CC BY
84
УДК 624.31
З. Сирожиддинов, P.A. Мадатов, А. Мадатов
ПРОБЛЕМЫ СОХРАНЕНИЯ АРХИТЕКТУРНЫХ ПАМЯТНИКОВ
УЗБЕКИСТАНА
Самаркандский государственный архитектурно-строительный институт
Аннотация: В статье рассматриваются основные особенности земных условий оснований и конструкций баз, ценность геотехнического мониторинга, их рекомендуемые варианты усиления с целью сохранения архитектурных памятников Узбекистана.
Ключевые слова: архитектура, архитектурные памятники, фундамент памятника, строение.
UDC 624.31
Z. Sirozhiddinov, R.A. Madatov, A. Madatov
PROBLEMS OF PRESERVING ARCHITECTURAL MONUMENTS OF
UZBEKISTAN
Samarkand state institute of architecture and construction
Abstract: In article the basic features of earth conditions of the bases and designs of the bases, value of the geotechnical monitoring, their strengthening recommended variants are covered with the purpose of preservation of architectural monuments of Uzbekistan.
Keywords: architecture, architectural monuments, foundation of the monument, structure.
Республика Узбекистан богата историческими архитектурными памятниками, сохранившимися до наших дней и имеющими мировое значение [15]. Их возраст исчисляется от нескольких сотен до тысяч и более лет, а сохранность и техническое состояние зависят от множества причин, различных по своей природе, сущности и особенностям, среди которых, наряду с их старением и наличием сейсмических воздействий, все больше доминируют техногенные факторы [11]. По-видимому, именно по этой причине в последнее время участились сообщения о деформирующихся памятниках архитектуры [2; 3; 12], что требует неотложного проведения ремонтно-восстановительных, реставрационных и укрепительных работ.
Сложилось так, что основные ремонтно-восстановительные работы проводят для надземной части памятников архитектуры, они и изучены достаточно хорошо (за исключением конструктивных особенностей) [4]. Наиболее ответственная часть сооружений - основания и фундаменты, определяющие подчас их сохранность и долговечность, и подвергающиеся в наибольшей степени различного рода техногенным
воздействиям. Однако они крайне мало изучены. На данный момент обследованы и изучены основания и фундаменты пока только тех сооружений, которые по различным причинам уже деформировались.
Фундаменты памятников архитектуры. На основании изучения архивных материалов и имеющихся публикаций, а также в результате обнажения фундаментов отдельных памятников архитектуры установлено, что в конструктивном отношении они выполнены либо из бутовой кладки, либо из жженого кирпича на сложном растворе, либо из кладки с чередованием бутового камня и жженого кирпича. При этом, связи между кирпичами и бутовыми камнями как между собой, так и друг с другом выполнены очень умело и грамотно, с подбором каждого бутового камня по форме и размеру. Однако к настоящему времени, из-за старения и воздействия влаги, содержащей различного рода вредные вещества, в той или иной степени растворы, выполняющие связывающую роль з кладках утеряли первоначальные свойства. В отдельных случаях они превратились в сыпучие или в текучие материалы. Этот процесс постепенно приводит к нарушению сплошности фундаментов, потере их способности распределять нагрузки на грунты оснований при воздействии на памятники дополнительных нагрузок типа динамических от механизмов, сейсмических сил или при деформации грунтов оснований.
Грунтовые условия оснований памятников архитектуры. Как и другие территории, подавляющая часть памятников архитектуры в нашей республике находятся на площадках с неблагоприятными, с точки зрения строительства, грунтовыми условиями. Зачастую, в пределах активной зоны сжатия залегают лессовые просадочные, насыпные представляющие культурно-городские отложения (антропогенные) или засоленные грунты. Все эти грунты обладают неводостойкими структурами и порой мгновенно реагируют на разного рода увлажнения. Очевиден тот факт, что зодчим было хорошо известно вредное влияние влажности на грунтовые условия. В целях предотвращения увлажнения грунтов оснований, место строительства памятников архитектуры зодчими либо тщательно выбиралось, либо предусматривались мероприятия по отводу поверхностных вод от памятника планировкой, водоотводящими коммуникациями, вплоть до сооружения в местах концентрации памятников специальных зовуров - дренажных канав, например, площадь Регистан в Самарканде, Ичан-Кала в Хиве, Ок-сарай в Шахрисабзе и др.). В последующем, для сохранения природного влажностного баланса грунтов, вокруг памятников выращивали тутовник, способный в наибольшей степени впитывать влагу из почвы и испарять в атмосферу. Встречаются искусственно уплотненные основания из лессовых просадочных грунтов, выполненные 500 и более лет назад, скорее всего вручную, перемятием и укладкой с одновременным послойным уплотнением (например, основание мавзолея Рухабад) или предварительным замачиванием грунтов (например, основание ансамбля Биби-Ханым в Самарканде), тогда как в специальной литературе использование метода уплотнения просадочных грунтов относят к первой половине XX века.
Известно, что к настоящему времени влажностный режим грунтовых оснований памятников архитектуры все больше и больше нарушается из-за техногенных процессов, выражающихся повышением уровня подземных вод и поверхностного увлажнения, а порой, и ликвидацией дренажных систем в целях освоения территорий, занимаемых канавами и завурами, благоустройства и придания архитектурно-планировочной выразительности территории вокруг памятников. Увлажнение грунтов оснований явилось главной причиной деформаций, в том числе и некоторых уникальных памятников архитектуры (например, Тилля-Кори, мавзолей Рухабад в Самарканде, Кутлуг-Мурод Инак, Учавлиё в городе Хиве и многих других)
Вопросы гидроизоляции надземных строений памятников архитектуры. В
результате поднятия уровня грунтовых вод, увеличения природной влажности грунтов оснований до состояния водонасыщенности, через тело фундамента, из-за капиллярного поднятия воды, наибольшему увлажнению подвергаются цокольная и нижняя часть стен и колонн памятников архитектуры. Например, визуальные обследования, проведенные в 1999 г. показали, что многие памятники архитектуры Ичан-Калы (число которых составляет более 50) деформируются именно в результате увлажнения их оснований и стен. Камышовые плетенки, расположенные в двух уровнях в цокольной части, предусмотренные для предотвращения капиллярного поднятия воды и обеспечивающие аэрацию стен, к настоящему времени сгнили. Стены увлажнены высотой до двух метров и более. На стенах наблюдаются разбухание, разрыхление, отслоение штукатурки и облицовки от кладки.
В настоящее время вопросы гидроизоляции надземной части памятников архитектуры являются острой проблемой. Доступные методы гидроизоляции для существующих строений практически отсутствуют. Существующие же предложения, опубликованные в печати по данному вопросу, либо технически чрезвычайно трудно осуществимы, либо очень дорогостоящие, а чаще и то, и другое.
Заслуживает внимание предложение профессора Э.М. Генделя, заключающееся в том, что в процессе подводки фундаментов, между стеной (колонной) и фундаментом следует предусмотреть гидроизоляционный слой раствора (в составе один к одному) из специального цемента и просеянного мелкого песка, толщиной 1...2 см. При этом, для бетонного или железобетонного фундамента в качестве заполнителя следует использовать крупнозернистый песок.
Для подтверждения и практического использования этих предложений, в СамГАСИ планируется проведение комплексных экспериментальных исследований. Следует подчеркнуть, что эти предложения осуществимы лишь при подводке фундаментов.
Проблемы сохранения памятников архитектуры. Роль геотехнического мониторинга памятников архитектуры для их сохранения трудно переоценить. Без этого нельзя комплексно оценить техническое состояние памятника и разработать какие-либо технические или организационные мероприятия, направленные на их сохранение [2, 5]. Главными вопросами геотехнического мониторинга являются наблюдение за деформациями отдельных частей памятников и их прогноз во времени, в том числе и фундаментов, а также прогноз динамики изменения уровня грунтовых вод и влажности грунтов.
По результатам наблюдений за деформацией фундамента строят графики зависимости осадок отдельной точки фундамента от времени [14]. При этом могут наблюдаться три случая (рис. 1):
Рисунок 1 - Возможные деформации фундаментов во времени.
Первый - когда нарушение равновесия системы «грунт-фундамент-сооружение»
имеет временный характер и осадка является затухающей, т.е. ds/dt => 0. В этом случае выясняется причина (причины) нарушения равновесия и она (они) устраняется. В необходимых случаях производится усиление основания или фундамента (или обоих);
Второй - скорость деформаций постоянна, т.е. ds/dt = const. Обычно, постоянные деформации переходят в прогрессирующие деформации. В этом случае, в срочном порядке предусматриваются мероприятия по предотвращению протекающих деформаций (например, с помощью подпорных конструкций или других мер разгружается фундамент до проведения мероприятий по усилению оснований [3]);
Третий - когда деформация во времени прогрессирует, что требует неотложных аналогичных мер по предотвращению деформаций, описанных для второго случая.
Результаты же наблюдений за состоянием влажности грунтов оснований позволяют определить наступление критической влажности, при достижении которой ожидаются недопустимые деформации памятников архитектуры.
Исходя из изложенного, возникает необходимость проведения геотехнического мониторинга перечисленных наблюдений, являющихся основной частью для каждого памятника архитектуры, расположенного в зонах подтопления или повышения природной влажности грунтов оснований [5], что, в конечном итоге, позволит предотвратить негативные последствия, угрожающие их сохранению.
Рекомендуемые методы усиления оснований и фундаментов. К сожалению, усиление оснований и фундаментов производится после возникновения деформаций памятников архитектуры, когда в надземных строениях уже возникли трещины, сдвиги, крены и т.д. В этих случаях существуют разного рода предложения по усилению или укреплению оснований и фундаментов. Вопросы консервации и усиления конструкций фундаментов в достаточной степени освещены в соответствующей литературе, многие из которых приемлемы и технически осуществимы.
К рекомендациям химического и термического закрепления грунтов оснований следует отнестись крайне осторожно, исходя из следующих причин:
- силикатизация грунтов связана с «мокрым» процессом, приводящим и без того влажные просадочные грунты к еще большему увлажнению, пока они схватываются [1; 10]. Все деформации памятников чаще всего возникают именно в результате увлажнения структурно-неустойчивых грунтов;
- в водонасыщенных грунтах химическое закрепление малоэффективно [5; 13]. Напомним лишний раз, что деформации памятников происходят из-за увлажнения;
- химические реагенты, используемые для закрепления грунтов (например, жидкое стекло) очень дороги, и в нашей республике нет специальных заводов по их производству;
- при химическом закреплении невозможно регулировать направление нагнетаемой химической жидкости, поэтому невозможно определить достаточное их количество, а значит невозможно оценить и НДС грунтов оснований [6; 9].
Перечисленные неясности и недостатки относятся и к термическому закреплению грунтов.
Нецелесообразно также усиление оснований и фундаментов памятников архитектуры буронабивными сваями [8]. С одной стороны, их несущая способность при отсутствии прочных пород на обозреваемой глубине очень низкая; с другой - без ростверка их нельзя использовать, поскольку распределительная способность напряжений надземных строений очень низкая. Это может быть причиной возникновения недопустимых трещин в непрочных надземных старинных строениях из-за концентрации напряжений над сваями.
За последние годы предложен ряд методов усиления оснований и фундаментов, в числе которых следует отметить буро-инъекционные сваи, сваи, устраиваемые с помощью пневмопробойников, сваи, выполняемые по разрядно-импульсной технологии
[7]. Однако применение этих методов, хотя бы в аналогичных грунтовых условиях памятников архитектуры, требует тщательной экспериментальной проверки. Более того, у нас в республике ещё отсутствует оборудование для их возведения.
Наиболее приемлемыми методами усиления оснований и фундаментов, в зависимости от грунтовых условий и особенностей конструкций цокольной части памятников архитектуры, следует признать метод подводки фундаментов мелкого заложения, в том числе и с предварительным обжатием грунтов оснований и вдавливаемыми сваями с рандбалками (с ростверком). Метод подводки фундаментов с увеличением глубины заложения и площади его подошвы хорошо известен специалистам и широко освещен в научной литературе. Следует более подробно остановиться на этом методе, но с предварительным обжатием грунтов оснований для предотвращения дополнительной деформации памятника.
Метод усиления оснований и фундаментов предварительным обжатием грунтов оснований. Данный метод для ленточных фундаментов осуществляется в следующей последовательности (рис. 2):
- с учетом действующей нагрузки и грунтовых условий устанавливаются размеры будущего фундамента (глубина заложения, ширина и длина подошвы);
- с учетом состояния стен и их распределительной способности напряжений устанавливается длина участка стены, под которым можно освободить ее от старого фундамента (эта длина может быть от 0.75 до 1.5 м, а в местах концентрации трещин она может быть уменьшена до 0.5 м);
- на несущий слой укладывается на растворе или сборная, или монолитная железобетонная плита, шириной будущего фундамента и длиной, равной длине высвобожденного участка;
- после твердения бетона плиты, на ней устанавливается домкрат соответствующей грузоподъемности. Над домкратом устанавливается металлическая плита, усиленная ребрами жесткости. На плиту укладывается слой маловлажного раствора, содержащего один к одному цемент и мелкозернистый песок. С помощью домкрата грунт под нижними плитами обжимается до расчетной глубины;
- верхняя и нижняя плиты расклиниваются при помощи металлических профилей, устанавливаемых между ними;
- снимается домкрат, а пустые пространства заливаются бетоном;
- разделив всю длину стены на несколько захваток (обычно на три захватки), поочередно вся процедура повторяется на I, затем на II и, наконец, на III участках.
Рисунок 2 - Предварительное обжатие грунтов оснований: 1 — шахта; 2 — нижняя плита; 3-домкрат; 4-верхняя плита; 5-сухой раствор, толщиной 1-2 см; 6-металлические стойки; 7-металлический клин.
Как следует из изложенного, этот метод трудоемок, но технически вполне
осуществим.
Метод усиления оснований и фундаментов вдавливаемыми сваями. Данный метод предложен и успешно использован в ряде уникальных памятников архитектуры профессором Э.М. Генделем [3].
Рисунок 3 - Последовательность вдавливания элементов сваи: а - устройство штробы в стенах шириной 0.25 Ьст; 5- заводка в стену металлической рандбалки; в - вдавливание металлических труб звеньями; г - готовый фундамент; 1 - стена; 2 - старый фундамент; 3 -штроба; 4 - двутавровая металлическая балка;
5 - сухой раствор толщиной 2...4 см; 6 - нижнее звено трубы; 7 - домкрат; 8 - манометр;
9 - верхние звенья трубы; 10 — металлическая стойка; 11 - бетон.
Сущность метода заключается в следующем (рис. 3):
- на глубине ниже поверхности планировочной отметки, по длине стены на 1/4 ее ширины, вначале с одной (например, с наружной) стороны разбирается кирпичная кладка высотой в соответствии с расчетом и длиной 1.5...3 м;
- в образовавшуюся щель на слабом цементно-песчаном растворе устанавливается двутавровая металлическая рандбалка (ростверк) таким образом, чтобы между верхней полкой и кирпичной кладкой оставался зазор толщиной 2...4 см;
- зазор между верхней полкой и кирпичной кладкой чеканят сухим раствором в составе 1:1 цемента и мелкозернистого песка, деревянной лопатой, ударами молотка;
- вся процедура повторяется по всему периметру и с внутренней стороны
стены;
- внутренние и внешние двутавровые банки сверху и снизу через 1.5...2 м длины соединяются сваркой металлическими прутами между собой;
- вначале в средней части стены выделяется участок под центром рандбалки, где отрывается шахта размером 1.25x1.25 м в плане глубиной около 1.5 м, разбирая старый фундамент;
- под центром рандбалки, в шахте, с помощью домкрата, соединенного с манометром, в грунт основания вдавливаются заранее приготовленные металлические трубы длиной 1.0 м и диаметром от 20 до 40 см. В начале нижнее звено с закрытым концом, а затем - среднее, наращивая трубы сваркой по мере их вдавливания. Передаваемая нагрузка при этом контролируется манометром таким образом, чтобы не происходило поднятия рандбалки и стены вверх;
- после погружения наращиваемых труб, с помощью двух металлических стоек соединяется верх трубы и нижняя полка двутавра. При помощи клиньев и домкрата свая предварительно обжимается. После закрепления клиньев со стойкой и нижней полкой двутавра сваркой, домкрат снимается;
- в трубы устанавливается заранее изготовленный по расчету арматурный каркас и труба заполняется бетоном с уплотнением;
- пустота вокруг сваи до низа рандбалки заполняется бетоном;
- по результатам вдавливания первой сваи устанавливается число и шаг свай в новом фундаменте;
- вся процедура повторяется для оставшихся свай по всему периметру стены. В процессе вдавливания сваи, грунт вокруг нее уплотняется, что позволяет увеличить ее несущую способность в 1.5 и более раз по сравнению с буронабивными сваями.
Недостатком этого метода следует считать трудоемкость и металлоемкость. Однако можно использовать металлопрокат, бывший в употреблении.
Преимуществом данного метода является возможность полного контроля действующей нагрузки на сваи через манометр, соединенный с домкратом при вдавливании свай. Это даст возможность определить точное число необходимых свай. Заведенная в нижнюю часть стены металлическая рандбалка, полностью воспринимающая нагрузку от стены, перераспределяет ее между сваями, тем самым, в значительной степени увеличивая жесткость и сейсмостойкость памятника архитектуры.
Список литературы
1. Александров И.Н., Шубин Г.В., Кирюшин Д.И., Заровняев Б.Н. Инструментальный контроль относительных деформаций смещений приоткосных трещин на карьере "Удачный" // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2003. № 6. С. 20-23.
2. Ахмедов М., Якубов Ш.М., Курбонова Н. О последствиях техногенных воздействийна исторические памятники Узбекистана // Матер, межд. конф.: Проблемы механики и сейсмостойкости сооружений. Ташкент. 2004. С. 143-146.
3. Гендель Э.М. Инженерные работы при реставрации памятников архитектуры. М.: Стройиздат.1980. 199 с.
4. Гончарова О.В. Использование исторического наследия как фактора развития регионального садово-паркового туризма // Индустрия туризма и сервиса: состояние, проблемы, эффективность, инновации сборник статей по материалам Международной научно-практической конференции. 2016. С. 74-76.
5. Дэмберэл С., Батарсурэн Г., Имаев В.С., Стром А.Л., Смекалин О.П., Чипизубов А.В., Гриб Н.Н., Сясько А.А., Качаев А.В. Палеосейсмогенные деформации в окрестностях Улан-Батора по геологическим и геофизическим данным // Вопросы инженерной сейсмологии. 2010. Т. 37. № 3. С. 45-54.
6. Иголкина Г.В., Дрягин В.В., Иванов Д.Б., Мезенина З.С. Корреляция проницаемости терригенных коллекторов с вызванной сейсмоакустической эмиссией // Геофизические исследования Урала и сопредельных регионов материалы Международной конференции, посвященной 50-летию Института геофизики УрО РАН. 2008. С. 92-94.
7. Коновалов П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий. М.: ВНИИНТП. 2000. 320 с.
8. Куманин В.И., Лобацкая Р.М., Черных М.М., Зубехин А.П., Морозов В.И., Тушинский Л.И., Бердичевский Е.Г., Пряхин Е.И., Ри Х., Жукова Л.Т., Соколова М.Л., Галанин С.И., Сизов И.Г., Солодова Ю.П., Юдина Т.Ф., Гамов Е.С., Смагин В.Г., Наумов В.П., Егоров И.И., Лившиц В.Б. и др. Дизайн. История, современность, перспективы. - Москва, 2011. - 224 с.
9. Ооржак В.О.О., Соколов А.П. Технологии создания моноблочной скульптуры в туве // Труды Академии технической эстетики и дизайна. 2015. Т. 3. № 2. С. 30-35.
10. Платонова С.В., Криворотов А.П. Влияние формы подошвы ленточного фундамента на напряженно - деформированное состояние нелинейно - деформируемого основания // Известия высших учебных заведений. Строительство. 1995. № 7-8. С. 17-23.
11. Рашидов Т.Р., Сирожиддинов З.С. Проблемы обеспечения сохранности памятников архитектуры // Проблемы механики. 2002. №5. С. 7-13.
12. Рашидов Т.Р., Сирожиддинов З.С., КондратьевВ.А. Геотехнический мониторинг памятников архитектуры // Матер, межд. конф.: Проблемы механики и сейсмостойкости сооружений. Ташкент. 2004. С. 170-171.
13. Соколов Л.И., Петров А.Н. Утилизация осадка сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 1995. № 8. С. 15-17.
14. Цытович Н .А. Механика грунтов. М.: Высшая школа. 1983.288 с.
15. Шамуратов А. Роль общества охраны памятников в деле сохранения и пропаганды архитектурного наследия Узбекистана // Строительство и архитектура Узбекистана. 1973. №7. С. 6-7.
Информация о авторе:
Information about author:
З. Сирожиддинов,
Доктор технических наук, профессор Самаркандский государственный архитектурно-строительный институт, г. Самарканд, Узбекистан
Z. Sirozhiddinov
Doctor of Technical Sciences, Professor Samarkand State Institute of Architecture and Construction, Samarkand, Uzbekistan
P.A. Мадатов,
Инженер, Самаркандский государственный архитектурно -строительный институт, г. Самарканд, Узбекистан
P.A. Madatov,
Engineer, Samarkand State Institute of Architecture and Construction, Samarkand, Uzbekistan
А. Мадатов,
Кандидат технических наук, доцент, Самаркандский государственный архитектурно-строительный институт, г. Самарканд, Узбекистан
A. Madatov
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Samarkand State Institute of Architecture and Construction, Samarkand, Uzbekistan
