地基處理實(shí)例——比薩斜塔糾偏工程

1、 地基處理實(shí)例 比薩斜塔糾偏工程斜塔簡(jiǎn)介 比薩斜塔（意大利語(yǔ)：Torre pendente di Pisa或Torre di Pisa）是意大利比薩城大教堂的獨(dú)立式鐘樓，于意大利托斯卡納省比薩城北面的奇跡廣場(chǎng)上。鐘樓始建于1173年，設(shè)計(jì)為垂直建造，但是在工程開(kāi)始后不久（1178年），便由于地基不均勻沉降和土層松軟而傾斜，1372年完工，塔身傾斜向東南。比薩斜塔是比薩城的標(biāo)志，1987年它和相鄰的大教堂、洗禮堂、墓園一起因其對(duì)11世紀(jì)至14世紀(jì)意大利建筑藝術(shù)的巨大影響，而被聯(lián)合國(guó)教育科學(xué)文化組織評(píng)選為世界遺產(chǎn)。舉世聞名的比薩斜塔, 建于公元1173 1350 年, 歷經(jīng)800 年風(fēng)雨, 最大沉

2、降量3m , 沉降差達(dá)1 .8m , 塔頂中心偏移已達(dá)5 .5m 以上,剛體傾角為530(1991), 剛體傾斜速率46/年, 至今尚未穩(wěn)定。史料記載根據(jù)現(xiàn)有的文字記載，比薩斜塔在幾個(gè)世紀(jì)以根據(jù)現(xiàn)有的文字記載，比薩斜塔在幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)的傾斜是緩慢的，它和它地基下方的土層實(shí)來(lái)的傾斜是緩慢的，它和它地基下方的土層實(shí)際上達(dá)到了某種程度上的平衡。在建造的第一際上達(dá)到了某種程度上的平衡。在建造的第一階段第階段第3層結(jié)束時(shí)，鐘塔向北傾斜約層結(jié)束時(shí)，鐘塔向北傾斜約1/4，在，在第二階段由于糾偏過(guò)度，第二階段由于糾偏過(guò)度，1278年第年第7層完成時(shí)層完成時(shí)反而向南傾斜約反而向南傾斜約0.6，1360年建造頂層鐘

3、房年建造頂層鐘房時(shí)增加到時(shí)增加到1.6。1817年，兩位英國(guó)學(xué)者年，兩位英國(guó)學(xué)者Cresy和和Taylor用鉛垂線測(cè)量?jī)A斜，那時(shí)的結(jié)果是用鉛垂線測(cè)量?jī)A斜，那時(shí)的結(jié)果是5。1550年年Giorgio Vasari的勘測(cè)與的勘測(cè)與1817年年Cresy和和Taylor的勘測(cè)之間相隔的勘測(cè)之間相隔267年，傾斜僅增加年，傾斜僅增加了了5厘米。因此人們也沒(méi)有對(duì)斜塔進(jìn)行特意的厘米。因此人們也沒(méi)有對(duì)斜塔進(jìn)行特意的維修。維修。數(shù)據(jù) 比薩斜塔從地基到塔頂高58.36米，從地面到塔頂高55米，鐘樓墻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2

4、85平方米，對(duì)地面的平均壓強(qiáng)為497千帕。目前的傾斜約10%，即5.5度，偏離地基外沿2.3米，頂層突出4.5米。 1178年首次發(fā)現(xiàn)傾斜。傾斜的原因和趨勢(shì) 比薩斜塔為什么會(huì)傾斜，專家們?cè)鵀榇藸?zhēng)論不休。尤其是在14世紀(jì)，人們?cè)趦煞N論調(diào)中徘徊，比薩斜塔究竟是建造過(guò)程中無(wú)法預(yù)料和避免的地面下沉累積效應(yīng)的結(jié)果，還是建筑師有意而為之。進(jìn)入20世紀(jì)，隨著對(duì)比薩斜塔越來(lái)越精確的測(cè)量、使用各種先進(jìn)設(shè)備對(duì)地基土層進(jìn)行的深入勘測(cè)，以及對(duì)歷史檔案的研究，一些事實(shí)逐漸浮出水面：比薩斜塔在最初的設(shè)計(jì)中本應(yīng)是垂直的建筑，但是在建造初期就開(kāi)始偏離了正確位置。 比薩斜塔之所以會(huì)傾斜，是由于它地基下面土層的特殊性造成的。比薩

5、斜塔下的有好幾層不同材質(zhì)的土層，各種軟質(zhì)粉土的沉淀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(gè)結(jié)論是在對(duì)地基土層成份進(jìn)行觀測(cè)后得出的。最新的挖掘表明，鐘樓建造在了古代的海岸邊緣，因此土質(zhì)在建造時(shí)便已經(jīng)沙化和下沉。 比薩斜塔在建筑的過(guò)程中就已出現(xiàn)傾斜，比薩斜塔在建筑的過(guò)程中就已出現(xiàn)傾斜，原本是一個(gè)建筑敗筆，卻因禍得福成為世原本是一個(gè)建筑敗筆，卻因禍得福成為世界建筑奇觀，伽利略的自由落體試驗(yàn)更使界建筑奇觀，伽利略的自由落體試驗(yàn)更使其蜚聲世界，成為世界著名旅游觀光圣地，其蜚聲世界，成為世界著名旅游觀光圣地，每天都吸引著成千上萬(wàn)的游客，因而它也每天都吸引著成千上萬(wàn)的游客，因而它也是比

6、薩市的經(jīng)濟(jì)支柱。但隨著時(shí)間的推移，是比薩市的經(jīng)濟(jì)支柱。但隨著時(shí)間的推移，斜塔傾斜角度的逐漸加大，到上個(gè)世紀(jì)九斜塔傾斜角度的逐漸加大，到上個(gè)世紀(jì)九十年代，已瀕于倒塌。十年代，已瀕于倒塌。1990年年1月月7日意大日意大利政府關(guān)閉對(duì)游人的開(kāi)放，利政府關(guān)閉對(duì)游人的開(kāi)放，1992年成立比年成立比薩斜塔拯救委員會(huì)，向全球征集解決方案。薩斜塔拯救委員會(huì)，向全球征集解決方案。 方案征集 查閱1996 年的文獻(xiàn), 據(jù)Prof .Burland 答記者問(wèn)時(shí)稱, 當(dāng)時(shí)斜塔拯救委員會(huì)提出的掏土方案是借鑒墨西哥城天主教堂的糾偏經(jīng)驗(yàn), 采用內(nèi)徑150mm 的套管, 以與水平夾角30 度的方向鉆入，孔口距塔軸線近20m

7、, 注意到基礎(chǔ)的圓形輪廓, 這種方案對(duì)施工場(chǎng)地的要求很高, 套管細(xì)長(zhǎng), 不易操作, 掏土部位及掏土量也不易掌握。該方案并未付諸實(shí)施。比薩斜塔糾偏加固示意(1996年的方案)斜塔的拯救，歷經(jīng)的很多的方案，但都未斜塔的拯救，歷經(jīng)的很多的方案，但都未見(jiàn)效。最終拯救比薩斜塔的，是一項(xiàng)看似見(jiàn)效。最終拯救比薩斜塔的，是一項(xiàng)看似簡(jiǎn)單的新技術(shù)簡(jiǎn)單的新技術(shù)地基應(yīng)力解除法。其原地基應(yīng)力解除法。其原理是，在斜塔傾斜的反方向（北側(cè)）塔基理是，在斜塔傾斜的反方向（北側(cè)）塔基下面掏土，利用地基的沉降，使塔體的重下面掏土，利用地基的沉降，使塔體的重心后移，從而減小傾斜幅度。該方法于心后移，從而減小傾斜幅度。該方法于1962

8、 年，由意大利工程師年，由意大利工程師Terracina針對(duì)針對(duì)比薩斜塔的傾斜惡化問(wèn)題提出，當(dāng)時(shí)稱為比薩斜塔的傾斜惡化問(wèn)題提出，當(dāng)時(shí)稱為“掏土法掏土法”，由于顯得不夠深?yuàn)W而遭長(zhǎng)期，由于顯得不夠深?yuàn)W而遭長(zhǎng)期擱置，直到該法在墨西哥城主教堂的糾偏擱置，直到該法在墨西哥城主教堂的糾偏中成功應(yīng)用，又被重新得到認(rèn)識(shí)和采納。中成功應(yīng)用，又被重新得到認(rèn)識(shí)和采納。比薩斜塔拯救工程于比薩斜塔拯救工程于1999年年10月開(kāi)始，月開(kāi)始，采用斜向鉆孔方式，從斜塔北側(cè)的地基下采用斜向鉆孔方式，從斜塔北側(cè)的地基下緩慢向外抽取土壤，使北側(cè)地基高度下降，緩慢向外抽取土壤，使北側(cè)地基高度下降，斜塔重心在重力的作用下逐漸向北側(cè)移動(dòng)

9、。斜塔重心在重力的作用下逐漸向北側(cè)移動(dòng)。2001年年6月，傾斜角度回到安全范圍之內(nèi)，月，傾斜角度回到安全范圍之內(nèi)，關(guān)閉了十年的比薩斜塔又重新開(kāi)放，一個(gè)關(guān)閉了十年的比薩斜塔又重新開(kāi)放，一個(gè)世紀(jì)的愿望終于實(shí)現(xiàn)了。世紀(jì)的愿望終于實(shí)現(xiàn)了。拯救辦法地基應(yīng)力解除法 地基應(yīng)力解除法糾偏比薩斜塔示意圖比薩斜塔的拯救，作為經(jīng)典范例，也使地基應(yīng)力解除比薩斜塔的拯救，作為經(jīng)典范例，也使地基應(yīng)力解除法擺脫了偏見(jiàn)，得到了一致認(rèn)可和廣泛應(yīng)用，目前已法擺脫了偏見(jiàn)，得到了一致認(rèn)可和廣泛應(yīng)用，目前已成為建筑界最常規(guī)的糾偏方法。在比薩斜塔的拯救過(guò)成為建筑界最常規(guī)的糾偏方法。在比薩斜塔的拯救過(guò)程中，我國(guó)建筑專家劉祖德教授，曾多次向

10、比薩斜塔程中，我國(guó)建筑專家劉祖德教授，曾多次向比薩斜塔拯救委員會(huì)建議采用地基應(yīng)力解除法，起到了積極的拯救委員會(huì)建議采用地基應(yīng)力解除法，起到了積極的作用。劉祖德在作用。劉祖德在1989年用年用“地基應(yīng)力解除法地基應(yīng)力解除法”成功成功“移動(dòng)移動(dòng)”漢口取水樓長(zhǎng)航宿舍的八層樓房：傾斜率從漢口取水樓長(zhǎng)航宿舍的八層樓房：傾斜率從1.3%降為降為0.63%，沉降速度減慢一半。，沉降速度減慢一半。18年來(lái)，劉祖年來(lái)，劉祖德教授和他的課題組用德教授和他的課題組用“地基應(yīng)力解除法地基應(yīng)力解除法”，成功地，成功地為為149座高樓糾偏扶正，其足跡踏遍湖北、廣東等全國(guó)座高樓糾偏扶正，其足跡踏遍湖北、廣東等全國(guó)15個(gè)省市，僅武漢地區(qū)被糾偏的樓房就有個(gè)省市，僅武漢地區(qū)被糾偏的樓房就有80多座，為多座，為國(guó)家挽回經(jīng)濟(jì)損失近國(guó)家挽回經(jīng)濟(jì)損失近5億元。億元。參考文獻(xiàn)1、劉祖德，葉勇，比薩斜塔的最新動(dòng)向及糾偏方案探討，土工基礎(chǔ)，2000年3月，第14卷第