地基不均匀沉降——意大利比萨斜塔

关于比萨斜塔倾斜的原因，早在18世纪记载当时就有两派不同见解：一派由历史学家兰尼里·克拉西为首，坚持比萨塔有意建成不垂直；另一派由建筑师阿莱山特罗领导，认为比萨塔的倾斜归因于它的地基不均匀沉降。 本世纪以来，一些学者提供了塔的基本资料和地基土的情况。比萨斜塔地基土的典型剖面如图2所示。由上至下，可分为8层： ①表层为耕植土，厚1 60m； ②第2层为粉砂，夹粘质粉士透镜体， 厚度 5.40m； ③第3层为粉土，厚3.0 m； 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： ①一③层为砂质粉质土； ④一⑦层为粘土层；⑧层为砂质土层。 地下水位深1.6m，位于粉砂层。 根据上述资料分析认为比萨钟塔倾斜的原因是： 比萨斜塔地基剖面图 （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，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，比萨斜塔的加固处理难度大，既要保持钟塔的倾斜，又要不扰动地基避免危险，还要加固地基，使斜塔安然无恙。有志之土如能研究出一个切实可行的．则是一大贡献。