Здравствуйте, уважаемые читатели.
Вчера мне подсказали ещё одну область, до сих пор не разсмотренную в теме потопленных городов. Существует физическое явление, которое на языке строителей называется осадкой. Подумав, что это явление может заинтересовать не только меня, но и вас, я решила собрать в статье немного сведений о нём для начала.
Когда мы наступаем на песчаный берег, на поверхность влажной глины или просто на чернозём, ноги наши до какого-то момента под действием нашего веса погружаются в грунт. И мы знаем, что чем твёрже почва, тем мельче получаются наши отпечатки. На камнях вдавленных следов не остаётся. Аналогичное произходит и с домами, ибо они имеют вес, а грунты под ними имеют свойства сопротивляться нагрузке или частично сопротивляться. Они могут быть "несжимаемыми", например, скальное основание, могут сжиматься, могут просаживаться и могут под нагрузкой течь. Именно грунтовые условия места строительства являются важными факторами в судьбе будущей постройки. И человечеству это давно известно.
В зависимости от грунтовых условий осадки могут быть кратковременными или долгосрочными, медленно затухающими. С этим явлением строители сталкиваются по всей планете.
Если вспомнить историю появления Петербурга, то можно увидеть схожесть его с городом Амстердамом, в котором Пётр побывал во время Великого посольства.
"Центральная часть Санкт-Петербурга построена на сложных во всех отношениях грунтах. Верхняя часть – пески более-менее хорошие, потом 15–20 метров текучих, а часто и ленточных грунтов. Есть три города в мире – Мехико, Амстердам и Рига – с похожими условиями. Петр I был прав, говоря, что Амстердам – путеводная звезда в строительстве Петербурга. Недаром он уделял внимание строительным нормативам, изучая голландский опыт. В «Строительном уложении Петра Великого» его рукой записано: не экономь на фундаментах. «Фундамент плохой сделаешь – дом потеряешь». Фундаменты в Санкт-Петербурге строили довольно хитро. Их возводили на песках, чтобы минимизировать давления на слабые подстилающие грунты. Наши основные и наиболее уязвимые элементы фундаментов – это деревянные сваи и деревянные лежни. Это определяет специфические условия их эксплуатации. Необходимо строго соблюдать уровень подземных вод, чтобы лежни и сваи были в воде. В противном случае дерево активно гниет и разрушается." В.М. Улицкий [2]
Профессор Улицкий - геотехник. Геотехника - это не филькина грамота, а наука, деятельность которой связана с грунтами.
"Знаменитый шведский геотехник профессор Свен Хансбо, на открытии международной конференции по геотехнике в Гамбурге, где собрались две сотни специалистов со всего мира, театрально запер дверь на ключ и страшным шепотом произнес:
– Внимание! Здесь мафия.
Аудитория заволновалась.
– Эта мафия – мы,– продолжил он.– Только мы с вами можем закопать в грунт любые деньги и никто нас не одернет." [1]
Так кому же позволено и почему закапывать в грунт любые деньги?
Я нашла книгу по геотехнике и цитирую то, что считаю полезным для понимания проблемы "затопленных/покрытых толстым слоем селя/откопанных наполовину" городов. В данном случае, речь о Питере... Сначала о питерских грунтах.
Наши грунты – как слоеный пирог. Этот «пирог» неодинаков для различных районов города... Для центра города типичный состав грунтового «пирога» таков. Сверху – насыпной слой толщиной до 3 м. Под ним – 2–4 м песков. На этих песках и построен исторический Петербург. Ниже идут знаменитые петербургские слабые глинистые грунты. Они обладают отвратительным свойством: при любом воздействии они норовят превратиться в вязкую жижу.
В этом грунте тонут экскаваторы. Даже человек вязнет в нем. Нагрузишь такой грунт в самосвал с горкой – пока до ворот доедешь – грунт уже выливается за борт. Даже на свалку этот грунт не принимают. Говорят: воду из него сначала удалите. А как же ее удалить, если за 10 тысяч лет она из него не вышла?
Только с глубины порядка 20м начинаются более или менее приличные грунты. Их называют мореной. Существует заблуждение, что морена – это всегда надежный грунт. К сожалению, это далеко не так. Она очень разная... По-настоящему надежные грунты в центре Петербурга можно встретить на глубинах более 30–40 м. Они называются отложениями венда или протерезойскими глинами. Именно в них построено наше метро. Местами доисторические реки прорыли долины (палеодолины) на глубину более 100 м. Одна из палеодолин проходит примерно от Медного всадника до метро «Приморская». .. Другая палеодолина пересекает линию метро «Лесная» – «пл. Мужества». Этот так называемый «размыв» на деле никаким размывом не является и никакой подземной реки там нет. Река там была миллионы лет назад. Древнее русло заполнено очень плотными водонасыщенными песками, которые превращаются в плывун, если только их выпустить в тоннель. Ниже вендских глин на глубине 200…250 м залегают скальные грунты – граниты и гранито-гнейсы. Этот скальный щит (как любая скальная порода) разбит серией тектонических трещин. Некоторые шарлатаны пугают обывателей тем, что их дом стоит на «разломе». Этого страшного слова бояться не следует. Нужно быть андерсоневской принцессой, чтобы почувствовать наличие трещины в скальном основании через 200-метровую перину из осадочных грунтов..."
Думаю, что пора переходить к величинам осадок для этих условий. Они регламентируются, и очень строго в местах старой застройки.
"Часто для строящегося сооружения приемлемы осадки 10, 15 и даже 20 см. Но когда оно возводится в условиях сложившейся застройки, в плотном примыкании к ней, приходится ограничивать его осадки в 5–10 раз меньшей величиной, чтобы они «не потянули» соседнюю застройку.
Прошли те времена, когда строить можно было по принципу: дом строим – два ломаем.
Именно такие величины дополнительных осадок – 2-3 см – допустимы для рядовой исторической застройки Санкт-Петербурга. Если превысить величину допустимых дополнительных осадок, то в соседних зданиях возникнут опасные трещины...
Строя здание «в чистом поле», то есть за городом или на окраине, где до ближайших строений более 20 м, мы будем выбирать такой тип фундамента, чтобы осадки зданий были ниже допустимых. Для малоэтажной застройки (до 5 этажей), скорее всего, подойдет обычный фундамент мелкого заложения (без свай)... Если под подошвой фундаментов нет слабых слоев – такой фундамент имеет право на существование. Бывает, что на окраинах города геологические условия настолько благоприятны, что фундаменты мелкого заложения годятся даже для 16-этажных зданий...
Сама по себе осадка не так страшна, как ее неравномерность. От неравномерных осадок длинный дом начинает трещать, а точечный крениться...
Биржа на Стрелке Васильевского острова
В 2002 г. весь Петербург готовился к 300-летию города. Приводились в порядок улицы, скверы, фасады домов. Один из символов нашего города – Биржа на Стрелке Васильевского острова. Она была возведена в 1805 г. по проекту Тома де Томона на месте разобранного здания Дж. Кварнеги. К Юбилею города тщательно реставрировались фасады Биржи. Но вот беда – на свежеотремонтированных стенах появлялись трещины. Особенно пугала трещина по оси здания над полукруглым окном на фронтоне. Насколько опасны эти трещины? Что ждет Биржу в дальнейшем? Не надо ли усиливать своды главного зала, фундаменты? Для ответа на эти вопросы Госстроем России была привлечена компания «Геореконструкция». Специалисты исследовали все возможные «версии». Прежде всего, не заложена ли неравномерность осадок еще при строительстве – не использованы ли были при возведении нового здания Биржи фундаменты ее предшественницы – Биржи Кварнеги. Такое часто случалось в истории строительства – достаточно вспомнить Исаакиевский собор, покоящийся на разнотипных фундаментах, часть из которых сохранилась еще от проекта А. Ринальди. Эта версия была тщательно исследована и в архивах, и в натуре.
Мы восстановили последовательность устройства фундаментов. Оказалось, что сперва из гранитных валунов и известковых плит был возведен ленточный фундамент под наружные стены стилобата, который образовал прямоугольную в плане дамбу.
Под ее защитой был откопан котлован, устроен настил из деревянных лежней, поверх которого была возведена сплошная фундаментная плита из известняка, а по ней – столбчатые бутовые фундаменты. Гипотеза о неоднородности конструкций фундаментов не подтвердилась. Гниения деревянных лежней не наблюдалось, пылеватый песок под ними имел плотное сложение. Следовательно, развитие деформаций не связано с такими типичными для Санкт-Петербурга явлениями, как разрушение деревянных элементов фундаментов и суффозное разуплотнение песков под их подошвой.
Другой версией, высказанной в ряде ранее проведенных обследований, было предположение о связи деформаций с неуравновешенным распором центрального свода. Обследование конструкций заставило отвергнуть и эту гипотезу, как несостоятельную. Оказалось, что при реконструкции Биржи в 1914 г. по проекту Ф. Лидваля был устроен ложный свод, из подвешенных к консолям железобетонных ферм.
В итоге список гипотез сократился до единственной: неоднородности инженерно-геологических условий территории. Проведенные нами геофизические исследования (сейсмотомография) подтвердили наличие более слабых грунтов под южной частью здания. Как показали расчеты, осадка здания происходила неравномерно: за период его существования южный фасад сел на 43 см, а северный – на 28 см. Неравномерность осадок по расчету (15 см) вполне соответствовала геодезическим измерениям. Разумеется, геодезические наблюдения за Биржей с момента ее постройки не проводились, но представление о накопленной неравномерности осадок можно получить, если выполнить нивелирование баз колонн и пилястр по всему периметру здания. В результате измерений было установлено, что южный фасад получил осадку на 13…14 см больше северного.
Таким образом, наше расследование со всей определенностью показало: причина раскрытия трещин – неоднородность геологического напластования. Этот фактор проявляется в течение 200 лет существования Биржи и не сможет привести к активизации ее деформаций в будущем. Проявление старых трещин на обновленной штукатурке происходит из-за динамического фона, обусловленного движением транспорта (0,035 м/с2 ). Геодезические наблюдения, проведенные нами в 2002-2005 гг., показали, что скорость развития осадок здания Биржи не превышает 3 мм в год, что характерно для зданий на слабых грунтах при наличии постоянного динамического фона
Кронштадтский Морской Собор
Однажды вечером во второй половине мая 2009 г. внутри Кронштадтского собора раздался громкий хлопок, похожий на выстрел корабельного орудия. В арочных перемычках поперечных стен обходной галереи образовались сквозные трещины, посыпались куски штукатурки, из перемычки с грохотом выпал кирпич. Наклонные трещины проявились в боковых башнях лестничных клеток. Это событие вызвало большой резонанс. Как всегда, появилось множество желающих что-нибудь усилить, как-нибудь помочь. Одна фирма, поднаторевшая на перепланировке квартир, предлагала даже пробурить четыре скважины, накачать в них побольше цемента – и собор спасен («чего тут думать – спасать надо!»).
Комитет по охране памятников остановил это безумие. Было дано 20 дней для того, чтобы поставить точный диагноз (что происходит?) и дать ответ на вопрос: что делать? Количество «спасателей» резко поубавилось. Остались те, кто не только хотел, но и мог помочь.
Задача оказалась непростой. В соборе, построенном в 1914 г. по проекту гражданского архитектора Косякова, использовался новый по тем временам материал – железобетон. Из него был выполнен главный купол, а точнее, его нижняя полусфера, видимая изнутри. Фундаменты были сделаны из монолитного бетона, армированного двутаврами. Стены, своды, пилястры были выложены из кирпича. В 1930-е годы в соборе была выполнена реконструкция. Перекрытие отделило купольную часть собора, превратив нижнюю в концертный зал. В стенах собора, сводах, подкупольных опорах имелось множество трещин, казавшихся, на первый взгляд, хаотическими. Что послужило причиной их образования?
Существовало несколько версий: увлажнение кладки стен и их разрушение при промерзании и оттаивании; ослабление основания из-за действия какого-либо природного или техногенного фактора; гниение деревянных свай под подошвой фундаментов. Последняя версия весьма курьезна. Как следовало из отчета Косякова, при устройстве фундаментов пришлось отказаться от забивки деревянных свай, поскольку под плотным песком залегал слой тугопластичных моренных суглинков, в изобилии содержащий валуны, а ниже – слой твердых синих глин. Надо сказать, что площадка была тщательно изучена нашими предками: было пробурено 18 скважин и откопано 6 глубоких шурфов. Упоминание о деревянных сваях, «отстоящих на полметра от фундамента» (?!), имелось только в отчете начала 1990-х годов, выполненном специалистами в области космических исследований.
Как мы выяснили в ходе обследований, исследователи космоса приняли за сваи деревянный шпунт, сохранившийся вокруг здания, который использовался для ограждения котлована. Никаких свай и деревянных лежней под подошвой фундаментов не было. В этом мы убедились, выполнив два десятка скважин малого диаметра, из которых непрерывно отбирался керн материала фундамента и грунта под его подошвой. Керны шли на исследование в лабораторию, а в скважину мы опускали камеру для видеосъемки. Через скважины осуществлялось динамическое зондирование грунта для определения его характеристик в природном состоянии. Таким образом мы получали максимум информации о механических характеристиках фундаментов и грунтов при минимальном вмешательстве. Наше обследование подтвердило, что отчетам Косякова вполне можно доверять.
С самого начала обследования мы убедились в том, что картина основных трещин в конструкциях собора вполне типична для крестово-купольных сооружений (а таких культовых зданий мы обследовали десятка два). Наибольшие осадки получают самые тяжело нагруженные опоры – четыре массивных пилона, на которые опирается барабан купола, а наименьшие осадки – наружные стены. А коли это так, то должны остаться и «улики». Мозаичные полы собора были выполнены после возведения его стен и сводов. Как показывает опыт многочисленных наблюдений, к этому времени здание должно получить 30…50% своей полной осадки. Но оставшаяся часть осадок должна оставить свой след на уклонах полов. Действительно, нивелировка полов показала, что их уровень у тяжелых пилонов на 2 см ниже, чем у наружных стен. Можно возразить: полы были уложены неровно. Но дело в том, что уклоны оказались вполне закономерными. Едва ли стоит подозревать строителей в намеренном повсеместном понижении уровня пола именно к пилонам.
Результат расчетов получился весьма примечательным. Оказалось, что за все время своего существования осадки собора составили всего лишь 8 см. Для сравнения: Исаакиевский собор сел сегодня на метр. При небольших абсолютных осадках Кронштадтский собор получил, казалось бы, и незначительную неравномерность осадок: до 2 см между наружными стенами и подкупольными пилонами. Однако именно эти величины осадки привели к тому, что в конструкциях собора возникли зоны растягивающих напряжений. А как мы с Вами знаем, именно в зонах растяжения в кирпичной кладке и возникают трещины. Сравнивая результаты расчета и реальную картину деформирования, нетрудно убедиться в их полном совпадении. Таким образом, главным виновником образования трещин в соборе оказалась его конструкция, не терпящая неравномерных осадок
Башня Адмиралтейства
Башня Главного Адмиралтейства – еще один символ нашего города. Она была возведена в 1734 г. по проекту И. Коробова и перестроена в 1811–1823 годах по проекту А. Захарова. При реконструкции башня Коробова была обстроена новыми фасадами с высокой въездной аркой и увенчана колоннадой. В последнее время стало заметно, что главная фасадная стена отделяется от остальной конструкции башни трещинами...
Изучив архивные документы, мы выяснили, что неравномерные осадки захаровских стен и коробовских конструкций были отмечены сразу после реконструкции башни. Фундаменты башни обоих периодов постройки выполнялись ленточными из рваной постелистой известняковой плиты на известковом растворе. При обследовании оказалось, что Захаровым при разборке внутренних стен были сохранены коробовские фундаменты. Перевозка «новых» и «старых» фундаментов отсутствовала. Фундаменты коробовского и захаровского дворовых фасадов были соединены подземными кирпичными арками (вместо привычных в таких случаях ленточных бутовых фундаментов). Наиболее глубоко (4,2 м) был заложен фундамент стены главного фасада. Разведочным бурением были найдены деревянные сваи под коробовскими фундаментами. Древесина свай оказалась здоровой, без поражений. Под захаровскими фундаментами свай, несмотря на все наше старание, обнаружить не удалось: вероятнее всего, их там нет, или же они были расставлены очень редко. Сами фундаменты, как показала видеосъемка пробуренных в них скважин, оказались с многочисленными пустотами из-за вымывания известкового раствора из кладки.
Нами были исследованы все возможные факторы, которые могут оказать влияние на развитие деформаций башни, в том числе динамические воздействия от наземного транспорта, от поездов метро. Оказалось, что динамический фон почти на порядок меньше допустимого уровня.
Может быть, под действием каких-либо техногенных факторов ухудшились грунты в основании башни? Проведенные нами изыскания показали, что фундаменты башни возведены на разнородных грунтах – насыпных и естественного сложения песках и природных песчаных супесях. Зондирование этих грунтов показало, что несмотря на неоднородность, они имеют преимущественно плотное сложение. Следовательно, ожидать подвоха с этой стороны не приходится...
Таким образом, было установлено, что основной причиной развития трещин в башне Адмиралтейства являются неравномерные осадки, механизм развития которых был запущен еще при строительстве и реконструкции здания. Новых
факторов риска не обнаружено. Зданию может быть «прописано» консервативное «лечение»: укрепление кладки фундаментов с помощью инъецирования и восстановление пространственной жесткости здания путем соединения стены главного фасада с внутренними стенам башни."[1]
Надеюсь, что вы обратили внимание на величины осадок упомянутых зданий и на возраст самих зданий. Это не полтора-два метра, не по пол-этажа в землю :о) Спешу также поделиться с вами и другими сведениями.
"Как правило, информация о конструкции фундаментов и, тем более, об их техническом состоянии, в исторических чертежах отсутствует. Архитекторы прошлых столетий, за редким исключением, фундаменты на чертежах не изображали. Назначение конструкции, материалов, основных размеров фундаментов было прерогативой подрядчика, который опирался на вековую традицию, собственный опыт. Качество фундаментов во многом зависело от порядочности подрядчика, как профессионала. Тип фундамента определялся массой здания, грунтовыми условиями площадки, о которой не всегда имелась достаточная информация, набором местных материалов. В связи с указанным следует отметить два момента
1) Необходимая информация может быть получена посредством вскрытия фундаментов шурфами, выполнением обмеров, испытаний материалов и грунта несущего слоя. Результаты обследований представляются в форме поперечных разрезов фундаментов всех несущих стен и колонн здания, дается оценка о величине расчетного сопротивления основания, которая сопоставляется с фактическим давлением на грунт.
Рис.1. Разрез фундамента несущей фасадной стены дома Лобанова-Ростовского (Вознесенской пр.,1) - пример высоко надежного фундамента, обеспечившего нормальные условия эксплуатации здания в течении 180 лет. (фото в шурфе вскрытие 2000 г.).
По указанным причинам до 60-х годов 20 века обеспечить зданиям безосадочное основание было технически не возможно, поскольку деревянные сваи не могли быть длиннее 12 м. Пример Исаакиевского собора подтверждает сказанное. Известно, что это здание, размерами в плане примерно, 100х100 м, имеющее массу около 3000000 кН, построено на фундаменте в составе которого 24000 деревянных свай и сплошная плита из природного камня, заглубленная в грунт на 5 м. Затраты на этот фундамент были весьма велики: по смете, имеющейся в архиве, они составили 10% затрат (2 млн. рублей серебром). Несмотря на это осадка здания превысила 1 м, разность осадки, выразившаяся в форме крена полов здания достигла почти 40 см
Износу подземных конструкций зданий способствовали и такие факторы, как неуправляемый рост культурного слоя, высокий уровень грунтовых вод и силы морозного пучения грунтов, вибрации, вызванные транспортными нагрузками, строительством, промышленностью.
Рис.2. Разрез фундамента дважды надстроенного доходного дома №47 по ул. Моховой, усиленный "прикладом" известняковым камнем без перевязки - пример фундамента неудовлетворительного качества.
Первые 100-120 лет со дня основания города фундаменты "казенных" зданий строились особенно тщательно. В траншеи, окопанные под ленточные фундаменты стен несущих, стен забивались деревянные сваи, по верх которых выполнялась кладка фундаментов. Именно так были построены фундаменты стен Петропавловской крепости, Петропавловского собора, Ростральных колонн, Александровской колонны, Исаакиевского собора, многих других. Некоторые здания (пример-Зимний дворец, Новый Эрмитаж) были построены на сплошных плитах…
Во второй половине 19 века появились доходные дома, этажность которых от десятилетия к десятилетию возрастала и достигла в начале 20 века 7 этажей. При этом качество фундаментов стало заметно хуже, допускались многочисленные отступления от прежней традиции, "Устава строительного Российской империи", от здравого смысла.
Рис.3 Фундамент несущей поперечной стены здания Большого Гостиного Двора (Перинная линия) а) Разрез; б) фото в шурфе (вскрытие 1998 г.)
Первый из них (трёх указанных зданий - Взор), несмотря на плохие условия эксплуатации в 20-м веке, прекрасно сохранился до наших дней: в стенах нет деформационных трещин, несмотря на сложную форму здания в плане и отсутствие осадочных швов. Второе здание (рис. 2) было дважды надстроено, фундаменты (до революции) были уширены "прикладом" - весьма неумело. Результат - интенсивный износ конструкций, трещины в стенах, здание требует капитального ремонта, фундаменты - усиления. Современное техническое состояние здания из-за деформаций основания не удовлетворяет требованьям, дом подлежит капитальному ремонту. Особенно плохо были выполнены фундаменты БГД, буквально, из подручных материалов. Из рис. 3 следует, что в составе фундамента, обследованного нами в 1998 г. - бревна, валуны, плиты известняка, кирпич. Высотная съемка показала, что стена здания по Перинной линии имеет разность осадки около 0,5м."[3]
Из другого източника дополнения к выше изложенному:
"В центре фундаменты одного типа – из известнякового камня, который привозили из карьеров в Путилово (он еще назывался «путиловской плитой»),из ряда других карьеров (в Никольском, Волосово и т. д)
В добротно построенных дорогих домах эти камни обтесывали, обрабатывали. При строительстве же остальных зданий просто рыли траншею, и в нее на известковом растворе укладывали камень, который мог ложиться по-разному… Глубина заложения обычно была 2 м. Плохо устраивали гидроизоляцию, в основном с применением только одного материала – «мятой глины».
Мы, к примеру, обследовали фундаменты Гостиного Двора – на них было просто страшно смотреть. Согласно документам времени его постройки, Екатерина II потребовала, чтобы торговцы, которые до этого торговали на Невском с лотков и устроили там настоящий базар, «скинулись» и построили специальный универмаг. Торговцы сетовали на дороговизну материалов и строительных работ и писали царице что-то вроде: «Матушка, дозволь построить нам Гостиный двор подешевле, не в три этажа, а в два».
Когда мы вскрыли фундамент Гостиного Двора, увидели результат подобной экономии: слой валунов, сверху – бревна, затем бутовый камень, после него кирпичная кладка, и высота подвалов такая, что даже не встать в полный рост. Попытки некоторых купцов увеличить глубину подвалов приводили к тому, что их просто затапливало грунтовыми водами, и мы не раз убеждались в этом в ходе исследовательских работ.[4]
Прошу прощения, что увлеклась и так много сразу выложила. Основным является то, что даже столь тяжёлое здание, как Исаакий (да и Биржа) не осели более, чем на метр. К чему тогда говорить об утопленных этажах тех зданий, которые изначально строились с полуподвалами и подвалами?
Если какие-то здания и давали критическую осадку, то их просто сносили, и до нашего времени они не дожили. Такое наблюдается не только в Петербурге (я имею в виду снос старинных зданий, получивших критическую осадку).
На сегодня всё :о)
Список статей по теме имеется в предыдущей статье https://cont.ws/@metafor/70154...
Ссылки:
2 - http://stroypuls.ru/sgh/2007-s...
3 - http://www.rips.ru/analit.phtm...
4 - http://stopress.ru/archive/html/STO_0516noyabr_2012/petergib.html
Оценили 23 человека
41 кармы