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1888年初的一天，詹天佑收到了老同学邝景阳的信，问他是否愿到中国铁路公司任职。詹天佑喜出望外，欣然应允。他当即辞掉教习的职务，毅然北上。这是他献身祖国铁路事业的开始。
修筑铁路是李鸿章洋务事业的一部分。他修建铁路一直本着借“洋债”、雇“洋匠”的原则，他对民族资本和中国自己的铁路人才很不信任。因此，中国铁路公司高薪聘请了英国和德国的工程师。
1887年，在延展唐胥铁路到天津的过程中，代表各自国家利益的英国工程师金达和德国工程师鲍尔发生了争执。金达看中在公司里当了8年库房保管员的留学生邝景阳，要他出来同鲍尔对抗。但是邝景阳因自己不是很熟悉铁路技术，便推荐了老同学詹天佑。
詹天佑进入中国铁路公司后，并没有立即受到重用。当初金达愿意让一个中国人与自己共事，不过是为了在同鲍尔的较量中占有有利地位。在技术上，他根本没把詹天佑放在眼里。他从心底看不起中国人。
一进公司，詹天佑就察觉到了金达和鲍尔间的矛盾，他不愿卷进这场纠纷中。当时，塘沽与天津间的地段正在铺轨，他马上卷起铺盖，搬到了铁路工地。
当时正值夏季，詹天佑吃在工地，住在工地。他虽然身为工程师，却和工人们一起动手干活儿，从不摆架子。在他的指挥下，塘沽到天津段的铺轨工作，仅用80天就完成了。李鸿章亲自前往勘验了全线工程，非常满意，认为这是金达的功劳，为此，他还提升金达为总工程师。詹天佑在铁路建设上的成绩就这样被抹杀了。
通车仪式结束后，邝景阳非常气愤地对詹天佑说：“这算是什么嘛，明明是你的功劳，为什么要加在洋人头上呢？”
詹天佑笑了笑，说道：“没什么，能有机会把我所学的知识付诸实践，我已经很满足了。”
邝景阳生气地说：“你呀，就知道苦干，功劳都被窃取了，还满足呢！”
詹天佑拍了拍邝景阳的肩膀说：“广东有位工程师，在地方上做了很多事业，也从来没有人知道他。我才到铁路公司来，应当多做事，又何必争功呢！”
邝景阳不服气地说：“我只是觉得不公平，总督大人分明只迷信洋人，不信任自己人。”
其实，邝景阳说得没错。李鸿章的确只知道迷信外国工程师，他对中国工程师没有信心，所以詹天佑并没有得到应有的重视，还经常被金达所压制，不让他多插手，但詹天佑却不浪费任何时间。
詹天佑了解金达的用心，就是想让中国人永远没有能力自己修筑铁路以便任由他们操纵。詹天佑暗下决心，一定要练好技术，超过外国人。不让他去工地，他就埋头研究工程书籍，并培养国内的年轻人钻研技术。
1890年，清政府决定把唐胥铁路向北延伸到山海关，并由山海关扩展到锦州、沈阳、吉林。金达又被李鸿章任命为总工程师，詹天佑因为在督修前一段工程中认真负责，建桥速度快、质量好，被升为分段工程师和总段工程师。金达仍旧想压制詹天佑，但滦河大桥的修建却让他不得不在詹天佑面前低下头。
那是在1892年，唐胥铁路向外扩展的工程进展到滦河。滦河铁桥工程是一笔很有油水可捞的生意。金达见到有利可图，便把工程包工给英国人喀克斯。滦河河床泥沙很深，又遇到水涨流急，喀克斯自以为是，钻探马虎，因此打桩很困难。
号称具有世界第一流施工技术的英国人在滦河大桥工程上失败了，不得不请求日本人来帮忙，结果日本人也无能为力。后来又包给德国人。德国工程师凭着主观的想法，采用空气打桩法，结果又失败了。眼看交工的期限要到了，金达急得团团转，不得不授意喀克斯去找詹天佑来试一试。
喀克斯从来没有瞧得上詹天佑这个工程师，几个一流的外国工程师都失败了，更别提詹天佑了。可是，眼下已是山穷水尽了，只好试他一次。于是，喀克斯厚着脸皮去请詹天佑。
詹天佑分析了外国工程师已用过的各种打桩办法，仔细地研究了滦河河床的地质情况，经过缜密的测量与调查后，他决定改变桥址，采用气压沉箱法进行打桩。
所谓“气压沉箱法”，就是设置一个密不透水的工作室，如同有顶无底的巨箱倒置沉放于河床上，顶盖装设井筒和气闸，供人员和材料进出。
灌压缩空气于箱中，使箱内空气压力与箱外河底水压力相等，至箱内无水，河底露出，工人即可在工作室内开挖清理地基，灌注混凝土，将石料石灰以气压筑至河底七丈（1丈合3.333米）之深达至石基而止。沉箱靠自身的重量逐渐下沉，达到设计深度后，用混凝土填满工作室，从而建起基础坚实的桥墩。
于是，詹天佑穿着工匠装和工人一起在工地上紧张地进行着心中的计划，他虚心地接受工人们提出的各种意见，在工作中，詹天佑表现出了认真负责和按科学办事的精神。当他发现工程人员在蓝图上有错误的时候，立即严格地指出来，让他们修改。
就这样，詹天佑和工人们经过在工地上反复测试和大量的调查，还多次潜入水下，实行压气沉箱法配合机器打桩。外国的工程师们都用怀疑的目光注视着工程的进行。最后，这位相信科学、相信群众的工程师，终于顺利地奠定了坚固的桥基，使外国的工程师大吃一惊。
不久，滦河大桥如期竣工，全长660米的钢铁大桥屹立于滚滚滦河之上，这一次显示了詹天佑渊博的学识、高超的才干、大胆革新和实事求是的科学态度。他研究的建桥墩所用的压气沉箱打桩法，在我国为首次采用。
滦河大桥的建成，使外国工程师对詹天佑刮目相看，更使詹天佑自己及他的助手们坚定了以后担负更艰苦工程的信心。1894年，在国际上颇具权威的英国工程师研究会正式选举詹天佑为会员，还高度评价了詹天佑的创造性工作。这是中国工程师被选入该会的第一人，詹天佑为祖国争得了荣誉。