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為什麽比薩斜塔是傾斜的?

比薩斜塔

英文名:比薩斜塔

時間:約1173-1370年。

地點:意大利

披薩的基本信息

基礎至鐘樓高度:58.4米

基礎直徑:19.6米

鐘樓向南的傾斜度:5.5度。

穩定斜塔是壹個非常微妙的工程,就像醫生治療壹個虛弱的老人。雖然他不能聽診病人的胸部,但很明顯,病人對每壹種藥物都有令人擔憂的反應。克裏斯托弗,1987年

想象壹下,壹座建在海綿橡膠等柔軟材料上的高塔,緩慢而無情地傾斜到崩潰的邊緣。此外,塔的磚石結構也非常脆弱。隨著傾斜度越來越大,產生的應力已經接近砌體的強度,隨時都有倒塌的可能。如果傾斜壹側的地基灌漿或加固,恐怕塔會傾覆,但如果用纜繩支撐或拉動,砌體可能會倒塌。

這段話準確描述了比薩斜塔目前岌岌可危的狀況,如何隱藏斜塔成為土木工程的最大挑戰。

然而,比薩斜塔不僅是壹個神秘而奇異的景點,也是壹座建築瑰寶。即使不傾斜,也是中世紀歐洲最重要的建築成就。高塔位於大教堂廣場,屬於由大教堂(大教堂)、鐘樓(斜塔)、浸信會教堂、墓地等四座耀眼的大型白色建築組成的綜合建築之壹。和廣場上的其他建築壹樣,建造這座鐘樓的目的代表著比薩這個富裕城邦的驕傲和榮耀,因此顯得格外美麗、獨特和神秘。

施工細節

這座八層樓高的塔高58.4米,重14500公噸。磚石結構的地基直徑為19.6米,位於地面以下5.5米。地基向南水平線傾斜5.5度,所以鐘樓第七層比第壹層突出4.5米。

這個塔是用柱子圍著壹個中空的圓柱體形成的。圓柱體的內外表面覆蓋著大理石,但兩壁之間只有灰泥和石頭,所以有大量的縫隙。壹個螺旋樓梯在鐘樓墻內盤旋而上。

鐘樓下面有三層不同的土壤。A層厚約十米,是壹種松軟易變形的淤泥質沈積物,在淺水中沈積不到壹萬年。B層是壹層很軟很容易波動的海泥層,沈積了3萬年,可達地下40米。C層為密實砂土,延伸至地下深處。

A層地下水位在地下壹米到兩米之間。根據塔周圍很多土壤鉆孔的結果,甚至在鐘樓下面,B層的表面已經被鐘樓的重量壓成了圓盤狀的陰影。由此可以推斷,鐘樓的平均下沈量為2.5至3米,可見塔底土的壓縮性有多高。

建築歷史

這座鐘樓是在貝爾納多·比薩諾的監督下於1173年8月動工的。但是1178年左右,第四層到四分之壹的時候,突然就停了。停工原因不明,但如果不是及時制止,B層土的強度已經無法承受,鐘樓早就倒塌了。

1272年左右,西蒙在停工近百年後重新開工。此時土層在鐘樓的重壓下已經得到了加固,強度也有所增加(雖然當時並不知道)。1278年左右,大概是因為局部戰爭,原本在七樓進行的工程又停止了。如果鐘樓在這個階段建成,它早就倒塌了。

到了1360年,土壤進壹步加固,托馬索和皮薩諾在此時激活了鐘樓工程,於1370年左右完工,距離鐘樓建成已近200年。

顯然,鐘樓比斜塔的其他部分更直,所以鐘樓的項目被激活時,塔壹定是傾斜的。其實從斜塔七樓的飛檐到鐘樓的地面,南邊有六級臺階,北邊只有四級。

傾斜歷史

事實上,有證據表明,這座鐘樓在建造後不久就開始傾斜:塔的中軸線不是直的,而是向北傾斜。為了糾正傾斜,在每層樓的標高處用錐形砌塊將傾斜的中軸線拉回。

通過仔細分析磚石層的相對傾斜度,我們可以知道鐘樓傾斜的歷史。在工程的第壹階段結束時,鐘樓實際上向西北方向傾斜了大約四分之壹度。後來工程從第四層往上推時,鐘樓開始向南傾斜,於是1278年,工程在第七層時,鐘樓向西南方向傾斜了約0.6度。到1360年,它增加到大約1.6度。

先進的計算機儀器分析表明,斜塔第七層被覆蓋後,鐘樓被覆蓋時,傾斜速度急劇增加,就像用模型磚在柔軟的地毯上堆砌壹座高塔,可能已經到了壹定的臨界高度,但再小心也無法繼續堆砌下去。現在斜塔已經到了臨界高度,所以隨時都有倒塌的危險。

1817年,兩位英國建築師用鉛垂線測量了傾斜度,發現這座塔已經傾斜了5度。然後,在1838年,建築師加裏·德斯加(Gary Desga)在斜塔的基座周圍挖了壹條通道,試圖找出在塔下沈和傾斜之前,原來的圓柱形基座和基座的臺階是什麽樣子的。因此,由於開挖的渠道低於地下水位,南側出現地下水湧入。有證據表明,此時斜塔傾斜了近半度,形成了5度。4.

精確測量始於1911年,鐘樓的傾斜度每年都在不斷增加。自20世紀30年代中期以來,傾斜率翻了壹番。到1990年,傾斜速率相當於每年高達1.5毫米的水平位移。

另外,任何人想在斜塔上做手腳,最後總是弄巧成拙,會大大增加傾斜度。例如,在1934年,灌漿的方法被用來加強基礎砌體。結果,鐘樓突然向南移動了近十毫米。20世紀70年代,地下水從下層沙子中抽出,斜塔又移動了12毫米。這些反應證實了鐘樓很容易失去平衡,任何穩定鐘樓的方法都必須非常精細。

穩定斜塔

1990年,因為帕維亞壹座完全不傾斜的鐘樓倒塌,意大利總理成立了壹個委員會,由傑米·奧科斯基教授擔任主席,出謀劃策,實施穩定比塞塔的策略。按照國際慣例,任何珍貴歷史遺址的保存都必須保留其基本特征,同時不能破壞遺址的歷史和原工匠的技術。因此,必須盡量減少對斜塔的任何侵入性措施,無論采取何種永久穩定方案,都不能架設明顯的支撐,而這可能導致斜塔脆弱的砌體結構倒塌。

委員會所尋求的解決方案壹定是略微降低斜塔的傾斜度,雖然不明顯,但可以降低砌體結構的壓力,穩定斜塔的基礎。經過多年的研究、分析和大規模實驗,最終采用了所謂的取土法,在斜塔基礎北側的下方和旁邊安裝了幾根取土管。

1999年2月,在令人喘不過氣來的緊張氣氛中,壹臺特殊的鉆機在嚴密的監控下,壹步壹步地從A層慢慢抽出少量的泥土。由於土質松軟,每次提取後形成的空洞會慢慢閉合,使地表輕微下沈,斜塔輕微向北旋轉。

經過兩年半的取土,鐘樓的傾斜度減小了半度。如果斜塔再次開始向南傾斜,未來可能會再次進行取土。除了這種方法之外,在南側最脆弱的地方進行了有限的磚石加固。

這種方法逐漸穩定了神秘而美麗的鐘樓,既保留了斜塔的特色,又保持了它與底土之間耐人尋味的互動關系。