地基不均匀沉降一意大利比萨斜塔 爷世闻名的意大利比萨斜塔是建筑物顿斜的典型实例。 工程事故概况 比萨市位于意大利中部，而比萨斜塔位于比萨市北部，它是比萨大教堂的一座钟塔。在 大教意东南方向相更约54 比使斜塔是一座独立的建筑，周围空旷，比萨斜塔建迹，经历了三个时期： 第一期，自1173年9月8日至1178年，建至第4层，高度约29如时，因塔顿斜而停工， 第二期，钟塔维工中断94年后，于122年复工。至128年，建完第7层，高48 再次停工。 比萨斜塔全景 第三期，经第二次随工中断82年后，子1360年再复工，至1370年线工，全塔共八层， 高度为55a: 全塔总荷重钓为145心，塔身传递到地基的平均压力约500：Pa。目前塔北侧沉降量约 90em:南侧沉降量约270m。塔顿斜钓5,5”，十分严重。 比萨斜塔向南顿斜，塔溪离开垂直线的水平距离已达5.？，等于我国虎丘塔模斜日 塔项离开水平距离的2.3倍。幸亏比萨解塔的建筑材料大理石条石质量优，施工精细，尚 未发现塔身有裂缝。 比萨斜塔基础成面领斜值，经计算为0,093，即93%0，我国国家标准《建筑地基基留设 计规范》⑧7一89中规定：高耸结构基础的倾斜，当建筑物高度为：50如g100m时， 其允许值为0,006，即5%，目前比萨斜塔基础实际倾斜值己等于我国国家标准允许值的18 倍。由此可见。比萨斜塔顿斜己达到极危验的状志，随时有可能倒塌
地基不均匀沉降——意大利比萨斜塔 举世闻名的意大利比萨斜塔是建筑物倾斜的典型实例。 工程事故概况 比萨市位于意大利中部，而比萨斜塔位于比萨市北部，它是比萨大教堂的一座钟塔，在 大教堂东南方向相距约 25m。 比萨斜塔是一座独立的建筑，周围空旷， 比萨斜塔建造，经历了三个时期： 第一期，自 1173 年 9 月 8 日至 1178 年，建至第 4 层，高度约 29m 时，因塔倾斜而停工。 第二期，钟塔施工中断 94 年后，于 1272 年复工，至 1278 年，建完第 7 层，高 48m， 再次停工。 比萨斜塔全景 第三期，经第二次施工中断 82 年后，于 1360 年再复工，至 1370 年竣工，全塔共八层， 高度为 55m。 全塔总荷重约为 145MN，塔身传递到地基的平均压力约 500kPa。目前塔北侧沉降量约 90cm，南侧沉降量约 270cm，塔倾斜约 5.5°，十分严重。 比萨斜塔向南倾斜，塔顶离开垂直线的水平距离已达 5．27m，等于我国虎丘塔倾斜后 塔顶离开水平距离的 2．3 倍。幸亏比萨斜塔的建筑材料大理石条石质量优，施工精细，尚 未发现塔身有裂缝。 比萨斜塔基础底面倾斜值，经计算为 0.093，即 93％0,我国国家标准《建筑地基基础设 计规范》GBJ 7－89 中规定：高耸结构基础的倾斜，当建筑物高度 Hg 为：50m<Hg≤100m 时， 其允许值为 0.005，即 5％。目前比萨斜塔基础实际倾斜值已等于我国国家标准允许值的 18 倍。由此可见，比萨斜塔倾斜已达到极危险的状态，随时有可能倒塌
3O9世钾植士亚 粉砂) 7.00 m》 上层精主 Wa-6556 y-一25 一175 中同枯上 24.s0 中土山 下层格上 秒土 00 比萨斜塔地基副面图 2.事故原因分析 关于比萨斜塔顿斜的原因，早在18世纪记载当时就有两藏不同见解；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额导，认为 比萨塔的顿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副 面如图2所示，由上至下，可分为8层 表层为耕植土，厚160 第2层为粉砂，夹粘质粉士透镜体，厚度5.40 ③第3层为粉士，厚3.0n: ①第4层为上层粘土，厚度105a ⑤第5层为中间粘土，厚为5.0a: ®第6层为砂士，厚为20 ⑦第7层为下层粘土，厚度125a @第8层为砂土，厚度超过00 有人将上述8层土合为3大层： ①一@层为砂质粉质士： ④一⑦层为粘土层：⑧层为砂质土层：
比萨斜塔地基剖面图 2．事故原因分析 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： 表层为耕植土，厚 1 60m； 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1.6，位于粉砂层 根据上述货料分析认为比萨钟塔颜斜的原因是： (1)钟塔基驻底而位于第2层粉砂中。 庵工不慎，南侧粉砂局部外挤，造成偏心萄载，使塔南侧附加应力大于北侧，导致塔向 南颜斜。 (2)塔基底压力高达500Pa,超过特力层粉砂的承载力，地基产生塑性变形，使塔下 沉。塔南侧接触压力大于北侧，南侧里性麦形必然大于北侧，使塔的顿斜加期。 (3)钟塔地基中的粘土层厚达近30加，位于地下水位下，星饱和状态。在长期重背作 用下，土体发生辑变。也是钟塔维续缓慢横解的一个原因。 (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，这是钟塔领斜的重 要原因。在的年代后期与0年代早期，观察地下水位下降，同时钟塔的顿鲜率增加。当天 然地下水恢复后，则钟塔的横料半也回到常植。 3.事故处理方法 (1)卸荷处理 为了减轻钟塔地基蒋重，188年至183的年，于钟塔同国开挖一个环形基坑。基坑宽度 约3.5a。北侧深0.9如。南侧深2.7■。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。基坑外围用线整的条石垂直向脚筑。基坑面面以外地面平坦。 (2)防水与灌水泥絷 为防止用水下渗，于1933一935年对环型基坑做防水处理，同时对基瑞环周用水泥聚 加强 (3)为新止比萨斜塔散架，于1992年了月开始对塔身加倒。 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，比萨斜塔费在斜，因为1590年侧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，比萨斜塔的加因处理难度大，既要保持钟塔的模料，又要不扰 动地基道免危险，还要如固地基，使斜塔安然无卷。有志之土如能研究出一个切实可行的方 案，则是一大贡献
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： （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方 案．则是一大贡献