意大利见闻(1):比萨斜塔这位“美女”治病的故事

著名的比萨斜塔在俺的眼里就像是一位“生病的美女“。比萨斜塔知名度很高。俺小时先是从“十万个为什么“上获知，意大利有个比萨斜塔，一位叫加利略物理学家在上面做过物理实验，以回答众人对铁球是否会和羽毛同时落地问题的质疑。后来俺又从中学的物理课本上进一步加深对这个斜塔的印象。再后来，1971年7月美国阿波罗15降落在月球上，看到宇航员戴维·斯科特用地质锤和一根羽毛作了类似实验，证明两者可以在真空中同时落地，以示加利略的结论的正确性（视频1）。这使俺又想起比萨斜塔。

 

视频1。在月球上，阿波罗15宇航员戴维·斯科特用地质锤和一根羽毛做自由落体实验

 

比萨斜塔确实很美。俺直到1995年，才首次有机会来到比萨，亲眼一睹这位”美女“的芳容。觉得不过瘾，五年后又去过一次。每年都有上百万的游客来到这个只有八万人口的比萨小镇上，观赏这位用洁白的大理石建成的著名斜塔。她也被联合国教科文组织将其列为人类世界物质文化宝贵遗产中几十个建筑之一。

 

图1著名的比萨斜塔，世界物质文化遗产中几十个建筑之一（from internet)

笔者之所以称比萨斜塔是“病塔”是因为，从工程建筑的角度看，它是失败的案例。由于工程人员早期调查的疏忽，未能清楚地探明基础下面软土层，一侧比另一侧要厚。 而且，季节之间两侧的地下水位变化也不同，故导致一边沉陷量明显大于另一边，从而使塔体由北向南发生倾斜。实际上开工后不久，也就是当塔楼建到第二层时，工程人员就发现塔楼开始向一侧倾斜。于是开始有意识的纠偏，即将南边（右边）一侧每层楼的墙加高，以改变塔楼的重心。 然而这只能是治标不治本的徒劳之举。虽经过近200年的坎坎坷坷，塔体总算于1372年完工，但隐患也随之为以后的麻烦埋下伏笔。如果读者仔细观察，不难发现比萨斜塔不但倾斜，而且还弯曲，这就是上面谈到的纠偏措施所致（图2）。当时人们抱着侥幸的心理，希望该塔在如此长的建设期间地基压密固结，使得塔楼倾斜能够达到稳定，不再继续发展。

 

图2。不难发现比萨斜塔不但倾斜，而且还弯曲。

 

不过这麻烦终于还是来了，塔楼的倾斜在90年代初期呈现加速的倾向。 她当时每年约以1毫米的速度倾斜，并显示出明显加快的趋势（此前，1350年它的累积倾斜为1.4米，1817年为3.8米，1993年5.4米）。显然，如果不治理，塔楼倒塌只是迟早的事。这使得当地政府感到非常头疼，并且引起意大利政府的极大重视。与此同时境内另外两座斜塔之一，由于缺乏资金没有治理而发生倒塌。所以治理比萨斜塔迫在眉睫。1990年政府决定向国际社会公开招标，看是否有好的方法来防治塔楼倒塌，从而达到既保住这头每年可以带来成千上万的财政收入的”CASH CAW”，同时也保护了这座世界著名历史建筑的目的。

经过反复研究和斟酌，最后决定采用，北侧基础下掏空结合上部牵引的方法进行塔体纠偏（图3－5）。工程历时近11 年（1990-2001），总共花了大约2千5百万欧元，当时相当约为3000万美元，使得塔楼到2013年为止的累积向回纠偏 2.5厘米，成功阻止了塔楼倒塌的趋势，使其倾斜速度稳定。这相当每纠偏一毫米花了120万美元，真可谓“一毫值千金”。俺第一次去比萨时，亲眼看到整个纠偏的过程，并且作为工程纠偏案例拍下照片。曾几何时，纠偏工程在中国大陆一下也变得十分热络起来。如果建筑物纠偏做得好，公司也会利润不菲。因为，大陆有许多许多建筑发生倾斜或倒塌。许多建筑物倒塌事故多由于设计不妥或者施工不慎所致（图６）。

 

非常有意思的是，意大利政府既不希望完全将比萨斜塔校正为零斜度（否则斜塔就不存在了），同时又不希望她倒塌。也就是说意大利政府对待比萨塔这位“美女”心态是，即不希望完全治好的她病，又不希望她因病而死。将错就错，让她病怏怏象个“林黛玉”才恰到好处，惹人喜爱，全世界的人都来观赏她。

 

图3。利用北侧基础下掏空和上部牵引结合的方法进行塔体纠偏的方案示意图(from internet)

图４。　塔体上部的实际安装的牵引绳索从两侧拉住塔体

图５。俺当年拍摄的地上套管中的土锚通过旋转将北侧基础下土掏空（左图）。右图(from interenet)显示夹住土锚的电机，用来转动土锚将基础下土掏空， 使得在重力下塔体慢慢恢复以减小倾斜。

图６。上海某小区由于施工不当，引起基础水平大位移，桩基被强大的剪应力切断，导致楼房倾斜，最后轰然倒塌。幸运的是，住户还未搬入，要是住满了住户还是很恐怖的。想到这，令人不寒而傈，头皮发麻。如果读者仔细观察还可以发现，许多窗子的玻璃很完整没有破碎，甚是称奇，可谓“玻璃坚强”。(from internet)