(一)土堤填筑质量控制的早期成就和施工规范
1.先秦堤防规模和夯筑要求
西周时期堤防已有相当规模。据《国语周语上》记载:“防民之口,甚于防川。川壅而溃,伤人必多。”这是召公劝导周厉王不要压制百姓对政治的议论时所说的一段话,大约出自公元前844年左右。从“川壅而溃,伤人必多”的说法来看,当年不仅堤防修筑已较普遍,而且也有相当的高度。春秋时淄水流经齐国都城东门外,为防洪水,当年东门堤有相当的高度,施工中须要动用牛马向上运输土料。到了西汉,在今河南浚县黄河的一些堤段,堤高达16米以上。这样高的土堤,又是用来挡水的,因此一定要有较高的填筑质量才行。 来源:www.examda.com
高大堤防断面也必然庞大。为保证土堤的自身稳定,要选择较缓的边坡。据《周礼考工记》记载,战国年间的土堤边坡一般规定是:“凡为防,广与崇方。其閷分去一。大防外閷于这段文字有不同的理解。笔者从水利技术的角度理解是:”若将‘广’解释为堤顶宽,‘叁分去一’解释为堤两面坡度的总合(即每边的边坡都分别是1:1.5,也就是横1.5,纵1),这样就比较合理了。“而高大的堤防,两面边坡还要更缓一些。据此,像西汉黄河的一些堤段,大堤底宽将近80米。这种大型水工建筑物,其修筑技术和施工组织都会比较细致,以便保证质量。 考试大论坛
《管子度地》记录了战国时代土工施工的技术规定,主要有土壤含水量的掌握和施工工具的配置。 考试大论坛
土工施工的合理季节在春季。技术原理是:“春三月,天地干燥……利以作土功之事,土乃益刚。”土壤含水量适宜,容易捣实,有利于提高土堤密实度和容重。而夏季多雨。秋季土壤含水量大,“濡湿日生,土弱难成……土工之事亦不立”,而冬季土壤结冻,起土困难,又不易捣实,“土刚不立”,难以保证施工质量。 考试大论坛
直接决定施工质量的还有土体的夯筑程度。《管子度地》中记录了当时水利工程常用的工具有:“笼、锸、版、筑”和土车。土车利于远距离运送土料。笼(土筐)、锸(锨)是挖土和挑土的器具。而版即今筑墙的模板。筑则是夯杵,捣实土体的工具。筑堤土壤必须分层捣实才能达到较大的容重,也才能保证一定的密度,以提高土堤抗御洪水时自身的稳定和挡水的能力。考古发现早在商代修筑宫殿的台基,就曾使用夯筑,河南偃师二里头早商宫殿台基保留有清晰的夯印。夯印呈半球状,直径3~5厘米。在此遗址中还同时出土了羊头形石杵一件。杵体呈圆柱形,上部稍细,下端磨成半球形。
夹板分立土体两侧,并由两旁立柱加以固定。夹板中间填土,用夯杵捣实。一般每板长2~3米,高20~30厘米。每板捣实后,上面再加一板,并继续填土和捣实。土体筑成,再拆除模板。直到唐代黄河河工上还曾使用过板筑修筑挡水土堤。
2.土工施工规范 来源:考试大
残存的秦代法律条文中就有对于施工质量不符合规定的处罚条例,例如,工人对所修筑的墙体要担保一年,不满一年而墙体出现损坏,主持施工的官员有罪,承担修墙的工人要将墙重新修好,其重修时间不得计入应服劳役的时间内。修筑城墙也如是。为保证冬季的施工质量,秦代法律规定,冬季三天的劳动定额相当于夏季两天的劳动定额。
至宋代,施工技术和相应规范都较为细密。例如熙宁八年(1075)至元丰元年(1078)曾由内侍宋用臣主持重建开封城,城周长50里165步,高四丈,顶宽五丈九尺,预计用工579万有奇。后来,由于“创机轮以发土”,节省了劳动量30﹪。此处发土或作致土解,即土料的运输。机轮可能类似今天的皮带机之类。宋代筑城及筑宫室的规范备载于《营造法式》,存于今者有土料开掘、搬运、打筑、穿凿的记工标准。
在宋代,河防土工施工也曾有过专门的规范,惜已亡佚,现存于《河防通议》程功部分所开列的“修筑开掘等工”“开掘修砌石岸”“打筑台身”“开掘柱窝”“行墙槛子”“开挑塞河”“打筑堤道”等,大约反映出土工规范中的部分内容。
(二)围堤修筑的技术特点
太湖地区的围田,长江中下游地区的垸田和珠江、韩江三角洲的基围都是著名的水利区和高产农业区。这些地区农田近水,取水较容易而内外水位落差不大,相对于大江大河堤防来说,围堤形制较小,修筑有其特点。
1.围岸断面设计
明代万历年间常熟知县耿桔总结了太湖地区围岸修筑技术。他首先指出,常熟滨临江海,位居苏州、常州诸府下游,因此围区水利以治涝为主,故曰:“有田无岸与无田同;岸不高厚与无岸同;岸高厚而无子岸与不高厚同。”极言修堤之重要。
当年将本地围岸按其难易分作三等;一等是从水中筑堤,因此需要木桩、竹笆作堤两边之夹板,方可成功。在困难的地段,堤外坡尚需砌石护岸;二等是平地筑堤;三等是有旧岸作为依托,仅止扩展高厚。其中一等难修之堤,需要官府量为贴补经费。二等和三等则专用民间集资的水利款。
本区围岸断面,“广询父老,详稽水势,能比往年大潦之水高出一尺,则永无患矣”。常熟一般堤高均作一丈。高地则堤略矮,低地则堤稍高,“惟田有高卑而岸能平齐”。其横向规格分作两等,临水面为正堤,背水面为子堤。正堤顶宽六尺,底宽一丈,高一丈;子堤底宽一丈,顶宽八尺,高八尺。施工时,正堤与子堤同时进行。子堤作用有二:一来可作正堤支撑;二来子堤增大堤防断面,延长渗径,减轻渗水和管涌等流弊。正堤兼作交通道路。子堤不作他用,平时其上可以种植作物。以种兰(俗名靛青)为好,兰根要培土,久之于堤有利。如土壤不宜种兰,改种麻、豆、蔬菜也可。
2.夯筑要求和取土法
围堤的巩固首要在于基础:“下脚不实则上身不坚,务要十倍工夫。”堤身则要逐层填土夯筑。常熟堤高一般为一丈。下面五尺分作十次进行。每次上土夯实后得五寸;上面五尺因承受水压较小,分作五次加土可也。每做一层,均要“杵捣其面,棍鞭其旁,必锥之不入,然后为实筑也”。
围区尤其是低乡水区,“不患无坚筑之人,而患无可用之土”,因此,规划取土场地至为重要。最好的取土是和开挖围内灌排水道相结合,或者在附近排水河道的淤浅地段“斩坝戽水”取土。再不然,则需开挖无人告垦的老板荒田。只有苇荡之利的浅水区则“申免其税,听民采土筑岸”。但是,切忌在围岸旁边开沟取土。“就岸取土,岸高沟深,内外水浸,岸旋为土,法之所深忌也”。
常熟各色土壤中有三类最不适于做堤,即乌山土、灰罗土和竖门土。乌山土干燥时坚硬,难以压实,但土质肥沃,庄稼繁茂。灰罗土常分布于乌山土之下一二尺,“握之不成团,浸之则漫患”,据调查,含炭成分高达10﹪~15﹪,容重低,极易透水。竖门土除有乌山土特点外,土壤结构呈棱柱状,干燥时多纵向裂缝,易漏水。如不得已用此土筑堤,必须从岸脚挖沟深三尺,其中填以河泥或其他地方运来的土壤,再用本地土壤筑堤方可,施工难度大。因此,“此等具属一等难工,宜佐以官帑”。