比萨斜塔的沉降分析和反压治理方案的确定

3.2　比萨斜塔的沉降分析和反压治理方案的确定

1980年11月6日，《参考消息》以“日报报道保存比萨斜塔”为题，转报了日本《读卖新闻》8月22日文章：保存比萨斜塔是“二十世纪的责任”。发表了意大利人拯救比萨斜塔的呼吁。焦五一于1980年12月21日向意大利寄去依据他对斜塔的初步计算（根据两本百科全书关于比萨斜塔的资料）提出的反压治理方案的设想。并寄去比萨斜塔和一个烟囱加固的比较，这个分析和方案的思路以“甘为抢救比萨斜塔献一策”为题，发表于西安科普期刊《视野》1981（1）期^［9］。该文以维护真理和民主的中国科技工作者的身份，以“谁能坐视宝塔毁于一旦”的姿态，依他十几年潜心钻研的弦线模量法解决地基变形的问题的丰富知识和工程经验，分析认定1934年比萨斜塔在地基中注入水泥是造成斜塔倾斜加剧的原因（陕西化肥厂分解蒸发车间有同样的教训），并依据他1968年施加反压纠正一个烟囱倾斜的实践经验，提出了对斜塔的反压治理方案。1981年1月27日，焦五一收到意方的复信，确认已收到焦先生的信和建议（方案）。

焦五一应用弦线模量法计算了西安市机瓦厂烟囱地基的沉降，与实测的沉降量很接近。依据沉降分析提出了施加反压150t的治理方案。施加反压的范围为圆心角120°。烟囱筒壁加固，烟囱基础用RC箍圈加固，果然施加反压151t后，烟囱正好矫直。这是弦线模量法用于工程实践的重要成果。该成果曾在《陕西日报》以“歪烟囱也能矫正，焦五一攻克一建筑难题”为题作了报道，此后公布的比萨斜塔治理方案的三项措施与西安市机瓦厂烟囱治理的措施完全相同。

根据M.Jamiolkowski 1991年、1993年6月发表的两篇论文中提供的土性参数，和不同年代的塔重、倾覆弯矩等有关资料^［3，4］，焦五一应用弦线模量法对比萨斜塔的基底附加压力，斜塔地基的沉降，斜塔的倾斜，从建塔时塔重的33％、65％，到1990年施加反压6MN、9MN、12MN进行了全面的计算，见表3^{［1～4，10］}。

图1　弦线模量法基本原理

表3　比萨斜塔地基的沉降和塔身倾斜计算

由上述计算可知：

（1）1990年基础底面南部最大压力达953.8kPa，北部最小压力只有40.2kPa，如塔再继续倾斜，基础北部边缘将有可能与地基脱离。加反压6MN后，基底南部最大压力为912.1kPa，北部最小压力124.3kPa。

（2）1990年基础南部沉降363.16cm，北部沉降132.47，沉降差230.69cm，施加6MN后，基础南部沉降361.32cm，变化不大，北部沉降171.59，沉降差189.73cm。

（3）1990年斜塔的计算倾斜度为6°37′06″，意方的实测为5°28′09″，计算值偏大（图2）。

焦五一将他对斜塔的详细全面的沉降分析和以此为依据得出的具体反压治理方案，于1993年11月24日致函M.Jamiolkowski教授。

意大利方面虽然提出在北缘施加600t的反压，但是作为临时性措施，目的在于略微增加塔的稳定性，期望反压减少倾斜值仅为5～10弧秒，而要减少倾斜0.5°～1.0°，准备实施永久性措施是电渗或掏土。而焦五一根据实际的地基土参数，采用了弦线模量法详细的分析塔的沉降和倾斜，因而焦五一对于比萨斜塔的精确的科学分析及依据西安市机瓦厂烟囱倾斜治理的工程经验所确定的比萨斜塔的永久性治理方案是科学、可靠的方案。