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土方填筑施工技术与规范


    (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。

    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。”②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。

    《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。

    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。

    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。


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