土木工程发展与环境
摘要：伴随着社会经济的发展，现代科学日益进步，土木工程得到了长足的发展，在快速的发展过程中，不可避免的对环境造成了相当大的影响。通过对土木工程发展的审视，从几个主要分支入手，分析土木工程发展过程中，对环境造成的影响，并对其提出应对措施。
关键词：土木工程发展 环境保护 新材料技术
前言：二十世纪中期来，环境问题已经成为整个地球的一大危机。人类赖以生存和发展的环境受到了严峻挑战，资源的迅猛开发与有效利用，使其在日益枯竭，生态环境遭到了严重破坏，造成了各种污染事故频频发生。环境问题已经成为当今人类面临的全球性问题之一，引起了各国的普遍关注。环境问题的实质是发展问题，要实现人类同环境的协调发展，创造美好家园，再造秀美山川，就要走可持续发展的道路。近20年来，随着国家对以基础设施建设力度的加大，工业与民用建筑，矿山建设，公路建设得到迅猛发展，造成的对环境的影响越来越受到社会的关注。基础建设对社会和经济的发展有着非常重要的带动作用，但它同时产生对破坏环境产生严重影响。因此，如何在土木工程建设发展的同时，保护生态环境，节约土地，并处理好同社会、经济的关系，进而实现可持续发展，是一个值得我们仔细研究的课题。
土木工程是建造各种工程的统称。它既指建设的对象，即建造在地上，地下，水中的工程设施，也指应用的材料设备和进行的勘测，设计施工，保养，维修等专业技术。 随着人类社会的进步而发展，它已经分出许多分支，建筑工程就是其中之一。
作为一个重要的基础学科，土木工程为国民经济的发展和人民生活的改善提供了重要的物质技术基础，对众多产业的振兴发挥了促进作用，工程建设是形成固定资产的基本生产过程，因此，建筑业和房地产成为许多国家和地区的经济支柱之一。
古代土木工程的历史跨度很长，它大致从旧石器时代（约公元前5000年起）到17世纪中叶。这一时期的土木工程说不上有什么设计理论，修建各种设施主要靠经验。人们在早期只能依靠泥土、木料及其它天然材料从事营造活动，后来出现了砖和瓦这种人工建筑材料，使人类第一次冲破了天然建筑材料的束缚，是土木工程历史上的第一次飞跃。砖和瓦具有比土更优越的力学性能，可以就地取材，而又易于加工制作。这一时期还出现了一些经验总结和描述外形设计的土木工程著作。其中比较有代表性的为公元前5世纪的《考工记》，北宋李诫的《营造法式》，意大利文艺复兴时期贝蒂著的《论建筑》等。
一般认为，近代土木工程的时间跨度为17世纪中叶到第二次世界大战前后，历时300余年。在这一时期，土木工程逐步形成为一门独立学科。1683年意大利学者伽利略发表了“关于两门新科学的对话”，首次用公式表达了梁的设计理论。1687年牛顿总结出力学三大定律，为土木工程奠定了力学分析的基础。随后，在材料力学、弹性力学和材料强度理论的基础上，法国的纳维于1825年建立了土木工程中结构设计的容许应力法。从此，土木工程的结构设计有了比较系统的理论指导。材料方面，十七世纪70年代开始使用生铁、十九世纪初开始使用熟铁建造桥梁和房屋，这是刚结构出现的前奏。从十九世纪开始，冶金业冶炼并轧制出抗拉和抗压强度都很高、延展性好、质量均匀的建筑钢材，随后又生产出高强度钢丝、钢索。于是适应发展需要的钢结构得到蓬勃发展。钢材的大量应用是土木工程的第二次飞跃。十九世纪20年代，波特兰水泥制成后，混凝土问世了。混凝土骨料可以就地取材，混凝土构件易于成型，但混凝土的抗拉强度很小，用途受到限制。十九世纪中叶以后，钢铁产量激增，随之出现了钢筋混凝土这种新型的复合建筑材料，其中钢筋承担拉力，混凝土承担压力，发挥了各自的优点。 二十世纪初以来，钢筋混凝土广泛应用于土木工程的各个领域。从三十年代开始，出现了预应力混凝土。预应力混凝土结构的抗裂性能、刚度和承载能力，大大高于钢筋混凝土结构，因而用途更为广阔。混凝土的出现给建筑物带来了新的经济、美观的工程结构形式，使土木工程产生了新的施工技术和工程结构设计理论。这是土木工程的又一次飞跃发展。
第二次世界大战以后，许多国家的经济起飞，现代科学技术迅速发展，从而为土木工程的进一步发展提供了强大的物质基础和技术手段，开始了以现代科学技术为后盾的土木工程新时代。这一时期的土木工程有以下几个特点：一、功能要求多样化；二、城市建设立体化；三、交通工程快速化；四、工程设施大型化。
由此我们可以发现，土木建筑材料以及随之发展起来的设计理论和施工技术，都对土木工程的发展起到了关键性的作用。每当出现新的优良的建筑材料时，土木工程就会有飞跃式的发展，并且给我们的生活带来更让人惊喜的提高，但是，这个发展的背后，我们可以发现我们的生活环境却在日益恶化，虽然土木建设不是环境问题的的唯一因素，但是其在环境变化中起到的作用也是不可小觑的。
城市建设方面，随着我国城市化进程的加快及经济建设的快速发展，人类工程活动加速了对自然地质环境的改造。城市向大型化推进，城市建筑物不断创新：高层、超高层、大体积、重荷载的构筑物和深基坑工程不断涌现。城市的地下空间也得到前所未有的发展。伴随着城市建设的深层次发展，越来越多的环境问题开始涌现。比如城市水资源开发导致的地面沉降、地面塌陷等问题，城市建设垃圾引起的环境问题等等。
针对城市建设所引起的环境问题，已经有人提出建立城市土木工程数据信息库，将信息和智能化技术全面的引入土木工程中，不仅可以对具体工程的问题得以更全面的认识，避免对环境的影响和破坏，还能节省大量不必要的资金投入。如果想要减少城市建设中产生的建筑垃圾，就要从源头上加以控制，开发和推广节能降耗的建筑新技术和新工艺，展望未来，高强轻质的新材料将不断出现。工程材料向轻质、高强、多功能化发展。比钢轻的铝合金、镁合金和玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)已开始应用。对提高钢材和混凝土的强度和耐久性，已取得显著成果 ，而且还仍继续进展。在建筑物的设计之初，考虑提高其耐久性，采用环保型建筑材料，考虑建筑在将来维修和拆除时的再生问题。建筑过程中要保证工程质量，防止以次充好的现象发生。对已有的建筑垃圾进行重复利用，分拣、集中后再加工，作为建材循环利用也非常符合可持续发展的原则。在这一点上，日本的爱知世博会，给我们上了生动的一课：世博会的各种建筑材料表面上看很高档，但很多都是废物利用。很多木板都是由建筑用木材废料加工而成，到处摆放的座椅，是电视壳粉碎后制成。丰田展馆内壁由回收的废纸加工而成，长久会场日本馆，外表由竹子制成，追求人与自然和谐，实际上很省钱，使用的绝大部分钢材和木料，都可以回收利用，大大降低了成本。同时，日本馆从3月到9月里，经历了爱知的酷暑，竹壁的优越性体现出来了：大大降低了室内的温度，对于空调的需要减少。仅这一点就给人众多的思考：在现代社会里，竹子作为建筑材料已经不大用了；然而，爱知展馆启示我们，竹子是一种可再生资源，且生长迅速，对环境友好的，并且能够在炎炎酷暑中带来清凉，对如何减少夏季电荒发生频率提出了一个源自古代人民智慧的解决方案。
交通工程建设方面:道路交通的用地范围开始扩大，占用土地甚至良田，在有些路段上的填挖造成地形地貌的改变，植被破坏改变局部的生态环境。如果经过自然保护区，那么还有可能对珍稀动植物造成影响。同时有一点不可忽视，那就是在道路建成后，汽车等交通工具会造成空气污染、噪声污染、水污染、土地铅污染等。
从环境保护的方面来说，我们可以采取的措施也是多方面的。
首先，要树立公路环保意识，促进环保工作顺利进行。我国在2000年制定西部大开发战略以来，政府特别重视西部公路建设中生态保护措施。公路行业的环保与可持续发展正处于起步阶段，如何真正做到土地资源、公路建设和经济发展三者能协调发展，需要政府主管部门与广大的科技工作者共同研究探讨，要努力吸引公路行业的建设、经营、管理人员及专家对公路行业中存在的环保现状及面临的问题进行交流和研讨，形成统一认识，指导环保工作。特别要加快培养公路环境工程设计人员，开展高等级公路环境保护与恢复新技术的应用研究。广大公路职工应深知自己在保护环境工作中的责任与义务，要在推进环境保护工作方面做出不懈努力，把提高公路行业全员环境意识作为发展公路事业的行动指南，贯穿到公路建、管、养的全过程，并逐步成为全体职工的自觉行为。
其次，要树立生态公路理念，做好施工环保设计。从20世纪90年代末以来，这一时期仍然侧重公路的功能因素，如安全、迅速、沿用传统的以填为主节约工程造价的设计思想，对环境因素重视不够。而公路的技术标准越高，对自然人文景观、生态环境的破坏越严重。如何保证在公路建设的同时，尽量减少对自然生态环境的破坏和扰动，力争实现区域经济、生态环境和实施可持续发展战略。要想达到以上目的，就要求设计者首先要树立生态公路的理念，确立生态公路的设计思想和方法，要注意精心优化设计方案，调整设计参数，制定有效的工作手段。应着眼于修一条符合周围实际环境，满足通行能力和安全要求的路。在公路勘察设计过程中，从技术上选择可靠的施工方案，提出相关的环境保护措施。为减轻公路对现有地形、植被的破坏和自然水系水质的影响，要因地制宜采用合理的技术等级标准和适宜的技术指标，对路线位置、路基高度等重大决策必须慎重，千方百计节约土地。对深挖工程量艰巨的地段，可考虑用隧段，尽量避免山体深挖后对路基稳定性和自然环境的影响，减少高填深挖，少占土地，减少水土流失发生。对于部分地形复杂的山区不能满足现行规范的特殊路段，应通过技术论证和经济比较，选择最佳布线方案。可以采取分段设计的方法，考虑不同的行车时速和路段交通量，这样可大大节约工程量，减少对山体的破坏。公路绿化应以保护沿线生活环境和自然环境，提高行车的安全性和舒适性，提供和谐的公路景观为根本目的，不哗众取宠。应用环保技术做好弃渣场的设计，在弃土场的位置选择上，主要考虑避免诱发泥石流，不挤占河道过水断面，尽量选择山间洼地，做好弃渣场的排水和绿化设计，石质弃碴场在完工后其表面宜考虑履地予以绿化或还耕。
再次，要抓施工期的环保实施，确保达到设计要求。首先质量监督部门要建立起相应的管理与监督措施，规范管理。其次应给出公路建设与环保的评价指标和评价方法，对公路环保进行技术经济比较。施工阶段应严格按照设计的环保方案组织实施，要进一步加强取、弃土场和临时用地复耕的监管。对路基上边陂、下边坡以及弃土场应有相应的处理措施：（一）处理好山体的开挖面。在上边陂应设碎落平台，以防落石危及行车行人的安全，采取挂网施工技术在破碎或石质边坡上种草绿化；在路基的下边坡则应采取设拱形或菱形等骨架稳固边坡，同时也种植草皮绿化，让所有开挖面看不到开挖痕迹。（二）处理好弃、取土场。对于弃土场采取“土地复垦技术”作好土地复垦规划、复垦工程的实施以及复垦后的改良与管理，或人工植树等。对于石质弃渣场，应在工程完工后其表面复盖一定厚度的土层，并且进行植被恢复逐渐向“绿色新文明”建设推进。对桥梁下构施工给水体造成的污染应引起足够重视，加强施工组织管理，并加大管理力度。建设项目的环保专项资金要专款专用，尽量打足。同时，实施“环境监理计划”，委托有资质的单位对建设项目进行监理与监测，对施工全过程中的环保进行全面监测检查。真正做到预防为主，防患于未然，把环境监理结果作为该项工程竣工验收的重要内容之一，严格把好环保关。
最后，项目审批中抓好环境影响评价。环境影响评价又称环境影响质量预测评价，是指在某一地区进行可能影响环境的重大工程建设、规划，或城市建设与发展、区域规划等活动之前，对这一活动可能对周围环境地区造成的影响进行调查、预测和评价，并提出防止污染和破坏的对策。其目的在于使环境保护与经济发展相协调。建设项目实施一定要积极推行《环境影响评价制度》和《环境保护目标责任制度》，要加强对环境影响的论证，充分体现公众参与的原则。对于大型新建公路项目应进行个别评价，应有综合的咨询程序，对路线的环境检查以及对所有环境影响减缓措施的综合分析。一般省道及地方道路项目只需进行类别评价。对具体的环保措施应实事求是，不要盲目求新、求大，要务实。建设项目必须进行环境影响评价，计划部门或做“环境影响评价”工作的审查部门应把严审批关，对未做“环评”的建设项目，即使经济效益再高，也不能以损害环保为代价，决不允许项目实施走“先污染，后处理”的做法，这种难于一时恢复的环境污染和破坏，我们已经难以承受。
矿山建设方面：矿产资源是人类社会文明必需的物质基础，随着工农业生产的发展，社会对矿产资源的需求量日益增大，矿产资源的开发、加工和使用过程不可避免的要破坏和改变自然环境，产生各种各样的污染物造成大气、水体和土壤的污染，给生态环境和人类健康带来各种不利影响。在矿产资源的开采加工和使用过程中产生的环境问题主要有：废石和尾矿对矿山环境的污染、三废造成的大范围的环境污染、开采中的噪声污染、开采后造成的破坏等。
矿山建设与环境保护是对立统一的关系，环境是矿山建设与发展的载体，矿山的发展也会给治理保护环境提供充分的资金与技术，促进环境的改善与优化。矿山环境治理保护应该标本兼治，从矿山的采选工艺技术入手，尽可能在矿山的开采，加工和使用过程中限制和减少对矿山环境的破坏与污染；大力开发利用矿山废料，维护矿山生态环境平衡与稳定；积极开发使用新技术，新工艺，研究和探索地下水防止与保护环境的新方法，综合利用尾矿，提高经济效益；搞好矿山环境监测，提高环保管理水平；做好矿山复垦工作，充分利用规划阶段对矿区周围环境的调研，提出最佳复垦可行方案，力求达到最佳效果。
现代土木工程适应各类工程建设高速发展的要求，重大工程项目将陆续兴建。人们需要建造大规模、大跨度、高耸、轻型、大型、精密、设备现代化的建筑物。既要求高质量和快速施工，又要求高经济效益。这就向土木工程提出新的课题，在此基础上要实现土木工程建设与环境保护的统一和谐，就要做到“生态和经济的可持续发展”，要深刻认识到土地资源、土木工程建设和经济发展三者之间如何协调发展的辩证关系，做到建设项目环保措施与主体工程同时设计、同时施工、同时验收投入使用的“三同时”制度。在合理利用资源的同时，运用现代环境科学的理论和方法，深入认识和掌握污染和破坏环境的根源及危害，积极探索，利用现代技术手段，开发新材料、新技术，有计划地保护环境，防止环境质量的恶化，控制和治理环境污染，对土木工程中产生的各种垃圾进行回收利用，促进人类与环境的协调发展，以较低的资源和环境优价换取较高的发展速度。
参考文献
[1] 贾颖绚 宋宏伟 《土木工程环境》
[2] (英)斯科特(Scott,J.S.) 《土木工程》
