案例a：意大利比萨斜塔的稳定 - 山东科技大学

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1、案例a：意大利比萨斜塔的稳定作者：JohnBurland英国伦敦帝国学院  1. 简介意大利比萨斜塔并非是迪士尼乐园古怪的观光景点，它是建筑史上的瑰宝，是中世纪欧洲最重要的遗迹之一，即使它不倾斜。站立在神奇广场，它是由大教堂（Duomo）、钟塔（斜塔）、洗礼堂和墓地（墓场）四个主要的白色闪光的中世纪建筑物构成的综合建筑的一部分。就广场的其它建筑，钟塔象征着富裕的比萨市市民的自豪和光荣，而它本身是优美的、独特的、迷惑的。1990年，因害怕其安全性，塔对公众关闭。同年，由意大利总理组建多科学委员会来实施塔的稳定措施。这样一个对比萨、对意大利、对世界遗产的手术，其重要性是毫无疑问的。 2.

2、 建筑说明塔八层，高53.3m，重14,500公吨。塔的砖石地基的直径为19.6m，最大深度5.5m。塔基向南倾斜，与地面成5.5°，第七层在南面突出4.5m。塔是用柱廊围成一个空心的圆柱体的形式建造的，圆柱体的内表面和外表面用密缝的白色大理石复面，但复面嵌缝的材料是由灰浆和石头构成，发现其中有大量的空隙。在塔的墙内盘绕着螺旋形的楼梯。第二层南边砖石结构的稳定性是问题的关键。 图1：透过塔的垂直剖面 铺底部分由三个独立层构成。A层厚约10m，由10,000年前的浅水区（环礁湖、河流和港湾）沉积的各种软质粉土沉淀物构成。B层由30,000年前沉积的非常软的灵敏海相粘土组成，厚度达40m

3、。此断层横向非常均匀。C层是密实甚深的砂石。A层的地下水位深在1m和2m之间。塔四周甚至是地下的许多钻孔显示由于上面的塔的重量，B层的表面是盆形的。从此现象可推断出塔的平均沉降为2.5m~3.0m，铺底的土壤是非常可压缩的。 3. 建筑历史塔的建造始于1137年8月，约到1178年工程停止时，已造了四层，完成了1/4。停工的原因不知道，但再继续建造下去，B层的土壤难以承重，塔可能会倒塌。约在1272年，建议继续建造。那时，粘土由于在塔的重压下强固（即使那时还不知道这）。约在1278年，再次停止建造，建筑已造了七层。毫无疑问，如果在此阶段将塔完工，塔会倒塌。约在1360年，铺底的粘土再

4、次强固时，开始钟房的建造。约到1370年完成—距开始建造约200年。另一个重要的历史性细节是：在1838年，建筑师AlessandrodellaGherardesca在塔基周围挖了一个走道（Catino）来揭示圆柱柱础和地基台阶是否与原先设想的相同。结果是由于挖掘的地方低于地下水位，在南边有水流入，很显然，在当时塔的倾斜已超过1/4°。1995年发现GherardescA在走道的底下放了一个0.7m厚的混凝土环。 4. 倾斜历史　塔的中心线不是直的—它向北弯曲。为了纠正倾斜，曾在每一层用锥形的砖石块来改变塔中心线的弯曲。仔细分析砖石建筑的相对倾斜揭示了塔的倾斜历史。在第一阶段结束时，

5、塔实际上已向北倾斜约1/4°，然后随着第四层以上的楼层的建造，开始向南移并慢慢增加，以致到1278年，第七层造好后，向南倾斜了约0.6°。1360年开始建造钟房时，已增加到了1.6°。1817年，二位英国建筑师用一铅垂线测量倾斜，那时已经是5°了。这样，钟房的建造对倾斜引起了显著的增加。先进的计算机分析显示在柔软的地毯上的模型砖上直接模拟建造塔，当到达第七层和增加钟房时，倾斜快速增加。它只能造到一定的临界高度，不能再高，而且要注意的一点是—知道倾斜不稳定的现象。它正好在它的临界高度且很容易倒塌。走道的开挖再一次使得塔非常容易倒塌。从1911年开始的精确的测量结果显示在20世纪期间，塔

6、的倾斜每年都在不可抗拒的增加。从1930年中期，倾斜率成倍增长。1990年，倾斜率相当于每年顶部水平移动约1.5mm，加上一些对塔的干扰也导致了倾斜的明显增加。例如，1934年用灌浆方法来加固地基，结果突然向南移动了约10mm；1970年从低处的砂石中抽地下水，结果使移动增加了约12mm。这些反应确定塔的平衡是多么的敏感，塔的稳定要用怎样细致的方法。 5. 塔的稳定国际上可接受的珍贵历史遗迹保护惯例要求要保留遗迹的本质特征，以及其历史、工艺和不可思议性。这样，任何对塔的侵害性的介入都要保持在绝对的小，永久性稳定计划中有支柱或可见的支撑物是不可接受的。任何暂时的稳定措施应是非侵入性的和

7、可逆的。1993年下半年，通过浇筑在塔基周围可移动的后应力式混凝土环将600t的铅重放在地基的北边使地基暂时稳定。这使倾斜减小了1弧分，更重要的是减小了约10%的倾覆力矩。1995年9月，在企图用临时的土锚来替换难看的铅重结果不成功时，为了控制塔的移动，负载增加到了900t。1992年着手解决砖石问题，在第一个檐口和到第二层的间隔，在塔的周围绑了一些轻微后应力的钢腱。 图2：塔下和塔附近抽土管的位置　找到了一个不显眼只可稍微减小约0.5°倾斜的永久解决方法