|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
Новый инженерно-археологический метод исследования гидрогеологической среды недвижимых памятников архитектуры и истории
В.С. Скальный, Е.В. Косыгин,
В.А. Косткин, Владимирской области
Исследование и выявление закономерностей деформаций фундаментов архитектурных памятников и реконструируемых старых зданий, совершенствование технологий стабилизации их грунтовых оснований остается актуальной проблемой геотехнического строительства. Отличия в изменении физического состояния зданий древней и старой застройки от более поздних и современных заключаются: в разной величине общей осадки их фундаментов за эксплуатационный период; большей подверженности замачиванию грунтов основания фундаментов подземными водами верховодки и их влиянию на величину дополнительных перемещений фундаментов в отличие от подтопления повышением уровня сформировавшихся подземных вод. Изменение гидрологических условий впоследствии обуславливает перераспределение напряжений при неравномерных осадках фундаментов в конструкциях и конструктивных блоках подземной части и верхнего строения, что приводит к резкому изменению прочностных характеристик здания в целом и его конструкционных материалов. Особенность древних зданий и их гидрогеологической среды заключается в том, что они несут в себе информацию всех процессов эксплуатационного периода, что позволяет проводить анализ этих процессов по временному фактору и делать выводы не только по выбору способа сохранения архитектурных памятников, но также оценку современных методов реконструкции фундаментов и укреплению их грунтовых оснований. Инженерно-археологические изыскания (новое научное направление, разработанное авторами) позволили выявить ряд закономерностей деформаций фундаментов старых строений, изменения структуры их грунтовых оснований, формирования и миграции верховодки. К основным из них можно отнести следующие. В верхнем активном слое поверхности Земли с течением времени на разных глубинах формируются кольматационные прослойки грунта за счет проникновения с дневной поверхности и суффозионного выноса из выше расположенных слоев грунта пылеватых и коллоидных частиц с инфильтрационным потоком атмосферных осадков и талых вод, образующие относительные водоупоры для миграции верховодки по их кровлям. Возводимые здания и сооружения, испытывая осадки, деформируют грунтовую толщу и горизонты кольматационных водоупоров, изгибая их воронками, в центре которых находятся сами сооружения, что создает условия для миграции инфильтрационных вод верховодки к подземным частям зданий и их грунтовым основаниям сверху. Диаметры осадочных воронок для древних зданий, простоявших более четырех столетий, составляют у поверхности земли до трех величин толщины линейно деформируемого слоя основания фундаментов исследуемых зданий. Величина осадки наружных фундаментов больше осадки внутренних фундаментов, что обусловлено замачиванием их грунтовых оснований при подтоплении стекающейся к зданию верховодки по кольматационным водоупорам грунтового массива осадочной воронки. Выявленные инженерно-археологическими исследованиями закономерности позволили разработать и новые способы защиты подземной части памятников от подтопления грунтовыми водами. Нами разработаны и проектируются экологически безопасные саморегулирующиеся системы перетока подземных вод верховодки и бездренажное водопонижение сформировавшихся уровней подземных вод при защите фундаментов и их оснований от подтопления [1, 3], а также новые конструкции укрепления фундаментов древних зданий с развитием опорной части в верхнем их уровне с целью сохранения имеющегося неустойчивого равновесия в системе «фундамент – грунтовый массив основания». Сохранение зданий старой застройки зависит не только от инженерных мероприятий по усилению их фундаментов и стабилизации гидрологических условий грунтовой среды оснований, но и от устойчивости геомассивов возвышенных территорий застройки. Капитальные здания древней и старой застройки, как правило, располагаются на возвышенных местах рельефа, чаще у водоемов, к которым формируется природный сток поверхностных и инфильтрационных вод. Застройка возвышенных территорий формирует множество антропогенных факторов ухудшения гидрологических условий, а нарастание глобальных их изменений усугубляет ситуацию, способствуя развитию оползневых процессов на значительных территориях возвышенностей. Как показывают результаты многочисленных инженерно-археологических исследований, в оползневых процессах возвышенных территорий (особенно береговых) главную роль играет формирование и интенсивность миграционных потоков инфильтрационных вод по кольматационным водоупорам геомассива, а во вторую очередь поверхностный сток атмосферных осадков и талых вод. Традиционные инженерные сооружения, как правило, конструктивно сложны, трудоемки, дороги, а главное, их устройство часто невосполнимо нарушает сложившееся в геомассиве на данный момент проведения геотехнических строительных работ естественное равновесие сдвигающих и удерживающих сил. Выявленные инженерно-археологическими исследованиями закономерности позволили обосновать разработку гибких гравитационных систем противооползневых инженерных сооружений, проектировать их сообразно различным гидрогеологическим условиям грунтовой среды, и осуществить строительство этого вида сооружений, показавших высокую их надежность и эффективность затраченных на строительство средств. Создание гибких гравитационных систем противооползневых сооружений позволяет, не нарушая критического равновесия сдвигающих и удерживающих сил, существенно увеличить последние с саморегулирующим перераспределением опасных напряжений в укрепляемом массиве грунта. Примером положительных результатов применения инженерно-археологической методики предварительных исследований грунтовой среды зданий старой застройки и новых технологий геотехнического строительства могут служить выполненные аварийные работы по Васильевскому (памятник Федерального значения) и Спас-Евфимиевскому (памятник Всемирного наследия) монастырям в г. Суздале с проектированием и возведением гибких гравитационных систем противооползневых инженерных сооружений [2]. Построенные в 1994 – 1996 гг. гибкие системы гравитационных сооружений обеспечили стабилизацию в соотношении сдвигающих и удерживающих сил с равномерным перераспределением напряжений в системе «грунтовый массив оползневого склона – укрепительные инженерные сооружения». Инженерно-археологические исследования физического состояния фундаментов и их грунтовой среды позволяют выявить сложную систему деформационных процессов за весь эксплуатационный период исторических зданий. Так, в г. Владимире на месте разрушенного Богородице-Рождественского собора было решено построить храм-памятник Великому князю Александру Невскому. По материалам исторических документов известно, что Богородице-Рождественский собор Владимирского Кремля, в последствии составивший архитектурный комплекс Рождественского монастыря города, был возведен по велению князя Всеволода Большое Гнездо в период с 1191 по 1196 гг. В начале XIII века в связи с проведением ремонтных работ собор освящался заново. В XV, XVI веках и несколько раз на протяжение XVII и начала XVIII столетий проводились неоднократные ремонты храма. Храм был не только архитектурным памятником русского зодчества XII века, но и историческим зданием, так как в 1263 году в соборе был погребен Великий князь Александр Невский. Собор был усыпальницей для многих подвижников благочестия, церковных и государственных деятелей России. Проводимые ремонты собора историки связывали с имевшими место пожарами. Однако пожары были не единственной причиной необходимости укрепления конструкций храма. В 1858 году строительная комиссия отмечала исключительно ветхое состояние собора, «своды которого зияли расселинами» по 30...40 см, а опорные столбы имели трещины весьма солидного размера» Результаты инженерно-археологических изысканий конструкций и физического состояния фундаментов XII века и более поздних построек показывают, что они испытывали сложную систему деформаций, которые можно было выявить только по фактическому их положению в период инженерно-археологических исследований в 1997 – 2000 годах. Для анализа основных деформационных процессов в первую очередь выбирались наиболее сохранившиеся конструктивные части собора и наименее подверженные разрушению при его физическом уничтожении в 30-х годах прошлого столетия. Исследования конструкций фундамента южной стены основного объема, воспринимающего полную нагрузку за почти 740 лет, показали, что они, кроме неравномерной деформации осадки, испытали неравномерность деформации оползневого консольного прогиба в сторону близкорасположенного склона территории монастыря. Величина относительной неравномерности осадки оползневого консольного прогиба на всем протяжении стены изменяется от 0,022 до 0,099. При этом, если принять отметку верхнего обреза юго-западного угла здания за начальную точку отсчета консольного прогиба оползневой осадки ленты фундамента, его юго-восточный угол опустился за весь период более чем на 0,56 м. Среднее значение относительной осадки оползневого консольного прогиба по всей длине здания составляет 0,043 при наличии небольшого участка от юго-западного угла здания с равномерной осадкой фундамента. Инженерно-археологические исследования кроме рассмотренных свидетельств развития оползневого процесса в грунтовом массиве возвышенности территории монастыря выявили соответствующие конструктивные особенности. Так, восточная стена абсиды собора имела мощные кирпичные контрфорсы, свидетельствующие о попытках удержать здание от развивающегося крена и обрушения апсидной стены. Имеется и ряд других примеров этого процесса. Таким образом, инженерно-археологические изыскания позволили сделать вывод, что главной причиной деформаций конструктивных элементов здания собора был оползневый процесс, развивающийся в грунтовом массиве возвышенности с крутопадающими склонами, на которой располагается территория монастыря. Причем, оползневый сход развивается в юго-восточном направлении относительно продольной оси собора, соответствующий осевой линии косогорного выступа возвышенности территории монастыря. Продолжающееся развитие оползневого процесса в косогорной зоне территории Рождественского монастыря поставило определенные условия в проектировании храма-памятника на месте собора XII века. Безусловно, в подобных условиях конструктивная жесткость подземной части здания должна обеспечить прочность верхнего строения и воспринимать все напряжения от оползневых процессов. Поэтому была разработана новая конструктивная схема подземной части с индивидуальной конструкцией монолитного жестко замкнутого фундамента, обеспечивающего работу сооружения по схеме «здание - грунтовый массив основания». Повсеместное ухудшение гидрологических условий, по нашим наблюдениям, носит не локальный или региональный, а глобальный характер. Глобальные изменения гидрологических условий на Земле связано с изменением соотношения воды в парообразном, жидком и твердом состоянии, а также содержание ее в атмосфере, водоемах и грунтах. Исследования позволяют сделать вывод о том, что наблюдается динамика роста объема воды в жидком состоянии и накопление ее в грунтовой толще. Основные причины этого процесса весьма разнообразны и подробно изложены в опубликованных работах [1, 4]. В основе глобальных изменений гидрологических условий, связанных с увеличением объема жидкой и парообразной воды в грунтовой среде, лежит процесс уменьшения объема воды в твердом состоянии за счет потепления климата на Земле, нарушения природной системы стока поверхностных вод и дренажа подземных вод. Следует подчеркнуть, что процесс увеличения жидкой фазы воды и накопления ее в грунтах оснований постоянно возрастает и в ближайшее десятилетие станет причиной массового выхода из строя как старых, так и современных зданий и сооружений.
ЛИТЕРАТУРА: 1. Сорочан Е.А., Скальный В.С., Косыгин Е.В. «Концептуальные проблемы подтопления подземных городов и проектирования инженерных экологозащитных мероприятий». Труды международной конференции «Подземный город: геотехнология и архитектура», Санкт-Петербург, 1998 г. 2. Сорочан Е.А., Скальный В.С., Косыгин Е.В. Укрепление склона территории Васильевского монастыря в г. Суздале. – Ж. Основания, фундаменты и механика грунтов. № 5, 1997. 3. Скальный В.С. Патент № 1067153 «Способ защиты заглубленных в водонасыщенный грунтов сооружений от грунтовых вод», 1993 г. 4. Скальный В.С. Изменение гидрогеологической среды архитектурных памятников. Ж. Реконструкция городов и геотехническое строительство, № 1, 1999. 5. Скальный В.С., Косыгин Е.В. Проблемы строительства храма-памятника Великого князя Александра Невского на месте Богородице-Рождественского собора XII века в г. Владимире. Сборник тезисов 1-го Международного научно-практического симпозиума «Природные условия строительства и сохранения храмов Православной Руси», г. Сергиев Посад, 2000.
Ссылки по данной теме: Противооползневая защита крепостных стен Спас-Евфимиевского монастыря в г. Суздале >> Противооползневая защита сооружений Васильевского монастыря в г. Суздале >> Строительство храма-памятника на месте собора Рождества Богородицы в г. Владимире >>
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||
|
При использовании материалов сайта ссылка на источник обязательна. © НПФ «Тектоника», 1991-2020. |
|
||||||||||||||||||||