✔ 最佳答案
時間:一一七三~ 一三七零年左右
地點:義大利
比薩基本資料
從地基到鐘樓的高度: 58.4公尺
地基的直徑: 19.6公尺
鐘塔向南的傾斜度: 5.5度
興建人:伯納諾.畢薩諾
穩定斜塔是一項非常細膩的工程,就像是醫師在治療一位體弱多病的老人一般,儘管不能聽診病人的胸腔,卻很清楚病患對每一種藥物都有令人憂心的反應。—克里實爾,一九八七年
想像一座高塔,建立在像海綿橡膠這樣柔軟的材質上,緩慢且無情地日漸傾斜將要倒塌的地步。此外 ,高塔的磚石結構也非常脆弱,隨著傾斜度日益增加,產生的應力已經逼近磚石的強度,隨時可能應聲而倒。若在傾斜那一側的地基灌漿或加固,恐怕導致高塔傾覆,然而利用纜索支撐或牽引,則可能會令磚石崩潰。
這段話精確地描繪出比薩斜塔目前岌岌可危的情況,該如何隱住斜塔,就成了土木工程學最大的挑戰。
但比薩斜塔不只是詭譎離奇的觀光勝景,更是建築上的瑰寶,就算沒有傾斜,也堪稱是中世紀歐洲最重要的建築成就。高塔位於主座教堂廣場,隸屬大教堂(主座教堂)、鐘塔(斜塔)、洗禮堂及墓地等四座耀眼的白色大型建築所構成的綜合建築群之一。興建鐘塔的用意和廣場上其他建築物一樣,皆是代表比薩這個富庶城邦的驕傲和榮耀,因而格外美麗、獨特、神秘。
興建細節
這座八層高的塔樓有五十八.四公尺高 .重一萬四千五百公噸,磚石打造的地基直徑為十九.六公尺.深及地平面以下五.五公尺,地基朝南向水平線傾斜了五.五度,因此鐘塔的第七層比一樓向外突出了四.五公尺
塔樓的建構形成是以列柱環繞一根中空的圓柱。圓柱內外兩則的表面是用大理石緊密的接合覆蓋而成,但這兩個牆面之間只有灰泥和石頭,因此出現了大量的空隙。一條螺旋狀的樓梯則在鐘塔牆壁的內側蜿蜒上升。
鐘塔地底共有壁壘分明的三層土壤。A層厚約十公尺,是鬆軟易變形的淤泥沈積物,在淺水中沈積還不到一萬年。B層是非常鬆軟且容易波動的海泥層,沈積三萬之久,深可達地底四十公尺。C層是緊密的沙質土壤,伸至地底極深處。
A層的地下水位在地底一公尺到兩公尺之間。根據在塔四周圍,甚至是鐘塔正下方所做許多土壤鑽探結果來看,B層的表面已經被鐘塔的重量壓成了碟影。由此可推演出鐘塔的平均沈陷是二.五到三公尺,顯示塔底土壤的壓縮性有多高。
興建史
鐘塔於一一七三年八月在「伯納諾.畢薩諾」的監督下動工興建。但在一一七八年左右,當第四層蓋到四分之一時突然叫停。停工的理由不得而知,但是若非當時及時打住,B層土壤的強度早已被無法承受這個負荷,而鐘塔也早就坍塌了。
約在一二七二年左右,西蒙在停擺了將近百年之後重新動工,這時候的泥土層已在鐘塔的重壓下強化,強度也增加了(盡管當時並不知道這一點)。到了一二七八年左右,可能是因為當地發生戰事,原本進行到第七層的工程又再度喊停。要是鐘塔在這個階段已經竣工,一定早就倒塌了。
等到一三六零年,泥土再經進一步強化,湯瑪索,畢薩諾在這時啟動鐘樓的工程,並於一三七零年左右完竣,距離鐘塔肇建之初,已相隔將近兩百年了。
很明顯地鐘樓比斜塔的其他部分更為挺直,因此在鐘樓的工程啟動時,高塔一定早已傾斜了。事實上,從斜塔第七層的簷口連接到鐘樓的地面,在南邊有六層階梯,在北邊卻只有四層。
傾斜的歷史
事實上,有證據顯示鐘塔在剛動工不久便已開始傾斜﹕塔樓的中心軸線並非筆直,而是向北傾斜。為了矯正斜度,每層樓的標高都使用了錐形的磚石砌塊,好把傾斜的中心軸線拉回來。
仔細分析磚石層的相對傾斜度,便能得知鐘塔傾斜的歷史。在第一階段工程的末期,鐘塔其實是向西北傾斜約四分之一度。後來工程從四樓向上推進時,鐘塔開始向南傾斜,因此到了一二七八年,工程進行到第七層的時候,鐘塔向西南傾斜零.六度左右。到了一三六零年,已經增加到大約一.六度。
先進的電腦儀器分析顯示,斜塔蓋完第七層,在加蓋鐘樓的時候,傾斜的速度急遽增加,就像是用模型砌磚在柔軟的地毯上疊高塔一般,或許已經到達了某個臨界高度,但是不管多麼小心都不能再繼續往上疊。而現在的斜塔已經到了它的臨界高度因此隨時都有倒塌的危險。
西元一八一七年,兩位英國建築師一條鉛垂線測量傾斜度,當時就發現塔樓已經傾斜了五度。接著在一八三八年時,建築師蓋瑞德斯加沿著斜塔底座的周圍掘了一條通道,想弄清楚,在塔樓沈陷傾斜之前,原來設計的圓柱底座以及地基的階梯是什麼樣子。結果因為開鑿的通道低於地下水位,使得南側發生地下水湧入的現象。有證據顯示,斜塔在這個時候又大幅度地斜了將近半度左右,形成了五.四度
精確的測量工作在一九一一年展開,量出鐘塔的傾斜度每年都不斷地持續增加,從一九三零年代中期開始,傾斜的速率已經加倍。到了一九九零年,傾斜的速率相當於每年高達一.五公釐的水平位移。
此外,任何人想在斜塔身上動手腳,最後總是弄巧成拙,反而使得傾斜度大幅增加。例如,一九三四年曾利用灌漿的方法強化地基磚石,結果使得鐘塔突然向南移動二將近十公釐,一九七零年代從下層砂土抽地下水,又讓斜塔再移動十二公釐。這些反應都證實了塔樓很容易失去平衡,任何一種穩定鐘塔的方法,都必須非常細膩。
穩定斜塔
一九九零年,因為帕維亞一座根本沒有傾斜的鐘塔倒塌了,義大利總理便成立了一個委員會,由傑米歐科夫斯基教授擔任主席,負責對穩定比薩斜塔的策略提供意見並加以執行。依照國際慣例,任何珍貴歷史古蹟的保存,都必須保留其基本特色,同時不能破壞古蹟的歷史和原工匠的技術。因此對斜塔的任何侵入性手段,都必須減至最低,而且無論採取哪一種永久性的穩定計畫,都絕不能架設任何明顯的支撐物,何況這種作法可能導致斜塔脆弱的磚石結構應聲而倒。
委員會所尋求的解決之道,必須能稍稍減低斜塔的傾斜度,儘管不是很明顯,卻能減磚石結構的壓力,穩定斜塔的地基。經過多年的研究、分析及大規模的試驗,終於採用了所謂土壤萃取的方法,要在斜塔地基北側的下方和旁邊安裝幾根土壤萃取管。
一九九九年二月,在一片令人屏息的緊張氣氛中,一部特殊的鑽孔機在嚴密的監視下,一步一步地慢慢從A層抽出少量的土壤。由於土壤質地鬆軟,每次抽取後所形成的空洞會慢慢地封閉,使得地表稍稍下沈,而斜塔也微微向北轉動。
土壤萃取的作業進行了兩年半,鐘塔的傾斜度減少了半度。如果斜塔再度開始向南傾斜,將來可能會再做一次土壤萃取。除了這個方法之外,在南側最脆弱的幾個地方,也做了限量的磚石強化。
這個方法把謎樣而美麗的鐘塔漸漸穩定下來,不但保存了斜塔的特色,也維持了它和底土之間耐人尋味的互動關係。