比薩斜塔為什麼不會倒下？

比薩斜塔是意大利最具代表性的地標之一。

但它並不是唯一傾斜的建築——從荷蘭的「跳舞屋」到中國的虎丘塔，世界各地都有這些歪斜的地標。

那麼，為什麼它們會傾斜？又是為什麼傾斜並不代表會倒塌呢？

為什麼有些建築會傾斜？

根據荷蘭台夫特理工大學（Delft University of Technology）和三角洲研究院（Deltares）的岩土工程副教授曼蒂・科夫博士（Dr Mandy Korff） 的說法，建築物傾斜的原因有很多。

在某些情況下，例如荷蘭的「跳舞屋」，是由於地基形式造成的。

「在阿姆斯特丹市中心，多數房屋是以木樁作為地基，」科夫說。

她解釋說，這些木樁成對設置在建築物牆體下方，深入約12米的土層中，而土壤通常是柔軟的黏土、泥炭或砂。

「如果木樁狀況良好，房屋通常不會出現問題，」她說。

但是如果木樁開始腐朽，或是磨損不均，加上重量分佈不平均，就可能導致建築隨時間推移逐漸傾斜。

比薩斜塔又是怎麼回事？

土壤條件也可能導致建築物傾斜往一邊，而比薩斜塔正是典型的例子。

比薩大學土壤力學與基礎工程教授努齊安特・斯奎利亞（Nunziante Squeglia）是監測斜塔傾斜進展的團隊成員之一。

「這座塔從一開始建造時就開始傾斜，原因是地基土壤極為鬆軟，導致塔身下沉了約3至4米，」斯奎利亞在接受BBC電台節目《見證歷史》（Witness History）訪問時說。

建築物也可能因為人為改變土壤而產生傾斜——例如位於代爾夫特的「舊教堂」（Oude Kerk）鐘塔。

「這座塔比較少人知道，但它的傾斜方式其實與比薩斜塔相當類似，」科夫說。

「它會朝運河方向傾斜，是因為其中一側的土壤在開鑿運河時被挖走，導致那一側的地基變得較為鬆軟，支撐力不足。因此，在建造過程中，它就開始產生傾斜了。」

地下水位的變化也可能導致建築物傾斜。而科夫指出，有時候建築其實是刻意設計成傾斜的。

「阿姆斯特丹的許多房屋會向前傾斜，因為過去的商人住宅就是這樣設計的，」她說。

「這些房子通常建在運河旁，用來儲存貨物；為了方便將物品搬運進屋，建築會刻意向前傾斜。所以，如果建築是向前傾，並不代表出現問題；但如果是向側邊傾斜，那就可以確定並非原本的設計意圖。」

如何防止建築傾斜惡化？

那麼，既然有這麼多傾斜的建築，為什麼我們不太擔心呢？

根據科夫博士的說法，建築物傾斜並不一定代表結構不安全。

「必須傾斜得相當嚴重，才會影響到結構穩定性，」她說。

不過，在某些情況下仍然需要進行矯正——比薩斜塔就是一個例子。

雖然這座塔從建造初期就開始傾斜，但測量數據顯示，在20世紀期間情況進一步惡化，傾斜角度持續增加。

「當時的情況非常令人擔憂，」斯奎利亞說。

然後在1989年，意大利帕維亞市的市政塔倒塌。斯奎利亞認為，這起事件成為一個「轉捩點」，比薩斜塔也因此在翌年關閉。

當時提出了許多讓比薩斜塔稍微回正、恢復安全的方法。

斯奎利亞說：「最終採用的是『抽取土壤』的技術。」

「在不直接接觸塔身的情況下，工程人員從地基北側移除了約37立方米的土壤。」

11年後，斜塔才重新對外開放。

比薩斜塔是特例

不過，科夫指出，這種把建築物扶正的方法其實並不常見。

「這對比薩斜塔來說是相當特殊的做法——在一般情況下不會這樣處理，」她說。

如果傾斜的建築像阿姆斯特丹的房屋一樣使用木樁地基，更換地基確實可以防止傾斜繼續惡化，但這種工程具有「侵入性」，通常需要拆除建築的一樓結構。

科夫說，也有可能像頂起汽車那樣，把整棟房子撐起來加以矯正，但有時候這樣做反而弊多於利。

「如果建築物已經傾斜得很嚴重，再把它拉正其實相當危險，因為整棟房子已經在某種程度上適應了這種傾斜狀態，」她說。

「因此在處理時必須非常小心，至少不能讓情況變得更糟。」

雖然某些建築可以進行穩固處理，但這些方法也都有其代價。

科夫說：「在技術上，各種處理方式幾乎都做得到——沒有不可能的。」

「但問題是成本相當高，而且過程也十分複雜。」

氣候變化也有影響

科夫的研究發現，僅在荷蘭就有約7.5萬間房屋是建立在木樁地基上，並面臨受損風險；而因為淺層地基而有風險的房屋數量，更是接近其三倍。

而且，這些問題未來可能會進一步惡化。

「隨著氣候變化與地下水環境的改變，我們有時會觀察到變化速度加快的情況，」科夫說。

當地下水位下降時，木樁會暴露在空氣中，因而加速腐朽與損壞。此外，地下水變動也會影響土壤層結構，進一步牽連到使用不同類型地基的建築物。

不過她也補充，這整個過程通常進展緩慢。

至於比薩斜塔，經過11年的整修工程，2001年完成修復時，其傾斜程度已減少超過40公分。工程師認為，它在未來至少200年內都能維持安全無虞。