钱塘江古海塘护塘技术

陈 伟,袁 淼

(杭州钱塘江博物馆,浙江 杭州 310013)

钱塘江河口防洪、御潮的主体是海塘。海塘抗御潮水侵袭,日夜遭受冲击,随时有被毁坏的危险,或因潮流搜空塘脚而坍塌,或由潮浪冲击塘身而散裂,或受暴潮侵袭而溃决。如何削弱潮波冲击力量,保护海塘安全,使其能持久发挥作用,成为摆在海塘修建者面前的一个棘手问题。为找到有效解决办法,人们通过长期实践探索,创造了一系列护塘技术,包括护塘建筑和附属设施。

1 护塘建筑

1.1 防浪桩

五代吴越王钱镠在修筑杭州竹笼石塘时,在塘前打木桩十余行以防潮浪,又称滉柱。滉柱是按照周易的既济、未济两卦卦象来进行布置。潮浪通过一行行木桩,受到摩擦,势缓力弱,减轻了对海塘的冲刷力量,有利于塘基稳定和塘身安全。在塘前2丈9尺范围内钉立滉柱(即用桩9根每两行分打6根、3根),以消减潮浪对塘身的冲击。宋淳熙十六年(1189),唐叔翰修筑镇海石塘时,也于塘前植万桩以杀其冲。

明万历三年(1575年)嘉兴府同知黄清筑海盐石塘750丈,在黄光升筑塘法的基础上,塘外设置“防浪桩”,密集如篱,并于排桩间填实砂。明万历五年(1577年)在海盐修复风潮所毁海塘后,树防浪桩、木栅栏2 600丈,参差林立,深入沙中,高出丈许,以消杀潮浪；十四年在萧山西兴官巷中同口塘前钉防浪桩三道,共长60余步。清代则在塘身斜坡顶部安放回浪立石。以后进一步演变，改进成为清代桩石护塘坝的雏形[1]。

该方法的缺点是需耗用大量木材,桩木易腐烂,且粉砂土沉积的滩地,当大溜临塘时迅速坍塌,木桩无法钉立,已钉木桩亦随即坍失(图1)。

图1 护塘木桩及滉柱

图2 滉柱的布置

布法一：即在塘前2丈9尺范围内,用木桩分行相间钉立6根、3根,树立于滩面上,因之滉柱的排钉形式见图2 a); 布法二：为桩木成梅花桩形,每行各参差钉立3根,其排列布置见图2 b)。

1.2 坦水

坦水又称护坦。明代以来,人们注意到护滩是石塘成功的保障,坦水作为护滩的重要设施逐渐完善。由临时性的木桩、竹笼结构向永久性的砌石结构过渡,且越来越长,砌筑形式也愈加多样。清代海塘普遍有条石坦水工程,一般都为二层坦水设施,极险工段有多层坦水,分别叫头坦、二坦、三坦,也有地方多达四坦。里高外低,斜坡而下。

历史上限于技术和设备条件,致使塘基偏高,为免塘基直接受江流、海潮刷蚀,影响塘身稳定,按塘基与低水位高差之不同,在海塘脚前,贴塘另筑坦水1～4道。早在北宋庆历四年 (1044年),杨偕、田瑜修筑杭州石塘时,就在塘脚布设装石竹络以保护塘基,开始出现简单的护坦工程。清初海宁人陈讦在认真研究海盐、海宁塘工和两县海岸自然特点的基础上,写成 《宁盐二邑修塘议》,指出 “潮有横冲直冲之异,地有软沙硬沙之别”。他认为海塘 “患在根脚搜空”“海宁之塘,功力全在塘根以外” “必于塘脚之外,沙土之中,砌出十有余丈,以固其根”,并提出了修筑坦水护塘的要求和方法。

康熙五十七年至五十九年 (1718—1720年),浙江巡抚朱轼在海宁修筑海塘时,即用木柜贮以碎石以固塘根,外筑坦水高及塘身之半,也用 “木柜贮碎石为干,外砌巨石二三层,纵横合缝,以护塘脚”。嗣后在仁和、海宁 2县修筑石塘的同时,即修砌坦水以护塘。清代条石坦水工程一般为二层坦水,塘基较高及险工地段有多层坦水,分别称头坦、二坦、三坦、四坦,里高外低,斜坡而下。条石平砌坦水构筑方法：每道坦宽 1.2丈 ,表层用 10路条石盖面,条石宽 1.2尺,厚 0.7尺；下层用砌高 3尺的块石垫底,临水外缘钉排桩 2路,内外层交接处钉排桩 2路或 1路。桩为圆木桩,桩长有 4、5、6尺3种,参差相间钉入土中。随着经验的积累,坦水结构逐步演变和发展,有平砌块石、条石、柴埽、竹篓坦水等。至民国元年 (1912年)在海宁试建混凝土块坦水,民国三年 (1914年)创建全国罕见的条石靠砌、条石竖砌坦水,民国十六年 (1927年)试建钢筋混凝土坦水[2]见图3、图4。

图3 平砌条石坦水

图4 立砌条石多层坦水

1.3 护塘坝

护塘坝又名“玲珑石坝”,是一种从塘脚向滩地延伸的阶梯形多层桩石护坦工,对于消能防冲,保护塘身安全作用很大。

雍正八年(1730年)江苏巡抚尹继善修筑华亭海塘,首创“护塘坝”(图5),《江苏海塘新志》载：玲珑坝的施工方法是“分别潮势缓急,在塘身外筑石坝1、2、3、4层不等,内高外低,形如阶级。第1层在塘外约五、六尺处,先打排桩。桩木围圆1尺6寸,长2丈2尺,入土1丈3尺,出土9尺。然后在排桩与塘岸之间填碎石筑实。这一层谓之单坝。又于单坝外五、六尺处打排桩,桩木围圆1尺4寸,长1丈8尺,出土7尺,填碎石筑成第2重坝。再于第2重坝外四、五尺处,用长1丈6尺桩木打排桩出土5尺,筑成第3重坝,这两重均名坦坡。再于坦坡外四五尺处,用长1丈4尺木料打两重排桩,出土3尺,将排桩、坦坡之间的浮泥挖起2尺,然后填石厚5尺,是为坦水。这样,便形成了由排桩与石块层层相间,多层次的阶梯形工程,不仅可防强潮,同时在波浪向上拍时,逐步消耗其能量,下泻的时候减弱其底流流速,既卫塘身,又保护了塘脚。后人评价：“杀潮势而护塘者,尤莫善于玲珑坝。”因其良好护塘效果,被称为“桩石正工”,在海塘险工地段得到广泛运用。

图5 护塘坝

1.4 护滩坝

人们通过长期实践逐步认识到,海塘的安危与滩地的宽狭有关,要保海塘,还要保塘前滩地。于是又创护滩工程措施。 道光十七年(1837年)夏秋大风潮,华亭县石塘外原有的土塘被潮流冲刷殆尽,江苏巡抚林则徐主持修筑华亭塘工,创造了“护滩坝”。护滩坝一般建筑在岸滩边缘的滩唇(其外为伏滩)以内数尺处,潮至或没,潮落仍见,石不留水,第停其淤,其主要作用是防冲促淤,保护滩地。

护滩坝形制一般为三种。最险工段,紧挨滩唇打排桩,桩内填置块石,坝附于滩,宽度、斜坡和护塘单坝相同。次险工段为双石夹桩坝,于滩唇内数尺处打排桩一行,内外垒石筑坝,高5尺,外广2丈,内广1丈,呈斜坡形,坝顶很窄。还有一种双桩夹石坝,内外各打排桩,中间填石,筑成两桩夹石的护滩坝。此种坝高6尺,基广9尺,顶宽4尺。 护滩坝通常只筑一道,个别地方有2、3、4重护滩坝,坝内并填土夯筑[3]。见图6、图7。

图6 清代护塘坝、护滩坝、拦水坝断面结构及平面布置示意图

图7 护滩堤与护滩坝

1.5 拦水坝

修建在比护滩坝更远的海塘上,修建方法和形制与护滩坝相同。有三桩二石、二桩一石和双石夹桩等型式,通常坝高4～6尺,宽度不小于1丈,其为五分去三。这种拦水坝的坝顶通常低于一般潮水位,相当于现代的潜坝,潮波通过时,因阻力、反射及搅乱,能量受到削弱,并使水中悬沙在坝内淤落,使塘前滩地逐渐淤高,既有利于保护滩地和塘脚,又能进一步削弱波高和波能,减弱潮浪对海堤的冲击。

1.6 挑水坝

挑水坝又称“龙鳞坝”,是丁坝的一种,其作用是把湍急的潮流挑离塘岸,以保塘身安全,并可保滩促淤, 是一种更积极的防冲护塘工程,其与海岸斜交,突入海中,把迅急的潮流挑离海岸,通过改变潮流形势,达到保护海塘目的。在浙江称为“石矶”。宋庆历四年(1044年),在杭州御香亭一带筑塘时,采用“圆折其岸势”法以“分杀水怒”。元佑六年(1091年),南岸西兴已有石矶挑溜。

清代挑水坝中,以浙江海宁塔山石坝规模最宏伟,工程最艰巨。清康熙中叶海走北大门后,两山间江流海潮出入,迅急奔驰,对北岸海塘造成极大威胁。为保护海塘,从雍正十二年(1734年)起,大举兴工修建塔山挑水石坝,因两山间水深流急,施工极其艰难,经四年多修筑,于乾隆五年(1740年)才告竣工,建成长达800 m塔山挑水工程。塔山石坝是海塘建筑史上的杰作。其巧妙利用塔山作天然坝头,采取建浮坝挡江流,插标杆定位抛石以及竹笼工挨砌推垫等施工方法,在水深达三四十米的主流深槽中,成功筑成一道坚固的石坝,宛如巨大铁臂,横截海中,直逼大溜,保护尖山以西一带海塘安全。见图8。

图8 塔山石坝(《海塘录》)

1.7 盘头

盘头是修筑于堤岸迎溜顶冲地段的小型顺水坝。在海塘上习称“盘头”。坝身短而粗,形如半月,靠筑于海塘迎水面,直长五六丈至一二十丈不等。盘头按建筑材料分为“草盘头”(又称“柴盘头”)和“石盘头”两种,见图9、图10。

柴盘头和石盘头各有千秋。修筑石坝的优越性大致有下列原因：第一,石坝挑溜较柴坝(柴盘头)得力。柴坝最大者不过探入水中五六丈,而原筑石坝入水坝则长二十丈,“坝基愈长,挑水愈远,是柴坝不如石坝之得力”。第二,石坝坝基较柴坝巩固。

与石坝相比,柴盘头的优点在于既易修理又较石坝大幅节省,且“柴性柔软,与水相宜,石坝则横亘水中,激怒水势,一经损伤,不能随时抢护,徒费无益”[4]。

康熙以后,浙江海宁一带海塘险象环生,开始修建柴盘头挑流防冲。修建方法是：下捆埽牛铺底,或以竹笼装石为脚,周围密钉排桩,然后层层加柴石夯实,签钉底桩、面桩和腰桩,临水三面贴排桩填砌块石,以护根脚,柴塘高三四丈,外围长三四十丈,内直长一二十丈不等。盘头抵御顶冲,能使局部地段化险为夷。为避免急溜转移到附近塘岸,又常常于盘头两旁增筑雁翅,使潮头得以两面顺势埽出,不致壅遏冲出。

《浙江海塘新志》载雍正七年(1729年)修筑挑水盘头大草坝5座,筑法为：周围签钉排桩,中填块石竹篓,深入软泥之下,作为底脚,上加埽料压盖,顶上钉长桩深贯其底。

图9 柴盘头

图10 石盘头

2 附属设施

明清海塘的系列附属设施,也是当时环境条件下固护海塘所不可或缺的建筑群体,构思周详,布局合理,与前述护塘建筑综合成一整套层层设防、配套齐全的纵深防御体系,明清时期在险要地段的一线主塘之后修筑土备塘。清代还在备塘河和主塘之间,用横塘分割,以缩小主塘万一漫溃时的受淹范围。塘后有护塘河与护塘地,以便运料、堆料和取土。塘前有坦水护脚,顶溜地段又布置盘头、丁坝以挑溜护塘。是明、清两代防御钱塘江洪水、强潮、狂浪,在规划布局和工程技术上的重要一环。

2.1 备塘

图11 土备塘图

为防主塘万一漫溃,咸卤入侵,不致祸延广大平原,宋代已有修筑备塘史料。对此有称重塘、副堤、内堤等不同名称,但一般均限于局部地段。明成化十三年(1477年)海宁海决,抢险以后所作副堤,亦仅十里。万历四年(1576年),巡抚徐轼在修复海盐一带潮毁海塘时,亦于石塘内加筑土塘以为唇齿之护。清雍正十一年(1733年),内大臣望海,总督李卫鉴于改建北岸柴、石旧塘,工非数年不成,其间难免遭遇大潮漫溢。为不致内灌民田,奏准在北岸海塘塘后增修、新筑仁和至海宁、海盐至平湖两大段土备塘,长达24 500余丈,占北岸海塘全长的57%。仁和、海宁段土备塘(图11)平均筑高1丈2尺，顶宽2丈4尺，底宽5丈；并沿塘建有水闸四座，涵洞17座以及木桥26座等,以排泄主塘和备塘间内水,并通船只、行人。规模之大,设施之周,冠于历代。南岸仅有局部地段根据形势需要兴筑备塘。此外,两岸个别险工地段,于形势危急时,再筑月堤,未雨绸缪,使小范围的月堤与大规模的备塘相配合,尽可能做到防护无失[5]。

2.2 横塘

清同治五年(1866年)在修复仁和、海宁一带坍溃海塘时创筑,横亘于主塘和备塘之间,使之分割成较小区块,在东西向开挖“横塘”,以缩小主塘不幸进水时的受淹范围。其断面尺寸一般面宽1丈2尺,底宽3丈6尺,高1丈[6]。

2.3 备塘河

筑塘时,在塘后取土成河,称备塘河,由来已久。元泰定四年(1327年)海宁海岸崩塌,曾议“浚深近北备塘濠堑”。明万历四年(1576年),巡抚徐轼在修复海盐一带潮毁海塘时,除在石塘内加筑土塘外,还认为“潮过石塘而无河以泄之,则势悍而益漂。今从二塘间为河,使潮过有所容,宜足以杀其捍”。乃因旧河遗迹开浚白洋河,北起阅武场,南至长川铺,长3 395丈,以开河之土培塘,河成运石。清代曾多次疏浚[7]。

2.4 护塘地

用以固塘、护塘,并备为抢险、堆料留有余地。乾隆二年(1737年)始有史料见诸档案。次年,又在海宁新涨沙地上,沿塘留护塘地100丈。以后发展演变,到道光十四年(1834年),奏定距塘10丈以内,一概严禁取土,其在10丈以外，29丈以内官地听其取土[8]。

3 结 语

实践证明,这些宝贵经验对于今天海塘的设计与建设仍有参考价值,护塘技术措施应针对不同江段水动力因素及边界条件因地制宜而行。