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榫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
土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 库仑出版他的土压力理论（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——滑动剪切条件下的变形。
库仑和朗金土压力理论都假设土的剪切破坏面在一个平面内。然而对于砂土来说这是近似可信的，有内聚力土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”)一书后开辟了土力学时代。
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过特殊仪器测得。土的稳定性可以通过一种叫做稳定性试验机的设备来测量，它可以测量由交通荷载产生的水平压力。固结是由特殊荷载条件下产生的压缩或是土粒挤压在一起而发生的；这一性质也可以测量出。
基地勘探
土质调查是对将要承受工程冲击的天然及其扩展部分的土层数据的采集。花费在基地勘探上的工夫取决于工程的大小以及工程的重要性；勘探方法从肉眼观察到精细的地表下钻孔采集土样并做实验室测试。采集代表土样对于土层准确地鉴别和分类十分重要。采样数量取决于数据要求的精确度，土质的分类以及工程量的大小。通常情况下，在一个地方的天然剖面中，深度方向比水平方向有更多的土质分类参数。采集复合样品对于任何已知水平层来说都是不合适的，因为这样不能真实代表任何一处并且可能会误导。即使是水平层很细小的参数变动也要仔细表注出。土壤粒径的非类以及液限塑限的确定都是十分重要的步骤。
对原位实验中获取的数据的最终用途的了解很重要。场地条件的进一步信息对于规划任何勘探项目都是很有帮助的。地形学，地理数据（地面露头，道路河流切面，湖底，气候残留物等），古生物图，航拍照片，井道日志，开挖情况等信息都是很有价值的。地理勘测方法修正出有用的数据。电阻测量可提供若干土质内部参数。地震技术通过测量穿过土层的爆炸冲击波的波速来确定不同的地下土层参数。冲击波穿过不同土层的速度差别很大。通过测量冲击波从发出到触及基岩反射回来所需的时间可以确定基岩的深度。
所需要的表层信息只能通过开掘来获得。探针插入土中以显示穿透阻力。水枪或是麻花钻机用来将地表下的材料带到地表以上以获取土层信息。土的颜色的改变是此类实验可以显示的一个重要元素。多种钻探方法用于从地下获取土条。地堑或是坑可以提供浅层土质更完整的信息。如果遇到坚硬的岩石可以使用气钻或是钻石钻。至少要有一部分钻孔的深度要超过建筑结构的压力深度设计值。
避免取样对结构扰动的影响对一些实验不是很严格但是对原位密度以及剪切强度的测量影响很大。
完整和精确的记录，例如钻孔记录必须准备好保管好，并且样品自身也必须保管好供将来校对时用。
第十六课 基础
建筑物或其它的构造物是由土地上的基础支撑的。“foundation”这个单词或者是指土地本身，或者是指插入在土地上以提供支撑的物体，或者是指土地和立于其上的物体的合称。对于一栋多层办公楼，“foundation”可能是混凝土基础和支撑基础的土或岩石的合称。对于一个挡土坝，“foundation”可能指的是为大坝提供支持力的天然土地或岩石。混凝土基础或桩基或桩承台通常指的是“foundation”，不包括为基础提供支持力的土体或岩石，
已就位的基础和天然土体或岩石形成了一个基础系统，土体和岩石提供了系统的最终支持力。已就位的基础或者是由土地支撑或者是由岩石支撑。受强制施加的荷载时，土体或岩石的反应决定了基础系统功能的好坏。在选择就位点时，设计者必须决定安全压力，即作用在土体或岩石上并且结构能承受的整体建筑物和不同建筑物作用的荷载量。
基础系统已安装部分也许是独立基础，片筏基础，平板基础，箱型基础或者是桩基。它们都是将荷载从上部结构传入到地下。这些将荷载从上部结构传到地下的部分叫做下部结构。（图1）
图1：基础系统的例子。（a）支撑结构的基础由土体支撑。（b）支撑结构的基础支撑在岩石上。（c）结构由桩基础支撑。桩这样安装以便桩端最终插入到土中并且全部由土体提供支撑，否则，它们也许安装使桩尖插入到岩石里。
基础。独立基础或扩展基础被用作将来自柱或墙的荷载扩散到下面的土体或岩石。一般说来，基础由钢筋混凝土构成。然而，在一些情况下，它们也许由素混凝土或者砂浆构成。当一个基础只支撑一个柱的时候，它是方形的。支撑两个柱的基础被称作联合基础，它们也许是梯形也许是长方形。悬臂基础被用来传递两个柱的荷载，支持一个柱和另一个位于与建筑物线或者是外墙线相对应的基础尾端上的柱。支撑墙的基础叫做连续基础。（图2）
基础的尺寸是由可能施加在基础底部的荷载除以地基土和岩石能够承担的容许支撑力来确定的。大部分建筑规范和教科书关于基础部分都包括不同类型土体或岩石的容许支撑力图表。然而，这些图表仅仅给了一个对土体或岩石粗略分类的描述。因此，使用时必须小心。更多关于土体或岩石的具体信息要靠钻探试验：选择土体或岩石试样，室内试验和决定容许承载力的工程分析获得。如果荷载量是一个问题，那么也许有必要用一个可替换的基础形式，而不是独立基础，或者增大基础尺寸以减小承载力。
图2：基础类型。（a）柱基础。（b）联合基础，矩形或者梯形。（c）悬臂基础。（d）墙基
基础梁用在外部柱基础之间以便支撑墙。梁传递墙重到柱基础。梁也用在内部基础之间用作支撑或节点或支撑内部墙体。挡土墙是那些因墙后有土而承受水平土压力的墙。这些墙的基础必须和为其支撑的土体或岩石之间有足够的摩擦阻力，以便当它们受到水平土压力的时候不会滑移。另外，挡土墙必须设计成这样才不会倾覆，在冰冻敏感地区，基础必须置于冰冻线下。
筏式基础。板式基础或者浮筏基础通常是把荷载从柱子或者转和墙传到地基土或岩石的面积，厚度，重量都很大的钢筋混凝土底板。筏板也是联合基础，但比支撑两个柱的基础大得多。它们是连续基础，并且设计成传递相对一样的压力到下面的土地或岩石，筏板是刚性的并且像一架桥立在不连续的土地或岩石上。平板建造在地面以下几米深处，当与外墙结合时就是所谓的浮筏基础。从地表到平板底部所挖掘的土体重量也许等于或接近于整个结构的重量。这种情况下，极少或者是没有荷载作用在地基土上，结构的荷载也许在建造后降低到最小。
平板基础。平板基础并用在轻结构上，在这里，柱子和墙直接支撑在底板上，底板被加厚了，而且在柱子和墙荷载作用的地方更重重的加强了。
特殊问题。下部结构置于地下水位线以下时，地下水是一个与基础设计安装相联系的重要问题。从深井中抽水或从集水井中抽水是在基础施工期间用于施工现场排水的方法。其它不常用的方法有：冰冻土中水，电渗排水和安装由开挖周围灌浆形成的止水帷幕。如果排水作业在有现存建筑物包围的场地进行，就必须采取预防措施来保护这些建筑物，因为降低地下水有可能引起支撑这些建筑物的土下沉。
如果地下室部分或者完全位于地下水位线以下，那么它的墙除了设计成承受墙后土压力还要承受外面的静水压力。一个替代方法就是安装一个渗透系统把水移到墙外。一些位于地
下水位以下的地下结构，可能由此受到向上的静水压力，此力超过了结构施加的向下的力。在这种情况下必须有锚固结构以阻止它们向上漂浮。
地下水也造成了这样的问题：渗透地下墙，板，节点到地下室内。提供一个外部永久的排水系统把水排出地下室或把墙或板放在一个不可透过的塑料膜里，或者是给外墙涂一层沥青乳香以降低渗透力，这样可以减少地下水的渗透。前面所描述的方法结合起来也用过。挡土墙和桥墩通常在低段处有集水孔，通过集水孔，聚集在墙或桥墩后面的水就可以排出。当水通过墙流进敞开的外部排水系统时，墙后的水压力就会减少。
基础置于膨胀土体上时也通常遭到令人头疼的位移，除非采取专门的预防措施。膨胀土是那些在不同量的湿气下过分膨胀或收缩的土。问题可以这样解决：基础安装在湿气条件有重大变化的区域里；换填非膨胀材料；土中添加石灰或水泥掺合剂以便体积不发生改变；使结构变得柔韧以适应位移。
补救型或者是预防型的地基处理通常是有必要的。补救型地基加固用在纠正基础定位超出时存在的偏差。如果被恢复到原始状态，则必须提供额外的基础支撑。预防型地基加固用在当新结构安装在靠近或位于这样的结构物下面，如城市地铁结构。基础支撑是一门专业的建造技术。工作通常在一个限定的地方进行，如一栋建筑物的地下室或一栋建筑物外面开挖的小坑里。当新基础安装时必须对存在的结构荷载提供支撑。新基础或者是定位比最初的基础深的基础或者是桩基或是箱型基础。
墙基支撑靠在已存基础附近或下面挖坑来实现。坑较小，一般0.9米宽，1.两米长。随着开挖的进行，水平板被置于基坑上，以阻止墙下沉和被支撑结构的破坏。当到达新的承压层时模板被安置在基坑里，从新的承压层向旧的基础底部浇灌76毫米厚的混凝土。在新浇得混凝土硬化后靠砂，水泥和少量水的混合物压紧76毫米的混凝土。所谓得泥浆，即混合物被压实紧密，送到新基础顶部和旧基础下部之间。在整个墙基长度范围内基础支撑过程重复进行。结果，新基础也许是连续墙也许是间断的桥墩。
第十七课 结构工程
结构工程是土木工程的一个专业分枝，土木工程涉及到公路，桥梁，大坝和公共事业线等工程的设计，施工和建筑物施工控制。
设计包括制定要做任务的时间表，选择对工程最合适的结构型式和设备。施工需要适时安排工作需要的全部图纸，设计和材料以避免耽搁工期。控制由进度分析和费用分析组成，确保工程按时和在估计的费用内完成。
计划。计划开始于建筑物的详细调查和工程设计书。通过调查，所有工作项目清单被准备好，相关的项目被收集起来列成一个主要的计划表。建筑步骤和每个项目分配的时间接着被列出来。选择被用在各个工作项目中的施工方法和设备以确保工期和工程特性花最可能少费用。
总的时间量分配给施工过程和选择施工方式和选择按合同所得到的设备。在主要的或一般的建筑物进度表绘制完成后，次要的详细进度表根据主要进度表准备。这些包括获得材料，设备和劳动力的单个进度表，也有费用和收入的预算表。
施工。工程的快速施工要求当需要时有稳定的材料，设备和劳动力供应。结构工程主要对购买大部分建筑材料和运输它们到工地上负责。一些材料，如结构用钢和机械设备，需要供应者部分或全部制作。
对于这些制作的材料，工程师必须准备或检查所有的制作图纸以便精确地检查组装工作，检查供货商的制作过程。
其他结构工程的职责是通过研究方法安排工作，准备详图以便阐明设计工程师的建筑图，检查工作以确保它符合计划和规范。
在大多数大型工程里，有必要为临时性结构如排水结构，道路，办公和储存结构，模板和挡土坝设计和准备结构图纸。另外的问题在于电力和机械工具的选择，以及混凝土材料的处理，混合设备，压缩空气，水，电力系统分配的结构特性的设计。
控制。进度控制靠对比实际施工过程和建立在主要或详细进度表上的期望施工过程获得。既然工程的某个特性很容易影响整个工作，那么通常要增加设备或人员以加快工作。
费用控制靠对比实际每个工程项目费用和工程初的预算获得。施工的总费用除以施工项目数就是单个项目费用。
土方开挖或混凝土施工以体积作为典型的计价单位，结构用钢用吨作为计价单位。任何时候累积的项目费用除以累积的工作过程就是任何项目的实际单位费用。
个别的工作项目费用靠定期的发放工作费用如工资表，和发放到各种工作项目账户上获得。工资表和设备租金根据全体工头准备的时间卡片分配。卡片指出了全体人员设备在不同的工作单元上花费的时间材料费用的分配是基于用在每个专门项目上的每种类型的材料的量。
当实际费用和估计费用的对比表明过量时，分析原因。如果是设备费用过量，那也许是设备能力不够，或是不适合工作。如果是劳动力费用过量，那也许是人员过多，缺乏合适的管理，或者是被缺乏材料或安排布置耽搁了。在这种情况下，分析生产能力时，时间研究是无价的。
建筑施工根据专业领域分类。这些包括，工程场地准备，挖填土地基处理，刚材定位，物体定位，沥青铺设和电力及机械设备安装。这些领域应用到不同的工程如建筑，大坝，机场的施工方法一般是一样的。然而，在不同的情况下，各个领域的重要性不同。
场址准备。这包括除去和清理所有表面结构和拟建建筑物场地的生长物。推土机用在小型结构和树木的情况下，大型结构必须被拆除。
挖填土。这包括土方开挖和回填土。土方开挖在场址准备之后进行。当现存的阶地必须降到一个新的高度时施工。土方开挖开始于单独除去表层的有机土。表层土后来重新用作美化新结构。这也能阻止地表土下的无机材料的污染，它也许被用作填方。土方开挖由这样挖掘机如单斗挖土机，拉铲挖土机，抓斗，起重机和铲运机中任何一种完成。
在地上进行有效的开挖需要干燥的开挖环境，因为当土湿了时会不稳定并且不能为开挖和拖拉设备提供支撑。当开挖线位于天然水位以下时，排水成了一个主要工作。排水拦截地下水流动。当这发生时，排水和稳定土体靠沟渠完成，沟渠引导渗出的水流到一个集水坑，水在那里被泵送出去。排水和稳定土体也许靠其它方法如井点和电渗完成。
一些材料，如岩石，粘性砾石和硬质粘土需要爆炸成松散态，或把材料裂成碎片。爆炸孔钻在材料上，然后爆炸物安装在孔中爆炸。爆炸物的量和爆炸孔的空间尺寸决定于岩石的结构和类型以及爆炸孔的直径和深度。
填土完成后，通常要压紧以阻止随后的下沉。通常靠当被定位时由拖拉机拖着的羊脚，格子，充气橡胶，振动的滚筒完成压密工作。手工控制，汽油驱动的前膛被用来压实没有空间给滚筒操作的结构物附近。
地基处理。当地下探测表明支撑结构的地基有缺陷时，地基必须被加固。水流失，洞穴，裂缝，缺陷或其它的不足靠灌浆填补和加强。灌浆就是高压喷射流动混合物。流体在虚空层凝固。大部分浆液是水泥和水的混合物，但是其它的混合物材料有沥青，水泥，粘土和凝结的化学物质。
钢材组装。钢结构建筑物由轧钢厂和制造厂的钢材组装而成。钢结构由梁，柱或靠铆接螺栓连接以及焊接连接在一起的小桁架组成。在制造车间组装部分结构比在现场更积极，但组装单元大小受运输能力和安装设备限制。在高层结构里，塔架必须经常拆除和重新组装以便连续的把结构开到更高的地方。对于河上的桥，钢结构也许靠驳船或当桥很高时，在正在