|
РусАрх |
Электронная научная библиотека по истории древнерусской архитектуры
|
Источник: Свердлова В. Зависимость состояния фундаментов церковных зданий от инженерно-геологических условий. Все права сохранены.
Размещение электронной версии в открытом доступе произведено: www.pogrebok.com.ua. Все права сохранены.
Размещение в библиотеке «РусАрх»: 2009 г.
В. Свердлова
Зависимость состояния фундаментов церковных зданий
от инженерно-геологических условий
По всей русской земле стоят
православные монастыри. В них сохраняется духовная жизнь,
культура и история народа. Они идеально вписываются в ландшафт, нисколько не
нарушая природной красоты, а, напротив, подчеркивая и организуя окружающее
пространство. Каждое здание, каждый элемент в монастырском комплексе имеет свое
место, согласно единому плану и замыслу играет свою роль. На протяжении веков
монастыри и отдельные храмы принимают участие в историческом развитии,
подчиняющемся определенным законам, и законы эти зачастую бывают довольно
жестоки по отношению к ним.
Как любые рукотворные объекты, церковные сооружения
подвержены разрушительному действию времени и нуждаются в бережном сохранении и
восстановлении. Исторически сложилось, что самые выдающиеся памятники
архитектуры возводились на возвышенных участках, характеризующихся сложными
геоморфологическими, геологическими, гидрогеологическими условиями. В
результате развития различных деформаций постройки разрушались и продолжают
разрушаться. В ряде случаев спасти их для потомков уже не представляется
возможным, - слишком велик ущерб, нанесенный им естественным ходом жизни и
зачастую варварским отношением человека. В других случаях определенный вред уже
причинен, однако есть возможность сохранить здания и приостановить
разрушительные процессы, угрожающие их дальнейшему существованию.
Разрушения храмово-монастырских комплексов, связанные с
геологическими изменениями и техногенным воздействием
Проблема физического сохранения памятников археологии в
условиях изменений природной среды и техногенных воздействий особенно
актуальна, так как эти сооружения менее других защищены от влияния негативных
факторов внешней среды и хозяйственной деятельности человека.
Один из недавних примеров - ущерб, причиненный одному из
известнейших в Москве храмов - Иоанна Воина на Якиманке. Многочисленные трещины
в наружной и внутренней кладках появились при динамических сотрясениях от
работавших вблизи механизмов на строительстве многоэтажного дома. Другой пример
- Спасо-Андроников монастырь, расположенный на высоком берегу реки Яузы.
С одной стороны холма проходит линия железной дороги, с
двух других - трамвайная линия и общегородская автомагистраль. При этом, за
счет геологических условий, грунтовая толща холма сильно уязвима по отношению к
вибрационному воздействию. В результате неприспособленности зданий монастыря к
соседству с оживленными магистралями появились серьезные деструктивные явления,
и их визуальные признаки - трещины на стенах, просадки фундаментов, отслоение
штукатурки и др.
Один из наиболее распространенных видов воздействия на
геологическую среду - статические нагрузки на толщу пород от веса зданий и
сооружений. Осадка строений, основанием которых служат песчаные грунты,
характеризуется небольшими величинами и быстрым затуханием после завершения
строительства, а возведенных на глинистых грунтах - развивается медленно и
продолжается длительное время, характеризуясь значительными величинами.
Кроме того, такие нагрузки на грунт вообще могут быть
различными для разных частей одного и того же здания. Такова ситуация,
например, в Трапезном храме Свято-Троицкой Сергиевой Лавры. При помощи
подробных исследований было выяснено, что храм стоит на неоднородном основании:
северная стена - на песчаных грунтах, а южная - на суглинках. При строительстве
для укрепления слабого основания в дно траншеи забивались сваи-коротыши, затем
траншея заполнялась бутовым камнем фундамента и возводились стены.
Неблагоприятная среда вызвала гниение свай, причем различные для
противоположных стен геологические условия привели к тому, что конечное
состояние свай оказалось неодинаковым. В результате, за время существования храма
южная стена осела на 56 см, а северная на 20-23 см, что привело к неравномерной осадке здания: оно как бы разламывало само себя, понемногу
отодвигая южную стену.
Вообще вся сложная и долгая история Свято-Троицкой
Сергиевой Лавры привела к необратимым последствиям: некоторые из ее строений
находятся в аварийном состоянии, ряд других сооружений переувлажнены.
Структурные особенности, свойства и состав техногенных и нижележащих отложений
существенно влияют на сохранность фундаментов, цоколей, стен и всех конструкций.
Многочисленные инженерно-геологические процессы обусловлены разнообразными
свойствами техногенных отложений, прилегающих к незащищенным стенам зданий,
пропитывающих стены растворами, насыщенными органическими кислотами,
выщелачивающими цементный материал. Насыщение стен влагой, засоление, морозное
пучение, физическое выветривание, нарушение термовлажностного режима,
биокоррозия - вот неполный перечень негативных процессов, связанных с
неблагоприятными инженерно-геологическими условиями территории.
Неравномерным и длительным осадкам подвержены здания и
сооружения, построенные на насыпных техногенных грунтах. Одно из первых
сооружений, возведенное на насыпных грунтах, это храм Покрова, что на Рву,
более известный как храм Василия Блаженного. Он был построен во второй половине
XVI века на месте засыпанного рва, окружавшего Кремлевский холм, и серьезные
проблемы, связанные с его деформацией, пытаются решить в наши дни.
Другой вид техногенного воздействия - откачка подземных
вод, вызывающая снижение гидростатических напоров и статических горизонтов
подземных вод. Нарушение природной гидродинамической обстановки приводит к
уплотнению пород, что, в свою очередь, служит причиной опускания поверхности
территории, например, предположительно по этой причине произошла осадка церкви
Троицы в Останкино (примерно 30 мм за 60 лет).
Нарушения режима горизонтов грунтовых вод при определенных
геологических условиях приводят не к понижению, а, наоборот, к поднятию грунта
и подтоплению территорий. Такова ситуация в Кирилло-Белозерском монастыре.
Территория, на которой он был построен в XVII веке, характеризуется сложным
инженерно-геологическим строением, предопределенным расположением монастыря в
зоне границы последнего валдайского оледенения. Гидрогеологические условия определяются
несколькими водоносными горизонтами, заключенными в толще техногенных, болотных
и озерно-ледниковых отложений. Из природных экзогенных геологических процессов
здесь развито криогенное пучение грунтов, которое определило выпучивание
валунов фундаментов крепостных стен, подтопление и заболачивание.
Есть еще множество примеров отрицательного, в том числе
техногенного, воздействия на старинные памятники архитектуры. Ставропигиальный
Воскресенский Новоиерусалимский монастырь построен на Сионском холме; в прошлом
для защиты от оплывания откосов была устроена дренажная система, которая из-за
отсутствия ремонтов пришла в негодность. Это привело к подъему уровня подземных
вод, водонасыщению грунтовых массивов, слагающих склоны, образованию в массивах
плоскостей скольжения и, в конечном итоге, к проявлению локальных оползней на
северном и северо-западном участках склона.
К техногенным воздействиям относятся еще и подрезки
оснований склонов (приводят к озникновению оползней), строительство котлованов,
шахт и траншей, проходка тоннелей (вызывает разуплотнение грунтов основания
близкорасположенных зданий и сооружений), утечки вод из водокоммуникаций и
канализации.
Методы исследования грунтов оснований
и фундаментов
Решение задачи сохранения целостности сооружений,
составляющих храмовые и монастырские комплексы, невозможно без всестороннего
изучения среды нахождения этих построек и в том числе грунтовой толщи,
являющейся основанием и вмещающей средой их фундаментов. При этом изучение
исторических территорий должно носить комплексный характер, при котором в
исследованиях участвуют разные специалисты - архитекторы, реставраторы,
географы, инженеры, геологи, историки, археологи. Кроме того, нельзя забывать о
специфике объектов, связанных с духовным наследием: материалы, изымаемые для
исследований, являются освященными частями здания; в нишах фундаментов почти
всегда находятся останки предков, нередко мощи святых; в алтарях имеются
колодцы для сброса освященной воды. Все это привносит некоторые особенности и,
порой, технические трудности в восстановительные работы в православных храмах,
разрешаемые в постоянном контакте Церкви и реставраторов.
Эта практика находит подтверждение и в "Конвенции о
сохранении архитектурного наследия", принятой Советом Европы в 1985 году.
Основополагающий принцип Конвенции - условие, при котором памятник
"ставит", диктует требования обращения с ним, а не наоборот.
Критический процесс определения состояния памятника и его аутентичности не
должен приводить к разрушению целостности и подлинности объекта, а, напротив,
увеличивать его ценностный потенциал за счет соотношения с исторической
стратиграфией и окружением.
Укрепление грунтовых оснований и фундаментов сопряжено с
выбором методов изучения инженерно-геологических условий. Эти методы зависят от
конструктивных особенностей сооружения или комплекса сооружений, а также от
экономических, природных и религиозных условий. Необходима комплексная оценка
основных свойств объекта, значительная осторожность и детальность исследований,
приоритет неразрушающих методов получения информации.
Перечислим, на примере исследований ряда сооружений
Свято-Троицкой Сергиевой Лавры, методы получения полезной
инженерно-геологической информации. Эти исследования проводились с 1994 по 2000
год и затронули все основные объекты Лавры: Успенский собор, Трапезный храм,
Михеевский храм, Митрополичьи покои, Южную оборонительную стену и др.
Одновременно проводились инженерно-геологические изыскания на территории
Ростовского кремля, Рязанского историко-художественного музея-заповедника и др.
Наиболее эффективными методами изучения оказались: сбор и анализ фондовых и
литературных исторических материалов; горные выработки (шурфы, канавы,
закопоушки, расчистки); бурение скважин; зондирование, особенно ручное,
горизонтальное; лабораторное и полевое опробование; различные виды
мониторинговых наблюдений, в том числе за деформациями сооружений, режимом
уровней подземных вод.
Для решения более узких задач привлекались археологические
методы анализа обнаруженных дефектов и элементов структуры геологической среды,
геофизические методы радиоволнового зондирования, гамма-каротаж, использовались
микробиологические исследования.
При обследовании зданий, построенных в XVI-XIX веках,
приходится сталкиваться с особыми трудностями. В большинстве случаев в
основаниях этих сооружений имеются деревянные конструкции (лежни, сваи), о
сохранности которых можно судить только при визуальном обследовании в шурфе,
штольне или на участках разрушенных фундаментов. Изучить грунты основания без
его разрушения можно при помощи ручного зонда для глубокого зондирования
(РЗГ-2), предназначенного для ручного статического и динамического зондирования
грунтов.
При изучении комплекса сооружений Спасо-Андроникова
монастыря был применен геофизический метод измерения прочностных и
деформационных свойств грунтов, позволивший судить о влиянии транспортных
вибраций городской техносферы на грунты оснований.
В ряде случаев для выявления причин повреждений бывает
достаточно всего лишь визуального осмотра. Так, например, в 1995 году в стенах
храма Спаса-Преображения на Песках в Старопесковском пер. в Москве были
обнаружены свежие трещины, свидетельствовавшие о неравномерных осадках частей
здания. Оказалось, что рядом со зданием был откопан глубокий котлован для
строительства нового дома. При забивке шпунтовой стенки происходило сотрясение
храма, вызвавшее деформации грунтового основания под его фундаментом. Кроме
того, пространственная жесткость здания была ослаблена утратой связей сводов перекрытия.
На основании проведенного визуального обследования были даны рекомендации по
восстановлению целостности растрескавшихся кирпичных стен и затяжек сводов,
после выполнения которых дополнительные деформации в стенах не наблюдались, а
раскрытие трещин прекратилось.
Способы восстановления и сохранения фундаментов и
укрепления грунтов
Определив при помощи различных исследований состояние
инженерно-геологической среды церковных зданий, можно выбирать способы
реставрации фундаментов и укрепления грунтов. Опасность утраты ценнейших
участников исторического процесса, каковыми являются архитектурные памятники,
заставляет искать новые и новые пути решения этой проблемы.
Для принятия мер по ликвидации некондиционных
изыскательских работ, а также техногенного воздействия на геологическую среду,
существуют различные методы инъекций. Например, разработан мобильный и
относительно недорогой метод усиления грунтовых массивов - метод инъекционного
армирования грунтов. Инъекционное армирование "слабого" грунтового
массива принципиально отличается от традиционного способа цементации
возможностью применения его для широкого спектра слабых рыхлых и связных
грунтов (от глин до песков), а также техногенных грунтов. Уплотнение грунтов
производится путем инъецирования расчетных объемов песчано-цементных растворов
под давлением гидроразрыва. Образовавшиеся при этом трещины заполняются
раствором, формирующим при твердении жесткий каркас из цементного камня.
Фрагменты грунтового массива, заключенные между трещинами, уплотняются, приобретая
новые, улучшенные механические характеристики, а жесткий каркас из цементного
камня дополнительно упрочняет уплотненный грунтовый массив. Усиленный таким
способом грунтовый массив является принципиально новым
природно-техногеннымобразованием ("геокомпозитом"), обладающим
высокой степенью жесткости и хаотичной структурой, в которой матрица - это
уплотненный грунт, а армирующий скелет - затвердевший песчано-цементный
раствор.
Для укрепления грунтов в Свято-Троицкой Сергиевой Лавре
исследовалась методика однорастворной силикатизации. В результате было
обнаружено, что инъекционное укрепление методом капиллярной пропитки с
использованием определенных химических составов способно обеспечить грунтам
прочность и водостойкость, а также возможность формирования бактерицидных и
антисептических зон для подавления активности микроорганизмов.
Наиболее серьезные повреждения затрагивают конструкции
храмов свайного периода, для которых самым опасным стал процесс гниения
деревянных свай, обуславливающий полную перегруппировку структуры основания и
приводящий к полной потере несущей способности грунтов. Для предупреждения
аварийных ситуаций был предложен способ поддержания равновесия, обеспечивающего
устойчивость памятника архитектуры. Сущность способа состоит в том, что под
подошву фундамента, при помощи домкратов, горизонтально из шурфов задавливается
конструкция из труб диаметром 350-420 мм со стабилизатором и наконечником из трубы-инъектора диаметром 38 мм. По мере задавливания конструкции через
инъектор подается цементно-бентонитовый раствор, который заполняет пустоты от
сгнивших деревянных свай. В процессе задавливания происходит радиальное
уплотнение грунтов основания, предварительно уплотненным инъецированным
раствором.
Большое развитие получили также методы защиты фундаментов
от влаги, поднимающейся снизу (грунтовые воды и верховодка). Борьба с
последствиями сложных геологических условий, в частности с высоким уровнем
грунтовых вод, не может быть решена кардинальными однозначными мерами,
например, путем резкого снижения уровня грунтовых вод. Деревянные сваи,
применявшиеся для усиления фундаментов, могут резко начать гнить при осушении.
Поэтому для решения этой проблемы желательно выбирать "мягкие" методы
регулирования влажности грунтов, например, искать возможность модернизации
дренажных систем, гидроизоляции и частичного отвода грунтовых вод.
Так, например, для защиты от поднимающейся влаги построек
Ферапонтова монастыря были разработаны проекты кольцевого и пластового
дренажей. В 60-х годах XX века итальянским инженером Массари был предложен
метод сплошной горизонтальной гидроизоляции. Суть его в том, что в стене путем
последовательного сверления прорезается горизонтальная щель, в которую
заводится листовая, чаще свинцовая, гидроизоляция. Казанский Кафедральный собор
в Санкт-Петербурге лишился гидроизоляции во время Великой Отечественной войны,
когда весь свинец забрали для военных заводов на изготовление пуль. В
результате в подвалах образовались известковые налеты, похожие на сталактиты, а
воду приходилось регулярно откачивать. В настоящее время произведены работы по
укреплению фундамента влагонепроницаемым "свинцовым ковром" - на не
окисляющуюся свинцовую основу кладутся каменные плиты, промежутки между ними
также заделываются свинцом.
Кроме того, для гидроизоляции фундаментов применяются
различные пропитывающие составы. При нанесении таких материалов на поверхность
они глубоко проникают внутрь капилляров поверхности, образуя при этом
нерастворимые кристаллы, которые полностью заполняют все микротрещины, пустоты
и механические повреждения. Принцип их действия основан на повышении
коэффициента поверхностного натяжения в каплях воды. В результате капли
скатываются по поверхности, не смачивая ее и непопадая внутрь.
Для предотвращения оползней необходимы меры по реконструкции
дренажных систем, возведению удерживающих участки склонов противооползневых
сооружений, подпорных стенок. Ну и, разумеется, надо стремиться к максимально
возможному снижению вредного техногенного воздействия на памятники архитектуры.
Например, в таких случаях, как с вибрационным воздействием магистралей на
Спасо-Андроников монастырь, необходимо срочное решение задач, связанных с
организацией транспортного движения. Для снижения уровня вибрации на участке
трамвайных линий, непосредственно примыкающем к территории монастыря,можно
использовать бесстыковую технологию укладки рельсовых путей. Что касается
автомобильного транспорта, то решение задачи, возможно, состоит в поддержании
покрытия дорожного полотна в надлежащем виде.
В любом случае, только внимательное и бережное отношение к
восстановлению и сохранению памятников духовного наследия может привести к
достижению желаемых результатов. Постоянное взаимодействие реставраторов,
строителей и Церкви, направленное на выработку специфических нормативных документов
и принципов, должно увенчаться успехом и направить в нужное русло эту
благородную и необходимую работу.
В статье использованы материалы 2-го
Международного научно-практического
симпозиума "Природные условия строительства и сохранения храмов Православной
Руси".
Все материалы библиотеки охраняются авторским правом и являются интеллектуальной собственностью их авторов.
Все материалы библиотеки получены из общедоступных источников либо непосредственно от их авторов.
Размещение материалов в библиотеке является их цитированием в целях обеспечения сохранности и доступности научной информации, а не перепечаткой либо воспроизведением в какой-либо иной форме.
Любое использование материалов библиотеки без ссылки на их авторов, источники и библиотеку запрещено.
Запрещено использование материалов библиотеки в коммерческих целях.
Учредитель и хранитель библиотеки «РусАрх»,
академик Российской академии художеств
Сергей Вольфгангович Заграевский