清康熙后期，钱塘江海潮主流转向海宁，海盐以南的海宁海塘屡建屡毁。土塘、草塘在大浪的冲击下经常席卷而去，频繁的潮灾和连年大工，在石塘屡屡被毁，当局多次放弃石工之后，乾隆帝仍坚持兴建大石塘。
大型石塘工程在海宁一开始就连连受挫，施工既不顺利，建成后又有许多地段很快就发生坍塘。海宁工程地址和潮流动力形态和与海盐明显不同，已有的经验显然不够。被称作“鱼鳞大石塘”的海宁大型石塘最终的完善经历了康雍乾三朝长达60多年的时间。

    明代黄氏大石塘在塘体的条石砌筑方法、沙质地基的基础工程等方面，解决了石塘塘体稳定和软基与刚性工程结构的结合两个主要工程问题。清代鱼鳞大石塘的成功则得益于解决了粉沙地基高空隙水压力情况下的桩基施工和基础处理工程的继续完善。其中对土动力学现象的观察、对潮流运动规律的认识，是工程技术突破的重要后援。鱼鳞大石塘将传统海塘工程技术发展到了最高水平，也是古代大型水利工程建筑技术的终极。

    (一)鱼鳞大石塘的建设过程

    在海盐以南的海宁，清康熙初开始在海宁尖山险工段修筑石塘，初期塘体低矮单薄。康熙五十四年(1715)台风，海宁草塘和土塘尽塌，石塘也多处坍塘，对前代石塘修复时发现建在有深桩和块石改善后的地基上的海塘可以抵御更大潮浪袭击。五十七年修大型石塘958丈，土塘5106丈，石塘段尽管比较短，但是海宁鱼鳞石塘建设由此拉开序幕。

    康熙五十九年(1718)，筑海宁老盐仓鱼鳞石塘，原计划1340丈，实际筑500丈，其余840丈皆因是“土浮，不能置桩砌石之处”，只好仍筑土塘①。

    雍正十三年(1735)台风，造成海宁、仁和二县坍塘60多里，石塘、草塘、土塘全部报坍，坦水部分冲毁。潮水直袭海宁县城，南门城垣临水。

    乾隆二年(1737)，海宁海塘修复工程开工，以鱼鳞塘工为主。大学士嵇曾钧主持施工。
    乾隆四年(1739)，停止海宁全部草塘岁修，改建石工②。
    乾隆九年(1744)，海宁鱼鳞大石塘完工，共历时8年，继朱轼、嵇曾钧之后先后有7位总督或巡抚主持施工。海宁鱼鳞石塘自浦儿兜至尖山6097丈，17层，高1丈7尺；海宁城南门绕城鱼鳞石塘长505丈，18层，高1丈8尺。鱼鳞大石塘的护塘坝和坦水延至乾隆三十年(1764)才相继完成。

    (二)鱼鳞大石塘施工技术的突破

    明嘉靖年间黄光升创造的五纵五横大石塘在海盐取得了成功，到清康熙时同样的塘式移植到海宁，却遇到了难以解决的施工问题。乾隆时，乾隆帝执意在海宁全部取消土塘和草塘而以鱼鳞大石塘代之，工程屡次失败，后来施工技术突破的契机来自人们对高含水粉沙的土动力学现象的观测，从施工技术层面取得突破进展竟经历60多年。

    海宁的鱼鳞石塘一开始沿用的是海盐大石塘建设的经验，强调体积硕大的塘身和条石砌筑质量。但是人们发现在海宁的桩基施工尤其困难，较之海盐的所谓铁板沙，这里松软的细沙竟更难以下桩，而长达数米的基桩很不容易打下后不久又出现浮桩。基桩浮桩成为掣肘重力塘工成功的关键环节。

    康熙六十一年(1722)，浙江巡抚筑海宁老盐仓鱼鳞大石塘1340丈，有戴家桥段840丈因为不能下基桩而仍筑柴塘③。后来老盐仓戴家桥柴塘屡屡出险。乾隆二十七年(1764)，乾隆帝因海塘工程到海宁，以已建鱼鳞大石塘的成功，力主戴家桥段全部用大石塘取代草塘和土塘。当地人告之老盐仓活沙难以下桩，为此乾隆帝到海塘工地，“皇上亲阅试以木桩，始多扦隔，寻复动摇，难以改建”①。这次基桩试验还有更详细的描写：“三月初三日，銮舆亲历海壖，咨度经久之计，因于(海宁)城边试下木桩。始苦沙涩，旋筑以巨硪(《海塘录》原注：“夯硪重200斤。”)，所入不及寸许；待桩下既深，又苦沙散，不齧木。”②由于施工中难以克服高含水粉沙地基的液化问题，变更塘式只得作罢，戴家桥段仍筑柴塘，加筑坦水保护。

    ①《海塘录》卷4，第7页。
    ②《海塘录》卷5，第12～13页。
    ③清•翟清廉：《海塘录》卷2，四库全书本，第12页。

    但是，这段塘工的改式使乾隆帝难以释怀。此后，乾隆三十年(1765)、四十五年(1780)他两次再到海宁，坚持戴家桥柴塘一定要改为石塘。四十五年到海宁这一次，他甚至强调不要考虑开支，“申命重相勘，莫虑国帑费，庶几永安澜”③。

    乾隆四十九年(1784)，乾隆再到海宁，此行是他江南之行的最后一次，戴家桥段石塘终于成功。康熙五十九年(1720)开始兴建的长达3940丈老盐仓石塘大工全部报竣，成功的喜悦极大地鼓舞了这位年逾古稀的皇帝，此行的许多诗都特别提到了戴家桥鱼鳞大石塘基桩施工的成功。海宁石塘桩基成败的转机在施工技术的改进。当时人的记载兹照录如下：

    改建鱼鳞石塘初开工时仍有已钉复起之患。旋有老翁指点云，用大竹探试，俟扦定沙窝；再下木桩加以夯筑，入土甚易，因依法扦筑。又梅花桩以五木攒作一处，同时齐下，方能坚紧，不致已钉复起。试之，果有成效④。

    用现代土动力学理论来解释浮桩，即为孔隙水压力产生和释放过程中的物理现象。在高含水粉沙地基下桩时，夯筑过程中的动力作用，粉沙中已经饱和的孔隙水向四周挤压，动力作用消失后，有压力的孔隙水释放过程中对木桩底部产生顶托，桩愈深孔隙水压力愈大，即产生所谓软基液化现象。后来改进施工流程，先在下桩之处下竹竿对沙土进行扰动，孔隙水压力部分被释放出来，然后再下木桩；又将木桩改为5根一组的梅花桩，夯筑过程中有先有后的相继振动使残存的孔隙水压力同时释放出来。在动力土力学发展进程中，或许海塘施工实践中最早对液化现象进行了描述，并提供了成功解决软基施工液化的工程实例。

    (三)鱼鳞大石塘的技术特点与规范

    清代建鱼鳞大石塘有国家规定的营造法式可供遵循，《大清会典事例》对海塘的建筑规程包含了海塘的塘身、塘基、塘戗三部分结构，并对建筑材料和建筑尺寸也有专门的规定。

    清康熙五十九年(1720)，工部为海宁县老盐仓、上虞县夏盖山等处海塘工程特定的营造规程，是塘体和塘基修筑的规范性条款。

    有关塘体的内容几乎与明黄光升塘式相同，即强调外形尺寸高大、条石要求整齐划一：“其大石塘之式，于塘岸用长五尺、阔二尺、厚一尺之大石。每塘一丈，砌作二十层，共高二十尺。于石之纵横侧立两相交处，上下凿成槽榫，嵌合连贯，使互相牵制难于动摇。又于每石缝合处用油灰抿灌，铁销嵌口，以免渗漏散裂。塘身内筑土塘；计高一丈，宽二丈，使潮汐大时不致泛溢。”⑤

    ①，②  清•翟清廉：《海塘录》卷6，四库全书本，第13页。
    ③，④  清•乾隆，命老盐仓上下相地仍建石塘诗以言志，乾隆四十五年，引自《海塘录》卷首，第37页。
    ⑤《大清会典事例》卷920，中华书局影印本，第579页。 

a. 石塘的塘基下桩、抛石及底层砌石

b. 条石钻孔、锚固与砌筑
图4-71 清光绪海宁鱼鳞大石塘施工流程
（引自（清）《海宁念汛六口门二限三限石塘图说》，光绪八年刻本）

    此规定还来自康熙末年朱轼依据主持的老盐仓那段塘工经验。这种形制的石料价格非常昂贵，到光绪时海塘造价已达到每丈790两白银，这时不得不采用厚一尺，宽一尺，长三四尺不等的石料。石料变小，砌石块数大为增加，直接受影响的是塘身整体性和稳定性。因此在块石连接方式上改进，以弥补其整体性。光绪前砌石块之间的联结，多采用砌石表面凿榫槽以铁锭搭钉的方式[见图4-71(b)]。光绪以来改榫槽为凿孔，孔中现浇铁水，形成联结上下砌石的铁桩，还因此减少了施工工程量和石料损耗。办法是用钢钻在砌石上凿孔，上下层用铁榫贯穿合缝，即同层砌体左右联结改为铁销锁住，砌石四面凿孔，孔不贯通深四寸，直径一寸。这一工艺在乾隆时长江口松江海塘普遍使用，光绪三年移植到海宁石塘施工中，其联结的牢固程度当然超过了铁锭搭结工艺①。

    塘基条款也照搬明黄氏海塘的做法：“向基根脚密排梅花桩三路，用三和土坚筑使之稳固。”②实际上清代石塘基础工程和明代有所不同，据清光绪刊刻的《海宁念汛六口门二限三限石塘图说》，塘基下桩后，其上并不满铺三合土，而是采用大块碎石，使之紧密嵌在桩与桩的空隙里，大致找平基础后再开始铺第一层条石[图4-71(a)]经过桩基和抛石处理后的基础对软沙地基承载力的改善比三合土效果更好③。