CC BY
141
УДК 628.97
СЛУКИН В. М., ГОРОДЕЦКАЯ Н. Н.
Исследование технического состояния памятника архитектурноисторического наследия
шй
Слукин
Всеволод Михайлович
кандидат технических наук, профессор УралГАХА, Заслуженный работник культуры РФ
e-mail:ecology@usaaa.ru
Городецкая Наталья Николаевна
доцент кафедры архитектурно-строительной экологии УралГАХА
e-mail:ecology@usaaa.ru
В статье представлены результаты исследования технического состояния конструкций и строительных узлов Невьянской башни, состояние грунтовой обстановки с использованием неразрушающих инженерных методов: геосейсмометрии, геоэлектрометрии, сейсмоакустической интроскопии, термометрической съемки магнитометрического освидетельствования кирпичной кладки. Рассматривается гипотеза возможности одновременного строительства Невьянской башни и «Демидовского дома».
Ключевые слова: Невьянская башня, техническое состояние, неразрушающие инженерные методы, подземные сооружения, особенности грунтовой обстановки.
Slukin V. M., Gorodetskaya N. N.
RESEARCH OF TECHNICAL STATE MONUMENT ARCHITECTURAL AND HISTORICAL HERITAGE
The article presents the results of examination about technical condition of structures and building joints of Neviayansk tower as the condition of subsoil situation. Non-destructive methods including geoseismometria, electrometria (geo) seism acoustic introscopia, thermometrical, exploration of brick work had been used. The hydrothesis concerning the possibility of simultaneous construction, of Neviayansk tower and Demidovs house is considered.
Keywords: Neviayansk tower, technical condition, non-destructive methods of engineering, underground structures, especially unpaved environment.
Научные исследования Невьянской наклонной башни как уникального архитектурно-исторического памятника эпохи становления горнозаводского дела на Урале начались лишь в 1930-е гг. Эпизодичность исследований, их бессистемность, отсутствие полной долговременной программы изучения объекта, документальной историко-строительной основы, а также длительный период закрытости предприятия, на территории которого расположена башня, препятствовали получению полной научной информации и допускали лишь частичное раскрытие отдельных аспектов.
Тем не менее выполненные в разное время исследования способствовали разрешению ряда частных вопросов при оценке историко-культурной значимости башни и ее технического состояния, создали некую отправную точку для дальнейших работ, целью которых должно быть получение максимально объективной и полноценной информации о башне как уникальном сооружении. Такая информация необходима для осуществления полноценной реставрации и последующего музейного использования.
Новый интерес к изучению Невьянской башни пробудили решения о праздновании двух юбилеев — «300-летие российской металлургии» и «300-летие г. Невьянска». При этом в програм-
му действий входила организация архитектурно-ландшафтного парка «Старый Невьянск». Осуществление замысла привело бы к восстановлению исторической зоны старого завода и ее обустройству в соответствии с уникальной значимостью объекта.
Возникла необходимость возвращения к научным исследованиям Невьянской башни с целью получения предпроектной информации при разработке проекта реставрации башни и ее обособления на исторической территории. Среди первостепенных задач нового цикла исследований были выделены следующие:
• оценка глубины заложения подошвы бутовой кладки фундамента башни;
• определение возможности наличия и местоположения вертикальных металлических элементов в угловых частях башни;
• оценка геотехногенного и природного состава грунтов территории, прилегающей к башне. Решение отмеченных задач выполнялось
сотрудниками Уральской государственной архитектурно-художественной академии в период октября — ноября 2000 г.
Определение глубины заложения подошвы бутовой кладки фундамента осуществлялось методом электросвайного зондирования и методом заряженного тела. Результаты определения глубин приведены в Таблице 1.
Таблица 1
№ п/п Варианты определения глубины Глубина заложения подошвы бутового фундамента, м*
Метод электросвайного зондирования Метод заряженного тела
1 Вариант I 3,2 4,1
2 Вариант II 3,9 3,8
*Без учета грунтовых вод, увлажняющих нижнюю часть кладки фундамента.
Полученные весьма сходные величины свидетельствуют о том, что нижний обрез бутового фундамента с учетом существующего уровня грунтовых вод находится на глубине 4,2—4,3 м. Это близко к старому модулю, составляющему две сажени. Бутовый фундамент, верхняя часть которого в настоящее время откопана и обнажена, располагается на сваях.
В конструктивном отношении стены башни на определенных расстояниях по высоте имеют систему горизонтальных металлических связей, которые, закрепляясь на выходе из стены в угловых частях с помощью коротких вертикальных штырей и шайб, обеспечивают стягивающее усилие. Часть таких связей располагается в подошвах сводов в сводчатых помещениях башни.
Профессор Е. М. Пашкин (Москва) при экспертизе материалов технических исследований башни (2000 г.) высказал предположение о возможном наличии в угловых частях башни на глубине 15—20 см в кладке вертикальных связующих элементов, исходя из аналогии подобных решений в башнях на исторических территориях Центральной России.
С целью проверки предположения, которое в случае подтверждения имело бы весьма важное значение в оценке конструктивной структуры башни с точки зрения надежности, были выполнены исследования двумя методами, имеющими различную физическую природу: метод сейсмо-акустической интроскопии и метод металлодетекции.
Методом сейсмоакустической интроскопии проведено просвечивание угловых частей башни на разных уровнях на высоте. При этом были осуществлены две модификации метода: косоугольное и сквозное просвечивание с расположением источников и приемников импульса по разным сторонам угла.
По данным косоугольного просвечивания отмечается резкое повышение скорости импульса на участке шириной 10—12 см, причем величина скорости соответствует прохождению упругой волны по плотному, вероятнее всего металлическому, включению.
Результаты сквозного прозвучива-ния угловых частей свидетельствуют о наличии материала с высокой скоростью прохождения импульса, что видно из графиков скоростей, на которых отчетливо фиксируются аномальные экстремумы.
Таким образом, данные исследований дают основание считать, что углы стягиваются горизонтальными элементами из полосового (или
брускового) металла, заложенными в кладке четверика через определенное количество рядов кирпича.
Метод сейсмоакустической интроскопии и метод глубинной метал-лодетекции не подтвердили наличие в угловых частях стен башни каких-либо вертикальных металлических элементов.
Оценка состава грунтов, глубины залегания отдельных литолого-стра-тиграфических образований, распространения по площади с учетом геоморфологических особенностей проводилась комплексом геофизических методов, включавшим геосейсмо-метрические и геоэлектрометрические измерения при сопоставлении с данными бурения.
В результате исследований выявлено следующее. Толща грунтов, которые слагают территорию, прилегающую к башне, располагается на кровле коры выветривания коренных пород, представленных трещиноватыми известняками. Кровля известняков залегает на глубине 15—20 м от современной дневной поверхности и имеет достаточно сложный рельеф. Выше известняков лежит слой аллювиальных суглинков, который является на многих участках первоначально историческим поверхностным слоем площадки. На кровле суглинков залегает слой насыпного техногенного грунта, состоящего из шлака, щебня, почвенно-растительного материала, строительных остатков. Толщина этого слоя составляет в среднем 5 м, однако есть участки, где она достигает 8 м. Слой формировался весь период существования завода.
Отмечается, что кровля суглинков, как и кровля известняков, имеет тенденцию к понижению в направлении площадки, занятой башней. Это может быть связано с наличием здесь естественной отрицательной формы рельефа, которая была использована при строительстве башни. На такую форму рельефа есть намек на схеме изогипс кровли суглинков, составленной С. А. Лясиком в 1980 г. по данным буровых работ 1978 г. (архив НПП «Аркотэсс»). На схеме вблизи башни обозначен контур некоей «линии оврага или канавы», как назвал эту форму автор. Весьма вероятно, что
углубление может быть связано с карстовыми явлениями в известняках или с наличием тектонического разлома в коренных породах.
На основании результатов работ, проводившихся ранее, и работ 2000 г. может быть представлена следующая версия истории и обстоятельств строительства Невьянской башни.
Башня задумана Демидовыми как часть общего ансамбля с «господским каменным домом», для чего был выбран наиболее выгодный по расположению участок территории: близость к пруду, обзор плотины и заводских построек, удобный въезд со стороны дорог в Невьянск из других городов. Идея единого ансамбля перекликается с решениями русского теремного строительства, когда основному дому-дворцу неизбежно сопутствовали башни-повалуши, т. е. высотные объемы сравнительно небольшой площади сечения. Так, дворец царя Алексея Михайловича в Коломенском имел несколько повалуш. В хоромах Строгановых в Сольвычегодске было три башни-повалуши, самая большая из которых достигала высоты 43 м и имела несколько ярусов со смотро-
/7**и ЛГ зт^аш*
Иллюстрация 1. Расположение участков исследования
Иллюстрация 2. Изогипсы кровли суглинков
Иллюстрация 3. Изогипсы кровли известняков
вой площадкой на самом верхнем. Такая форма дворцов-резиденций была распространена в России XVI — XVII вв. Строгановские хоромы могли «подсмотреть» Демидовы по пути в свою невьянскую вотчину и принять как аналог для строительства своего дома уже с учетом архитектурных новшеств и веяний, сопровождавших петровское время.
Строительство началось с башни. Во избежание выемки большого объема грунта было выбрано уже заглубленное в суглинках место (либо естественный лог или овраг, либо техногенный карьер, грунт из которого пошел на отсыпку дамбы плотины).
В связи с невысокой плотностью суглинков и значительной мощностью их слоя для устройства фундамента башни был выбран свайный вариант. Сваи набивались по всему периметру выбранного углубления, затем на них укладывались плахи из стойких древесных пород (скорее всего, использовалась лиственница). С опорой на плахи осуществлялась кладка бутовой части фундамента. По-видимому, глубина забивки свай не была равномерной, что случается и в современном свайном строительстве. Возможно также, что выбранное углубление затрагивало не только слой суглинков, но могло в какой-то мере иметь продолжение в рельефе коренных известняков. Это, в свою очередь, привело к «зависанию» свай в суглинках.
При увеличении нагрузки от бутовой кладки, а затем кирпичной кладки стен по мере нарастания слоев, возможно, произошла первая просадка сооружения с юго-западной стороны, обозначившая некоторый наклон на
юго-запад. Этот сравнительно небольшой наклон устранили с помощью клинообразных слоев кирпичной кладки, что впоследствии принимали за элемент, провоцирующий специально наклон башни на северо-запад. Затем состояние стабилизировалось и строительство четверикового объема было продолжено.
Увеличение дальнейшей нагрузки от возрастающего объема четверика привело к просадке свайного основания с северо-западной стороны, что и вызвало наклон, сохранившийся до наших дней. Возможно, строительство башни на некоторое время приостанавливалось (не это ли объясняет «размытость» даты строительства с 1725 по 1731 г.?). Остановка, а может быть не одна, косвенно подтверждается результатами магнитометрических исследований кладки стен башни по всей высоте четверика (В. М. Слукин, 1986).
Магнитные свойства отличаются по высоте четверика, в целом уменьшаясь в направлении от нижней его части к верхней, а также по высоте отдельных блоков и поясов кладки. В кирпиче, использовавшемся для стен Невьянской башни, присутствует высокое содержание магнетита. При обжиге такого кирпича магнетит вблизи поверхности оплавляется, создавая тонкую «корочку», которая придает кирпичу повышенную влагостойкость и поверхностную плотность. Кирпич с магнетитом, уплотненный особым способом, обладает повышенными магнитными, а также и прочностными свойствами. Так, исследованиями прочности кирпичной кладки, выполненными методом сейсмоакустической
интроскопии (В. М. Слукин, 2000), установлено, что с высотой четверика прочность кладки уменьшается. Приведенные факты свидетельствуют о том, что при возведении четверика периодически использовался кирпич разного качества из разных партий, изготовление которых могло осуществляться в разное время и разными изготовителями. Возможно, что по мере строительства четверика направленно применялся более легкий и менее плотный кирпич. Кстати, кирпич, из которого сложен восьмериковый объем, существенно отличается по свойствам от кирпича четверика. Он слабомагнитен и содержит малое количество магнетита.
Восьмериковый объем башни строили уже после полной стабилизации наклона четверика по прошествии некоторого времени, необходимого для наблюдений за динамикой наклона. На территории Невьянского завода есть участок, откуда можно видеть, как восьмериком башни пытались уравновесить наклон четверика, как бы «загибая» восьмериковую часть в сторону, противоположную наклону, смещая тем самым общий центр тяжести башни в более устойчивое положение. Это еще одно доказательство, и весьма достоверное, того, что Невьянскую башню не строили специально наклонной.
Наклонившийся при строительстве объем четверика решил судьбу общего Демидовского ансамбля — хозяева не рискнули строить еще что-либо на этом участке. Торжественные и парадные хоромы, готовые затмить строгановские новыми архитектурными изысками, не состоялись. Господский каменный дом остался на удалении от берега, там, где находился деревянный, т. е. в безопасности от коварных грунтов. Ансамбль «разорвался» на две самостоятельные части, и это обстоятельство дает, возможно, разгадку еще одного невьянского феномена — подземного лабиринта в недрах территории старого завода.
Ансамбль должен был быть единым не только в наземной, но и в подземной части. Глубокие и обширные подвалы дома (они существуют в настоящее время, но затоплены уже несколько лет) должны были соединяться с башней. Так устроено и у Строгановых в Сольвычегодске, где есть лабиринт подвальных помещений для хозяйственных нужд.
Разделение башни и дома на земле не должно порвать их связь под землей — вот где, на наш взгляд, берут начало подземные «хитрости» Демидовых на территории их Невьянской вотчины. Из дома-резиденции к башне был проложен подземный ход, о кото-
ром свидетельствуют многочисленные очевидцы, видевшие его и побывавшие в нем в период реконструкции старого завода 1920-х гг. Архитектор В. А. Матвеев, автор диссертации «Архитектура Урала XVIII века», изучавший в 1940-х гг. Невьянскую башню, упоминает о засыпанном подземном ходе от башни до подвального этажа господского дома. Упоминает он и о другой ситуации: «...Производственные земляные работы по строительству завода в 1944 году вскрыли ряд заваленных подземных ходов вблизи башни».
Подземный ход от господского дома к башне попадал между ними в подвалы каменных амбаров. Об этом свидетельствует документ, касающийся рукописи «История рода Демидовых», составленный во второй половине XIX в.: «.Из-под башни проведены ходы к каменному зданию близ господского дома, к реке Нейве, к доменной печи и в господские хоромы. Назад лет тому 75 (т. е. в начале XIX столетия. — В. С.) сделался провал в подземном ходе, идущем в господский дом, и желающие пройти по нему были остановлены железными дверями, запертыми огромными висячими замками»1.
Рассмотрение вопроса о системе подземных сооружений на старом Невьянском заводе неизбежно связано с проблемой существования подвалов непосредственно в башне, тех, о которых повествуют многочисленные легенды, рассказы старожилов, очевидцев.
Современные представления о состоянии башни не дают основания считать, что непосредственно под башней, прошедшей сложные динамические конструктивные коллизии, могли быть устроены пустотные объемы. Определение «под башней», ско-
рее всего, относится к характеристике местоположения «вблизи башни», но не в ее контуре. В 1980 г. при разборке входной лестницы с восточной стороны башни был обнаружен свод из старого демидовского кирпича, принадлежащий полностью засыпанному подземному сооружению2. Основная часть этого сооружения уходила под стену здания котельной (ныне демонтированного) и была разрушена при постройке фундаментов котельной. Найденное подземное помещение и могло быть теми знаменитыми подвалами «под башней», а в самой башне находился только колодцеобразный спуск с люком.
Помимо запланированных исследований была проведена выборочная оценка прочности кирпичной кладки стен и степени целостности их структуры.
Сейсмоакустическая интроскопия позволила оценить однородность и прочность кирпичной кладки стен башни. Оказалось, что: внутренние стены помещений обладают большей плотностью и прочностью, превышающей в 1,5—2,0 раза прочность наружных стен; в наружных стенах больше локальных нарушений структуры кладки в виде трещин, расслоений; трещиноватость кладки в большей степени отмечается на участках примыкания к стенам перекрытий и сводов; структура внешнего слоя кладки наружных стен примерно до глубины 60—70 см более рыхлая, чем в остальной толще стены.
Эти данные в какой-то степени позволяют предположить, что башня значительно «выработала» свой ресурс надежности и близок критический момент в техническом состоянии, требующий принятия неотложных мер для поддержания сохранности уникального
1 ЦГАДА. Ф. 1267. Демидовы. Оп. 13. Д. 23.
2 Уральский рабочий. 1980. 10 июля.
Иллюстрация 4. План Невьянского завода XVIII в.: 1 — предполагаемое первоначальное местоположение усадьбы-резиденции Демидовых; 2 — реальное местоположение; С — постройки резиденции;
Б — Невьянская башня
памятника. Есть надежда, что предстоящая реставрация, базирующаяся на радикальных подходах, даст возможность Невьянской башне «прожить» еще не один столетний срок.
Список использованной литературы
1 Слукин В. М. Исследования на территории «Дом Ипатьева — Храм-на-Крови» с применением инженерно-геофизических методов // Академический вестник УралНИИ проект РААСН. 2010. № 4.
2 Слукин В. М. Исследовательские инженерно-геофизические работы на площадке Максимилианов-ской церкви в г. Екатеринбурге // Стройкомплекс Среднего Урала. 2010. № 10.
3 Слукин В. М. Неразрушающие методы исследования // Строительный вестник. 2010.
Иллюстрация 5. Графики геоэлектрометрии над подземными ходами
Иллюстрация 6. Система подземных сооружений на Невьянском заводе
