李广信 息壤考

息壤考2016-02-1608:54来源：中国岩土网阅读：2752这个息壤或者息土是什么东西呢？郭璞在《山海经注》中说：“息壤者，言土自长息无限，故可以塞洪水也。”看来息壤或者息土是一种可以自己增长的土，而在流水中不被冲毁，所以被用来阻截洪水。息壤考李广信国际岩土界通常是说：1963年，法国的工程师亨利.维达(Henri.Vidal)在观察鸟类利用泥和草筑巢，受到启发；提出来加筋土这一新概念，这种以西方为中心的科技史观是十分无知与可笑的。2015年5月在成都的加筋土学术会议上，我作为国际土工合成材料协会(IGS)中国分会的主席，作了会议的第一个特邀报告，题目就是“息壤考”。从我国的良渚文化、大禹治水、秦代的都江堰、古长城、汉代的大汉漕渠、宋代的埽工，直到近代的水利、房建以及日常生活各方面，以详实的考古资料无可辩驳的表明，在我国，加筋土的历史不是50年，而是5000年。这一报告使国外的一些学者感到震惊，IGS前主席，日本的龙岗文夫(F.Tatsuoka)、美国的IGS大使等在赞叹之后，都要拷贝我的讲演课件；几位台湾教授十分激动，他们说我们史前就在使用加筋土，可是我们却要去买外国的专利。并邀请我一定到台湾去讲一讲。中华民族号称具有5000多年的历史，但有文字记载约为3700年左右，即考古发现的殷商时期的甲骨文，记载了武丁、妇好等征战的史实。此前的唐尧虞舜基本上属于传说。《山海经》是大约先秦时代的重要古籍，但它并非史籍，其所述基本属于传说。内容庞杂，想象丰富，似乎荒诞无稽。涉及中国古代历史、地理、文化、中外交通、民俗、神话等。其中的远古神话传说，如夸父逐日、女娲补天、精卫填海、大禹治水等，看似荒诞，但其中包含有丰富的历史信息。我国最早的有后来的史书记载的水利工程实践应当是大禹治水，发生在大约是在4100年以前的新石器时期。《山海经》中讲到：“洪水滔天，鲧窃帝之息壤以堙洪水，不待帝命。帝命祝融杀鲧于羽郊。鲧复生禹，帝乃命禹卒布土以定九州。”这里讲的是鲧盗取窃了天帝的“息壤”，用以治水。在《淮南子》中也提到“禹乃以息土填洪水，以为名山。”可见大禹也是用息土来治水的。那么这个息壤或者息土是什么东西呢？郭璞在《山海经注》中说：“息壤者，言土自长息无限，故可以塞洪水也。”看来息壤或者息土是一种可以自己增长的土，而在流水中不被冲毁，所以被用来阻截洪水。屈原在《天问》中一口气向上天提出了170多个问题，其中有一些是岩土工程问题。例如他问“洪象极深，何以填之？”“鲧何所营？禹何所成？”从岩土工程的角度，应当说屈原的这些问题是很有专业水平的：当时洪水滔滔，波涛汹涌，既深且急，用什么岩土材料和施工工艺修堤筑坝，拦挡洪水而不被冲走？既然鲧和他的儿子禹都使用了息壤或者息土，那么息壤是什么东西？为什么鲧“九年而水不息，功用不成”，结果被“殛于羽山而死”；而大禹则功成于天下，二者的治水方略有什么不同呢？我们知道，大禹治水是十分辛苦的，充分发挥了艰苦奋斗的精神：“劳身焦思，居外十三年，过家门而不入”；他也很重视规划和测试，“左准绳，右规矩”，亲自勘察测量，规划设计。但是成功的关键恐怕还是治水方略的正确，不是单纯依靠息土来拦截洪水，而是湮（塞、填）、导、蓄相结合，正如《史记》所讲的“开九州，通九道，陂九泽，度九山”，终于战胜了洪水。这里就有一个让岩土工程技术人员十分感兴趣的问题，那就是“息壤”的实物应当是什么东西？根据以上文献可以看出它具有如下特点：（1）它既称为息壤或息土，其主要成分应当是土。（2）它窃之于天帝，应当是一种极有创意的东西。陆游讲“文章本天成，妙手偶得之”，亦即一切完美奇妙的东西都是上天创造的，只有天才与妙手才能够发现与获得，也可以说是从上帝那里窃来。“鲧窃帝之息壤”，并将其传于禹，从这点看，鲧也是一个失败的英雄，与希腊英雄普罗米修斯盗火一样，盗取了息壤，为大禹的成功治水创造了条件，造福于人类。中国古代的“天”，其实就是指自然：“道法自然”。（3）它可在流动的洪水中不被冲散流失，甚至可以不断增长，所以可用以拦截洪水，在大禹成功治水过程中，发挥了极大的作用。关于息壤是什么，几千年来，人们提出来很多见解：防管涌土料、膨胀土、腐殖质合适的熟土等。提起治水，使人首先想起了河狸，它们可以在河中筑坝，是成功的治水者。河狸在岸边咬断一棵30cm直径的树只需几十分钟，它设计好角度让树倒向河里（见图1（a）），或者干脆掘一条运河以便水运大的树干。它首先将咬断的粗大的树干竖直立于河床为桩，再用带叉的树枝在下游斜撑，然后用树木枝条、草的枝叶、块石、碎石、泥土层层填筑建成拦河大坝。坝建成后，上游泥沙草木逐渐淤积（亦即自长息无限），形成防渗结构，蓄水成库。这种坝的两侧低于中间，河水量过大时则从两侧溢流，由于树的枝干消能保护而不会被冲毁。水库建成以后，它可在水库中捕鱼游戏，并让水淹没其洞口，卧室则在高于水位的河岸地下，设有通风口，其家园安全舒适（见图1（g））。据说在加拿大这种河狸坝最长达850m，从卫星上可以都清楚见到，是由若干河狸家族合力建造的。图1为这位勤劳而睿智的水利工程师及其建造的河狸坝。据考，我国古代北方也广泛分布着这种河狸。

岩土是人类最早接触的建筑材料，也是古代人类最早使用的工具与武器，“水来土湮”，表明古代人类在与洪水斗争中，土是他们最方便和有效的武器。但是由于土是碎散的，在流水中会被冲散带走，如屈原所问：“洪象极深，何以填之？”这就需要把它们连接合成整体，最简单方便的方法就是利用天然的草、木、竹等纤维材料将土石结合成整体。作为万物之灵的古人一定是见到河狸筑坝而受到启发，使用了相似的工法治水，这也可以说是窃之于天吧。这就是原始的土的加筋与防护。再看大禹治水中的息壤，郭璞讲它自长息无限，在治河工程中，有很多结构可以使河道落淤而增长，如图2所示的丁坝与导流堰。在弯曲的河道中，由于横向的环流的作用，凸的一侧是淤积的，而凹的一侧被冲刷。如果认为干预，改变河道水流的流向，则可按照人的意志冲砂或淤沙，如都江堰的飞沙堰(图2(a))丁坝结构不将水完全拦截，也是调节河水的流量与流向。如果在平直的河道的一侧建造丁坝，则可将主流挑向对岸，并冲刷对岸的岸坡，而丁坝坝后则可不断淤积(见图2(b)),从而改变河道。在新疆的霍尔果斯河上，我见到在中国的一侧，人们建造了很长的丁坝，结果把哈萨克斯坦一侧的河岸冲得壁立数丈，还在不断地崩岸。当时我就想：我国被俄罗斯抢占了160万平方公里的土地，现在又一寸一寸地往回捞，可见中国人的小聪明。在流速很高的河道中，在汹涌的洪水中，息壤不被冲失,堙（填、塞）洪水，并可以使河道淤积而不断生畏，用以拦截洪水，调节流速与流向，整治河道。在大禹成功治水过程中，发挥了极大的作用。进行这类工程的施工，就需要体积与重量巨大的石料或结构体。图3为三峡截流时使用的几十吨重的混凝土四面体块。而在远古时代不可能制造与运输这样的庞然大物，而是代以人工制作的各种天然材料复合体，如图4、图5所示。图，三蝶处沈时用的直入的泡器土四茴体与后输卡车图4.陆生-都江堰中的妈槎图4.陆生-都江堰中的妈槎⑻诃蹲境结构巾.都江解使用的确推有趣的是，从图4可以清楚地看到古人学习模仿河狸的痕迹，杩槎与河狸坝何其相似？。在都江堰工程中，普遍使用竹、木、石混合的材料，如杩槎、竹笼、条排等。它们连接成整体，可分可合，体积重量巨大，施工方便。用于截流、拦洪、护岸，是治水的强大武器。

史书记载：成帝建始7年“以竹落长四丈，大九围，盛以小石，两船夹载下之以堵决口，三十六日河堤成”。这就是图5（b）中的“羊圈”工iHrd工iHrd值）忖蹩（V）羊圈胭冬竹木来石的望自结构悻在公元前140~110年间的西汉初期，汉武帝为了讨伐匈奴，运送粮草，横穿灞河修建一个超级工程：大汉漕渠。漕渠汉代的起点是从昆明池流经西安北郊河止西、沟上村，穿过灞河，经新筑镇、新丰镇、渭南、华县到华阴市北进入渭河，全长300里。见图6.图6大汉漕柔平面图这种两河相交的工程难度在古代是可想而知的，两千多年前，没有混凝土，没有大型机械，只靠人工，既要保证枯水期水位，以确保通航；又要在汛期不被冲毁，保证岸坡稳定。在汉唐时期，灞河两岸杨柳茂盛，“杨柳含烟灞岸春，年年攀折为行人”。那时从长安送友人到灞桥，折一柳枝送给朋友，以表依依不舍之情。当时的朝臣徐伯请命承担这一工程。他主要是利用灞河两岸的柳枝，夹青膏泥制成条捆，用以护坡。同时在河岸交叉口用木桩加木制沉井（木箱内加卵石）固岸。见图当时的朝臣徐伯请命承担这一工程。他主要是利用灞河两岸的柳枝，夹青膏泥制成条捆，用以护坡。同时在河岸交叉口用木桩加木制沉井（木箱内加卵石）固岸。见图7。困■＞岸堤加固工程槽庭i公田井木漏一如石ibi木推胪谭护坡用的条笼的制作见图8。即首先在河岸上纵横铺设麻绳，然后铺设鲜的柳条；上面铺一层碎石及碎砖瓦；再铺一厚层青泥膏；从一头卷成条笼。最后把它逐个推下河岸，打桩铺一层碎石及碎砖瓦；再铺一厚层青泥膏；从一头卷成条笼。最后把它逐个推下河岸，打桩固定，形成连续的护坡结构。见图9。图£条第的制作过程佰）固定，形成连续的护坡结构。见图9。图£条第的制作过程佰）麻绳一柳枝(C)f璃油?{"砂石+瓦⑹|i大的条龙图g条筑护岸的施工2000年灞河水位较低，人们在河滩发现了一片巨大的圆柱状黑色土体，细看发现其中有柴草旋成的同心螺旋线。螺旋线间夹着坚硬的黑泥，黑泥里掺杂着瓦砾、砂砾和木质。经过碳14的年代测定，这些残片是两千多年前西汉的瓦砾。通过对黑色淤泥进行的实验室研究分析，发现了柳条的纤维。这些汉代的遗物揭示出当年的这个超级的工程，先秦时期《慎子》记载“治水者茨防决塞”；《汉书》也记载：汉武帝“自临决河，令群臣自将军以下，皆负薪填决河，…下淇园之竹以为楗”。可见在汉代这种草木土石混合的结构物加上木桩广泛用于治河、防汛、堵决口工程中。并要求干部参加劳动，皇帝亲自监工，群臣自将军以下都要去防洪抢险第一线，背柴草，制成条笼，打桩固定。那干部作风似乎要比现在好。那么大禹治水是不是我国古代最先使用加筋土技术呢？2015年在多年勘探调查的基础上，在浙江省杭州一带确认了分布于良渚古城西北部的水利系统。这是一系列惊人的，规模宏大的防洪工程。从防洪角度看，天目山为浙江省最大的暴雨中心，夏季节极易形成山洪，对地处下游平原的良渚遗址群形成直接的威胁。通过修建水利系统的高、低两级土坝，可以将大量的雨水滞留在山谷和低地内，解除洪水直接的威胁。GIS分析显示，高坝约可以阻挡短期内870mm的连续降水，即相当于本地区降水量百年一遇的标准。低坝内是一个倒三角形的低洼地，根据低坝现存的坝高海拔10米推测，可形成面积达8.5平方公里的广阔库区。这是一套拦洪、蓄洪相结合的规划严密的系统工程。工程同时还有运输、用水、灌溉等功效。其工程布局见图12。ffll2高阑低捌形成的扉区推珊在良渚古城的水利系统中，先人们采用了一种巧妙的工艺：即将土以芦荻茅草包裹形成长扁圆形的泥包，再将其纵横砌筑。其作用大致相当于现代修建堤坝使用草袋装土。在土内加入这种植物纤维并压实，能使坝体增加抗拉、抗剪强度和整体性，不易崩塌和被冲毁，如图13所示。对堤坝遗址内的草木经北京大学年代学实验室C14测定，结果显示，上述各地点系列样品的树轮校正值全部都落距今4700-5100年之间，见表1,属于良渚文化早中期。

表L良谓古腕水利工程中的草木的羽宸Lab编号*ACu(BP)误&捐耗校正若年代1a(Ba,器)20随前却故535J010BC(7.S^i)2990BC2930RCi^OJ%.)28S0BCJ020BCe£4%J2S8OBC,BA1O7J2草353ilOBC{3290BC(IQ.3%)3230BC311OBC(-I7.4%)3000BC2G8OBC(S.«%}293OBC3330BC0.3%}浏OBC小。BC(表馆3】为BC3130BC侨£一1%[»和BCBA1533草」犯。403270BCf5240BCMCXJRC[J3.稣“JOOOBC29?0BC{IS?J%)2920BC33J0BC(19.6%)3ilOBC3⑶耻(工臧”工就i耻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时箪心M252915BC24S0BC能锦汽的球(b)草嘉泥的清理依)草裳泥皮部的性霜(d)草最正块的形状14.囱港吉增堤堤中的培土结构及草岩渔的01拨图15髓工用的木雷图16章直港制作流租夏原图15,16为这种草裹泥工艺的复原，所用的工具与原料全部都是当地的材料：青膏泥为湖相沉积的淤泥，裹草主要是荻、茅草，而绑扎是用芦苇与芦竹；挖泥的工具为木雷。完全符合5000年前的生产力水平。良渚人在流域的上游、中下游兴建不同类型的水利设施，表明他们已经具备全流域的水环境规划和改造能力。水利系统工程浩大，仅外围的堤坝的总土方量即达260万方。在距今5000年的良渚时期，其规划视野之阔、技术水平之高，动员能力之强都令人叹为观止。在我国的宋代，治河工程中已经形成一个单独的工种——埽工。《宋史•河渠志》载：“先择宽平之所为埽场。埽之制，密布芟索，铺梢，梢芟相重，压之以土，杂以碎石，以巨竹索横贯其中，谓之心索。卷而束之，复以大芟索系其两端，别以竹索自内旁出。其高至数丈，其长倍之。凡用丁夫数百或千人，杂唱齐挽，积置于卑薄之处，谓之埽岸。既下，以撅臬阂之，复以长木贯之。其竹索皆埋巨木于岸以维之。”埽捆可用于护岸护、堵口和筑坝等，厢埽主要用于护岸。埽工每一构件叫埽个或埽捆，简称埽。小的叫埽由或由。见图17.信】卷旧他】无埸图广.卷环与股埸我国古老的长城，最早在几千年前，很多地段是使用柴草加筋建成的。图18为古长城的遗迹。史书记载：“非皆以土垣也，或因山岩石，木柴僵落，溪谷水门，稍稍平之”。这种柴草加筋在“溪谷水门”尤其重要，即在山谷沟底处用木柴加上碎石修建，以便排水。图18.古共腌遭逮S19耳妙的草土因现60年代我在宁夏，看到当地农民在黄河岸边用草土围堰围堵进占河道，工人们站在草体上，用一层草一层土，再一层草一层土在水中向前逐渐堆筑形成的挡水结构。其下层的草土体靠上层草土体及人的的重量，使之逐步下沉并稳定，堰体边坡很小，甚至可以没有边坡。如图19所示。我在东北农村，也见到当地农民为了雍高河水位用以灌溉，普遍在河道用柳条排筑坝。所谓条排就是用小捆、顺直的柳条和砂石、块石、泥包等逐层垒砌在一起，也可作为河堤、河岸、河底的围护建筑物，及拦河坝、跌水坎、溢流堰之类的建筑物。拉哈辫草房是东北的满族人的筑房技术：首先以谷草等编成草辫，在泥浆浸泡，分层缠绕在木立柱上，形成外墙；最后再用麻刀泥抹平。这种房冬暖夏凉，坚固耐久，房顶苫草为湿地产的小叶草，百年而不朽。中华民族作为一个主要是农耕的民族，聚居于河流中下游两侧，其生存与农业生产首先遇到的问题就是水害与水利。与自然抗争，当时最应手的武器也就是柴草与土石。把二者结合起来，利用植物纤维的连续性和抗拉性，加上黏性土的抗渗性，碎石的透水性和抗冲性。筑坝修堤，拦洪堵决，是很自然的选择。考古已经证明，我国的文明并非中原一枝独秀，而是而是呈现“多元一体”格局。在距今5500前，中原、海岱、江汉、长江下游和辽西等地都开始了文明化进程。从多处的考古发现可以推断，这类水利工程中的加筋土结构，最早可能是各地因地制宜，就地取材而独立形成的，例如在河流的中上游，多用石、竹、木、土混合形成加筋土结构，并且这里河流及洪水流速较高，加筋土结构多采用杩槎、石笼、羊圈等形式，“息壤”似乎主要是只这类形式的加筋土结构物，例如大禹治水、都江堰与古长城；而在河流的中下游，则采用淤泥、柴草和树枝混合形成加筋土结构物，用于分拦蓄洪水，防洪抢险。各地类似的技术也会有相互交集与传承，几千年来，不断发展与完善。早在5000多年前，良渚文化的早中期，先民们就利用当地的丰富的柴草与淤泥，作成草裹泥的加筋土