋土擋墻作為支擋方案之一，并預(yù)留足夠的自主創(chuàng)新空間，結(jié)合當(dāng)?shù)靥盍项愋?，選擇合理的加筋材料。這在深化鐵道工程路基方向?qū)I(yè)知識(shí)的同時(shí)，也拓寬了學(xué)生專業(yè)認(rèn)知水平和視野。

邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)分為滑坡治理和一般支擋，因此畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括邊坡穩(wěn)定性分析、滑坡支護(hù)設(shè)計(jì)和一般支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)合上述選題原則，從三個(gè)角度擬定題目。

1.從巖土性質(zhì)上分為土質(zhì)和巖質(zhì)邊坡，土質(zhì)分為堆積體、全風(fēng)化花崗巖等不同類型，從橫斷面形式上分為路塹邊坡和路堤邊坡，均有對(duì)應(yīng)的實(shí)際案例及詳細(xì)資料。

2.滑坡治理結(jié)構(gòu)包括抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿框架梁、微型樁群、樁板墻。

3.支擋結(jié)構(gòu)分為重力式擋土墻、懸臂式和扶壁式擋土墻、錨桿擋土墻、土釘墻、錨定板擋土墻、加筋擋土墻。根據(jù)邊坡地質(zhì)特性，選擇適當(dāng)?shù)幕轮卫砗瓦吰轮醮胧?。在此基礎(chǔ)上，通過上述3個(gè)角度的組合，擬定32份任務(wù)書。

任務(wù)書難易均衡，工作量相當(dāng)。在向?qū)W生下發(fā)前，由畢業(yè)設(shè)計(jì)組長統(tǒng)一審核并提出意見。每份任務(wù)書的工程案例均取材于教師曾經(jīng)參與的實(shí)際工程或鐵道經(jīng)典案例，如巖質(zhì)邊坡案例中包括襄渝鐵路趙家塘滑坡，這一滑坡屬于大型深層滑坡，歷史上整治數(shù)次，具有一定的代表性。通過實(shí)際案例，可加深學(xué)生對(duì)鐵道工程專業(yè)的了解，鍛煉他們解決工程問題的主動(dòng)意識(shí)和能力。

從畢業(yè)設(shè)計(jì)程序上，分為邊坡穩(wěn)定性計(jì)算、邊坡支擋結(jié)構(gòu)比選與設(shè)計(jì)計(jì)算、支擋結(jié)構(gòu)繪圖三個(gè)環(huán)節(jié)。結(jié)合設(shè)計(jì)對(duì)象，對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)置不同的設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求。

第一，土質(zhì)邊坡要求采用瑞典條分法、Janbu法、Bishop法分別進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，巖質(zhì)邊坡要求采用傳遞系數(shù)法或不平衡推力法進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，根據(jù)最不利原則選取最終的穩(wěn)定性系數(shù)和剩余滑坡推力。

第二，根據(jù)滑動(dòng)面深度和滑坡體巖土性質(zhì)，對(duì)比選擇合理的深層滑坡治理措施方案。

第三，根據(jù)邊坡巖土性質(zhì)、塹坡或填方形式及高度，選擇相應(yīng)的支擋結(jié)構(gòu)類型。

二、畢業(yè)設(shè)計(jì)過程控制

鐵路路基邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與支擋設(shè)計(jì)作為一門系統(tǒng)性、綜合性較強(qiáng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是對(duì)專業(yè)理論素養(yǎng)、工程應(yīng)用與轉(zhuǎn)化、專業(yè)表達(dá)的最后一次綜合演練和提升。

（一）畢業(yè)設(shè)計(jì)開題啟動(dòng)會(huì)

在畢業(yè)設(shè)計(jì)啟動(dòng)會(huì)上，一方面，講解各階段設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)，明確設(shè)計(jì)任務(wù)和時(shí)間節(jié)點(diǎn)，強(qiáng)化紀(jì)律意識(shí);建立相關(guān)規(guī)范的參考權(quán)威性，安裝與學(xué)習(xí)理正設(shè)計(jì)軟件，講解文獻(xiàn)調(diào)研、計(jì)算、繪圖等環(huán)節(jié)的要求和標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，做好思想動(dòng)員，從大學(xué)教育成果檢驗(yàn)、工作崗位職責(zé)預(yù)習(xí)等角度闡明選題和專業(yè)方向的關(guān)系，調(diào)動(dòng)學(xué)生做畢業(yè)設(shè)計(jì)的積極性。

（二）畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)施過程

在畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)施過程中，教師對(duì)學(xué)生的選題、開題、資料收集等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全程監(jiān)督管理，按進(jìn)度計(jì)劃分解任務(wù)，要求學(xué)生按周計(jì)劃開展工作。同時(shí)，強(qiáng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)的指導(dǎo)和管理，構(gòu)建全過程質(zhì)量保證體系。

鑒于畢業(yè)設(shè)計(jì)周期短，學(xué)生普遍存在參加招聘會(huì)、研究生復(fù)試等其他事務(wù)，因此有必要采取多樣化的指導(dǎo)模式。首先，建立每周小組會(huì)議制度，一方面進(jìn)行集中輔導(dǎo);另一方面每周驗(yàn)收階段性任務(wù)完成情況。其次，利用固定教室、教師辦公室、系會(huì)議室等場所，教師與學(xué)生之間隨時(shí)見面溝通，反復(fù)質(zhì)疑學(xué)生計(jì)算原理、設(shè)計(jì)理由，防止學(xué)生出現(xiàn)依葫蘆畫瓢或抄襲等錯(cuò)誤做法，以便教師為學(xué)生提出校正建議。在對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)時(shí)，注重從學(xué)生或者初學(xué)者的認(rèn)識(shí)角度出發(fā)，以理論基礎(chǔ)為切入點(diǎn)，以工程實(shí)際為著力點(diǎn)，通過正反假設(shè)、逐步剖析的途徑，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的思維模式。例如，講解擋土墻排水孔時(shí)，以地區(qū)地質(zhì)和氣候條件為前提，分別從靜水壓力、凍脹力、土壓力等因素對(duì)擋土墻穩(wěn)定性的不利影響角度闡述其必要性。

對(duì)于資料查閱，指導(dǎo)學(xué)生如何甄別有價(jià)值的參考書籍，獲取有效信息和設(shè)計(jì)依據(jù)，尤其是對(duì)規(guī)范中相關(guān)條款的理解和執(zhí)行。

例如，《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)于輕型擋土墻中懸壁和扶壁的選型，條款規(guī)定“宜”，而對(duì)土釘墻的選型，條款規(guī)定“應(yīng)”，兩個(gè)字的區(qū)別之處為前者可以根據(jù)應(yīng)用現(xiàn)場的實(shí)際情況給予靈活處理，后者是無論任何工況和條件都必須嚴(yán)格執(zhí)行。

對(duì)于具體指導(dǎo)方式，注重因材施教，以學(xué)生就業(yè)和讀研兩個(gè)選擇為導(dǎo)向，從工程建設(shè)實(shí)際和理論研究兩個(gè)角度進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)。例如，對(duì)于某準(zhǔn)備攻讀研究生的學(xué)生，建議其選題為加筋土擋墻，重點(diǎn)向其講解目前輕型擋土墻簡化為重力式擋土墻進(jìn)行檢算的一般設(shè)計(jì)思路，指出理論落后于實(shí)際的現(xiàn)狀和理論研究方向，向其介紹我校土木工程學(xué)院巖土工程系加筋土擋土墻研究團(tuán)隊(duì)的研究內(nèi)容及成果，擴(kuò)展學(xué)生對(duì)研究生學(xué)習(xí)的認(rèn)識(shí)深度。

三、畢業(yè)設(shè)計(jì)考核與評(píng)價(jià)

（一）成果形式審查

畢業(yè)設(shè)計(jì)最終成果體現(xiàn)在計(jì)算書和設(shè)計(jì)圖紙，Office辦公軟件和CAD繪圖軟件的熟練使用也是走向工作崗位的必要素養(yǎng)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，要注重培養(yǎng)學(xué)生的文本功底，結(jié)構(gòu)上突出邏輯性和完整性，表述上強(qiáng)調(diào)專業(yè)性和準(zhǔn)確性。對(duì)于開題報(bào)告、計(jì)算書等Word文檔，學(xué)生的Office軟件使用程度不足，分頁符、頁眉、行間距、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等一般操作需要反復(fù)校正。對(duì)于CAD圖紙繪制，標(biāo)點(diǎn)、字體、圖例、圖幅、標(biāo)注等的規(guī)范性不足。因此，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，要專門召開數(shù)次小組會(huì)議進(jìn)行Word格式和相關(guān)操作培訓(xùn)。

（二）畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯

評(píng)閱答辯是全面考查學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量的最后環(huán)節(jié)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯前，首先進(jìn)行學(xué)生自查和相互審核、教師審核的三審校驗(yàn)，結(jié)合學(xué)生論文質(zhì)量、平時(shí)表現(xiàn)及創(chuàng)新程度等因素進(jìn)行評(píng)判。在畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯時(shí)，邀請(qǐng)理論功底扎實(shí)、工程經(jīng)驗(yàn)豐富的教師和行業(yè)專家組成答辯小組，從工程實(shí)際情況對(duì)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)提出建議，注重細(xì)節(jié)考核，對(duì)個(gè)別細(xì)節(jié)要求板書演示，對(duì)于考核不合格的畢業(yè)設(shè)計(jì)安排限期整改和二次答辯，綜合提升土木工程專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

（三）過程評(píng)價(jià)和質(zhì)量評(píng)價(jià)并重

畢業(yè)設(shè)計(jì)考核學(xué)生對(duì)理論和技能的真實(shí)掌握情況，應(yīng)綜合學(xué)生平時(shí)表現(xiàn)、答辯成績、開題、中期檢查等做出全面評(píng)價(jià)，對(duì)成果考核形成有效的分類評(píng)價(jià)體系。在3年的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，32位學(xué)生均按時(shí)完成各自的畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算與繪圖、畢業(yè)答辯、成績審定、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料歸檔和總結(jié)分析等環(huán)節(jié)，其中3位學(xué)生獲得“優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)”稱號(hào)。

結(jié)語

隨著我國高速、重載等鐵路的快速建設(shè)，鐵道工程專業(yè)人才需求量大，相應(yīng)地要求鐵道工程畢業(yè)生具有工程實(shí)踐應(yīng)用能力以及相應(yīng)的工程素質(zhì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科教育階段持續(xù)時(shí)間最長的綜合性實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)，是切實(shí)培養(yǎng)工程類本科專業(yè)畢業(yè)生工程實(shí)踐應(yīng)用能力和素養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文通過合理選擇畢業(yè)設(shè)計(jì)題目、強(qiáng)化過程管理、優(yōu)化質(zhì)量評(píng)價(jià)等途徑，不僅保證了選題與培養(yǎng)目標(biāo)的一致性，以及學(xué)生工作量、設(shè)計(jì)內(nèi)容的合理性，而且強(qiáng)化了教師指導(dǎo)職責(zé)，采取周會(huì)和固定教師等多元化指導(dǎo)模式，建立畢業(yè)設(shè)計(jì)選題/開題過程控制，中期檢查、評(píng)閱答辯等環(huán)節(jié)的全過程管理模式。同時(shí)，提高了學(xué)生的獨(dú)立思考能力和表達(dá)能力，增強(qiáng)了學(xué)生的文本功底和使用CAD、理正等軟件的信息技術(shù)水平，為學(xué)生走向工作崗位奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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Abstract： Graduation design for undergraduates is the most comprehensive and critical assessment during the college education. Graduation design is always conducted in the form of case simulation exercise， and it can lay the foundation for the follow-up education and work. Subgrade is one of the main forms of under-railway infrastructure， and it is also the main topic of graduation design for railway engineering majors. In the construction of subgrade engineering， a large number of slope problems should be dealt with due to the topography and landform difference， so slope stability control is an important part of subgrade design. In this paper， the implementation methods of the graduation design of subgrade slope retaining， which includes the topic formulation， the design process control， and the quality evaluation， etc. are introduced and discussed. Regarding the graduation design of 32 students of three years， 32 graduation design topics are provided from three aspects： the rock and soil properties of slope， the embankment and cutting， and the type of retaining structure， as well as some typical cases related to the topics. Each topic contains the contents of slope stability analysis， calculation of landslide thrust， selection and design of retaining schemes， and design， calculation and drawing， etc. In the implementation of graduation design， we have carried out the opening meeting， the task decomposition， the weekly group meetings， the mid-term inspection， the engineering practice and other work， and different guidance methods are also explored correspondingly. In the quality evaluation link， the optimization methods of form examination， graduation defense and data archiving are discussed. Through the above work， the graduation design work is carried out successfully and completed with high quality.

Key words： railway engineering; graduation design; topic of design; process control; quality evaluation