和縣文昌塔斜而未倒之謎

劉晨

在意大利托斯卡納省比薩城北面的奇跡廣場上，有一座非常有名的斜塔，因為它是意大利比薩大講堂的鐘樓，所以后人稱之為“比薩斜塔”。其實，在安徽省馬鞍山市和縣境內(nèi)也有一座斜塔，名叫文昌塔。它與比薩斜塔類似，也是斜而未倒。

文昌塔的前世今生

矗立于和縣橫江河和得勝河之間的文昌塔為磚木結(jié)構(gòu)，外形呈六方形，塔高30米，共7級。塔體以青磚砌筑而成，而塔內(nèi)7級臺階則以木板鋪墊而成。關(guān)于此塔的來歷，據(jù)和縣《文昌塔記》記載，當(dāng)時的古代人信風(fēng)水，認(rèn)為和縣風(fēng)水不好，從而導(dǎo)致文風(fēng)不振、士不登朝，希望建成此塔后，能振興和縣的文風(fēng)，使其昌盛。據(jù)記載，此塔建成時并未傾斜，但不知是何緣故，也不知是從什么時候開始，文昌塔開始由南向北傾斜，傾角頗大，導(dǎo)致了現(xiàn)在的模樣。

近四百年來，文昌塔歷經(jīng)風(fēng)雨，飽受戰(zhàn)火的洗禮。日本侵略中國時，日軍曾在和縣金河口水面炮擊文昌塔，但因塔身堅固，即使被炮擊中也未倒塌。直到現(xiàn)在，在文昌塔的一側(cè)，還留有一炮彈窟窿。1985年，當(dāng)?shù)卦幸活B童在此處玩火，結(jié)果導(dǎo)致塔內(nèi)木結(jié)構(gòu)著火，后經(jīng)消防隊員撲救，才得以幸存。

塔為何會發(fā)生傾斜

塔傾斜的主要原因是由于斜塔所處的地理和地質(zhì)結(jié)構(gòu)造成的。一般斜塔下都有好幾層不同材質(zhì)的土層，各種軟質(zhì)粉土的沉淀物和非常軟的黏土相間形成，從而產(chǎn)生地基不均勻、土層松軟的現(xiàn)象。由于黏土和砂組成的地基難以平衡地承受重達(dá)數(shù)噸的塔身，導(dǎo)致地面沉降，引起地面下沉累積效應(yīng)，于是塔開始向土質(zhì)軟的方向傾斜。文昌塔坐落在縣城小南門外的橫江河南岸，建造的地點位于沉積泥沙和礫石地層的地方，從而產(chǎn)生塔身向東北傾斜的現(xiàn)象。

可以這樣講，世界上所有的斜塔在建成初期大都是直立的，后來由于地質(zhì)原因下陷而造成傾斜。

斜塔斜而未倒之謎

根據(jù)現(xiàn)有的科學(xué)知識，我們可以從斜塔的結(jié)構(gòu)和建筑材料兩個方面來簡單分析一下原因。

眾所周知，一個物體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性來自三個方面：重心的位置、支撐面的大小和結(jié)構(gòu)的形狀。根據(jù)物理知識：“從重心引出的重垂線如果通過支點或在物體底部的支承面內(nèi)，物體就不會倒下。”把斜塔設(shè)想成是一個長方體，把塔底看作是平衡點，把重心看作是力的作用點。當(dāng)長方體（斜塔）傾斜的角度較小時，重垂線仍然在物體底部的支承面內(nèi)，長方體（斜塔）不會倒;當(dāng)長方體（斜塔）傾斜到重垂線與斜線重合，即“重垂線通過支點”時，長方體（斜塔）也不會倒下;而當(dāng)長方體（斜塔）傾斜的角度大到重垂線過了支點時，這時長方體（斜塔）就會轟然倒下。

實際上，這里涉及兩個方面的知識：一是杠桿原理，一是平衡原理。由于傾斜的角度很小，所以作用點到平衡點的力矩很小，還沒有破壞到塔的平衡，所以斜塔是不倒的。在日常生活中，我們也可以看到類似的情況。比如一摞書，當(dāng)我們將它整齊放置時，它穩(wěn)如泰山;而當(dāng)我們將每本書都往一邊慢慢往外放置時，剛開始不會出現(xiàn)倒塌，而當(dāng)?shù)搅艘欢▋A斜程度時，一摞書就會頃刻倒下。

從科學(xué)的角度講，一個物體的結(jié)構(gòu)強度由三個因素決定：結(jié)構(gòu)的形狀、使用的材料和連接方式。上文說過和縣斜塔為磚木結(jié)構(gòu)，每層外部以磚砌而成。國內(nèi)其他的斜塔也都有相似的情況。這表明，斜塔斜而未倒的原因可能是因為石磚與石磚之間的黏合極為巧妙，從而有效地防止了塔身傾斜引起的斷裂。

古代先民們建塔時所使用的壘砌搭配技術(shù)是相當(dāng)成熟和優(yōu)良的。從塔的磚墻體裸露部分看，條磚規(guī)格基本一致，砌筑搭配合理，這使得塔保持著相當(dāng)高的整體強度和優(yōu)良結(jié)構(gòu)。這種成熟的砌筑法將塔的上下、內(nèi)外塔壁連接成一個整體，形成類似內(nèi)外兩個塔體套合在一起的結(jié)構(gòu)，即套筒結(jié)構(gòu)，其形體相當(dāng)于內(nèi)塔連結(jié)著一個外塔。這種建筑和連接方式有效地增強了塔身的結(jié)構(gòu)強度，一定程度上阻止了塔身傾斜可能引起的倒塌。

另外，塔斜而未倒應(yīng)該和塔使用的建筑材料也有很大的關(guān)系。古代建造石塔時，用米燒成很黏稠的粥，打成漿后以一定比例和石灰、沙子拌在一起來黏合磚塊，這種古代黏接材料很堅固，使得黏合的強度甚至超過現(xiàn)代的水泥砂漿，其韌性接近于現(xiàn)代的鋼筋混凝土。用這種優(yōu)良的黏合劑，同時利用精湛的古代砌磚技藝，使整座塔渾然一體，再加上這種黏合劑隨著建筑時間的推移，會越來越堅固，因此成為斜塔不倒的一個主要原因。