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比薩斜塔都在直回來,這個世界還有什么是可以相信的

發布時間:2023-03-28 11:54   來源:IT之家   閱讀量:18123   

右側的塔看起來比左側的更斜,不過兩張圖中的斜塔其實完全一樣。這被稱為“斜塔錯覺”

在中文報道里,經常用這樣一句話描述比薩斜塔“200 年爛尾,600 年危樓”。這句話完美地概括了比薩斜塔的建造和維護歷史。

二七

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故事還要從比薩斜塔剛開始建造時說起,當然,那時它還不叫“比薩斜塔”,作為同樣潔白美麗的比薩城大教堂的獨立式鐘樓,本應該靜靜豎立在比薩城北面的奇跡廣場。1173 年,鐘樓正式開工,但隨著鐘樓逐漸修建起來,人們發現,塔身似乎是歪的。

不過,當時的比薩人民似乎沒有把這當成多么重要的事情??赡苁撬麄儭傲晳T了”—— 據說當時比薩有幾座鐘樓在建造初期都或多或少地歪斜過,不過在建造完成后,大多鐘樓還是能自然保持直立了。

這與當時的建造技術有關,那時還沒有地基勘探的概念,然而比薩的地質狀況對建筑來說堪稱困難模式。

比薩建在沿海平原上,一條名為 Arno 河穿過城市,北面還鄰著 Auser 河,在過去的幾千年里,每次河水泛濫,都會在這里留下松散的河漫灘沉積物,大多是很細的沙?;蚴丘ね?。這些細砂和黏土一層層鋪在平原上,比薩就建立在這些沉積物上面。這樣的土層本就過于無法提供足夠的強度。更麻煩的是,比薩地區的地下水位非常高,尤其在建造比薩鐘樓的位置,地下水位僅低于地面一米多,使得土層更加不穩定。

在這樣的情況下,可以說只要沒有倒塌的塔,就是好塔。

開工 5 年后,比薩斜塔已經建到了第三層時,塔已經很明顯地向北歪斜了。此時,比薩斜塔迎來了自己命運的第一個轉機:比薩斜塔暫時停止了修建。

一百年后,鐘樓再次開工,此時的比薩斜塔只是向北傾斜大約 0.2 度,塔的最高處偏離中心點 18 厘米。好運的是,雖然看起來耽誤了一百年,但這或許恰好讓比薩斜塔存活了下來。這一百年的時間里,比薩斜塔自身的重力讓下層的土壤更加緊實,而現代的分析表明,如果在下層土壤穩固前施工,塔肯定會倒塌。

顯然,建筑師也不愿意放任鐘樓永遠歪斜下去,決定“邊建邊修”。就像摞積木時一樣,如果摞起來的積木歪了,我們常常把接下來的積木放得往另一個方向偏一些,試圖平衡之前的偏差。當時的建筑師也做了類似的嘗試,為了補償,他們將接下來每一層的北側都建得比南側更高一些,還調整了承重柱的粗細,以及墻體的薄厚。

最終,比薩鐘樓的確不再向北傾斜了,而是改為了向南傾斜,傾斜的角度還變大了。

這引出了一個冷知識 —— 比薩斜塔其實不是直的,而是類似“香蕉型”,是彎的。

當比薩斜塔封頂時,建筑團隊還特地將鐘樓最頂層的一層建成了和地面平行的樣子,“許愿”鐘樓能夠慢慢恢復直立。然而當 1370 年,比薩斜塔終于斷斷續續地修建完成,向南傾斜的趨勢已經非常明顯了。完工時,這座高近 60 米的白塔的塔頂,已經偏離中心 2.1 米,而且還在持續傾斜。

達摩克里斯之劍

比薩斜塔經歷 200 終于建成,這份潔白的美麗與傾而不倒的神奇樣貌引來了如織的訪客。不過政府依然擔心,比薩斜塔會不會越來越斜、最終倒下。于是,比薩斜塔迎來了它為期 600 年的維護之旅。遺憾的是,大部分努力甚至使得傾斜更加嚴重,區別只在于是故意的還是不小心。

例如,1838 年,建筑師亞歷山德?德拉蓋拉爾代斯卡決定在塔身南側開挖一條步道,讓沉下去的柱子底座和臺階露出來。然而這一步道導致南側地下水位升高,傾斜度增加了 0.25 度,塔頂又多偏了 20 厘米。

1934 年,墨索里尼覺得一座斜塔丟了意大利的臉面,于是采取了更加簡單粗暴的手段:在塔底周圍打了 361 個洞,注入了共計 80 噸水泥漿。這原本是為了強化塔基的結構,然而水泥灌注結束后,塔身傾斜得更嚴重了。

除了諸如此類的“維修”工作影響之外,塔體本身還一直在自然增加傾斜的角度,據估算,每年比薩斜塔的傾角平均會增加 5 角秒。物理學家曾根據塔身的重量和高度做過計算,認為當塔的傾角超過 5.44 度時就會倒塌。

在很長一段時間里,由于擔心影響鐘樓整體的穩定性,禁止敲響比薩斜塔塔頂的鐘

一把達摩克里斯之劍懸在所有人心頭。1990 年,比薩斜塔的傾角達到了 5.5 度,從計算結果來看,這座塔已經是一座名副其實的“危樓”了。同時,另一個預兆般的事故也讓政府陷入了恐慌:1989 年,建于 12 世紀的帕維亞市民塔倒塌,這座塔的砌體與比薩斜塔相似。綜合考慮之下,政府最終決定停止向公眾開放比薩斜塔,而拯救塔樓的任務落在了專項委員會身上。

委員會的方案包括兩部分:臨時穩定措施和最終穩定措施。

作為臨時穩定措施,施工團隊給比薩斜塔的一二層加了一圈鋼筋的“束腰”,并在底層鋪設了一圈混凝土環,來穩定比薩斜塔的內部結構。之后,他們在塔的北側堆了 600 噸鉛塊作為配重,想靠這份重量,把塔“壓”下去。

這次的效果令人驚喜,1994 年 7 月,塔身的傾角減少了 52 角秒 —— 這還是比薩斜塔第一次“直”回來了一些。

但讓美麗的白塔被鉛塊包圍畢竟不是長久之計。為了取代鉛塊,委員會決定布置 10 根錨桿,扎入地下 40 多米。但想要埋下長錨桿,就必須控制住地下水。為此,委員會有了一個“絕妙”的點子:用液氮凍結住地下水,為安裝錨桿做準備。

然而他們忽略了一個重要的問題:水結冰后體積會變化。當地下水解凍后,塔身開始以每天 3~4 角秒的速度加速向南傾斜,一天增加的傾角直接接近了此前一年的量。這嚇壞了所有人,計劃立刻停止。這一天還被稱為比薩斜塔的“黑色九月”,為了停止傾斜的趨勢,鉛塊不僅沒減少,還增加到了 900 噸。

1998 年加了鉛塊的比薩斜塔,的確有點丑
命運般的轉變

就像所有故事情節一樣,經歷了如此多的波折,比薩斜塔終于迎來了它“命運般的時刻”。這次,委員會請來了英國帝國理工大學名譽教授約翰?伯蘭。伯蘭沒有選擇施加外力,將塔“掰”回來,而是決定從塔的北部挖掉一些土,期待能依靠塔自身的重力,讓塔自己直回來。

從 1998 開始,工程團隊小心翼翼地在比薩斜塔北部地面嘗試打了幾個鉆孔進行實驗。1999 年,在布設了一百多個傳感器檢測塔身的變化后,團隊小心地開始了工作。為了盡可能減緩對塔的干擾,團隊每天只會移除幾十千克的土壤。

伯蘭的工程示意圖

這一招的確很出乎意料,同時也出乎意料地好用。到 2001 年完工時,北側共計移除了 77 噸土壤,而斜塔也扶正了近 40 厘米,整體恢復到了 1838 年的水平。

借助這次施工,伯蘭發現了塔持續傾斜的原因。他發現,地下水位會隨季節上下明顯波動。每年雨季,北側的水位都會升高,使得塔身向南傾斜。為了解決這一問題,伯蘭在斜塔北側引入了一套全新的排水系統,隔絕了地下水的影響。

終于,比薩斜塔不再爛尾,也不再是那座危樓了。到今天,比薩斜塔的傾角已經略低于 4 度,從 2001 年以來,塔身已經直立了約 4.8 厘米。去年 12 月,委員會的巖土工程師團隊剛剛重新評估了比薩斜塔的狀況,他們對比薩斜塔的現狀十分滿意:“考慮到這是一名 850 歲的患者,傾斜約 5 米,下沉量超過 3 米,比薩斜塔的健康狀況非常好?!?/p>

人們依然能和斜塔拍這樣的經典游客照,而且很可能還能拍很久

就這樣,經歷了大大小小許多次戰爭,和至少四次強烈地震后,比薩斜塔依然斜立在奇跡廣場。令人唏噓的是,曾導致比薩斜塔歪斜的軟弱土層,或許從地震中保護了比薩斜塔。2019 年的一項研究首次評估了比薩斜塔卓越的抗震性能。按理說,中等震級的地震就足以摧毀這樣一座“脆弱”的斜塔。但塔的高度、剛度與地基的軟土相結合,共同組成了一種“土壤-建筑結構”動態相互作用,當地震發生時,塔身不至于與地面發生共振。

在此之后,就像當初緩慢傾斜的過程一樣,比薩斜塔正在緩慢地“直”回來。只不過這個速度非常慢,即使這種趨勢能一直持續下去,完全直回來也還得等上上千年。伯蘭自己也對這個結果非常滿意,畢竟“這個項目有兩種結果是我們絕對無法接受的,其中一個是塔完全直了回來”。

你的人生:大多數努力都只是在讓事情變得更糟,直到那個命運般的選擇到來。

同樣是你的人生:所有東西都不對勁,但總能莫名其妙地支棱下去。

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(責編:蘇婉蓉)

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