土堤填筑质量控制的早期成就和施工规范

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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。2．土工施工规范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⑤。在宋代，河防土工施工也曾有过专门的规范⑥，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。