土方填筑施工技術(shù)與規范（上）

    1．先秦堤防規模和夯筑要求

    西周時(shí)期堤防已有相當規模。據《國語(yǔ)•周語(yǔ)上》記載：“防民之口，甚于防川。川壅而潰，傷人必多?！边@是召公勸導周厲王不要壓制百姓對政治的議論時(shí)所說(shuō)的一段話(huà)，大約出自公元前844年左右。從“川壅而潰，傷人必多”的說(shuō)法來(lái)看，當年不僅堤防修筑已較普遍，而且也有相當的高度。春秋時(shí)淄水流經(jīng)齊國都城東門(mén)外，為防洪水，當年?yáng)|門(mén)堤有相當的高度，施工中須要動(dòng)用牛馬向上運輸土料。到了西漢，在今河南?？h黃河的一些堤段，堤高達16米以上。這樣高的土堤，又是用來(lái)?yè)跛?，因此一定要有較高的填筑質(zhì)量才行。

    高大堤防斷面也必然龐大。為保證土堤的自身穩定，要選擇較緩的邊坡。據《周禮•考工記》記載，戰國年間的土堤邊坡一般規定是：“凡為防，廣與崇方。其?分去一。大防外?于這段文字有不同的理解。筆者從水利技術(shù)的角度理解是：“若將‘廣’解釋為堤頂寬，‘叁分去一’解釋為堤兩面坡度的總合(即每邊的邊坡都分別是1:1.5，也就是橫1.5，縱1)，這樣就比較合理了?！雹诙叽蟮牡谭?，兩面邊坡還要更緩一些。據此，像西漢黃河的一些堤段，大堤底寬將近80米。這種大型水工建筑物，其修筑技術(shù)和施工組織都會(huì )比較細致，以便保證質(zhì)量。

    《管子•度地》記錄了戰國時(shí)代土工施工的技術(shù)規定，主要有土壤含水量的掌握和施工工具的配置。

    土工施工的合理季節在春季。技術(shù)原理是：“春三月，天地干燥……利以作土功之事，土乃益剛?！蓖寥篮窟m宜，容易搗實(shí)，有利于提高土堤密實(shí)度和容重。而夏季多雨。秋季土壤含水量大，“濡濕日生，土弱難成……土工之事亦不立”，而冬季土壤結凍，起土困難，又不易搗實(shí)，“土剛不立”，難以保證施工質(zhì)量。

    直接決定施工質(zhì)量的還有土體的夯筑程度?！豆茏?#8226;度地》中記錄了當時(shí)水利工程常用的工具有：“籠、鍤、版、筑”和土車(chē)。土車(chē)利于遠距離運送土料?；\(土筐)、鍤(锨)是挖土和挑土的器具。而版即今筑墻的模板。筑則是夯杵，搗實(shí)土體的工具。筑堤土壤必須分層搗實(shí)才能達到較大的容重，也才能保證一定的密度，以提高土堤抗御洪水時(shí)自身的穩定和擋水的能力?？脊虐l(fā)現早在商代修筑宮殿的臺基，就曾使用夯筑，河南偃師二里頭早商宮殿臺基保留有清晰的夯印。夯印呈半球狀，直徑3～5厘米。在此遺址中還同時(shí)出土了羊頭形石杵一件。杵體呈圓柱形，上部稍細，下端磨成半球形。

    夾板分立土體兩側，并由兩旁立柱加以固定。夾板中間填土，用夯杵搗實(shí)。一般每板長(cháng)2～3米，高20～30厘米。每板搗實(shí)后，上面再加一板，并繼續填土和搗實(shí)。土體筑成，再拆除模板。直到唐代黃河河工上還曾使用過(guò)板筑修筑擋水土堤。

    2．土工施工規范

    殘存的秦代法律條文中就有對于施工質(zhì)量不符合規定的處罰條例，例如，工人對所修筑的墻體要擔保一年，不滿(mǎn)一年而墻體出現損壞，主持施工的官員有罪，承擔修墻的工人要將墻重新修好，其重修時(shí)間不得計入應服勞役的時(shí)間內。修筑城墻也如是。為保證冬季的施工質(zhì)量，秦代法律規定，冬季三天的勞動(dòng)定額相當于夏季兩天的勞動(dòng)定額。

    至宋代，施工技術(shù)和相應規范都較為細密。例如熙寧八年(1075)至元豐元年(1078)曾由內侍宋用臣主持重建開(kāi)封城，城周長(cháng)50里165步，高四丈，頂寬五丈九尺，預計用工579萬(wàn)有奇。后來(lái)，由于“創(chuàng )機輪以發(fā)土”，節省了勞動(dòng)量30?。此處發(fā)土或作致土解，即土料的運輸。機輪可能類(lèi)似今天的皮帶機之類(lèi)。宋代筑城及筑宮室的規范備載于《營(yíng)造法式》，存于今者有土料開(kāi)掘、搬運、打筑、穿鑿的記工標準⑤。

    在宋代，河防土工施工也曾有過(guò)專(zhuān)門(mén)的規范⑥，惜已亡佚，現存于《河防通議》程功部分所開(kāi)列的“修筑開(kāi)掘等工”“開(kāi)掘修砌石岸”“打筑臺身”“開(kāi)掘柱窩”“行墻檻子”“開(kāi)挑塞河”“打筑堤道”等，大約反映出土工規范中的部分內容。

    (二)圍堤修筑的技術(shù)特點(diǎn)

    太湖地區的圍田，長(cháng)江中下游地區的垸田和珠江、韓江三角洲的基圍都是著(zhù)名的水利區和高產(chǎn)農業(yè)區。這些地區農田近水，取水較容易而內外水位落差不大，相對于大江大河堤防來(lái)說(shuō)，圍堤形制較小，修筑有其特點(diǎn)。

    1．圍岸斷面設計

    明代萬(wàn)歷年間常熟知縣耿桔總結了太湖地區圍岸修筑技術(shù)。他首先指出，常熟濱臨江海，位居蘇州、常州諸府下游，因此圍區水利以治澇為主，故曰：“有田無(wú)岸與無(wú)田同；岸不高厚與無(wú)岸同；岸高厚而無(wú)子岸與不高厚同?！睒O言修堤之重要。

    當年將本地圍岸按其難易分作三等；一等是從水中筑堤，因此需要木樁、竹笆作堤兩邊之夾板，方可成功。在困難的地段，堤外坡尚需砌石護岸；二等是平地筑堤；三等是有舊岸作為依托，僅止擴展高厚。其中一等難修之堤，需要官府量為貼補經(jīng)費。二等和三等則專(zhuān)用民間集資的水利款。

    本區圍岸斷面，“廣詢(xún)父老，詳稽水勢，能比往年大潦之水高出一尺，則永無(wú)患矣”。常熟一般堤高均作一丈。高地則堤略矮，低地則堤稍高，“惟田有高卑而岸能平齊”。其橫向規格分作兩等，臨水面為正堤，背水面為子堤。正堤頂寬六尺，底寬一丈，高一丈；子堤底寬一丈，頂寬八尺，高八尺。施工時(shí)，正堤與子堤同時(shí)進(jìn)行。子堤作用有二：一來(lái)可作正堤支撐；二來(lái)子堤增大堤防斷面，延長(cháng)滲徑，減輕滲水和管涌等流弊。正堤兼作交通道路。子堤不作他用，平時(shí)其上可以種植作物。以種蘭(俗名靛青)為好，蘭根要培土，久之于堤有利。如土壤不宜種蘭，改種麻、豆、蔬菜也可。

    2．夯筑要求和取土法

    圍堤的鞏固首要在于基礎：“下腳不實(shí)則上身不堅，務(wù)要十倍工夫?！钡躺韯t要逐層填土夯筑。常熟堤高一般為一丈。下面五尺分作十次進(jìn)行。每次上土夯實(shí)后得五寸；上面五尺因承受水壓較小，分作五次加土可也。每做一層，均要“杵搗其面，棍鞭其旁，必錐之不入，然后為實(shí)筑也”。

    圍區尤其是低鄉水區，“不患無(wú)堅筑之人，而患無(wú)可用之土”，因此，規劃取土場(chǎng)地至為重要。最好的取土是和開(kāi)挖圍內灌排水道相結合，或者在附近排水河道的淤淺地段“斬壩戽水”取土。再不然，則需開(kāi)挖無(wú)人告墾的老板荒田。只有葦蕩之利的淺水區則“申免其稅，聽(tīng)民采土筑岸”。但是，切忌在圍岸旁邊開(kāi)溝取土?！熬桶度⊥?，岸高溝深，內外水浸，岸旋為土，法之所深忌也”。

    常熟各色土壤中有三類(lèi)最不適于做堤，即烏山土、灰羅土和豎門(mén)土。烏山土干燥時(shí)堅硬，難以壓實(shí)，但土質(zhì)肥沃，莊稼繁茂?；伊_土常分布于烏山土之下一二尺，“握之不成團，浸之則漫患”，據調查，含炭成分高達10?～15?，容重低，極易透水。豎門(mén)土除有烏山土特點(diǎn)外，土壤結構呈棱柱狀，干燥時(shí)多縱向裂縫，易漏水。如不得已用此土筑堤，必須從岸腳挖溝深三尺，其中填以河泥或其他地方運來(lái)的土壤，再用本地土壤筑堤方可，施工難度大。因此，“此等具屬一等難工，宜佐以官帑”。

    (三)江河大堤填筑技術(shù)

    戰國以降，堤防成為防洪最重要的技術(shù)手段。用土堤以御漲水，必須要維持堤防自身的穩定和良好的水力條件。明清年間黃河臨河大堤邊坡收分規定為“外坦里陡，四二收分”，如大堤高一丈，頂寬三丈，其底則應寬九丈，黃河下游千里長(cháng)堤，堤身全憑土筑，土方量巨大，勢必有一套科學(xué)的施工技術(shù)。

    1，堤防基礎清理

    清代乾隆年間黃河修防技術(shù)總結性著(zhù)作《修防瑣志》中對于堤防基礎清理十分重視?！皠?chuàng )筑堤工，每有蟄陷之病，皆由堤底虛松。應于筑堤之始，先將本地土上樹(shù)木草根盡行刨除，行硪二三遍，是平地之病根已除，堤根無(wú)虛松之弊，他日可免蟄陷，亦無(wú)堤底滲漏之患。然后方鋪底土……”

    元代至大初江浙行省圍田堤岸統一按都水庸田司的五等圍岸體式修筑，其中最高的堤防為七尺五寸，明萬(wàn)歷年間耿桔將常熟堤岸定為一丈，可見(jiàn)下游泄水已不如元時(shí)通暢，水位較高。

    長(cháng)江堤防修筑，亦重地基清理?？涤耗觊g湖北荊江筑堤時(shí)須先察土宜，原因是：“一遇缺口，必掘浮沙，見(jiàn)根土乃筑堤基。其所加換者，必用黃白壤?！?

    2．土料運輸及加工處理

    堤防要防滲、耐沖，因此對筑堤土料有特別要求。含沙量大的易滲漏。含水量太大或太小也將影響夯實(shí)程度，戰國時(shí)期對此已有初步認識。明代河臣劉天和將堤防用土簡(jiǎn)要概括為：“凡創(chuàng )筑堤，必擇堅實(shí)好土，毋用浮雜沙泥，必干濕得宜。燥則每層須用水灑潤”，清代對土料的認識又進(jìn)了一步：

    第一，土料性狀。黃河筑堤的土料大多取自河灘，一來(lái)不妨礙堤內農田耕作，二來(lái)可以減少灘地的淤高。但灘地的土壤性質(zhì)又有不同，從筑堤角度說(shuō)，在諸種土質(zhì)中，“總以老土為佳”。老土業(yè)經(jīng)多年淤積、風(fēng)化和多種土壤摻和，黏度、細度和級配都比較優(yōu)越，“夯硪如法，無(wú)不保錐”。但老土相對較少，一般多在堤防完成后“務(wù)尋老土，遠覓膠泥，蓋頂蓋邊，栽種草根，以御雨淋沖汕，以防風(fēng)揚之虞”。

    黃河河灘率多沙土，沙土多是秋天洪水陡落之后的灘地淤積，力學(xué)性質(zhì)最差，“筑堤最忌流沙。及夏冬二季，流沙遇風(fēng)即飛揚，遇雨則坍淋”，只能用于堤身內層。其夯實(shí)技巧在于，“貴在潑水，趁潤夯杵，庶能凝結為一”。沙土一般有三種顏色，其中黃的性質(zhì)較好，青白二色最松散。因此必須在堤防筑成之后，尋覓老土蓋頂一層。

    膠土力學(xué)特性也不甚好，“濕則硪力難施，干則不能合一”。膠土多系伏汛之后的灘地淤積，比較好的填筑辦法是：將新到之土，令锨夫將大塊膠泥劈碎，使之如雞蛋大小，再令水夫澆水灌溉，待將土料泡透，然后再將其曝曬，并用尖嘴石夯帶水杵打，效果甚佳。不過(guò)膠土遇干則裂。因此，也要和沙土一樣，在堤頂用老土苫蓋一層。

    兩合土：將相反性質(zhì)的沙土和膠土摻合，俗稱(chēng)兩合土，“此兩合土筑成之堤最為堅牢。若遇無(wú)水之地(即使不另外加水)，惟有一尺一坯，多加夯硪亦可”。當然，如能挖井取水噴灑，“水土合一，更加堅固，即經(jīng)水浸，不致潰卸”。

    第二，河灘取土場(chǎng)地布置。取土必須遠離堤腳15丈以外，以免順堤成河和縮短堤基滲水途徑。