淺析土木工程的現(xiàn)狀

孫振坤

摘 要：系統(tǒng)分析了土木工程的建設成就和建筑材料、結構型式、設計理論等方面的研究與應用現(xiàn)狀；對土木工程的未來發(fā)展方向從復雜結構型式的研究，新材料、新技術開發(fā)與應用，巖土錨固技術，基于可靠度的設計理論等方面進行了探討。提出應加強土木工程各學科間的交流，促進土木工程的更大發(fā)展。

關鍵詞：土木工程；現(xiàn)狀；發(fā)展

經(jīng)過多年的發(fā)展，目前土木工程的實踐和研究已取得顯著成就，無論是結構的力學分析，還是結構設計的理論和方法以及結構的施工手段，都有了非常大的突破；特別是近若干年，在高層、大跨結構和鋼結構方面成績尤其驚人。但展望未來，土木工程領域中仍然有許多課題需要我們進一步探討。

自改革開放以來，我國高層建筑的發(fā)展進入了一個嶄新的階段，高層建筑不僅在數(shù)量上越來越多，而且在高度上也越來越高。據(jù)初步統(tǒng)計，我國已建成20層以上高層建筑物10000多棟，超過100m的高樓有500多棟，200m以上的高層建筑50多棟，有20多棟超過300m。目前我國最高的高層建筑為上海浦東金茂大廈，地上88層，高度420.5m，地下3層，其高度在世界已有建筑物中排第3位，為鋼筋混凝土和鋼構架混合結構。即將動工興建的上海金融中心大廈地面94層、地下3層，高466m，建成后，其高度將超過目前世界最高的吉隆坡佩重納斯大廈而成為世界第一高度。

公路、鐵路飛速發(fā)展，“十五”期間，我國將有公路160萬km，其中高速公路2.5萬km，2010年，全國高速公路將達3萬km。我國第1條國道主干線京滬高速公路于2000年4月20日客運已全線貫通。到2005年，全國鐵路營業(yè)里程約達7.5萬km，首條跨海的粵海鐵路通道于998年8月30日破土動工，全長542.6km；國務院批準建設的青藏鐵路，東起青海格爾木，西至西藏拉薩，全長1118km，其中多年凍土地段約600km，海拔高于4000m的地段960多km，將成為世界上海拔最高和最長的高原鐵路，是西部大開發(fā)的又一項標志性工程。

橋梁工程也取得了驚人的成就，伴隨著橋梁類型的不斷翻新，主跨跨度一再突破；而斜拉撟的復興更是橋梁工程的另一個輝煌。日本的時石海峽大橋（1991m懸索橋）、多多羅大橋（890m斜拉橋），丹麥的海帶橋（1624m懸索橋），法國諾曼底橋（856m斜拉橋）被公認為是20世紀橋梁的代表作而載入史冊。而楊浦大橋、南浦大橋、蕪湖長江大橋、南京長江二橋等大跨橋梁的建成都標志著我國的大跨結構達到了一個新的水平，已跨入世界先進行列。目前，我國已建成千米以上大橋3座（尚有2座正在興建中）、800m以上大橋8座、600m以上大橋15座、400m以上大橋40座，重慶萬縣單孔跨度達420m的鋼筋混凝土拱橋更引起世界同行的莫大興趣。

近年來，隨著高標號水泥的大量生產(chǎn)，鋼纖維和玻璃纖維混凝土、聚合物浸漬混凝土等快硬、高強、輕質(zhì)、復合和節(jié)能混凝土的研制，復合、新型墻體材料的開發(fā)，鋼化玻璃、多功能涂層玻璃、雙層中空玻璃等建筑用平板玻璃等的發(fā)展，都帶來了土木工程的結構形式、設計理論和施工技術等方面的新發(fā)展。而從20世紀80年代興起的碳纖維的應用研究，更是土木工程在這一領域的又一重大突破。國內(nèi)由呂志濤院士領導的課題組及其他研究機構業(yè)已開展利用碳纖維布對鋼筋混凝土梁、板、柱進行加固的研究，已取得許多成果，標志著我國在這一領域已處于較為領先的地位。目前，利用碳纖維材料加固修補混凝土結構的技術已在工程中獲得應用，其前景非常廣闊。

20世紀80年代，我國預應力技術已從單個構件發(fā)展到預應力結構的新階段。預應力技術的應用已擴大到大跨度、大柱網(wǎng)、大開間的多層與高層建筑，連續(xù)橋、斜拉橋等橋梁結構，核電站預應力安全殼、大型預應力儲倉與儲液池，預應力地錨與預應力管樁等特種預應力結構。預應力技術也是建造大跨度公共建筑、大型會議展覽中心及大開間住宅的重要技術，也是高層、超高層建筑和承受特重荷載（如轉(zhuǎn)換層結構、重型傳力大梁等）的結構中不可缺少的關鍵技術。預應力技術在解決大、高、重、新建筑工程的設計和建造難題中發(fā)揮著其獨特的優(yōu)勢。此外，預應力技術還將推動建筑結構的創(chuàng)新，如預應力拉桿替代柱的懸掛建筑結構將獲得一定的發(fā)展。在公路工程中，預應力技術對解決路面混凝土開裂和減少伸縮縫，提高使用壽命具有良好的應用前景。在橋梁工程中，不論是超大跨的懸索橋（1000m以上，甚至達2000m）、特大跨的斜拉橋（500～1000m），還是大中跨度的系桿拱橋（<500m）、連續(xù)梁橋、剛構橋及小跨度的簡支梁橋、板橋，都可有效地應用預應力技術。預應力混凝土更是建造海洋工程的最好材料。預應力混凝土抗裂性高、耐久性好等優(yōu)越性將得到充分的發(fā)揮，預應力技術在海洋采油平臺、海洋儲罐，海上運輸船以及海上防波堤、跨海大橋等海洋工程中將發(fā)揮更高的效能。此外，預應力技術也將在水利工程或其他工程如舊建筑的加固改造、加層和拆除中也已獲得更多的應用。

目前世界上最大的地下街是日本東京八重洲地下街，共3層，建筑面積70km2最深的地下街是莫斯科切爾坦沃住宅小區(qū)地下商業(yè)街，深度在70～100m；最大的地下娛樂中心是蘇格蘭Varis2su市地下娛樂中心，戰(zhàn)時可掩蔽1.1萬人。我國也已有約20個城市進行了地鐵系統(tǒng)的規(guī)劃和具體實施階段，先后提出25項地鐵和輕軌項目，總長度達到320km正在施工階段。同時地下空間技術也得到了飛速的發(fā)展和提高。目前我國城市地下工程建設主要施工方法有明挖法、暗挖法、蓋挖法、盾構法、沉管法、凍結法及注漿法等，這些技術已經(jīng)達到了國際先進水平，這也為地下空間開發(fā)提供了寶貴的經(jīng)驗。

長期以來，人們一直習慣于以安全系數(shù)作為土木工程的評價指標。然而，安全系數(shù)只是一個由確定的信息得到的一個定值，它未能考慮設計變量中任何客觀存在的變異性，某一特定的安全系數(shù)值，對于不同的工程未必具有同樣的意義。考慮實際工程中的不確定因素，對工程進行隨機力學分析和可靠度評估具有十分重要的意義。近來，隨著土木工程理論的不斷發(fā)展和人們認識的不斷深入，工程隨機力學和工程可靠度理論及其應用研究已處于一個熱門的研究狀態(tài)。結構可靠度的計算已由元件可靠度發(fā)展到體系可靠度；計算方法上有Monte-Carlo法、近似計算方法、界限估計法發(fā)展到Hohenbichler的降維法、Ditlevsen的Taylor展開法、Comell的窄界限法；在實際應用方面，在洪華生（AlfredoH.S.Ang）等國際著名專家的推動下，美國和日本等國家已基于全概率思想，考慮投資風險和效益，進行結構可靠度動力設計方法的研究，其成果已用于若干高樓的設計。