土方填筑施工技术与规范

土方填筑施工技术与规范2008-5-26【大中小】【打印】（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。“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。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”。（三）江河大堤填筑技术战国以降，堤防成为防洪最重要的技术手段。用土堤以御涨水，必须要维持堤防自身的稳定和良好的水力条件。明清年间黄河临河大堤边坡收分规定为“外坦里陡，四二收分”，如大堤高一丈，顶宽三丈，其底则应宽九丈，黄河下游千里长堤，堤身全凭土筑，土方量巨大，势必有一套科学的施工技术。1.堤防基础清理清代乾隆年间黄河修防技术总结性著作《修防琐志》中对于堤防基础清理十分重视。“创筑堤工，每有蛰陷之病，皆由堤底虚松。应于筑堤之始，先将本地土上树木草根尽行刨除，行硪二三遍，是平地之病根已除，堤根无虚松之弊，他日可免蛰陷，亦无堤底渗漏之患。然后方铺底土……”元代至大初江浙行省围田堤岸统一按都水庸田司的五等围岸体式修筑，其中最高的堤防为七尺五寸，明万历年间耿桔将常熟堤岸定为一丈，可见下游泄水已不如元时通畅，水位较高。长江堤防修筑，亦重地基清理。康雍年间湖北荆江筑堤时须先察土宜，原因是：“一遇缺口，必掘浮沙，见根土乃筑堤基。其所加换者，必用黄白壤。”2.土料运输及加工处理堤防要防渗、耐冲，因此对筑堤土料有特别要求。含沙量大的易渗漏。含水量太大或太小也将影响夯实程度，战国时期对此已有初步认识。明代河臣刘天和将堤防用土简要概括为：“凡创筑堤，必择坚实好土，毋用浮杂沙泥，必干湿得宜。燥则每层须用水洒润”，清代对土料的认识又进了一步：第一，土料性状。黄河筑堤的土料大多取自河滩，一来不妨碍堤内农田耕作，二来可以减少滩地的淤高。但滩地的土壤性质又有不同，从筑堤角度说，在诸种土质中，“总以老土为佳”。老土业经多年淤积、风化和多种土壤掺和，黏度、细度和级配都比较优越，“夯硪如法，无不保锥”。但老土相对较少，一般多在堤防完成后“务寻老土，远觅胶泥，盖顶盖边，栽种草根，以御雨淋冲汕，以防风扬之虞”。黄河河滩率多沙土，沙土多是秋天洪水陡落之后的滩地淤积，力学性质最差，“筑堤最忌流沙。及夏冬二季，流沙遇风即飞扬，遇雨则坍淋”，只能用于堤身内层。其夯实技巧在于，“贵在泼水，趁润夯杵，庶能凝结为一”。沙土一般有三种颜色，其中黄的性质较好，青白二色最松散。因此必须在堤防筑成之后，寻觅老土盖顶一层。胶土力学特性也不甚好，“湿则硪力难施，干则不能合一”。胶土多系伏汛之后的滩地淤积，比较好的填筑办法是：将新到之土，令锨夫将大块胶泥劈碎，使之如鸡蛋大小，再令水夫浇水灌溉，待将土料泡透，然后再将其曝晒，并用尖嘴石夯带水杵打，效果甚佳。不过胶土遇干则裂。因此，也要和沙土一样，在堤顶用老土苫盖一层。两合土：将相反性质的沙土和胶土掺合，俗称两合土，“此两合土筑成之堤最为坚牢。若遇无水之地（即使不另外加水），惟有一尺一坯，多加夯硪亦可”。当然，如能挖井取水喷洒，“水土合一，更加坚固，即经水浸，不致溃卸”。第二，河滩取土场地布置。取土必须远离堤脚15丈以外，以免顺堤成河和缩短堤基渗水途径。取土时按工程所需土料，在料场划分土塘，土塘之间留有马路。大约十夫之塘，马路留宽一丈，以便挑夫往来。土塘分布如格子形，塘间要多留横界。日后黄水涨发，一淤便平。若起土成河形，恐大溜一归，汕刷成险工。所以说：“（堤）内面成河形则引盗入室；外面成河形则开门放贼也，切宜慎之。”土塘划分之后，取土要先远后近。多留纵横走路，以防阴雨。第三，土料运输。“浚河筑堤之迟速，一视运土之迟速而已”，主要是由于土方工程量大。当大力挑担不及供给时，最初多用驴驮。但牲口草料准备，饲养人工等相当繁琐，并不合算。最便捷的运输工具是独轮车。这是由于，双轮车运载能力虽强，但料场高低不平，道路又不宜太宽，不便运转。而独轮车一人操作，灵活便捷，比人的载重量也大，直到今天在水利施工场地仍然常见。3.堤身夯筑规范“筑堤如何使其坚？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：明代堤防夯实主要用杵和夯，单人、双人或四人同时操作。筑堤“必用新制石夯。每土一层，用夯密筑一遍。次石杵，次铁尖杵，各筑一遍，复用夯筑平”。到了清代，夯筑工具中既有杵、夯，更主要的是硪。早期的硪多用石料凿成，嘉庆道光以来又有铁铸的。硪有多种形制，据道光年间成书的《河工器具图说》记载，硪分两大类：云硪，（主要用于打桩，由于高高抛起空中而得名），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）；灯台硪和片子硪（主要用于两面堤坡）。地硪一般重约60斤到100斤，直径一尺一寸到一尺二寸，厚五寸，四周系有8至10条麻绳，由8至10人同时操作，夯打料土，提高了夯筑工效和质量。取土时按工程所需土料，在料场划分土塘，土塘之间留有马路。大约十夫之塘，马路留宽一丈，以便挑夫往来。土塘分布如格子形，塘间要多留横界。日后黄水涨发，一淤便平。若起土成河形，恐大溜一归，汕刷成险工。所以说：“（堤）内面成河形则引盗入室；外面成河形则开门放贼也，切宜慎之。”土塘划分之后，取土要先远后近。多留纵横走路，以防阴雨。第三，土料运输。“浚河筑堤之迟速，一视运土之迟速而已”，主要是由于土方工程量大。当大力挑担不及供给时，最初多用驴驮。但牲口草料准备，饲养人工等相当繁琐，并不合算。最便捷的运输工具是独轮车。这是由于，双轮车运载能力虽强，但料场高低不平，道路又不宜太宽，不便运转。而独轮车一人操作，灵活便捷，比人的载重量也大，直到今天在水利施工场地仍然常见。4.质量检验土方工程夯筑坚实与否，古代主要依靠签试检验。签试用铁锥，长二尺至三尺六寸，用木槌打入新筑土方内，再缓缓拔出，于锥孔中灌水。视锥孔中水渗入速度，可知夯实程度。第一，签试评价：若一灌即泻，名曰漏锥；半存半泻，名曰渗口