ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2007, № 3, с. 281-286
ПРОБЛЕМЫ СОХРАНЕНИЯ ИСТОРИЧЕСКИХ ПАМЯТНИКОВ
УДК 624.131
ЭВОЛЮЦИОННЫЙ АСПЕКТ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИСТОРИЧЕСКИХ ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ПРИМЕРЕ ПАМЯТНИКОВ РУССКОЙ СРЕДНЕВЕКОВОЙ АРХИТЕКТУРЫ
© 2007 г. М. В. Бондарев
АО "Инженерная геология исторических территорий" (ИГИТ) Поступила в редакцию 12.04.2006 г.
Применение эволюционного подхода к изучению состояния памятников архитектуры является одним из необходимых условий для раскрытия их адаптационных возможностей и для принятия адекватных технических решений по их сохранению. В результате эволюционных изменений структуры оснований памятников свайного периода на контакте фундамент-грунт происходит формирование нового инженерно-геологического элемента, специфику которого необходимо учитывать в целевом подходе к инженерной реставрации.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время чрезвычайно актуален целенаправленный подход к изучению условий функционирования памятников русской средневековой архитектуры, большая часть которых испытывает серьезные деформации, связанные со спецификой эволюции структуры и свойств грунтов основания. Проблема внешнего управляющего воздействия заключается в том, что к моменту подключения управляющих средств исторические природно-технические системы (ИПТС) -"памятник архитектуры - геологическая среда" могут находиться в состоянии, отражающем разные этапы эволюции системы. Поэтому целесообразность и своевременность применения методов упреждающего воздействия в значительной степени обусловливаются определением возможных сценариев (путей эволюции) в каждом конкретном случае. Эффективность этих действий в значительной степени зависит от оценки инженерно-геологических изменений структуры сферы взаимодействия памятника в ходе ее эволюции. Именно поэтому, несмотря на ряд общих признаков существующих сценариев, комплексам усиливающих мероприятий должны предшествовать специализированные исследования, выявляющие специфику кризисной ситуации каждого памятника архитектуры и снижающие тем самым степень неопределенности принимаемых технических решений.
Предмет исследования - реальная историческая природно-техническая система "памятник архитектуры - геологическая среда", которая рассматривается как открытая динамическая система, прошедшая за время существования определенные эволюционные этапы. Эти этапы пред-
ставляют собой периоды длительного квазистационарного состояния системы, сменяющиеся периодами неустойчивости, которые завершаются резкими изменениями ее структуры и свойств. Наличие данных этапов, а также специфика их протекания определяются эволюционными процессами на контакте фундаментов зданий и сооружений свайного периода с грунтами основания.
При разработке концепции изучения эволюции ИпТС важен выбор необходимых теоретических и методологических подходов, которые в наибольшей степени помогут решить комплекс проблем действенного и упреждающего вмешательства в структуру ИПТС для поддержания ее устойчивости.
Системный подход - часть методологического направления в науке, основная задача которого состоит в разработке методов исследования и конструирования сложноорганизованных объектов - систем разных типов и классов. Обращение к системному подходу обусловлено рассмотрением одной из самых длительно функционирующих природно-технических систем - исторической ПТС - адаптивной и достаточно сложной даже в сравнении с некоторыми современными природ-но-техническими системами. Памятники архитектуры как элементы ИПТС выступают своеобразным фиксатором ее динамического развития, по состоянию которых оценивается в целом латентное поведение элемента контактной зоны фундамент-грунт. Поэтому важнейшей характеристикой качества структуры ИПТС является баланс взаимодействий элементов системы в течение ее длительного функционирования.
Исходные параметры свайных оснований, полученные по результатам прямых исследований
i w л 6 . , И w 5 р т
№ Объект исследования й а о S S й о Ш1 ä £& 5 s а, д оа тд ö w ср а р раду а н и л д е м а и д
сы ет ч иы лир О Н W я чет с ё&о nMW kSS w е е н д е р О S Gg И ö Ss кян w р x а л е д Среднее ние меж свай, см Средняя свай, м Средний свай, см
1 Храм Вознесения в Коломенском XVI в. 11 5 30 35 1.1 14
2 Храм Усекновения Главы Иоанна Предтечи в Коломенском XVI в. 28 12 27 30 1.2 10
3 Ограда Государева двора в Коломенском XVII в. 6 2 32 30 1.0 9
4 Спасский собор Андроникова монастыря XV в. 4 2 29 30 0.9 8
5 Палаты в Среднем Овчинниковском пер. в Москве XVII в. 17 4 27 25 1.1 10
6 Храм Архангела Михаила в Ярославле XVII в. 6 3 26 29 1.2 10
7 Никитский собор в Переславле-Залесском XVI в. 18 12 25 30 1.4 15
Согласно методу системного анализа памятник архитектуры как объект исследования представляет собой сложную многокомпонентную систему, включающую техническую (надземные и подземные конструкции памятника) и природную (грунты, грунтовые воды) подсистемы. Техническую подсистему ИПТС как агломерат функциональных блоков целесообразно подразделить на два основных компонента: надземный и подземный. Природную подсистему можно рассматривать как область геологической среды в пределах сферы взаимодействия последней с конструкциями памятника, определяемую компонентами инженерно-геологических условий и сохраняющую функциональные связи между ними.
Как основное методическое средство системного анализа может быть предложен эволюционный подход, наиболее логически обоснованный при исследовании проблемы сохранения исторических природно-технических систем. Здесь понятие эволюция трактуется как необратимое, непрерывное, направленное изменение состояния и свойств изучаемых систем как прогрессивного, так и регрессивного характера, включающее на определенных этапах скачкообразные переходы систем в качественно иное состояние.
Для описания эволюционных преобразований в структуре ИПТС возможно использовать введенный Князевой E.H. и Курдюмовым С.П. [2] термин "структура-аттрактор эволюции" - т.е. реальная структура, приобретаемая системой в результате переходных эволюционных процессов. Понятие "аттрактор" (от латинского attractio -притяжение) - один из основных синергетических терминов и означает финальное состояние эволюционного процесса.
ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В СТРУКТУРЕ ИПТС
Практика проведения многочисленных исследований ИПТС показывает, что состояние надземных конструкций памятников архитектуры во многом определяется изменениями в структуре подземных конструкций - фундаментов, непосредственно взаимодействующих с геологической средой.
Анализ эволюции строительных технологий показывает, что наличие деревянных конструкций в основаниях памятников архитектуры повсеместно связано с определенным временным интервалом, когда их применение было традиционным и обязательным. Об этом свидетельствует использование деревянных свай не только для уплотнения слабых грунтов с целью повышения их несущей способности, но и случаи забивки свай в грунты, изначально обладавшие весьма высокой несущей способностью (твердые моренные суглинки, плотные аллювиальные пески). Наличие деревянных уплотнительных конструкций непосредственно в зоне контакта фундаментов зданий названного выше периода с грунтами основания подтверждается материалами инженерно-геологических исследований более чем ста памятников архитектуры федерального значения. При определенном разнообразии материалов и конструктивных схем каменных фундаментов в области применения свайных конструкций наблюдается следование общей традиции. Это прежде всего четкая рядность, выдержанный шаг забивки, незначительные различия длин и диаметров (таблица). С течением времени древесина свай подвергалась деструкции и происходило формирование пустот-'стаканов". Подобные процессы всегда приводят к ослаблению грунтов
ЭВОЛЮЦИОННЫЙ АСПЕКТ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
283
Рис. 1. Первый этап опыта (моделирование передачи нагрузки от сооружения на свайно-грунтовое основание).
/~/Г~/ , мм
Рис. 2. Второй этап опыта (моделирование передачи нагрузки от сооружения на грунтовое основание, ослабленное полостями-"стаканами").
основания памятника архитектуры. Большинство обследованных автором памятников русской архитектуры ХУ-ХУП1 вв. испытывают прогрессирующие неравномерные осадки основания, связанные с разрушением стенок полостей-"стака-нов". Таким образом, контакт фундамент-грунт, состоянию которого древние зодчие придавали огромное значение, в процессе эволюции ИПТС превратился в наиболее слабое ее звено именно из-за эволюционных преобразований, связанных с процессами деструкции деревянных конструкций фундаментов.
В целях исследования изменений несущей способности грунтов межсвайного пространства при гниении деревянных свай на учебном полигоне Российского государственного геологоразведочного университета им. С. Орджоникидзе проведен опыт, заключавшийся в следующем: на опытном участке был смоделирован фундаментный ров; в дно рва были забиты деревянные сваи. Вмещающими грунтами являлись покровные суглинки. После подготовки на массив "сваи-грунт"
посредством штампа была передана нагрузка ступенями 0.1, 0.2 и 0.3 МПа. Далее была проведена разгрузка теми же ступенями (рис. 1). На втором этапе опыта для имитирования пустот от сгнивших оголовков сваи были забиты в грунт еще на 20 см, и массив был снова испытан аналогичным образом (рис. 2).
Результаты обработки материалов штампо-вых испытаний показали, что уже на этапе деструкции оголовков модуль общей деформации массива сваи-грунт снижается более чем в 2 раза.
При исследовании памятников русской средневековой архитектуры выделены фазы эволюции грунтового основания (рис. 3).
В результате анализа инженерно-геологических изысканий, проведенных на ряде памятников русской архитектуры, выявлены существенные деформации в надземных несущих конструкциях, которые имеют прогрессирующий, незатухающий характер. Выделены три основные группы причин, влияющих на современ-
2-3 — начало неравномерных осадок, появление трещин, появление кинематических блоков
3-4 — развитие неравномерных осадок, увеличение разм
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.