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1、土木工程中的各种业务 工程是一种专业，这就是说工程师必须受过专业大学教育，许多政府行政区还 有签发执照的程序，要求工科大学毕业生在积极开始他们的事业之前要通过一 次考试，就象律师得通过律师资格考试一样。 在大学工科的课程设置中，一直十分重视数学、物理和化学，特别是在头两、 三年内。数学在各种工程分科中都非常重要，所以一向特别强调它。现在，数 学包括统计学课程，这是一门涉及数据或一些资料的搜集、分类和运用的科目。 统计学的一个重要部分是概率论，当存在着可以改变一个问题结果的各种不同 的因素或变量时，它将论及可能发生什么情况。例如，在建设一座桥梁之前， 要对预期承受的交通量进行统计研究。在设计这座桥梁时，必须考虑到各种变 量，如作用于基础上的水压，冲力、各种风力的作用，以及许多其它因素。 因为解决这些问题需要进行大量的计算，所以目前计算机程序编制已列入几乎 所有工科课程中。诚然，计算机能比人更快，更精确地解决许多计算问题。但 是，除非赋予它们清楚而精确的指令和信息换句话说，就是编制良好的程 序，否则计算机就毫无用处。 尽管工科的课程设置中特别强调技术科目，当前的倾向还是要求学生学习一些 社会科学和语言艺术方面的课程。工程与社会之间的关系日益密切，因而有充 分理由再次提出，工程师所做的工作会在他(她)应当意识到的许多不同而重要 的方面影响到社会。一个工程师还需要足够的驾驭语言的能力，能写出条理清 楚并在许多情况下具有说服力的报告。从事科研的工程师需要能够将他或她的 科研成果写成文章提供给科学刊物。 最后两年的工科教学计划包括学生所学专业范围内的课程。对准备成为土木工 程师的学生来说，这种专业课程可涉及到如大地测量、土力学或水力学等这类 科目。 现行的招聘工程师的工作往往在大学最后一年之前就开始进行。近年来，许多 公司和政府机构竞相争取录用工程师。在当今这个注重科学的社会中，当然是 需要受过技术训练的人才。例如，年轻的工程师们可选择参加环境工程或卫生 工程工作，在这个领域中环境事业提供了许多就业的机会。或者他们可以选择 专门从事公路工程的工程公司，或者他们可能更愿意到与水资源有关的政府机 构中工作。确实，选择的机会是广泛的，多样的。 当年轻的工程师终于开始实际业务工作时，就必须能应用从大学里学来的理论 知识。他(她)在开始时可能被派去和一个工程师小组一道工作。这样，就能获 得实际工作的训练，使主管人了解他(她)将理论应用于实践的能力。 土木工程师可从事科研、设计、施工管理、维修等工作，甚至可以从事销售或 经营管理。这些领域内的每种工作，都有不同的职责、不同的重点，并且工程 人员的知识和经验也有不同的用途。 科研是科学和工程实践中最重要的一个方面，科研工作者通常是科学家和工程 师小组的成员之一。他(她)往往在一个由政府或工业企业资助的实验室里工作。 与土木工程有关的科研领域包括土力学、土壤稳定技术、以及新型建筑材料的 研制和试验。 土木工程项目几乎都有其独特性，即各有其特有的问题及设计特点。所以，甚 至设计还没有开始就要对每项工程进行仔细的研究。这种研究包括对拟建场地 的地形和地下土质特征进行勘测。还包括考虑各种选择方案，例如，选用混凝 土重力坝还是填土坝。对每种可能方案的经济因素也要权衡。现在，研究工作 通常还包括考虑工程项目对环境的影响。这些可行性研究要由许多工程师来完 成。他们往往是组成一个小组一道工作，其中有测量员、土力学专家、以及设 计和施工方面的专家。 许多土木工程师从事设计工作，其中有些是这个领域中的杰出人才。正如我们 所看到的，土木工程师们要承担许多不同种类构筑物的工作，所以一般情况是 一个工程师只擅长某一种构筑物。在设计建筑时，工程师往往被聘作建筑公司 或工程公司的顾问。水坝、桥梁、给水系统和其它大型工程，一般都招聘几位 工程师；由一位负责整个工程的系统工程师来协调他们的工作。在许多情况下， 还需要其它专业的工程师。例如，在一项水坝工程中，电力工程师和机械工程 师就要承担发电站及其设备的设计工作。在另外一些情况下，土木工程师也被 派去参与其它领域中的工程，例如，在航天工程规划中，就需要土木工程师设 计和建筑发射台、导弹库这类构筑物。 对几乎所有的工程项目来说，施工都是一个复杂的过程。它涉及到安排进度、 使用设备和材料，以求尽可能地降低成本。因为施工有可能非常危险，因此还 必须考虑安全因素。因此，有许多土木工程师专门从事施工阶段的工作。 2、现代建筑与建筑材料 许多古代修建的大型建筑物现仍然存在，而且仍在使用。其中有罗马的万神庙 和大圆形竞技场，伊斯坦布尔的圣索非亚教堂，法国和英国的哥特式教堂，和 带有巨大的穹窿顶的文艺复兴式教堂，象佛罗伦萨的大教堂和罗马的圣彼得大 教堂。这些庞大建筑利用厚石墙抵抗建筑物本身巨大重量所形成的推力。推力 是建筑物各部分作用于其它部分的压力。 这些大型建筑物并非数学和物理知识的结晶，而是依据经验和观察而建造起来的，往往是反复试验的结果。它们所以能留存下来的理由之一是因为它们建造 得强度很大多数情况下超出所需要的强度。可是古代的工程师也失败过。 例如在罗马，大部分人都住在公寓中，这种公寓通常是一排排的有十层高的出 租大楼。其中有许多建造得很简陋，有时会倒塌，使许多人丧生。 但是，现在的工程师具备许多有利条件，不仅有经验资料，而且可以利用科学 数据预先进行详细计算。当一个现代工程师设计一座建筑物时，他要考虑其所 有组成材料的总重量，这就是静载，即建筑物自身的重量。他还必须考虑活载， 即在建筑物使用过程中要承受的人，车辆，家具、机器等的重量。对于象桥梁 这种需要承担高速汽车交通的构筑物，他必须考虑到冲力，即活载将借以作用 于结构物的那种力。他还必须确定安全系数，即附加的承载能力，以使建筑物 的承载能力比上述三个因素结合起来还要强。 现代工程师还必须了解建筑物所用材料要承受的各种应力，其中包括压力和拉 力这两种相反的力。受压时，材料被压紧或推拢到一起，受拉力时，材料象一 个橡皮筋那样被拉开或拉长。除了拉力和压力之外，还有一种起作用的力，称 为剪力，定义为：使材料沿应力线断裂的趋势。剪力可能发生在垂直面上，但 也可能沿着梁的水平中心线，中和面，作用，中和面上既没有拉力也没有压力。 总的说来，有三种力能作用于结构，垂直的那些向上或向下作用的力，水 平的那些侧向作用的力，以及那些以一种旋转或转动的运动作用的力。成 一个角度作用的力是水平力和垂直力的合力。因为规定土木工程师设计的结构 是静止或稳定的，因此这些力必须保持平衡。例如，各垂直力必须彼此相等。 假如一个梁支承上面的一个荷载，梁本身必须有足够的强度去抗衡这个重量。 水平力也必须彼此相等，才能不出现过多的向右或向左的推力。并且，那些可 能推动构筑物转动的力必须由向反方向推动的力去抵销。 现代最引人注目的工程事故之一1940 年塔科马海峡大桥的倒塌，就是由 于没有非常仔细地考虑这些因素中的最后一个因素。在一场暴风雨中，当每小 时高达65公里的强劲狂风冲击这座桥时，狂风引起了沿着桥面方向的波动；同 时还产生了一种使路面塌落的横向运动。幸亏工程师们从错误中汲取了教训， 所以现在的通常做法是将按比例缩小的桥梁模型放在风洞中检验它们的空气动 力学抵抗力。 早期的主要建筑材料是木材和圬工材料砖、石、或瓦，以及类似材料。砖 行或砖层之间，用灰浆或沥青(一种象焦油的物质)，或者一些其它粘结剂粘结 在一起。希腊人和罗马人有时还用铁条或铁夹子加固建筑物。例如，雅典的帕 提依神庙的柱子上就有原来安装铁棍的钻孔，现在铁棍已经锈蚀竟尽。罗马人还使用一种叫白榴火山灰的天然水泥，用火山灰制成，在水中能变得和石头一 样坚硬。 近代的两种最重要的建筑材料，钢材和水泥，都是十九世纪才采用的。直到那 时为止，钢(基本上是铁和少量碳的合金)一直是要经过很复杂的工艺过程才能 制成的，这就使钢只限于用在制剑刃这类特殊的用途上。1856 年发明贝色麦法 以后，人们才能以低价大量地使用钢。钢的极大优点是它的抗拉强度，即：在 特定程度拉力就象我们已经知道的那种会把许多种材料拉断的力的作 用下，它的强度不会降低。新的合金进一步增强了钢的强度，并且消除了它所 存在的一些问题，如疲劳。疲劳是一种削弱它的强度的趋向，是连续改变应力 的结果。 现代的水泥叫做波特兰水泥，是 1824年发明的。它是石灰石和粘土的混合物， 将它加热，然后磨成粉末。在建筑现场或附近，将它掺上砂子、骨料(小石子、 碎石或砾石)和水，就制成混凝土。不同的配料比例能制成不同强度和重量的混 凝土。混凝土的适用性很强，它可以灌注，泵送，甚至可喷注成各种各样的形 状。而且，钢有很大的抗拉强度，混凝土却有很大的抗压强度。因而，这两种 材料可以互相补充。 它们还可以在其它方面互相补充：它们具有几乎相同的收缩率和膨胀率。因而 它们可以在同时存在着压力与拉力两种因素的情况下共同起作用。在受拉的混 凝土梁或结构中把钢筋埋置进混凝土，就制成钢筋混凝土。混凝土和钢还形成 一种很强的粘结力一种将它们连结起来的力使钢筋不能在混凝土中滑 动。还有另一个优点就是钢在混凝土中不锈蚀。酸会腐蚀钢，而混凝土却具有 与酸相反的碱性化学反应。 预应力混凝土是钢筋混凝土的一种改进形式。钢筋被弯成各种形状，使它具有 所需要的受拉强度。然后，通常用先张或后张法对混凝土预加应力。预应力混 凝土使我们有可能修建特殊形状的建筑物，象某些现代的体育馆，他们的大空 间没有任何挡住视线的支承物。这种新型结构方法的使用不断涌现。 当前的趋向是发展轻质材料。例如，铝的重量比钢轻得多，但是却有许多与之 相同的性能。铝梁巳被用于桥梁结构和一些建筑物的框架。 目前仍在尝试生产强度更高、耐久性更好、而且重量更轻的混凝土。有一种用 聚合物(塑料中用的长链化合物)作为部分配料的方法，有助于使混凝土的重量 降低到一定的程度。 3、 预应力混凝土 混凝土抗压能力强，但抗拉能力很弱，抗拉强度仅为抗压强度的 8%14%。由于抗拉能力低，挠曲裂缝在受荷早期就会产生。为了减小或防止裂缝的开展， 可以沿结构构件的纵向施加一个轴心或偏心荷载，此荷载可消除或大大减小使 用荷载在跨中和支座临界截面所产生的拉应力，从而控制了裂缝的开展，也提 高了截面的抗弯、抗剪和抗扭能力。这样，当所有荷载都施加于结构上时，截 面仍会处于弹性状态，使几乎全截面混凝土的抗压能力都能得到充分利用。 这种沿纵向施加的力称为预应力，即在结构受到横向自重恒载、活载或瞬时水 平活载之前，沿结构构件跨度方向在截面上施加的预压力。预应力的形式和大 小，主要取决于拟建结构体系类型及需要的跨度和长细比。由于预应力是沿构 件的纵向或平行于构件的轴线施加的，因此这种施加预应力的方法通常称为线 预应力法。 环预应力应用于密闭液体容器、管道和反应堆堆芯压力容器，其基本原理实质 上和线预应力相同。在柱形或球形结构上，由环形箍筋所产生的“套箍”应力， 可以平衡由内部密闭压力在曲线形表面纤维上所产生的拉应力。 从以上讨论可以看出，在预应力构件承受全部恒载和活载之前，为了消除或大 大减小这些荷载引起的净拉应力，构件内就已经产生了永久应力。对于普通钢 筋混凝土，混凝土的抗拉强度通常忽略不计，这是因为由弯矩产生的拉力是由 钢筋混凝土浇筑中形成的粘结力来承受的，因此普通钢筋混凝土构件在使用荷 载下一旦达到极限状态，其裂缝和变形就不再能恢复。 同预应力钢筋的作用相反，普通钢筋混凝土构件中的钢筋本身并不能对构件施 加任何荷载。 预应力构件中通过使用预应力钢筋主动对构件预加荷载，使裂缝 和变形有很高的恢复能力。而一旦超过了混凝土的弯曲抗拉强度，预应力构件 就开始和普通钢筋混凝土构件具有同样的工作性质了。 在相同跨度和荷载条件下，预应力构件较相应普通钢筋混凝土构件的截面 高度小，通常只为普通钢筋混凝土构件截面高度的 65%80%，因此，预应力构 件需要的混凝土量较少，大约比相应普通钢筋混凝土构件混凝土总量减少 20% 35%。但是，预应力构件需使用高性能材料，其昂贵的价格抵消了由于混凝土量 减少而节省的费用，而且，即使不考虑构件体系的费用，预应力张拉操作本身 就会形成一项额外费用：因为预应力构件截面通常由翼缘板和薄腹板组成，因 而使模板更复杂。 虽然有这些附加费用，但如果预制构件数量足够大，至少预应力构件的基 本费用和普通钢筋混凝土构件体系之间差别不大。而且间接的长期效益非常显 著，因为：需维护量小；由于混凝土的质量控制更严格，使用期更长； 由于上部结构的总重较轻，可以使用轻型基础。 一旦普通钢筋混凝土梁的跨度超过 7090英尺（21.327.4m），梁的自重 就会很大，而大重量构件就必然产生更大的长期挠曲和开裂，另一方面，由于 拱的施工费用昂贵，而且会产生不利于使用的严重的长期收缩和徐变，因此对 大跨度结构而言，预应力混凝土结构就称为必选方案。象阶段施工桥梁和斜拉 桥这样的特大跨桥梁，只能通过预应力技术施工。 预应力混凝土并不是一个新概念，回溯至 1872年，一名加利福尼亚的工程 师杰克逊，通过系杆由单独的砌块建造梁或拱而获得了专利。后来在很长一段 时间内，由于没有可利用的高强钢材来克服预应力损失，使此项研究进展缓慢。 后来，阿兰克苏认识到了混凝土收缩徐变（材料的横向塑变）对预应力损失的 影响，随后他提出：对无粘结钢筋进行连续后张，会弥补由于收缩徐变使钢筋 缩短而造成的钢筋内的时变应力损失。在 20年代早期，Hewett发展了环预应力 理论：通过使用松紧螺旋扣，使水平钢筋沿混凝土容器的侧壁产生紧箍应力， 从而防止容器透水。后来，在容器和管道上采用环预应力的方法在美国取得了 长足进步，在其后的二三十年中，建造了数以千计的水、液体和气体储藏罐， 并铺设了远程的预应力管道。 在欧洲和法国，线预应力法得以进一步发展，尤其由于弗来西奈的独创性， 他于 1928年提出通过采用高强度、高延性钢来克服预应力损失的方法。1940年， 他推出了著名的，且广为接受的弗式体系。 在二十世纪三十至六十年代，英格兰的阿勃莱斯提出并发展了部分预应力 概念。德国的莱恩哈得、俄罗斯的米克海夫和美国的林同炎对预应力混凝土设 计的科学和技术做出了巨大贡献。林同炎的荷载平衡法特别值得一提，因为它 大大简化了设计程序，尤其是连续结构的设计。二十世纪的这些发展使预应力 在全世界，尤其是在美国，得到了广泛应用。今天，预应力混凝土被应用于建 筑、地下结构、电视塔、浮动储藏结构和近海建筑、发电站、原子堆堆芯压力 容器，以及包括阶段施工桥梁和斜拉桥在内的各种桥梁体系中。见证了预应力 理论的通用性及其广泛应用。这些结构的成功发展和建造主要归功于材料技术， 特别是预应力钢材料的进步，以及短期和长期预应力损失计算方法的不断完善。 4结构设计原理 一个结构工程项目可分三个阶段完成：规划、设计和施工。结构设计包括 确定结构最适宜的比例，并确定其组成构件和细部尺寸。这是结构工程项目中 技术性最高、数学严谨性最强的阶段，但若不能同规划和施工阶段充分协调， 就不能也不应该付诸实施。一个成功的设计者总是会全面考虑结构在初步规划 中涉及到的各种因素，以及今后施工中可能遇到的各种问题。 特别地，在任何结构的设计中，首先涉及到确定结构所必须承受的因而设 计中必须考虑的荷载和其它设计条件。接下来是分析在荷载、温度、收缩、徐 变及其它设计条件下结构所产生的总内力（轴力、剪力、弯矩、扭矩）、应力强 度、应变、变形和反力，最后对各构件及连接进行尺寸设计及材料选择，使之 足以抵抗设计条件所产生的作用效应。某设计尺寸是否会达到预期的结构性能， 所使用的判断准则反映了知识积累（理论，现场试验及模型试验和实践经验）， 直觉知识和判断力。对于象桥梁和房屋这些最常见的土木工程结构来说，过去 通常的做法是将使用荷载和其它设计条件下产生的应力与容许应力强度进行比 较，然后据此进行设计。由于选择容许应力强度的前提概念是：在结构的最大 受力点处（的应力或应变）不得超过材料屈服点处的应力或应变，因此这种传 统的设计方法称为弹性设计。当然，考虑到结构也可能会发生疲劳、压曲、脆 断破坏或考虑到结构的容许变形量，选择容许应力时也可能会作一些调整。 根据结构类型和有关条件，在假定设计条件下按选用的结构分析模型 所计 算出的应力强度，和实际条件在实际结构中引起的应力强度，可能也可能不十 分吻合。只要计算出的应力强度能根据以往的经验解释，吻合程度就不重要。 为防止结构失效，在选择使用条件和容许应力强度时提供了安全储备。储备量 值的选择取决于荷载、分析、设计、施工的不确定性程度和失效后果。(比如， 对于屈服应力为 33000 psi 的结构钢，其容许应力选择为 20000psi，那么针对 受拉屈服的安全储备（或安全系数）为 33000/20000，或1.65。) 容许应力法的一个很大的缺点，就在于它不能对各种结构类型以及结构各 部分，提供统一的超载能力。因此，目前日益趋向于基于结构的极限强度和适 用性进行设计，以往的容许应力法只作为一种备选设计方法。目前这种新方法 在钢筋混凝土设计文献中统称强度设计，在钢结构设计文献中统称塑性设计。 按照强度方法设计构件尺寸时，首先将预期使用荷载乘以适当的大于 1 的 荷载系数，该系数值的大小取决于荷载的不确定性以及结构使用期间内发生变 化的可能性，对于荷载组合，还取决于某荷载组合的可能性、出现频率和持续 时间。在这种钢筋混凝土设计方法中，考虑到材料强度、施工工艺和结构尺寸 的变异性的不利情况，通过承载能力折减系数将结构构件的理论承载能力进行 折减。随后设计结构尺寸，根据控制条件的不同，使之满足：荷载增大将会： 引起疲劳、压曲或脆断破坏；或仅在一处内部截面发生屈服（或在几个截 面处同时屈服）；或结构发生弹塑性位移；或使整个结构即将坍塌。 后一种方法的倡导者认为这种方法更符合实际，它针对预期的使用条件提 供更准确的安全储备。这些进步是由于它能够考虑结构临近极限状态时重要的非弹性和非线性效应。 近几十年，许多杰出的工程师日益关注的是：不但“安全系数”这个术语 已不恰当，也不符合实际，而且更糟糕的是，基于此概念的结构设计原理，许 多情况下使设计过于保守，因而不经济，而在一些情况下又不稳妥，失效概率 很高。他们认为不存在结构的失效或安全的确定性这类事情，而只存在失效概 率和可靠概率。因此，他们认为，荷载效应的变异性和结构抗力的变异性应以 统计方式进行研究，并计算结构的安全概率或适用概率。采用这种方法设计所 有结构也许还不现实，但有人认为采用这种方法制定设计标准还是可行的。人 们希望建筑规范明确规定各系数及其相应概率。 7、建筑类型与设计 建筑与人类密切相关，它为人们提供工作和居住所必要的活动空间。 依据使用性质建筑主要分为两类：工业建筑和民用建筑。工业建筑用于各 类工厂或工业生产，而民用建筑是指那些供人们居住、工作、教育培训和进行 其它社会活动的建筑。 工业建筑是适用于各行各业进行加工生产和制造的工业厂房，如采矿业、 冶金工业、机械制造业、化学工业和纺织业。工业厂房可分为两类：单层工业 厂房和多层工业厂房。工业建筑与民用建筑的结构相同但是它们所使用的建筑 材料及其用途则有所不同。 民有建筑分为两大类型：住宅和公共建筑。住宅应适合家庭生活的需要， 每套房屋至少要包括三个必须的房间：起居室、厨房和洗潄室。公共建筑用于 行政、文化活动、经营管理和其它社会服务，如学校、办公楼、托儿所、公园、 医院、商店、车站、剧院、体育馆、旅馆、展览馆、浴池等等。所有这些公共 建筑都具有不同的功能，因此各自也都需要设计成不同的类型。 住宅是人类生活居住之处，其基本功能是提供遮风避雨的场所，但是现在 人们对住房的要求不只是限于此。一个将要乔迁新居的家庭不但要了解新居是 否满足他们安全、健康和舒适的要求标准，还要了解新居到粮食商店、食品店、 学校、商店、图书馆、影剧院和社区活动中心的距离。 十九世纪60年代中期一个最重要的住房价值观念是具有充足的室内外 空间。大多数人喜欢一个家庭要拥有大约半英亩的占地面积，从而有足够的空 间用于闲暇活动。在高度工业化的国家，尽管远离工作地点，许多家庭还是喜 欢居住在离市中心尽可能远的地方，甚至有相当数量的家庭为了远离噪声、拥 挤和混乱更喜欢住在乡村而不是市郊。多数人可以驱车上班因此公共交通的便 捷性已不再是选定住宅的决定性因素。人们主要对房间的布局和大小以及卧室 的个数感兴趣。 任何建筑在施工之前，必须绘出建筑图从而展示其造型、进行建筑定位和 绘制其它各专业施工图。 房屋设计的关键是平面布置，它应能最大限度地满足预期目的要求。对于 住宅，平面布置可以从三个方面来考虑：“公共空间”、“私密空间”和“设备”。 必须注意的是还要确保这些区域之间的交通便利。公共空间通常包括餐厅、起 居室和厨房，还有其它如书斋以及大厅。客厅一般最大通常也可兼作为餐厅， 或者厨房兼作餐厅。私密空间主要是卧室。而设备则包括厨房、浴室 、储藏室 和洗潄室。厨房和储藏室将设备区与公共空间相联。 从各个房间眺望室外景色也是一个要考虑的基本问题，多数情况下应该使 房屋尽可能朝南。然而同时考虑环境和道路的位置时，要充分满足这方面的要 求通常是十分困难。要解决这些复杂的问题，还必须要遵循当地的城市规划， 它涉及到公众的舒适度、人口容积、建筑高度、绿化率、建筑红线、新建筑与 既有建筑的协调、等等。 工业建筑标准化程度低还必须遵守地方法规。现代的趋势是厂房要通风透 光并附带有办公室、接待室、电话交换房等，低层建筑房屋可眺望出入道路， 车间同样通风透光但不易与公共场所通视。通常只有钢筋混凝土或钢结构的厂 房才能做成向北的锯齿型天窗以便得到均匀的采光从而避免眩目的阳光直射。 8、乡村地区定线测量 传统上，乡村地区定线工作以现场/野外为主，即勘测队的大部分时间和精 力都是在地面上进行测量和观察的。地区踏勘是第一步，测设人员利用现有的 地形图，有时也用飞机，对该地区进行勘察。主要目的是找出可行的路线，确 定主要控制点如山岭垭口或适宜的跨河位置，以及查明主要障碍物如陡坡或沼 泽地带的位置。第二步是对可行路线进行踏勘：步行考察每一条路线，并估计 其相对长度、难点和费用。在地形非常陡峭的坡段，用手水准仪或类似仪器测 量其坡度。当定线人员要为随后进行的详细测量建立控制点时通常插旗标出该 路线。第三步就是测量队沿初步线路或称P线，或必要时沿两条以上的备选路线 行走测量。距离和角度通常是用经纬仪和钢尺进行测量，纵断面则是通过水准 测量测定。地形特征，通常还包括等高线要挂在P线上。描绘出P线数据后，工 程师通过研究平面图和纵断面图，在室内拟定最终线路位置或几条备选位置。 最后在地面上打桩标定这一L线的位置，与其相应的纵断面、横断面及排水设施 也随之确定。 现代定线方法通常以摄影测量技术为基础。它与上述的传统方法之间的相似之处很明显：每种方法都包括地区踏勘、路线踏勘、初步定线测量和最终定线这几个连续步骤。区别之处在于新方法主要在室内进行。可以立桩标定最终 线路之前的现场工作主要集中在航空测量及其地面控制测量、核查像片或地图 上不清楚或不完善的数据、以及土壤调查和地下勘探。 多数公路测量都要连到由国家大地测量局测设的国家平面坐标系统上，这 些坐标系统是全国三角测量网的次级系统。这些基本坐标系统不仅为地面控制 测量，而且为线形、坡度测量以及地界描述提供了坚实的基础和校核依据。 前期踏勘/地区踏勘 在踏勘阶段，工程师的任务就是通过尝试方法来确定哪些路线值得进一步 研究。道路的起终点和必须通过的中间点为主要控制点。如果没有比较方案， 独立的桥址和单独的山岭垭口也可以成为主要控制点。同样，对于风景区的道 路来说，林区、瀑布、湖泊和其他景点都可成为主要控制点。在干线公路的定 线中可能会被忽视或故意绕过的小村庄，在支线公路中可能会成为主要控制点。 山洪流域、垭口、山脊凹点、低洼地区的沼泽地带常常成为次要控制点。造价 因素如有利或不利的土质条件、结构物的数量和规模、以及为得到满意的线形 和坡度所需要的填挖方数量都可以划为次要控制点。 在群山高耸的山村，在山峰两侧沿山洪流域的可能路线中，一般有一条合 适的通道。最经济、经常也是最顺直的线路可能刚好在河流的洪水位以上。但 是，往往峡谷的高度会超出最大允许坡度。因此，如果线路沿水流坡度设置， 则必须在附近的山嘴、侧面峡谷增加道路长度或用之字线/回头线。 可行路线踏勘 前期踏勘已经确定了一条以上可行路线的主要和次要控制点，并且把每条 线路已经限制在一定宽度（可能在几百英尺之内）的带状区域内。第二步，通 过设置所有的控制点并将临时的竖直和水平中线附和其上，以及粗估这些线路 的相对价格，来严密地确定各条备选线路的位置。摄影测量和计算机技术可以 比实地测量审查更多的备选方案。 初步定线 当在一个适当狭窄的地带选定了一条首选线位后，实地定线（传统方法） 的下一步需要进行初步定线，尽可能接近最终线路中线的理论位置。测量数据 通常整理绘制成1英寸：100英尺（1：1200）的平面图和纵断面图。通常要显示 地形图和200-800英尺（60-240米）宽狭长地带的等高线图。 基于摄影技术的初步定线测量几乎完全是在室内完成。根据航空像片以恰 当的比例准备地图（通常为1英寸：200英尺）（1：2400），之后在地图上拟定线 路位置。 乡村多车道设施的定线步骤有点不同。对它们来说，将对向行车道设计成 分离的两条公路可能是最有利的。例如，两条公路可以走行在峡谷两侧或河沟 或小山的对侧。中央分隔带的宽度可以变化，且线形和坡度线二者会有相当的 差别。一般这种双线比均一的横断面造价更低。由于将对向公路的景象和噪音 减到了最小，而使行车更愉快，减少了单调感。注意一点，车灯眩光（现象） 几乎被完全杜绝。 最终定线 最终定线实质上是确定规划公路的细节。这个阶段提供小幅度移动线路、 调整坡度的机会。同时，确定结构物、水道及其它排水设施最终的平面和立面 位置。尤其应当注意协调平面和立面的线形。比如，应该避免将平曲线的起点 或终点设在路拱的/凸形竖曲线范围内，因为司机在到达此点之前看不到这一变 化。 前已提到，已经开发出了通过阴极射线管(屏幕)预先把道路显示出来的计 算机技术。这些技术使设计者能够从驾驶员的视角来调整设计使之感觉舒适。 无论是在实地或室内进行最终定线，之后都必须在地面仔细地设置足够数 量的曲线点、切点及其它控制点，以方便施工各阶段的定线工作。同样，必须 以相对较近的间距、在没有施工活动干扰的地点设置水准点。还必须精确标出 所有地界线的方向、地界标石间的距离以及建筑物、围护及其他改扩建工程的 位置。将来，负责施工用地部门的征地拆迁和结算将以此为依据。对桥梁和建 筑工地还要有大比例的地形图或其它特殊测量。结构物的土壤调查和基础勘探 多由受过专门培训和配备有专业设备的队伍进行。有时要派现场勘测队测定流 域边界、收集其它资料以便预测水流流量。 9、地基与基础 建筑物的荷载由恒荷载和附加荷载组合而成，建筑荷载对支撑建造建筑物 的地基施加了一向下的压力，这反过来促使地基产生向上的反作用压力。事实 上，结构物就被夹这些相反压力之间而建筑物结构的设计必须能够承受作用在 结构构件和总建筑结构内应力合力。作支撑的天然地基必须能够形成足够的反 力为建筑物提供稳定性以防止地基因不均匀沉降产生破坏和因剪切产生破坏。 为使设计人员能够选择、设计和详述一适宜的地基基础他必须具有有关支撑建 造建筑物地基土性质的适量数据而这通常可从一按计划进行的土质勘察项目中 获得。 土质勘测。土质勘测因其需要而特别虽然场地勘测正完全包含，考虑了这 样一些因素如：地形，既存公共设施的位置，钻进的方法及任何地域性的限制。土质勘测通过为测试提供土样和为可见检查提供钻进手段是获取关于地基土性 质和特性数据的一种方法。实际需要的数据和能合理地花费在任何土质勘测项 目上的资金量将依赖于建议的结构类型和设计人员有多少关于特定区域或特定 场地先前的知识。 土质勘测的主要方法列举如下： 1、 试验坑（试坑）小合同：地基基础深度不可能超过 3m处。 2、 钻孔中到大合同：对地基基础深达 30m处。 土的分类。土可用下列任一种方法进行分类： 1.物理特性；2.地质成因；3.化学成分；4.粒径。 已证实土的物理特性与土的粒径密切相关，他们两者对地基基础的工程师， 建筑师或设计师来说是重要的。所有土可划定为粗粒土和，每一类结果产生不 同的性质特性。 粗粒土：这类土包括砂土和砾石。具有：低孔隙率，干时可忽略粘聚力， 高渗透性和轻微压缩性，压缩几乎施加荷载后立即发生。 细粒土：这类土包括粘性淤泥和粘性土。具有：高孔隙率，高粘聚力，很 低渗透性（渗透性极低）和高压缩性且压缩缓慢地发生在很长的一段时间内。 当然存在这样的土，其分类处在上面所述两种极端土类之间。英国标准1377 涉及的土的试验方法和分界分类粒径如下： 粘土颗粒粒径 小于 0.002mm 粉土颗粒粒径 在 0.002mm与 0.06mm之间 砂土颗粒粒径 在 0.06mm与 2mm之间 砾石颗粒粒径 在 2mm与 60mm之间 卵（碎）石颗粒粒径 在 60mm与 200mm之间 粉土、砂和砾石也可用处于上述引用极值之间的颗粒粒径进一步细分为细、 中、粗。 土的抗剪强度。一部分土体在另一部分土体上滑动由土所提供的阻力或它 的抗剪强度对设计人员来说是重要的，因它能用来计算土体的承载力和计算土 体施加在这样一些构件如基坑开挖支架上的压力。荷载作用下土中抵抗剪切的 阻力主要取决于土的颗粒成分。如果土在形状上是颗粒状的，颗粒间的摩擦阻 力随荷载的施加而增大故而因此土体的抗剪强度也随施加的荷载量的增大而增 大。相反地，粘土颗粒因细小无摩擦阻力形成，因此无论施加荷载的数量有多 大土体的抗剪强度将保持为常数。居中的土如砂性黏土抗剪强度随荷载的施加 通常地只产生轻微的增加。 压缩性。基础类型和设计做出最终选择之前必须查明确定的另一土的重要 特性是压缩性，且必须考虑到这两种因素： 1.以什么速率压缩产生 2.施加全部荷载后总的压缩量 当处理无黏性土时例如砂和砾石，压缩速率将与建筑物的施工保持同步因 而建筑物竣工时如果土体保持同一状态就不再有更进一步的沉降。土体受荷压 缩，气和/或水从孔隙中排出，土颗粒自然地重新分布排列。粘性土中，孔隙常 常恰好完全被水充满而水本身几乎不可压缩，因此仅伴随着孔隙水的排出而允 许土颗粒沉降土体产生压缩。粘性土中孔隙水的排出可能出现但仅以一个很低 的速率出现，主要由于黏土片状颗粒提供了阻力，水必须穿透它们流动。土的 这一压缩运动梯度称为固结。均匀沉降通常不会引起结构过度的损坏但是不均 匀沉降可导致不断发展的结构损坏。 基础类型。有多种方法对基础进行分类，但最常用的一种方法结果形成如 此四种基本类型： 1.条形基础轻型荷载尤其民用建筑中，较重的荷载有时可建在一钢 筋混凝土条形基础上。 2.筏板基础轻型荷载，低承载力土和建筑物带地下室土中一般性荷 载。 3.垫层或独立基础为框架结构柱和门式框架支撑构件提供基础。 4.桩基础适用这样一些结构的方法，其荷载必须传递到一般地面线 下一定距离点处。 10、路面设计 路面结构的功能是将施加的轮载分布到一大的自然土面上。如果车辆直接 在天然土上行驶，大多数土中车轮跑道将出现破坏并且形成车辙。土的抗剪强 度通常高不到足以支撑（车辆）荷载（程度）。除了路面的荷载分