不倒的比萨斜塔

也夫

有这么一座塔，倾斜了八百年依然不倒。它，或许迟早会倒塌掉，或许永远也不会到，这就是著名的比萨斜塔。
比萨斜塔位于意大利北部的比萨城，小镇上人很少，却涌入了远道而来的世界游客，他们不是为了看小镇，也不是为了观赏托斯卡纳的山水人文，而是为了看那座不倒的斜塔。原本，斜塔仅仅是比萨小镇奇迹广场上一组宗教建筑中的一个钟楼，是这组建筑的陪体，但现在却成了众目睽睽的焦点，唯一的原因就是由于它“斜而不倒”。比萨斜塔正如它所在的奇迹广场，成为了真正的“奇迹”。

在一个晴朗的下午，随同游客鱼贯穿过一座罗马式拱门进入广场，首先看到的是两栋高大的白色宗教建筑，一栋为圆筒形穹顶的比萨洗礼堂，另一栋为长方形、梯形、三角形堆叠起来的比萨大教堂，视线绕过这两栋建筑，在其斜后方伫立着罗马式圆柱形钟楼，这就是著名的比萨斜塔了。
为何，一个如此小城存有世界级别的建筑？为何，比萨塔成为了斜塔？为何，它倾斜了八百年而不倒？又为何，比萨人和世界游客对其钟爱有加？这或许是所有到这里来的人都有的疑问。

1

比萨斜塔位于意大利托斯卡纳省比萨城北部的奇迹广场，广场的大片草坪上建有大教堂、洗礼堂、钟楼和墓园等宗教建筑，比萨塔是这组建筑的钟楼。中世纪的欧洲，钟楼建筑比比皆是。其作用平时敲钟召唤信徒，战时登塔瞭望观察敌情。
中世纪的意大利号称是海上共和国，当时有八个并存并各具优势的城邦。其中阿马尔菲、比萨、热那亚和威尼斯都曾经鼎盛一时。公元十世纪，比萨共和国达到了鼎盛，拥有强大的商船舰队和海军舰队。他们频繁赢得对外战争的胜利，积累了大量财富，是地中海地区最为重要的商业中心。当时比萨大公为了纪念比萨城邦的繁华盛世，彰显财富并收藏战利品，决定修建一组教堂，比萨塔应运而生。

比萨塔建造于1173年，由意大利著名建筑师那诺·皮萨诺主持修建，建到第三层正在建第四层的时候，工程被叫停。停工的原因史料上并没有确切记载，或许是发现塔身倾斜，或许是比萨大公政治或外交方面出现了问题。但客观上，这次停工保护了比萨塔，如果比萨塔在倾斜的状态下一次建成，势必会造成因地基承载力不足或者蠕变不充分而倾覆。停工遥遥无期，主创设计师皮萨诺有生之年仅看到自己留下的一座烂尾钟楼。1272年，时隔近百年比萨塔复工，五年后建到第七层时因战争再次停工，有记录说当时建到第七层时曾经在这里做了宗教活动。又时隔八十年后，1360年皮萨诺家族的另一位工程师汤玛索·皮萨诺承担起了修塔重任，他首先强化了泥土，加固了地基，于1370年比萨斜塔终于竣工。
原设计比萨塔高60米，最终建成的比萨塔塔高54.5米，直径16米，共有八层。底层和顶层结构不同，中间各层结构完全相同。比萨塔呈圆筒形，塔身1~6层采用优质大理石，每块大理石做工完整，表面精心打磨成圆弧形，将塔身拼接成精准的圆形。为减轻塔身重量，塔顶上的7~8层采用砖和轻石料筑成。

2

有人说，比萨塔的倾斜是设计师有意为之，“因倾斜而美”才是比萨塔的真正价值。这种说法最早由十八世纪一位意大利历史学家提出，现在也有一些人赞同这种观点。实际上，比萨塔最早的设计是垂直的，出现倾斜并非设计师有意为之。尽管如此，比萨人最反感的是将其倾斜完全纠正，只有倾斜才是比萨塔的价值所在。
有人说，比萨塔的倾斜是由于基础不稳定，受基础地质不均匀沉降所致。这一观点得到了国际大多数研究人士的认可，拯救方案也多从这个角度入手。比萨塔位于一片滩涂之上，是地中海海水退缩形成的陆地。在亿万年的固化过程中，基础沉积了种植土层、沙土层、水饱和性粘土层、地下水层等复杂的层级，抗压后容易变形，造成不均匀沉降。

有人说，比萨斜塔不倒是由于采用了优质大理石砌筑，并结合了完美的粘合、砌筑工艺。比萨地区原本就是著名的大理石材产区，当地优质大理石至今在国际上享有极高的声誉。一些研究者认为，比萨塔选用的大理石石材，抗挠曲变形能力极强，修筑的工匠熟练掌握罗马时期传承下来的砌筑工艺，两者结合使得比萨塔材料完美地结合在一起，能承受负载偏心最高5度的倾斜。
有人说，比萨塔倾斜而不倒，是由于它的建成周期长达两百年，如果一次性建成早就因负载不稳倒塌了。我们知道，土壤是一种典型的弹塑性材料，具有自我修正应力的功能。比萨塔第一次建到三层半后停工近百年，塔基松软的海泥层土壤慢慢地适应了塔身重量。第二次开工几乎与第一次同样的高度，又停工长达百年之久。两次停工，基础的弹塑性很好地对塔身进行了自我修正，这或许是比萨塔“斜而不倒”的原因之一。
还有人说，比萨斜塔之所以不倒，更多的是得益于基础松软的土壤。塔的自身有机地与基础沉降结合，基础虽不稳固但具有弹性和韧劲儿，有极强的缓冲和自身修复能力。1978年比萨发生了大地震，周边建筑毁损严重，比萨塔也在地震中剧烈晃动了二十多分钟，但安然无恙，原因就是因为基础的沙子和粘土特性修改了斜塔的震动属性。

3

尽管比萨塔斜而不倒，但倒塌的梦魇始终缠绕着比萨塔。现代科学家通过研究钟塔石层的相对倾斜度，推演出了其在历史上不同时期的倾斜度。
历时两百年的钟塔建筑期内，大致可分为三个阶段。第一阶段，即从奠基开始到建成三层，塔身向西北倾斜0.4度；第二阶段工程向四层以上推进，或许是为纠正塔身的倾斜，工匠们有意向南砌筑塔身，到1278年建到第七层时，塔身向西南倾斜0.6度左右；到了第三阶段再次开工复建的时候，塔身倾斜已经达到了约1.6度。
钟塔建成后，塔身的倾斜也在不断增大之中，四百年后工程师使用简单的垂线测量方式得出了倾斜5度的结论。二十世纪初，更加精确的测量开始了，科学家发现钟塔的倾斜速率在增加，到了1990年其倾斜速率已经相当于每年1.5厘米。倾斜速率的增加，主要原因是由于对斜塔采取了不当的纠偏方案，如果按照这样的速率倾斜，倾覆就成为了必然。

经勘探得知，比萨塔坐落在一片滩涂之上。近现代科学家对比萨塔基础进行了详细分析和研究，对其倾斜做出了科学的论断。

比萨塔下的地基大致分为表层耕植土；中层粉沙、粉土层，大约厚度18米；下层是粘土和沙土混合层，大约厚度50米；不幸的是，比萨塔的基础正好位于最不稳固的粉砂土层上，由于当时施工原因，塔基南侧的粉砂局部外挤，地基产生塑性变形，南侧应力大于北侧，导致负载偏心，这是塔身向南倾斜的主要原因。另外，塔基下部的粘土层位于地下水位下部，水分状态饱和，在长期负荷作用下，土体发生蠕变，这也是塔体缓慢倾斜的原因之一。

4

比萨斜塔倾斜的原因，似乎已有了结论。但就如同医生给病人看病，病因知道了并不意味着一定能治好病。世界上几十个国家的岩土工程师，纷纷对斜塔把脉会诊，但竞相折腰，并没有找到具有可操作的方案。可以说，斜塔就像一位体弱多病的老人，任何一项措施单一的拯救方案似乎都不适合，拯救斜塔是一项非常艰巨而复杂的系统工程。
1990年意大利一座并没有出现倾斜的钟塔倒塌了，这一事件为比萨斜塔的保护再次敲响了警钟。意大利政府为斜塔保护成立了专门委员会，旨在推动比萨斜塔的保护和拯救工作。在收集和评价了众多拯救方案的前提下，委员会提出了拯救比萨斜塔的原则性大纲，即：必须保留其基本特色，同时不能破坏古迹的历史和原工匠的技术。因此，对于它的任何入侵性手段必须减至最低，且任何拯救措施都不可以架设明显支撑物。经过多年研究，委员会决定采取土壤萃取法施工，即在塔基北侧下方及附近安装几根土壤萃取管，在严格监控和测算的情况下，小心地在第一土壤层抽取少量土壤。由于塔基土壤松软，每次萃取土壤后所形成的空洞会慢慢地封闭，使土壤地表稍稍下沉，使得斜塔也随之微微向北转动，达到降低塔身倾斜的作用。

5

比萨斜塔最著名的传说与伽利略有关。
比萨斜塔建成后一百九十四年，比萨城的一个破落贵族家庭诞生了一个男婴，这个男婴就是现代物理学奠基人，现代观测天文学之父，现代物理学之父，现代科学之父的伽利略。
古希腊亚里士多德认为，物体下落的快慢是不一样的，下落速度和比重成正比，物体越重下落的速度越快，比如，十公斤的物体比一公斤的物体下落速度快十倍。传说，伽利略对这个已经存在了一千七百多年的定理提出了质疑，他带着十磅和一磅的两个铁球登上了比萨斜塔，测试结果两个不同比重的铁球同时落地，揭开了自由落体运动的秘密，同时也推翻了亚里士多德的学说。但是……，这或许仅仅是个传说，仅仅是比萨人的精神想象或附会在比萨塔上的一则寓言。

伽利略是否在比萨斜塔上做过自由落体实验，在近一百年内成为了激烈争论的公案。由于这个传说几乎家喻户晓，又关系到近代科学奠基的重大问题，传说是否符合历史真相，受到了非常广泛的讨论和论证。
关于伽利略在比萨斜塔上做自由落体实验的传说，最早来自于他的学生所写的一本《伽利略的历史故事》。这本书发表于1717年，作者说伽利略在晚年告诉他，在比萨斜塔上当着比萨大学全体师生的面做了该项实验。但后来人们发现，这样重大的实验，在伽利略本人的著作中并未提及，就连与伽利略同代人也没有相关的说明和记载。在伽利略的著作中三十次提到了自由落体实验，但没有一条明确是在比萨斜塔上完成。一些近代科学家和科史学者认为：伽利略不可能仅仅满足于扔铁球这样简单的定性实验，他的自由落体实验更多的是采用让球从光滑的斜板上向下滚动，这样才可能更有效地避免阻力的影响，并便于测定匀加速运动的数据。
其实，即便伽利略没有在斜塔上做过实验，即无损于伽利略的伟大，也无损于比萨斜塔的伟大。但是或许人们认为，如果能将两者有机地结合起来更加完美，这或许是这则传说广为流传的根本原因。

比萨斜塔屹立八百年而不倒，是世界上珍贵历史文物，也给文物保护出了道最大的难题。
任何事物都有两面性，比萨斜塔自建筑伊始就出现了倾斜毕竟不正常，八百年来倾斜的比萨塔让威尼斯人牵肠挂肚，令意大利政府伤透了脑筋，也费尽了建筑科学家的精力。但，倾斜令其举世瞩目，倾斜引得世界游客趋之若鹜。赞同比萨人反感将其彻底纠正的观点，难道就不能找到即保持现状，又不至其倾覆的办法吗？相信办法会有，即便当代人做不到，还可以将这一难题交给后人。
当然，前提是比萨塔不要在我们这一代人手中倒塌。