Экологический мониторинг памятников истории и культуры Владимирской области и проблемы их сохранения

Скальный В.С.

Косыгин Е.В.
 

Большинство недвижимых памятников архитектуры и истории находится в аварийном состоянии, так как многие из строений древнерусского зодчества относятся к культовым сооружениям и обветшали из-за недостатка средств, выделяемых на их сохранение. Обследование свыше четырехсот объектов на территории Владимирской области показало, что около семидесяти процентов из них деформированы в результате ухудшения гидрологических условий. Причем, в последние десятилетия большей деформации подвергаются капитальные здания древней застройки с ослабленной временем конструктивной жесткостью подземной части и убывающей, под действием эрозионных процессов, остаточной прочностью конструкционных материалов верхнего строения.

Ныне действующая методология по сохранению недвижимых памятников культурного наследия предусматривает: комплексные инструментальные исследования памятников по многочисленным факторам физического состояния конструкций самих памятников, их внешней и внутренней средам; анализ и оценку имеющихся и собранных в результате исследований материалов для определения необходимых мероприятий по их сохранению; проектирование ремонтно-восстановительных, противоаварийных, консервационных и реставрационных работ по существующим нормативам и технологиям; осуществление авторского надзора за реализацией проектов с необходимой корректировкой ранее принятых решений. Однако эта схема высокозатратна и не предусматривает изучение динамики деформационных процессов, предшествующих проведению ремонтно-восстановительных работ, при производстве работ и в последующий период стабилизации. Отсутствие сквозного мониторинга деформационных процессов не позволяет оценить качественную сторону проектов и производства работ, сделать прогноз по долговечности и надежности сохранения недвижимых памятников архитектуры и истории.

Научно-производственной фирмой «Тектоника» предложена новая методология сохранения недвижимых памятников архитектуры и истории. Эта методология предусматривает:

- первичные комплексные обследования физического состояния памятника и среды его обитания;

- анализ собранных исторических материалов и результатов первичного обследования с разработкой концепции причин деформационных процессов и степени аварийности объекта;

- разработку системы сквозного мониторинга по характерным инструментальным показателям со сбором дополнительных данных, подтверждающих или опровергающих концептуальные положения причинно-следственных связей протекающих деформационных процессов;

- создание системы инструментального наблюдения (в т. ч. геодезического) и сбор исходных данных, предшествующих ремонтно-восстановительным и реставрационным работам;

- определение и корректировку частоты инструментальных наблюдений в подготовительный, строительный и стабилизационный периоды по системе выбранных показателей мониторинга;

- разработку эскизного проекта по комплексу ремонтно-восстановительных и реставрационных работ;

- научно-техническое сопровождение производства строительных работ;

- инструментальный мониторинг основных деформационных процессов до полной их стабилизации - принятие при необходимости дополнительных мер по ускорению стабилизационного периода.

Рассмотрим обозначенные выше вопросы на примере трех уникальных и исторических объектов: Рождественский собор в г. Суздале, собор Бориса и Глеба в с. Кидекша, Надвратная церковь Троицкого монастыря в г. Муроме.

Территория Владимиро-Суздальского княжества древней Руси (ныне Владимирская область) богата многочисленными памятниками архитектуры и истории. Жемчужиной этого края является Суздальская земля, где находятся наиболее древние и ценные памятники белокаменного зодчества XII-ХШ веков, вошедшие в историю мировой архитектуры и включенные ЮНЕСКО в список Всемирного культурного наследия. Среди них Богородице-Рождественский собор Суздальского Кремля - самое значительное и монументальное сооружение, уникальный образец художественного синтеза искусства и архитектуры. В его архитектурном облике воплощена строительная культура XII, XIII, XVI, XVIII и XIX веков со сложной и во многом загадочной историей своего строительства. Снаружи храм украшен изумительной белокаменной резьбой, а внутри - красочными фресковыми росписями.

Исследователи древнерусского зодчества на основании научных изысканий считают, что первая церковь Пресвятой Богородицы была заложена в 990 году и была деревянной. Она упоминается у суздальского летописца Л. Федорова (XVIII в.), прочитавшего в соборе на тябле иконостаса надпись: «Лета 6418 благоверный великий князь Владимир всея Руси прииде во град Суздаль ... заложи церковь первую Пречистыя владычицы честного и славнаго ея Успения...» [1]. В другом историческом источнике пишется: «А с начала строения града святитель Федор во граде Суждале соборную церковь первую поставил Успения Пресвятой Богородицы из древес дубовых чудну» [2].

В междоусобной войне мономаховичей со святославичами, по сведениям последующих летописей, Черниговский князь Олег Святославич в 1096 г. «повеле зажещи Суждаль город, токмо остался двор монастырский Печорского монастыря и церкви, иже тамо есть святого Дмитрия. В этом пожаре погиб первоначальный храм и на месте его церковь новая создана великим князем Владимиром Мономахом».

Действительно, сложившиеся обстоятельства позволили Мономаху выехать в Суздаль лишь в 1101 году. С обозом князя прибыли мастера-строители. Часть строителей Мономах оставил на пути в Смоленск, где на праздник святых мучеников Бориса и Глеба 2 мая был заложен каменный собор. Мономах, как он сам писал, на зиму остался в Ростовской земле и «три зимы ходили к Смоленску». Мономах сам контролировал ход строительства и в Смоленске, и в Суздале, и во Владимире, успевая между делом гоняться за половецким ханом Боняком. Одновременно с каменным собором в Суздале Мономах строит и княжеский двор и обновляет (усиливает) городской вал и стену.

Очередной приезд Мономаха в Суздаль был в 1107 году после заключения мира с половецким ханом Аспой, дочь которого он привез в жены своему семнадцатилетнему сыну Юрию. Волжские болгары, осадив Суздаль в 1107 году, уже не смогли взять город. На атом основании ученые считают, что начало строительства первого каменного собора в Суздале относится к 1101 году, а окончание не позднее 1107 года. Принимая во внимание, что образцом для суздальского собора был Успенский собор Киево-Печорского монастыря, который строился четыре года, строительство суздальского собора можно датировать 1101 - 1104 гг.

Первый кирпично-каменный суздальский собор поражал своим масштабом, резко доминировал над всеми остальными деревянными постройками города, в том числе и Дмитриевским монастырем, расположенным на противоположном берегу реки Каменки. Он явился опорной точкой в дальнейшем развитии владимиро-суздальского каменного зодчества. В системе развития общерусского зодчества начала XII века суздальский собор является одним из последних представителей храмового искусства XI века.

Однако это здание простояло не долго - около 45 лет - и разрушилось. Но уже в записях 1148 года новгородский летописец сообщает, что в Суздале был освящен собор Святой Богородицы. Другая летопись говорит о том, что в этом же 1148 году князь Юрий Долгорукий построил повое соборное здание [3]. Имеется еще один летописный источник, сообщающий: «..и церковь святи святей Богородице великим священием» [1].

Существуют три различных понятия: «великое освящение», «освящение», «подосвящение». Первое применяют в случаях нового строительства значительных в церковном понятии храмов с учетом высших архиерейских чинов. Второе - при освящении новой рядовой церкви или после ремонта. В этом случае епископ может благословить на это протоиерея. В третьем понятии подразумевается действо священника по очищению алтаря от скверны в случае попадания туда каким-либо образом животного, неосвященной женщины или неверного (иноверца) и т. п.

В данном случае великое освящение архиепископом Нифонтом было совершено по случаю выстроенного нового собора. Именно в это время собор был переименован из Успенского в Рождественский.

Действительно, как установили ученые, сын Мономаха - Юрий Долгорукий - на месте разрушенного строит новый собор. Он учел одни из просчетов строителей своего отца - мелкое заглубление фундаментов. Оставив основание фундаментов нового собора на уровне старого, он сделал подсыпку холма вокруг новых фундаментов шириной 20-25 м, получив глубину заложения новых фундаментов до 3,1 м против 0,58 м старых. Кроме того, в некоторых местах, где стены нового собора совпадали с остатками стен старого, последние были использованы даже без разборки, органично встраивались в новое здание, часть стен Мономахова собора Юрий Долгорукий использовал в качестве забутовки для вновь возводимых стен.

Инженерно-археологические изыскания у суздальского собора обнаружили фундаменты двух храмов. Один из них - фундамент первоначального каменного собора с основным объемом и двумя приделами с севера и юга. Второй фундамент принадлежит существующему собору, но не с приделами, а с притворами с трех сторон - южного, западного и северного фасадов. В Лаврентьевской летописи под 1194 годом говорится о ремонте собора, имевшим притворы: «...и покрыты бысть оловом от верху до Комар и до притворов...» [2]. Отличие придела от притвора заключается в том, что придел - бесстолповая пристройка с южного или северного фасада, имеющая дополнительный алтарь для богослужения, а притвор (нартекс) - помещение для лиц, не имеющих права входить в храм, и эти два элемента православного храма существенно отличаются друг от друга по конструкции.

Собор, построенный Юрием Долгоруким, простоявший 74 года и переживший в 1194 году ремонт, постигла та же участь, что и Мономахов,- он разрушился. Одной из основных причин разрушения храма Юрия Долгорукого является то, что, сохранив уровень подошвы фундамента, в зоне несущего слоя грунта основания остались насыпные грунты и сильносжимаемые биологические прослойки почвенного и илистого грунтов под восточной частью здания, что вызвало неравномерную осадку фундаментов и обрушение собора.

Юрий Всеволодович, внук Долгорукого, в 1222 -1225 гг. строит новый собор. Однако в 1222 году происходила не закладка нового собора, а надстройка нового верха на фундаменте и остатках стен нижнего яруса собора 1148 года.

В 1446 году после сильного пожара верх храма снова обрушился, затем в 1528 году был надстроен из кирпича и оборудован пятью барабанами с главами в XVII в. [2]. Дальнейшему трещинообразованию и эрозионному разрушению несущих конструкций способствовало расширение арочных проемов в северной и южной стенах центральной апсиды (вероятно, в связи с растесом оконных проемов на 300 мм в 1862...63 гг., когда митрополит Илларион ликвидировал ходы в храме), что стало одной из причин разрушения кладки стен, столбов и арок, особенно северной стены центральной апсиды за счет развития процесса дилатации (выпирания).

В 1849 г., как свидетельствуют архивные документы, «...в перемычках над входными с южной, северной и западной сторон дверьми имеются опасные трещины, простирающиеся почти по самим сводам» [2]. Трещины эти расшиваются и зачеканиваются раствором с паклей. В 1852 г. в архивных источниках записано: «...в сводах и главах... и нескольких местах штукатурка частью отвалилась, и частично оказались трещины...». В 1853 г. покупается «сто пудов полосового железа для связей внутри собора» [2]. Верхний кирпичный ярус собора, возведенный в 1528 году с главами XVIII в., последний раз был реставрирован в 1986... 1992 г. В настоящее время белокаменная кладка стен нижнего яруса собора деформируется с угрожающей прогрессией, что подтверждается наблюдениями за последние 10 лет и анализом инструментальной геодезической съемки 1993-1999 гг., а также расчетными данными, выполненными на ПЭВМ. Как видно, история собора свидетельствует о постоянном появлении деформаций и проведении восстановительных и ремонтных работ.

Недостаточная изученность архитектурного памятника в большей степени обязана существовавшей традиционно практике дифференцированного подхода в обследовании памятника, недооценке инженерных исследований при определении физического состояния отдельных его элементов и общей устойчивости, установления объективных причин деформации и разрушений. Это поставило сегодня уникальное здание собора под угрозу нового разрушения и опасности маловероятного его восстановления в будущем. Опыт научно-технических и инженерно-археологических исследований показывает, что разрушение архитектурных памятников в подавляющем большинстве случаев связано, в первую очередь, с деформациями грунтовой среды, и здание Рождественского собора не является исключением.

Комплексные исследования, в том числе инженерно-археологические изыскания, позволили установить, что все деформации связаны с изменением гидрологических условий: три обрушения собора и его деформации до нашего времени обусловлены неравномерностью осадок и просадкой 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) (рис. 1).

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, 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 с определенной достоверностью 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 здания 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 разрушению собора в 1148 году, после 45 лет его существования.

Строительство Юрием Долгоруким нового собора с подсыпкой территории до 2,5 м, формирование холма под это здание увеличило давление на несущий, в прошлом поверхностный, слой основания, с повышенной пористостью относительно нижележащей толщи. Это послужило условием для дальнейшего развития деформационного процесса осадки, приведшего к повторному разрушению в 1222 году через 74 года существования нового здания собора.

Внук Долгорукого, восстановив здание собора, обнес его каменной оградой, что привело к увеличению ннфильтрационного 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 1440 году.

После очередного восстановления собора и возведения других сооружений комплекса Суздальского Кремля, изменивших гидрологические условия и нагрузки на грунтовую толщу основания, здание собора простояло без видимых деформаций до середины XIX века, когда в его сводах и арках появились трещины. К этому времени здание из разнородных и разного срока службы 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 - развитие просадочных процессов грунтового основания, увлажняемого инфильтрационным потоком поверхностных вод.

В наше время деформации здания собора вновь активизировались, что объясняется изменением гидрологических условий площадки застройки, связанных с возведением в 1967 г. водосборной плотины на расстоянии 0,4 км от излучины реки, где расположена территория 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. В результате создались условия для замачивания слабопросадочного слоя грунта основания снизу, что привело к дальнейшему развитию неравномерной деформации просадки. Это подтверждается результатами инженерных исследований, т. к. высота нижнего слоя грунта основания в водонасыщенном состоянии составляет более 5,5 м от подошвы слоя за счет капиллярного поднятия влаги, а в весенний период и период обильных дождей высота замоченного слоя значительно возрастает. Таким образом, процессы деформации грунтового основания неизбежно будут продолжаться.

В настоящее время необходимо общественное влияние на государственные органы с целью изыскания необходимых средств для спасения архитектурного памятника мирового значения. Разработанные фирмой «Тектоника» противоаварийные мероприятия, проекты усиления конструкций Рождественского собора предусматривают первоочередное усиление конструкций и повышение пространственной жесткости верхнего строения собора с последующим усилением фундаментов и структурной стабилизацией грунтов основания. Первая очередь по усилению нижнего яруса апсидного объема собора уже выполнена и разработан проект усиления основания и фундаментов с защитой их от подтопления подземными водами верховодки.

На территории Суздальского Кремля осуществляется экологический мониторинг не только Рождественского собора, но и всех зданий и сооружений архитектурного комплекса, как показано на схеме расположения деформационных марок и реперов (рис. 2). В качестве примера на рис. 3 приведены несколько графиков четырнадцати циклов геодезических наблюдений на вертикальном перемещении характерных точек деформируемых блоков зданий и сооружений этого комплекса (см. рис. 2) за последние шесть лет наблюдений.

Церковь Бориса и Глеба в с. Кидекша Суздальского района является еще более древним памятником, включена ЮНЕСКО в Список всемирного культурного наследия. Инженерно-археологические исследования этого белокаменного архитектурного памятника древней Руси были проведены в 1994 году, а наблюдения за динамикой выявленных деформационных процессов продолжаются и сегодня.

Этими исследованиями сделана попытка разрешить ряд невыясненных вопросов, поставленных перед исследователями прошлых лет (А.С. Уваровым, И.К. Савицким, А.Д. Варгановым, К.А. Егоровым, И.И. Ворониным, А.В. Столетовым, И.А. Столетовым). К сожалению, до сих пор не проведены полные историко-архивные исследования, что сказывается на отрывочности наших знаний по истории поздних построек храма. Известные нам источники позволяют наметить только историческую канву этапов изменений облика храма. Прошедшие реставрационные работы только поддержали храм на какой-то промежуток времени, и в настоящий момент назрела необходимость больших комплексных работ по выводу сооружения из аварийного состояния.

Раньше предполагалось, что деформационные процессы развиваются в связи с ветхостью верхней части постройки и, следовательно, достаточно производства реставрационных работ по усилению конструкций верхнего строения храма и замены кровельных покрытий. В результате установления в последние годы постоянного геодезического контроля за зданием храма были выявлены развивающиеся деформационные процессы по всему объему храма, включая и его фундаментную часть.

Анализ накопленных данных позволяет сделать вывод о необходимости проведения комплексных работ по выведению памятника из критического состояния. Исследовательские работы проводились по трем взаимосвязанным направлениям: инженерно-геологические изыскания, разработка методик по физико-химическому укреплению белого камня с определением оптимального температурно-влажностного режима и инженерно-археологические исследования.

Инженерно-геологические и инженерно-археологические исследования были проведены специалистами научно-производственной фирмы «Тектоника».

Основанием для зданий и сооружений территории Борисо-Глебского монастыря служат верхнечетвертичные пылеватые желто-коричневые суглинки. Анализируя их физико-механические свойства, согласно проведенным лабораторным испытаниям, следует отметить, что на глубине более 6 метров (предполагаемая глубина заложения подошвы ступенчатых фундаментов 2-3,5 м) коэффициент относительной просадочности несущего слоя грунта основания составляет при давлениях до 0,2 МПа от 0,22 до 0,087. Согласно СНиП грунты, имеющие коэффициент относительной просадочности более 0,01, относится к просадочным и при замачивании возникают дополнительные деформации просадки.

Следовательно, при анализе основных причин деформационных процессов для грунтов данной возвышенности необходимо изучить более глубокие изменения в гидрологических условиях площадки.

Однако следует отметить, что мощность просадочных суглинков под зданием Борисо-Глебского храма относительно невелика (3,0 - 3,3 м) и большая неравномерность просадок фундаментов здания церкви (учитывая его небольшие размеры) маловероятна.

Весьма существенными для данной геологической возвышенности (рис. 4) являются три обстоятельства: несущий пласт просадочных суглинков располагается на кровле мелких песков, которые при водонасыщении приобретают плывунные свойства; подстилающий водоупорный слой полутвердых суглинков имеет кровлю с ярко выраженным наклоном к береговому обрыву и служит плоскостью скольжения для вышележащей толщи грунта; подстилающий водоупорный слой полутвердых суглинков непосредственно под центром здания храма имеет перелом и крутое падение плоскости кровли в сторону берегового обрыва р. Нерль в восточном направлении.

Таким образом, эти три обстоятельства, кроме условия просадочности, создают соответствующие условия для деформации оползневого перемещения с верхних слоев геологической возвышенности по кровле массива водоупорных суглинков при появлении фильтрационного потока подземных вод в промежуточном слое песков, и особенно мелких, между несущим слоем грунта основания и грунтом нижележащего, подстилающего водоупорного слоя; крутопадающий перелом подстилающего слоя водоупора непосредственно под зданием храма и резкое увеличение толщины малосвязанного песчаного слоя при оползневых процессах создают дополнительные растягивающие напряжения в верхнем несущем слое глинистого грунта, приводящие к разрушению сплошности массива и появлению глубоких трещин на значительной территории застроенной возвышенности.

Именно эти особенности геологического строения и присадочные свойства несущего слоя основания определяют динамику деформационных процессов грунтовой толщи основания. Однако эти факторы могут проявляться только в определенных гидрологических условиях.

Инженерно-археологические изыскания геологического строения возвышенности, на которой распложен монастырский комплекс, позволили проанализировать строение грунтовой толщи основания и выявить закономерности расположения геологических элементов с учетом исторического развития геомеханических процессов рассматриваемой геологической возвышенности.

Анализ характера напластований и сочетаний геологических элементов свидетельствует о прошедших до начала строительства монастырского комплекса значительных текстурных изменений в результате древнего оползневого процесса. Рассматривая формирование природного почвенного слоя возвышенности, обращает на себя внимание резкий ее обрыв в верховой зоне возвышенности, в створе обрыва природного почвенного слоя четко просматривается крутое падение кровли подстилающего слоя суглинка и дальнейшее его уполаживание с определенным подъемом в сторону обрыва берегового склона возвышенности. При этом следует отметить, что толщина верхнего слоя суглинка значительно меньше в положенной части по сравнению с верховой и береговой зоной возвышенности. Образовавшаяся седловина в верхнем слое суглинка создает впечатление, что утончение его в середине произошло в результате растягивания пласта при деформации оползневого скольжения. Это предположение, в принципе, подтверждается строением подстилающего слоя песков и нижнего слоя суглинка. По простиранию слоя песков также можно выделить зону четко выраженного утоньшения слоя, крутопадающего в вертикальной плоскости с зоной утоньшения верхнего слоя суглинков. В предполагаемой плоскости оползневого скольжения просматривается крутое падание кровли нижнего слоя суглинка, а образовавшаяся в этой зоне впадина замыта песчаным грунтом различной дисперсности. Внизу располагается слой гравелистого песка, а вверху - мелкого.

Рассматривая текстурное строение песчаного слоя, можно предположить, что смещение и порядок расположения по крупности песчаных грунтов также подтверждает произошедшие в древности оползневые смещения напластований песчаного грунта.

Нижний слой буровато-коричневого полутвердого с включением валунов и гальки суглинка подстилается слоем плотной светло-коричневой супеси. Простирание этого геологического слоя по глубине не определено. Однако его толщина на глубину достигнутого бурения составила 3,8 м (у подошвы слоя возвышенности).

Таким образом, можно предположить, что водами реки Нерль в свое время был подмыт береговой склон геологической возвышенности, на которой позднее был построен монастырский комплекс. Древняя оползневая деформация смещения береговой зоны склона произошла к пойме р. Нерль. Позднее образовавшаяся седловина опустившейся поверхности возвышенности была выровнена насыпным грунтом, где и был построен Борисо-Глебский храм. Однако строители, вероятно, не подозревали, что середина здания относительно вертикали оказалась на участке крутого падения поверхности кровли подстилающих водоупорных суглинков, а малосвязанный промежуточный слой песчаных грунтов эластичен к восприятию деформационных процессов, а потому любые незначительные геомеханические процессы геологической возвышенности будут вызывать неравномерность деформации оснований, фундаментов и здания храма в том числе.

Деформационные процессы грунтового массива геологической возвышенности территории комплекса можно разделить на две категории:

- деформационные процессы просадки верхнего слоя суглинков, являющегося основанием зданий и сооружений монастырского комплекса;

- деформации оползневого процесса грунтового массива геологической возвышенности территории монастырского комплекса (берегового склона возвышенности).

Подтверждением деформационного процесса просадки верхнего слоя суглинков могут служить два факта: замачивание просадочного грунта и опускание грунтовой поверхности в зоне замачивания.

Инженерно-геологические изыскания и лабораторные испытания физико-механических свойств грунтов присадочной толщи показали, что грунт основания зданий и сооружений комплекса находится в водонасыщенном состоянии почти на всю толщину слоя, причем замачивание слоя происходит снизу, так как верхняя зона просадочного суглинка находится в тугопластичном состоянии со степенью влажности грунта в пределах 0,78...0,88, а основная толщина слоя снизу - в мягкопластичном состоянии со степенью влажности 0,92...0,99.

Необходимо отметить, что замачивание снизу просадочного слоя суглинка обусловлено утоньшением подстилающего песчаного слоя, являющегося дреной для инфильтрационного потока подземных вод.

Также возможно замачивание просадочного слоя за счет подтопления русловыми водами реки Нерль при ее подъеме во время паводков. Геодезические наблюдения, проведенные в период с мая по октябрь 1093 года, свидетельствуют о повсеместном опускании дневной поверхности территории монастыря в среднем на 4,5...5 мм за три месяца наблюдений. Следует отметить, что лето 1993 года было дождливым и, следовательно, иифильтрационный поток подземных вод был более значительным.

В мае 1991 года были проведены очередные геодезические измерения положения высотных точек зданий и сооружений монастырского комплекса. В этот период сезонно мерзлый грунт еще не оттаял, и все выпучивания сооружений были зафиксированы. Максимальная величина выпучивания составила 6 мм у восточной стены Борисо-Глебского храма и церкви архидиакона Стефана, а средняя для всех сооружений - 3 мм. В то же время зафиксировано зимнее понижение высот на восточном участке каменной ограды и юго-восточного угла Борисо-Глебского храма.

Изменение напряжений грунтовой толщи геологической возвышенности, обусловленное ослаблением структурных связей в результате повышения влажности массива, связанного с изменением гидрологических условий, привело к значительному увеличению общей массы суглинков верхнего слоя, возникновению дополнительных напряжений в плоскости скольжения грунтовой оползневой призмы склона и развитию деформационных процессов трещинообразований.

Обобщая результаты исследования, можно сделать вывод, что области трещинообразования наметились в плоскости старой оползневой призмы берегового склона и основания, трещина прошла от крайнего северо-западного угла каменной ограды к юго-восточному участку каменной ограды по самому короткому прямолинейному отрезку.

Одним из важных факторов экологического влияния грунтовой среды на недвижимые памятники архитектуры и истории являются динамические воздействия, особенно в условиях подтопления их подземной части. Чаще всего динамическое воздействие связано с движением различного вида транспортных средств, с технологическими процессами промышленного производства.

Изменение гидрологических условий с подтоплением зданий подземными водами верховодки на фоне воздействия среды обитания памятников резко усиливают деформационные процессы их разрушения. В качестве ярких примеров развития этих процессов может служить архитектурный комплекс Троицкого монастыря в г. Муроме Владимирской области.

Лучшим образцом муромской архитектуры XVI века является ансамбль Троицкого монастыря, включающий в себя памятники федерального значения - Троицкий собор (1642-1648 гг.), надвратную Казанскую церковь (1648-1652 гг.) и шатровую колокольню (1652 г.). В нарядных сооружениях органично слились черты архитектуры московского барокко, суздальского и поволжского зодчества, что придало им неповторимый местный колорит.

Все упомянутые и другие постройки плотно сосредоточены на небольшой территории застройки и создают неравномерную площадную нагрузку на грунтовый массив основания. Такая ситуация способствует развитию площадных осадочных деформаций и значительным изменениям гидрологических условий территории застройки. В комплексе сооружений надвратная Казанская церковь с шатровой колокольней и примыкающему к ней келейному корпусу находятся в пониженной части монастырской территории и в центре ее ассиметричной осадочной воронки, которая сформировалась ввиду особых условий.

Блок зданий надвратной церкви с колокольней и келейными палатами Троицкого монастыря в г. Муроме имеет значительные деформации, а колокольня - существенный крен. В связи с этим этот блок зданий, как и другие сооружения Троицкого монастыря, вошли в список объектов, требующих проведения инженерных охранных мероприятий.

С 1992 года начались геодезические наблюдения, инженерные изыскания и расчеты по определению прочности и устойчивости оснований, фундаментов и строительных конструкций, на основе которых сделаны неоднозначные выводы. С одной стороны, состояние конструктивных материалов зданий признавалось удовлетворительным, а с другой стороны - рекомендовалось проведение ряда инженерных мероприятий, предотвращающих дальнейшее развитие деформационных процессов разрушения конструктивных блоков и увеличения крена колокольни.

Однако рекомендации разработчиков не были выполнены, а деформационные процессы продолжаются. В связи с этим была поставлена задача дополнительного изучения ситуации и разработки конкретных инженерных мероприятий по стабилизации деформационного процесса и повышения устойчивости блока зданий надвратной церкви Троицкого монастыря.

В последующие годы дополнительными инженерно-археологическими изысканиями было подтверждено, что, как это отмечено выше, сблокированный корпус надвратной Казанской церкви с колокольней оказался в центре асимметричной осадочной воронки монастырской территории и подвергается систематическому подтоплению миграционным потоком подземных вод верховодки со всей территории монастырского двора.

Увеличение миграционного потока верховодки к сблокированному зданию надвратной церкви способствовало существенному изменению физико-механических свойств замачиваемых грунтов основания и в условиях различия в давлениях, передаваемых фундаментами зданий церкви, колокольни и келейного корпуса, активизировало развитие деформационных процессов.

В то же время вдоль южной стороны блока зданий Казанской надвратной церкви в непосредственной близости (6...8 м) проходит грузовая транспортная автодорожная магистраль города. Причем следует отметить, что уклон дороги на всем протяжении зданий и сооружений Монастыря четко выражен с запада на восток в сторону надвратной церкви. А против колокольни сформировался значительный прогиб дороги и поверхности земли прилегающей территории. Необходимо отметить, что подъем дороги на участке блока зданий надвратной церкви увеличивается, начиная с середины длины келейного корпуса. Это значит, что водители грузового транспорта, двигающегося с восточной стороны, заранее переключаются на пониженную передачу для преодоления возрастающего подъема.

Прогибный участок, находящийся напротив колокольни и церкви, является наиболее рациональным для оценки дорожной ситуаций: торможения, переключения на пониженную передачу, форсирования работы двигателя перед подъемом. При переходе на пониженную передачу динамическая нагрузка (вибрация) от изменения инерционных и гравитационных сил движущегося тяжелого грузового транспорта возрастает. Кроме того, при движении транспорта с запада на восток водитель, выезжая в прогиб дорожного полотна, обязательно притормозит на атом участке, что создает дополнительные динамические инерционные нагрузки на прилегающий объем грунта основания фундаментов блока зданий и соответствующие массам их тел инерционные колебания каждого здания.

Принимая во внимание приведенные обстоятельства и учитывая, что в весенний период прочностные характеристики грунтов резко уменьшаются в связи с повышением влажности оттаиваемых грунтов верхнего слоя и обильным снеготаянием, отрицательный эффект дополнительной динамической нагрузки от движения тяжелого грузового транспорта на грунт основания блока зданий надвратной церкви возрастает в этот период в большей степени, чем в засушливое время при пониженной влажности грунтов основания.

Долговременные наблюдения свидетельствуют, что весной 1994 года по всем этим обстоятельствам были крайне благоприятные условия для критического состояния грунтов основания. Ситуацию усугубило то, что в апреле грузопоток тяжелого транспорта был наиболее значительным в связи с ремонтом прилегающих дорог, а с 1 по 6 мая прошло несколько колонн особо тяжелых транспортных средств мостостроительных воинских частей (с понтонным хозяйством). Волновая детонация (содрогание зданий) ощущалось на значительном расстоянии, а в самих зданиях часовни, келейного корпуса и колокольни, доме настоятельницы монастыря и соборе это содрогание было особенно сильным, как при небольшом землетрясении. Именно в этот период произошло дополнительное раскрытие уже существовавших трещин (размер старых увеличился на 6...10 мм) и появилась сеть новых трещин даже на отремонтированных участках конструктивных элементов зданий, а колокольня получила дополнительный крен, послуживший появлению вертикальных и наклонных трещин шириной до трех миллиметров почти по всей высоте в сопряжении здания надвратной церкви и колокольни.

Известно, что деформационные процессы протекают скачкообразно, непродолжительное время, так как перераспределение напряжений по времени деформации грунтового массива создает повышенное напряжение в других зонах. Этот процесс имеет цепную реакцию, и динамика деформаций полностью проявляется даже при отсутствии новых воздействий только через определенный промежуток времени. А если воздействие повторяется, то процесс развивается в повторном режиме и может привести к аварии.

Как описывалось выше, рельеф поверхности территории застройки монастыря и кровли водоупорного слоя, подстилающего несущий слой основания, имеет одинаковый уклон с северо-запада на юго-восток и основная масса подземных вод верховодки мигрирует к площадке блока зданий надвратной церкви. Это подтверждается и данными инженерных археологических изысканий, так как мощность пластичных суглинков основания со степенью влажности более 0,75 у южных стен блока зданий составляет 3,6-4,6 м над уровнем кровли водоупора, а непосредственно у подошвы фундамента степень влажности грунта основания составляет 0,77-0,78, то есть находится почти в водонасыщенном состоянии.

Небезызвестно, что динамическое воздействие на влажные и водонасыщенные грунты оказывает максимальное деформационное воздействие. Именно этим объясняется то обстоятельство, что описанный период геодезических измерений (май 1094 г.) показал максимальную осадку фундаментов колокольни и прилегающих к ним фундаментов келейного корпуса и церкви, (осадка ближе расположенной к дороге южной стороны составила 18-19 мм, что в 7-9 раз выше годовых осадок многих предыдущих лет). Общая осадка этих фундаментов в последующие два года наблюдений составила 23-26 мм, в то время как параллельные им северные фундаменты за тот же период осели на 14 -16 мм. Следовательно, можно сделать вывод, что в настоящий период основным фактором стимуляции процесса деформаций грунтов основания является динамическое воздействие тяжелых транспортных средств грузовой автострады в обводненных условиях грунтового основания подтопляемого верховодкой, мигрирующей по кольматационным водоупорам чаши осадочной воронки.

Многолетний опыт экологического мониторинга недвижимых памятников древней Руси Владимирской области в решении проблемы их сохранения позволил сформулировать следующие основные его принципы, способствующие эффективному использованию средств и повышению качества разрабатываемых инженерных решений противоаварийных и ремонтно-восстановительных работ:

1. Экологический мониторинг недвижимых памятников архитектуры и истории должен осуществляться в зависимости от динамики изменения их физического состояния и среды обитания и охватывать три периода наблюдений: предшествующий проведению ремонтно-восстановительных работ, период проведения и стабилизационный период до полного затухания деформационных процессов, разрушающих памятник;

2. Ухудшение гидрологических условий и связанные с ними дополнительные неравномерные осадки фундаментов древних и старых зданий с ослабленной структурой строительных конструкций и конструкционных материалов с течением времени становятся все большей угрозой разрушения памятников архитектуры и истории;

3. Проведению противоаварийных и восстановительно-реставрационных работ должно предшествовать комплексное научно-техническое обследование, в том числе инженерно-археологические изыскания, и не только архитектурного памятника, но и его среды, с созданием системы долголетнего мониторинга по основным процессам изменения их состояния до стабилизации и в первую очередь гидрологических условий с созданием постоянной системы наблюдений;

4. Проектирование инженерной защиты и укрепление подземных частей памятников должно обеспечивать геоэкологическое равновесие в изменяющихся гидрологических условиях, поддержание их нормальной эксплуатации и долговечности с предпочтительным использованием систем дренажа при подтоплении верховодкой, бездренажного способа водопонижения при подъеме уровня сформировавшихся подземных вод;

5. Проектирование противоаварийных и ремонтно-реставрационных работ по сохранению памятников архитектуры должно предусматривать первоначальную разработку концептуально-эскизного проекта с принципиальными инженерными решениями на базе результатов комплексных научно-технических исследований с последующей его корректировкой и доработкой рабочих чертежей в процессе авторского научно-технического сопровождения производства работ до полного их завершения;

6. Проектируемые инженерные решения не должны нарушать сложившуюся систему передачи нагрузок в конструктивной схеме старого здания и вызывать перераспределение напряжений в сохраняемых конструктивных элементах. Все решения должны быть направлены на увеличение сил, снижающих аварийность памятников, укрепление существующих конструкций и конструкционных материалов, обеспечивая их необходимую долговечность;

7. Укрепление деформированных и ослабленных каменных конструкций предпочтительно осуществлять по технологии, учитывающей физическое состояние первичных конструктивных материалов, происшедшие в них химические преобразования и их химическое сродство с используемыми ремонтными материалами как с применением искусственного камня, так и известковых растворов, приготавливаемых по физико-химическим технологиям.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Н.Н. Воронин. Зодчество северо-восточной Руси XII - XV веков.- М., 1964 /Т. 1.

2. Суздаль. Рождественский собор. Материалы по истории. «Владспецреставрация». 1994. Сост. Л.И. Некрасова. Ч. 1. Инв. № 00658.

3. А.Д. Варганов. Еще раз о суздальском соборе // СА. 1977, № 2.

4. А.Д. Варганов. Обжигательные печи XI-XII вв. в Суздале // КСИИМК, Вып. 65. 1956.

5. Сорочан Е.А., Скальный B.C., Косыгин Е.В. Деформации собора Рождества Богородицы Суздальского Кремля // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1997, № 2.

6. Сорочан Е.A., Скальный B.C., Косыгин Е.В. Концептуальные проблемы подтопления подземных городов и проектирования инженерных эколого-защитных мероприятий//Труды Междунар. Конф. «Подземный город: геотехнология и архитектура», Санкт-Петербург, 1998.

При использовании материалов сайта ссылка на источник обязательна.

© НПФ «Тектоника», 1991-2020.