土方填筑施工技術(shù)與規(guī)范

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　?。ㄒ唬┩恋烫钪|(zhì)量控制的早期成就和施工規(guī)范

　　1.先秦堤防規(guī)模和夯筑要求

　　西周時期堤防已有相當規(guī)模。據(jù)《國語？周語上》記載：“防民之口，甚于防川。川壅而潰，傷人必多?！边@是召公勸導(dǎo)周厲王不要壓制百姓對政治的議論時所說的一段話，大約出自公元前844年左右。從“川壅而潰，傷人必多”的說法來看，當年不僅堤防修筑已較普遍，而且也有相當?shù)母叨?。春秋時淄水流經(jīng)齊國都城東門外，為防洪水，當年東門堤有相當?shù)母叨龋┕ぶ许氁獎佑门ｑR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，又是用來擋水的，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(wěn)定，要選擇較緩的邊坡。據(jù)《周禮？考工記》記載，戰(zhàn)國年間的土堤邊坡一般規(guī)定是：“凡為防，廣與崇方。其閷分去一。大防外閷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。“而高大的堤防，兩面邊坡還要更緩一些。據(jù)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)和施工組織都會比較細致，以便保證質(zhì)量。

　　《管子？度地》記錄了戰(zhàn)國時代土工施工的技術(shù)規(guī)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(jié)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。”土壤含水量適宜，容易搗實，有利于提高土堤密實度和容重。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(jié)凍，起土困難，又不易搗實，“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?？度地》中記錄了當時水利工程常用的工具有：“籠、鍤、版、筑”和土車。土車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，搗實土體的工具。筑堤土壤必須分層搗實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自身的穩(wěn)定和擋水的能力。考古發(fā)現(xiàn)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(cè)，并由兩旁立柱加以固定。夾板中間填土，用夯杵搗實。一般每板長2～3米，高20～30厘米。每板搗實后，上面再加一板，并繼續(xù)填土和搗實。土體筑成，再拆除模板。直到唐代黃河河工上還曾使用過板筑修筑擋水土堤。

　　2.土工施工規(guī)范

　　殘存的秦代法律條文中就有對于施工質(zhì)量不符合規(guī)定的處罰條例，例如，工人對所修筑的墻體要擔保一年，不滿一年而墻體出現(xiàn)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，其重修時間不得計入應(yīng)服勞役的時間內(nèi)。修筑城墻也如是。為保證冬季的施工質(zhì)量，秦代法律規(guī)定，冬季三天的勞動定額相當于夏季兩天的勞動定額。

　　至宋代，施工技術(shù)和相應(yīng)規(guī)范都較為細密。例如熙寧八年（1075）至元豐元年（1078）曾由內(nèi)侍宋用臣主持重建開封城，城周長50里165步，高四丈，頂寬五丈九尺，預(yù)計用工579萬有奇。后來，由于“創(chuàng)機輪以發(fā)土”，節(jié)省了勞動量30﹪。此處發(fā)土或作致土解，即土料的運輸。機輪可能類似今天的皮帶機之類。宋代筑城及筑宮室的規(guī)范備載于《營造法式》，存于今者有土料開掘、搬運、打筑、穿鑿的記工標準。

　　在宋代，河防土工施工也曾有過專門的規(guī)范，惜已亡佚，現(xiàn)存于《河防通議》程功部分所開列的“修筑開掘等工”“開掘修砌石岸”“打筑臺身”“開掘柱窩”“行墻檻子”“開挑塞河”“打筑堤道”等，大約反映出土工規(guī)范中的部分內(nèi)容。

　?。ǘ﹪绦拗募夹g(shù)特點

　　太湖地區(qū)的圍田，長江中下游地區(qū)的垸田和珠江、韓江三角洲的基圍都是著名的水利區(qū)和高產(chǎn)農(nóng)業(yè)區(qū)。這些地區(qū)農(nóng)田近水，取水較容易而內(nèi)外水位落差不大，相對于大江大河堤防來說，圍堤形制較小，修筑有其特點。

　　1.圍岸斷面設(shè)計

　　明代萬歷年間常熟知縣耿桔總結(jié)了太湖地區(qū)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(qū)水利以治澇為主，故曰：“有田無岸與無田同；岸不高厚與無岸同；岸高厚而無子岸與不高厚同?！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。二等和三等則專用民間集資的水利款。

　　本區(qū)圍岸斷面，“廣詢父老，詳稽水勢，能比往年大潦之水高出一尺，則永無患矣”。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(guī)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，正堤與子堤同時進行。子堤作用有二：一來可作正堤支撐；二來子堤增大堤防斷面，延長滲徑，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(chǔ)：“下腳不實則上身不堅，務(wù)要十倍工夫。”堤身則要逐層填土夯筑。常熟堤高一般為一丈。下面五尺分作十次進行。每次上土夯實后得五寸；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，然后為實筑也”。

　　圍區(qū)尤其是低鄉(xiāng)水區(qū)，“不患無堅筑之人，而患無可用之土”，因此，規(guī)劃取土場地至為重要。最好的取土是和開挖圍內(nèi)灌排水道相結(jié)合，或者在附近排水河道的淤淺地段“斬壩戽水”取土。再不然，則需開挖無人告墾的老板荒田。只有葦蕩之利的淺水區(qū)則“申免其稅，聽民采土筑岸”。但是，切忌在圍岸旁邊開溝取土。“就岸取土，岸高溝深，內(nèi)外水浸，岸旋為土，法之所深忌也”。

　　常熟各色土壤中有三類最不適于做堤，即烏山土、灰羅土和豎門土。烏山土干燥時堅硬，難以壓實，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(jù)調(diào)查，含炭成分高達10﹪～15﹪，容重低，極易透水。豎門土除有烏山土特點外，土壤結(jié)構(gòu)呈棱柱狀，干燥時多縱向裂縫，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”。

　?。ㄈ┙哟蟮烫钪夹g(shù)

　　戰(zhàn)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(wěn)定和良好的水力條件。明清年間黃河臨河大堤邊坡收分規(guī)定為“外坦里陡，四二收分”，如大堤高一丈，頂寬三丈，其底則應(yīng)寬九丈，黃河下游千里長堤，堤身全憑土筑，土方量巨大，勢必有一套科學的施工技術(shù)。

　　1.堤防基礎(chǔ)清理

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

　　元代至大初江浙行省圍田堤岸統(tǒng)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，明萬歷年間耿桔將常熟堤岸定為一丈，可見下游泄水已不如元時通暢，水位較高。

　　長江堤防修筑，亦重地基清理?？涤耗觊g湖北荊江筑堤時須先察土宜，原因是：“一遇缺口，必掘浮沙，見根土乃筑堤基。其所加換者，必用黃白壤?！?/P>

　　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程度，戰(zhàn)國時期對此已有初步認識。明代河臣劉天和將堤防用土簡要概括為：“凡創(chuàng)筑堤，必擇堅實好土，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了一步：

　　第一，土料性狀。黃河筑堤的土料大多取自河灘，一來不妨礙堤內(nèi)農(nóng)田耕作，二來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，在諸種土質(zhì)中，“總以老土為佳”。老土業(yè)經(jīng)多年淤積、風化和多種土壤摻和，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，力學性質(zhì)最差，“筑堤最忌流沙。及夏冬二季，流沙遇風即飛揚，遇雨則坍淋”，只能用于堤身內(nèi)層。其夯實技巧在于，“貴在潑水，趁潤夯杵，庶能凝結(jié)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?qū)⒋髩K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，俗稱兩合土，“此兩合土筑成之堤最為堅牢。若遇無水之地（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。

　　取土時按工程所需土料，在料場劃分土塘，土塘之間留有馬路。大約十夫之塘，馬路留寬一丈，以便挑夫往來。土塘分布如格子形，塘間要多留橫界。日后黃水漲發(fā)，一淤便平。若起土成河形，恐大溜一歸，汕刷成險工。所以說：“（堤）內(nèi)面成河形則引盜入室；外面成河形則開門放賊也，切宜慎之。”

　　土塘劃分之后，取土要先遠后近。多留縱橫走路，以防陰雨。

　　第三，土料運輸?！翱：又讨t速，一視運土之遲速而已”，主要是由于土方工程量大。當大力挑擔不及供給時，最初多用驢馱。但牲口草料準備，飼養(yǎng)人工等相當繁瑣，并不合算。最便捷的運輸工具是獨輪車。這是由于，雙輪車運載能力雖強，但料場高低不平，道路又不宜太寬，不便運轉(zhuǎn)。而獨輪車一人操作，靈活便捷，比人的載重量也大，直到今天在水利施工場地仍然常見。

　　3.堤身夯筑規(guī)范

　　“筑堤如何使其堅？全在行硪得法耳”，概括了土堤夯筑的重要作用。

　　第一，夯筑器具：明代堤防夯實主要用杵和夯，單人、雙人或四人同時操作。筑堤“必用新制石夯。每土一層，用夯密筑一遍。次石杵，次鐵尖杵，各筑一遍，復(fù)用夯筑平”。到了清代，夯筑工具中既有杵、夯，更主要的是硪。早期的硪多用石料鑿成，嘉慶道光以來又有鐵鑄的。硪有多種形制，據(jù)道光年間成書的《河工器具圖說》記載，硪分兩大類：云硪，（主要用于打樁，由于高高拋起空中而得名），和地硪（用于土工夯筑）。地硪之中又有墩子硪、束腰硪（主要用于平地）；燈臺硪和片子硪（主要用于兩面堤坡）。地硪一般重約60斤到100斤，直徑一尺一寸到一尺二寸，厚五寸，四周系有8至10條麻繩，由8至10人同時操作，夯打料土，提高了夯筑工效和質(zhì)量。取土時按工程所需土料，在料場劃分土塘，土塘之間留有馬路。大約十夫之塘，馬路留寬一丈，以便挑夫往來。土塘分布如格子形，塘間要多留橫界。日后黃水漲發(fā)，一淤便平。若起土成河形，恐大溜一歸，汕刷成險工。所以說：“（堤）內(nèi)面成河形則引盜入室；外面成河形則開門放賊也，切宜慎之?！?/P>

　　土塘劃分之后，取土要先遠后近。多留縱橫走路，以防陰雨。

　　第三，土料運輸。“浚河筑堤之遲速，一視運土之遲速而已”，主要是由于土方工程量大。當大力挑擔不及供給時，最初多用驢馱。但牲口草料準備，飼養(yǎng)人工等相當繁瑣，并不合算。最便捷的運輸工具是獨輪車。這是由于，雙輪車運載能力雖強，但料場高低不平，道路又不宜太寬，不便運轉(zhuǎn)。而獨輪車一人操作，靈活便捷，比人的載重量也大，直到今天在水利施工場地仍然常見。

　　4.質(zhì)量檢驗

　　土方工程夯筑堅實與否，古代主要依靠簽試檢驗。簽試用鐵錐，長二尺至三尺六寸，用木槌打入新筑土方內(nèi)，再緩緩拔出，于錐孔中灌水。視錐孔中水滲入速度，可知夯實程度。

　　第一，簽試評價：若一灌即瀉，名曰漏錐；半存半瀉，名曰滲口；存而不瀉，名曰飽錐。簽試可以“每加筑三尺即簽試一回”，關(guān)鍵堤段，“必須層坯層簽”，即每夯實一層，簽試一遍。

　　第二，防止作弊：簽手包庇堤工作弊有多種手段。例如，入錐時將鐵簽傾斜（尤其是簽試堤坡）；起錐時用力四面搖晃，使錐孔四壁壓實光滑；掌內(nèi)藏一圓形土塊，起錐時偷偷放入；在灌水的水壺內(nèi)摻入鲇魚涎或榆樹皮汁等，都將妨礙簽試的準確。