安娜·布萊桑寧（Anna Bressanin） - BBC Future

[Emmanuel Lafont/BBC]

當地人都知道，水城威尼斯是一片倒置的森林。

這座擁有1604年曆史的城市，建築基礎由數百萬根短木樁構成，木樁尖端朝下，深深打入地底。

這些木材——落葉鬆、橡木、赤楊、鬆木、雲杉和榆木，長度從3.5米（11.5英尺）到不足1米（3英尺）不等——支撐著石造宮殿和高聳鍾樓，展現出結合物理學與自然力量的工程學奇跡。

在現代建築中，鋼筋混凝土和鋼材承擔著這些木樁數世紀來的工作。然而，盡管現代材料強度高，今日的基礎結構很少能像威尼斯的木樁一樣持久。

“現代混凝土或鋼樁的設計壽命通常是50年，”瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH）地質力學與岩土工程教授亞曆山大·普茲林（Alexander Puzrin）說。

“當然，它們可能會更久，但我們建造房屋和工業設施時，標準是50年。”

威尼斯的木樁技術因其幾何設計、曆經多個世紀的韌性以及龐大的規模，令人著迷。

沒有人確切知道城市下方有多少木樁，但僅裏亞托橋（Rialto Bridge）的基礎就有14000根緊密排列的木樁，而建於公元832年的聖馬可大教堂(San Marco Basilica)下方則有10000棵橡樹。

將木樁打入淤泥的人被稱為“battipali”（意為打樁工），他們在工作時會唱歌來保持節奏。 [Emmanuel Lafont/BBC]

它們是如何建成的

木樁盡可能深地打入地底，從結構外緣開始，逐步向中心推進，通常每平方米打入九根木樁，呈螺旋形排列。

木樁頂端被鋸平，形成低於海平麵的規整表麵，然後在上方放置橫向木結構——要麽是“zatteroni”（木板），或者是“madieri”（木梁）。

在這層木質基礎上，工人再鋪設石材建築。

為確保建材供應，古代威尼斯共和國很快開始保護森林，不僅是為建築，也為造船。

“威尼斯發明了造林業，”意大利國家研究委員會生物經濟研究所研究主任尼古拉·馬基奧尼（Nicola Macchioni）解釋說，指的是人工培育樹木的做法。

威尼斯並非唯一依靠木樁作基礎的城市，但它的方式獨具特色。

阿姆斯特丹也是部分地建於木樁之上——在那裏及其他很多北歐城市，木樁一直打到基岩，像桌腳般支撐著結構。

“如果岩層接近地表，這樣很好。”伊利諾伊大學建築學教授湯瑪斯·萊斯利（Thomas Leslie）說。

但在美國密歇根湖畔，基岩可能在地表下30米（100英尺）。

“要找到那麽長的樹幹很難，對吧？據說芝加哥在1880年代曾嚐試將兩根樹幹疊在一起，結果可想而知失敗了。最後人們意識到可以依靠土壤摩擦力。”

這種原理是透過大量木樁加強土壤，增加木樁和土壤之間的摩擦力。

威尼斯地下的木樁正逐漸劣化，因為厭氧細菌正在侵蝕木纖維的細胞壁。 [Emmanuel Lafont/BBC]

萊斯利說，這原理技術術語上稱為“靜水壓力”，意思是當大量木樁密集插入同一區域時，土壤會“抓住”木樁。

威尼斯的木樁正是這樣運作——它們太短，無法觸及基岩，而是靠摩擦力支撐建築。但是這種建法的曆史還可以追溯到更久遠。

公元1世紀羅馬工程師維特魯威（Vitruvius）曾提到此技術；羅馬人用水下木樁建橋，那裏同樣比較靠近水。

中國的水閘也采用摩擦樁。普茲林還指出，阿茲特克人在墨西哥城使用木樁，直到西班牙人摧毀古城並在原址建造天主教堂。

“阿茲特克人比後來的西班牙人更懂如何在當地環境建造，如今西班牙人建的教堂地麵正不均勻下沉，”他說。

普茲林在蘇黎世聯邦理工學院開設研究岩土工程著名失敗案例的課程，“墨西哥城大教堂就是其中之一，整個墨西哥城就是關於地基問題的露天博物館。”

木材、土壤與水共同作用，為威尼斯的地基提供了非凡的強度。 [Emmanuel Lafont/ BBC]

木材為何不腐爛？

曆經千年，威尼斯的基礎仍極為堅固，但並非完全免於損害。

十年前，帕多瓦和威尼斯大學的團隊（涵蓋林業、工程、文化遺產等領域）調查城市基礎，從1440年建於赤楊木樁上的聖方濟會榮耀聖母教堂鍾樓開始。

該鍾樓自建成以來每年下沉1毫米（0.04英寸），累計約60公分（24英寸）。

與教堂相比，鍾樓重量集中在較小麵積，因此下沉更快，“就像細高跟鞋”，馬基奧尼說。

團隊發現木材確實受損（壞消息），但水、泥和木材的組合仍保持結構穩定（好消息）。

他們推翻了“木材因缺氧而不腐爛”的普遍觀念——細菌即使在缺氧環境也會侵蝕木材，隻是速度比真菌和昆蟲慢。

此外，細菌掏空的細胞被水填充了，使木樁保持形狀。

“這需要擔心嗎？說需要也行，說不需要也行，但我們仍應持續研究。”自十年前取樣後，因後勤困難，未再采集新樣本。馬基奧尼說，基礎能再撐多少世紀仍未知。

“不過，隻要環境保持不變，它就能持續。這套係統依靠木材、土壤和水運作。”

土壤創造缺氧環境，水既維持此狀態又保持細胞形狀，而木材提供摩擦力。

“美得令人瘋狂”

19、20世紀，木材在基礎建設中完全被水泥取代。但近年來，木材建築重新興起，包括木造摩天大樓。

“它現在是很酷的材料，而且理由很充分。”萊斯利評價說。

木材能吸碳、可生物降解，且因具延展性，被視為最耐震的材料之一。

威尼斯不是唯一擁有木質基礎的城市，但它是“唯一大規模采用摩擦技術且至今仍屹立不倒、並且美得令人瘋狂的城市”，普茲林補充說。

“那些人沒有學過土壤力學或岩土工程，卻創造出我們夢寐以求的成果，並持續了如此之久。”