地基處理實例——比薩斜塔糾偏工程

1、 地基處理實例 比薩斜塔糾偏工程斜塔簡介 比薩斜塔（意大利語：Torre pendente di Pisa或Torre di Pisa）是意大利比薩城大教堂的獨立式鐘樓，于意大利托斯卡納省比薩城北面的奇跡廣場上。鐘樓始建于1173年，設(shè)計為垂直建造，但是在工程開始后不久（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志，1987年它和相鄰的大教堂、洗禮堂、墓園一起因其對11世紀至14世紀意大利建筑藝術(shù)的巨大影響，而被聯(lián)合國教育科學(xué)文化組織評選為世界遺產(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1 .8m , 塔頂中心偏移已達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，比薩斜塔在幾個世紀以根據(jù)現(xiàn)有的文字記載，比薩斜塔在幾個世紀以來的傾斜是緩慢的，它和它地基下方的土層實來的傾斜是緩慢的，它和它地基下方的土層實際上達到了某種程度上的平衡。在建造的第一際上達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，鐘塔向北傾斜約層結(jié)束時，鐘塔向北傾斜約1/4，在，在第二階段由于糾偏過度，第二階段由于糾偏過度，1278年第年第7層完成時層完成時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增加到時增加到1.6。1817年，兩位英國學(xué)者年，兩位英國學(xué)者Cresy和和Taylor用鉛垂線測量傾斜，那時的結(jié)果是用鉛垂線測量傾斜，那時的結(jié)果是5。1550年年Giorgio Vasari的勘測與的勘測與1817年年Cresy和和Taylor的勘測之間相隔的勘測之間相隔267年，傾斜僅增加年，傾斜僅增加了了5厘米。因此人們也沒有對斜塔進行特意的厘米。因此人們也沒有對斜塔進行特意的維修。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，對地面的平均壓強為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 比薩斜塔為什么會傾斜，專家們曾為此爭論不休。尤其是在14世紀，人們在兩種論調(diào)中徘徊，比薩斜塔究竟是建造過程中無法預(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。進入20世紀，隨著對比薩斜塔越來越精確的測量、使用各種先進設(shè)備對地基土層進行的深入勘測，以及對歷史檔案的研究，一些事實逐漸浮出水面：比薩斜塔在最初的設(shè)計中本應(yīng)是垂直的建筑，但是在建造初期就開始偏離了正確位置。 比薩斜塔之所以會傾斜，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。這個結(jié)論是在對地基土層成份進行觀測后得出的。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)在建造時便已經(jīng)沙化和下沉。 比薩斜塔在建筑的過程中就已出現(xiàn)傾斜，比薩斜塔在建筑的過程中就已出現(xiàn)傾斜，原本是一個建筑敗筆，卻因禍得福成為世原本是一個建筑敗筆，卻因禍得福成為世界建筑奇觀，伽利略的自由落體試驗更使界建筑奇觀，伽利略的自由落體試驗更使其蜚聲世界，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的游客，因而它也每天都吸引著成千上萬的游客，因而它也是比

6、薩市的經(jīng)濟支柱。但隨著時間的推移，是比薩市的經(jīng)濟支柱。但隨著時間的推移，斜塔傾斜角度的逐漸加大，到上個世紀九斜塔傾斜角度的逐漸加大，到上個世紀九十年代，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)閉對游人的開放，利政府關(guān)閉對游人的開放，1992年成立比年成立比薩斜塔拯救委員會，向全球征集解決方案。薩斜塔拯救委員會，向全球征集解決方案。 方案征集 查閱1996 年的文獻, 據(jù)Prof .Burland 答記者問時稱, 當(dāng)時斜塔拯救委員會提出的掏土方案是借鑒墨西哥城天主教堂的糾偏經(jīng)驗, 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, 這種方案對施工場地的要求很高, 套管細長, 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，但都未見效。最終拯救比薩斜塔的，是一項看似見效。最終拯救比薩斜塔的，是一項看似簡單的新技術(shù)簡單的新技術(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針對針對比薩斜塔的傾斜惡化問題提出，當(dāng)時稱為比薩斜塔的傾斜惡化問題提出，當(dāng)時稱為“掏土法掏土法”，由于顯得不夠深奧而遭長期，由于顯得不夠深奧而遭長期擱置，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，又被重新得到認識和采納。中成功應(yīng)用，又被重新得到認識和采納。比薩斜塔拯救工程于比薩斜塔拯救工程于1999年年10月開始，月開始，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

9、。斜塔重心在重力的作用下逐漸向北側(cè)移動。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放，一個關(guān)閉了十年的比薩斜塔又重新開放，一個世紀的愿望終于實現(xiàn)了。世紀的愿望終于實現(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，得到了一致認可和廣泛應(yīng)用，目前已法擺脫了偏見，得到了一致認可和廣泛應(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成為建筑界最常規(guī)的糾偏方法。在比薩斜塔的拯救過程中，我國建筑專家劉祖德教授，曾多次向

10、比薩斜塔程中，我國建筑專家劉祖德教授，曾多次向比薩斜塔拯救委員會建議采用地基應(yīng)力解除法，起到了積極的拯救委員會建議采用地基應(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“移動移動”漢口取水樓長航宿舍的八層樓房：傾斜率從漢口取水樓長航宿舍的八層樓房：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，劉祖年來，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、廣東等全國座高樓糾偏扶正，其足跡踏遍湖北、廣東等全國15個省市，僅武漢地區(qū)被糾偏的樓房就有個省市，僅武漢地區(qū)被糾偏的樓房就有80多座，為多座，為國家挽回經(jīng)濟損失近國家挽回經(jīng)濟損失近5億元。億元。參考文獻1、劉祖德，葉勇，比薩斜塔的最新動向及糾偏方案探討，土工基礎(chǔ)，2000年3月，第14卷第