Дослідження інженерно-геологічних умов пам'яток історії та культури

"... з усіх помилок, що відбуваються на будівлі, найбільш згубні ті, що стосуються фундаменту, так як вони тягнуть за собою загибель всього будинку і виправляються тільки з величезною працею ... "

А. Палладіо, "Чотири книги про архітектуру" 1750

Більшість пам'яток історії та культури або тісно взаємопов'язані з геологічною середовищем, або ж є її складовою і невід'ємною частиною. До них, відповідно до законом РФ, відносяться:

- будівлі і споруди - пам'ятники історії, пов'язані з найважливішими подіями в житті людської спільноти;

- городища, кургани, залишки стародавніх поселень і фортець, дороги, поховання, наскальні зображення і кам'яні статуї, а також культурний шар, що є пам'ятками археології;

- архітектурні ансамблі, залишки стародавніх поселень, споруди промислової, військової, культової архітектури, садово-паркові ансамблі та природні ландшафти -- пам'ятки містобудування і архітектури.

Переважна більшість пам'яток, що входять до перераховані категорії, на території Російської Федерації знаходиться в аварійному або деформований стан, схильні до різноманітних деструктивних процесів, що порушують їх цілісність. Особливо це стосується пам'ятників архітектури - більше 80% їх будівель та споруд руйнуються під впливом саме геолого-географічних чинників [8, с.44].

Прояви руйнівних процесів у спорудах дуже типові. З поверхонь стін, підлог і склепінь будівель відшаровуються і осипаються покриття (плитка, штукатурка, фарба та ін.) У кутах, в нижніх ділянках внутрішніх і зовнішніх стін приміщень з'являється вогкість і нальоти солей, виростають мікроорганізми (лишайник, мох, водорості та ін.) Будинки нахиляються, в конструктивних елементах з'являються тріщини. Гладкі поверхні конструкцій стають хвилястими, східчастими, заклинюють двері та віконні рами. Руйнуються металеві та дерев'яні зв'язку і стяжки, цегляні і кам'яні стіни і перекриття.

Традиційними, косметичними методами "лікування" історичних споруд є: шпаклівка тріщин, штукатурка і фарбування стін, відновлення фресок, вичинки зруйнованих фрагментів та їх дрібний ремонт, прибудова упорів, контрфорсів, стяжка розірваних, зруйнованих елементів, армування конструкцій металевими поясами.

Такі порівняно прості реставраційні роботи, як правило, повторюються з року в рік без аналізу викликають їх причин. Відповіді на питання: "чому відбуваються зміни пам'ятника? З якими умовами або причинами вони пов'язані? "Та ін починають шукати тоді, коли становище стає загрозливим для пам'ятника, він нахиляється, осідає, перекошується, за швидко розростається, тріщин відокремлюються фрагменти або несподівано відбувається повне або часткове руйнування всієї споруди.

Основними причинами деструкції історичних споруд є:

а) глобальні та локальні зміни природних умов функціонування споруд, пов'язані з тривалим терміном їх існування;

б) штучне, цілеспрямована зміна режиму експлуатації споруди;

в) помилки або невизначеності в розрахунках і уявленнях, що мали місце при будівництві або реконструкції споруди, недостатньо повне обгрунтування проектних (архітектурних) рішень, неврахування неоднорідності підстави, можливості розвитку геологічних процесів;

г) недостатня і різна міцність використаних при зведенні споруди будівельних матеріалів і компонентів геологічного середовища.

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

У першому випадку спостерігається підвищення загальної агресивності зовнішнього середовища, посилена вплив фізичних і хімічних чинників, що ведуть до вивітрюванню, зростання негативного впливу інших умов і причин руйнування.

Підвищується середньорічна температура атмосфери Землі. За даними С. М. Семенова і В. С. Ковалевського (1999 р.) її зростання лише з 1861 по 1981 рік склав 0.6 ° С. Збільшується кількість атмосферних опадів, інфільтраційної і поверхневий стік і, відповідно, змінюються режими руху верховодки і грунтових вод. Зростає зміст агресивних речовин в атмосфері. Підвищення кислотності атмосферних опадів прискорює руйнування будівельних та оздоблювальних матеріалів споруд. Швидкість "старіння" споруд в останні роки значно зросла.

До факторів глобального характеру можна також віднести практично повсюдне зростання потужності порівняно агресивного за своїми властивостями техногенного шару, поява руйнують будівельні матеріали мікроорганізмів і т.п.

Так, наприклад, потужність техногенного шару навколо Міхеевской церкви Троїце-Сергієвої Лаври за 260 років збільшилася на 1.1 - 1.4 м. Деструкція цокольній частині фундаменту і основи стін Міхеевской церкви під його впливом поширилася на глибину 0.6 м.

У другому випадку, на локальному рівні, відбувається безліч індивідуальних для кожного пам'ятника змін умов його існування. Нерівномірний гниття зміцнювальних підстава паль-"коротышей", розвиток обдимання, карсту, суфозія та інших геологічних процесів, руйнування вимощення або створення паронепроникного покриття, будівництво поруч із пам'ятником шкідливого для навколишнього середовища виробництва або знищення близько розташованого водоймища і т.п.

б. У процесі тривалого життя пам'ятників багато разів змінювалося суспільно-політичне устрій суспільства, соціальні, економічні умови, культурні та моральні традиції. Відповідно змінювалися й умови їх експлуатації. Споруди перебудовували, пристосовуючи до нових напрямків використання, припиняли експлуатувати і, як наслідок, проморажівалі і насичували конструкції вологою, збільшували і зменшували навантаження на основу. Вони горіли й руйнувалися в процесі воєн і набігів. Їх перетворювали на склади і тири, житлові приміщення та клуби, фабрики, водонапірні башти та навчальні заклади тощо Відповідно змінювалися величини і режими навантаження на підстави споруд. Вони ставали меншими або великими, динамічними або статичними і т.д. Іноді повністю руйнували наземну частину будівлі, і зберігався тільки фундамент, підвальні приміщення, комунікації або їх фрагменти. У деяких випадках тільки щодо змін структури і властивостей техногенних відкладень, індивідуальних особливостей структури полів показників властивостей (у широкому сенсі) грунтів, геологічної середовища ми можемо судити про особливості раніше існуючого споруди. Така інженерно-геологічна інформація може дуже ефективно використовуватися для вирішення "Зворотних" інженерно-геолого-археологічних завдань.

в. Архітектори і будівельники пам'яток під час їх зведення, зараз це очевидно, недостатньо уявляли собі інженерно-геологічні умови будівництва. Досить показовим є порівняння оцінок інженерно-геологічних умов будівництва споруд, даних Вітрувій в середині I ст. до н.е. [1] та А. Палладіо в 1570 році [5].

Можна припустити, що правила або рекомендації, запропоновані двома корифеями архітектури, показують рівень і динаміку розвитку уявлень про підстави і фундаментах зводяться в їхній час споруд.

Інженерно-геологічні умови будівництва споруди оцінювалися архітекторами, що керувала в той час будівлями споруд, досить просто. Основним і, по суті, єдиним оцінюваним елементом умов були грунти підстави споруди.

Для закладення фундаменту Вітрувій пропонує копати канаву до материка, а при необхідності і в материку, на глибину, відповідну обсягом що будується споруди. Якщо в підстава споруди потрапляє "земля болотиста" або "наносна", то її пропонується видалити і забити обпаленими палями як можна тісніше, а проміжки між ними завалити вугіллям. Під материком, мабуть, Вітрувій розуміє "Ненаносние" і "неболотістие" корінні або четвертинні достатньо літіфіцірованние грунти [1, с.71].

Через півтори тисячі років А. Палладіо більш докладно розглядає і навіть класифікує грунти підстав споруд. Він виділяє: "природні фундаменти" - камені, туф і scaranto (грунт з включеннями каменя), твердий грунт, гравій, пісок, розпушеному землю, землю м'яку і болотисту [5, с.19]. Мабуть, це одна з перших інженерно-геологічних класифікацій грунтів. Можна відзначити близькість до неї першого рівня поділу грунтів (групи) в класифікації порід (грунтів) Ф. П. Саваренская, що виділяє на рівні груп скельні породи, напівскельні, м'які зв'язкові, пухкі незв'язних і, нарешті, м'які і пухкі породи особливого властивості або стану [9, с.19].

Природні фундаменти, на думку А. Палладіо, є готовими до використання підставами. Решта - Вимагають додаткової підготовки. Він вказує методи, якими необхідно оцінювати властивості і придатність підстави для будівництва споруди. До них відносяться: візуальні спостереження за проходки гірничих виробок (колодязів, котлованів під цистерни тощо); вивчення ростуть на досліджуваному грунті трав; оцінка проявів динамічних властивостей грунтів при ударному дії. Пропонуються і спеціальні дослідження: оцінка опору грунту різання (іскіметрія), оцінка його розмокання у воді. Ці вказівки є першими "Вкладами в скарбничку" методів і методик сучасної методики інженерно-геологічних досліджень.

заглиблення фундаментів споруд ставиться в залежність від їх розмірів і товщини стін. Палладіо пропонує, "якщо грунт виявиться м'якою на значну глибину ...", використовувати будь-який метод технічної меліорації згідно з методикою його реалізації [5, с.19].

Зіставлення використовуваної А. Палладіо методики оцінки інженерно-геологічних умов будівництва споруд із сучасною методикою досліджень показує можливість відсутності у його колег багатьох відомостей, необхідних для оцінки інженерно-геологічних умов будівництва споруди, допомагає розкрити причини появи деформації історичних будівель.

Наприклад, будівництво трапезної з церквою Сергія Радонезького Троїце-Сергієвої Лаври виконувалося, безсумнівно, відповідно до методів, які розроблені італійськими архітекторами. Унікальна споруда трапезній, перекритий безстолпним п'ятнадцятиметрової цегляним склепінням, складається з чотирьох разновесних блоків з діапазоном навантажень на підставі від 0.18 до 0.70 МПа. Розрахункові опору грунтів підстави після забивання і подальшої часткової або повної деструкції паль-"коротышей" виявилася рівними 0.31 - 0.53 МПа. Очевидно, що будівля випробовує нерівномірне осідання, внаслідок чого має деформуватися і розтріскуватися. Можна відзначити ще один цікавий факт. Будівельники трапезній відхилилися від рекомендацій, запропонованих Вітрувій і А. Палладіо, і забили палі в 3 - 4 рази рідше рекомендованих значень. При правильній реалізації італійською технологією після сгніванія паль під будівлею трапезної з'явилися б великі порожнини двометрової глибини, які могли призвести до значних деформацій будівлі. На даний момент величина "дійсної свайне порожнистості "(відношення обсягу порожнеч від згнилі паль до обсягу включапющіх їх підстав споруди) змінюється під будівлею від 0 до 14% при "максимально можливої свайне порожнистості "(відношення обсягу паль до обсягу включають їх підстав споруди) від 4 до 22% [3]. Будівля деформується зі швидкістю 1 - 2 мм в місяць, але не руйнується.

р. Очевидно, цегла, білий камінь, дерево, інші будівельні матеріали не можуть мати однаковий термін експлуатації. Різні терміни "старіння" мають експлуатованих у різних умовах вапняк, цегла, метал і різні породи дерева, вапняний розчин і бутовий камінь. Навіть один матеріал - цегла, внаслідок різних умов випалу, місця розташування в обпікає партії, умов експлуатації, руйнується не одночасно. Вапняк тільки зовні однорідний. Насправді окремі блоки вапняку, отримані з одного родовища, наприклад Мячковському, за даними А. А. Ануфрієва (1997) можуть мати істотно різні властивості, структуру, склад і стан, і, відповідно, терміни руйнування. Підстава багатьох історичних споруд складено різноманітними грунтами, які мають різну несучу здатність.

Забавки паль-"коротышей", закріплення або виїмка та видалення "слабких" грунтів - небагато методи технічної меліорації, рекомендовані італійськими архітекторами. Палі, по-мабуть, в переважній більшості випадків створювали значний запас несучої здатності грунтів, забезпечували однорідність підстави, відповідність навантажень, що йде від споруди. При їх гнитті запас несучої здібності поступово змінювався дефіцитом [6].

Для поліпшення властивостей грунтів підстав монументальних споруд з раннього середньовіччя до XIX 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 в грунт підстави споруди, ущільнюючи її, підвищуючи його несучу здатність. Кількість і товщина паль вибиралася, можливо, на основі оцінки числа ударів, необхідних для забивання палі, або стану її оголовка після забивання. Оцінка параметрів пальових полів з урахуванням товщини паль, виконана для споруд Троїце-Сергієвої Лаври показала, що при забивання паль будівельники прагнули отримати максимально можливу щільність грунту (r) при його наявному стані - Вологості (W), ступеня плинності (IL). Значення r, наприклад, для покривних суглинків при W = 20 - 25%, навіть після сгніванія паль, як правило, досягала 2.03 - 2.06 г/см3. У процесі тривалого існування споруд палі, піддаючись впливу навколишнього середовища, впливу мікро-і макроорганізмів -- грибів, бактерій, хробаків, починали гнити з різною швидкістю, що залежить від конкретних умов, що змінюється в значних межах навіть на невеликому ділянці. Процес руйнування паль розглянуто досить докладно для різних пам'ятників [6].

Гниття паль змінює властивості підстави споруди в цілому. У ньому з'являються порожнини, грунт просочується органічними залишками пальового фундаменту, змінюються його W, r, IL і, як наслідок, несуча здатність. Ці зміни впливають на стійкість споруди.

Таким чином, є безліч причин деформацій пам'ятників. Різні інженерно-геологічні умови будівництва та експлуатації пам'яток, різноманіття сучасних методів технічної меліорації передбачають різні методи інженерно-геологічного вивчення взаємодіє з ними геологічного середовища.

Інженерно-геологічне вивчення підстави - одна з найбільш складних завдань, що вирішуються при оцінці інженерно-геологічних умов існування пам'ятників. Спорудження побудовано, і підстава малодоступне для традиційних, спеціальних лабораторних і польових методів інженерно-геологічних досліджень. Тому при вивченні структури і властивостей підстав пам'ятників використовуються і стандартні, і досить часто специфічні методи досліджень:

А) візуальне обстеження фундаментів і підстав споруд із спеціально пройдених шурфів;

Б) горизонтальне і похиле буріння свердловин в грунтах підстав пам'ятників з відбором зразків;

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

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

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

Е) фізична лабораторне і польове моделювання, математичне моделювання;

Ж) геофізичні дистанційні, неруйнівні дослідження.

Специфічні умови роботи та особливості кожного окремого пам'ятника вносять свою індивідуальну специфіку в методику та склад застосовуваних методів отримання інформації. Інженерно-геологічні дослідження виконуються, як правило, в комплексі з конструкторським обстеженням споруди і, відповідно, аналізом його структури, а також археологічними ісследовніямі.

А. Шурфи прохід?? т впритул до стіни уздовж фундаменту і пальового підстави з невеликим підкоп під будинок і відбором зразків з грунтів підстави, паль, Натікань, грунтів, що залягають поблизу підстави і пр. для лабораторних досліджень, перографіческіх, рентгено-структурних та ін аналізів, фотодокументацією, опису, побудови розгорток. У шурфах виконують іскіметрію і мікропенетрірованіе. З них проводять похиле і горизонтальне, віялове і паралельне буріння і статичний зондування, вертикальне динамічне зондування, геофізичні та гідрогеологічні дослідження.

Б. Буріння свердловин для вивчення стану підстави може виконуватися з денною поверхні і з шурфів під невеликим нахилом до стіни споруди і паралельно денній поверхні з відбором керна.

Віялові і паралельне, похиле і горизонтальне буріння з шурфу під основу споруди досить ефективно виконується за допомогою ручного зонда РЗГ? 2. Буріння проводиться короткими заходки пробовідбірником діаметром 14 мм, довжиною 55 мм. Отримані зразки грунту використовуються для лабораторних аналізів.

В. Буріння грунтів особливо інформативно в поєднанні з зондуванням. Наприклад, оцінку підстави трапезній Троїце-Сергієвої Лаври проводили з шурфів за допомогою ручного зонда РЗГ? 2, геофізичних і лабораторних методів. Для ділянок будівлі, розташованих на піщаних грунтах, використовували горизонтальне і вертикальне буріння, а також вертикальне динамічне зондування. Статичний зондування виконували віялових і паралельним способами конічним наконечником діаметром 14 мм з кутом при вершині 60 °. Опір грунту статичному зондування визначали манометром МТК на 0.1 МПа. За наявності в основі будівлі глинистих грунтів, застосовували вертикальне і горизонтальне буріння, а також горизонтальне статичне і вертикальне статичне і динамічне зондування. Для переходу від результатів оцінки опору зондування, одержуваних за допомогою ручного зонда РЗГ? 2, до стандартних, виконали таріровочние дослідження на тарований ділянці Сергієв-Посадський полігону МГГА.

У результаті проведених робіт для трапезної Троїце-Сергієвої Лаври стали відомі:

- особливості "Інверсійної", стовпчастий структури грунтів основи;

- чотири типи підстави, що враховують стан, будова і властивості грунтів, а також розташування і стан паль-"коротышей";

- оцінки "Максимальної" і "дійсної свайне порожнистості", що змінюються, відповідно, від 4 до 22% і від 0 до 14%;

- три інженерно-геологічні елемента в межах техногенних грунтів основи (ІГЕ 1.2 - 1.4);

- нормативні та розрахункові значення міцності та деформаційних параметрів грунтів основи;

- розрахункові опору грунтів у межах виділених типів підстави, що змінюються від 0.31 до 0.53 МПа.

Навантаження на підстава різних елементів будинку, згідно з розрахунками Е. М. Шмакіна, Р. У. Абасова, М. В. Полещенко і А. П. Ющенкови, змінюються від 0.18 до 0.70 МПа. Зіставлення параметрів властивостей і структури підстави трапезної з діючими на нього навантаженнями виявило причини і дозволило пояснити особливості і перспективи небезпечних деформацій споруди.

Г. В основному арсенал лабораторних методів, що використовуються при вивченні підстав історичних споруд, є стандартним, що відповідає вимогам нормативів. У Останнім внемя він доповнений методами петрографічного, мінералогічного, рентгено-структурного аналізів.

Д. У значітельнйо міру формування та зміни інженерно-геологічних умов пам'яток визначаються гідрогеологічними умовами. Їх оцінка пов'язана, як правило, з вивченням складу і параметрів режиму вод техногенних відкладень в фундаментах споруди, верховодки і грунтових вод, дослідженням їх впливу на міграцію гігроскопічної, капілярної і осмотичній води, формування конденсатних вод та новоутворень солей ( "висолів") [7].

Е. Експериментальна оцінка несучої здатності грунтів підстав багатьох пам'ятників утруднена або неможлива в зв'язку з тим, що спорудження давно побудовано, а інформації про властивості грунтів підстави недостатньо. Тому оцінку напружено-деформованого стану грунтів у підставі історичних споруд можна виконати методом лабораторного фізичного моделювання по наступною методикою [2].

1. За допомогою гірничих виробок відкривають фундамент цікавить нас історичної споруди і визначають параметри пальового поля: діаметр паль - D0; відстань між палями - L0; довжину згнилі відрізка палі - h; довжину палі - H; а також r0 і W0 грунту під фундаментом.

2. Поруч з спорудою відбирають зразки грунту, використаного будівельниками для забивання паль. Оцінюють W1 і r1 грунту в зразках і обчислюють необхідну кількість (n) і діаметр моделей паль, що дозволяють при забивання їх 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 в кільце компресійного приладу в лабораторії (або на майданчик для випробування стисливості грунту штампом у польових умовах), зберігаючи зазначені вище співвідношення, забивають n моделей паль і оцінюють польовими або лабораторними методами стискальність (E2), r2 і W2 отриманих моделей пальового підстави історичної споруди після забивання паль в нього.

4. Виймають моделі палі з грунту, що знаходилося в кільці компресійного приладу або під штампом, і для цього грунту за допомогою лабораторних або польових методів визначають всі перераховані вище параметри (r4, W4, E4).

5. Польовими або лабораторними методами визначають r5, модуль загальної деформації (Е5) і потужність (m5) другого шару грунту, що залягає під спорудою нижче першого шару грунту з палями, а також інших нижчих шарів грунту, що обумовлюють осідання споруди при будівництві та експлуатації.

6. Використовуючи метод математичного моделювання напружено-деформованого стану багатошарового підстави споруди під навантаженням і отримані в лабораторних або польових умовах параметри структури основи (h, Hh, m5 і т.д.), щільності (r2, r4, r5 і т.д.) і стисливості (Е2, Е4, Е5 і т.д.) грунтів у підставі споруди, розраховують значення його опади при різній довжині відрізків згнилі паль.

7. Історичні споруди мають, як правило, жорсткі хрестово-купольні або лінійні конструкції. Для них небезпечні нерівномірні опади і порівняно безпечні рівномірні. Для різних ділянок споруди за СНиП 2.02.01-83 визначають відносну різницю осадок - Ds/L і її похибка - ma при цікавить нас довірчої ймовірності a, де Ds - різниця осад, а L - відстань між ділянками. Отримані для різних ділянок фундаменту значення Ds/L, є характеристиками стану окремих ділянок, що нас цікавлять підстави споруди, порівнюють з граничними деформаціями підстави - (Ds/L) u (прил. 4 СНиП 2.02.01-83) і контурних ділянки підстави, що знаходяться в стійкому стані - (Ds/L + ma) (Ds/L) u.

8. Інтенсивність гниття дерев'яних паль є мінливою величиною, залежить від умов їх існування, властивостей паль, особливостей контакту паль з фундаментом і т.п. У глинистих водонасичених грунтах в умовах поганого доступу кисню цей процес протікає зі швидкістю 0 - 2 см за 10 років. У сухих піщаних грунтах, у зоні змінного зволоження палі гниють зі швидкістю 1 - 1.5 см на рік. За 100 - 200 років двометрова паля може згнити повністю.

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

9. Визначають середньорічну швидкість розвитку процесу для різних ділянок споруди (Ds/L/Т, де Т - вік ділянки споруди) і прогнозне збільшення відносної різниці осад за час t шляхом розрахунку відносини Ds/L/Т. Порівняння значення Ds/L + Dst/L/T ± ma з величиною (Ds/L) u дозволяє виділити ділянки, що мають перспективу стати небезпечними (граничними), і своєчасно вжити відповідних заходів. Прогнозну оцінку стану споруди необхідно поєднувати з іншими спеціальними методами. Значну допомогу в цьому можуть надати періодична оцінка його технічного стану та стаціонарні спостереження за змінами положень окремих елементів споруди.

Наведена методика була використана для оцінки стійкості західного прясла південної стіни Троїце-Сергієвої Лаври. В основі стіни залягає 4-х метрова товща покривних суглинків (prQII-III). За допомогою гірничих виробок було встановлено, що 2-х метрові палі, забиті в підставу для підлоги стінки казематів № 2 і 9 південній стіни Троїце-Сергієвої Лаври в середині XVI ст., повністю збереглися (h = 0). Під побудованій 100 років потому надвірної стінкою тих же казематів палі згнили на 20-30 см від оголовка. У центральній частині надвірної стіни під казематами № № 7, 8 палі згнили не менше, ніж на 1.3 м від поверхні. За даними лабораторних досліджень щільність суглинків під спорудою 2.03 - 2.06 г/см3 і вологість - 20 - 30%. Розрахунки напружено-деформований-ного стану стіни показали, що визначальним елементом конструкції є напольная стінка. Моделювання грунтової основи, що включає цілі і частково згнилі палі, показало, що модулі деформації грунту, ущільненого палями до зазначеної вище щільності склав 31 МПа, з згнилі палями - 10 МПа, неущільненого суглинку другого шару - 7 МПа. Оцінка зміни напружено-деформованого стану двошаровою товщі під переданої стіною навантаженням (0.2 МПа) показала локалізацію напруг у верхньому більш щільному шарі і максимальну величину опади у центральній частині підлогової стінки, що не перевищує 5 см. Гранична (Ds/L) u будівлі з несучими стінами цегляної кладки без армування складає 0.0020. Отже, можна вважати, що при довжині ділянки стіни (L) - 60 м, критична Ds дорівнює 12 см, що значно більше 5 см. Таким чином, можна вважати, що при збереженні умов експлуатації, підстава стіни перебуває і ще довго буде перебувати в стійкому стані.

Ж. Перспективними видаються геофізичні дистанційні неруйнівні методи, засновані на вимірюванні непрямих параметрів. Одним з таких параметрів є діелектрична проникність, значення якої в грунті в основному залежить від вмісту води. Дистанційна оцінка діелектричної проникності виконується за допомогою імпульсного георадара з широкосмуговими щілинними антенами. Використовувані сьогодні георадари дозволяють виявити трехмерно обмежені обсяги тел (палі тощо), розмір яких перевищує 14 -20 см. Дослідження виконуються на глибину 3 - 4 м. Оцінка діелектричної проникності грунту в основі гульбища трапезній Троїце-Сергієвої Лаври дозволила виявити місце розташування й оцінити стан двох паль [4].

У 1995 р. співробітниками НІІОСПа під керівництвом завідувача лабораторією І. В. Лаврова досліджувалася мінливість вологості і щільності грунтів ізотопними нейтронним і гамма-гамма методами поблизу Успенського собору Троїце-Сергієвої Лаври. Контроль точності виконували за допомогою стандартних лабораторних методів. Результати досліджень дозволили оцінити мінливість вологості і щільності грунтів на глибину 3.3 м, простежити її зміни в часі, виділити в нижній частині техногенного шару, на контакті з покривними суглинками текучої-пластичний уславився, аналогічний виявлене раніше в шурф на іншій ділянці Лаври, у Міхеевской церкви.

У 1994 році професор МГГА Г. Н. Боганік і автор статті на північ від Успенського собору провели дослідження інженерно-геологічного розрізу грунтів за допомогою 24-х канального цифровий компьюторізованной сейсмостанції. Результати сейсмозондірованія дозволили в межах 60-ти метрового профілю розчленувати відкладення на глибину 10 м і виявити наявні в структурі техногенного шару неодонородності.

Таким чином, дослідження інженерно-гео-логічних умов території Троїце-Сергієвої Лаври, підстави і конструкцій трапезної з церквою Сергія Радонезького, виконані перерахованими методами, дозволили в 1998 - 1999 р. фахівцями ГСПІ, Мособлгеотреста, МГГА і ТзОВ "Екотехконтроль" оцінити причини деформацій трапезній та ефективності використаних методів досліджень.

Основний причиною утворення численних тріщин в стінах, склепінні і фундаментах, розривів затягувань і зв'язків храму є неприпустимо велика різниця осадок фундаментів різних частин будівлі, що призвела до великим деформацій його обсягу в цілому й аварійного, що постійно погіршується Станом окремих конструкцій.

У свою чергу, причиною неприпустимою різниці в осадках з'явилося збіг наступних обставин, що призвели до вкрай несприятливим станом системи підставу - Фундаменти - споруда:

- спочатку надмірно високі напруги під підошвами фундаментів від ваги окремих елементів будівлі (0.40 - 0.70 МПа);

- великий розкид фактичних напруг під підошвами фундаментів на різних ділянках будівлі (мала трапезна, основне приміщення трапезної, церква Сергія, гульбище);

-- неоднорідність грунтового заснування храму, його властивостей (несучої способнсоті, структури та фільтраційних властивостей тощо) у межах чотирьох виділених типів підстави (А-II-2, Б-I-2, Б-I-3, Б-II-1);

- робота підстави при напругах, що перевищують розрахункові опору;

-- конструктивні недоліки фундаментів, їх мала просторова жорсткість, обмежена здатність до перерозподілу навантажень, мала міцність при роботі на згин та розтяг, відсутність деформаційних швів;

- розущільнення грунтів підстави безпосередньо під підошвою фундаментів за рахунок гниття паль;

- велика вага будівлі та її значна протяжність;

- результати господарської діяльності, зміна вологості підстави, нерівномірне по площі будівлі, викликаний низкою причин (підйом рівня грунтових вод після будівництва шосе, замощення території, спорудження водонесущих комунікацій з неминучими витоками, земляні роботи в різний час на прилеглій території тощо);

- нестаціонарний температурно-влажнсотний режим експлуатації споруди (відсутність опалення будівлі в різні періоди, пожежі).

Встановлені причини деформацій Міхеевской церкви, трапезної, південної оборонної стіни Троїце-Сергієвої Лаври дозволили розробити заходи щодо контролю і усунення деформацій споруд. Багато виявлені причини деформацій типові для інших історичних споруд, розташованих в аналогічних умовах, деякі виключно індивідуальні.

Розглянуті методи досліджень інженерно-геологічних умов підстав історичних соруженій в багатьох випадках є універсальними і дозволяють отримати інформацію, необхідну для оцінки стану, будови, властивостей споруд, і полегшити при необхідності їх реставрацію або воостановленіе.

Список літератури

В.В. Дмитрієв, професор, доктор геолого-мінералогічних наук. Дослідження інженерно-геологічних умов пам'яток історії та культури

Вітрувій. Десять книг про архітектуру. М. 1936

Дмитрієв В. В. Інженерно-геологічна оцінка та методика прогнозу стану підстав історичних споруд. Матеріали міжнародної науково-прак-тичної конференції "Інженерно-геологічне забезпечення надрокористування та охорони навколишнього середовища ". Перм. 1997.

Дмитрієв В. В., Ануфрієв А. А., Крестиніна А. А. Нові методи інженерно-геологічних досліджень і структура підстав деяких історичних споруд. Тези доповідей міжнародної конференції "Нові ідеї в науках про землю". № 4, 1999.

Дмитрієв В. В. Застосування георадара для дослідження структури оснсованія історичного споруди Троїце-Сергієвої Лаври. Тези доповіді Міжнародної конференції "Нові ідеї в науках про землю". № 2, 1999, С. 227.

Палладіо А. Чотири книги про архітектуру. М., 1938.

Пашкин Е. М., Кувшінніков В. М., Никифоров А. А., Пономарьов В. В. Природа формування дефіциту несучої здатності і специфіка інженерного захисту пам'ятників архітектури. "Геоекологія". № 6. М., 1996. С. 3 - 17.и

Пашкин Е. М., Ануфрієв?? А. А., глечики-ков В. М., Пономарьов В. В., Телін О. В. Умови формування висолів на пам'ятках архітектури м. Москви. "Геоекологія", № 5. М., 1998.

Пашкин Е. М. Інженерно-геологічна діагностика деформацій пам'яток архітектури. М., 1998.

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