都江堰传统水工技术及其演变与创新

张开勇

（四川省都江堰管理局，611830，都江堰）

都江堰传统水工技术及其演变与创新

张开勇

（四川省都江堰管理局，611830，都江堰）

竹笼、杩槎、干砌卵石、羊圈是都江堰的四大传统水工技术。介绍了四大传统水工技术的型制、施工和优点，并总结了发展、演变和推广过程，深入探究了技术特色和文化内涵。通过分析都江堰传统水工技术在现代水利施工中的应用和革新，论证了都江堰是不断变化和发展的水利工程，是至今仍发挥巨大效益的“活文物”，要用发展的观念保护和继承都江堰传统水工技术。

都江堰；传统水工技术；演变；创新

在都江堰2 270年的治水历史中，勤劳智慧的蜀地人民因材施用，以当地盛产的竹、木、卵石为主要材料，创造出具有都江堰特色的四大传统水工技术——竹笼、杩槎、羊圈、干砌卵石。都江堰传统水工技术具有就地取材、造价低廉、工艺简便、循环利用等优点，广泛应用于截流分水、筑堤护岸、抢险堵口等水利施工实践中，为都江堰的长盛不衰发挥了重大功效。同时，都江堰水工技术的广泛应用和对外传播，不仅促进了四川水利向前发展，而且在中国治水史卷上也绘就了极具特色的画卷。

进入20世纪以后，随着钢筋、水泥在水工建筑中的广泛应用，传统的水工技术似乎已渐行渐远。然而近年随着对现代工业科技的反思和对水生态文明的日益重视，传统的水工技术又重新回到了我们的视野。如今，古老的河工技术和水工构件在环保型水利施工中重焕青春，提示我们现代水利规划与设计也同样可以从传统水利中获得灵感源泉。

一、都江堰四大传统水工技术简介

1.竹笼

图1 竹笼

竹笼（见图1）是都江堰历史上出现最早、应用最广泛的水工技术，相传为李冰所创。史料记载，李冰在创建都江堰时“破竹为笼，以石实中，垒而壅水”。历史上，竹笼构筑物除了作为都江堰鱼嘴的主体结构外，还广泛应用于护岸、拦水、丁坝、抢险等。

2.杩槎

杩槎（见图2）是另一种极具代表性的都江堰传统水工技术。它的出现时间较竹笼为晚，对其最早记载见于明嘉靖年间（16世纪上半叶），但实际使用时间应远远早于此时。杩槎截流是历史上都江堰岁修截流的主要方法，除此之外，杩槎还用于挑流护岸、抢险堵口、调节流量、搭建便桥等等。

图2 杩槎

3.干砌卵石

干砌卵石（见图3）是一种应用范围极为广泛的传统水工技术。干砌卵石工程的主体结构全部由卵石构成，无需任何其他建筑主材和胶凝材料，造价低廉，施工简便，却广泛应用于护岸、镇底、溢流堰、拦水埂等。

图3 干砌卵石

卵石（俗称“鹅卵石”）是岷江推移质的主要成分，数量多，粒径大，遍布整个河床。渠首附近河床内的卵石多由石英岩和花岗片麻岩等构成，石质坚硬，据测试其抗压强度高达1 000 kg/cm2以上，抗磨性能甚至超过了普通混凝土和浆砌条石。过去，在都江堰灌区大小河流和渠道利用卵石修建的堤防、分水鱼嘴、水工基础甚至桥梁比比皆是，很多现在仍在使用。

4.羊圈

治水“三字经”有云“砌鱼嘴，安羊圈”。这里的“羊圈”（见图 4）是都江堰又一项传统水工技术。“羊圈”顾名思义，就是用木桩将卵石紧束在一起，如群羊被关于圈内，多用于基础防冲工程。

图4 羊圈

木框内填卵石时，要密实，切忌卵石内挟带泥沙。封顶大卵石要丁砌牢靠，也可用竹笼工程护面。如用羊圈作溢流堰或分水鱼嘴时，其顶部和周围常用竹笼工程保护。

二、都江堰传统水工技术演变及推广

都江堰四大传统水工技术呈现出不同的发展轨迹。

1.竹笼的发展和推广

竹笼技术在公元前就已传播到中原地区，并以其卓越的性能在当地大放异彩，得到了迅速推广。例如，汉成帝建始四年（公元前29年），黄河决口，4郡32县受灾，淹没屋舍达4万所，御史大夫尹忠因治河无效而自杀。来自四川的王延世被任命为“河堤谒者”，专治黄河。他用长四丈、大九围的竹笼，“中盛石块，由两船夹载沉下，再以泥石为障”，用时36天堵口成功。汉成帝下旨嘉奖，称赞这种堵口方法“功费约省，用力日寡，朕甚嘉之”，并将年号由“建始”改为“河平”元年以资纪念。时人评论王延世“盖仿冰之法也”。这是都江堰传统水工技术应用于中原地区的最早记载。自此之后直至清朝时期，“笼石”始终是都江堰治堰技术的主流。

民国时期，随着现代科学技术和建筑材料的引进，同时总结历代鱼嘴建筑式样的经验教训，于1936年建成了新工鱼嘴，这才结束了竹笼鱼嘴2 000多年的历史。新工鱼嘴一直使用到1974年被加固和覆盖，至今犹存。然而民国时期由于政局动荡，国力衰弱，现代化的水利工程建筑非常少见，都江堰渠首和灌区水利工程中仍然普遍采用竹笼等传统水工技术。

直至20世纪六七十年代，竹笼还常见于灌区各级枢纽及河渠之中。

2.杩槎的使用历史

杩槎在历史上出现最晚，且使用范围主要局限于都江堰灌区。

都江堰灌区内，杩槎在近现代的使用仍然十分普遍。都江堰渠首鱼嘴除了以竹笼为主体结构外，偶尔也使用杩槎构建，多用于鱼嘴被冲毁后的应急分水工程。

渠首以下各级水利工程也常使用杩槎作为分水、引水、拦水建筑物，但大小型制、繁简程度有别。

3.干砌卵石的演变与改进

20世纪80年代，在成都方池街及附近金河宾馆等遗址的考古发掘中，发现了春秋晚期至战国早期的多条卵石埂，显然是同一大型水利设施系统的遗迹。其中方池街遗址东、中、西三条有规律分布的卵石埂，整体呈Z字形，石埂剖面形状大致都呈椭圆形，部分石埂上部被破坏，但下部埂脚埋入地层，仍呈圆弧状，卵石紧紧相挤。而近日在温江宝墩发现的卵石堆筑遗址，更将干砌卵石的出现年代又上推了2 000年左右。

4 000多年来，蜀地人民一直采用干砌卵石的方法修筑堤堰、护岸等工程。为提高卵石堆筑体的强度和稳定性，历代也一直在探索浆砌卵石的砌筑技艺。都江堰历史上的浆砌卵石，其胶结材料主要有糯米、石灰、铁汁等。1953年，对干砌卵石进行重大技术革新后，显著提高了干砌卵石稳定性和耐久性，同时降低了工程量和造价，进一步推动了干砌卵石的应用。据统计，仅都江堰渠首在1936—1974年期间，内外江各干渠就修建干砌卵石埂460万m3，每年平均工程量达 12.1 万 m3。

4.羊圈的起源和应用

羊圈的前身是桩工。桩工就是栽立木桩，保护堤脚。由于卵石滩上不能进行打桩施工，因此只能挖坑到一定深度，栽立木桩，再用大卵石填坑还原。桩工也是一项相当古老的水利技术。

如前所述，温江宝墩遗址中的水利工程遗迹中出现了大量柱洞，这是用桩工保护夯土型堤岸。20世纪80年代，在成都市区指挥街遗址出土了东西向的一排6根柱桩和竹木编拦沙筐等遗迹遗物，考古学界认定为木桩加固的拦水设施，时代被确定为周代。

桩工早期多采用并排桩，后来逐渐演变为梅花桩，即木桩采用梅花形布置，以增强稳定性和整体性。后来又逐渐演变成羊圈，作为护脚工程或镇底工程。岷江流域羊圈工程应用较广，包括上游少数民族地区在溪流开展引水、淘金等活动时，常用羊圈镇底。过去黑石河和羊马河的鱼嘴，以及金马河张家湾的挑水坝等工程，都用羊圈作为基础。

三、都江堰传统水工技术在现代的改革与创新

20世纪以后，随着现代水利工程技术的应用和发展，以及水泥、钢材等建筑材料的广泛采用，传统水利工程技术曾一度淡出人们的视线。但现代水工技术从未彻底取代传统水工技术。20世纪八九十年代，都江堰灌区的发展从注重量的扩张转变到质、量并重的阶段，并先后启动了灌区扩改建以及续建配套与节水改造工程，此时现代水工建筑已成主流。然而，传统水工技术并未退出历史舞台，恰恰相反，传统水工技术针对现代水工环境进行了改造革新之后，反而萌发出更为强盛的生命力。特别是伴随着人们对工业革命以来现代科技的反思，以及对生态文明的日益重视，传统水工技术中在生态、环保、低碳、零排放等方面的优势逐渐凸显。特别是传统水工技术中蕴藏着的道法自然的哲学思想，为我们实现 “人水和谐”、建设和谐灌区提供了有益的启迪和借鉴。

1.从竹笼、铅丝笼到扩张伸缩网

现代水利中，竹笼主要应用于应急抢险、建筑临时工程等，主体工程较少使用竹笼。灌区水管单位每年汛前都要准备大量空心竹笼，同时在险工险段备齐卵石，以作应急抢险之需。但竹笼的竹片失水日久后，会增加脆性，容易断裂，在装石和搬运、投放过程中易开裂漏石甚至折断。因此近年，人们较多地使用铅丝笼来代替竹笼。

铅丝笼用铅丝绑扎，网眼呈正六边形。为提高笼网的强度，又出现了镀锌低碳钢丝笼网，名字仍常沿用铅丝笼的称呼，但网线改由优质低碳钢丝编织，钢丝直径可达2.0～4.0 mm，钢丝表面通常还采用热镀锌保护，镀锌保护层的厚度可根据需要制作。一般要求新式铅丝笼网片的抗拉强度不小于4 213 kN/m，抗冲剪强度不小于2 316 kN/m，边丝连接强度不小于1 715 kN/m。新式铅丝笼由于强度高、延展性好、抗锈蚀，因此利用范围大为扩大，已不再局限于防汛抢险。为了便于搬运和施工，新式铅丝笼还采用钢丝包裹PVC树脂膜，以避免对工程人员造成身体伤害。

竹笼和铅丝笼都存在体积庞大、储存和运输时占用空间大的问题。近年，此类水工技术又有重大革新，一种名为“扩张伸缩金属网笼箱”的水工构件崭露头角，并展现出广阔的应用前景。扩张伸缩金属网笼箱（简称扩张金属网）继承了传统竹笼和铅丝笼的优点，同时又成功规避了不足。扩张金属网是以优质原张钢板为材，采用最新精密机械设备切割扩张而成，是无需焊接和绑扎的整体网板，对混凝土和石块握裹力特强，在国外已广泛应用于机场、道路、桥梁、地铁、隧道、高速公路、港口码头、水利、矿山等施工建设。

武汉汉江至长江主流入口附近的龙王庙险段工程，成功地采用扩张金属网笼箱护脚防冲，解决了多年隐患，效果明显。把水利笼箱用于泄水建筑物的下游段、施工围堰及河堤岸护坡体也有成功的实例。

扩张金属网性能优越，使用范围早已不局限于水利领域。例如汶川大地震时，在道路抢修、修建滑坡体挡土墙等工程中大量使用，收到了见效快、施工简便、工程稳固耐久等成效。

尽管现在已有了越来越多的竹笼替代品，但由于竹笼具有价廉物美、可就地取材等优势，仍具有不可替代的作用。

2.混凝土四面体、四面六边透水框架群的应用以及古法杩槎的回归

图5 混凝土杩槎

杩槎实质上是一个空心木质四面体，由于四面体具有重心低、抗翻滚等特点，因此稳定性较好。现代水利施工技术吸取了杩槎的优点，创造出了混凝土四面体，并广泛用于截流、抢险以及护岸等工作。与杩槎的木制空心四面体不同，混凝土四面体为实体结构，且为混凝土浇筑而成，具有自重大、抗冲刷能力强的特点。但因其自重大，人力搬运困难，因此只能采取机械施工方法。都江堰管理局在对外江河床进行岁修时，多采用混凝土四面体保护河床或用于堤脚防护。

近年，一种叫混凝土四面六边透水框架群的新型水工技术得到广泛应用。混凝土四面六边透水框架由木质杩槎演化而来，所以又被命名为混凝土杩槎。混凝土杩槎同样利用了四面体的稳定性优势，但与混凝土四面体相比较，具有造价低、施工简便等特点。混凝土杩槎由预制的六根等长的混凝土框杆连接组成，成正三棱锥形（见图5）。根据江西省实际施工证明，单个混凝土杩槎与1 m3抛石的护岸效果相当，但成本和施工费用大大低于抛石施工。

都江堰渠首岁修历来都使用杩槎截流，近现代也不例外。在1956年前，都江堰渠首内江河口年年实施杩槎截流；1956—1980年不再年年下杩槎截流；到了20世纪80年代以后，据原型观测，内江河床已基本实现冲淤平衡，内江断流岁修时间延长至5年左右一次。进入21世纪以来，渠首仅开展了两次断流岁修，分别是2002年和2013年，截流中都使用了杩槎。现代化背景下的古法杩槎施工吸引了全国媒体和旅游者的广泛关注，各界人士云集都江堰渠首观摩截流盛况。每年都江堰市的清明放水节，也模拟砍杩槎放水的场景。古法杩槎的传承，为都江堰地方文化和旅游事业增添了新的亮色。

3.干砌的技术升级、浆砌的技术推广、“三面光”的反思以及干砌技术在生态河道中的应用

20世纪50年代以后，都江堰灌区科技人员对干砌卵石进行了技术升级，使沿用2 000多年的干砌卵石技术前进了一大步。干砌卵石不仅用于护岸、镇底、溢流堰、堤防等，还用于建设拱涵、渡槽等，卵石拱的跨度可以达到20～30 m。人民渠灌区内的人民渠横穿小石河涵洞，在1955年建成涵洞3孔，为干砌卵石建筑，长400 m，是国内跨度最长的干砌卵石拱桥结构（见图6）。

图6 小石河涵洞干砌卵石拱桥结构

80年代以后，随着水泥的产量提高和应用普及，灌区逐渐用浆砌卵石的方法代替干砌卵石。浆砌卵石以水泥砂浆为胶结材料，卵石依靠胶结材料的黏结力、摩擦力和石块本身重量，保持建筑物稳定。由于石块间空隙被充塞密实，因而比干砌卵石有更好的整体性、密实性和强度，可以防止渗水漏水，增加抵抗侵蚀的能力。目前都江堰渠首的主要堤防、内江及六大干渠均采用浆砌卵石结构，经历了多年洪水及地震、泥石流考验，运行正常。

长期以来，为提高渠系水利用系数、流速、渠道防洪标准，水利行业一直推广“三面光”渠道。但三面光渠道阻断了渠道水与地下水的有机循环，在越来越重视水生态文明的今天显示出明显的局限性。近年，各地在城市河道和景区河道的改造中引入生态河道理念，避免使用三面光渠道，多引入干砌卵石或干砌块石的河堤工艺（见图7）。目前干砌石技术已广泛使用在全国各地生态河道治理工程中。

图7 干砌卵石在生态景观中的应用

羊圈在现代水利施工中已较少应用。例如都江堰外江闸、飞沙堰闸后镇底均采用高标号特殊混凝土取代羊圈镇底，灌区内也多用现代打桩技术和锚钉技术取代羊圈加固工程，但是羊圈在群众自建的小型水利设施上还时有应用。

变化与永恒是都江堰发展历史中的两个主题，传承与创新是当代都江堰人的使命。穿越了2 270年历史的都江堰是一座年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的水利工程，同时它也是一座至今仍发挥巨大效益和造福于民的民生工程。由此可见，都江堰作为世界文化遗产，不是作为单纯的文化景观而存在的，而是有着维系灌区数千万人民群众生存和发展需要的现实功能的“活文物”，在任何时代都处于不断变化和发展过程中，这一点也从都江堰堰工技术的演变过程中得到了印证。都江堰传统堰工技术经历了草创、成熟、推广与革新，始终处于一种动态的发展过程。我们既要从都江堰传统堰工技术中领略其道法自然、天人合一的内涵，又不能泥古不化、处于一种静态守护者的角色。让我们共同致力于“传承古堰文明，引领现代水利”，将都江堰的保护与发展提升到一个更新的境界。

[1]彭邦本.上古蜀地水利史迹探论[J].四川大学学报哲学社会科学版，2007（6）.

[2]江章华，李明斌.古国寻踪——三星堆文化的兴起及其影响[M].成都：巴蜀书社，2002.

Conventional hydraulic engineering of Dujiangyan Irrigation System and its evolution and innovation/

/Zhang

Kaiyong

Four types of conventional hydraulic engineering were employed during the construction of Dujiangyan Irrigation System,namely bamboo cage that formed by long sausage-shaped baskets of woven bamboo filled with stones,wood tripod dam made by wooden tripods,dry-laid cobblestone,as well as “sheeppen” that is a wooden box filled by rocks for footing of protective bank and foundation of weir.The features and advantages of these technologies are introduced with summaries of technology development,evolution and extension.Evaluations are made on the application and innovation of these technologies in the construction of modern water structures,which demonstrates that Dujiangyan Irrigation System is a cultural heritage that has experienced a constant change and development and still functioning well with great benefits.It is also believed that new observation should be carried out to protect and inherit conventional hydraulic engineering of Dujiangyan Irrigation System.

Dujiangyan Irrigation System;conventional hydraulic engineering;evolution;innovation

TV49

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1000-1123（2017）23-0061-04

2017-11-01

张开勇，副局长，高级工程师。

责任编辑 张金慧