比薩斜塔逾千年斜而不倒未解之謎
比薩斜塔是意大利比薩城大教堂的獨立式鐘樓,是着名的歷史建築,在動工五六年之後,塔身從三樓開始傾斜,一直持續到完工,但是可以保持一直不會坍塌,那麼這是為什麼呢?一起看看世界未解之謎比薩斜塔不坍塌的原因。
比薩斜塔是意大利比薩城大教堂的獨立式鐘樓,位於意大利托斯卡納省比薩城背面的奇蹟廣場上,修建於1173年,有着名建築師那諾?皮薩諾主持修建。
比薩斜塔從地基到塔頂高58.36米從地面到塔頂高55米,鐘樓牆體在地面上的寬度是4.09米,在塔頂寬2.48米,總重約14453噸,重心在地基上方22.6米處。圓形地基面積為285平方米,對地面的平均壓強為497千帕。傾斜角度3.99度,偏離地基外沿2.5米,頂層突出4.5米。
比薩斜塔原來設計的高度是100米,但是在動工五六年後,塔身從第三層開始傾斜,一直持續到完工,在修建完成之後,塔頂已經南傾3.5米。1990年,意大利政府才將其關閉,開始進行整修。經過將近11年的時間,花費了2500萬才將比薩斜塔扶正44釐米,專家稱,能夠保持300年不會坍塌。
比薩斜塔是着名的歷史古建築,能夠繼續保持這座古建築的完整性是非常重要的,那麼比薩斜塔為何會傾斜呢?是建築技術問題還是那塊土壤的地質問題?既然傾斜了又為何不會倒呢?下面我們一起來研究比薩斜塔的神奇之處。
比薩斜塔傾斜原因
對於比薩斜塔的建造最開始的時候並不是故意建造成傾斜的形狀,而是在建造的過程中莫名的產生了傾斜。經過專家的研究發現,比薩斜塔之所以會傾斜,是由於它地基下面土層的特殊性造成的。比薩斜塔下有好幾層不同材質的土層,各種軟質粉土的沉澱物和非常軟的粘土相間形成,而在深約一米的地方則是地下水層。這個結論是在對地基土層成份進行觀測後得出的。最新的挖掘表明,鐘樓建造在了古代的海岸邊緣,因此土質在建造時便已經沙化和下沉。
然而1838年的一次工程導致了比薩斜塔突然加速傾斜,人們不得不採取緊急維護措施。當時建築師AlessandrodellaGherardesca在原本密封的斜塔地基周圍進行了挖掘,以探究地基的形態,揭示圓柱柱礎和地基台階是否與設想的相同。這一行為使得斜塔失去了原有的平衡,地基開始開裂,最嚴重的是發生了地下水湧入的現象。這次工程後的勘測結果表明傾斜加劇了20釐米,而此前267年的傾斜總和不過5釐米。
1838年的工程結束以後,比薩斜塔的加速傾斜又持續了幾年,然後又趨於平穩,減少到每年傾斜約0.1釐米,塔身偏離“自然姿勢”已有5米多。
傾斜為何不會倒?
關於比薩斜塔為何斜而不倒,專家們研究給出了答案:第一位建築師皮薩諾當時已瞭解到,建塔的地方與整個比薩城一樣,都處於一條河谷的沖積地上,土壤為粘土和砂土,再下面是潛水層,表面堅固層較薄。所以他對地基的地質結構並非一無所知,而且他在建至三層發現傾斜時,採取停工等待地基沉降穩定的做法已有效地解決了一些問題。
第二位建築師續建時,又注意到調整傾斜高度,同時採取措施,減輕塔身重量。
第三位建築師建築第七八層之間,鐘樓來個轉折,第八層傾向北面。建鐘樓時,還吸收了清真寺尖塔的一些特點,也沒設樓頂,以此減輕塔的重量和平衡傾斜。建築師的做法正是與在比薩城其他地方建培的做法相似。
在意大利的另一個城市佛羅倫薩,於1420年建造的聖瑪麗亞?德爾--斐奧雷大教堂,選址就在一片沼澤地上,土層更軟,下陷危險更大,但至今幾百年來絲毫沒有傾斜。一些專家學者由此推測出,比薩塔的傾斜是建築師意料之中,幾百年來斜塔斜而不倒與設計、建築者有關。
比薩斜塔的拯救
恢復比薩斜塔的主要方法是地基應力解除法,人們在斜塔傾斜的反方向(北側)塔基下面掏土,利用地基的沉降,使塔體的重心後移,從而減小傾斜幅度。
由於傾斜程度過於危險,比薩斜塔曾在1990年1月7日停止向遊客開放,經過11年的修繕,耗資約2500萬,斜塔被扶正44釐米,基本達到了預期的效果。專家認為,只要不出現不可抗拒的自然因素,經過修復的比薩斜塔,300年內將不會倒塌。2001年12月15日起再次向遊人開放。
由於比薩斜塔距離地中海較近,頻繁的暴雨襲擊讓重達14500噸的塔身受損和褪色。從2001年開始,一個10人的強力修復小組開始利用激光、鑿子和注射器清洗塔身,他們花費了八年零三個月的時間,清洗了24424塊石頭才讓這座獨立的八層鐘樓看起來煥然一新。
據媒體報道,意大利比薩斜塔在2001年至2013年間,傾斜程度減少了2.5釐米,看上去比薩斜塔似乎已經止住了傾斜的趨勢。
小結:比薩斜塔在建的時候才開始慢慢傾斜的,並不是故意建成傾斜的,據專家研究發現,比薩斜塔之所以會傾斜是因為地基下面的特殊土層導致。
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