比萨斜塔经过地震为何不倒?

比萨斜塔经过地震为何不倒?
比萨斜塔经过地震为何不倒?

比萨斜塔经过地震为何不倒?
楼上的,楼主问的是比萨斜塔啊
稳定斜塔是一项非常细腻的工程,就像是医师在治疗一位体弱多病的老人一般,尽管不能听诊病人的胸腔,却很清楚病患对每一种药物都有令人忧心的反应.—克里实尔,一九八七年
想象一座高塔,建立在像海绵橡胶这样柔软的材质上,缓慢且无情地日渐倾斜将要倒塌的地步.此外 ,高塔的砖石结构也非常脆弱,随着倾斜度日益增加,产生的应力已经逼近砖石的强度,随时可能应声而倒.若在倾斜那一侧的地基灌浆或加固,恐怕导致高塔倾覆,然而利用缆索支撑或牵引,则可能会令砖石崩溃.
这段话精确地描绘出比萨塔目前岌岌可危的情况,该如何隐住斜塔,就成了土木工程学最大的挑战.
但比萨塔不只是诡谲离奇的观光胜景,更是建筑上的瑰宝,就算没有倾斜,也堪称是中世纪欧洲最重要的建筑成就.高塔位于主座教堂广场,隶属大教堂(主座教堂)、钟塔(斜塔)、洗礼堂及墓地等四座耀眼的白色大型建筑所构成的综合建筑群之一.兴建钟塔的用意和广场上其它建筑物一样,皆是代表比萨这个富庶城邦的骄傲和荣耀,因而格外美丽、独特、神秘.
兴建细节
这座八层高的塔楼有五十八．四公尺高 ．重一万四千五百公吨,砖石打造的地基直径为十九．六公尺．深及地平面以下五．五公尺,地基朝南向水平线倾斜了五．五度,因此钟塔的第七层比一楼向外突出了四．五公尺
塔楼的建构形成是以列柱环绕一根中空的圆柱.圆柱内外两则的表面是用大理石紧密的接合覆盖而成,但这两个墙面之间只有灰泥和石头,因此出现了大量的空隙.一条螺旋状的楼梯则在钟塔墙壁的内侧蜿蜒上升.
钟塔地底共有壁垒分明的三层土壤.A层厚约十公尺,是松软易变形的淤泥沉积物,在浅水中沉积还不到一万年.B层是非常松软且容易波动的海泥层,沉积三万之久,深可达地底四十公尺.C层是紧密的沙质土壤,伸至地底极深处.
A层的地下水位在地底一公尺到两公尺之间.根据在塔四周围,甚至是钟塔正下方所做许多土壤钻探结果来看,B层的表面已经被钟塔的重量压成了碟影.由此可推演出钟塔的平均沉陷是二．五到三公尺,显示塔底土壤的压缩性有多高.
兴建史
钟塔于一一七三年八月在伯纳诺．毕萨诺的监督下动工兴建.但在一一七八年左右,当第四层盖到四分之一时突然叫停.停工的理由不得而知,但是若非当时及时打住,B层土壤的强度早已被无法承受这个负荷,而钟塔也早就坍塌了.
约在一二七二年左右,西蒙在停摆了将近百年之后重新动工,这时候的泥土层已在钟塔的重压下强化,强度也增加了(尽管当时并不知道这一点).到了一二七八年左右,可能是因为当地发生战事,原本进行到第七层的工程又再度喊停.要是钟塔在这个阶段已经竣工,一定早就倒塌了.
等到一三六零年,泥土再经进一步强化,汤玛索,毕萨诺在这时激活钟楼的工程,并于一三七零年左右完竣,距离钟塔肇建之初,已相隔将近两百年了.
很明显地钟楼比斜塔的其它部分更为挺直,因此在钟楼的工程激活时,高塔一定早已倾斜了.事实上,从斜塔第七层的檐口连接到钟楼的地面,在南边有六层阶梯,在北边却只有四层.
倾斜的历史
事实上,有证据显示钟塔在刚动工不久便已开始倾斜：塔楼的中心轴线并非笔直,而是向北倾斜.为了矫正斜度,每层楼的标高都使用了锥形的砖石砌块,好把倾斜的中心轴线拉回来.
仔细分析砖石层的相对倾斜度,便能得知钟塔倾斜的历史.在第一阶段工程的末期,钟塔其实是向西北倾斜约四分之一度.后来工程从四楼向上推进时,钟塔开始向南倾斜,因此到了一二七八年,工程进行到第七层的时候,钟塔向西南倾斜零．六度左右.到了一三六零年,已经增加到大约一．六度.
先进的计算机仪器分析显示,斜塔盖完第七层,在加盖钟楼的时候,倾斜的速度急遽增加,就像是用模型砌砖在柔软的地毯上叠高塔一般,或许已经到达了某个临界高度,但是不管多幺小心都不能再继续往上叠.而现在的斜塔已经到了它的临界高度因此随时都有倒塌的危险.
公元一八一七年,两位英国建筑师一条铅垂线测量倾斜度,当时就发现塔楼已经倾斜了五度.接着在一八三八年时,建筑师盖瑞德斯加沿着斜塔底座的周围掘了一条信道,想弄清楚,在塔楼沉陷倾斜之前,原来设计的圆柱底座以及地基的阶梯是什幺样子.结果因为开凿的信道低于地下水位,使得南侧发生地下水涌入的现象.有证据显示,斜塔在这个时候又大幅度地斜了将近半度左右,形成了五．四度
精确的测量工作在一九一一年展开,量出钟塔的倾斜度每年都不断地持续增加,从一九三零年代中期开始,倾斜的速率已经加倍.到了一九九零年,倾斜的速率相当于每年高达一．五公厘的水平位移.
此外,任何人想在斜塔身上动手脚,最后总是弄巧成拙,反而使得倾斜度大幅增加.例如,一九三四年曾利用灌浆的方法强化地基砖石,结果使得钟塔突然向南移动二将近十公厘,一九七零年代从下层砂土抽地下水,又让斜塔再移动十二公厘.这些反应都证实了塔楼很容易失去平衡,任何一种稳定钟塔的方法,都必须非常细腻.
稳定斜塔
一九九零年,因为帕维亚一座根本没有倾斜的钟塔倒塌了,意大利总理便成立了一个委员会,由杰米欧科夫斯基教授担任主席,负责对稳定比塞塔的策略提供意见并加以执行.依照国际惯例,任何珍贵历史古迹的保存,都必须保留其基本特色,同时不能破坏古迹的历史和原工匠的技术.因此对斜塔的任何侵入性手段,都必须减至最低,而且无论采取哪一种永久性的稳定计画,都绝不能架设任何明显的支撑物,何况这种作法可能导致斜塔脆弱的砖石结构应声而倒.
委员会所寻求的解决之道,必须能稍稍减低斜塔的倾斜度,尽管不是很明显,却能减砖石结构的压力,稳定斜塔的地基.经过多年的研究、分析及大规模的试验,终于采用了所谓土壤萃取的方法,要在斜塔地基北侧的下方和旁边安装几根土壤萃取管.
一九九九年二月,在一片令人屏息的紧张气氛中,一部特殊的钻孔机在严密的监视下,一步一步地慢慢从A层抽出少量的土壤.由于土壤质地松软,每次抽取后所形成的空洞会慢慢地封闭,使得地表稍稍下沉,而斜塔也微微向北转动.
土壤萃取的作业进行了两年半,钟塔的倾斜度减少了半度.如果斜塔再度开始向南倾斜,将来可能会再做一次土壤萃取.除了这个方法之外,在南侧最脆弱的几个地方,也做了限量的砖石强化.
这个方法把谜样而美丽的钟塔渐渐稳定下来,不但保存了斜塔的特色,也维持了它和底土之间耐人寻味的互动关系.