地基不均匀沉降――意大利比萨斜塔.doc

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1、十、地基不均匀沉降——意大利比萨斜塔举世闻名的意大利比萨斜塔是建筑物倾斜的典型实例。1．工程事故概况比萨市位于意大利中部，靠近罗马市与米兰市中间的佛罗伦萨市，有铁路相通，交通方便。比萨斜塔位于比萨市北部，它是比萨大教堂的一座钟塔，在大教堂东南方向相距约25m。比萨斜塔是一座独立的建筑，周围空旷，游人可以环绕塔身行走与观赏。斜塔西侧有一大片四季常青的草地长达200m，景色秀丽。比萨斜塔建造，经历了三个时期：第一期，自1173年9月8日动工，至1178年，建至第4层，高度约29m时，因塔倾斜而停工。第二期，钟塔施工中断94年后，于1272年复工，至1278年，建完第7层

2、，高48m，再次停工。第三期，经第二次施工中断82年后，于1360年再复工，至1370年竣工，全塔共八层，高度为55m。比萨斜塔全景斜塔呈圆筒形，塔身1~6层均由大理石砌成，大理石质地优良，每块大理石做得很规整，不仅高度一致，而且表面做成曲面，拼接成塔身为准确圆形。塔基础外伸台阶也同样做成圆形。尤其是塔周围有15根大圆柱，砌筑得更精致。斜塔顶上7~8层为砖和轻石料筑成。塔身砌体总厚度：第1层为4.1m，第2~6层为2.6m。塔身内径约7.65m。基础底面外直径19.35m，内直径4.51m。塔身每层都有精美的花纹图案，整个斜塔是一座宏伟而精致的艺术品，令人赞叹不已。

3、原来游人可以登塔在各层围廊观赏眺望，因近年塔沉降加速，为了安全，于1990年1月14日被封闭。全塔总荷重约为145MN，塔身传递到地基的平均压力约500kPa。目前塔北侧沉降量约90cm，南侧沉降量约270cm，塔倾斜约5.50，十分严重。比萨斜塔向南倾斜，塔顶离开垂直线的水平距离已达5.27m，等于我国虎丘塔倾斜后塔顶离开水平距离的2.3倍。幸亏比萨斜塔的建筑材料大理石条石质量优，施工精细，尚未发现塔身有裂缝。比萨斜塔基础底面倾斜值，经计算为0.093，即93％0,我国国家标准《建筑地基基础设计规范》GBJ7－89中规定：高耸结构基础的倾斜，当建筑物高度Hg为：5

4、0m

5、体，厚度5.40m；③第3层为粉土，厚3.0m；④第4层为上层粘土，厚度10.5m；⑤第5层为中间粘土，厚为5.0m；⑥第6层为砂土，厚为2.0m；⑦第7层为下层粘土，厚度12.5m；⑧第8层为砂土，厚度超过20.0m。有人将上述8层土合为3大层：①~③层为砂质粉质土；④~⑦层为粘土层；⑧层为砂质土层。地下水位深1.6m，位于粉砂层。比萨斜塔地基剖面图根据上述资料分析认为比萨钟塔倾斜的原因是：（1）钟塔基础底面位于第2层粉砂中。施工不慎，南侧粉砂局部外挤，造成偏心荷载，使塔南侧附加应力大于北侧，导致塔向南倾斜。（2）塔基底压力高达500kPa，超过持力层粉砂的承载力

6、，地基产生塑性变形，使塔下沉。塔南侧接触压力大于北侧，南侧塑性变形必然大于北侧，使塔的倾斜加剧。（3）钟塔地基中的粘土层厚达近30m，位于地下水位下，呈饱和状态。在长期重荷作用下，土体发生蠕变，也是钟塔继续缓慢倾斜的一个原因。（4）在比萨平原深层抽水，使地下水位下降，相当于大面积加载，这是钟塔倾斜的重要原因。在60年代后期与70年代早期，观察地下水位下降，同时钟塔的倾斜率增加。当天然地下水恢复后，则钟塔的倾斜率也回到常值。3．事故处理方法（1）卸荷处理为了减轻钟塔地基荷重，1838年至1839年，于钟塔周围开挖一个环形基坑。基坑宽度约3.5m，北侧深0.9m，南侧深

7、2.7m。基坑底部位于钟塔基础外伸的三个台阶以下，铺有不规则的块石。基坑外围用规整的条石垂直向砌筑。基坑顶面以外地面平坦。（2）防水与灌水泥浆为防止雨水下渗，于1933~1935年对环型基坑做防水处理，同时对基础环周用水泥浆加强。（3）为防止比萨斜塔散架，于1992年7月开始对塔身加固。以上处理方法均非根本之计。其关键应是对地基加固而又不危及塔身安全。其难度是很大。此外，比萨斜塔贵在斜，因为1590年伽利略曾在此塔做落体实验，创立了物理学上著名的落体定律。斜塔成为世界上最珍贵的历史文物，吸引无数国内外游客。如果把塔扶正，实际破坏了珍贵文物。因此，比萨斜塔的加固处