土木工程专业英语翻译

1、第一课土木工程学土木工程学作为最老的工程技术学科，是指规划，设计，施工及对建筑环境的管理。此处的环境包括建筑符合科学规范的所有结构，从灌溉和排水系统到火箭发射设施。土木工程师建造道路，桥梁，管道，大坝，海港，发电厂，给排水系统，医院，学校，公共交通和其他现代社会和大量人口集中地区的基础公共设施。他们也建造私有设施，比如飞机场，铁路，管线，摩天大楼，以及其他设计用作工业，商业和住宅途径的大型结构。止匕外，土木工程师还规划设计及建造完整的城市和乡镇，并且最近一直在规划设计容纳设施齐全的社区的空间平台。土木一词来源于拉丁文词“公民”。在1782年，英国人JohnSmeaton为了把他的非军事工程工作

2、区别于当时占优势地位的军事工程师的工作而采用的名词。自从那时起，土木工程学被用于提及从事公共设施建设的工程师，尽管其包含的领域更为广阔。领域。因为包含范围太广，土木工程学又被细分为大量的技术专业。不同类型的工程需要多种不同土木工程专业技术。一个项目开始的时候，土木工程师要对场地进行测绘，定位有用的布置，如地下水水位，下水道，和电力线。岩土工程专家则进行土力学试验以确定土壤能否承受工程荷载。环境工程专家研究工程对当地的影响，包括对空气和地下水的可能污染，对当地动植物生活的影响，以及如何让工程设计满足政府针对环境保护的需要。交通工程专家确定必需的不同种类设施以减轻由整个工程造成的对当地公路和其他交

3、通网络的负担。同时，结构工程专家利用初步数据对工程作详细规划，设计和说明。从项目开始到结束，对这些土木工程专家的工作进行监督和调配的则是施工管理专家。根据其他专家所提供的信息，施工管理专家计算材料和人工的数量和花费，所有工作的进度表，订购工作所需要的材料和设备，雇佣承包商和分包商，还要做些额外的监督工作以确保工程能按时按质完成。贯穿任何给定项目，土木工程师都需要大量使用计算机。计算机用于设计工程中使用的多数元件（即计算机辅助设计，或者CAD并对其进行管理。计算机成为了现代土木工程师的必备品，因为它使得工程师能有效地掌控所需的大量数据从而确定建造一项工程的最佳方法。结构工程学。在这一专业领域，土

4、木工程师规划设计各种类型的结构，包括桥梁，大坝，发电厂，设备支撑，海面上的特殊结构，美国太空计划，发射塔，庞大的天文和无线电望远镜，以及许多其他种类的项目。结构工程师应用计算机确定一个结构必须承受的力：自重，风荷载和飓风荷载，建筑材料温度变化引起的胀缩，以及地震荷载。他们也需确定不同种材料如钢筋，混凝土，塑料，石头，沥青，砖，铝或其他建筑材料等的复合作用。水利工程学。土木工程师在这一领域主要处理水的物理控制方面的种种问题。他们的项目用于帮助预防洪水灾害，提供城市用水和灌溉用水，管理控制河流和水流物，维护河滩及其他滨水设施。止匕外，他们设计和维护海港，运河与水闸，建造大型水利大坝与小型坝，以及各

5、种类型的围堰，帮助设计海上结构并且确定结构的位置对航行影响。岩土工程学。专业于这个领域的土木工程师对支撑结构并影响结构行为的土壤和岩石的特性进行分析。他们计算建筑和其他结构由于自重压力可能引起的沉降，并采取措施使之减少到最小。他们也需计算并确定如何加强斜坡和填充物的稳定性以及如何保护结构免受地震和地下水的影响。环境工程学。在这一工程学分支中，土木工程师设计，建造并监视系统以提供安全的饮用水，同时预防和控制地表和地下水资源供给的污染。他们也设计，建造并监视工程以控制甚至消除对土地和空气的污染。他们建造供水和废水处理厂，设计空气净化器和其他设备以最小化甚至消除由工业加工、焚化及其他产烟生产活动引起

6、的空气污染0他们也采用建造特殊倾倒地点或使用有毒有害物中和剂的措施来控制有毒有害废弃物。止匕外，工程师还对垃圾掩埋进行设计和管理以预防其对周围环境造成污染。交通工程学。从事这一专业领域的土木工程师建造可以确保人和货物安全高效运行的设施。他们专门研究各种类型运输设施的设计和维护，如公路和街道，公共交通系统，铁路和飞机场，港口和海港。交通工程师应用技术知识及考虑经济，政治和社会因素来设计每一个项目。他们的工作和城市规划者十分相似，因为交通运输系统的质量直接关系到社区的质量。渠道工程学。在土木工程学的这一支链中，土木工程师建造渠道和运送从煤泥浆（混合的煤和水）和半流体废污，到水、石油和多种类型的高度

7、可燃和不可燃的气体中分离出来的液体，气体和固体的相关设备。工程师决定渠道的设计，项目所处地区必须考虑到的经济性和环境因素，以及所使用材料的类型一一钢、混凝土、塑料、或多种材料的复合一一的安装技术，测试渠道强度的方法，和控制所运送流体材料保持适当的压力和流速。当流体中携带危险材料时，安全性因素也需要被考虑。建筑工程学。土木工程师在这个领域中从开始到结束监督项目的建筑。他们，有时被称为项目工程师，应用技术和管理技能，包括建筑工艺，规划，组织，财务，和操作项目建设的知识。事实上，他们协调工程中每个人的活动：测量员，布置和建造临时道路和斜坡，开挖基础，支模板和浇注混凝土的工人，以及钢筋工人。这些工程师

8、也向结构的业主提供进度计划报告。社区和城市规划。从事土木工程这一方面的工程师可能规划和发展一个城市中的社区，或整个城市。此规划中所包括的远远不仅仅为工程因素，土地的开发使用和自然资源环境的，社会的和经济的因素也是主要的成分。这些土木工程师对公共建设工程的规划和私人建筑的发展进行协调。他们评估所需的设施，包括街道，公路，公共运输系统,机场，港口，给排水和污水处理系统，公共建筑，公园，和娱乐及其他设施以保证社会，经济和环境地协调发展。摄影测量，测量学和地图绘制。在这一专业领域的土木工程师精确测量地球表面以获得可靠的信息来定位和设计工程项目。这一方面包括高工艺学方法，如卫星成相，航拍，和计算机成相。

9、来自人造卫星的无线电信号，通过激光和音波柱扫描被转换为地图，为隧道钻孔，建造高速公路和大坝，绘制洪水控制和灌溉方案，定位可能影响建筑项目的地下岩石构成，以及许多其他建筑用途提供更精准的测量。其他的专门项目。还有两个并不完全在土木工程范围里面但对训练相当重要的附加的专门项目是工程管理和工程教学。工程管理。许多土木工程师都选择最终通向管理的职业。其他则能让他们的事业从管理位置开始。土木工程管理者结合技术上的知识和一种组织能力来协调劳动力，材料,机械和钱。这些工程师可能工作在政府一一市政、国家、州或联邦；在美国陆军军团作为军队或平民的管理工程师；或在半自治地区，城市主管当局或相似的组织。他们也可能管

10、理规模为从几个到百个雇员的私营工程公司。工程教学。通常选择教学事业的土木工程师教授研究生和本科生技术上的专门项目。许多从事教学的土木工程师参与会导致建筑材料和施工方法技术革新的基础研究。多数也担任工程项目或技术领域的顾问，和主要项目的代理。第三课建筑物的组成材料和不同的结构形式联合组成建筑物的各种不同部分，包括承重框架，外壳，楼板和隔墙。建筑物也有像升降机，供暖和冷却，照明这样的与机械和电力有关的系统。上部结构是建筑物地面以上的部分，而下部结构和基础则是建筑物地面以下的部分。摩天大楼的出现得益于19世纪的两大发展：钢骨架结构和旅客升降机。钢，作为一种建筑材料，源于1885年贝色麦转炉的引入。G

11、ustaveEiffel（1832-1932）将钢结构引入法国。1889年巴黎展览会的塔和他为Galeriedes机械的设计表现了钢结构的灵活性。艾菲尔铁塔高984英尺（300米），是人类建造的最高的结构，直到40年后才被美国一系列的摩天大楼超越。第一个升降机是在1857年被ElishaOtis安装于纽约的一幢百货公司。在1889年，Eiffel在艾菲尔铁塔上安装了第一个大尺寸的升降机，它的水力升降机能在一个小时内运送2350个旅客到达顶点。承重框架。直到19世纪晚期，建筑物外墙被用作支承楼板的承重墙。这种结构本质上一种梁柱模型，并且仍然被用于房屋框架结构。承重墙结构由于需要巨大的墙厚而限制了

12、建筑物的高度。例如，芝加哥建于19世纪80年代16层的Monadnock大厦，较下层的楼板下的墙厚达5英尺（1.5米）。在1883年，WilliamLeBaronJenney（1832-1907）采用铸铁柱支撑楼板的方式以形成笼状结构。由钢梁和钢柱组成的骨架构造最早用于1889年。由于骨架构造，围墙变成一个“幕墙”，胜于起支撑作用。砖石一直被用作幕墙材料，直到20世纪30年代，轻金属和玻璃幕墙开始被使用。在钢结构引入后，建筑物的高度持续快速地增加。在二次世界大战前，所有的高层建筑都是采用钢结构。战后，钢材的短缺和混凝土质量的改良导致钢筋混凝土高层建筑的出现。芝加哥的Marina塔（1962）是

13、美国最高的混凝土建筑。它的高度达588英尺（179米），被伦敦的高达650英尺（198米）的邮政大厦和其他塔式建筑所超越。关于摩天大楼构造观点的转变恢复了承重墙的使用。在纽约城由EeroSaarinen于1962年设计的哥伦比亚广播系统大楼，有一个由5英尺（1.5米）宽，相邻柱的中心距为10英尺（3米）的混凝土柱组成的环形墙。这个环形墙实际上有效地组成了一个承重墙。产生这种趋向的一个理由是，采用建筑物的墙壁作为一个筒体，可以非常经济地获得起到抗风作用的足够硬度。世界贸易大厦是这种筒体方法的另一个例证。相反地，刚性框架或垂直的桁架通常被用于提供侧向稳定性。外壳。建筑物的外壳由透明元素（窗）和不透

14、明元素（墙）所组成。尽管塑料正在被使用，窗传统上还是使用玻璃，特别是在学校，破损产生了一个维护问题。用于覆盖结构并由结构支撑的墙元素由多种材料建造：砖，预制构件，混凝土，石，不透明玻璃，塑料，钢和铝。木主要被用于房屋建筑，由于有火灾的危险，它通常不用于商业，工业和公用建筑。楼板。建筑物中楼板的构造依赖于所使用的基本结构框架。在钢结构中，楼板或是搁置在钢梁上的混凝土板，或是表面附有混凝土的波状钢组成的凹板。在混凝土结构中，楼板或是搁置在混凝土梁上的混凝土板，或是一系列顶端有一个薄板双向都近距离排列的混凝土梁，在其下部提供了一个多余的空间。这种类型的板的使用依赖于支撑柱或墙间的跨度和空间的功能。例

15、如，在公寓中，当墙和柱的间距在12英尺到18英尺（3.7米到5.5米），最常用的结构是无梁的实心混凝土板。这种板的下部可以用作其下层空间的天花板。办公大楼中常使用波纹钢楼板，这是因为波纹钢楼板的波纹当由另一块金属板盖上时，可以形成电话线和电线通道。机械和电力系统。一个现代建筑不仅包括它所需要的空间（办公室，教室，公寓），还包括帮助提供舒适环境的机械与电力系统的辅助空间。在摩天办公大楼中，这些辅助空间可能构成总建筑面积的25%在办公大楼中，供暖，通风，电力和卫生管道系统的重要性体现在工程预算的40哪分配给它们。因为使用带有不能开窗的密封性建筑屋的增加，精细的机械系统被用于通风和空调。渠道和管道携

16、带来自中央风扇室和空气调节机的新鲜空气。悬吊在上部楼板结构下面的天花板，隐藏着管道系统，还包含照明设备。用于动力和电话通讯的电力配线，也被安置在天花板空间内，或被埋置在楼板结构中的管道内。已经有种种尝试将机械和电力系统通过坦白地表达它们以合并到建筑物的建筑学中。举例来说，在爱荷华州首府得梅因的美国共和保险公司大楼（1965）,管道和楼板结构以一种有组织和优雅的形式暴露在外，用吊顶进行分配。这种方法使得减少建筑物的花费成为可能，并且可以允许改革，例如在结构的跨度方面。地基与基础。所有的建筑物都支撑在地面上，因此，土体的性质成为任何建筑设计中极端重要的考虑因素。基础的设计依赖于许多土体的要素，如土

17、的类型，土壤的层理，土层的厚度和它的压缩性，以及地下水的状态。土壤很少有一个单一的成分。它们通常是不同厚度土层的混合物。为了评估，土壤被按照颗粒大小分为不同等级，它们从淤泥到粘土到砂到砂砾到岩石依次增加。大体上，较大颗粒土的负载能力将会强于较小的一些。最硬的岩石可以高达每平方英尺100吨（每平方米976.5公吨）的负载，但是最软的淤泥所能承受的负载只有每平方英尺0.25吨（每平方米2.44公吨）。所有表面以下的土都处在受压状态中，说得更精确一些，这些土承受与作用在其上的土柱重量相等的压力。许多土（除了大多数的砂和砾石以外）显示出弹性性质一一在荷载作用下受压变形，当荷载解除后可以回弹。土壤的弹性

18、常常依赖于时间，也就是说，土的变形可能发生在荷载作用后从数分钟到数年的时间长度上。超过一个时段，如果建筑物作用在土体上的负载高于土的天然压实重量，它可能产生沉降。相反地，如果建筑物作用在土体上的负载小于土体的天然压实重量，它可能隆起。土也可能在建筑物自重作用下产生流动，就是说，它很容易被压挤出。由于压实和流动效应，建筑物趋向于沉降。例如比萨和博洛尼亚的斜塔，不均匀沉降能产生破坏效果一一建筑物可能倾斜，外墙和隔墙可能产生裂缝，窗户和门可能够变得不起作用，并且极端的情况是建筑物可能倒塌。尽管在某些极端条件下，像墨西哥城的情况，能产生严重的后果，但是不均匀沉降并不是那么严重。过去100年以来，那里地

19、下水水位的变化已经使一些建筑物沉降超过10英尺（3米）。由于这种运动能发生在施工工程中和其后，仔细分析在建筑物下土的行为显得非常重要。土的巨大的可变性导致基础问题多样的解决方法。在地表附近存在坚硬土时，最简单的解决方法是把柱放置在一个小的混凝土板上（扩展基底）。土较软的地方，有必要将柱荷载传递到一个较大的面积上，在这种情况下，则在整个建筑物底下采用连续的混凝土板（筏或席）。地表附近的土体不能承载建筑物重量时，木制，钢制或混凝土制桩被打入以加固土体。建筑物的施工工程自然是从基础到上部结构。但是，设计工程则是从屋顶到基础（沿重力的方向）。过去，基础不依照系统调查。科学设计基础的方法已经在20世纪内

20、得到发展。美国KarlTerzaghi的先锋研究，利用土力学和探测及测试程序技术，使精确预报基础的行为成为可能。过去基础的破坏，像经典的例子一一比萨斜塔，已经变得几乎不存在。然而，基础仍然是许多建筑物一个隐而昂贵第七课桥梁桥梁是跨越如河流、山谷这样障碍的一种建筑，从而提供交通便利，到目前为止，大部分桥梁都是公路桥或铁路桥。大量的高架桥于19世纪在欧洲建成，目的是保持其运河中船舶的航行。最小的一座桥在纽约市的肯尼迪机场，它主要是把滑行飞机拖到跑道上服务的。人类建成的第一座桥类似于原始人在孤立地带建成的。早期人类的工具和建筑技术如同原始人类一样都是最初级的。他们只要经过最少的加工和安装即可建成。在

21、森林里，随处可得结实的木材和圆木，那时侯的桥极可能是由一根或并排的几根圆木建成，可能在其上覆一些木枝或草垫以方便行走。处于热带地区的印度、非洲、和南美洲纤维藤被用来建成悬索桥，这些藤被系在小河或山谷两边的树上或岩石上。一根或更多的藤被踩在上面行走，其它的则排列在膏腴几英尺的地方，用作手扶用。虽然藤索桥通常不稳定。但有很多用incas建成藤索桥有足够的坚固和稳定性，被用于西班牙士兵和它们马匹的通行。在岩石地区，石头被用来建桥，横跨河流以很小的间距布置石碓作为桥墩，然后用平坦的石头横过相邻的桥墩就建成连接两岸的通道，大部分的石桥就是这种类型，叫做鼓掌桥。现在在Dartmoor、英格兰仍然可见，不过

22、它们都建于中世纪甚至更晚。原始桥梁的第一步变革被认为出现在中国古代，随后传入印度。河床一般比树要宽，中国人和印度人在河流的中央建成两个树桩。在这个结构的两端，用圆木的一端架在树桩上并微微向上倾斜，使其每一层都比它下面的高几英尺。为了增加稳定性，每个木桩在两岸都用一堆大而重的石头锚固；接近河中央，在河中间的两个木桩的两端则用简支梁连接。在这种结构中，天然支架桥在两个自由杆的中间加桩后可达到很宽的跨度。早在公元前4000年的Mesopotamia和在公元千3000年的埃及，用石头或日光烤干的砖被用来安装重叠的横梁。这种结构看起来像的拱，下部更平稳，被叫做突拱。要使突拱变为更直的拱，它需要石头的内部

23、构造适合光滑。这种直拱比突拱更坚固，且早在公元前500年就被使用。这种直石拱具有经济和经久耐用，它可以由许多静止在码头上的拱而跨过小的河流。并且，它一般会经常出现，而它的质量比先前的任何结构都要好。在中国和罗马的古代，这种整体石拱被广泛地用于桥梁结构。它一直被广泛地使用直到19世纪。这里有4类基本结构可以用作水面上的或障碍物上的桥：刚架桥、悬臂桥、拱桥、和悬索桥体系。刚架桥最简单也可能是最早使用的-即刚架桥河流。这样它的两端固定在相对的河岸。这种刚架桥可以组成某种形状的木梁、钢筋混凝土梁或更复杂的约束。刚架桥这种类型的桥的跨度可以采用在中间建桥墩或在峡谷建搁栅撑，再用几根横梁连接起来而增加跨度

24、。刚架桥的材料必须能够承担压力和拉力。尽管它的名字叫曲梁，但实际上这种具有双重要求的杆能用于刚架桥上。结果，梁弯曲较高的部分的压力比直的部分低一半以上，如果他的受压承载力太弱，它将会成扣环，如果受拉承载力太弱，他将会破坏。悬臂桥在利用中间桥墩的长跨距桥中它通常是不可行的桥梁结构。举个例子，在深而流速急的河流或软泥中，可能很难建桥墩使它有足够深度达到基岩层。在这种情况下，刚架桥结构用两根横梁就可以延伸从每岸伸出一根梁，而在两根梁的端部基础进行锚固。这种简单的刚架桥结构更具有静定性，而每一根锚固的梁的这种基础结构就叫悬臂桥，或许这种最简单而熟悉的悬臂桥例子便是跳水板。在普通的悬臂式桥梁中，悬臂梁端

25、部之间的间隙是闭合的，为道路提供了连续的桥面。但是假如把这种桥梁在其闭合点断开，那么每一根悬臂梁都不需要另外设置支撑而可保持稳定。通常悬臂梁中问问隙是闭合的既是刚架桥。如此却使悬臂粮延伸了跨度。悬索桥在没有中间桥墩的情况下比悬臂桥跨越更大的距离。悬索桥的支撑体系是靠连续可弯曲的缆绳的两端的锚固，悬索桥最简单的例子是杂技场高空走钢丝杂技演员用的钢丝。原始的悬索桥常常是一把很小的几根这样的钢丝系在一起来提供扶手和立足点的。在水平公路上的现代悬索桥则是由缆绳悬吊在车行道两边的下面。拱桥则是相反于悬索桥的作用，在那些悬索桥缆纯自由的提供支撑力的地方，拱桥却是从它的两端支柱固定的向上弯曲。由于在形状上的

26、不同，悬索桥的缆绳的各点都趋向拉伸而拱桥的支柱的各处都趋于挤压。由于这些原因，悬索桥的缆绳必须尽可能的防止延伸，饿拱桥材料则尽可能地抵抗压缩。因为拱结构不一定要求材料具有抗拉强度，所以拱桥可以用砖或石头建造，砖或石头通过拱传递压力的特性结合在一起。这种材料在其它的基本桥梁结构中却毫无用处。在拱桥中，荷载由公路上垂直传递下来，直到拱形遭到破坏。当拱遭到纯压而达到临界荷载时，便会改变力的传递路径。有压缩力的推力通过节点或墩传到地面。拱这种简单而优美的结构成为桥梁中的一种基本结构。八课：桥的设计与构造规划现代重要的桥梁建造的第一步是广泛地研究确定桥梁的必要性。比如：如果是高速公路桥，在美国则是由州桥

27、管理局研究规划并确定，在程序上会同当地的政府或联邦政府一起，对主要公路桥梁进行评估研究。如在接近高速公路网上减少交通堵塞，对当地经济的影响和桥的造价。这就决定了工程的投资方式，如公众收费，发行债券或支付过桥费都被考虑进来。如果研究认为其可行信，那么桥选址和占地问题将着手处理。在这一点上，现场测绘工作开始进行，做好精确的实地测量；潮汐，洪水因素，水流和水路上的其他的特征都要仔细研究，在陆地和水下的泥土和岩石的钻孔取样都尽可能地在基础处进行。桥梁设计的选择决定把桥建成梁，悬臂，桁架，拱，悬索或其他类型结构的主要因素是：（1）地点，如跨越河流；（2）目的，如建桥为了方便交通；（3）跨度；（4）可用的

28、材料；（5）花费；（6）美观和和谐性。在一定范围的跨度内，每种结构的都有最大的作用和经济。如下表所示:桥的类型最佳跨度英尺米梁桥20到10006.1至U304.81刚架桥80到30024.4至U91.4拱桥200到100061.0至U304.8桁架桥200到140061.0至U426.71悬臂桥500到1800152.4至U548.6悬索桥1000到5000304.8至U1524.0上表表明了许多类型的适用性有相当多的重叠。在一些实例中，在不同的初步设计中,用来比较不同类型的桥结构是为了在最后有最好的选择。材料的选择桥梁设计者能选用大量的现代高强材料，包括混泥土，钢筋，和多种耐腐蚀的合金。拿V

29、arian-Narrows大桥来说，设计者使用了七种不同的合金钢，其中之一的合金的屈服强度为50000英镑每平方英寸(3115kg/c褶)，而且不需要油漆保护，因为有一种氧化膜覆盖在它的表面而防止腐蚀。设计者还选用钢丝绳作为缆绳，它的抗拉强度超过250000英镑每平方英寸(17577kg/cm2)抗压强度高达8000英镑每平方英尺(562.5kg/cm2)的混泥土现在被生产用作桥梁工程，而且它在增加特殊化学物质后具有很高的抗脆裂性能和抗风化性能，这种混泥土被用作预应力碎，而且其加强了钢丝绳的抗拉强度，其强度达到250000英镑每平方英寸(17577kg/cm2)桥梁的其它使用材料还铝合金和木材

30、：现在的铝合金的屈服强度超过了40000每平方英寸(2818kg/cm2)。把木材碾成细长的薄片，然后用胶水粘在一起而做成的梁是自然木材强度的二倍。例如用南部松树而胶结的梁能承受的工作应力达到了3000英镑每英寸(210.9kg/cm2)。应力分析一座桥要抵抗一系列的合力，如拉力，压力，剪力和扭力。另外，结构还需要一定的安全储备一保不足。对结构进行精确计算各种单独的压力和拉力，这就叫应力分析。这或许是桥梁建设中最复杂的技术。应力分析的目的是为了确定作用在结构上的里的数量。作用在桥梁结构的应力都可以分为二类荷载：动荷载和静荷载。静荷载一一即桥结构本身不变的重量一一它往往也是最大的荷载。动荷载或静

31、荷载有很多，包括桥面上的机动车，风荷载，和积冰积雪荷载。虽然随时在桥面上移动的机动车的总重量相当于静荷载和动荷载来说是一个很少的部分，而对设计者来说，因为机动车辆产生的振动和冲击压力而会出现特殊问题例如：在路面上机动车的不规则的运动或碰撞对桥面产生短暂而影响加倍的活荷载而导致严重的影响。风在桥上的施加的里即直接敲打桥结构又间接的敲打在桥面上的通行的车辆。如果出现空气弹性振动，在这种情况下的TacomaNarrows大桥的风作用被大大地增大，由于这种危险的存在，桥的设计者在桥址必须知道所能发生的最大的风。还有其它的力作用在桥上，如：地震产生的压力也必须注意。对桥墩的设计通要给予特殊的关注，因为桥

32、墩承担水流，浮冰和漂浮物而产生的重荷，桥墩通常还有被船撞击的可能。电脑在应力分析上协助桥梁设计者，并扮演一个很重要的角色。用一个精确的模型试验，尤其对桥的动力的活动状态的研究也可以帮助设计者。一个小比例的桥模结构中，对桥模各处的应力，加速度和变形都可以进行精确测量。桥模这时可以承受同样比例的荷载和动力条件来分析桥的变化。风洞试验也可以确保不再发生TacomaNarrows大桥的失败。在现代技术的帮助下，桥梁事故出现的机会将大大少于以前。建筑基础建筑物都是从基础开始的，基础的花费几乎大大超过上层建筑。水下基础通常会遇到很大的困难，有个古老的方法常被用于浅水中，即在小范围内垂直围堰而建桥墩。罗马人

33、常用这种方法。在深水中建基础一般用沉箱法。沉箱是一个底部开口其余封闭的大盒子而沉入河床上，工人们在为挡水而充满压缩空气的沉箱里，越挖越深，沉箱也跟着下沉。当达到合适的深度后在箱内填入混泥土而成为基础。在深水中建基础的另一种方法比沉箱法更安全和更低的成本，用于钢或混泥土桥墩。在现代的打桩工具下把重桩打入深水中，桩可以在水面或水下截断或做成桩帽。如在水下把它们做成桩帽，可把一根预制空心桩浮运到做成承台桩的那一点，然后从空心桩套内灌入混泥土。建设上层建筑当所有的桩和支柱建好后，则上部结构开始建筑。结构的建设方法有很多种类，共有六类建造方法：脚手架，浮运，悬臂，滑移，直升和悬挂法。在用脚手架建造时，主

34、要用来建混泥土拱桥。金属或木支撑都是临时搭设为竖直支撑。脚手架都是根据需要而灵活搭建的。尤其结构在激流回深谷上时，临时桥墩和站桥一般使用在宽而浅的河上。浮运法主要用来建很长的桥梁。主桥部分是在河岸预制的，然后用驳船浮移到桥梁位置。用浮吊起重机或卷扬机把该部分精确吊到大桥的建设部位。悬臂技术不仅用于悬臂桥中，也用于刚拱桥上，先建成一个桥台，然后一步步延伸到中央，起重机和吊车可以完成着仪沉重物在结构上的操作。滑移法建筑很少用到。这种方法，如一个预制构件或一个组合结构在竖立的支柱上，滑过临时或永久性的支撑，直到它进入安装的另一个支撑。直升法主要用于轻质小跨度的公路桥。每一个预制桥单元被垂直悬起并旋转

35、到桥梁支撑点上。在由悬挂法建设的桥梁中，一串缆绳连接俩边的桥头堡，被用作桥面支撑点。开始的桥面施工却在在桥梁施工的最后，而且是由俩端向中央发展。移动吊车在已完成的桥面上移动，用来运送重材，悬挂钢缆，有时在其他类型的桥梁中被用来在全跨上运输材料。所有的建筑方法在施工阶段都需要验算应力和变形，在用悬臂梁法施工的桥梁中，因为完全不同的支撑和荷载条件，未竣工桥梁内的应力可能会超过已竣工桥梁内的应力。当公路的铺装，标志，灯光，护栏和附属设施完成后，桥梁就准备投入使用了。第11课高速公路工程高速公路工程包括高速公路计划.选址.设计和高速公路保养。当一项高速公路工程设计建设或是改造之前，必须大致地计划考虑一

36、下费用问题。作为概要计划的一部分，该地区在可预见的时段内（如20年）的交通流量，以及何种建设才能满足这种需求将是决定因素。为了评估交通需求量，高速公路工程师通过采集分析现有设备提供的物理数据信息一一包括车流量，分布，现有交通工具的特征以及蕴涵在这些因素中的可以预知的变化。高速公路工程师必须决定新路线建筑最适合的位置.布局以及容量。通常情况下，一条初步的线路或选址和若干备选路线都会被拿来研究。细节方面设计通常在一个更佳的选址确定下来之后才开始。为了选择最佳路线，需要仔细考虑的问题包括：交通需求，（路线）横贯的地带，可通行道路的土地价值以及各种方案的结构开销的预算。在一些大型项目中，利用了航拍技术

37、的摄影测量法被广泛用于显示该地带的特征，这也是一种最经济的方法。在那些小型工程中，地面绘图法已经很完美了。资金方面的考虑决定了一项工程是一次性实施还是是否必须分阶段建设，每阶段建设等资金到位后才开始。在决定最经济的实施方案时，工程师通过分析它的盈利性来定夺的。高速公路，街道（考虑）盈利性的三个优先顺序（依次）为：使用者，所有权上（最）邻近的所有者，大众。使用者通过降低运输费用，提高旅行舒适度，增加安全性，节约时间来提高高速公路利润。他们也获得娱乐的和教育上的好处。所有权毗邻的所有者可以通过更好的路线，提升所有权价值，更加高效的警察机关和消防保护，改善停车环境，为步行者提供更安全的交通环境，当地

38、可通行道路（沿线）的公共设施，（诸如）水管和下水道的使用情况。对通过高速公路建设获得的各种利益的评估通常是困难的，但对一个高速公路工程来讲也是一个最重要的阶段。有一些利益可以被精确计算出，另有一些就具有相当的投机性。因此要使用许多种办法来使（工程）建设（变的）更加经济，并且许多工程上的工作都会牵涉到最佳程序的选择上。环境价值环境因素在高速公路建设中正被越来越重视，也突现出越来越高的重要性。由于环境问题导致工程被搁置甚至取消的事例，不胜枚举。环境方面的研究或调查涉及许多因素，包括噪声的产生，空气污染，对横贯地区的扰乱，对现有房屋以及可能的预备路线的破坏。可通行道路的获得高速公路工程师也必须协助得

39、到用于新高速公路设备的可通行道路。通向市区商业中心的高速公路建设的土地的获得已被证明是非常困难的。公众需要交通工程师和城市规划者，建筑师，社会学家，以及所有对美化城市环境，提升城市功能感兴趣的团体紧密合作以确保在协调好所有主要问题（方面）的利益后再（开始）建贯通首要区域的高速公路。主要问题包括以下几点：（1）高速公路自身的美化问题是否给予了充分的注意？（2）是否为保护城市的自然风光而改变选址？（3）在某些区段需要高架高速公路的有没有一个逻辑上可以替换的降低设计被提出？（4）概略设计对降低由大流量的交通造成的噪音是否有帮助？（5）城市的一些部分是否因为这个提议选址而被独立开来？细节设计高速公路工

40、程的细节设计部分包括用于建设的图纸或者蓝图的准备工作。这些计划展示了诸如选址，道路宽度等此类要素的尺寸，道路的最终剖面图，排水设备的位置和种类，涉及的工程量，包括地下地表的工作。土质研究在做分层开挖的计划时，设计工程师要考虑在开挖过程中遇到的土的种类或者削平工程沿线的高地后如何处理余士才能把它们最佳地填到需要填土的地方，或是用于该工程穿越的其他地势较低地段的筑堤工程。为此，工程师必须分析土质的等级和物理特性，决定如何才能把路堤尽可能的压实，并且计算要完成的土方工程量。电算程序如今常常被用于最后一个阶段的计算。电子设备也加快了许多其他高速公路工程的计算。大功率，（具有）高度灵活性的土方机械已被研

41、发出来用于快速.经济的（工程）操作的实现。路面选择要建设道路表面的类型和厚度是设计中的重要部分。类型的选择取决于该类道路要承受的最大荷载，频率以及其他因素。对一些路来讲，交通量也许会如此之小以至于没有哪类路面被证明是经济的，天然土壤就被用作道路。随着交通量的增加，沙土，碎炉渣，碎石，钠硝石，碎牡蛎壳，或是以上的混合物可以被用来做路面。如果使用砂砾，通常应包含足够的黏土和优质材料来协助提高路面稳定性。氯化钙的使用可以进一步加强砂砾路面的稳定性，同时也有利于控制灰尘量。另一种路面由硅酸盐水泥加水混入路基的上面几英寸并由压路机压实。这一程序构成了土-混凝土复合路基并由沥青质材料做路面。用于大交通量的

42、重型交通工具的道路必须仔细设计并要（设计具有）相当大的厚度。排水结构高速公路工程的许多部分是计划和建设用于高速公路或街道排水设备的，以及使得小溪穿过高速公路的可通行段。将道路或是街道表面的水移走就是表面排水。它是通过建成一条路，中间有顶以及使路肩及其附属区域倾斜，从而将水导向已有的天然沟渠，像敞开的壕沟，或是导向集水箱和地下管道的暴雨排水系统，（来实现表面排水）。如果使用了暴雨排水系统，由于它要和（城市）街道衔接，设计工程师必须考虑街道总的排水面积，期望的最大排水率，暴雨持续时间设计值，每一个集水箱的允许倾注量，以及计划的集水箱沿街间距。通过这些信息，每一个集水箱的期望容量以及地下管网的尺寸才

43、被计算出来。设计公路下的排水设施时，工程师必须确定需要排水的范围.排水区域最大可能的降雨量.最大可能的流速，然后利用这些资料，推算所需排水结构的负荷量。概略设计中要考虑充分，不仅要适合该地区已有记录的最大流量，而且要考虑在给定年限内在最不利条件下可能发生的最大流量。开放式管道在计算预期流量是要考虑的因素包括尺寸.长度.开口形状，管壁粗糙程度，入口和下游沟渠末端的形状，入口处允许的最大水位高度以及出口处水位。休息设施许多工程和建设工作是完成提供主要高速公路沿线休息场所的，特别是（属于）国家系统的州际高速公路。这些设施必须仔细布置以便能方便安全的出入高速公路。许多设施做成景观模样坐落于森林覆盖区以

44、便（行人）可以在地上野餐或是在森林中散步。这种休息区特别受到那些跑长途而又很少停车休息的司机的欢迎。噪声屏障控制.减少繁忙道路，特别是高速公路，沿线噪声已经变成高速公路工程中非常重要的一部分。在一些社区，人们沿高速公路两侧筑起了高墙。建造这些高墙会很花钱，但是提供了许多便利。隔音栅栏能减少全部噪声量的超过50%建设工作尽管前期要做大量的工程和计划，但实际工程通常是建造高速公路以及街道改造中耗资最大的部分。立杆定线根据一份基于细节计划准备和规范的授权建设合同，工程师来到工地现场布置工程。作为立杆定线的一部分，（工程师）要指出土方工程量，排水沟结构的位置，并建立剖面图。压实（路基）重型压路机把道路

45、下面的土壤和路基压实为了消除以后的沉降。气胎压路机和羊脚压路机（配有许多小轮齿和轮脚的钢柱轮）常常被租来完成此类工作。近年来，振荡压路机已被开发出用于某些工程。有一种振荡频率高达3400/分的振荡压路机可以压实到一个令人满意的深度范围内的地下材料。维护和操作高速公路维护由路面路肩，桥梁排水设备，标志，交通控制设备，防护围栏，行人通道上的斑马线，挡土墙以及边坡的维护和维修等组成。附加工作包括控制结冰和移走积雪。因为搞清楚为什么有些高速公路的设计比另一些高速公路有更佳的功效和更少的用于维护的开销是很值得的，所以负责监理维护的工程师能提供很有价值的引导给设计工程师。总而言之，维护和施工都是高速公路工

46、程的重要组成部分。第14课如何开挖隧道在一条隧道的大致方向定下来之后，下一步就是调查隧道沿途地层的钻孔资料并获取具体的地层信息。隧道长度和横断面通常由其用途决定，但是其形状必须设计成对内外荷载产生最佳抗力的形式。通常会选择圆形或近似的圆形。在非常坚硬的岩石中，通常采用钻机和爆破开挖。在软弱到中硬岩石，采用隧道挖掘机是典型的开挖方式。在软弱土层，通常采用盾构和挤压软弱土质的方式向前推进。在所有岩石或土层的开挖方式中，淤泥土要被收集起来运出隧道。在开挖水下隧道时，要采用盾构向前推进。另一种开挖水下隧道的方法是将深管放入河底或水中其他位置的已开挖的深沟中。硬岩隧道穿过硬岩石短隧道仅从入口开挖，但是较

47、长的隧道通常是从一个或几个地方同时开挖。有些长隧道是在平行于主隧道开挖的小型导洞辅助下建造的。导洞与主隧道之间每隔一段距离由横巷连通。导洞不仅是通道的附属设施也是运土，通风，排水的通路。另一种方法是采用正台阶开掘系统，以前被用于大型隧道因为它仅要求更少的火药并且允许同时钻孔和运土（转移开挖材料）上部隧道导向下部一一这就叫做阶地，一部分独立的施工人员就可以在上部钻孔的同时在下部运土。随着隧道开挖方法的改善和机械化，以前仅用于小型隧道的全面施工方法，也开始普遍用于修建大型隧道。这种改变部分原因是隧道钻车一一一种装有大量岩石钻头的可移动平台的引进。利用这种设备，一大片隧洞面可同时钻探。全面施工法已变

48、成最普遍最迅速的开挖隧道方法。软土层隧道有一些隧道是全部或绝大部分穿越软土层。在很软的土层中很少甚至不需要爆破，因为土质非常容易开挖。一开始，超前伸梁掘进法是在软弱土层中建造隧道的唯一方法。超前掘进伸梁是一块大约5英尺（1.5m）长并且前端被锐化成一点的重重的厚板。他们被插入隧道表面的支撑柱的顶层水平条内。然后超前伸梁向外倾斜钻入土层表面，在所有顶层杆被插入一半深度后，一根木料被交叉放置在它们的外露端来抵抗所有的外部应变。伸梁就这样提供了一种可以伸缩的坑道支撑，表面在其下伸出来。当杆的末端伸到后，再添加新的木材，伸梁被插入土中供隧道下一节使用。压缩空气的使用简化了软土中的施工。首先建成一个空气

49、锁，人和设备通过它进出，在开挖过程中，足够的空气压力来维持坑道表面的坚固直至木材或其他支撑设施树起来。另一种发展是以铸铁或钢铁圆盘嵌固隧道四周其后以水压力盾构支撑。这种铁盘在施工过程中为隧道提供了足够的支撑力，同样为施工人员提供了足够的施工空间。水下隧道施工最困难的隧道是在一条河的下面一定深度处或水域其他部分中开挖隧道。在这种情况下，水会通过可渗透材料或裂缝渗出，影响了在上部水压力作用下的隧道施工进度。当隧道穿越粘稠土质时，水的流量也许会小到用水泵就可以抽干。在更大渗透性的土壤中，必须使用压缩空气来排水。所需空气压力随隧道距离表层的距离增加而增加。实践证明，圆形盾构抵抗软土压力是最有效的，所以

50、大多数盾构掘进的隧道都是圆形的。盾构曾经是由钢盘和角撑组成，再加上前端一个很重的支撑隔层。前端隔层有许多开的门以便工人可以在盾构前部开挖。在进一步的改进中，盾构向河床的粉质粘土中灌浆，通过这种方式将软弱土质从门里挤压进隧道，再从隧道将士运出。柱状的盾构壳可以在隔层前伸长好几尺以提供一个剪切面。后面的部分被称为尾巴向后伸展好几尺来保护施工工人。在大型的盾构机械中，一个起重臂被用在盾构的尾部延隧道四周来代替金属支撑段。盾构向前移动的阻力可能超过1000磅/平方尺（4880公斤/平方米）。液压千斤顶被用来克服这个阻力推动盾构向前，它能在盾构外侧提供每平方尺5000磅压力（24,500公斤/平方米）盾

51、构可以通过各种起重机左右上下调整，以适应隧道左右上下的方向。千斤顶延隧道线向每一段向前的装炉内挤浆。整个循环过程是向前推进，定线，运土，然后另一段向前推进。1955年用于纽约市林肯隧道第三段的盾构长18尺（5.5米）直径31.5尺（9.6米）。每次向前推进32英寸（81.2cm）,在其后制作一个32英寸的支撑环。铸铁段通常被用在这样的盾构后面。它们被立起来并在短时间内熔为一体以提供强度和防水。在林肯隧道的第三节，每段7尺（2m）长，32英寸（81cmj）宽，14英寸（35.5cm）厚，重大约1.5吨。这些段由14个小片段环熔合在一起。这种熔合的加紧先由手工后由机器完成。一旦它们就位，这些片段被

52、早在一起以保证永久性防水。水下隧道当河床心土很坚固并且河水水量当前不是很充足的时候，岸边制造的隧道段可以拉到一个河床中已经准备好的壕沟里并沉入水底以形成一个水下隧道。第一个主要的预制漂浮式沉管隧道是位于安大略省的底特律和Windsor之间的底特律河隧道。这条运输隧道建于1906-1910年。第二条类似方法建成的主要运输隧道是Posey隧道，竣工于1928年。它位于加州的奥克兰和Alameda之间的一条咸水河中。从那以后许多其他水底隧道被建于水下或是咸水区域中，特别是位于奥克兰和圣弗朗西思科的Transbay隧道。柱状隧道段通常位于向河岸的场地并由钢铁制成。每段大约300尺（90m长，28到48

53、尺（8.5-14.6m）的半径。在每一段末端的开口处后面是用钢制挡水墙封口，管子准备成发射船的样式。节段一旦放入水中，将使用混凝土压载直到达到最小浮力。然后这个节段被拖到隧道指定位置。在每一个节段就位之前，挖泥船和水下挖掘机会为隧道挖出一个合适深度的壕沟。当这个管段被精确地放到它最终就位的位置时，灌浆直至它沉到合适的沟槽里。隧道的所有分段以同样方式运输和下沉就位。每段都有施工缝或是凸盘通过阴阳桦电焊来拼装起来或是和前面段衔接。在每一段及其后续段下沉之后，潜水工人通过螺栓将接合处上紧啮合。钢盘被沿着两个封闭的挡水墙之间的连接处滑下。连接处再用混凝土焊在一起以增强段与段之间的防水性。当所有的段被就

54、位并连接好后，上面再填土以给予其稳定性和保护。从这个意义上讲，水下管道技术是老式挖填土方法在水下的应用。当施工结束时，工作人员从隧道每一节末端进入并在进入管道中心时推掉挡水墙。然后再用混凝土做管道内衬以获得更好的外形和更大的安全性。随后贴瓷砖，做风道衬里，安电线，水泵，管道等第15课土力学士力学研究的是力学和水力学的法则在牵涉土的工程问题中的应用。土是一种天然矿物颗粒的聚集物，有的含有有的不含有机成分，它由岩石的风化或是机械作用形成。它包括三种成分：固体矿物质，水以及空气和其他气体。土质组成变化很大，正是这种不均质性大大地阻碍了科学家对这些沉积物的研究。渐渐地，对挡土墙，基础，护堤，人行道和其

55、他结构的事故的调查发现其原因涉及到许多天然土的知识并且它们的工况充分提高了土力学作为工程科学的一个分支。历史直到18世纪后半期，法国物理学家查尔斯-奥斯丁库仑出版他的士压力理论（1773年）之前，以科学的基础处理土的问题几乎没有任何进展。1857年，苏格兰工程师威廉姆朗金发展了一种土体平衡理论并将其用于一些初步的基础工程问题。这两大理论仍然构成了当今计算土压力理论的基础，尽管他们建立在所有土都象干沙一样不考虑内聚力这一错误概念的基础上。二十世纪的进步在于：把内聚力引入计算；了解了通常情况下土的基本物理特性和特殊情况下粘土的特性；系统地研究了土的剪切特性，即一一滑动剪切条件下的变形。库仑和朗金士

56、压力理论都假设土的剪切破坏面在一个平面内。然而对于砂士来说这是近似可信的，有内聚力士的滑动剪切面接近一个曲面。在二十世纪早期，瑞典工程师证明滑动剪切面是一个圆弧面。上个世纪后半段，在土的科研，理论的应用以及用于工程设计的经验数据方面都有了明显进步。一个显著的进步是德国工程师卡尔泰沙基在1925年出版了一本关于粘土在许用应力下固结情况的力学调查。他的被工程经验证实的分析解释了在充分渗透的粘土上沉降随时间增长的问题。泰沙基在1925年出版了Erdbaumechanik（“土力学”）一书后开辟了士力学时代。关于地基材料，人行道下的天然基础的研究始于1920年美国公共道路局。他们做了一些关于人行道设计

57、的和天然土有关的简单实验。在英格兰，道路研究司创建于1933年,1936年第一个岩土方面的世界会议在哈佛举行。今天，市政工程极大地依赖于实验的大量数据来巩固经验以及与之相关的新的问题来建立解决方案。获得这样的土质实验的典型例子，无论如何是很极其困难的；因此有一种在实验室做比例模型来代替这种现场实验的趋向，并且许多重要的性质都是由这种方法得到的。土的工程性质决定土的工程适用性的性质包括：内摩擦力，内聚力，压缩性，弹性，渗透性以及毛细性。内摩擦力是土体抵抗滑动的力。砂土和砾石土比粘土有更大的内摩擦力；后期水气的增加会降低内摩擦力。土在重结构压迫下滑动的趋势可以转化成剪力；即使一部分土体在一个平面内

58、水平的竖直的或其他方向的移动。这样一种剪切移动会给建筑带来危险。内聚力可以减少这种剪切危险，这是由土颗粒间分子力产生的土颗粒之间相互吸引作用以及土粒间存在水气造成的。内聚力明显受土粒间大量湿气影响。内聚力在粘土中通常很大而在砂土和淤泥土中几乎不存在。内聚力值从干砂土的0到很粘稠的粘土2000磅每平方英尺之间变化。因为可以通过碾压，夯实，振捣或其他方法压实土以增大其密度和提高其承载强度，所以可压缩性是土的一个重要特性。弹性土在受压后趋向于恢复到初始条件。弹性（延性）土不适合作为柔性人行道的地基因为他们会在上面交通的作用下压缩延展导致地基沉陷。可渗透性是土体允许水流通过其中的性质。冬季的冻融循环和夏季的干湿循环改变了土颗粒的填实密度。压缩可以减小渗透性。毛细性导致自由水延土中孔隙上升到正常水平面以上。在多数土中都存在毛细性所需要的许多管道；在粘土中，水汽可在毛细作用下上升达30英尺。土壤密度可以通过测量土的重量和体积来计算出或是通