Инженерная реставрация собора Рождества Богородицы

 Суздальского Кремля

Научно-производственная фирма «Тектоника» в 1994 году выполнила комплексное инженерное обследование технического состояния собора Рождества Богородицы, в том числе подземной части конструкций и грунтового основания, с применением современных технических средств. Обследование показало, что кроме видимых деформаций фасадной кладки нижнего яруса, ограждающие конструкции находятся в периодическом напряжении. Основания под фундаментами разнородны по структуре, фундаменты имели потенциальный перелом в местах пересечения фундаментами Мономахова собора.

Отвод поверхностных вод от здания отсутствовал, что существенно повлияло на ускорение процесса деструкции белого камня и утрат белокаменной резьбы. Положение усугубилось неправильно выполненным в  1986 – 1987 гг. кровельным покрытием притворов.

На тот период можно констатировать следующую картину общего состояния собора. Кладка нижнего яруса собора в его восточной части, а также юго-восточного и северо-восточного угла отслаивалась от забутовки. Эти участки в качестве временной меры были окружены системой деревянных подпор.

Отсутствие мер по отводу поверхностных вод и химзащите белого камня продолжало существенно влиять на ускорение процесса деструктуризации камня и утрат белокаменной резьбы.

Весенне-осенние перепады температуры воздуха в помещениях собора, а также промерзание кладки стен в зимний период в значительной степени ухудшили состояние и сохранность монументальной и станковой живописи, представляющей уникальные образцы древнерусской художественной культуры.

Визуальные и инструментальные периодические наблюдения показывали, что деформационный процесс продолжал активизироваться.

Проведенные же в 1995 – 1996 годах инженерно-археологические изыскания позволили установить точно, что все деформации связаны с изменением гидрологических условий: три обрушения собора и его деформации до нашего времени обусловлены неравномерностью осадок в верхней зоне просадочной толщи основания, а затем деформациями неравномерных просадок в нижней зоне несущего слоя в связи с его подтоплением через подстилающий слой песка от подъема воды в р. Каменка.

В геоморфологическом отношении площадка собора расположена в излучине левого берега р. Каменка и возвышается над урезом воды на 7–11 м. Геологическое строение площадки застройки Кремля характеризуется четырьмя основными инженерно-геологическими элементами (ИГЭ). Первый (сверху) ИГЭ - насыпной слежавшийся грунт мощностью 1,8–2,5 м представлен рыхлым суглинком с включением щебня и остатками строительного мусора. Второй ИГЭ мощностью 4,9–7,3 м, на который опирается фундамент собора, представленный пылеватым макропористым суглинком со слабопросадочными свойствами, содержит прослойки песка. Третий ИГЭ мощностью 0,9–1,1 м –  водоносный слой –  представлен водно-ледниковыми мелкими песками средней плотности, имеет выход в р. Каменка. Четвертый ИГЭ мощностью более 20 м представлен водонепроницаемым ледниковым моренным суглинком.

Анализ полученных данных позволил сформулировать концепцию деформационных процессов грунтов основания, послуживших причиной разрушения зданий собора в разные исторические периоды его существования. Строительство Владимиром Мономахом первого, самого большого по размерам собора с мелким (до 60 см) заглублением фундаментов в зоне активного сезонного промерзания и частичным их расположением на грунтовой засыпке древнего рва, а также выравнивание территории вокруг собора способствовали развитию неравномерных осадок грунта основания и скорому разрушению собора в 1148 году.

Строительство Юрием Долгоруким нового собора с подсыпкой территории до 2,5 м и формированием холма под это здание увеличило нагрузку на несущий слой основания, в прошлом поверхностного слоя грунта с повышенной пористостью относительно нижележащей толщи. Это послужило условием для дальнейшего развития деформационного процесса осадки, приведшего также к повторному разрушению собора в 1222 году.

Внук Долгорукого, восстановив здание собора, обнес его каменной оградой, что привело к увеличению инфильтрационного потока талых вод и атмосферных осадков в основания фундаментов и их замачиванию. Это способствовало продолжению процесса осадки и началу просадочных деформаций в верхней зоне слабопросадочной толщи грунтового основания, что и привело к обрушению сводов собора через 223 года. Этому обрушению способствовал и сильный пожар в 1446 году.

После очередного восстановления здание собора простояло без видимых деформаций до середины XIX  века, когда в его сводах и арках появились трещины. К этому времени здание из разнородных материалов обветшало. На прочности его конструктивных элементов сказались растесы проемов, арок и столбов, а также утрата внутренних деревянных связей в верхнем поясе нижнего яруса каменной кладки несущих стен. На этом фоне продолжалось развитие просадочных процессов грунтового основания, увлажняемого инфильтрационным потоком поверхностных вод.

В наше время деформации здания собора вновь активизировалось, что можно объяснить изменением гидрологических условий площадки застройки, связанных с возведением в 1967 г. водосборной плотины на расстоянии 0,4 км от территории Суздальского Кремля. Уровень воды в излучине реки превысил горизонт расположения песчаного слоя, соединяющегося с руслом реки. После наращивания плотины в 1986 г. еще на 2 м подтопление песчаного слоя под территорией Кремля стало систематическим. Это подтверждается результатами инженерных исследований, определившими, что высота нижнего слоя грунта основания в водонасыщенном состоянии составляет более 5,5 м, а в весенний период и период обильных дождей высота замоченного слоя значительно возрастает. Таким образом, процессы деформации грунтового основания неизбежно будут продолжаться.

С учетом комплексных исследований были выработаны основные принципы инженерных мероприятий по усилению конструктивных элементов Рождественского собора.

Конструктивные элементы Рождественского собора несут в себе разнородные материалы различных построек и ремонтов, сильно отличающиеся между собой по прочностным характеристикам и вещественному составу, многие из них потеряли свои функциональные свойства, как, например, деревянные внутренние связи, и существенно изменили конструктивную жесткость здания в целом. Следует учесть и ту особенность, что весь объем здания собора представляет собой несколько самостоятельных блоков, работающих практически независимо друг от друга в общей схеме распределения напряжений. В частности, абсидный объем и три придела являются таковыми по отношению к центральному объему четверика. Более сложной и менее изученной является подземная часть здания, которая несет основную нагрузку и принципиально влияет на устойчивость верхнего строения.

Основные принципы инженерного усиления здания собора сводятся к следующему:

- измерение вертикальных перемещений элементов зданий в намеченных условных сечениях Рождественского собора, Архиерейских палат и сооружений архитектурного комплекса;

- работы по инженерному усилению здания проводят по конструктивным блокам. Например: абсидная часть, северный блок притвора и прилегающие к нему несущие конструкции центрального объема как наиболее аварийные; затем – западный блок с прилегающими несущими конструкциями основного объема с установлением стяжных связей верхнего строения; в завершении – укрепительные работы по южной стороне. Безусловно, состав и объем работ, а также их порядок в большей степени зависят от реакции конструкций на проведенные укрепительные мероприятия. Поэтому весь процесс инженерного укрепления здания и последующая его эксплуатация должны сопровождаться комплексным геотехническим мониторингом;

- всем работам по усилению подземной части предшествуют инженерно-археологические изыскания, проводимые не только для выяснения состояния подземных конструкций, но и для корректировки проектных решений с учетом значимости археологических находок;

- все инженерные решения направлены на улучшение гидрологической ситуации и внутренней среды здания собора, способствуя сохранению памятника, его интерьера и убранства.

Особенностью всех деформационных процессов здания Рождественского собора, опасных для его эксплуатации, является неравномерность вертикального перемещения отдельных его частей, которая инструментально наблюдается на протяжение последних пяти лет и активность которой нарастает в связи с ухудшением гидрологической ситуации.

Результаты исследований показали, что вскрытые фундаменты под стенами Рождественского собора ленточные, глубина заложения фундаментов составляет 3,90 м под южной стеной и 4,30 м – под северной. Фундаменты до глубины 1,5 м сложены пятью–шестью рядами груботесаных квадр известняка с выравнивающими рядами плинфы на выщелоченном известково-песчаном растворе. На глубине 1,5 м отмечено уширение фундамента на 40 см у южной стены собора и 50 см – у северной. В интервале глубин 1,50 – 2,30 м три квазиряда валунов метаморфических пород с проливкой известково-песчаным раствором. Отмечены многочисленные полости раскрытием до 5 см и глубиной до 20 – 30 см. В интервале глубин 3,35–3,70 м фундаментов южной стены зафиксирована зона обрушения кладки фундамента в горизонтальную полость от сгнивших деревянных субстанций – лежней. Пустотность фундамента на отдельных интервалах достигает 30–40%. На поверхности валунов четко прослеживаются натеки извести, что свидетельствует об интенсивном выщелачивании известкового раствора. Сам известковый раствор водонасыщен и в некоторых местах находится в текучем состоянии.

Под подошвой фундамента встречены остатки сгнивших деревянных колышков. Длина колышков составляет до 80 см (3,80 – 4,50 м), а остаточный диаметр на глубине 4,0 м равен 5 см. Расстояние между колышками  40 см. Отмечена вертикальная зональность: 3,80–4,00 м – открытая полость от оголовков с натеками извести; 4,00–4,20 м – суглинок коричневый пластичный до текучего, влажный с тонкими вертикальными прожилками извести, в основном по контуру колышков; 4,20–4,50 м – суглинок коричневый пластичный влажный с включениями древесного темно-коричневого водонасыщенного тлена. Наибольшую опасность представляют открытые полости на контакте «фундамент – грунт», сформировавшиеся в теле фундамента в результате гниения колышков.

В интервале глубин 2,5 – 3,5 м фундаментов северной стены зафиксирован отрыв фундамента от техногенных грунтов основания, в результате которого образовалась полость с раскрытием до 3 см.

Кроме того, в интервале глубин 4,90–5,10 м фундаментов Мономахова собора вскрыта открытая полость, из которой начался водоприток фундаментных вод в шурф  с расходом более 1 м3/ч. Фундаментные воды Мономахова собора оказывают существенное влияние на грунты, залегающие непосредственно под подошвой фундамента XIII века, так как глубина заложения фундаментов собора XI века под северной стеной ниже, чем у собора XIII века.

Анализ трещин, мест их заложения и взаимного расположения позволил выделить два типа основных участков деформаций, которые характеризуются единым режимом деформаций и набором инженерно-геологических процессов. К первому типу относятся 3 зоны, характеризующиеся преимущественно осадочными деформациями, во втором типе выделяется 6 зон, в пределах которых развиваются знакопеременные деформации, соответствующие преимущественно деформациям пучения.

В создавшейся ситуации для снижения пустотности фундаментов и стабилизации деформаций собора наиболее целесообразным является цементация материала кладки фундамента и контакта «фундамент – грунт» комбинированными цементно-известковыми растворами с добавлением пластификаторов. При этом происходит омоноличивание кладки фундамента за счет заполнения дефектов и полостей раствором, сопровождающееся увеличением прочности кладки на 20 – 30%. При цементации контакта происходит заполнение полостей от сгнивших лежней, каверн под подошвой фундамента, уплотнение разуплотненных грунтов основания, что повышает несущую способность грунтов и предотвращает развитие осадок и деформаций фундаментов.

Цементацию фундаментов необходимо дополнить работами по уплотнению грунтов основания. Актуальность этого обусловлена наличием под подошвой фундамента зон грунта, находящихся в состоянии от мягкопластичного до текучего, разуплотненных в результате деструкции деревянных колышков.

С 1998 года на соборе выполнялись противоаварийные мероприятия по усилению основных конструктивных элементов. Усилен северо-восточный алтарный столб, нижний уровень абсид, установлены дополнительные воздушные металлические связи в двух уровнях, проводились работы по усилению стен нижнего яруса по всему периметру.

Публикации по данной теме:

Выполненные работы >>

Вернуться на страницу «Инженерная реставрация сооружений Суздальского Кремля» >>

При использовании материалов сайта ссылка на источник обязательна.

© НПФ «Тектоника», 1991-2020.