意大利的比萨斜塔有多高?它有多老了?
时间:约1173-1370年。
地点:意大利
披萨的基本信息
从基础到钟楼的高度:
基础直径:
钟楼向南的倾斜度:
稳定斜塔是一个非常微妙的工程,就像医生治疗一个虚弱的老人。虽然他不能听诊病人的胸部,但他知道病人对每一种药物都有令人担忧的反应。-克雷舍,1987年
想象一座建在海绵橡胶等柔软材料上的高塔,缓慢而无情地向崩溃的边缘倾斜。此外,高塔的砖石结构也非常脆弱。随着倾斜度越来越大,产生的应力已经接近砌体的强度,随时都有倒塌的可能。如果对倾斜一侧的地基进行灌浆或加固,恐怕高塔会倾覆,但如果用缆绳支撑或拉动,砌体可能会倒塌。
这段话准确地描绘了比塞塔目前岌岌可危的状况,如何隐藏斜塔成为土木工程的最大挑战。
然而,比泽塔不仅是一个奇妙的景点,也是一个建筑瑰宝。即使不倾斜,也算是中世纪欧洲最重要的建筑成就。该塔位于大教堂广场,属于由大教堂(大教堂)、钟楼(斜塔)、浸信会教堂和墓地等四座耀眼的白色建筑组成的建筑群之一。和广场上的其他建筑一样,建造钟楼的目的是为了代表比萨。
施工细节
这座八层楼高的塔高58.4米,重14500公吨。砖石结构的地基直径为19.6米,位于地面以下5.5米。地基向南水平线倾斜5.5度,所以钟楼第七层比第一层突出4.5米。
这个塔是用柱子围着一个空心柱子形成的。柱子的内外表面覆盖着大理石,但两堵墙之间只有灰泥和石头,所以有很多缝隙。一个螺旋楼梯在钟塔墙的内侧盘旋而上。
钟楼下有三层界限分明的土壤。A层厚约10米,为松软易变形的淤泥质沉积,在浅水中沉积不到1万年。B层是非常松软易波动的海泥沉积,沉积了3万年,深度可达地下40米。C层为密实砂土,延伸至地下深处。
A层地下水位在地下一米到两米之间。根据塔周围甚至钟楼下多次土壤钻探的结果,B层的表面已经被钟楼的重量压成了圆盘状的阴影。由此可以推断出钟楼的平均下沉量为2.5至3米,可见塔底土的压缩性有多高。
建筑历史
在贝尔纳多·比萨诺的监督下,钟楼于1173年8月开始建造。但是1178年左右,四楼被四分之一覆盖的时候,突然就停了。停工原因不明,但如果不是及时停工,B层土的强度已经无法承受,钟楼早就倒塌了。
1272年左右,西蒙在停工近百年后重新开工。此时土层在钟楼的重压下已经得到了加固,强度也有所增加(虽然当时并不知道)。到了1278年左右,大概是因为局部战争,原本在七楼进行的工程再次停止。如果钟楼在这个阶段完工,它早就倒塌了。
到1360年,当土壤进一步加固后,托马索和皮萨诺激活了钟楼项目,该项目于1370年左右完成,距离钟楼建成已近200年。
显然,钟楼比斜塔的其他部分更直,所以钟楼的项目被激活时,塔一定是倾斜的。其实从斜塔七楼的飞檐到钟楼的地面,南边有六级台阶,北边只有四级。
倾斜历史
事实上,有证据表明,这座钟楼在建造后不久就开始倾斜:塔的中轴线不是直的,而是向北倾斜。为了纠正倾斜,在每层楼的立面都用了锥形的圬工块来拉回倾斜的中轴线。
通过仔细分析砖石的相对倾斜度,我们可以知道钟楼倾斜的历史。在工程的第一阶段结束时,钟楼实际上向西北方向倾斜了大约四分之一度。后来工程从第四层推进时,钟楼开始向南倾斜,于是在1278年,工程进行到第七层时,钟楼向西南方向倾斜了约0.6度。到1360年,它增加到大约1.6度。
先进的计算机仪器分析表明,斜塔第七层被覆盖后,钟楼被覆盖时,倾斜速度急剧增加,就像用模型砖在柔软的地毯上堆砌一座高塔,可能已经到了一定的临界高度,但再小心也无法继续堆砌下去。现在斜塔已经到了临界高度,所以随时都有倒塌的危险。
公元1817年,两位英国建筑师用铅垂线测量了倾斜度,发现这座塔已经倾斜了5度。然后在1838年,建筑师加里·德斯加(Gary Desga)在斜塔的基座周围挖了一条通道,试图找出最初设计的圆柱形基座和基座的台阶在塔下沉倾斜之前是什么样子。结果,因为挖的渠道低于地下水位,地下水涌入南侧。有证据表明,当时斜塔曾被大洪水淹没。
精确测量始于1911年,钟楼的倾斜度每年都在不断增加。自20世纪30年代中期以来,倾斜率翻了一番。到1990年,倾斜率相当于每年高达1.5毫米的水平位移。
另外,任何试图篡改斜塔的人,最后总是弄巧成拙,会大大增加倾斜度。比如1934年,地基砖石灌浆加固,导致钟楼突然向南移动了近20毫米。20世纪70年代,地下水从较低的沙子中抽出,斜塔又移动了12毫米。这些反应证实了钟楼很容易失去平衡,任何稳定钟楼的方法都必须非常精细。
稳定斜塔
1990年,因为帕维亚一座完全不倾斜的钟楼倒塌,意大利总理成立了一个委员会,由杰米·奥科斯基教授担任主席,提出建议,实施稳定比塞塔的策略。按照国际惯例,任何珍贵历史遗址的保存都必须保存其基本特征,同时不得破坏遗址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降到最低。而且无论采取什么样的永久稳定方案,都无法竖起明显的支撑,而这有可能导致斜塔脆弱的砌体结构倒塌。
委员会所寻求的解决方案一定是略微降低斜塔的倾斜度,虽然不明显,但可以降低砌体结构的压力,稳定斜塔的基础。经过多年的研究、分析和大规模实验,最终采用了所谓的取土法,在斜塔基础北侧的下方和旁边要安装几根取土管。
1999年2月,在令人喘不过气来的紧张气氛中,一台特殊的钻机在严密的监控下,一步一步地从A层慢慢抽出少量的泥土。因为土质松软,每次提取后形成的空洞会慢慢闭合,使地表微微下沉,斜塔微微向北旋转。
取土已经进行了两年半,钟楼的倾斜度降低了半度。如果斜塔又开始向南倾斜,将来可能会再次被拔出。除了这种方法,在南侧最脆弱的地方进行了有限的砌体加固。
这种方法逐渐稳定了神秘而美丽的钟楼,既保留了斜塔的特征,又保持了它与底土之间耐人寻味的相互作用。