土木工程專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)翻譯

1、第一課土木工程學(xué)土木工程學(xué)作為最老的工程技術(shù)學(xué)科，是指規(guī)劃，設(shè)計(jì)，施工及對(duì)建筑環(huán)境的管理。此處的環(huán)境包括建筑符合科學(xué)規(guī)范的所有結(jié)構(gòu)，從灌溉和排水系統(tǒng)到火箭發(fā)射設(shè)施。土木工程師建造道路，橋梁，管道，大壩，海港，發(fā)電廠，給排水系統(tǒng)，醫(yī)院，學(xué)校，公共交通和其他現(xiàn)代社會(huì)和大量人口集中地區(qū)的基礎(chǔ)公共設(shè)施。他們也建造私有設(shè)施，比如飛機(jī)場(chǎng)，鐵路，管線，摩天大樓，以及其他設(shè)計(jì)用作工業(yè)，商業(yè)和住宅途徑的大型結(jié)構(gòu)。止匕外，土木工程師還規(guī)劃設(shè)計(jì)及建造完整的城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)，并且最近一直在規(guī)劃設(shè)計(jì)容納設(shè)施齊全的社區(qū)的空間平臺(tái)。土木一詞來(lái)源于拉丁文詞“公民”。在1782年，英國(guó)人JohnSmeaton為了把他的非軍事工程工作

2、區(qū)別于當(dāng)時(shí)占優(yōu)勢(shì)地位的軍事工程師的工作而采用的名詞。自從那時(shí)起，土木工程學(xué)被用于提及從事公共設(shè)施建設(shè)的工程師，盡管其包含的領(lǐng)域更為廣闊。領(lǐng)域。因?yàn)榘秶珡V，土木工程學(xué)又被細(xì)分為大量的技術(shù)專(zhuān)業(yè)。不同類(lèi)型的工程需要多種不同土木工程專(zhuān)業(yè)技術(shù)。一個(gè)項(xiàng)目開(kāi)始的時(shí)候，土木工程師要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行測(cè)繪，定位有用的布置，如地下水水位，下水道，和電力線。巖土工程專(zhuān)家則進(jìn)行土力學(xué)試驗(yàn)以確定土壤能否承受工程荷載。環(huán)境工程專(zhuān)家研究工程對(duì)當(dāng)?shù)氐挠绊?，包括?duì)空氣和地下水的可能污染，對(duì)當(dāng)?shù)貏?dòng)植物生活的影響，以及如何讓工程設(shè)計(jì)滿(mǎn)足政府針對(duì)環(huán)境保護(hù)的需要。交通工程專(zhuān)家確定必需的不同種類(lèi)設(shè)施以減輕由整個(gè)工程造成的對(duì)當(dāng)?shù)毓泛推渌?/p>

3、通網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。同時(shí)，結(jié)構(gòu)工程專(zhuān)家利用初步數(shù)據(jù)對(duì)工程作詳細(xì)規(guī)劃，設(shè)計(jì)和說(shuō)明。從項(xiàng)目開(kāi)始到結(jié)束，對(duì)這些土木工程專(zhuān)家的工作進(jìn)行監(jiān)督和調(diào)配的則是施工管理專(zhuān)家。根據(jù)其他專(zhuān)家所提供的信息，施工管理專(zhuān)家計(jì)算材料和人工的數(shù)量和花費(fèi)，所有工作的進(jìn)度表，訂購(gòu)工作所需要的材料和設(shè)備，雇傭承包商和分包商，還要做些額外的監(jiān)督工作以確保工程能按時(shí)按質(zhì)完成。貫穿任何給定項(xiàng)目，土木工程師都需要大量使用計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)用于設(shè)計(jì)工程中使用的多數(shù)元件（即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，或者CAD并對(duì)其進(jìn)行管理。計(jì)算機(jī)成為了現(xiàn)代土木工程師的必備品，因?yàn)樗沟霉こ處熌苡行У卣瓶厮璧拇罅繑?shù)據(jù)從而確定建造一項(xiàng)工程的最佳方法。結(jié)構(gòu)工程學(xué)。在這一專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，土

4、木工程師規(guī)劃設(shè)計(jì)各種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)，包括橋梁，大壩，發(fā)電廠，設(shè)備支撐，海面上的特殊結(jié)構(gòu)，美國(guó)太空計(jì)劃，發(fā)射塔，龐大的天文和無(wú)線電望遠(yuǎn)鏡，以及許多其他種類(lèi)的項(xiàng)目。結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)用計(jì)算機(jī)確定一個(gè)結(jié)構(gòu)必須承受的力：自重，風(fēng)荷載和颶風(fēng)荷載，建筑材料溫度變化引起的脹縮，以及地震荷載。他們也需確定不同種材料如鋼筋，混凝土，塑料，石頭，瀝青，磚，鋁或其他建筑材料等的復(fù)合作用。水利工程學(xué)。土木工程師在這一領(lǐng)域主要處理水的物理控制方面的種種問(wèn)題。他們的項(xiàng)目用于幫助預(yù)防洪水災(zāi)害，提供城市用水和灌溉用水，管理控制河流和水流物，維護(hù)河灘及其他濱水設(shè)施。止匕外，他們?cè)O(shè)計(jì)和維護(hù)海港，運(yùn)河與水閘，建造大型水利大壩與小型壩，以及各

5、種類(lèi)型的圍堰，幫助設(shè)計(jì)海上結(jié)構(gòu)并且確定結(jié)構(gòu)的位置對(duì)航行影響。巖土工程學(xué)。專(zhuān)業(yè)于這個(gè)領(lǐng)域的土木工程師對(duì)支撐結(jié)構(gòu)并影響結(jié)構(gòu)行為的土壤和巖石的特性進(jìn)行分析。他們計(jì)算建筑和其他結(jié)構(gòu)由于自重壓力可能引起的沉降，并采取措施使之減少到最小。他們也需計(jì)算并確定如何加強(qiáng)斜坡和填充物的穩(wěn)定性以及如何保護(hù)結(jié)構(gòu)免受地震和地下水的影響。環(huán)境工程學(xué)。在這一工程學(xué)分支中，土木工程師設(shè)計(jì)，建造并監(jiān)視系統(tǒng)以提供安全的飲用水，同時(shí)預(yù)防和控制地表和地下水資源供給的污染。他們也設(shè)計(jì)，建造并監(jiān)視工程以控制甚至消除對(duì)土地和空氣的污染。他們建造供水和廢水處理廠，設(shè)計(jì)空氣凈化器和其他設(shè)備以最小化甚至消除由工業(yè)加工、焚化及其他產(chǎn)煙生產(chǎn)活動(dòng)引起

6、的空氣污染0他們也采用建造特殊傾倒地點(diǎn)或使用有毒有害物中和劑的措施來(lái)控制有毒有害廢棄物。止匕外，工程師還對(duì)垃圾掩埋進(jìn)行設(shè)計(jì)和管理以預(yù)防其對(duì)周?chē)h(huán)境造成污染。交通工程學(xué)。從事這一專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的土木工程師建造可以確保人和貨物安全高效運(yùn)行的設(shè)施。他們專(zhuān)門(mén)研究各種類(lèi)型運(yùn)輸設(shè)施的設(shè)計(jì)和維護(hù)，如公路和街道，公共交通系統(tǒng)，鐵路和飛機(jī)場(chǎng)，港口和海港。交通工程師應(yīng)用技術(shù)知識(shí)及考慮經(jīng)濟(jì)，政治和社會(huì)因素來(lái)設(shè)計(jì)每一個(gè)項(xiàng)目。他們的工作和城市規(guī)劃者十分相似，因?yàn)榻煌ㄟ\(yùn)輸系統(tǒng)的質(zhì)量直接關(guān)系到社區(qū)的質(zhì)量。渠道工程學(xué)。在土木工程學(xué)的這一支鏈中，土木工程師建造渠道和運(yùn)送從煤泥漿（混合的煤和水）和半流體廢污，到水、石油和多種類(lèi)型的高度

7、可燃和不可燃的氣體中分離出來(lái)的液體，氣體和固體的相關(guān)設(shè)備。工程師決定渠道的設(shè)計(jì)，項(xiàng)目所處地區(qū)必須考慮到的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境因素，以及所使用材料的類(lèi)型一一鋼、混凝土、塑料、或多種材料的復(fù)合一一的安裝技術(shù)，測(cè)試渠道強(qiáng)度的方法，和控制所運(yùn)送流體材料保持適當(dāng)?shù)膲毫土魉?。?dāng)流體中攜帶危險(xiǎn)材料時(shí)，安全性因素也需要被考慮。建筑工程學(xué)。土木工程師在這個(gè)領(lǐng)域中從開(kāi)始到結(jié)束監(jiān)督項(xiàng)目的建筑。他們，有時(shí)被稱(chēng)為項(xiàng)目工程師，應(yīng)用技術(shù)和管理技能，包括建筑工藝，規(guī)劃，組織，財(cái)務(wù)，和操作項(xiàng)目建設(shè)的知識(shí)。事實(shí)上，他們協(xié)調(diào)工程中每個(gè)人的活動(dòng)：測(cè)量員，布置和建造臨時(shí)道路和斜坡，開(kāi)挖基礎(chǔ)，支模板和澆注混凝土的工人，以及鋼筋工人。這些工程師

8、也向結(jié)構(gòu)的業(yè)主提供進(jìn)度計(jì)劃報(bào)告。社區(qū)和城市規(guī)劃。從事土木工程這一方面的工程師可能規(guī)劃和發(fā)展一個(gè)城市中的社區(qū)，或整個(gè)城市。此規(guī)劃中所包括的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不僅僅為工程因素，土地的開(kāi)發(fā)使用和自然資源環(huán)境的，社會(huì)的和經(jīng)濟(jì)的因素也是主要的成分。這些土木工程師對(duì)公共建設(shè)工程的規(guī)劃和私人建筑的發(fā)展進(jìn)行協(xié)調(diào)。他們?cè)u(píng)估所需的設(shè)施，包括街道，公路，公共運(yùn)輸系統(tǒng),機(jī)場(chǎng)，港口，給排水和污水處理系統(tǒng)，公共建筑，公園，和娛樂(lè)及其他設(shè)施以保證社會(huì)，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境地協(xié)調(diào)發(fā)展。攝影測(cè)量，測(cè)量學(xué)和地圖繪制。在這一專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的土木工程師精確測(cè)量地球表面以獲得可靠的信息來(lái)定位和設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目。這一方面包括高工藝學(xué)方法，如衛(wèi)星成相，航拍，和計(jì)算機(jī)成相。

9、來(lái)自人造衛(wèi)星的無(wú)線電信號(hào)，通過(guò)激光和音波柱掃描被轉(zhuǎn)換為地圖，為隧道鉆孔，建造高速公路和大壩，繪制洪水控制和灌溉方案，定位可能影響建筑項(xiàng)目的地下巖石構(gòu)成，以及許多其他建筑用途提供更精準(zhǔn)的測(cè)量。其他的專(zhuān)門(mén)項(xiàng)目。還有兩個(gè)并不完全在土木工程范圍里面但對(duì)訓(xùn)練相當(dāng)重要的附加的專(zhuān)門(mén)項(xiàng)目是工程管理和工程教學(xué)。工程管理。許多土木工程師都選擇最終通向管理的職業(yè)。其他則能讓他們的事業(yè)從管理位置開(kāi)始。土木工程管理者結(jié)合技術(shù)上的知識(shí)和一種組織能力來(lái)協(xié)調(diào)勞動(dòng)力，材料,機(jī)械和錢(qián)。這些工程師可能工作在政府一一市政、國(guó)家、州或聯(lián)邦；在美國(guó)陸軍軍團(tuán)作為軍隊(duì)或平民的管理工程師；或在半自治地區(qū)，城市主管當(dāng)局或相似的組織。他們也可能管

10、理規(guī)模為從幾個(gè)到百個(gè)雇員的私營(yíng)工程公司。工程教學(xué)。通常選擇教學(xué)事業(yè)的土木工程師教授研究生和本科生技術(shù)上的專(zhuān)門(mén)項(xiàng)目。許多從事教學(xué)的土木工程師參與會(huì)導(dǎo)致建筑材料和施工方法技術(shù)革新的基礎(chǔ)研究。多數(shù)也擔(dān)任工程項(xiàng)目或技術(shù)領(lǐng)域的顧問(wèn)，和主要項(xiàng)目的代理。第三課建筑物的組成材料和不同的結(jié)構(gòu)形式聯(lián)合組成建筑物的各種不同部分，包括承重框架，外殼，樓板和隔墻。建筑物也有像升降機(jī)，供暖和冷卻，照明這樣的與機(jī)械和電力有關(guān)的系統(tǒng)。上部結(jié)構(gòu)是建筑物地面以上的部分，而下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)則是建筑物地面以下的部分。摩天大樓的出現(xiàn)得益于19世紀(jì)的兩大發(fā)展：鋼骨架結(jié)構(gòu)和旅客升降機(jī)。鋼，作為一種建筑材料，源于1885年貝色麥轉(zhuǎn)爐的引入。G

11、ustaveEiffel（1832-1932）將鋼結(jié)構(gòu)引入法國(guó)。1889年巴黎展覽會(huì)的塔和他為Galeriedes機(jī)械的設(shè)計(jì)表現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)的靈活性。艾菲爾鐵塔高984英尺（300米），是人類(lèi)建造的最高的結(jié)構(gòu)，直到40年后才被美國(guó)一系列的摩天大樓超越。第一個(gè)升降機(jī)是在1857年被ElishaOtis安裝于紐約的一幢百貨公司。在1889年，Eiffel在艾菲爾鐵塔上安裝了第一個(gè)大尺寸的升降機(jī)，它的水力升降機(jī)能在一個(gè)小時(shí)內(nèi)運(yùn)送2350個(gè)旅客到達(dá)頂點(diǎn)。承重框架。直到19世紀(jì)晚期，建筑物外墻被用作支承樓板的承重墻。這種結(jié)構(gòu)本質(zhì)上一種梁柱模型，并且仍然被用于房屋框架結(jié)構(gòu)。承重墻結(jié)構(gòu)由于需要巨大的墻厚而限制了

12、建筑物的高度。例如，芝加哥建于19世紀(jì)80年代16層的Monadnock大廈，較下層的樓板下的墻厚達(dá)5英尺（1.5米）。在1883年，WilliamLeBaronJenney（1832-1907）采用鑄鐵柱支撐樓板的方式以形成籠狀結(jié)構(gòu)。由鋼梁和鋼柱組成的骨架構(gòu)造最早用于1889年。由于骨架構(gòu)造，圍墻變成一個(gè)“幕墻”，勝于起支撐作用。磚石一直被用作幕墻材料，直到20世紀(jì)30年代，輕金屬和玻璃幕墻開(kāi)始被使用。在鋼結(jié)構(gòu)引入后，建筑物的高度持續(xù)快速地增加。在二次世界大戰(zhàn)前，所有的高層建筑都是采用鋼結(jié)構(gòu)。戰(zhàn)后，鋼材的短缺和混凝土質(zhì)量的改良導(dǎo)致鋼筋混凝土高層建筑的出現(xiàn)。芝加哥的Marina塔（1962）是

13、美國(guó)最高的混凝土建筑。它的高度達(dá)588英尺（179米），被倫敦的高達(dá)650英尺（198米）的郵政大廈和其他塔式建筑所超越。關(guān)于摩天大樓構(gòu)造觀點(diǎn)的轉(zhuǎn)變恢復(fù)了承重墻的使用。在紐約城由EeroSaarinen于1962年設(shè)計(jì)的哥倫比亞廣播系統(tǒng)大樓，有一個(gè)由5英尺（1.5米）寬，相鄰柱的中心距為10英尺（3米）的混凝土柱組成的環(huán)形墻。這個(gè)環(huán)形墻實(shí)際上有效地組成了一個(gè)承重墻。產(chǎn)生這種趨向的一個(gè)理由是，采用建筑物的墻壁作為一個(gè)筒體，可以非常經(jīng)濟(jì)地獲得起到抗風(fēng)作用的足夠硬度。世界貿(mào)易大廈是這種筒體方法的另一個(gè)例證。相反地，剛性框架或垂直的桁架通常被用于提供側(cè)向穩(wěn)定性。外殼。建筑物的外殼由透明元素（窗）和不透

14、明元素（墻）所組成。盡管塑料正在被使用，窗傳統(tǒng)上還是使用玻璃，特別是在學(xué)校，破損產(chǎn)生了一個(gè)維護(hù)問(wèn)題。用于覆蓋結(jié)構(gòu)并由結(jié)構(gòu)支撐的墻元素由多種材料建造：磚，預(yù)制構(gòu)件，混凝土，石，不透明玻璃，塑料，鋼和鋁。木主要被用于房屋建筑，由于有火災(zāi)的危險(xiǎn)，它通常不用于商業(yè)，工業(yè)和公用建筑。樓板。建筑物中樓板的構(gòu)造依賴(lài)于所使用的基本結(jié)構(gòu)框架。在鋼結(jié)構(gòu)中，樓板或是擱置在鋼梁上的混凝土板，或是表面附有混凝土的波狀鋼組成的凹板。在混凝土結(jié)構(gòu)中，樓板或是擱置在混凝土梁上的混凝土板，或是一系列頂端有一個(gè)薄板雙向都近距離排列的混凝土梁，在其下部提供了一個(gè)多余的空間。這種類(lèi)型的板的使用依賴(lài)于支撐柱或墻間的跨度和空間的功能。例

15、如，在公寓中，當(dāng)墻和柱的間距在12英尺到18英尺（3.7米到5.5米），最常用的結(jié)構(gòu)是無(wú)梁的實(shí)心混凝土板。這種板的下部可以用作其下層空間的天花板。辦公大樓中常使用波紋鋼樓板，這是因?yàn)椴y鋼樓板的波紋當(dāng)由另一塊金屬板蓋上時(shí)，可以形成電話線和電線通道。機(jī)械和電力系統(tǒng)。一個(gè)現(xiàn)代建筑不僅包括它所需要的空間（辦公室，教室，公寓），還包括幫助提供舒適環(huán)境的機(jī)械與電力系統(tǒng)的輔助空間。在摩天辦公大樓中，這些輔助空間可能構(gòu)成總建筑面積的25%在辦公大樓中，供暖，通風(fēng)，電力和衛(wèi)生管道系統(tǒng)的重要性體現(xiàn)在工程預(yù)算的40哪分配給它們。因?yàn)槭褂脦в胁荒荛_(kāi)窗的密封性建筑屋的增加，精細(xì)的機(jī)械系統(tǒng)被用于通風(fēng)和空調(diào)。渠道和管道攜

16、帶來(lái)自中央風(fēng)扇室和空氣調(diào)節(jié)機(jī)的新鮮空氣。懸吊在上部樓板結(jié)構(gòu)下面的天花板，隱藏著管道系統(tǒng)，還包含照明設(shè)備。用于動(dòng)力和電話通訊的電力配線，也被安置在天花板空間內(nèi)，或被埋置在樓板結(jié)構(gòu)中的管道內(nèi)。已經(jīng)有種種嘗試將機(jī)械和電力系統(tǒng)通過(guò)坦白地表達(dá)它們以合并到建筑物的建筑學(xué)中。舉例來(lái)說(shuō)，在愛(ài)荷華州首府得梅因的美國(guó)共和保險(xiǎn)公司大樓（1965）,管道和樓板結(jié)構(gòu)以一種有組織和優(yōu)雅的形式暴露在外，用吊頂進(jìn)行分配。這種方法使得減少建筑物的花費(fèi)成為可能，并且可以允許改革，例如在結(jié)構(gòu)的跨度方面。地基與基礎(chǔ)。所有的建筑物都支撐在地面上，因此，土體的性質(zhì)成為任何建筑設(shè)計(jì)中極端重要的考慮因素?；A(chǔ)的設(shè)計(jì)依賴(lài)于許多土體的要素，如土

17、的類(lèi)型，土壤的層理，土層的厚度和它的壓縮性，以及地下水的狀態(tài)。土壤很少有一個(gè)單一的成分。它們通常是不同厚度土層的混合物。為了評(píng)估，土壤被按照顆粒大小分為不同等級(jí)，它們從淤泥到粘土到砂到砂礫到巖石依次增加。大體上，較大顆粒土的負(fù)載能力將會(huì)強(qiáng)于較小的一些。最硬的巖石可以高達(dá)每平方英尺100噸（每平方米976.5公噸）的負(fù)載，但是最軟的淤泥所能承受的負(fù)載只有每平方英尺0.25噸（每平方米2.44公噸）。所有表面以下的土都處在受壓狀態(tài)中，說(shuō)得更精確一些，這些土承受與作用在其上的土柱重量相等的壓力。許多土（除了大多數(shù)的砂和礫石以外）顯示出彈性性質(zhì)一一在荷載作用下受壓變形，當(dāng)荷載解除后可以回彈。土壤的彈性

18、常常依賴(lài)于時(shí)間，也就是說(shuō)，土的變形可能發(fā)生在荷載作用后從數(shù)分鐘到數(shù)年的時(shí)間長(zhǎng)度上。超過(guò)一個(gè)時(shí)段，如果建筑物作用在土體上的負(fù)載高于土的天然壓實(shí)重量，它可能產(chǎn)生沉降。相反地，如果建筑物作用在土體上的負(fù)載小于土體的天然壓實(shí)重量，它可能隆起。土也可能在建筑物自重作用下產(chǎn)生流動(dòng)，就是說(shuō)，它很容易被壓擠出。由于壓實(shí)和流動(dòng)效應(yīng)，建筑物趨向于沉降。例如比薩和博洛尼亞的斜塔，不均勻沉降能產(chǎn)生破壞效果一一建筑物可能傾斜，外墻和隔墻可能產(chǎn)生裂縫，窗戶(hù)和門(mén)可能夠變得不起作用，并且極端的情況是建筑物可能倒塌。盡管在某些極端條件下，像墨西哥城的情況，能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，但是不均勻沉降并不是那么嚴(yán)重。過(guò)去100年以來(lái)，那里地

19、下水水位的變化已經(jīng)使一些建筑物沉降超過(guò)10英尺（3米）。由于這種運(yùn)動(dòng)能發(fā)生在施工工程中和其后，仔細(xì)分析在建筑物下土的行為顯得非常重要。土的巨大的可變性導(dǎo)致基礎(chǔ)問(wèn)題多樣的解決方法。在地表附近存在堅(jiān)硬土?xí)r，最簡(jiǎn)單的解決方法是把柱放置在一個(gè)小的混凝土板上（擴(kuò)展基底）。土較軟的地方，有必要將柱荷載傳遞到一個(gè)較大的面積上，在這種情況下，則在整個(gè)建筑物底下采用連續(xù)的混凝土板（筏或席）。地表附近的土體不能承載建筑物重量時(shí)，木制，鋼制或混凝土制樁被打入以加固土體。建筑物的施工工程自然是從基礎(chǔ)到上部結(jié)構(gòu)。但是，設(shè)計(jì)工程則是從屋頂?shù)交A(chǔ)（沿重力的方向）。過(guò)去，基礎(chǔ)不依照系統(tǒng)調(diào)查?？茖W(xué)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的方法已經(jīng)在20世紀(jì)內(nèi)

20、得到發(fā)展。美國(guó)KarlTerzaghi的先鋒研究，利用土力學(xué)和探測(cè)及測(cè)試程序技術(shù)，使精確預(yù)報(bào)基礎(chǔ)的行為成為可能。過(guò)去基礎(chǔ)的破壞，像經(jīng)典的例子一一比薩斜塔，已經(jīng)變得幾乎不存在。然而，基礎(chǔ)仍然是許多建筑物一個(gè)隱而昂貴第七課橋梁橋梁是跨越如河流、山谷這樣障礙的一種建筑，從而提供交通便利，到目前為止，大部分橋梁都是公路橋或鐵路橋。大量的高架橋于19世紀(jì)在歐洲建成，目的是保持其運(yùn)河中船舶的航行。最小的一座橋在紐約市的肯尼迪機(jī)場(chǎng)，它主要是把滑行飛機(jī)拖到跑道上服務(wù)的。人類(lèi)建成的第一座橋類(lèi)似于原始人在孤立地帶建成的。早期人類(lèi)的工具和建筑技術(shù)如同原始人類(lèi)一樣都是最初級(jí)的。他們只要經(jīng)過(guò)最少的加工和安裝即可建成。在

21、森林里，隨處可得結(jié)實(shí)的木材和圓木，那時(shí)侯的橋極可能是由一根或并排的幾根圓木建成，可能在其上覆一些木枝或草墊以方便行走。處于熱帶地區(qū)的印度、非洲、和南美洲纖維藤被用來(lái)建成懸索橋，這些藤被系在小河或山谷兩邊的樹(shù)上或巖石上。一根或更多的藤被踩在上面行走，其它的則排列在膏腴幾英尺的地方，用作手扶用。雖然藤索橋通常不穩(wěn)定。但有很多用incas建成藤索橋有足夠的堅(jiān)固和穩(wěn)定性，被用于西班牙士兵和它們馬匹的通行。在巖石地區(qū)，石頭被用來(lái)建橋，橫跨河流以很小的間距布置石碓作為橋墩，然后用平坦的石頭橫過(guò)相鄰的橋墩就建成連接兩岸的通道，大部分的石橋就是這種類(lèi)型，叫做鼓掌橋?，F(xiàn)在在Dartmoor、英格蘭仍然可見(jiàn)，不過(guò)

22、它們都建于中世紀(jì)甚至更晚。原始橋梁的第一步變革被認(rèn)為出現(xiàn)在中國(guó)古代，隨后傳入印度。河床一般比樹(shù)要寬，中國(guó)人和印度人在河流的中央建成兩個(gè)樹(shù)樁。在這個(gè)結(jié)構(gòu)的兩端，用圓木的一端架在樹(shù)樁上并微微向上傾斜，使其每一層都比它下面的高幾英尺。為了增加穩(wěn)定性，每個(gè)木樁在兩岸都用一堆大而重的石頭錨固；接近河中央，在河中間的兩個(gè)木樁的兩端則用簡(jiǎn)支梁連接。在這種結(jié)構(gòu)中，天然支架橋在兩個(gè)自由桿的中間加樁后可達(dá)到很寬的跨度。早在公元前4000年的Mesopotamia和在公元千3000年的埃及，用石頭或日光烤干的磚被用來(lái)安裝重疊的橫梁。這種結(jié)構(gòu)看起來(lái)像的拱，下部更平穩(wěn)，被叫做突拱。要使突拱變?yōu)楦钡墓?，它需要石頭的內(nèi)部

23、構(gòu)造適合光滑。這種直拱比突拱更堅(jiān)固，且早在公元前500年就被使用。這種直石拱具有經(jīng)濟(jì)和經(jīng)久耐用，它可以由許多靜止在碼頭上的拱而跨過(guò)小的河流。并且，它一般會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)，而它的質(zhì)量比先前的任何結(jié)構(gòu)都要好。在中國(guó)和羅馬的古代，這種整體石拱被廣泛地用于橋梁結(jié)構(gòu)。它一直被廣泛地使用直到19世紀(jì)。這里有4類(lèi)基本結(jié)構(gòu)可以用作水面上的或障礙物上的橋：剛架橋、懸臂橋、拱橋、和懸索橋體系。剛架橋最簡(jiǎn)單也可能是最早使用的-即剛架橋河流。這樣它的兩端固定在相對(duì)的河岸。這種剛架橋可以組成某種形狀的木梁、鋼筋混凝土梁或更復(fù)雜的約束。剛架橋這種類(lèi)型的橋的跨度可以采用在中間建橋墩或在峽谷建擱柵撐，再用幾根橫梁連接起來(lái)而增加跨度

24、。剛架橋的材料必須能夠承擔(dān)壓力和拉力。盡管它的名字叫曲梁，但實(shí)際上這種具有雙重要求的桿能用于剛架橋上。結(jié)果，梁彎曲較高的部分的壓力比直的部分低一半以上，如果他的受壓承載力太弱，它將會(huì)成扣環(huán)，如果受拉承載力太弱，他將會(huì)破壞。懸臂橋在利用中間橋墩的長(zhǎng)跨距橋中它通常是不可行的橋梁結(jié)構(gòu)。舉個(gè)例子，在深而流速急的河流或軟泥中，可能很難建橋墩使它有足夠深度達(dá)到基巖層。在這種情況下，剛架橋結(jié)構(gòu)用兩根橫梁就可以延伸從每岸伸出一根梁，而在兩根梁的端部基礎(chǔ)進(jìn)行錨固。這種簡(jiǎn)單的剛架橋結(jié)構(gòu)更具有靜定性，而每一根錨固的梁的這種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)就叫懸臂橋，或許這種最簡(jiǎn)單而熟悉的懸臂橋例子便是跳水板。在普通的懸臂式橋梁中，懸臂梁端

25、部之間的間隙是閉合的，為道路提供了連續(xù)的橋面。但是假如把這種橋梁在其閉合點(diǎn)斷開(kāi)，那么每一根懸臂梁都不需要另外設(shè)置支撐而可保持穩(wěn)定。通常懸臂梁中問(wèn)問(wèn)隙是閉合的既是剛架橋。如此卻使懸臂糧延伸了跨度。懸索橋在沒(méi)有中間橋墩的情況下比懸臂橋跨越更大的距離。懸索橋的支撐體系是靠連續(xù)可彎曲的纜繩的兩端的錨固，懸索橋最簡(jiǎn)單的例子是雜技場(chǎng)高空走鋼絲雜技演員用的鋼絲。原始的懸索橋常常是一把很小的幾根這樣的鋼絲系在一起來(lái)提供扶手和立足點(diǎn)的。在水平公路上的現(xiàn)代懸索橋則是由纜繩懸吊在車(chē)行道兩邊的下面。拱橋則是相反于懸索橋的作用，在那些懸索橋纜純自由的提供支撐力的地方，拱橋卻是從它的兩端支柱固定的向上彎曲。由于在形狀上的

26、不同，懸索橋的纜繩的各點(diǎn)都趨向拉伸而拱橋的支柱的各處都趨于擠壓。由于這些原因，懸索橋的纜繩必須盡可能的防止延伸，餓拱橋材料則盡可能地抵抗壓縮。因?yàn)楣敖Y(jié)構(gòu)不一定要求材料具有抗拉強(qiáng)度，所以拱橋可以用磚或石頭建造，磚或石頭通過(guò)拱傳遞壓力的特性結(jié)合在一起。這種材料在其它的基本橋梁結(jié)構(gòu)中卻毫無(wú)用處。在拱橋中，荷載由公路上垂直傳遞下來(lái)，直到拱形遭到破壞。當(dāng)拱遭到純壓而達(dá)到臨界荷載時(shí)，便會(huì)改變力的傳遞路徑。有壓縮力的推力通過(guò)節(jié)點(diǎn)或墩傳到地面。拱這種簡(jiǎn)單而優(yōu)美的結(jié)構(gòu)成為橋梁中的一種基本結(jié)構(gòu)。八課：橋的設(shè)計(jì)與構(gòu)造規(guī)劃現(xiàn)代重要的橋梁建造的第一步是廣泛地研究確定橋梁的必要性。比如：如果是高速公路橋，在美國(guó)則是由州橋

27、管理局研究規(guī)劃并確定，在程序上會(huì)同當(dāng)?shù)氐恼蚵?lián)邦政府一起，對(duì)主要公路橋梁進(jìn)行評(píng)估研究。如在接近高速公路網(wǎng)上減少交通堵塞，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的影響和橋的造價(jià)。這就決定了工程的投資方式，如公眾收費(fèi)，發(fā)行債券或支付過(guò)橋費(fèi)都被考慮進(jìn)來(lái)。如果研究認(rèn)為其可行信，那么橋選址和占地問(wèn)題將著手處理。在這一點(diǎn)上，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪工作開(kāi)始進(jìn)行，做好精確的實(shí)地測(cè)量；潮汐，洪水因素，水流和水路上的其他的特征都要仔細(xì)研究，在陸地和水下的泥土和巖石的鉆孔取樣都盡可能地在基礎(chǔ)處進(jìn)行。橋梁設(shè)計(jì)的選擇決定把橋建成梁，懸臂，桁架，拱，懸索或其他類(lèi)型結(jié)構(gòu)的主要因素是：（1）地點(diǎn)，如跨越河流；（2）目的，如建橋?yàn)榱朔奖憬煌ǎ唬?）跨度；（4）可用的

28、材料；（5）花費(fèi)；（6）美觀和和諧性。在一定范圍的跨度內(nèi)，每種結(jié)構(gòu)的都有最大的作用和經(jīng)濟(jì)。如下表所示:橋的類(lèi)型最佳跨度英尺米梁橋20到10006.1至U304.81剛架橋80到30024.4至U91.4拱橋200到100061.0至U304.8桁架橋200到140061.0至U426.71懸臂橋500到1800152.4至U548.6懸索橋1000到5000304.8至U1524.0上表表明了許多類(lèi)型的適用性有相當(dāng)多的重疊。在一些實(shí)例中，在不同的初步設(shè)計(jì)中,用來(lái)比較不同類(lèi)型的橋結(jié)構(gòu)是為了在最后有最好的選擇。材料的選擇橋梁設(shè)計(jì)者能選用大量的現(xiàn)代高強(qiáng)材料，包括混泥土，鋼筋，和多種耐腐蝕的合金。拿V

29、arian-Narrows大橋來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)者使用了七種不同的合金鋼，其中之一的合金的屈服強(qiáng)度為50000英鎊每平方英寸(3115kg/c褶)，而且不需要油漆保護(hù)，因?yàn)橛幸环N氧化膜覆蓋在它的表面而防止腐蝕。設(shè)計(jì)者還選用鋼絲繩作為纜繩，它的抗拉強(qiáng)度超過(guò)250000英鎊每平方英寸(17577kg/cm2)抗壓強(qiáng)度高達(dá)8000英鎊每平方英尺(562.5kg/cm2)的混泥土現(xiàn)在被生產(chǎn)用作橋梁工程，而且它在增加特殊化學(xué)物質(zhì)后具有很高的抗脆裂性能和抗風(fēng)化性能，這種混泥土被用作預(yù)應(yīng)力碎，而且其加強(qiáng)了鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度，其強(qiáng)度達(dá)到250000英鎊每平方英寸(17577kg/cm2)橋梁的其它使用材料還鋁合金和木材

30、：現(xiàn)在的鋁合金的屈服強(qiáng)度超過(guò)了40000每平方英寸(2818kg/cm2)。把木材碾成細(xì)長(zhǎng)的薄片，然后用膠水粘在一起而做成的梁是自然木材強(qiáng)度的二倍。例如用南部松樹(shù)而膠結(jié)的梁能承受的工作應(yīng)力達(dá)到了3000英鎊每英寸(210.9kg/cm2)。應(yīng)力分析一座橋要抵抗一系列的合力，如拉力，壓力，剪力和扭力。另外，結(jié)構(gòu)還需要一定的安全儲(chǔ)備一保不足。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確計(jì)算各種單獨(dú)的壓力和拉力，這就叫應(yīng)力分析。這或許是橋梁建設(shè)中最復(fù)雜的技術(shù)。應(yīng)力分析的目的是為了確定作用在結(jié)構(gòu)上的里的數(shù)量。作用在橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力都可以分為二類(lèi)荷載：動(dòng)荷載和靜荷載。靜荷載一一即橋結(jié)構(gòu)本身不變的重量一一它往往也是最大的荷載。動(dòng)荷載或靜

31、荷載有很多，包括橋面上的機(jī)動(dòng)車(chē)，風(fēng)荷載，和積冰積雪荷載。雖然隨時(shí)在橋面上移動(dòng)的機(jī)動(dòng)車(chē)的總重量相當(dāng)于靜荷載和動(dòng)荷載來(lái)說(shuō)是一個(gè)很少的部分，而對(duì)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，因?yàn)闄C(jī)動(dòng)車(chē)輛產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊壓力而會(huì)出現(xiàn)特殊問(wèn)題例如：在路面上機(jī)動(dòng)車(chē)的不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)或碰撞對(duì)橋面產(chǎn)生短暫而影響加倍的活荷載而導(dǎo)致嚴(yán)重的影響。風(fēng)在橋上的施加的里即直接敲打橋結(jié)構(gòu)又間接的敲打在橋面上的通行的車(chē)輛。如果出現(xiàn)空氣彈性振動(dòng)，在這種情況下的TacomaNarrows大橋的風(fēng)作用被大大地增大，由于這種危險(xiǎn)的存在，橋的設(shè)計(jì)者在橋址必須知道所能發(fā)生的最大的風(fēng)。還有其它的力作用在橋上，如：地震產(chǎn)生的壓力也必須注意。對(duì)橋墩的設(shè)計(jì)通要給予特殊的關(guān)注，因?yàn)闃?/p>

32、墩承擔(dān)水流，浮冰和漂浮物而產(chǎn)生的重荷，橋墩通常還有被船撞擊的可能。電腦在應(yīng)力分析上協(xié)助橋梁設(shè)計(jì)者，并扮演一個(gè)很重要的角色。用一個(gè)精確的模型試驗(yàn)，尤其對(duì)橋的動(dòng)力的活動(dòng)狀態(tài)的研究也可以幫助設(shè)計(jì)者。一個(gè)小比例的橋模結(jié)構(gòu)中，對(duì)橋模各處的應(yīng)力，加速度和變形都可以進(jìn)行精確測(cè)量。橋模這時(shí)可以承受同樣比例的荷載和動(dòng)力條件來(lái)分析橋的變化。風(fēng)洞試驗(yàn)也可以確保不再發(fā)生TacomaNarrows大橋的失敗。在現(xiàn)代技術(shù)的幫助下，橋梁事故出現(xiàn)的機(jī)會(huì)將大大少于以前。建筑基礎(chǔ)建筑物都是從基礎(chǔ)開(kāi)始的，基礎(chǔ)的花費(fèi)幾乎大大超過(guò)上層建筑。水下基礎(chǔ)通常會(huì)遇到很大的困難，有個(gè)古老的方法常被用于淺水中，即在小范圍內(nèi)垂直圍堰而建橋墩。羅馬人

33、常用這種方法。在深水中建基礎(chǔ)一般用沉箱法。沉箱是一個(gè)底部開(kāi)口其余封閉的大盒子而沉入河床上，工人們?cè)跒閾跛錆M(mǎn)壓縮空氣的沉箱里，越挖越深，沉箱也跟著下沉。當(dāng)達(dá)到合適的深度后在箱內(nèi)填入混泥土而成為基礎(chǔ)。在深水中建基礎(chǔ)的另一種方法比沉箱法更安全和更低的成本，用于鋼或混泥土橋墩。在現(xiàn)代的打樁工具下把重樁打入深水中，樁可以在水面或水下截?cái)嗷蜃龀蓸睹?。如在水下把它們做成樁帽，可把一根預(yù)制空心樁浮運(yùn)到做成承臺(tái)樁的那一點(diǎn)，然后從空心樁套內(nèi)灌入混泥土。建設(shè)上層建筑當(dāng)所有的樁和支柱建好后，則上部結(jié)構(gòu)開(kāi)始建筑。結(jié)構(gòu)的建設(shè)方法有很多種類(lèi)，共有六類(lèi)建造方法：腳手架，浮運(yùn)，懸臂，滑移，直升和懸掛法。在用腳手架建造時(shí)，主

34、要用來(lái)建混泥土拱橋。金屬或木支撐都是臨時(shí)搭設(shè)為豎直支撐。腳手架都是根據(jù)需要而靈活搭建的。尤其結(jié)構(gòu)在激流回深谷上時(shí)，臨時(shí)橋墩和站橋一般使用在寬而淺的河上。浮運(yùn)法主要用來(lái)建很長(zhǎng)的橋梁。主橋部分是在河岸預(yù)制的，然后用駁船浮移到橋梁位置。用浮吊起重機(jī)或卷?yè)P(yáng)機(jī)把該部分精確吊到大橋的建設(shè)部位。懸臂技術(shù)不僅用于懸臂橋中，也用于剛拱橋上，先建成一個(gè)橋臺(tái)，然后一步步延伸到中央，起重機(jī)和吊車(chē)可以完成著儀沉重物在結(jié)構(gòu)上的操作?；品ńㄖ苌儆玫健＿@種方法，如一個(gè)預(yù)制構(gòu)件或一個(gè)組合結(jié)構(gòu)在豎立的支柱上，滑過(guò)臨時(shí)或永久性的支撐，直到它進(jìn)入安裝的另一個(gè)支撐。直升法主要用于輕質(zhì)小跨度的公路橋。每一個(gè)預(yù)制橋單元被垂直懸起并旋轉(zhuǎn)

35、到橋梁支撐點(diǎn)上。在由懸掛法建設(shè)的橋梁中，一串纜繩連接倆邊的橋頭堡，被用作橋面支撐點(diǎn)。開(kāi)始的橋面施工卻在在橋梁施工的最后，而且是由倆端向中央發(fā)展。移動(dòng)吊車(chē)在已完成的橋面上移動(dòng)，用來(lái)運(yùn)送重材，懸掛鋼纜，有時(shí)在其他類(lèi)型的橋梁中被用來(lái)在全跨上運(yùn)輸材料。所有的建筑方法在施工階段都需要驗(yàn)算應(yīng)力和變形，在用懸臂梁法施工的橋梁中，因?yàn)橥耆煌闹魏秃奢d條件，未竣工橋梁內(nèi)的應(yīng)力可能會(huì)超過(guò)已竣工橋梁內(nèi)的應(yīng)力。當(dāng)公路的鋪裝，標(biāo)志，燈光，護(hù)欄和附屬設(shè)施完成后，橋梁就準(zhǔn)備投入使用了。第11課高速公路工程高速公路工程包括高速公路計(jì)劃.選址.設(shè)計(jì)和高速公路保養(yǎng)。當(dāng)一項(xiàng)高速公路工程設(shè)計(jì)建設(shè)或是改造之前，必須大致地計(jì)劃考慮一

36、下費(fèi)用問(wèn)題。作為概要計(jì)劃的一部分，該地區(qū)在可預(yù)見(jiàn)的時(shí)段內(nèi)（如20年）的交通流量，以及何種建設(shè)才能滿(mǎn)足這種需求將是決定因素。為了評(píng)估交通需求量，高速公路工程師通過(guò)采集分析現(xiàn)有設(shè)備提供的物理數(shù)據(jù)信息一一包括車(chē)流量，分布，現(xiàn)有交通工具的特征以及蘊(yùn)涵在這些因素中的可以預(yù)知的變化。高速公路工程師必須決定新路線建筑最適合的位置.布局以及容量。通常情況下，一條初步的線路或選址和若干備選路線都會(huì)被拿來(lái)研究。細(xì)節(jié)方面設(shè)計(jì)通常在一個(gè)更佳的選址確定下來(lái)之后才開(kāi)始。為了選擇最佳路線，需要仔細(xì)考慮的問(wèn)題包括：交通需求，（路線）橫貫的地帶，可通行道路的土地價(jià)值以及各種方案的結(jié)構(gòu)開(kāi)銷(xiāo)的預(yù)算。在一些大型項(xiàng)目中，利用了航拍技術(shù)

37、的攝影測(cè)量法被廣泛用于顯示該地帶的特征，這也是一種最經(jīng)濟(jì)的方法。在那些小型工程中，地面繪圖法已經(jīng)很完美了。資金方面的考慮決定了一項(xiàng)工程是一次性實(shí)施還是是否必須分階段建設(shè)，每階段建設(shè)等資金到位后才開(kāi)始。在決定最經(jīng)濟(jì)的實(shí)施方案時(shí)，工程師通過(guò)分析它的盈利性來(lái)定奪的。高速公路，街道（考慮）盈利性的三個(gè)優(yōu)先順序（依次）為：使用者，所有權(quán)上（最）鄰近的所有者，大眾。使用者通過(guò)降低運(yùn)輸費(fèi)用，提高旅行舒適度，增加安全性，節(jié)約時(shí)間來(lái)提高高速公路利潤(rùn)。他們也獲得娛樂(lè)的和教育上的好處。所有權(quán)毗鄰的所有者可以通過(guò)更好的路線，提升所有權(quán)價(jià)值，更加高效的警察機(jī)關(guān)和消防保護(hù)，改善停車(chē)環(huán)境，為步行者提供更安全的交通環(huán)境，當(dāng)?shù)?/p>

38、可通行道路（沿線）的公共設(shè)施，（諸如）水管和下水道的使用情況。對(duì)通過(guò)高速公路建設(shè)獲得的各種利益的評(píng)估通常是困難的，但對(duì)一個(gè)高速公路工程來(lái)講也是一個(gè)最重要的階段。有一些利益可以被精確計(jì)算出，另有一些就具有相當(dāng)?shù)耐稒C(jī)性。因此要使用許多種辦法來(lái)使（工程）建設(shè)（變的）更加經(jīng)濟(jì)，并且許多工程上的工作都會(huì)牽涉到最佳程序的選擇上。環(huán)境價(jià)值環(huán)境因素在高速公路建設(shè)中正被越來(lái)越重視，也突現(xiàn)出越來(lái)越高的重要性。由于環(huán)境問(wèn)題導(dǎo)致工程被擱置甚至取消的事例，不勝枚舉。環(huán)境方面的研究或調(diào)查涉及許多因素，包括噪聲的產(chǎn)生，空氣污染，對(duì)橫貫地區(qū)的擾亂，對(duì)現(xiàn)有房屋以及可能的預(yù)備路線的破壞?？赏ㄐ械缆返墨@得高速公路工程師也必須協(xié)助得

39、到用于新高速公路設(shè)備的可通行道路。通向市區(qū)商業(yè)中心的高速公路建設(shè)的土地的獲得已被證明是非常困難的。公眾需要交通工程師和城市規(guī)劃者，建筑師，社會(huì)學(xué)家，以及所有對(duì)美化城市環(huán)境，提升城市功能感興趣的團(tuán)體緊密合作以確保在協(xié)調(diào)好所有主要問(wèn)題（方面）的利益后再（開(kāi)始）建貫通首要區(qū)域的高速公路。主要問(wèn)題包括以下幾點(diǎn)：（1）高速公路自身的美化問(wèn)題是否給予了充分的注意？（2）是否為保護(hù)城市的自然風(fēng)光而改變選址？（3）在某些區(qū)段需要高架高速公路的有沒(méi)有一個(gè)邏輯上可以替換的降低設(shè)計(jì)被提出？（4）概略設(shè)計(jì)對(duì)降低由大流量的交通造成的噪音是否有幫助？（5）城市的一些部分是否因?yàn)檫@個(gè)提議選址而被獨(dú)立開(kāi)來(lái)？細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)高速公路工

40、程的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)部分包括用于建設(shè)的圖紙或者藍(lán)圖的準(zhǔn)備工作。這些計(jì)劃展示了諸如選址，道路寬度等此類(lèi)要素的尺寸，道路的最終剖面圖，排水設(shè)備的位置和種類(lèi)，涉及的工程量，包括地下地表的工作。土質(zhì)研究在做分層開(kāi)挖的計(jì)劃時(shí)，設(shè)計(jì)工程師要考慮在開(kāi)挖過(guò)程中遇到的土的種類(lèi)或者削平工程沿線的高地后如何處理余士才能把它們最佳地填到需要填土的地方，或是用于該工程穿越的其他地勢(shì)較低地段的筑堤工程。為此，工程師必須分析土質(zhì)的等級(jí)和物理特性，決定如何才能把路堤盡可能的壓實(shí)，并且計(jì)算要完成的土方工程量。電算程序如今常常被用于最后一個(gè)階段的計(jì)算。電子設(shè)備也加快了許多其他高速公路工程的計(jì)算。大功率，（具有）高度靈活性的土方機(jī)械已被研

41、發(fā)出來(lái)用于快速.經(jīng)濟(jì)的（工程）操作的實(shí)現(xiàn)。路面選擇要建設(shè)道路表面的類(lèi)型和厚度是設(shè)計(jì)中的重要部分。類(lèi)型的選擇取決于該類(lèi)道路要承受的最大荷載，頻率以及其他因素。對(duì)一些路來(lái)講，交通量也許會(huì)如此之小以至于沒(méi)有哪類(lèi)路面被證明是經(jīng)濟(jì)的，天然土壤就被用作道路。隨著交通量的增加，沙土，碎爐渣，碎石，鈉硝石，碎牡蠣殼，或是以上的混合物可以被用來(lái)做路面。如果使用砂礫，通常應(yīng)包含足夠的黏土和優(yōu)質(zhì)材料來(lái)協(xié)助提高路面穩(wěn)定性。氯化鈣的使用可以進(jìn)一步加強(qiáng)砂礫路面的穩(wěn)定性，同時(shí)也有利于控制灰塵量。另一種路面由硅酸鹽水泥加水混入路基的上面幾英寸并由壓路機(jī)壓實(shí)。這一程序構(gòu)成了土-混凝土復(fù)合路基并由瀝青質(zhì)材料做路面。用于大交通量的

42、重型交通工具的道路必須仔細(xì)設(shè)計(jì)并要（設(shè)計(jì)具有）相當(dāng)大的厚度。排水結(jié)構(gòu)高速公路工程的許多部分是計(jì)劃和建設(shè)用于高速公路或街道排水設(shè)備的，以及使得小溪穿過(guò)高速公路的可通行段。將道路或是街道表面的水移走就是表面排水。它是通過(guò)建成一條路，中間有頂以及使路肩及其附屬區(qū)域傾斜，從而將水導(dǎo)向已有的天然溝渠，像敞開(kāi)的壕溝，或是導(dǎo)向集水箱和地下管道的暴雨排水系統(tǒng)，（來(lái)實(shí)現(xiàn)表面排水）。如果使用了暴雨排水系統(tǒng)，由于它要和（城市）街道銜接，設(shè)計(jì)工程師必須考慮街道總的排水面積，期望的最大排水率，暴雨持續(xù)時(shí)間設(shè)計(jì)值，每一個(gè)集水箱的允許傾注量，以及計(jì)劃的集水箱沿街間距。通過(guò)這些信息，每一個(gè)集水箱的期望容量以及地下管網(wǎng)的尺寸才

43、被計(jì)算出來(lái)。設(shè)計(jì)公路下的排水設(shè)施時(shí)，工程師必須確定需要排水的范圍.排水區(qū)域最大可能的降雨量.最大可能的流速，然后利用這些資料，推算所需排水結(jié)構(gòu)的負(fù)荷量。概略設(shè)計(jì)中要考慮充分，不僅要適合該地區(qū)已有記錄的最大流量，而且要考慮在給定年限內(nèi)在最不利條件下可能發(fā)生的最大流量。開(kāi)放式管道在計(jì)算預(yù)期流量是要考慮的因素包括尺寸.長(zhǎng)度.開(kāi)口形狀，管壁粗糙程度，入口和下游溝渠末端的形狀，入口處允許的最大水位高度以及出口處水位。休息設(shè)施許多工程和建設(shè)工作是完成提供主要高速公路沿線休息場(chǎng)所的，特別是（屬于）國(guó)家系統(tǒng)的州際高速公路。這些設(shè)施必須仔細(xì)布置以便能方便安全的出入高速公路。許多設(shè)施做成景觀模樣坐落于森林覆蓋區(qū)以

44、便（行人）可以在地上野餐或是在森林中散步。這種休息區(qū)特別受到那些跑長(zhǎng)途而又很少停車(chē)休息的司機(jī)的歡迎。噪聲屏障控制.減少繁忙道路，特別是高速公路，沿線噪聲已經(jīng)變成高速公路工程中非常重要的一部分。在一些社區(qū)，人們沿高速公路兩側(cè)筑起了高墻。建造這些高墻會(huì)很花錢(qián)，但是提供了許多便利。隔音柵欄能減少全部噪聲量的超過(guò)50%建設(shè)工作盡管前期要做大量的工程和計(jì)劃，但實(shí)際工程通常是建造高速公路以及街道改造中耗資最大的部分。立桿定線根據(jù)一份基于細(xì)節(jié)計(jì)劃準(zhǔn)備和規(guī)范的授權(quán)建設(shè)合同，工程師來(lái)到工地現(xiàn)場(chǎng)布置工程。作為立桿定線的一部分，（工程師）要指出土方工程量，排水溝結(jié)構(gòu)的位置，并建立剖面圖。壓實(shí)（路基）重型壓路機(jī)把道路

45、下面的土壤和路基壓實(shí)為了消除以后的沉降。氣胎壓路機(jī)和羊腳壓路機(jī)（配有許多小輪齒和輪腳的鋼柱輪）常常被租來(lái)完成此類(lèi)工作。近年來(lái)，振蕩壓路機(jī)已被開(kāi)發(fā)出用于某些工程。有一種振蕩頻率高達(dá)3400/分的振蕩壓路機(jī)可以壓實(shí)到一個(gè)令人滿(mǎn)意的深度范圍內(nèi)的地下材料。維護(hù)和操作高速公路維護(hù)由路面路肩，橋梁排水設(shè)備，標(biāo)志，交通控制設(shè)備，防護(hù)圍欄，行人通道上的斑馬線，擋土墻以及邊坡的維護(hù)和維修等組成。附加工作包括控制結(jié)冰和移走積雪。因?yàn)楦闱宄槭裁从行└咚俟返脑O(shè)計(jì)比另一些高速公路有更佳的功效和更少的用于維護(hù)的開(kāi)銷(xiāo)是很值得的，所以負(fù)責(zé)監(jiān)理維護(hù)的工程師能提供很有價(jià)值的引導(dǎo)給設(shè)計(jì)工程師?？偠灾?，維護(hù)和施工都是高速公路工

46、程的重要組成部分。第14課如何開(kāi)挖隧道在一條隧道的大致方向定下來(lái)之后，下一步就是調(diào)查隧道沿途地層的鉆孔資料并獲取具體的地層信息。隧道長(zhǎng)度和橫斷面通常由其用途決定，但是其形狀必須設(shè)計(jì)成對(duì)內(nèi)外荷載產(chǎn)生最佳抗力的形式。通常會(huì)選擇圓形或近似的圓形。在非常堅(jiān)硬的巖石中，通常采用鉆機(jī)和爆破開(kāi)挖。在軟弱到中硬巖石，采用隧道挖掘機(jī)是典型的開(kāi)挖方式。在軟弱土層，通常采用盾構(gòu)和擠壓軟弱土質(zhì)的方式向前推進(jìn)。在所有巖石或土層的開(kāi)挖方式中，淤泥土要被收集起來(lái)運(yùn)出隧道。在開(kāi)挖水下隧道時(shí)，要采用盾構(gòu)向前推進(jìn)。另一種開(kāi)挖水下隧道的方法是將深管放入河底或水中其他位置的已開(kāi)挖的深溝中。硬巖隧道穿過(guò)硬巖石短隧道僅從入口開(kāi)挖，但是較

47、長(zhǎng)的隧道通常是從一個(gè)或幾個(gè)地方同時(shí)開(kāi)挖。有些長(zhǎng)隧道是在平行于主隧道開(kāi)挖的小型導(dǎo)洞輔助下建造的。導(dǎo)洞與主隧道之間每隔一段距離由橫巷連通。導(dǎo)洞不僅是通道的附屬設(shè)施也是運(yùn)土，通風(fēng)，排水的通路。另一種方法是采用正臺(tái)階開(kāi)掘系統(tǒng)，以前被用于大型隧道因?yàn)樗鼉H要求更少的火藥并且允許同時(shí)鉆孔和運(yùn)土（轉(zhuǎn)移開(kāi)挖材料）上部隧道導(dǎo)向下部一一這就叫做階地，一部分獨(dú)立的施工人員就可以在上部鉆孔的同時(shí)在下部運(yùn)土。隨著隧道開(kāi)挖方法的改善和機(jī)械化，以前僅用于小型隧道的全面施工方法，也開(kāi)始普遍用于修建大型隧道。這種改變部分原因是隧道鉆車(chē)一一一種裝有大量巖石鉆頭的可移動(dòng)平臺(tái)的引進(jìn)。利用這種設(shè)備，一大片隧洞面可同時(shí)鉆探。全面施工法已變

48、成最普遍最迅速的開(kāi)挖隧道方法。軟土層隧道有一些隧道是全部或絕大部分穿越軟土層。在很軟的土層中很少甚至不需要爆破，因?yàn)橥临|(zhì)非常容易開(kāi)挖。一開(kāi)始，超前伸梁掘進(jìn)法是在軟弱土層中建造隧道的唯一方法。超前掘進(jìn)伸梁是一塊大約5英尺（1.5m）長(zhǎng)并且前端被銳化成一點(diǎn)的重重的厚板。他們被插入隧道表面的支撐柱的頂層水平條內(nèi)。然后超前伸梁向外傾斜鉆入土層表面，在所有頂層桿被插入一半深度后，一根木料被交叉放置在它們的外露端來(lái)抵抗所有的外部應(yīng)變。伸梁就這樣提供了一種可以伸縮的坑道支撐，表面在其下伸出來(lái)。當(dāng)桿的末端伸到后，再添加新的木材，伸梁被插入土中供隧道下一節(jié)使用。壓縮空氣的使用簡(jiǎn)化了軟土中的施工。首先建成一個(gè)空氣

49、鎖，人和設(shè)備通過(guò)它進(jìn)出，在開(kāi)挖過(guò)程中，足夠的空氣壓力來(lái)維持坑道表面的堅(jiān)固直至木材或其他支撐設(shè)施樹(shù)起來(lái)。另一種發(fā)展是以鑄鐵或鋼鐵圓盤(pán)嵌固隧道四周其后以水壓力盾構(gòu)支撐。這種鐵盤(pán)在施工過(guò)程中為隧道提供了足夠的支撐力，同樣為施工人員提供了足夠的施工空間。水下隧道施工最困難的隧道是在一條河的下面一定深度處或水域其他部分中開(kāi)挖隧道。在這種情況下，水會(huì)通過(guò)可滲透材料或裂縫滲出，影響了在上部水壓力作用下的隧道施工進(jìn)度。當(dāng)隧道穿越粘稠土質(zhì)時(shí)，水的流量也許會(huì)小到用水泵就可以抽干。在更大滲透性的土壤中，必須使用壓縮空氣來(lái)排水。所需空氣壓力隨隧道距離表層的距離增加而增加。實(shí)踐證明，圓形盾構(gòu)抵抗軟土壓力是最有效的，所以

50、大多數(shù)盾構(gòu)掘進(jìn)的隧道都是圓形的。盾構(gòu)曾經(jīng)是由鋼盤(pán)和角撐組成，再加上前端一個(gè)很重的支撐隔層。前端隔層有許多開(kāi)的門(mén)以便工人可以在盾構(gòu)前部開(kāi)挖。在進(jìn)一步的改進(jìn)中，盾構(gòu)向河床的粉質(zhì)粘土中灌漿，通過(guò)這種方式將軟弱土質(zhì)從門(mén)里擠壓進(jìn)隧道，再?gòu)乃淼缹⑹窟\(yùn)出。柱狀的盾構(gòu)殼可以在隔層前伸長(zhǎng)好幾尺以提供一個(gè)剪切面。后面的部分被稱(chēng)為尾巴向后伸展好幾尺來(lái)保護(hù)施工工人。在大型的盾構(gòu)機(jī)械中，一個(gè)起重臂被用在盾構(gòu)的尾部延隧道四周來(lái)代替金屬支撐段。盾構(gòu)向前移動(dòng)的阻力可能超過(guò)1000磅/平方尺（4880公斤/平方米）。液壓千斤頂被用來(lái)克服這個(gè)阻力推動(dòng)盾構(gòu)向前，它能在盾構(gòu)外側(cè)提供每平方尺5000磅壓力（24,500公斤/平方米）盾

51、構(gòu)可以通過(guò)各種起重機(jī)左右上下調(diào)整，以適應(yīng)隧道左右上下的方向。千斤頂延隧道線向每一段向前的裝爐內(nèi)擠漿。整個(gè)循環(huán)過(guò)程是向前推進(jìn)，定線，運(yùn)土，然后另一段向前推進(jìn)。1955年用于紐約市林肯隧道第三段的盾構(gòu)長(zhǎng)18尺（5.5米）直徑31.5尺（9.6米）。每次向前推進(jìn)32英寸（81.2cm）,在其后制作一個(gè)32英寸的支撐環(huán)。鑄鐵段通常被用在這樣的盾構(gòu)后面。它們被立起來(lái)并在短時(shí)間內(nèi)熔為一體以提供強(qiáng)度和防水。在林肯隧道的第三節(jié)，每段7尺（2m）長(zhǎng)，32英寸（81cmj）寬，14英寸（35.5cm）厚，重大約1.5噸。這些段由14個(gè)小片段環(huán)熔合在一起。這種熔合的加緊先由手工后由機(jī)器完成。一旦它們就位，這些片段被

52、早在一起以保證永久性防水。水下隧道當(dāng)河床心土很堅(jiān)固并且河水水量當(dāng)前不是很充足的時(shí)候，岸邊制造的隧道段可以拉到一個(gè)河床中已經(jīng)準(zhǔn)備好的壕溝里并沉入水底以形成一個(gè)水下隧道。第一個(gè)主要的預(yù)制漂浮式沉管隧道是位于安大略省的底特律和Windsor之間的底特律河隧道。這條運(yùn)輸隧道建于1906-1910年。第二條類(lèi)似方法建成的主要運(yùn)輸隧道是Posey隧道，竣工于1928年。它位于加州的奧克蘭和Alameda之間的一條咸水河中。從那以后許多其他水底隧道被建于水下或是咸水區(qū)域中，特別是位于奧克蘭和圣弗朗西思科的Transbay隧道。柱狀隧道段通常位于向河岸的場(chǎng)地并由鋼鐵制成。每段大約300尺（90m長(zhǎng)，28到48

53、尺（8.5-14.6m）的半徑。在每一段末端的開(kāi)口處后面是用鋼制擋水墻封口，管子準(zhǔn)備成發(fā)射船的樣式。節(jié)段一旦放入水中，將使用混凝土壓載直到達(dá)到最小浮力。然后這個(gè)節(jié)段被拖到隧道指定位置。在每一個(gè)節(jié)段就位之前，挖泥船和水下挖掘機(jī)會(huì)為隧道挖出一個(gè)合適深度的壕溝。當(dāng)這個(gè)管段被精確地放到它最終就位的位置時(shí)，灌漿直至它沉到合適的溝槽里。隧道的所有分段以同樣方式運(yùn)輸和下沉就位。每段都有施工縫或是凸盤(pán)通過(guò)陰陽(yáng)樺電焊來(lái)拼裝起來(lái)或是和前面段銜接。在每一段及其后續(xù)段下沉之后，潛水工人通過(guò)螺栓將接合處上緊嚙合。鋼盤(pán)被沿著兩個(gè)封閉的擋水墻之間的連接處滑下。連接處再用混凝土焊在一起以增強(qiáng)段與段之間的防水性。當(dāng)所有的段被就

54、位并連接好后，上面再填土以給予其穩(wěn)定性和保護(hù)。從這個(gè)意義上講，水下管道技術(shù)是老式挖填土方法在水下的應(yīng)用。當(dāng)施工結(jié)束時(shí)，工作人員從隧道每一節(jié)末端進(jìn)入并在進(jìn)入管道中心時(shí)推掉擋水墻。然后再用混凝土做管道內(nèi)襯以獲得更好的外形和更大的安全性。隨后貼瓷磚，做風(fēng)道襯里，安電線，水泵，管道等第15課土力學(xué)士力學(xué)研究的是力學(xué)和水力學(xué)的法則在牽涉土的工程問(wèn)題中的應(yīng)用。土是一種天然礦物顆粒的聚集物，有的含有有的不含有機(jī)成分，它由巖石的風(fēng)化或是機(jī)械作用形成。它包括三種成分：固體礦物質(zhì)，水以及空氣和其他氣體。土質(zhì)組成變化很大，正是這種不均質(zhì)性大大地阻礙了科學(xué)家對(duì)這些沉積物的研究。漸漸地，對(duì)擋土墻，基礎(chǔ)，護(hù)堤，人行道和其

55、他結(jié)構(gòu)的事故的調(diào)查發(fā)現(xiàn)其原因涉及到許多天然土的知識(shí)并且它們的工況充分提高了土力學(xué)作為工程科學(xué)的一個(gè)分支。歷史直到18世紀(jì)后半期，法國(guó)物理學(xué)家查爾斯-奧斯丁庫(kù)侖出版他的士壓力理論（1773年）之前，以科學(xué)的基礎(chǔ)處理土的問(wèn)題幾乎沒(méi)有任何進(jìn)展。1857年，蘇格蘭工程師威廉姆朗金發(fā)展了一種土體平衡理論并將其用于一些初步的基礎(chǔ)工程問(wèn)題。這兩大理論仍然構(gòu)成了當(dāng)今計(jì)算土壓力理論的基礎(chǔ)，盡管他們建立在所有土都象干沙一樣不考慮內(nèi)聚力這一錯(cuò)誤概念的基礎(chǔ)上。二十世紀(jì)的進(jìn)步在于：把內(nèi)聚力引入計(jì)算；了解了通常情況下土的基本物理特性和特殊情況下粘土的特性；系統(tǒng)地研究了土的剪切特性，即一一滑動(dòng)剪切條件下的變形。庫(kù)侖和朗金士

56、壓力理論都假設(shè)土的剪切破壞面在一個(gè)平面內(nèi)。然而對(duì)于砂士來(lái)說(shuō)這是近似可信的，有內(nèi)聚力士的滑動(dòng)剪切面接近一個(gè)曲面。在二十世紀(jì)早期，瑞典工程師證明滑動(dòng)剪切面是一個(gè)圓弧面。上個(gè)世紀(jì)后半段，在土的科研，理論的應(yīng)用以及用于工程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)方面都有了明顯進(jìn)步。一個(gè)顯著的進(jìn)步是德國(guó)工程師卡爾泰沙基在1925年出版了一本關(guān)于粘土在許用應(yīng)力下固結(jié)情況的力學(xué)調(diào)查。他的被工程經(jīng)驗(yàn)證實(shí)的分析解釋了在充分滲透的粘土上沉降隨時(shí)間增長(zhǎng)的問(wèn)題。泰沙基在1925年出版了Erdbaumechanik（“土力學(xué)”）一書(shū)后開(kāi)辟了士力學(xué)時(shí)代。關(guān)于地基材料，人行道下的天然基礎(chǔ)的研究始于1920年美國(guó)公共道路局。他們做了一些關(guān)于人行道設(shè)計(jì)

57、的和天然土有關(guān)的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)。在英格蘭，道路研究司創(chuàng)建于1933年,1936年第一個(gè)巖土方面的世界會(huì)議在哈佛舉行。今天，市政工程極大地依賴(lài)于實(shí)驗(yàn)的大量數(shù)據(jù)來(lái)鞏固經(jīng)驗(yàn)以及與之相關(guān)的新的問(wèn)題來(lái)建立解決方案。獲得這樣的土質(zhì)實(shí)驗(yàn)的典型例子，無(wú)論如何是很極其困難的；因此有一種在實(shí)驗(yàn)室做比例模型來(lái)代替這種現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的趨向，并且許多重要的性質(zhì)都是由這種方法得到的。土的工程性質(zhì)決定土的工程適用性的性質(zhì)包括：內(nèi)摩擦力，內(nèi)聚力，壓縮性，彈性，滲透性以及毛細(xì)性。內(nèi)摩擦力是土體抵抗滑動(dòng)的力。砂土和礫石土比粘土有更大的內(nèi)摩擦力；后期水氣的增加會(huì)降低內(nèi)摩擦力。土在重結(jié)構(gòu)壓迫下滑動(dòng)的趨勢(shì)可以轉(zhuǎn)化成剪力；即使一部分土體在一個(gè)平面內(nèi)

58、水平的豎直的或其他方向的移動(dòng)。這樣一種剪切移動(dòng)會(huì)給建筑帶來(lái)危險(xiǎn)。內(nèi)聚力可以減少這種剪切危險(xiǎn)，這是由土顆粒間分子力產(chǎn)生的土顆粒之間相互吸引作用以及土粒間存在水氣造成的。內(nèi)聚力明顯受土粒間大量濕氣影響。內(nèi)聚力在粘土中通常很大而在砂土和淤泥土中幾乎不存在。內(nèi)聚力值從干砂土的0到很粘稠的粘土2000磅每平方英尺之間變化。因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)碾壓，夯實(shí)，振搗或其他方法壓實(shí)土以增大其密度和提高其承載強(qiáng)度，所以可壓縮性是土的一個(gè)重要特性。彈性土在受壓后趨向于恢復(fù)到初始條件。彈性（延性）土不適合作為柔性人行道的地基因?yàn)樗麄儠?huì)在上面交通的作用下壓縮延展導(dǎo)致地基沉陷?？蓾B透性是土體允許水流通過(guò)其中的性質(zhì)。冬季的凍融循環(huán)和夏季的干濕循環(huán)改變了土顆粒的填實(shí)密度。壓縮可以減小滲透性。毛細(xì)性導(dǎo)致自由水延土中孔隙上升到正常水平面以上。在多數(shù)土中都存在毛細(xì)性所需要的許多管道；在粘土中，水汽可在毛細(xì)作用下上升達(dá)30英尺。土壤密度可以通過(guò)測(cè)量土的重量和體積來(lái)計(jì)算出或是通