Среда, 02 Июнь 2010 07:48

Статья из журнала "Инженерные изыскания" июнь 2010

Направления поверхностных потоков на территории Славянской площадиНаправления поверхностных потоков на территории Славянской площади
О СОХРАНЕНИИ ПАМЯТНИКОВ АРХИТЕКТУРЫ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕНЕЗА

Эволюционные преобразования исто­рических территорий городских аг­ломераций и сопровождающие их про­цессы приняли за последние столетия форму и интенсивность, которые угро­жают физическому состоянию памятни­ков архитектуры. Сложности их сохра­нения обусловлены физико-химически­ми и термовлажностными взаимодей­ствиями между ними и геологической средой, возникшими из-за многовеко­вых техногенных изменений окружаю­щих территорий. Эти изменения приве­ли к нарушению архитектоники памят­ников архитектуры в связи с вертикаль­ным перемещением поверхности земли и погружением их в толщу техногенных накоплений на 1,5-4,0 м.

Здесь хотелось бы привести пред­остережение знаменитого французского архитектора-реставратора Виоле-ле-Дюка, что любое сооружение, «нару­шающее равновесие природной систе­мы, подвергается разрушению, и тем быстрее, чем оно менее рационально в данных природных условиях». Вряд ли можно считать разумными условия для дальнейшего сохранения памятника ар­хитектуры при его частичном погребе­нии в толще техногенных накоплений, в которых уже спровоцирован ряд нега­тивных процессов, способных довести конструкции памятника до окончатель­ной деструкции.

Стихийность формирования и пре­образования структуры приповерхност­ной части литосферы обусловлена раз­витием в течение жизненного цикла па­мятников архитектуры многочисленных техно-природных и техногенных про­цессов, существенно изменяющих экс­плуатационный режим этих зданий и губительно влияющих на их техниче­ское состояние в связи с переувлажне­нием и физико-химическим выветрива­нием кладки. Неопределенность и спон­танность развития этих процессов в природной составляющей системы «па­мятник — геологическая среда» не поз­воляют однозначно определить ход со­бытий, поскольку развитие системы в таких условиях иногда сопровождается скачкообразными изменениями.

Памятники архитектуры за период своего существования испытывали возрастающие по своей интенсивности, разнообразию и масштабу вековые воз­действия окружающей среды, в особен­ности геологической, которая сохра­няет следы этих воздействий. При этом дошедшие до нас памятники архитек­туры становятся своеобразными «вре­менными маркерами», которые могут позволить не только выяснить причин­но-следственные связи, но и просле­дить развитие техногенеза, вызываю­щего негативные последствия.

Рассмотрим влияние техногенеза на сохранность одного из лучших памятни­ков архитектуры исторического центра г. Москвы — храма Всех Святых на Кулишках, взаимодействие нижнего яруса которого с геологической средой никак нельзя назвать рациональным. Именно о «наведенных» негативных процессах, возникших в результате внешних воз­действий, которые разрушают этот па­мятник, и пойдет речь в данной статье.

Деревянная церковь Всех Святых на Кулишках была возведена Дмитрием Донским в 1380 году в низине Кулишки в память о погибших во время Куликов­ской битвы. Ее фрагменты были обна­ружены в результате раскопок, произве­денных в 1978-1979 годах. Церковь бы­ла полностью перестроена в камне в 1488 году и затем вновь в стиле москов­ского барокко в 1687-1689 годах. Она восстанавливалась, ремонтировалась и достраивалась также в течение XVII и XIX веков. Реставрация храма в 1970-х годах вернула ему облик XVII века.

Ретроспективный анализ формирова­ния инженерно-геологических условий рассматриваемой исторической терри­тории позволяет оценить эти условия как неудачные. Ежегодный снос выветрелых грунтов при денудации склонов ниже Ильинских ворот, а также склонов Георгиевской и Ивановской горок пото­ками талых и дождевых вод приводил к образованию толщи накоплений в их нижней части (фото. 1). Развитию процес­са плоскостной эрозии во многом спо­собствовал размыв земляных укрепле­ний с бастионами и куртинами (объемом около 420 тыс. м³), устроенных в начале XVIII века вдоль восточной стены Ки­тай-города. Эти земляные укрепления в результате ливневых дождей с мая по сентябрь 1721 года были частично размыты—грунт был смыт на террито­рию храма Всех Святых на Кулишках. В результате интерьер нижнего яруса по­следнего был более чем наполовину за­полнен грунтом. С целью исключения дальнейшего развития этого процесса при реконструкции храма в 1737 году были заложены аркады галерей.

В августе 1786 года в результате лив­невых дождей в течение пяти суток вновь возникла экстраординарная си­туация — уровень р. Москвы поднялся на 4 м. Подобные события привели к тому, что к концу XVIII века были почти полностью смыты оставшиеся в теле бастионов грунты, которые «по­грузили под землю» нижний ярус хра­ма Всех Святых на Кулишках и всю примыкавшую к нему территорию бо­лее чем на 3,0 м. К концу XX века эта цифра составила уже около 4,0 м.

Нижний ярус храма с коробовым сводом и полукружием алтаря сохра­няет образ церкви конца XVI века. При его реконструкции в 1976 году на глу­бине 5,0 м от дневной поверхности бы­ли обнаружены фрагменты деревянно­го сруба церкви, построенной в 1380 го­ду. Возведенная в конце XVII века ко­локольня, очевидно, за последнее сто­летие приобрела незначительный на клон, который в настоящее время мед­ленно увеличивается.

Четверть века назад была проведена реставрация фасадов, в 1990-х годах проводились внутренние работы, но, к сожалению, не проводилась инженер­ная реставрация фундаментов, стен и сводов нижнего яруса. По результатам проведенных в последние десятилетия исследований (Мосгоргеотрестом, ЗАО «ИГИТ», МГСУ, Мособлгеотрестом) было установлено, что в стенах и сводах храма имеются трещины, следы вывет­ривания кладки (до 0,2 м) и выщелачи­вания раствора (до полной потери проч­ности и сцепления с кладкой). Статиче­ский расчет показал, что действующие усилия от давления грунта на погружен­ные стены нижнего яруса храма превы­шают их несущую способность. Таким образом, полученные данные свиде­тельствуют о недопустимом состоянии фундамента.

Чтобы получить полное представле­ние об условиях взаимодействия между элементами храма Всех Святых на Кулишках и геологической средой, в 2009 году было проведено инженерно-геоло­гическое обследование фундаментов и грунтов в его основании. Основны­ми целями работ были: (1) описание грунтов основания, их строения и со­става; (2) определение физических свойств грунтов основания; (3) описа­ние фундаментов; (4) оценка состояния деревянных свай; (5) изучение кон­структивных особенностей кладки фун­даментов, состояния, состава и проч­ностных свойств цемента.

Фундаменты, на которых храм про­стоял в течение нескольких столетий, являлись одним из самых важных объ­ектов исследований, определяющих его сохранность. Они выкладывались на всю толщину стен (1,8-2,0 м) мощ­ностью от 0,85 до 1,3 м по периметру здания. Самые древние фундаменты представляют собой бутовую кладку в 4-5 рядов из обработанных блоков из­вестняка, сцементированных известковисто-песчаным раствором. В более поздних фундаментах (в пристройках XVII века) основные слои представле­ны крупными глыбами, обломками и щебнем известняка неровной формы, сцементированными песчано-известковистым материалом, с прослоями кир­пича, который со временем в результате выветривания превратился в рыхлую щебенку (фото. 2).

Особенным образом выглядят фунда­менты южной стены храма — они выде­ляются наличием в теле кладки продоль­но и поперечно вложенных бревен. Эти деревянные субструкции диаметром 0,2-0,3 м размещаются на одной высоте с интервалом 1,3-1,8 м для поперечно вложенных бревен. При этом продольно уложенные конструкции, расположен­ные вдоль крайней части южной стены, сохранились лучше, а от поперечно уло­женных остались лишь полости в фун­даментах, заполненные редкой щепой, древесным торфом и мелким щебнем в местах обрушения. Можно предполо­жить, что, закладывая поперечные брев­на на всю ширину фундамента, строите­ли рассчитывали на то, что дерево будет играть роль адсорбента — собирать из­лишнюю влагу.

Все фундаменты опираются на грун­ты, уплотненные деревянными сваями неплохой сохранности, с поверхности влажными, местами почерневшими от химического выветривания (фото. 2). Диаметр этих свай составляет от 0,12 до 0,25 м, длина изменяется от 1,2 до 1,9 м, а расстояние между сваями состав­ляет от 0,3 до 0,45 м. Средняя и нижняя части свай размещаются в толще водонасыщенных супесей и мелких или пылеватых песков.

Основным строительным материа­лом для фундаментов храма является известняк, присутствующий в виде крупных частично обработанных бло­ков, глыб или крупных обломков неров­ной формы. По содержанию карбона­тов в своем составе (67%) он изначаль­но относился к известнякам доломито­вым, однако процессы выветривания преобразовали его в мергель глинистый с максимальной влажностью до 89% и карбонатностью до 33%, в который без труда входит нож (фото. 3). Роль запол­нителя межобломочного пространства в фундаментах выполняет полностью деструктированный известково-песчаный раствор (фото. 4).

В цементирующих слоях фундамен­тов присутствует щебенистый заполни­тель, визуально представляющий со­бой «сплав» извести с песком, доволь­но прочный и не размокающий в воде (по 25%-ному содержанию карбонатов — доломит известковистый). Но пре­имущественно присутствует сильно трещиноватый рыхлый щебень желто­вато-серого цвета, без труда ломаю­щийся руками, имеющий значитель­ные показатели влажности (от 34,0 до 48,5%) и содержание карбонатов от 8,5 до 17,3% (значительно меньшее по сравнению с прочным известковистым доломитовым щебнем). Это свидетель­ствует о процессах выщелачивания ма­териала фундаментов в связи с посте­пенным вымыванием кальцита и об ослаблении цементирующего раствора в целом. Вымывание кальцита привело к полному замещению карбонатного раствора на песчано-глинистый запол­нитель, представленный глиной изве­стковой (иногда опесчаненной, жирной на ощупь), влажной водонасыщенной пластичной супесью и неоднородным песком средней крупности с известко­вой глиной.

Итак, оценивая состав и состояние строительных материалов, которыми сложены фундаменты храма, можно вы­делить следующие признаки, свиде­тельствующие об их малой прочности. Прежде всего, это частично или пол­ностью деструктированный известковисто-песчаный раствор и песчано-глинистая масса с очень высокой влажностью (до 111 %), значительным снижением карбонатности и соответственно нуле­вой прочностью. Не менее важным при­знаком ослабления несущей способно­сти фундамента является кирпич, пол­ностью деструктированный до состоя­ния щебенки и дресвы (см. фото. 2, 5).

Все это произошло потому, что ниж­ний ярус храма Всех Святых на Кулишках в течение двух-трех столетий переувлажнялся не только поверхностным и подземным стоком, но и в результате периодических очень крупных навод­нений.

Так, с 1660 года, когда впервые на р. Москве была организована водо­мерная служба, было зафиксировано 11 крупных наводнений во время весен­них паводков, когда уровень воды под­нимался от 7,0 до 8,5 м. Также было за­фиксировано несколько осенних павод­ков с высотой подъема воды до 4,0 м. Все это приводило к переувлажнению не только фундаментов и стен нижнего яруса храма, но и грунта, оказавшегося внутри этого объема.

Таким образом, до последнего мо­мента на разрушение фундаментов храма оказывала влияние высокая влажность в подземной части. Отраже­нием этого стало, например, появление грибов на стенах и фундаментах в ниж­нем ярусе храма (фото. 6). Существует четыре основных параметра, влияю­щих на условия и скорость роста гри­бов. Это температура воздуха, его от­носительная влажность, скорость дви­жения воздуха и содержание углекис­лого газа. На разных стадиях роста грибов значение температуры воздуха должно составлять от 16 до 19°С, от­носительная влажность воздуха — от 75 до 95%, содержание углекислого га­за — менее 0,1%. Субстрат фундамен­та, на котором растут грибы, имеет влажность более 70-75%. Необходимая скорость движения воздуха обеспечи­валась проветриванием интерьера ниж­него яруса храма.

К тому же, поскольку нижний ярус храма не отапливался, во время морозов происходило промораживание стен и фундаментов и их физическое выветри­вание изнутри. Позже, после освобож­дения интерьера нижнего яруса от грун­та и подключения отопления, эти про­цессы стали развиваться на внешней по­верхности стен и фундаментов.

Результаты рентгено-дифрактометрического анализа материала кладки фундамента показали, что известново-песчаный раствор состоит из кварца (Si02), кальцита (СаС03), доломита (CaMg(C03)2) и полевого шпата (КА1-Si3Og). Рентгено-дифрактометрический анализ грунта под подошвой фун­дамента наряду с кварцем и полевыми шпатами показал наличие гипса (СаSO4x2H20), который мог образоваться в результате взаимодействия кальцита с пиритом, появившимся при разложе­нии захоронений внутри храма.

Результаты рентгеноструктурного анализа не показали наличия большого количества водорастворимых солей в кладке фундаментов (а только в преде­лах 0,64-2,87%). И только в юго-запад­ном углу придела в известково-песчаном растворе количество водораствори­мых солей составило 9,08%.

Техногенные грунты в пределах хра­ма представляют собой культурный слой этой территории. Мощность куль­турного слоя колеблется в очень боль­шом диапазоне — от 0,2 м в западной части до 1,4 м в северной части малого придела. Глубина его залегания, считая от подошвы пола нижнего яруса, со­ставляет от 0,15 м в северо-восточном углу храма (пристройки) до 0,75-0,90 м в западной части здания.

Техногенные накопления, на которые опираются фундаменты, представлены влажными песчано-глинистыми грунта­ми, включающими органику, в редких случаях слабоизвестковистыми, с боль­шим содержанием включений строи­тельного щебня, дресвы и крошки кир­пича, а также строительного песчано-известковистого щебня. Часто встре­чаются остатки кожи, костей, кусочки керамики, захоронения и фрагменты надгробных плит.

Техногенные грунты представлены большим спектром песчано-глинистых разновидностей:

1) песками пылеватыми и средней крупности, неоднородными, очень влажными и водонасыщенными (30,3-81,2%), с примесью органических веществ (5,7-15,2%), иногда слабоизве­стковистыми (6,34-9,71%);

2)   супесями текучими с природной влажностью 99,3-114,3%, от слабо- до среднезаторфованных (20,9-25,9%);

3)   суглинками, реже глинами от ту­го- до мягкопластичных с влажностью 16,8-74,9%, со следами органики (3,8%) или среднезаторфованных (25,9%), ино­гда слабоизвестковистых (6,34-9,72%);

4)   слежавшимся торфом с влаж­ностью 167,4-299,6%, с содержанием органики 53,05-65,94%, очень похожим на остатки древних пожарищ.

Следует отметить две особенности описанных грунтов: (1) содержание карбонатов в пылеватых песках и су­глинках составляет до 9,7%, что связа­но с процессом выщелачивания изве­сткового раствора из кладки фундамен­та; (2) влажность торфов является чрез­вычайно высокой (до 299%) и посто­янно поддерживает высокую влажность фундаментов.

Проследить тенденцию присутствия техногенных разновидностей на опре­деленной глубине в целом не удалось из-за неоднородности и хаотичности их сложения и напластований в разрезе, что, в свою очередь, объясняется по­следствиями селевых смывов в истори­ческом прошлом, техногенными пере­копами и пожарами.

Под неоднородными техногенными грунтами по всему периметру здания храма залегают четвертичные отложения. Вскрытая мощность коренных пес­чано-глинистых пород составляет от 0,2 до 0,5 м. Глубина залегания от подошвы пола нижнего яруса составляет 0,9 м в западной части и 1,4 м — в других ча­стях храма.

В основании западной и юго-запад­ной стен храма, где проходило древнее русло ручья Сорочка, были встречены аллювиальные светло-коричневые пес­ки средней крупности мощностью 0,20-0,38 м, с выраженной слоистостью и разной степенью ожелезнения.

Четвертичные отложения в основном представлены:

1) серыми и темно-серыми неоднород­ными песками пылеватыми и средней крупности с влажностью 12,6-23,5%;

2) пластичными и текучими песчани­стыми супесями с влажностью 14,0-22,8%;

3) суглинками и реже мягкопластичными глинами с влажностью 17,1-26,6%.

Содержание органики в грунтах не­значительно, но ощутим характерный застойный запах из-за присутствия в них деревянных свай и многовекового на­хождения ниже уровня грунтовых вод.

По результатам химического анализа водной вытяжки грунтов было отмече­но, что среди анионов преобладает суль­фатной, а среди катионов — ионы каль­ция. Содержание сульфат-аниона в про­бах грунта изменяется от 280 до 1080 мг/кг. Его максимальное содержание было обнаружено в пробе под северной галереей. Содержание катионов каль­ция колеблется в пределах от 0,9 до 1,95 мг-экв. Степень засоленности грунта изменяется от 0,078 до 0,228%. Резуль­таты спектрального анализа показали наличие в грунтах соединений кальция (0,86 вес. %), железа (1,29 вес. %) и ка­лия (1,22 вес. %).

Грунтовые воды, вскрытые в толще четвертичных отложений, приурочены к древнеаллювиальным пескам и супе­сям. Водоупором горизонта служат верхнекаменноугольные глины, зале­гающие на глубине около 12 м от днев­ной поверхности. Грунтовые воды имеют хлоридно-карбонатно-калиево-натриево-кальпиевый состав с минера­лизацией 2,9 г/л, не агрессивны по от­ношению к бетону марки W4-W6.

Влажность строительных конструк­ций стен оказалась чрезвычайно высо­кой (более 15% у пола нижнего яруса), что ведет к образованию высолов и серьезному ослаблению расчетного со­противления кладки сжатию. По ре­зультатам рентгеноструктурного анали­за высолы представлены термонатритом, тенардитом и гипсом. В качестве примесей присутствуют кварц и каль­цит. Катионно-анионный состав высо­лов в целом согласуется с химическим составом грунтовых вод и грунтов ос­нования.

Расчет несущей способности и устойчивости конструкции стен, сде­ланный на основании обследования стен нижнего яруса храма (без учета действия динамической составляющей от наземного транспорта и метрополи­тена), показал, что несущая способ­ность и устойчивость стен нижнего яруса не обеспечена.

Результаты бурения скважины № 1 в пилоне стены северного придела ниж­него яруса храма показали очень высо­кую влажность и деструктированность известково-песчаного раствора в клад­ке, обусловленные тем, что северная стена придела барражирует грунтовый поток, идущий со стороны безрусловой ложбины стока.

Результаты бурения скважин № 2 и 3 на западной стене нижнего яруса храма показали значительные разру­шения внешней части стены из-за пе­риодического переувлажнения и про­мораживания в связи с созданием при реставрации в 1980-е годы открытого археологического раскопа в западной части придела.

Имеет место также деструктивное состояние внешней поверхности стен нижнего яруса, находящейся ниже дневной поверхности примерно «на 300 лет» и разрушающейся под воздей­ствием техногенеза.

Сложившиеся условия взаимодей­ствия между нижним ярусом храма и техногенными образованиями и резуль­таты этих взаимодействий за прошед­шие столетия свидетельствуют о невоз­можности сохранения этого яруса без принятия кардинальных мер по подъе­му его на высоту, равную нынешнему погружению.

Сохранение памятника архитекту­ры и возрождение его исторического облика с применением технологии подъема — реально выполнимый про­цесс с помощью тщательно рассчитан­ных операций. Это подтверждается ми­ровым и отечественным опытом. На­пример, в 30-е годы прошлого столетия в Москве было поднято 10 зданий. Од­но из них, пятиэтажное, на ул. Серафи­мовича было поднято на высоту 1,85 м, а затем передвинуто на несколько мет­ров. Во Франции с помощью этого метода было сохранено несколько па­мятников архитектуры — среди них та­кие, как церковь Сен-Стефан в Люневиле, церковь Сен-Жульен и здание ста­ринной мэрии Витри-сюр-Сен в Пари­же. В Румынии в 1955 году с помо­щью подъема на 3,5 м была спасена церковь XVI века в г. Ребежешть.

Для реализации принятого решения по подъему храма Всех Святых на Кулишках (на 4 м) на первом этапе извле­кался грунт из его нижнего яруса, раз­бирался старый фундамент и парал­лельно велись работы по «вывешива­нию» здания храма с помощью вдавли­ваемых железобетонных свай, устрой­ства железобетонных ростверков, ба­лок жесткости и плитного фундамента. Мощный культурный слой, скрывший нижний ярус здания и превративший его в подвал, не только создал угрозу сохранности и исказил художествен­ную выразительность первозданного облика храма, но и породил определенные трудности при его «извлечении» из недр культурного слоя. Поэтому тех­нология работ предусматривает созда­ние по периметру здания предвари­тельного технологического зазора, че­рез который будут проведены санация, укрепление и реставрация стен перед подъемом.

В заключение хотелось бы еще раз подчеркнуть своевременность приня­тия решения о сохранении рассматри­ваемого храма. Это подтверждают по­лученные данные о состоянии его фун­дамента, полной деструкции его це­ментного раствора, превращении его кирпичной кладки в дресву и щебенку, частичном преобразовании известняка кладки в глину, образовании в нем по­лостей от сгнивших деревянных субструкций, а также о чрезмерном увлаж­нении и выветривании кирпичной кладки стен нижнего яруса, восприни­мающих боковое давление грунта.

В подобном состоянии находится около 60 памятников архитектуры в центре г. Москвы. Среди них такие па­мятники, как Музей современной исто­рии, Гранатный двор, церковь Николы за Берсеневой решеткой и другие исто­рические здания, оказавшиеся в резуль­тате техногенеза заглубленными в тол­щу техногенных образований на 2-3 м.

Техногенез «поразил» ряд памятни­ков архитектуры и во многих других исторических городах России. К их числу можно отнести, например, дво­рец Меньшикова в Санкт-Петербурге, храм Николы Мокрого и Спасо-Преображенский собор в Ярославле.

Помимо восстановления первона­чальных пропорций и создания надеж­ных условий для дальнейшего сохране­ния исторических памятников хоро­шим стимулом для использования тех­нологий их подъема может оказаться также возможность получения допол­нительных площадей за счет использо­вания подземного пространства.

Фото.1. Направления поверхностных потоко...
Фото.2. Размещение под фундаментами храм...
Фото.3. Выщелоченный долонитовый известн...
Фото.4. Состояние деструктированного изв...
Фото.5. Полностью деструктированный кирп...
Фото.6. Появление грибов на кладке фунда...

Профессор кафедры инженерной геологии РГГРУ, д.г.-м.н. Пашкин Е.М.

Зам. начальника грунтовой лаборатории ГПМО «Мособлгеотрест» Белова Г.С. 

Православный церковный календарь: