Исследования інженерно-геологічних умов пам'яток історії та культури

Исследования інженерно-геологічних умов пам’яток історії та культуры

«…из всіх помилок, що відбуваються на будівництві, найбільш пагубні ті, що стосуються фундаменту, оскільки вони тягнуть загибелі усього будинку і виправляють тільки з найбільшим працею…».

А. Палладіо, «Чотири книжки про архітектуру» 1750 р.

Большинство пам’яток історії та культури чи тісно взаємопов'язані з геологічної середовищем, або ж є її складовою і невід'ємною частиною. До них, відповідно до законом РФ, ставляться:

— будівлі і споруди — пам’ятники історії, пов’язані з найважливішими подіями у життя людського співтовариства;

— городища, кургани, залишки древніх поселень i фортець, дороги, поховання, наскельні зображення кам’яні статуї, і навіть культурний шар, є пам’ятниками археології;

— архітектурні ансамблі, залишки древніх поселень, споруди промислової, військової, культової архітектури, садово-паркові ансамблі і природні ландшафти — пам’ятники містобудування й архітектури.

Подавляющее більшість пам’яток, які входять у перелічені категорії, біля Російської Федерації перебуває у аварійному чи деформованому стані, піддаються різноманітним деструктивним процесам, порушують їх цілісність. Особливо це теж стосується пам’ятників архітектури — більш 80% їх будинків та споруд руйнуються під впливом саме геолого-географических чинників [8, с.44].

Проявления руйнівних процесів в спорудах дуже типові. З поверхонь стін, статей і склепінь будинків розділяються і обсипаються покриття (плитка, штукатурка, фарба та інших.). У кутках, в нижніх ділянках внутрішніх та зовнішніх стін приміщень з’являється вогкість і нальоти солей, виростають мікроорганізми (лишайник, мох, водорості та інших.). Будівлі нахиляються, в конструктивних елементах з’являються тріщини. Гладкі поверхні конструкцій стають хвилястими, ступеневими, заклинивают дверцят і віконні рами. Руйнуються металеві і дерев’яні зв’язку і стяжки, цегельні і «кам'яні стіни і перекриття.

Традиционными, косметичними методами «лікування» історичних споруд є: наповнення тріщин, штукатурка і фарбування стін, відновлення фресок, вичинювання зруйнованих фрагментів та його дрібний ремонт, прибудова упорів, контрфорсов, стяжка розірваних, зруйнованих елементів, армування конструкцій металевими поясами.

Такие порівняно прості реставраційні роботи, зазвичай, повторюються рік у рік без аналізу викликають їх причин. Відповіді стосовно питань: «чому відбуваються зміни пам’ятника? Із якими умовами чи причинами вони пов’язані?» та інших. починають шукати тоді, коли становище стає загрозливим для пам’ятника, він нахиляється, осідає, перекашивается, по швидко разрастающимся тріщинам відокремлюються фрагменти чи несподівано відбувається повне чи часткове руйнація всього споруди.

Основными причинами деструкції історичних споруд є:

а) глобальні і локальні зміни природних умов функціонування споруд, пов’язані з тривалим терміном існування;

б) штучне, цілеспрямоване зміна режиму експлуатації споруди;

в) помилки чи невизначеності під час розрахунків і уявленнях, які були для будівництва або реконструкцію споруди, недостатньо повне обгрунтування проектних (архітектурних) рішень, неврахування неоднорідності підстави, можливості розвитку геологічних процесів;

г) недостатня і різна міцність використаних при спорудженні споруди будівельних матеріалів і компонентів геологічне середовище вулканічний.

а. Зміни умов споруд має як загальний (планетарний) характер, і місцевий (локальний).

В першому випадку спостерігається підвищення загальної агресивності довкілля, посилене вплив фізичних і хімічних чинників, які ведуть вивітрюванню, зростання негативного впливу інших умов і причин руйнації.

Повышается середньорічна температура атмосфери Землі. За даними З. М. Семенова і У. З. Ковалевського (1999 р.) її зростання тільки з 1861 по 1981 рік становить 0.6°С. Збільшується кількість атмосферних опадів, инфильтрационный і поверховий стік і, відповідно, змінюються режими руху верховодки та грунтових вод. Зростає зміст агресивних речовин, у атмосфері. Підвищення кислотності атмосферних опадів прискорює руйнація будівельних і опоряджувальних матеріалів споруд. Швидкість «старіння» споруджень за останні роки значно зросла.

К чинникам глобального характеру можна також ознайомитися віднести практично повсюдний зростання потужності порівняно агресивного за своїми властивостями техногенного шару, поява що руйнують будівельні матеріали мікроорганізмів тощо.

Так, наприклад, потужність техногенного шару навколо Михеевской церкви Троїце-Сергієвої Лаври за 260 років збільшилася на 1.1 — 1.4 м. Деструкція цокольної частини фундаменту і підстави стін Михеевской церкви у його впливом поширилася на глибину 0.6 м.

Во другому разі, на локальному рівні, йде чимало індивідуальних кожному за пам’ятника змін умов його існування. Нерівномірний гниття зміцнювальних підставу свай-«коротышей», розвиток пучения, карсту, суффозии та інших геологічних процесів, руйнація отмостки або створення паронепроницаемого покриття, будівництво поруч із пам’ятником шкідливого для довкілля виробництва або винищення близько розташованого водойми тощо.

б. У процесі тривалої життя пам’яток багаторазово змінювалося громадсько-політичний пристрій суспільства, соціальні, економічних умов, культурні і моральні традиції. Відповідно до змінювалися і їх експлуатації. Споруди перебудовували, пристосовуючи до нових напрямах використання, припиняли експлуатувати та, як наслідок, промораживали і насичували конструкції вологою, збільшували і зменшували навантаження на підставу. Вони горіли і руйнувалися у процесі воєн та набігів. Їх обертали на склади і тири, житлові приміщення та клуби, фабрики, водонапірні вежі та навчальні заклади і т.п. Відповідно змінювалися розміру й режими навантаження на підстави споруд. Вони ставали меншими чи великими, динамічними чи статичними тощо. Іноді повністю руйнували наземну частини будинку, і зберігався лише фундамент, підвальні приміщення, комунікації чи його фрагменти. У окремих випадках лише з змін структури та властивостей техногенних відкладень, індивідуальних особливостей структури полів показників властивостей (у сенсі) грунтів, геологічної середовища ми можемо бачити про особливості раніше яка була споруди. Така інженерно-геологічна інформація може дуже ефективно використовуватися на вирішення «зворотних» инженерно-геолого-археологических завдань.

в. Архітектори й будівельники пам’яток під час їхньої спорудження, це вже очевидно, недостатньо усвідомлювали інженерно-геологічні умови будівництва. Дуже показовою є порівняння оцінок інженерно-геологічних умов будівництва споруд, даних Витрувием у середині I в. е. [1] й О. Палладіо в 1570 року [5].

Можно припустити, що перестороги стосовно чи рекомендації, запропоновані двома корифеями архітектури, показують рівень і той динаміку розвитку уявлень про підстави і фундаментах споруджуваних у тому час споруд.

Инженерно-геологические умови будівництва споруди оцінювалися архітекторами, руководившими у те час будівлями споруд, не так важко. Основним й, єдиним оцінюваним елементом умов були грунти підстави споруди.

Для закладення фундаменту Вітрувій пропонує копати канаву до материка, а потреби і в материку, на глибину, відповідну обсягу розбудовуваної будівлі. Якщо підставу споруди потрапляє «земля болотиста» чи «наносная», що його пропонується видалити і забити обпаленими палями як і тісніше, а проміжки з-поміж них завалити вугіллям. Під материком, очевидно, Вітрувій розуміє «ненаносные» і «неболотистые» корінні чи четвертинні досить литифицированные грунти [1, с.71].

Спустя півтори тисячі років А. Палладіо докладніше розглядає і навіть класифікує грунти підстав споруд. Він виділяє: «природні фундаменти» — каміння, туф і scaranto (грунт з включеннями каменю), твердий грунт, гравій, пісок, розпушену землю, землю м’яку і болотистую [5, с.19]. Очевидно, це одна із перших інженерно-геологічних класифікацій грунтів. Можна відзначити близькість до неї першого рівня поділу грунтів (групи) в класифікації порід (грунтів) Ф. П. Саваренского, выделяющего лише на рівні груп породи скельні, полускальные, м’які зв’язкові, пухкі незв’язні і, нарешті, м’які і пухкі породи особлива чи стану [9, с.19].

Природные фундаменти, на думку А. Палладіо, є готовими для використання підставами. Інші - вимагають додаткової підготовки. Він вказує методи, якими необхідно оцінювати властивості і придатність підстави на будівництво споруди. До них ставляться: візуальні контролю над проходкой гірських виробок (криниць, котлованів під цистерни та інших.); вивчення зростаючих на досліджуваному грунті трав; оцінка проявів динамічних властивостей грунтів при ударному вплив. Пропонуються і спеціальні дослідження: оцінка опору грунту резанию (искиметрия), оцінка його размокания у питній воді. Ці вказівки є першими «внесками у скарбничку» методів і методик сучасної методики інженерно-геологічних досліджень.

Заглубление фундаментів споруд залежить від своїх ж розмірів та товщини стін. Палладіо пропонує, «якщо грунт виявиться м’якої на значну глибину…», використовувати будь-якої метод технічної меліорації відповідно до методикою його реалізації [5, с.19].

Сопоставление використовуваної А. Палладіо методики оцінки інженерно-геологічних умов будівництва споруд із сучасної методикою досліджень показує можливість відсутності в його колег багатьох відомостей, необхідні оцінки інженерно-геологічних умов будівництва споруди, допомагає розкрити причини появи деформації історичних будинків.

Например, будівництво трапезній ви з церквою Сергія Радонезького Троїце-Сергієвої Лаври виконувалося, безсумнівно, відповідно до методами, розробленими італійськими архітекторами. Унікальне спорудження трапезній, перекрите безстолпным пятнадцатиметровым цегельним склепінням, складається з чотирьох разновесных блоків із діапазоном навантажень виходячи з від 0.18 до 0.70 МПа. Розрахункові опору грунтів підстави після забивання і наступного часткової чи повної деструкції свай-«коротышей» виявилася рівними 0.31 — 0.53 МПа. Вочевидь, у будинку відчуває нерівномірну осадку, унаслідок чого має деформуватися і розтріскуватися. Можна зазначити ще один цікавий факт. Будівельники трапезній відхилилися від рекомендацій, запропонованих Витрувием й О. Палладіо, і забили палі в 3 — 4 разу рідше які рекомендуються значень. За правильної реалізації італійської технології після сгнивания паль під будинком трапезній чи з’явилися б великі порожнини двометрової глибини, які можуть призвести до значним деформаціям будинку. Нині величина «дійсною пальової пустотности» (ставлення обсягу порожнин від гнилих паль обсягу включапющих їх підстав споруди) змінюється під будинком від 0 до 14% при «максимально можливої пальової пустотности» (ставлення обсягу паль обсягу які включають їх підстав споруди) від 4 до 22% [3]. Будинок деформується зі швидкістю 1 — 2 мм на місяць, але з руйнується.

г. Вочевидь, цегла, білий камінь, дерево, інші будівельні матеріали що неспроможні мати однаковий термін експлуатації. Різні терміни «старіння» мають експлуатовані в різних умовах вапняк, цегла, метал й різні породи дерева, вапняний розчин і бутовий камінь. Навіть один матеріал — цегла, внаслідок різних умов випалу, місцеположення в обжигаемой партії, умов експлуатації, руйнується не одночасно. Вапняк лише зовні однорідний. Насправді окремі блоки вапняку, отримані вже з родовища, наприклад Мячковского, за даними А. А. Ануфрієва (1997) може мати істотно різні властивості, структуру, склад парламенту й стан, і, терміни руйнації. Підстава багатьох історичних споруд складено різноманітними грунтами, мають різну несе здатність.

Забивка свай-«коротышей», закріплення чи виїмка і видалення «слабких» грунтів — деякі методи технічної меліорації, рекомендовані італійськими архітекторами. Палі, во-видимому, в переважній більшості випадків створювали значний запас несучою здібності грунтів, забезпечували однорідність підстави, відповідність навантажень, що йдуть від споруди. За умов їх гнитті запас несучою здібності поступово перетворювався дефіцитом [6].

Для поліпшення властивостей грунтів підстав монументальних споруд із раннього середньовіччя до ХІХ століття на Русі часто використовувалися саме дерев’яні палі [8, с.27]. Дубові або з хвойних порід дерева палі довжиною 0.7 — 2.2 м забивалися у ґрунт підстави споруди, ущільнюючи його, підвищуючи його несе здатність. Кількість і товщина паль вибиралась, можливо, з урахуванням оцінки числа ударів, необхідних для забивання палі, чи стану її оголовка після забивання. Оцінка параметрів пальових полів з урахуванням товщини паль, виконана для споруд Троїце-Сергієвої Лаври показала, що з забивке паль будівельники прагнули отримати максимально можливу щільність грунту ® за його наявному стані - вологості (W), ступеня плинності (IL). Значення r, наприклад, для покривних суглинков при W = 20 — 25%, навіть по сгнивания паль, зазвичай, досягало 2.03 — 2.06 г/см3. У процесі тривалого існування споруд палі, наражаючись впливу оточуючої їхнього середовища, впливу мікроі макроорганизмов — грибів, бактерій, хробаків, починали гнити з різну швидкість, яка від конкретних умов, мінливих в значних межах навіть у невеличкому ділянці. Процес руйнації паль розглянутий досить докладно до різних пам’яток [6].

Гниение паль змінює властивості підстави споруди цілому. У ньому з’являються порожнини, грунт просочується органічними залишками свайного фундаменту, змінюються її W, r, IL як наслідок, несуча здатність. Ці зміни впливають на стійкість споруди.

Таким чином, є чимало причин деформацій пам’яток. Різні інженерно-геологічні умови будівництва і експлуатації пам’яток, розмаїття сучасних методів технічної меліорації припускають різні методи инженерно-геологического вивчення яка взаємодіє із нею геологічне середовище вулканічний.

Инженерно-геологическое вивчення підстави — одне з найскладніших завдань, розв’язуваних в оцінці інженерно-геологічних умов пам’яток. Спорудження побудовано, і є підстави малодоступне традиційних, спеціальних лабораторних і польових методів інженерно-геологічних досліджень. Тому, за вивченні структури та властивостей підстав пам’яток використовують і стандартні, й нерідко цілком специфічні методи дослідження:

А) візуальне обстеження фундаментів й підстав споруд з спеціально пройдених шурфів;

Б) горизонтальне і похиле буріння свердловин у грунтах підстав пам’яток з відбором зразків;

В) польові випробування грунтів підстав пам’яток (in situ) методами статичного і динамічного зондування;

Г) лабораторне вивчення складу, стану, структури та властивостей зразків грунту та інших матеріалів, відібраних з підстави споруди;

Д) оцінка гідрогеологічних умов, режиму і складу підземних вод;

Е) фізичне лабораторне і польове моделювання, математичне моделювання;

Ж) геофізичні дистанційні, неруйнівні дослідження.

Специфические умови праці та особливості кожного окремого пам’ятника вносять свою індивідуальну специфіку в методику і склад застосовуваних методів отримання. Інженерно-геологічні дослідження виконуються, як правило, комплексно з конструкторським обстеженням спорудження та, відповідно, аналізом його структури, і навіть археологічними исследовниями.

А. Шурфи проходять впритул до стіни вздовж фундаменту і свайного підстави, з невеликим підкопом під приміщення і відбором зразків у грунтів підстави, паль, натеков, грунтів, залягаючих поблизу основи, а ін. для лабораторних досліджень, перографических, рентгено-структурных та інших. аналізів, фотодокументації, описи, побудови разверток. У шурфах виконують искиметрию і микропенетрирование. У тому числі проводять похиле і горизонтальне, віяльне і паралельне буріння й статична зондування, вертикальне динамічний зондування, геофізичні і гідрогеологічні дослідження.

Б. Буріння свердловин з вивчення стану підстави може виконуватися з денний поверхні, і з шурфів під невеликим нахилом до стіни спорудження та паралельно денний поверхні з відбором керна.

Веерное і паралельне, похиле і горизонтальне буріння з шурфи під основу споруди досить ефективно виконується з допомогою ручного зонда РЗГ?2. Буріння виробляється короткими заходками пробоотборником діаметром 14 мм, довжиною 55 мм. Отримані зразки грунту йдуть на лабораторних аналізів.

В. Буріння грунтів особливо інформативне разом із зондированием. Наприклад, оцінку підстави трапезній Троїце-Сергієвої Лаври проводили з шурфів з допомогою ручного зонда РЗГ?2, геофізичних і лабораторних методів. Для ділянок будинку, розташованих на піщаних грунтах, використовували горизонтальне і вертикальне буріння, і навіть вертикальне динамічний зондування. Статична зондування виконували віяловим і паралельним способами конічним наконечником діаметром 14 мм з кутом при вершині 60°. Опір грунту статичному зондуванню визначали манометром МТК на 0.1 МПа. За наявності підставі будинку глинистих грунтів, застосовували вертикальне і горизонтальне буріння, а також горизонтальне статична і вертикальне статична і динамічний зондування. Для переходу від результатів оцінки опору зондуванню, одержуваних з допомогою ручного зонда РЗГ?2, до стандартним, виконали тарировочные дослідження на тарированном ділянці Сергиев-Посадского полігону МГГА.

В результаті проведених робіт для трапезній Троїце-Сергієвої Лаври відомими:

— особливості «инверсионной», столбчатой структури грунтів підстави;

— чотири типи підстави, які враховують стан, будову та властивості грунтів, і навіть розташування і технічний стан паль- «коротышей»;

— оцінки «максимальної» і «дійсною пальової пустотности», изменяющиеся, відповідно, від 4 до 22% і зажадав від 0 до 14%;

— три інженерно-геологічні елемента у межах техногенних грунтів підстави (ИГЭ 1.2 — 1.4);

— нормативні і розрахункові значення прочностных і деформаційних параметрів грунтів підстави;

— розрахункові опору грунтів не більше виділених типів підстави, изменяющиеся від 0.31 до 0.53 МПа.

Нагрузки на підставу різних елементів будинку, за розрахунками Є. М. Шмакина, Р. У. Абасова, М. У. Полещенко й О. П. Ющенкова, змінюються від 0.18 до 0.70 МПа. Зіставлення параметрів властивостей і структури підстави трапезній з діючими нею навантаженнями виявило причини дозволило пояснити особливості і перспективи небезпечних деформацій споруди.

Г. Здебільшого арсенал лабораторних методів, використовуваних щодо підстав історичних споруд, є стандартним, відповідним вимогам нормативів. У останнє внемя він доповнений методами петрографического, мінералогічного, рентгено-структурного аналізів.

Д. У значительнйо мері формування та зміни інженерно-геологічних умов пам’яток визначаються гидрогеологическими умовами. Їх оцінка пов’язана, як правило, вивчення складу і параметрів режиму вод техногенних відкладень в фундаментах споруди, верховодки та грунтових вод, дослідженням їхнього впливу на міграцію гигроскопической, капілярної і осмотической води, формування конденсатных вод і новоутворень солей («высолов») [7].

Е. Експериментальна оцінка несучою здібності грунтів підстав багатьох пам’яток утруднена чи неможлива у зв’язку з тим, що спорудження давно побудовано, а інформації про властивості грунтів підстави недостатньо. Тому оцінку напружено-деформованого стану грунтів під аркушами історичних споруд можна виконати методом лабораторного фізичного моделювання по наступній методиці [2].

1. З допомогою гірських виробок відкривають фундамент даного нас історичного споруди визначають параметри свайного поля: діаметр паль — D0; відстань між палями — L0; довжину згнилого відрізка палі - h; довжину палі - H; і навіть r0 і W0 грунту під фундаментом.

2. Поруч із спорудою відбирають зразки грунту, використаного будівельниками для забивання паль. Оцінюють W1 і r1 грунту на зразках і обчислюють необхідну кількість (n) і діаметр моделей паль, дозволяють при забивке в грунт, зберегти співвідношення: r0 @ r1; W0 @ W1; D0/A0 @ D1/A1; де D1 і A1 — діаметр моделей паль і відстань між їх осями.

3. У грунт, поміщений у кільце компресійного приладу до лабораторій (чи майданчик випробування сжимаемости грунту штампом в польових умовах), зберігаючи зазначені вище співвідношення, забивають n моделей паль і оцінюють польовими чи лабораторними методами стисливість (E2), r2 і W2 отриманих моделей свайного підстави історичного споруди після забивання до нього паль.

4. Виймають моделі палі із ґрунту, що у кільці компресійного приладу або під штампом, і цього грунту з допомогою лабораторних чи польових методів визначають усі ці вище параметри (r4, W4, E4).

5. Польовими чи лабораторними методами визначають r5, модуль загальної деформації (Е5) і потужність (m5) другого шару грунту, що залягає під спорудою нижче першого шару грунту зі палями, і навіть інших нижележащих верств грунту, які обумовлюють осадку споруди для будівництва і експлуатації.

6. Використовуючи метод математичного моделювання напружено-деформованого стану багатошарового підстави споруди під навантаженням й оприлюднювати отримані в лабораторних чи польових умовах параметри структури підстави (h, H-h, m5 тощо.), щільності (r2, r4, r5 тощо.) і сжимаемости (Е2, Е4, Е5 тощо.) грунтів в підставі споруди, розраховують значення його опади при різної довжині відрізків гнилих паль.

7. Історичні споруди мають, зазвичай, жорсткі крестово-купольные чи лінійні конструкції. Їх небезпечні нерівномірні опади та порівняно безпечні рівномірні. Для різних ділянок споруд для СНиП 2.02.01−83 визначають відносну різницю осад — Ds/L і його похибка — ma при цікавій для нас довірчій ймовірності a, де Ds — різницю осад, а L — відстань між ділянками. Отримані щодо різноманітних ділянок фундаменту значення Ds/L, є характеристиками стан окремих цікавлять нас ділянок підстави споруди, порівнюють із граничними деформаціями підстави — (Ds/L)u (прил. 4 СНиП 2.02.01−83) і оконтуривают ділянки підстави, перебувають у усталеному стані - (Ds/L+ma)(Ds/L)u.

8. Інтенсивність гниття дерев’яних паль є непостійної величиною, яка від умов його існування, властивостей паль, особливостей контакту паль з фундаментом тощо. У глинистих водонасыщенных грунтах за умов поганого доступу кисню той процес протікає зі швидкістю 0 — 2 див за 10 років. У сухих піщаних грунтах, у зоні змінного зволоження палі гниють зі швидкістю 1 — 1.5 див на рік. За 100 — 200 років двометрова паля може згнити повністю.

На основі оцінки стану різних ділянок підстави споруди, отриманої після розрахунку кожного з них величини Ds/L, враховуючи зазначені швидкості розвитку процесу гниття паль і реальний стан споруди на даний момент оцінки, визначають можливі інтенсивність і спрямованість її подальшого розвитку деформацій.

9. Визначають середньорічну швидкість розвитку процесу задля різних ділянок споруди (Ds/L/Т, де Т — вік ділянки споруди) і прогнозне прирощення відносної різниці осад під час t шляхом розрахунку відносини Ds/L/Т. Порівняння значення Ds/L+Dst/L/T±ma з величиною (Ds/L)u дає можливість окреслити ділянки, перспективні стати небезпечними (граничними), і прийняти відповідних заходів. Прогнозовану оцінку стану споруди необхідно поєднувати з іншими спеціальними методами. Значну допомогу у цьому можуть надати періодична оцінка його технічного гніву й стаціонарні контролю над змінами положень окремих елементів споруди.

Приведенная методика було використано з метою оцінки стійкості західного прясла південної стіни Троїце-Сергієвої Лаври. У підставі стіни залягає 4-х метрова товща покривних суглинков (prQII-III). З допомогою гірських виробок було встановлено, що 2-х метрові палі, забиті у фундамент підлогової стінки казематів № 2 і 9-те південної стіни Троїце-Сергієвої Лаври у середині XVI в., повністю збереглися (h=0). Під побудованої 100 років надвірній стінкою тієї ж казематів палі згнили на 20−30 див від оголовков. У центральній частині надвірній стіни під казематами №№ 7, 8 палі згнили щонайменше, ніж 1.3 м від поверхні. За даними лабораторних досліджень щільність суглинков під спорудою 2.03 — 2.06 г/см3 і вологість — 20 — 30%. Розрахунки напряженно-деформирован-ного стану стіни показали, що визначальним елементом конструкції є напольная стінка. Моделювання грунтового підстави, у тому числі цілі і лише частково згнилі палі, показало, що модулі деформації грунту, ущільненого палями до зазначеної вище щільності становив 31 МПа, зі згнилими палями — 10 МПа, неуплотненного суглинку другого шару — 7 МПа. Оцінка зміни напружено-деформованого стану двошарової товщі під переданої стіною навантаженням (0.2 МПа) показала локалізацію напруг у верхньому більш щільному прошарку й максимальну величину опади у частині підлогової стінки, яка перевищує 5 див. Гранична (Ds/L)u будинки несучими стінами цегельною кладки без армування становить 0.0020. Отже, можна вважати, що з довжині ділянки стіни (L) — 60 м, критична Ds дорівнює 12 див, що значно більше 5 див. Таким чином, можна вважати, що зі збереженням умов експлуатації, підставу стіни і ще довго перебувати у усталеному стані.

Ж. Перспективними видаються геофізичні дистанційні неруйнівні методи, засновані на вимірі непрямих параметрів. Однією з таких параметрів є диэлектрическая проникність, значення у ґрунті переважно залежить від змісту води. Дистанційна оцінка діелектричним проникності виконується з допомогою імпульсного георадара з широкосмуговими щілинними антенами. Використовувані сьогодні георадары дозволяють знайти тривимірно обмежені обсяги тіл (палі та інших.), розмір яких перевищує 14 -20 див. Дослідження виконуються на глибину 3 — 4 м. Оцінка діелектричним проникності грунту на підставі гульбища трапезній Троїце-Сергієвої Лаври дозволила виявити місце розташування і оцінити стан двох паль [4].

В 1995 р. співробітниками НИИОСПа під керівництвом завідувача лабораторії І. У. Лаврова досліджувалася мінливість вологості і щільність грунтів ізотопними нейтронным і гамма-гамма методами поблизу Успенського собору Троїце-Сергієвої Лаври. Контроль точності виконували з допомогою стандартних лабораторних методів. Результати досліджень дозволили оцінити мінливість вологості і щільність грунтів на глибину 3.3 м, простежити його зміни у часі, виділити у нижній частині техногенного шару, на контакту з покровными суглинками текуче-пластичный прослой, аналогічний виявленому до цього часу шурфе іншою ділянці Лаври, у Михеевской церкви.

В 1994 року професор МГГА Р. М. Боганик і автор цих статті північніше Успенського собору провели дослідження инженерно-геологического розтину грунтів з допомогою 24-х канальної цифровий компьюторизованной сейсмостанции. Результати сейсмозондирования дали змоги межах 60-ти метрового профілю розчленувати відкладення на глибину 10 метрів і виявити що у структурі техногенного шару неодонородности.

Таким чином, дослідження инженерно-гео-логических умов території Троїце-Сергієвої Лаври, основи, а конструкцій трапезній ви з церквою Сергія Радонезького, виконані переліченими методами, дали змоги 1998 — 1999 р. фахівцям ГСПИ, Мособлгеотреста, МГГА і ТОВ «Экотехконтроль» оцінити причини деформацій трапезній та ефективності використаних методів досліджень.

Основной причиною освіти численних тріщин у, зводах і фундаментах, розривів затяжок і зв’язків храму є неприпустимо велика різницю осад фундаментів різних частин будинку, який призвів до великим деформаціям його обсягу цілому і аварійному, постійно ухудшающемуся стану окремих конструкцій.

В своє чергу, причиною неприпустимій різниці в опадах стало збіг наступних обставин, що призвели до вкрай несприятливого стану системи підставу — фундаменти — спорудження:

— спочатку надмірно високі напруги під підошвами фундаментів ваги окремих елементів будинку (0.40 — 0.70 МПа);

— великий розкид фактичних напруг під підошвами фундаментів в різних ділянках будинку (мала трапезна, основне приміщення трапезній, церква Сергія, гульбище);

— неоднорідність грунтового підстави храму, його властивостей (несучою способнсоти, структури та фільтраційних властивостей та інших.) не більше чотирьох виділених типів підстави (А-II-2, Б-I-2, Б-I-3, Б-II-1);

— робота підстави при напругах, перевищують розрахункові опору;

— конструктивні недоліки фундаментів, їх мала просторова жорсткість, обмежена спроможність до перерозподілу навантажень, мала міцність при роботи вигин і розтягнення, відсутність деформаційних швів;

— разуплотнение грунтів підстави безпосередньо під підошвою фундаментів з допомогою гниття паль;

— велику вагу будівлі і його значна протяжність;

— результати господарську діяльність, зміна вологості підстави, нерівномірне по площі будинку, викликане багатьма причинами (підйом рівня грунтових вод після будівництва шосе, замощение території, спорудження водонесущих комунікацій із неминучими витіками, земляних робіт у різний час на прилеглої території Франції і ін.);

— нестаціонарний температурно-влажнсотный режим експлуатації споруди (відсутність опалення будівлі у різні періоди, пожежі).

Установленные причини деформацій Михеевской церкви, трапезній, південної оборонної стіни Троїце-Сергієвої Лаври дозволили розробити заходи щодо контролю і усунення деформацій споруд. Багато виявлені причини деформацій типові й інших історичних споруд, розміщених у умовах, деякі виключно індивідуальні.

Рассмотренные методи дослідження інженерно-геологічних умов підстав історичних соружений у часто універсальні й дозволяють одержувати інформацію, необхідну оцінки стану, будівлі, властивостей споруд, і полегшити сам при необхідності їх реставрацію чи воостановление.

Список литературы

В.В. Дмитрієв, професор, доктор геолого-мінералогічних наук. Дослідження інженерно-геологічних умов пам’яток історії та культуры Витрувий. Десять книжок про архітектуру. М. 1936.

Дмитриев У. У. Інженерно-геологічна оцінка та методика прогнозу стану підстав історичних споруд. Матеріали міжнародної научно-прак-тической конференції «Інженерно-геологічне забезпечення надрокористування і охорони довкілля». Перм. 1997.

Дмитриев У. У., Ануфрієв А. А., Крестинін А. А. Нові методи інженерно-геологічних досліджень, і структура підстав деяких історичних споруд. Тези доповідей міжнародній конференції «Нові ідеї на науках про землю». № 4, 1999.

Дмитриев У. У. Застосування георадара на дослідження структури оснсования історичного споруди Троїце-Сергієвої Лаври. Тези доповіді Міжнародної конференції «Нові ідеї на науках про землю». № 2, 1999, З. 227.

Палладио А. Чотири книжки про архітектуру. М., 1938.

Пашкин Є. М., Кувшинников У. М., Никіфоров А. А., Пономарьов У. У. Природа формування дефіциту несучою спроможності російських і специфіка інженерного захисту пам’яток архітектури. «Геоэкология». № 6. М., 1996. З. 3 — 17.ы.

Пашкин Є. М., Ануфрієв А. А., Кувшинни-ков У. М., Пономарьов У. У., Телин Про. У. Умови формування высолов на пам’ятниках архітектури р. Москви. «Геоэкология», № 5. М., 1998.

Пашкин Є. М. Інженерно-геологічна діагностика деформацій пам’ятників архітектури. М., 1998.

Саваренский Ф.П. Інженерна геологія. М., Л., 1937.