李廣信 息壤考

息壤考2016-02-1608:54來源：中國巖土網(wǎng)閱讀：2752這個(gè)息壤或者息土是什么東西呢？郭璞在《山海經(jīng)注》中說：“息壤者，言土自長息無限，故可以塞洪水也。”看來息壤或者息土是一種可以自己增長的土，而在流水中不被沖毀，所以被用來阻截洪水。息壤考李廣信國際巖土界通常是說：1963年，法國的工程師亨利.維達(dá)(Henri.Vidal)在觀察鳥類利用泥和草筑巢，受到啟發(fā)；提出來加筋土這一新概念，這種以西方為中心的科技史觀是十分無知與可笑的。2015年5月在成都的加筋土學(xué)術(shù)會(huì)議上，我作為國際土工合成材料協(xié)會(huì)(IGS)中國分會(huì)的主席，作了會(huì)議的第一個(gè)特邀報(bào)告，題目就是“息壤考”。從我國的良渚文化、大禹治水、秦代的都江堰、古長城、漢代的大漢漕渠、宋代的埽工，直到近代的水利、房建以及日常生活各方面，以詳實(shí)的考古資料無可辯駁的表明，在我國，加筋土的歷史不是50年，而是5000年。這一報(bào)告使國外的一些學(xué)者感到震驚，IGS前主席，日本的龍崗文夫(F.Tatsuoka)、美國的IGS大使等在贊嘆之后，都要拷貝我的講演課件；幾位臺(tái)灣教授十分激動(dòng)，他們說我們史前就在使用加筋土，可是我們卻要去買外國的專利。并邀請我一定到臺(tái)灣去講一講。中華民族號稱具有5000多年的歷史，但有文字記載約為3700年左右，即考古發(fā)現(xiàn)的殷商時(shí)期的甲骨文，記載了武丁、婦好等征戰(zhàn)的史實(shí)。此前的唐堯虞舜基本上屬于傳說。《山海經(jīng)》是大約先秦時(shí)代的重要古籍，但它并非史籍，其所述基本屬于傳說。內(nèi)容龐雜，想象豐富，似乎荒誕無稽。涉及中國古代歷史、地理、文化、中外交通、民俗、神話等。其中的遠(yuǎn)古神話傳說，如夸父逐日、女媧補(bǔ)天、精衛(wèi)填海、大禹治水等，看似荒誕，但其中包含有豐富的歷史信息。我國最早的有后來的史書記載的水利工程實(shí)踐應(yīng)當(dāng)是大禹治水，發(fā)生在大約是在4100年以前的新石器時(shí)期?！渡胶＝?jīng)》中講到：“洪水滔天，鯀竊帝之息壤以堙洪水，不待帝命。帝命祝融殺鯀于羽郊。鯀復(fù)生禹，帝乃命禹卒布土以定九州?！边@里講的是鯀盜取竊了天帝的“息壤”，用以治水。在《淮南子》中也提到“禹乃以息土填洪水，以為名山?！笨梢姶笥硪彩怯孟⑼羴碇嗡摹Ｄ敲催@個(gè)息壤或者息土是什么東西呢？郭璞在《山海經(jīng)注》中說：“息壤者，言土自長息無限，故可以塞洪水也。”看來息壤或者息土是一種可以自己增長的土，而在流水中不被沖毀，所以被用來阻截洪水。屈原在《天問》中一口氣向上天提出了170多個(gè)問題，其中有一些是巖土工程問題。例如他問“洪象極深，何以填之？”“鯀何所營？禹何所成？”從巖土工程的角度，應(yīng)當(dāng)說屈原的這些問題是很有專業(yè)水平的：當(dāng)時(shí)洪水滔滔，波濤洶涌，既深且急，用什么巖土材料和施工工藝修堤筑壩，攔擋洪水而不被沖走？既然鯀和他的兒子禹都使用了息壤或者息土，那么息壤是什么東西？為什么鯀“九年而水不息，功用不成”，結(jié)果被“殛于羽山而死”；而大禹則功成于天下，二者的治水方略有什么不同呢？我們知道，大禹治水是十分辛苦的，充分發(fā)揮了艱苦奮斗的精神：“勞身焦思，居外十三年，過家門而不入”；他也很重視規(guī)劃和測試，“左準(zhǔn)繩，右規(guī)矩”，親自勘察測量，規(guī)劃設(shè)計(jì)。但是成功的關(guān)鍵恐怕還是治水方略的正確，不是單純依靠息土來攔截洪水，而是湮（塞、填）、導(dǎo)、蓄相結(jié)合，正如《史記》所講的“開九州，通九道，陂九澤，度九山”，終于戰(zhàn)勝了洪水。這里就有一個(gè)讓巖土工程技術(shù)人員十分感興趣的問題，那就是“息壤”的實(shí)物應(yīng)當(dāng)是什么東西？根據(jù)以上文獻(xiàn)可以看出它具有如下特點(diǎn)：（1）它既稱為息壤或息土，其主要成分應(yīng)當(dāng)是土。（2）它竊之于天帝，應(yīng)當(dāng)是一種極有創(chuàng)意的東西。陸游講“文章本天成，妙手偶得之”，亦即一切完美奇妙的東西都是上天創(chuàng)造的，只有天才與妙手才能夠發(fā)現(xiàn)與獲得，也可以說是從上帝那里竊來?！磅吀`帝之息壤”，并將其傳于禹，從這點(diǎn)看，鯀也是一個(gè)失敗的英雄，與希臘英雄普羅米修斯盜火一樣，盜取了息壤，為大禹的成功治水創(chuàng)造了條件，造福于人類。中國古代的“天”，其實(shí)就是指自然：“道法自然”。（3）它可在流動(dòng)的洪水中不被沖散流失，甚至可以不斷增長，所以可用以攔截洪水，在大禹成功治水過程中，發(fā)揮了極大的作用。關(guān)于息壤是什么，幾千年來，人們提出來很多見解：防管涌土料、膨脹土、腐殖質(zhì)合適的熟土等。提起治水，使人首先想起了河貍，它們可以在河中筑壩，是成功的治水者。河貍在岸邊咬斷一棵30cm直徑的樹只需幾十分鐘，它設(shè)計(jì)好角度讓樹倒向河里（見圖1（a）），或者干脆掘一條運(yùn)河以便水運(yùn)大的樹干。它首先將咬斷的粗大的樹干豎直立于河床為樁，再用帶叉的樹枝在下游斜撐，然后用樹木枝條、草的枝葉、塊石、碎石、泥土層層填筑建成攔河大壩。壩建成后，上游泥沙草木逐漸淤積（亦即自長息無限），形成防滲結(jié)構(gòu)，蓄水成庫。這種壩的兩側(cè)低于中間，河水量過大時(shí)則從兩側(cè)溢流，由于樹的枝干消能保護(hù)而不會(huì)被沖毀。水庫建成以后，它可在水庫中捕魚游戲，并讓水淹沒其洞口，臥室則在高于水位的河岸地下，設(shè)有通風(fēng)口，其家園安全舒適（見圖1（g））。據(jù)說在加拿大這種河貍壩最長達(dá)850m，從衛(wèi)星上可以都清楚見到，是由若干河貍家族合力建造的。圖1為這位勤勞而睿智的水利工程師及其建造的河貍壩。據(jù)考，我國古代北方也廣泛分布著這種河貍。

巖土是人類最早接觸的建筑材料，也是古代人類最早使用的工具與武器，“水來土湮”，表明古代人類在與洪水斗爭中，土是他們最方便和有效的武器。但是由于土是碎散的，在流水中會(huì)被沖散帶走，如屈原所問：“洪象極深，何以填之？”這就需要把它們連接合成整體，最簡單方便的方法就是利用天然的草、木、竹等纖維材料將土石結(jié)合成整體。作為萬物之靈的古人一定是見到河貍筑壩而受到啟發(fā)，使用了相似的工法治水，這也可以說是竊之于天吧。這就是原始的土的加筋與防護(hù)。再看大禹治水中的息壤，郭璞講它自長息無限，在治河工程中，有很多結(jié)構(gòu)可以使河道落淤而增長，如圖2所示的丁壩與導(dǎo)流堰。在彎曲的河道中，由于橫向的環(huán)流的作用，凸的一側(cè)是淤積的，而凹的一側(cè)被沖刷。如果認(rèn)為干預(yù)，改變河道水流的流向，則可按照人的意志沖砂或淤沙，如都江堰的飛沙堰(圖2(a))丁壩結(jié)構(gòu)不將水完全攔截，也是調(diào)節(jié)河水的流量與流向。如果在平直的河道的一側(cè)建造丁壩，則可將主流挑向?qū)Π?，并沖刷對岸的岸坡，而丁壩壩后則可不斷淤積(見圖2(b)),從而改變河道。在新疆的霍爾果斯河上，我見到在中國的一側(cè)，人們建造了很長的丁壩，結(jié)果把哈薩克斯坦一側(cè)的河岸沖得壁立數(shù)丈，還在不斷地崩岸。當(dāng)時(shí)我就想：我國被俄羅斯搶占了160萬平方公里的土地，現(xiàn)在又一寸一寸地往回?fù)?，可見中國人的小聰明。在流速很高的河道中，在洶涌的洪水中，息壤不被沖失,堙（填、塞）洪水，并可以使河道淤積而不斷生畏，用以攔截洪水，調(diào)節(jié)流速與流向，整治河道。在大禹成功治水過程中，發(fā)揮了極大的作用。進(jìn)行這類工程的施工，就需要體積與重量巨大的石料或結(jié)構(gòu)體。圖3為三峽截流時(shí)使用的幾十噸重的混凝土四面體塊。而在遠(yuǎn)古時(shí)代不可能制造與運(yùn)輸這樣的龐然大物，而是代以人工制作的各種天然材料復(fù)合體，如圖4、圖5所示。圖，三蝶處沈時(shí)用的直入的泡器土四茴體與后輸卡車圖4.陸生-都江堰中的媽槎圖4.陸生-都江堰中的媽槎⑻訶蹲境結(jié)構(gòu)巾.都江解使用的確推有趣的是，從圖4可以清楚地看到古人學(xué)習(xí)模仿河貍的痕跡，榪槎與河貍壩何其相似？。在都江堰工程中，普遍使用竹、木、石混合的材料，如榪槎、竹籠、條排等。它們連接成整體，可分可合，體積重量巨大，施工方便。用于截流、攔洪、護(hù)岸，是治水的強(qiáng)大武器。

史書記載：成帝建始7年“以竹落長四丈，大九圍，盛以小石，兩船夾載下之以堵決口，三十六日河堤成”。這就是圖5（b）中的“羊圈”工iHrd工iHrd值）忖蹩（V）羊圈胭冬竹木來石的望自結(jié)構(gòu)悻在公元前140~110年間的西漢初期，漢武帝為了討伐匈奴，運(yùn)送糧草，橫穿灞河修建一個(gè)超級工程：大漢漕渠。漕渠漢代的起點(diǎn)是從昆明池流經(jīng)西安北郊河止西、溝上村，穿過灞河，經(jīng)新筑鎮(zhèn)、新豐鎮(zhèn)、渭南、華縣到華陰市北進(jìn)入渭河，全長300里。見圖6.圖6大漢漕柔平面圖這種兩河相交的工程難度在古代是可想而知的，兩千多年前，沒有混凝土，沒有大型機(jī)械，只靠人工，既要保證枯水期水位，以確保通航；又要在汛期不被沖毀，保證岸坡穩(wěn)定。在漢唐時(shí)期，灞河兩岸楊柳茂盛，“楊柳含煙灞岸春，年年攀折為行人”。那時(shí)從長安送友人到灞橋，折一柳枝送給朋友，以表依依不舍之情。當(dāng)時(shí)的朝臣徐伯請命承擔(dān)這一工程。他主要是利用灞河兩岸的柳枝，夾青膏泥制成條捆，用以護(hù)坡。同時(shí)在河岸交叉口用木樁加木制沉井（木箱內(nèi)加卵石）固岸。見圖當(dāng)時(shí)的朝臣徐伯請命承擔(dān)這一工程。他主要是利用灞河兩岸的柳枝，夾青膏泥制成條捆，用以護(hù)坡。同時(shí)在河岸交叉口用木樁加木制沉井（木箱內(nèi)加卵石）固岸。見圖7。困■＞岸堤加固工程槽庭i公田井木漏一如石ibi木推臚譚護(hù)坡用的條籠的制作見圖8。即首先在河岸上縱橫鋪設(shè)麻繩，然后鋪設(shè)鮮的柳條；上面鋪一層碎石及碎磚瓦；再鋪一厚層青泥膏；從一頭卷成條籠。最后把它逐個(gè)推下河岸，打樁鋪一層碎石及碎磚瓦；再鋪一厚層青泥膏；從一頭卷成條籠。最后把它逐個(gè)推下河岸，打樁固定，形成連續(xù)的護(hù)坡結(jié)構(gòu)。見圖9。圖￡條第的制作過程佰）固定，形成連續(xù)的護(hù)坡結(jié)構(gòu)。見圖9。圖￡條第的制作過程佰）麻繩一柳枝(C)f璃油?{"砂石+瓦⑹|i大的條龍圖g條筑護(hù)岸的施工2000年灞河水位較低，人們在河灘發(fā)現(xiàn)了一片巨大的圓柱狀黑色土體，細(xì)看發(fā)現(xiàn)其中有柴草旋成的同心螺旋線。螺旋線間夾著堅(jiān)硬的黑泥，黑泥里摻雜著瓦礫、砂礫和木質(zhì)。經(jīng)過碳14的年代測定，這些殘片是兩千多年前西漢的瓦礫。通過對黑色淤泥進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室研究分析，發(fā)現(xiàn)了柳條的纖維。這些漢代的遺物揭示出當(dāng)年的這個(gè)超級的工程，先秦時(shí)期《慎子》記載“治水者茨防決塞”；《漢書》也記載：漢武帝“自臨決河，令群臣自將軍以下，皆負(fù)薪填決河，…下淇園之竹以為楗”?？梢娫跐h代這種草木土石混合的結(jié)構(gòu)物加上木樁廣泛用于治河、防汛、堵決口工程中。并要求干部參加勞動(dòng)，皇帝親自監(jiān)工，群臣自將軍以下都要去防洪搶險(xiǎn)第一線，背柴草，制成條籠，打樁固定。那干部作風(fēng)似乎要比現(xiàn)在好。那么大禹治水是不是我國古代最先使用加筋土技術(shù)呢？2015年在多年勘探調(diào)查的基礎(chǔ)上，在浙江省杭州一帶確認(rèn)了分布于良渚古城西北部的水利系統(tǒng)。這是一系列驚人的，規(guī)模宏大的防洪工程。從防洪角度看，天目山為浙江省最大的暴雨中心，夏季節(jié)極易形成山洪，對地處下游平原的良渚遺址群形成直接的威脅。通過修建水利系統(tǒng)的高、低兩級土壩，可以將大量的雨水滯留在山谷和低地內(nèi)，解除洪水直接的威脅。GIS分析顯示，高壩約可以阻擋短期內(nèi)870mm的連續(xù)降水，即相當(dāng)于本地區(qū)降水量百年一遇的標(biāo)準(zhǔn)。低壩內(nèi)是一個(gè)倒三角形的低洼地，根據(jù)低壩現(xiàn)存的壩高海拔10米推測，可形成面積達(dá)8.5平方公里的廣闊庫區(qū)。這是一套攔洪、蓄洪相結(jié)合的規(guī)劃嚴(yán)密的系統(tǒng)工程。工程同時(shí)還有運(yùn)輸、用水、灌溉等功效。其工程布局見圖12。ffll2高闌低捌形成的扉區(qū)推珊在良渚古城的水利系統(tǒng)中，先人們采用了一種巧妙的工藝：即將土以蘆荻茅草包裹形成長扁圓形的泥包，再將其縱橫砌筑。其作用大致相當(dāng)于現(xiàn)代修建堤壩使用草袋裝土。在土內(nèi)加入這種植物纖維并壓實(shí)，能使壩體增加抗拉、抗剪強(qiáng)度和整體性，不易崩塌和被沖毀，如圖13所示。對堤壩遺址內(nèi)的草木經(jīng)北京大學(xué)年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室C14測定，結(jié)果顯示，上述各地點(diǎn)系列樣品的樹輪校正值全部都落距今4700-5100年之間，見表1,屬于良渚文化早中期。

表L良謂古腕水利工程中的草木的羽宸Lab編號*ACu(BP)誤&捐耗校正若年代1a(Ba,器)20隨前卻故535J010BC(7.S^i)2990BC2930RCi^OJ%.)28S0BCJ020BCe￡4%J2S8OBC,BA1O7J2草353ilOBC{3290BC(IQ.3%)3230BC311OBC(-I7.4%)3000BC2G8OBC(S.?%}293OBC3330BC0.3%}瀏OBC小。BC(表館3】為BC3130BC僑￡一1%[?和BCBA1533草」犯。403270BCf5240BCMCXJRC[J3.穌“JOOOBC29?0BC{IS?J%)2920BC33J0BC(19.6%)3ilOBC3⑶恥(工臧”工就i恥3130BC(7J.5%)2910BCBA12O381件4130402870BC(20J%)2S00B€2760BC(-l7^-4)2620BC2S80BC(05.4%)258XJBCBA120386符4345303010BC：3&2%)琰OBCJ080BC(2.0%)3Q60BC3030BC(9丸4阿28典BCBAU0587草42153529()&BC(27.6%)2SfiOBC'WS1QBC因g/tT$OBC2720BC[S.O%>271OBCAIQ3C(3$-。跖)：S3OB<72520BC(60.4%)2570BCBA12O5SS埴物外4060352S-WBC(5.I%)2B20BC26-1UBC25I5OBC2S40BCiJS.7%)24KBe2S50BC(9t6%)2SI0BC2750BC(tJ*4)2720B€2700BC(豺3g)2470BCBA125時(shí)簞心M252915BC24S0BC能錦汽的球(b)草嘉泥的清理依)草裳泥皮部的性霜(d)草最正塊的形狀14.囪港吉增堤堤中的培土結(jié)構(gòu)及草巖漁的01撥圖15髓工用的木雷圖16章直港制作流租夏原圖15,16為這種草裹泥工藝的復(fù)原，所用的工具與原料全部都是當(dāng)?shù)氐牟牧希呵喔嗄酁楹喑练e的淤泥，裹草主要是荻、茅草，而綁扎是用蘆葦與蘆竹；挖泥的工具為木雷。完全符合5000年前的生產(chǎn)力水平。良渚人在流域的上游、中下游興建不同類型的水利設(shè)施，表明他們已經(jīng)具備全流域的水環(huán)境規(guī)劃和改造能力。水利系統(tǒng)工程浩大，僅外圍的堤壩的總土方量即達(dá)260萬方。在距今5000年的良渚時(shí)期，其規(guī)劃視野之闊、技術(shù)水平之高，動(dòng)員能力之強(qiáng)都令人嘆為觀止。在我國的宋代，治河工程中已經(jīng)形成一個(gè)單獨(dú)的工種——埽工。《宋史?河渠志》載：“先擇寬平之所為埽場。埽之制，密布芟索，鋪梢，梢芟相重，壓之以土，雜以碎石，以巨竹索橫貫其中，謂之心索。卷而束之，復(fù)以大芟索系其兩端，別以竹索自內(nèi)旁出。其高至數(shù)丈，其長倍之。凡用丁夫數(shù)百或千人，雜唱齊挽，積置于卑薄之處，謂之埽岸。既下，以撅臬閡之，復(fù)以長木貫之。其竹索皆埋巨木于岸以維之?！避＠捎糜谧o(hù)岸護(hù)、堵口和筑壩等，廂埽主要用于護(hù)岸。埽工每一構(gòu)件叫埽個(gè)或埽捆，簡稱埽。小的叫埽由或由。見圖17.信】卷舊他】無埸圖廣.卷環(huán)與股埸我國古老的長城，最早在幾千年前，很多地段是使用柴草加筋建成的。圖18為古長城的遺跡。史書記載：“非皆以土垣也，或因山巖石，木柴僵落，溪谷水門，稍稍平之”。這種柴草加筋在“溪谷水門”尤其重要，即在山谷溝底處用木柴加上碎石修建，以便排水。圖18.古共腌遭逮S19耳妙的草土因現(xiàn)60年代我在寧夏，看到當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在黃河岸邊用草土圍堰圍堵進(jìn)占河道，工人們站在草體上，用一層草一層土，再一層草一層土在水中向前逐漸堆筑形成的擋水結(jié)構(gòu)。其下層的草土體靠上層草土體及人的的重量，使之逐步下沉并穩(wěn)定，堰體邊坡很小，甚至可以沒有邊坡。如圖19所示。我在東北農(nóng)村，也見到當(dāng)?shù)剞r(nóng)民為了雍高河水位用以灌溉，普遍在河道用柳條排筑壩。所謂條排就是用小捆、順直的柳條和砂石、塊石、泥包等逐層壘砌在一起，也可作為河堤、河岸、河底的圍護(hù)建筑物，及攔河壩、跌水坎、溢流堰之類的建筑物。拉哈辮草房是東北的滿族人的筑房技術(shù)：首先以谷草等編成草辮，在泥漿浸泡，分層纏繞在木立柱上，形成外墻；最后再用麻刀泥抹平。這種房冬暖夏涼，堅(jiān)固耐久，房頂苫草為濕地產(chǎn)的小葉草，百年而不朽。中華民族作為一個(gè)主要是農(nóng)耕的民族，聚居于河流中下游兩側(cè)，其生存與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)首先遇到的問題就是水害與水利。與自然抗?fàn)?，?dāng)時(shí)最應(yīng)手的武器也就是柴草與土石。把二者結(jié)合起來，利用植物纖維的連續(xù)性和抗拉性，加上黏性土的抗?jié)B性，碎石的透水性和抗沖性。筑壩修堤，攔洪堵決，是很自然的選擇?？脊乓呀?jīng)證明，我國的文明并非中原一枝獨(dú)秀，而是而是呈現(xiàn)“多元一體”格局。在距今5500前，中原、海岱、江漢、長江下游和遼西等地都開始了文明化進(jìn)程。從多處的考古發(fā)現(xiàn)可以推斷，這類水利工程中的加筋土結(jié)構(gòu)，最早可能是各地因地制宜，就地取材而獨(dú)立形成的，例如在河流的中上游，多用石、竹、木、土混合形成加筋土結(jié)構(gòu)，并且這里河流及洪水流速較高，加筋土結(jié)構(gòu)多采用榪槎、石籠、羊圈等形式，“息壤”似乎主要是只這類形式的加筋土結(jié)構(gòu)物，例如大禹治水、都江堰與古長城；而在河流的中下游，則采用淤泥、柴草和樹枝混合形成加筋土結(jié)構(gòu)物，用于分?jǐn)r蓄洪水，防洪搶險(xiǎn)。各地類似的技術(shù)也會(huì)有相互交集與傳承，幾千年來，不斷發(fā)展與完善。早在5000多年前，良渚文化的早中期，先民們就利用當(dāng)?shù)氐呢S富的柴草與淤泥，作成草裹泥的加筋土