土木 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。此外,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 John Smeaton为了把他的

2、非军事工程工作区别于当时占优 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

3、工程造成的对当地公路和其他交通网络的负担。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

4、的最佳方法。结构工程学 。在这一专业领域,土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。此外,他们设计和维

5、护海港,运河与 水闸,建造大型水利大坝与小型坝,以及各种类型的围堰,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

6、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的空气污染。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。此外,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

7、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钢、混凝土、塑料、或多种材料的复 合的安装技术,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

8、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

9、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。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市政、国家

10、、 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

11、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

12、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

13、的M esopotamia 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

14、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。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

15、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。通常悬臂梁中间间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

16、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,在那些悬索桥缆绳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,

17、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。第八课: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

18、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可用的材料;(5花费;(6美观和和谐性。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 Varian-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 500

19、00英镑每平方英寸 (3115kg/c , 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(17577 kg/c抗压强度高达 8000英镑每平方英尺(562.5kg/c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砼,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(17577 kg/c桥梁的其它使用材料还铝合金和木材:现在的铝合金的屈服强度超过了 40000每平方英寸(2818 kg/c。把木材 碾成细长的薄

20、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(210.9 kg/c。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。静荷载即桥结构本身不变的重量它往往也 是最大的荷载。动荷载或静荷载有很多,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

21、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 Tacoma Narrows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

22、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 Tacoma Narrows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

23、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

24、。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到桥梁支撑点上。在由悬挂法建设的桥梁中,一串

25、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 大致地计划考虑一下费用问题。作为概要计划

26、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,利用了航拍技术的摄影测量法被广

27、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,当地可通行道路(

28、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到用于新高

29、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程的细节设计部

30、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 土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 机械已被研发出

31、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

32、大交通量的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

33、管网的尺寸才被计算出来。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

34、设施做成景观模样坐落于森林覆盖区以便(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

35、的位置,并建立剖面图。压实(路基重型压路机把道路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

36、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程的重要组成部分。第 12课 交通管制交通管制是一项旨在给在街道和高速公路上做复杂运动的汽车 . 卡车 . 巴士以及行人带来秩序和安全的科学工作。 交通管 制通过在现有的街道和高速公路上疏导交通以及使用各种交通管制设备来改善车辆的运行情况。它还利用先进的技术 设计规划出新型的高速公路以满足摩托车驾驶者,行人,特种车辆的需求喜好。在各个国家中,人们对乘坐汽车出行的信赖度的增加强化了改善高速公路运输的需求。人口向城区流动,在城市上班 -这一变化决定着设计交通容量。 另外, 对环境质量越来越多的关注强化了充分利用现有街道和高速公路的需求。 为

37、了提高安全性和机动性,以及更加充分地利用城市空间,需要有不断提高的更加精细的交通控制的方法。在工程上,交通控制的方法包括四个基本技术:(1交通路径选择,包括单行道,直通大街,可回行道和专为卡车 . 巴士设计的特殊道路;(2交通规则,包括停车和负载控制,转向控制,速度限制以及高速公路运营。(3交通管 制设备诸如招牌,信号灯,标记(4实物上的改善,诸如交通渠化和十字路口再设计。交通路线 交通路线设计中最重要的一步是决定城市中每条街道的主要用途。 这个决定将更进一步地导致建成能够最好 地适应不同部分的交通流和不同种的交通工具的道路。这也是建设符合特殊标准道路的基础。那样也许会最终导致建 成一条卡车专

38、用道 -一条专供卡车通行的路,适合长途旅行,或者其他一些特殊交通需求的道路。高速公路系统 -极大地趋向于城际间的长途旅行 -代表了最明晰的实用性原则 -不同的道路系统应该满足不同种类 的车辆需求。高速公路通过毗邻?。大多数高速公路同样包括高标准的人行道宽度,曲率,照明以及 标志。在已建成的城市高速公路部分通常或是低于地面或是被高架起来。降低或是高架的道路就允许其和当地街道之 间有合适数目的十字路以及交互式立体交叉。许多早期的高速路通过环绕城市外围的方式来避免车辆通过市区中心。在许多大城市,交叉通行的车辆只是很小的一 部分, 并且很多高速路都是为本地车辆使用。 高速公路系统有望达到美国城市道路总

39、英里数的 5%并且控制半数交通量。直通大街促进了交通并提高其安全性。在大多数城市,道路系统通过交通信号灯或者禁行标志给予机动车驾驶人员直 接通行的路权以及在起与其他街道交叉口出以明确的控制权来保障其通行。一个高效率的直通街道系统是将车辆集中 在高质量的街道上,减少在其他街道上的阻塞和事故。同时,一个好的直通街道系统将使直通车辆能够更快地行驶以 及提供通往市区的高速公路系统。单行道系统被广泛用于缓解市中心的交通阻塞。这些系统也用于克服邻近空间交通信号的时间问题。纽约市已在曼哈 顿的几乎所有街道和街区采纳了这一方案。类似系统尽管没有如此广泛,已在大部分的美国大城市中心以及一些 小城市普遍采用。该技

40、术已得到世界范围的认可,尤其对那些街道阔宽很困难的城市特别有帮助。单行道消除了道路 交叉地段潜在的冲突并且普遍提高了交通安全,加快了行驶速度。可逆行道路在一天中的不同时段有不同的行驶方向。在非交通高峰期他们可用于双向车道。华盛顿特区在城市的多个 主要街道都采用了该系统。在大多数情况下,可逆行街道比整体街道更加适用。通常情况下,中心街道或是干道分支在交通高峰期将用于分流掌 控最大交通流量方向的街道。标志,标记或者头顶信号均被用来提醒司机该道路是可逆的。洛杉机和芝加哥将该实践 用于他们的一些最繁忙的交通干道上。芝加哥,圣路易丝安娜将可逆行道路用于高速公路。在某些高速公路的中心,两侧各修有一条特殊道

41、路,供一天中不 同时段车辆逆行使用。因为在高速路上行驶速度很快,通常要使用头顶信号,配以可移动护拦来阻止车辆以错误的方 向进入这些车道。在许多城市里的 商用卡车行驶在以重型交通工具标准为依据设计的道路上。 好的卡车道路可以帮助卡车避免来自其他 交通工具的不必要的干扰。非商用交通工具允许使用卡车道,除非在一些特殊情况下高速公路线被设计成仅供卡车使 用。特殊公交线作为一种辅助运输方式正得到日益增长的关注。纳什维尔,新奥尔良以及费城在市中心都有类似车道供高 峰时刻使用。交通规则 交通工程程序包括停车,装载,转向,行人的通行以及车速等规则。一些交通规则必须供车辆通行的地方禁 止停车。其它一些规则是关于

42、那些竞争使用但缺乏控制的空间,诸如荷载,长短期停车问题。停车规则有时仅适用于 高峰时刻的交通运行。然而,特别是在一些商务区,停车在任何时段均被禁止。转向限制用于在高峰时期转向会带来交通堵塞或者在任何时刻会造成危险的转向。临时转向限制可以通过信号可改变 的或永久性标志或交警来控制。行人控制被广泛用于许多繁忙的十字路口。通常通过特定时段交通信号灯的交替变化来限制行人通行。这样就减少了 行人干涉转向车辆的可能。并且通过告诉行人何时通行不安全来增强路人的安全性。在一些非常规的危险地段会使用 一些设施,诸如链条或是篱笆来限制行人通行。此类事物控制设备通常在警告信号没有被给予充分的注意的情况下使 用。步行

43、标志被广泛用于引导行人走人行横道。此类标志的安全性优点通常被认为是由于路人的群体行为而并非由该类标 志本身的保护能力所带来的。速度规则是其中被最广泛地用于交通技术的。这些规则建议机动车辆驾驶员以及交警将行驶速度控制在通常条件下的 安全范围内。当代车速区域的划分是以交通工具行驶速度的测量统计为基础,并以提高车流通行为目的设计的,而不 是为了随意降低机动车的行驶速度。速度区域划分在美国比在欧洲更普遍使用,在欧洲许多国家的乡村高速公路通常 没有限制最高时速。交通控制设计 交通控制中的标志,标记信号通常随着技术的进步而改变。电脑和远程监视设备使得处理成千上万比特 的交通信息成为现实并用来帮助信号计时或

44、者为机动车驾驶员提供可选择道路。这些先进技术允许交通信号在城市中更广阔的范围内协调控制而不是仅仅局限于一条街道。大范围控制已在伦敦,格 拉斯哥以及多伦多得到成功实现。以减少交通堵塞为目的的大区域交通信号协调控制同样具有普通信号灯在互相冲突 的交通流中分享路权以及减少潜在事故发生的作用。交通信号用于为机动车驾驶员提供合适的通行道路。发出危险警告以及指导车辆的目的地,同样被大大改善了。 大部分天然材料的改善源于技术的进步。材料的进步已在全世界范围内体现在交通控制的设计标准上。特别重要的是交通工程师把“做标志”叫做“在高速公 路沿途作记号”设计者需要仔细考虑路标的颜色,象征意义,以及不同标志的形状。

45、这些国际惯例将导致其在美国使 用时具有更大的象征意义。诸如道路中心线以及道路边界线的步行标志会十分有利于指导司机行驶在他所期望的路上或是转弯。高架塑料标记作 为一种耐久性材料在承受较大荷载压力的道路以及在雨天提供更加视野方面正在被日益广泛应用。自从机动车驾驶员 在现存标志帮助下更加经济地利了用道路空间后,步行标志作为一种从现存道路里走出来的方法正被大量使用。实物设备的改善 大部分实物设备的改善,诸如道路渠化和交互式立体交叉再设计从根本上提高了现有道路的使用情 况。道路渠化通常包括增设混凝土岛,为车辆通过复杂大型交叉区域设计出合适道路。同时提高通行效率和安全性等 几个方面。道路交叉口再设计通常是

46、针对消除道路瓶颈,例如狭窄路段或使用不便的转弯,或通过改善视野提高安全。市中心的步行街设计正在越来越多地利用超市设计中的一些技术。商业街通常在商业比较发达的街道发展起来并行人 通行,但在紧急情况下可供交通工具行驶。商业街周边通常要有停车点,例如 Fresno,Pomona,Calif 以及 Kalamazoo,Mich.其他减轻市中心交通拥塞的方法包括在城市边缘划分和运输停靠点想连的停车点。 比如在克利夫兰和芝加哥就很常见。 或是通过在市中心附近建成若干通向市中心的车辆停泊分流点。例如在圣路易丝安,密苏里州以及华盛顿特区。为了解决市中心的卡车问题达拉斯在所有新建建筑下建成一套地下停车系统。为了

47、将行人和车辆分开,明尼阿波利斯 和伦敦创建了扩展行人天桥和第二道人行道。第 13课 地下空间的利用全球城市化进程的加快将会对人类将来的生存方式产生重大影响。随着全球人口的增长以及更多国家要求提高生 活水平,世界必须提供更多食物,能源以及矿物资源来维持此增长趋势。解决这一难题的办法有三大渠道复合而成:农业用地的保护从而得到更深入的利用;日益增长的全球城市人口;对保护和改善环境日益增长的关注,特别是关于 全球气候变暖以及人口增长带来的影响。地下空间的利用,作为本章要描述的内容,将提供针对这些趋势的解决办法。通过将特殊器材设备置于地下,城市地表可被更有效地利用,这样就可释放出空间供农业和娱乐使用。类

48、似的, 在陡峭的山坡上使用阶地掩土住宅会有助于在多山地区保护宝贵的可耕平地。利用地下空间也可以提高人们在人口高 密集去的居住舒适度,改善生活质量。一城市或当地水准,地下设施的利用正日益满足当今社会对于改善环境的需求。例如不论城市还是农村都需要提 高运输,实用以及娱乐服务。世界上许多城市的交通堵塞问题已经处在满足人类基本生存需求的临界点上,并且在不 破坏地表环境的基础上不增加新设施或是不重新规划现有土地及周边地带上的建筑的基础上想要解决这一难题是十分 困难的。以世界上许多国家的国家水平,全球化的趋势导致对煤炭,石油,天然气的开采已达到更深的地层以下,触及更 难以让人接受或是更敏感的区域。这些趋势

49、同样导致针对能源繁衍存贮系统以及用于处理危险废料(包括化学,生物 以及放射性废料的国家设施设计的改善和提高,同样也改善了国家高速运输体系。所有这些发展均涉及地下工程。用地压力将设施置于地下是缓解由于世界人口增长所带来的城市化问题的一种有希望的办法。虽然世界平均人口密度并不 大,但人口分布却极不均匀。世界人口密度图显示世界上大部分地方根本不适合居住。这些大方大部分是沙漠山区, 或是极度严寒地带等人类不易居住区。以中国为例,平均人口密度大概是每平方公里 100人,但是 10亿多的绝大部分人口居住在少于 20%的国土上。这 是那些可以提供粮食产品的肥沃土地。然而,由于人口增长和城市化,这些土地同样要

50、被用于创建更广阔的运输系统, 被用于工商业的发展,以及日益增长的住房需求。随着人口和经济的增长,农业用地减少,向城市人口运送食物和原 材料的问题日益增长。据估计,到 2000年,世界人口的 70%将居住在城市。同样的问题在日本也很明显,大约 80%的土地是山区, 90%的人口居住在海边平原经济发展集中在几个相关的经济 中心。平原通常是最肥沃的土地,从历史上看也是人类的定居地。其他附加于人口密度的因素包括:传统低层的建筑模式,而且日本法律规定必须建造靠近阳光的坚固的维护设施。同样,为了保护家庭粮食生产能力,日本政府保护农 业用地。这些历史,政策因素导致大量商业,个人向经济中心移民造成了巨大的土地

51、使用压力。结果是市中心土地价 格惊人昂贵(高达 50万美圆 /平米并且很难为人们提供住房,交通,设施服务。普通公司雇员无法承担住在他们工 作的市中心附近而不得不搭乘公汽单程花 1.2个小时从他们负担的起的住处到公司。为了为日益扩大的大城市区域提 供服务,市政当局必须升级道路并且兴建新的交通线和设施。东京市中心的土地价格如此昂贵以至于用于购买土地的 花费可能会占到工程总花费的 95%。土地使用压力和由于高土地使用价格带来的相关经济影响使得对地下空间的潜在利用的研究变得相当有趣。当地 表土地已被利用殆尽,地下空间将变成可开发的区域之一。这为不需深度破坏地表环境而附加需要设备提供了一种可 能。虽然没

52、有高额地价,但是建造地下设施的高额花费将是地下空间利用的一大拦路虎。因为地下设施不具有经济竞 争力,因此在考虑建造前必须在美学,环境或者是社会效应方面给予综合评估,除非是一些有特殊标志性意义的设施 否则将会造成现阶段国家无法承担或是很勉强承担的奢侈浪费。地下空间规划对地下空间利用的有效规划是发展地下设施的前奏。这个计划必须是为长远考虑的,并根据人们理想的工作和居 住环境重构城市建筑格局。如果地下空间开发可以提供最具价值的长期效益,那么对这些资源的有效计划就应得以实 施。不幸的是,在世界范围内,靠公众权力来开发近地表空间已经太迟了。紊乱的设施网络司空见惯归咎于缺乏协调 以及使用设施的历史性变革以

53、及交通系统的发展。地下空间具有如此特征导致要做一个好的规则需要特别注意一些问题1. 一旦开始地下开挖,土地将被永久改变。地下建筑不象表面建筑那样容易拆掉。2. 开挖一片地下空间需要一大片土地作为开挖加固区。3. 土地的地理构成极大地影响了地下设施的种类,形式以及开销。但现有关于地表建筑的知识仅有很有限的内容 与此相关,因此需要查阅钻探资料和以前的记录。4. 大型地下工程需要大量调查,涉及更大的建造问题,工期拖延以及预算超支等风险。5. 传统规则技术主要侧重于对于城市地形区域的二维描述。这基本上仅适合地表及上部结构但并不适合建造在处 于复杂三维地理环境中的地下结构。用同一种模式来描述这种三维信息

54、并立刻反映到规则评估中是件非常困难的事例如,在东京,第一条地铁(Ginza 线是在现存地表层设施下作为一个影子工程线路(10m 深建成的。随着填 加更多的地铁线,在更深土层中才会发现比较规整的区域。在东京,新的 KeiyoJR 线深达 40m 。一条从 Marunouchi 到 Shinjuku 的高速干线已被设计到 50m 深。作为比较在伦敦最深的设施大约 70m 深,其主要复杂部分以及排水设施至少 超过 25m 综合日益增长的需要, 有一个事实就是这类新型运输服务 (例如日本的新干线子弹头列车或是法国的 TGV 通 常需要大量交叉隧道,笔直的队列以及平坦性。如果地下空间不是此类用途,那么城

55、市下面将会产生非常无效率的布 局。环境利益另一个利用地下空间的主要策略是全球日益增长的对环境问题的关注,并导致人们重新考虑城市的将来和工业的 发展。在关注维持生态平衡和环境恶化以及全球有限的自然资源要考虑以下几个问题:1. 日益增长的能源消费量相对于满足将来需求的有限矿物燃料的贮备2. 由于燃烧矿物燃料对全球气候带来的影响3. 工业副产品对环境的污染4. 对于工业生产及军事演习产生的危险废物的安全处置在提高经济增长保持工业模式的同时保护环境,延长地球上资源的寿命即使不是一个不可能的问题也是一个很复 杂的问题。无论如何,高生活标准和高国内生产总值(GDP 不需要和资源的消耗和环境的恶化程度成比例

56、。地下空间的利用能从几种途径解决环境 /资源的窘境。地下设施以其自身特点成为一种典型的储能设施。更重要的 是,通过地下空间的利用,城市人口密度会提高但对环境的影响会减少。相对于保护绿地及耕地等的明显好处,附加 于此的好处是 -有充分证据显示高城市密度可以减少矿物燃料的消耗。将来地下空间的发展虽然在全世界范围内现有的地下设施为将来地下空间的发展提供了一些范例,但他们都在尺寸上,用途上或者对 于城市整体环境缺乏考虑。作为更佳细致规划和研究的补充,未来的规划者和设计者已提出对大范围地下结构甚至从 整个城市的角度综合考核,将是非常有用的。90年代地理一个 1990年 4月在日本举行的研讨博览会, 主要

57、是一个关于日本地下工业情况的论坛。 一大堆关 于地下的概念展示出来从典型的运输使用设施到展望中的用于灾难时刻保护通讯网络的地下走廊。这类走廊对于 在城市地铁站和中心生产去附近以及市区外安置地点间运送废弃物和能源也十分有效。这一点不仅缓解了堵塞而且提 供了更加有效的能源衍生和废物循环。这些概念都是针对城市建筑的升级,将最终导致地表形成更开阔的空间以及更 高效更吸引人的全局环境。当展望将来城市建设时,地下建筑会成为主要因素这是建筑师 Paolo Soleri在过去 30年的幻想杰作。在科 幻小说里,未来城市常被描绘成自我供养的,气候可控制的单位,且常常位于地下以避免来自危险或环境污染等因素 的侵袭

58、。在这种情况下,地球上的地下城市略不同于以月球或其他孤立环境为基础创建的城市。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