比萨斜塔变直 4cm,这个 800 多年的豆腐渣工程全身都是传感器

生活

11-26 19:43

意大利著名建筑比萨斜塔,这个相传当年伽利略做自由落体试验的场地,正在,很,缓,慢,地,变直。

最近,意大利比萨斜塔的监测小组专家对外表示,比萨斜塔在过去 20 年里逐渐纠正了 4 厘米(1.57 英寸)的倾斜,并且整体结构依然很健康。

比萨斜塔曾经是「弯曲」的

比萨斜塔始建于 1173 年,距今已超过 840 年,是意大利托斯卡纳省比萨城北面著名景点奇迹广场上一座独立的白色塔楼。

塔楼最初的设计并不是斜的,原定为 8 层,高 54.8 米。然而用了十年盖到第三层的时候,塔体的一侧下陷 30-40 厘米,因此比垂直线倾斜 5 厘米。

▲ 比萨斜塔的倾斜历史

由于当时比萨与佛罗伦萨之间开战,且设计师想不出纠正倾斜的办法,因此塔楼开始了将近 100 多年的停工。

1275 年左右,比萨斜塔重启修建,继续往上加建了三层,并尝试纠正塔楼的轴心。比如在某一面调整承重柱的重量、砌墙石料的高度和墙壁的厚薄,然而这并没有把比萨斜塔纠正,反而是让它变「弯曲」了。

1284 年,六层的塔体完成,已经有 48 米高。然而在 1278 年,当时的工程师担心倒塌,就停工了。直到 1370 年左右,在第八层即将完工之时,建筑师还计划利用顶楼的钟室来纠偏。

遗憾的是,在这两百多年里建筑师的种种努力,依然没法让比萨斜塔变直。

比萨斜塔建成后的 600 多年里,人们也没有停止过对它的关注和修复。

比如由于地基松软,塔的底层渐渐下沉。于是有人想要把地基周围的泥土挖出来,让底部依然能够露出地面。然而悲剧发生了,由于地下水位距离地面相当近,底部没有挖出来,倒是让大量积水涌出地面。

比如往塔底的地基灌入水泥,然而 80 吨的水泥直接让塔身继续倾斜 9 厘米。

我国岩土工程学家刘祖德一直在研究和实施建筑物的「纠偏」,他曾表示:

比萨斜塔在 800 余年风雨历程中虽为人类增添了奇妙的旅游观光景点,每年为意大利政府创造了数以亿美元计的收入,但是终究它是建筑科技史上的一大缺憾,也是岩土工程师的耻辱。

有研究显示,比萨这个城市位于河道淤积平原,地下土层松软且不均匀,地基土壤情况是比萨斜塔变得倾斜的真正原因,然而这也是它能够经历 800 多年风雨,顶住至少 4 次大地震的原因。

▲ 比萨古代地图,图片来自:维基百科

罗马第三大学建筑学教授 Camillo Nuti 与 16 名工程学家组成的团队,从地质学、地震学及建筑结构等各方面进行分析,在今年解开了比萨斜塔没有倒塌的原因。

他们认为,得益于斜塔的高度、倾斜度和松软的土层,与大理石构造的比萨斜塔在地震时会产生「动态土壤 – 结构互动」(DSSI)现象,使得地震时的共振现象减弱,地震时塔体的摇晃程度也会降低。

曾花 3960 万美元,扶正 44 厘米,也很值

比萨斜塔最初是一个选址失败,接着纠偏失败的建筑,之后它在二战的轰炸中幸存。

1987 年,比萨斜塔被列为世界文化遗产。1990 年左右,比萨斜塔的倾斜情况让人堪忧,因此停止向游客开放。并且将塔体倾斜方向上的房子都腾空。

随后,当地人还专门成立了委员会来讨论挽救比萨斜塔,并向全球征集解决方案。方案的要求有点牵强:既要保持塔身倾斜,保持其特色,又不能让塔身继续倾斜以至于倒塌。

▲ 堆满铅块的比萨斜塔一侧,图片来自:tuscany-villa

1992 年,由 John Burland 领导的小组提供了一个解决方案,就是在塔体倾斜的反方向放置 600 吨铅块。不过比萨市民认为,这个只是临时之举,并不能解决问题。

自从比萨斜塔关闭以来,当地旅游业的收入减少了 45%,被激怒的市民不满意这些灰色的铅块,严重影响比萨斜塔所在的奇迹广场的形象。

群众的呼声不得不听。为了撤掉丑陋的铅块,工程师后续计划用 10 根锚杆来替换铅块。然而在 1995 年 9 月,由于插入锚杆的过程出现失误,比萨斜塔在那几天持续倾斜了 5.5 厘米,相当于过于一年的量,同时塔内也出现了开裂。

眼看就要倒了,工程师只能在之前 600 吨铅块的基础上再增加 300 吨。这样斜塔继续关闭,并且禁止游客在近距离观察。

▲终于有个有效靠谱的方案了

斜塔还是要修的,不过方法更加谨慎了。当时的工程师 John Burland 提出,把斜塔倾斜反方向也就是北部的土移走一些,这可以在不直接接触塔体,同时让它自行回正。

这个方案在 1999 年开始实施,1999-2001 年期间,大约 77 吨被挖走。比萨斜塔也回正了 44 厘米,回到了 1838 年前的倾斜度。

当时施工的团队表示,斜塔只要需要 300 年才会回到预定的位置。2001 年,比萨斜塔重新向公众开放,在此前的 11 年里,修缮的费用高达 3960 万美元。

2003 年,工程师 Burland 还在斜塔北部修了水渠。因为他们发现,北侧下方淤泥层的水位,在雨季时会产生波动,这也会影响比萨斜塔的倾斜度和稳定性。

▲ 图片来自:theuijunkie.com

目前,比萨斜塔几乎已经变成了比萨甚至意大利的标志,每年都吸引了大量的游客。到此错位拍一张推倒或扶正比萨斜塔的照片,是到此一游的标准操作。近年来,比萨官方也在逐渐放宽进塔游览的人数,

纽约时报曾采访参与监测比萨斜塔「健康情况」的 Salvatore Settis 教授,他表示塔体的状况良好。

Setttis 教授表示,比萨斜塔应该是世界上被最严格监控的遗址。超过 100 多个传感器以每小时更新的频率不间断地进行监测,覆盖的数据包括内外部温度、风速、材料的裂缝和土壤运动。

监测小组还会每三个月针对数据召开会议,以确保及时获悉比萨斜塔的变化,做出相应的修缮措施。

▲ 1983 年电影《超人 3》

由于早期的修缮方案有效,比萨斜塔在缓慢地回正,不过按照现在的速度预计需要 4000 年。当然,前提是不要遇上极端的自然现象,比如地震。

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