(一)土堤填筑質量控制的早期成就和施工規范
1.先秦堤防規模和夯筑要求
西周時期堤防已有相當規模。據《國語周語上》記載:“防民之口,甚于防川。川壅而潰,傷人必多。”這是召公勸導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,而且也有相當的高度。春秋時淄水流經齊國都城東門外,為防洪水,當年東門堤有相當的高度,施工中須要動用牛馬向上運輸土料。到了西漢,在今河南浚縣黃河的一些堤段,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量才行。 來源:www.examda.com
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,其修筑技術和施工組織都會比較細致,以便保證質量。 考試大論壇
《管子度地》記錄了戰國時代土工施工的技術規定,主要有土壤含水量的掌握和施工工具的配置。 考試大論壇
土工施工的合理季節在春季。技術原理是:“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”,而冬季土壤結凍,起土困難,又不易搗實,“土剛不立”,難以保證施工質量。 考試大論壇
直接決定施工質量的還有土體的夯筑程度。《管子度地》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。籠(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定和擋水的能力。考古發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。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.土工施工規范 來源:考試大
殘存的秦代法律條文中就有對于施工質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,其重修時間不得計入應服勞役的時間內。修筑城墻也如是。為保證冬季的施工質量,秦代法律規定,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封城,城周長50里165步,高四丈,頂寬五丈九尺,預計用工579萬有奇。后來,由于“創機輪以發土”,節省了勞動量30﹪。此處發土或作致土解,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范,惜已亡佚,現存于《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,大約反映出土工規范中的部分內容。
(二)圍堤修筑的技術特點
太湖地區的圍田,長江中下游地區的垸田和珠江、韓江三角洲的基圍都是著名的水利區和高產農業區。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說,圍堤形制較小,修筑有其特點。
1.圍岸斷面設計
明代萬歷年間常熟知縣耿桔總結了太湖地區圍岸修筑技術。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。”極言修堤之重要。
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費。二等和三等則專用民間集資的水利款。
本區圍岸斷面,“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:“下腳不實則上身不堅,務要十倍工夫。”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”。
圍區尤其是低鄉水區,“不患無堅筑之人,而患無可用之土”,因此,規劃取土場地至為重要。最好的取土是和開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,則需開挖無人告墾的老板荒田。只有葦蕩之利的淺水區則“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,但土質肥沃,莊稼繁茂。灰羅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。豎門土除有烏山土特點外,土壤結構呈棱柱狀,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”。