意大利見聞(1):比薩斜塔這位“美女”治病的故事

著名的比薩斜塔在俺的眼裏就像是一位“生病的美女“。比薩斜塔知名度很高。俺小時先是從“十萬個為什麽“上獲知，意大利有個比薩斜塔，一位叫加利略物理學家在上麵做過物理實驗，以回答眾人對鐵球是否會和羽毛同時落地問題的質疑。後來俺又從中學的物理課本上進一步加深對這個斜塔的印象。再後來，1971年7月美國阿波羅15降落在月球上，看到宇航員戴維·斯科特用地質錘和一根羽毛作了類似實驗，證明兩者可以在真空中同時落地，以示加利略的結論的正確性（視頻1）。這使俺又想起比薩斜塔。

 

視頻1。在月球上，阿波羅15宇航員戴維·斯科特用地質錘和一根羽毛做自由落體實驗

 

比薩斜塔確實很美。俺直到1995年，才首次有機會來到比薩，親眼一睹這位”美女“的芳容。覺得不過癮，五年後又去過一次。每年都有上百萬的遊客來到這個隻有八萬人口的比薩小鎮上，觀賞這位用潔白的大理石建成的著名斜塔。她也被聯合國教科文組織將其列為人類世界物質文化寶貴遺產中幾十個建築之一。

 

圖1著名的比薩斜塔，世界物質文化遺產中幾十個建築之一（from internet)

筆者之所以稱比薩斜塔是“病塔”是因為，從工程建築的角度看，它是失敗的案例。由於工程人員早期調查的疏忽，未能清楚地探明基礎下麵軟土層，一側比另一側要厚。 而且，季節之間兩側的地下水位變化也不同，故導致一邊沉陷量明顯大於另一邊，從而使塔體由北向南發生傾斜。實際上開工後不久，也就是當塔樓建到第二層時，工程人員就發現塔樓開始向一側傾斜。於是開始有意識的糾偏，即將南邊（右邊）一側每層樓的牆加高，以改變塔樓的重心。 然而這隻能是治標不治本的徒勞之舉。雖經過近200年的坎坎坷坷，塔體總算於1372年完工，但隱患也隨之為以後的麻煩埋下伏筆。如果讀者仔細觀察，不難發現比薩斜塔不但傾斜，而且還彎曲，這就是上麵談到的糾偏措施所致（圖2）。當時人們抱著僥幸的心理，希望該塔在如此長的建設期間地基壓密固結，使得塔樓傾斜能夠達到穩定，不再繼續發展。

 

圖2。不難發現比薩斜塔不但傾斜，而且還彎曲。

 

不過這麻煩終於還是來了，塔樓的傾斜在90年代初期呈現加速的傾向。 她當時每年約以1毫米的速度傾斜，並顯示出明顯加快的趨勢（此前，1350年它的累積傾斜為1.4米，1817年為3.8米，1993年5.4米）。顯然，如果不治理，塔樓倒塌隻是遲早的事。這使得當地政府感到非常頭疼，並且引起意大利政府的極大重視。與此同時境內另外兩座斜塔之一，由於缺乏資金沒有治理而發生倒塌。所以治理比薩斜塔迫在眉睫。1990年政府決定向國際社會公開招標，看是否有好的方法來防治塔樓倒塌，從而達到既保住這頭每年可以帶來成千上萬的財政收入的”CASH CAW”，同時也保護了這座世界著名曆史建築的目的。

經過反複研究和斟酌，最後決定采用，北側基礎下掏空結合上部牽引的方法進行塔體糾偏（圖3－5）。工程曆時近11 年（1990-2001），總共花了大約2千5百萬歐元，當時相當約為3000萬美元，使得塔樓到2013年為止的累積向回糾偏 2.5厘米，成功阻止了塔樓倒塌的趨勢，使其傾斜速度穩定。這相當每糾偏一毫米花了120萬美元，真可謂“一毫值千金”。俺第一次去比薩時，親眼看到整個糾偏的過程，並且作為工程糾偏案例拍下照片。曾幾何時，糾偏工程在中國大陸一下也變得十分熱絡起來。如果建築物糾偏做得好，公司也會利潤不菲。因為，大陸有許多許多建築發生傾斜或倒塌。許多建築物倒塌事故多由於設計不妥或者施工不慎所致（圖６）。

 

非常有意思的是，意大利政府既不希望完全將比薩斜塔校正為零斜度（否則斜塔就不存在了），同時又不希望她倒塌。也就是說意大利政府對待比薩塔這位“美女”心態是，即不希望完全治好的她病，又不希望她因病而死。將錯就錯，讓她病怏怏象個“林黛玉”才恰到好處，惹人喜愛，全世界的人都來觀賞她。

 

圖3。利用北側基礎下掏空和上部牽引結合的方法進行塔體糾偏的方案示意圖(from internet)

圖４。　塔體上部的實際安裝的牽引繩索從兩側拉住塔體

圖５。俺當年拍攝的地上套管中的土錨通過旋轉將北側基礎下土掏空（左圖）。右圖(from interenet)顯示夾住土錨的電機，用來轉動土錨將基礎下土掏空， 使得在重力下塔體慢慢恢複以減小傾斜。

圖６。上海某小區由於施工不當，引起基礎水平大位移，樁基被強大的剪應力切斷，導致樓房傾斜，最後轟然倒塌。幸運的是，住戶還未搬入，要是住滿了住戶還是很恐怖的。想到這，令人不寒而傈，頭皮發麻。如果讀者仔細觀察還可以發現，許多窗子的玻璃很完整沒有破碎，甚是稱奇，可謂“玻璃堅強”。(from internet)