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.
Профессор кафедры инженерной геологии РГГРУ, д.г.-м.н. Пашкин Е.М.
Зам. начальника грунтовой лаборатории ГПМО «Мособлгеотрест» Белова Г.С.