据说息壤是一种可以自生自长的土，大禹治水时曾用它治理洪水。本文根据详实的考古资料，对这种传说中的岩土材料进行了考据，根据河狸坝与我国古代的加筋土工程，指出所谓息壤应当是古代人们利用草、木、竹、石、土创造的加筋土，用以拦截阻挡洪水。本文回顾了我国土工加筋的悠久历史，指出我国在水利工程中，利用加筋土结构已有5000年以上的历史。西方的学者们似乎认为世界的中心是在欧洲。科学技术的历史都发源于欧州。对于加筋土，他们普遍的说法是：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。并提出并建造了金属片+砂质粉土建成加筋挡土墙。真是十分可笑，数典忘祖。加筋土这一概念与技术在史前人类文明的早期就已形成和使用。

       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。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，但并非史籍，其所述基本属于传说。内容庞杂，想象丰富，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，有些看似荒诞，但其中包含有丰富的历史信息。

       我国最早的有记载的水利工程实践应当是大禹治水，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”；他也很重视规划和技术，“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，《史记》里讲他“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。
       （3）    它可在流动的洪水中不被冲散流失，并可以不断增长，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。

       提起治水，使人首先想起了河狸，它们可以在河中筑坝的，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），或者干脆掘一条运河以便水运树干。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。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。

       
图1.天才的水利工程师——河狸

   
       2015年在多年勘探调查的基础上，经10年的勘探与发掘，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。仅外围的堤坝的总土方量即达260万方。工程同时还有运输、用水、灌溉等功效。其土坝结构见图2.

       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。

图2. 良渚古城堤坝中的堆土结构及草裹泥的团块

图3草裹泥制作流程复原

       在良渚古城的水利系统中，先人们采用了一种巧妙的工艺：将土以芦荻茅草包裹形成长圆形的泥包，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。

       如此宏大的工程，精巧的工艺，竟然完成于5000多年前。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，属于良渚文化早中期。

表1 良渚古城水利工程中的草木的C14测定

Lab编号	样品	C14（BP）	误差	树轮校正后年代
				1σ(68.2%)	2σ(95.4%)
BA10533	草	4305	35	3010BC ( 7.8%) 2990BC 2930BC (60.4%) 2880BC	3020BC (95.4%) 2880BC
BA10732	草	4430	35	3310BC ( 1.9%) 3300BC 3290BC (10.3%) 3230BC 3110BC (47.4%) 3000BC 2980BC ( 8.6%) 2930BC	3330BC (24.3%) 3210BC 3180BC ( 3.0%) 3150BC 3130BC (68.1%) 2920BC
BA10733	草	4420	40	3270BC ( 5.2%) 3240BC 3100BC (43.6%) 3000BC 2990BC (19.3%) 2920BC	3330BC (19.6%) 3210BC 3180BC ( 2.3%) 3150BC 3130BC (73.5%) 2910BC
BA120581	竹	4130	40	2870BC (20.3%) 2800BC 2760BC (47.9%) 2620BC	2880BC (95.4%) 2580BC
BA120586	竹	4345	30	3010BC (68.2%)   2900BC	3080BC ( 2.0%) 3060BC 3030BC (93.4%) 2890BC
BA120587	草	4215	35	2900BC (27.6%)   2860BC 2810BC (37.6%)   2750BC 2720BC ( 3.0%)   2710BC	2910BC (35.0%) 2830BC 2820BC (60.4%) 2670BC
BA120588	植物叶	4060	35	2840BC ( 5.1%)   2820BC 2640BC (44.4%)   2560BC 2540BC (18.7%)   2490BC	2850BC ( 9.6%) 2810BC 2750BC ( 1.5%) 2720BC 2700BC (84.3%) 2470BC
BA120589	草	4290	25	2915BC (68.2%)   2890BC	2930BC (95.4%) 2875BC

        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4所示的丁坝与导流堰。

 
  

            (a) 都江堰的飞沙堰                         (b) 治河落淤的丁坝

图4 使河道淤积的工程措施

        这一类结构不将水完全拦截，而是调节河水的流量与流向。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。如果在平直的河道的一侧建造丁坝，则讲主流挑向对岸，并冲刷对岸的岸坡，而丁坝坝后则可不断淤积，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。当时我想：我国被俄罗斯抢占了上百万平方公里的土地，现在又在一寸一寸地往回捞，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長，用以拦截洪水，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，就需要体积和重量巨大的石料或结构体。图5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复合体。见图6，图7。

图5 三峡截流时用的巨大的混凝土四面体与卡车

 
图6.仿生-都江堰中的杩槎

        有趣的是，从图6可以清楚地看到古人学习模仿河狸的痕迹。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7(b)中的“羊圈”

图7.竹木夹石的复合结构体

        在公元前140~110年的西汉初期，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8.

 

图8 大汉漕渠平面图

       这种两河相交的工程难度是很高的，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。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盛产的柳树，夹青膏泥制成条捆，用以护坡。同时在交叉口用木桩加木制沉井(木箱内加卵石)固岸。见图9。 

 

图9 岸坡加固工程措施

       护坡用的条笼的制作见图10。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，打桩固定，形成连续的护坡结构。见图11。

图10 条笼的制作
 

图11 条笼护岸的施工

       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。

 
图12 河滩上巨大的的土柱群
   

图13 柳枝、淤泥、石块形成的柱状体

       这些汉代的遗物揭示出当年的一个超级的工程，它与5000年前良渚古城的水利工程系统有异曲同工之妙。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广泛用于治河、防汛、堵决口工程中。并要求干部参加劳动，群臣自将军以下都要去背柴草，制成条笼，打桩固定。

       到了宋代，在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14.

 

图14. 卷埽与厢埽

       我国古老的长城，最早在2000多年前，很多地段是使用柴草加筋建成的。图15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。

 

       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。我在东北农村，也见到当地农民为了抬高河水位用以灌溉，普遍在河道修建柳条坝，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。

       冬暖夏凉，坚固耐久，房顶苫草为湿地产的小叶蔁，百年而不毁。

       中华民族作为一个主要是农耕的民族，聚集于河流中下游两侧，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，而是各地分别独立进化与发展：如中原文化、红山文化、三星堆文化、良渚文化和罗布泊西北地区。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，但后来又有交集与传承。几千年来，不断发展与完善。

       早在5000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，用以筑坝挡水。在大约4100年前，大禹治水为了拦截洪水，整治河道，调节冲淤，主要采用木竹+碎石等加筋结构。这就是传说中的“息壤”。在2000多年前的秦汉时期，这类加筋土被称为“茨防”。秦代李冰父子修建都江堰，为漕运而开灵渠，所用的竹笼、杩槎等结构物似乎就是息壤的后代；汉代的大汉漕渠，治河堵决，修筑长城等继承了“草裹泥”和息壤的技术，并就地取材，有所发展。宋代以后，治河已经形成独立的工法，即“埽工”，一直传承至今。

       西方的学者们以自我为中心，认为科学技术的历史都源于欧州。对于加筋土，他们普遍的说法是：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。并提出并建造了金属片+砂质粉土建成加筋挡土墙，这真是十分可笑。加筋土这一概念与技术在史前人类文明的早期就已形成和使用。

       土工合成材料由于高分子合成技术而出现的，成为继木材、钢材和水泥之后的第四种建筑材料，使古老的加筋土技术焕发青春。

图17 土工合成材料在长江航道整治工程中的应用

       从图17，可见古老的卷埽的影子。图18为加筋土坡与加筋挡土墙，也很像是古长城的现代版。

 
图18 土工合成材料加筋结构

       到了20世纪七、八十年代，由于化学工业和合成材料的发展，高强度、高模量的土工合成材料出现了，随后，它们人们设计和造出了各种性状、各种功能和各种用途的产品。作为人造产品，它们规格一致、批量巨大，可以按照人们的需求生产，具有天然纤维筋材不可比拟的优势。与此同时，各种工程学、力学和计算机手段和技术也被用于加筋土工程设计，各种规范标准和商用程序也被普遍使用，使加筋土工程定量化和规范化。这是科学技术的进步。目前高达几十米，上百米的土工格栅加筋挡土墙已经不罕见了。

       但我们应当正确地认识和研究人类的科技史，切不可数典忘祖。