Хранители: Зависимость состояния фундаментов церковных зданий от инженерно-геологических условий

Аннотация

Церковные сооружения, как и любые другие строительные объекты, подвержены разрушительному воздействию неблагоприятных природных и техногенных факторов. Среди таковых можно отметить статические нагрузки на ослабленный грунт, изменение уровня грунтовых вод, устройство подземных коммуникаций рядом с постройкой и многие другие. Они могут вызывать оседание фундамента, наклон стен, биокоррозию. В статье предлагается анализ методов исследования грунтов оснований и фундаментов исторических зданий, а также способы их сохранения и восстановления.

По всей русской земле стоят православные монастыри. В них сохраняется духовная жизнь, культура и история народа. Они идеально вписываются в ландшафт, нисколько не нарушая природной красоты, а, напротив, подчеркивая и организуя окружающее пространство. Каждое здание, каждый элемент в монастырском комплексе имеет свое место, согласно единому плану и замыслу играет свою роль. На протяжении веков монастыри и отдельные храмы принимают участие в историческом развитии, подчиняющемся определенным законам, и законы эти зачастую бывают довольно жестоки по отношению к ним.

Как любые рукотворные объекты, церковные сооружения подвержены разрушительному действию времени и нуждаются в бережном сохранении и восстановлении. Исторически сложилось, что самые выдающиеся памятники архитектуры возводились на возвышенных участках, характеризующихся сложными геоморфологическими, геологическими, гидрогеологическими условиями. В результате развития различных деформаций постройки разрушались и продолжают разрушаться. В ряде случаев спасти их для потомков уже не представляется возможным – слишком велик ущерб, нанесенный им естественным ходом жизни и зачастую варварским отношением человека. В других случаях определенный вред уже причинен, однако есть возможность сохранить здания и приостановить разрушительные процессы, угрожающие их дальнейшему существованию.

Разрушения храмово-монастырских комплексов, связанные с геологическими изменениями и техногенным воздействием

Проблема физического сохранения памятников археологии в условиях изменений природной среды и техногенных воздействий особенно актуальна, так как эти сооружения менее других защищены от влияния негативных факторов внешней среды и хозяйственной деятельности человека.

Один из недавних примеров – ущерб, причиненный одному из известнейших в Москве храмов – Иоанна Воина на Якиманке. Многочисленные трещины в наружной и внутренней кладках появились при динамических сотрясениях от работавших поблизости, на строительстве многоэтажного дома, механизмов.

Другой пример – Спасо-Андроников монастырь, расположенный на высоком берегу реки Яузы. С одной стороны холма проходит линия железной дороги, с двух других – трамвайная линия и общегородская автомагистраль. При этом из-за геологических условий грунтовая толща холма сильно уязвима по отношению к вибрационному воздействию. В результате неприспособленности зданий монастыря к соседству с оживленными магистралями появились серьезные деструктивные явления и их визуальные признаки – трещины на стенах, просадки фундаментов, отслоение штукатурки и др.

Один из наиболее распространенных видов воздействия на геологическую среду – статические нагрузки на толщу пород от веса зданий и сооружений. Осадка строений, основанием которых служат песчаные грунты, характеризуется небольшими величинами и быстрым затуханием после завершения строительства, а у строений, возведенных на глинистых грунтах, развивается медленно и продолжается длительное время, характеризуясь значительными величинами.

Кроме того, такие нагрузки на грунт вообще могут быть различными для разных частей одного и того же здания. Такова ситуация, например, в Трапезном храме Свято-Троицкой Сергиевой лавры. При помощи подробных исследований было выяснено, что храм стоит на неоднородном основании: северная стена – на песчаных грунтах, а южная – на суглинках. При строительстве для укрепления слабого основания в дно траншеи забивались сваи-коротыши, затем траншея заполнялась бутовым камнем фундамента и возводились стены. Неблагоприятная среда вызвала гниение свай, причем различные для противоположных стен геологические условия привели к тому, что конечное состояние свай оказалось неодинаковым. В результате за время существования храма южная стена осела на 56 см, а северная на 20–23 см, что привело к неравномерной осадке здания: оно как бы разламывало само себя, понемногу отодвигая южную стену.

Вообще, вся сложная и долгая история Свято-Троицкой Сергиевой лавры привела к необратимым последствиям: некоторые из ее строений находятся в аварийном состоянии, ряд других сооружений переувлажнены. Структурные особенности, свойства и состав техногенных и нижележащих отложений существенно влияют на сохранность фундаментов, цоколей, стен и всех конструкций. Многочисленные инженерно-геологические процессы обусловлены разнообразными свойствами техногенных отложений, прилегающих к незащищенным стенам зданий, пропитывающих стены растворами, насыщенными органическими кислотами, выщелачивающими цементный материал. Насыщение стен влагой, засоление, морозное пучение, физическое выветривание, нарушение термовлажностного режима, биокоррозия – вот неполный перечень негативных процессов, связанных с неблагоприятными инженерно-геологическими условиями территории.

Неравномерной и длительной осадке подвержены здания и сооружения, построенные на насыпных техногенных грунтах. Одним из первых сооружений, возведенных на насыпных грунтах, был храм Покрова, что на Рву, более известный как храм Василия Блаженного. Он построен во второй половине XVI века на месте засыпанного рва, окружавшего кремлевский холм, и серьезные проблемы, связанные с его деформацией, пытаются решить в наши дни.

Другой вид техногенного воздействия – откачка подземных вод, вызывающая снижение гидростатических напоров и статических горизонтов подземных вод. Нарушение природной гидродинамической обстановки приводит к уплотнению пород, что в свою очередь служит причиной опускания поверхности территории. Так, предположительно по этой причине произошла осадка церкви Троицы в Останкино (примерно 30 мм за 60 лет).

Нарушения режима горизонтов грунтовых вод при определенных геологических условиях приводят не к понижению, а, наоборот, к поднятию грунта и подтоплению территорий. Такова ситуация в Кирилло-Белозерском монастыре. Территория, на которой он был построен в XVII веке, характеризуется сложным инженерно-геологическим строением, предопределенным расположением монастыря в зоне границы последнего валдайского оледенения. Гидрогеологические условия определяются несколькими водоносными горизонтами, заключенными в толще техногенных, болотных и озерно-ледниковых отложений. Из природных экзогенных геологических процессов здесь развито криогенное пучение грунтов, которое определило выпучивание валунов фундаментов крепостных стен, подтопление и заболачивание.

Есть еще множество примеров отрицательного, в том числе техногенного, воздействия на старинные памятники архитектуры. Воскресенский Новоиерусалимский ставропигиальный монастырь построен на Сионском холме. В прошлом для защиты от оплывания откосов была устроена дренажная система, которая из-за отсутствия ремонта пришла в негодность. Это привело к подъему уровня подземных вод, водонасыщению грунтовых массивов, слагающих склоны, образованию в массивах плоскостей скольжения и в конечном итоге к проявлению локальных оползней на северном и северо-западном участках склона.

К техногенным воздействиям относятся еще и подрезки оснований склонов (приводят к возникновению оползней), строительство котлованов, шахт и траншей, проходка тоннелей (вызывает разуплотнение грунтов основания близкорасположенных зданий и сооружений), утечка вод из водокоммуникаций и канализации.

Методы исследования грунтов оснований и фундаментов

Решение задачи сохранения целостности сооружений, составляющих храмовые и монастырские комплексы, невозможно без всестороннего изучения особенностей места нахождения этих построек, в том числе грунтовой толщи, являющейся основанием и вмещающей средой их фундаментов. При этом изучение исторических территорий должно носить комплексный характер, при котором в исследованиях участвуют разные специалисты – архитекторы, реставраторы, географы, инженеры, геологи, историки, археологи. Кроме того, нельзя забывать о специфике объектов, связанных с духовным наследием: материалы, изымаемые для исследований, являются освященными частями здания; в нишах фундаментов почти всегда находятся останки предков, нередко мощи святых; в алтарях имеются колодцы для сброса освященной воды. Все это привносит некоторые особенности и порой технические трудности в восстановительные работы в православных храмах, разрешаемые в постоянном контакте церкви и реставраторов…