Про фундаменты Преображенской церкви
Откровенно говоря достали спекуляции в прессе и в инете о фундаментах Преображенской церкви на о.Кижи. Мало кто их видел, а тем более мало кто изучал и знает статьи специалистов по этой теме. Однако, усиленно и с истерикой культивируется
определенный негативный момент по отношению к реконструкции (не реставрации) фундаментов церкви.
Без эмоций, своих комментариев и без сокращений выкладываю статью, опубликованную в прессе и мною аккуратно оцифрованную…
Статья
«Исследования состояния фундаментов Преображенской церкви
на о.Кижи в Карелии и варианты их реконструкции»
Рассматриваются результаты исследований состояния грунтов основания мелкозаглубленных бутовых фундаментов. Приведены варианты их реконструкции с учетом требований к историческим памятникам архитектуры
Преображенская церковь на о.Кижи в Онежском озере является уникальным памятником народного деревянного зодчества. Эта многоярусная 22-главая церковь построена в 1714г. и в настоящее время входит в состав музея-заповедника «Кижи». В 1990г. она включена в список ЮНЕСКО объектов Всемирного культурного и природного наследия. Церковь высотой 37м, размерами в плане (включая основной храмовый восьмерик и прирубы к нему) с севера на юг 19,5м и с запада на восток 26,6м, была построена на месте старого сгоревшего храма меньших размеров, поэтому под пятно его застройки попали захоронения древнего кладбища. Площадка под постройку не была выровнена: частично (около 60%) она была горизонтальной, а частично (около 40%) представляла собой склон (с основным уклоном рельефа на северо-запад) высотой 2м.
До настоящего времени инженерно-геологические изыскания и работы по обследованию оснований и фундаментов практически не проводились.
Сейчас церковь имеет значительные неравномерные осадки от 2 до 47см и смещение (сдвижка по обрезу фундамента на запад) до 25см (см. рисунок). Наибольшие осадки наблюдаются в западной части церкви. В целом центральная, более нагруженная часть церкви (храмовая), получила большую осадку, чем прирубы. По данным деформационного геодезического мониторинга за состоянием здания общий наклон происходит на северо-восток и составляет на данный момент около 80см, т.е. не совпадает с направлением смещения церкви в уровне обреза фундамента.
В связи со сдвижкой сруба, гниением, особенно нижних венцов, произошло искажение формы сруба, смещение балок-распорок, повреждение бревен сруба образование сколов в угловых сопряжениях и др.
Вскрытие 11 шурфов у фундаментов, узловых сопряжений и в промежутках между ними показало наличие в 50% из них захоронений - останков человеческих скелетов, частей гробов и т.п. на глубине от 15 до 80см от обреза фундамента, который практически совпадает с поверхностью грунта около стен церкви. Вид и состояние грунта около и под фундаментами в местах захоронений сильно отличаются по грансоставу, влажности, плотности, наличию растительных остатков от грунта, где не обнаружено захоронений.
В целом основаниями фундаментов являются щебенисто-древесные грунты черного цвета, состоящие из неокатанных обломков, шунгитовых и частично глинистых сланцев с включениями валунов до 20%, мелкоземом (пыли) до 35%. Влажность мелкозема с различных сторон церкви сильно отличается - с южной стороны она составляет 5...7% (непучинистые грунты), а с северной - 14,17% (пучинистые). Геомониторинг показал, что наблюдается существенное различие во влажности мелкозема вблизи и под фундаментами в зависимости от сезона года, ориентации по сторонам света, особенно севера и юга.
Характер изменения влажности (W, %) грунтов в основании фундаментов в зависимости от ориентации стен по сторонам света следующий:
Снаружи - Север - 16,0 (декабрь 1999) -24,1 (сентябрь 2000)
Снаружи - Юг - 6,8 (декабрь 1999) - 7,4 (сентябрь 2000)
На расстоянии 7,5 м от северной стены - 24,3 (сентябрь, 2000)
В период дождливого лета и осени 2000г. с северной стороны влажность под подошвой фундамента увеличилась на 8,1%, а с южной - практически осталась неизменной. Это привело в зимний период к неодинаковым деформациям морозного пучения, что может вызвать местные перенапряжения в надземных конструкциях церкви.
При увлажнении поверхности обломков шунгита образуется графитовая «смазка», резко уменьшающая трение грунта поверхности и способствующая проявлению криогенной (морозной) диссерпции (медленное смещение в направлении склона при промерзании - оттаивании). Это отразилось на состоянии ограды на склоне вблизи Преображенской церкви, которая смещается в направлении склона (на северо-запад).
Фундаментами в местах угловых сопряжений церкви служат валуны диаметром 50...70см, поверху которых местами уложены 2...3 насухо (без раствора) в один-два ряда более мелкие плоские валуны.
Глубина заложения фундаментов составляет 60...80см, т.е. они находятся в зоне активного промерзания грунта (нормативная глубина промерзания около 2-х метров). Фундаменты в промежутках между угловыми сопряжениями под прирубами заглублены на 45...60см и выполнены «насухо», но из более мелких, плоских валунов. В зоне древнего захоронения и на склоне фундаменты сравнительно легко разбираются, имеют пустоты, сдвинуты в направлении склона (на запад).
Возможное контактное давление в первоначальный период строительства и эксплуатации церкви в местах максимальной нагрузки (когда нагрузка в 420кН передается, главным образом через врубовые узловые соединения восьмерика (углы) - своего рода «стойки»), согласно расчету составляет около 1,1МПа, с учетом концентрации напряжений в центре под сферическим валуном - 2,2МПа, а при плоском - значительно больше. Такое давление существенно превышает прочность естественного (R≈ 0,5 МПа) и особенно нарушенного в местах захоронений грунта (R<0,1МПа) и естественно, приводит к вдавливанию валунов-фундаментов, а отпор грунта - к выдавливанию, сдвигу и срезу краев фундамента.
В последующий этап нагрузка от сруба перераспределяется и на «забирку-ленту» составляя около 0,4МПа. В этот период малозаглубленные фундаменты подвергались неодинаковому воздействию нормальных и касательных сил морозного пучения и, соответственно, неравномерным сезонным перемещениям: «пучение-осадка», а на склоне - диссерпция.
Все это вызвало местные перенапряжения в подземных конструкциях церкви.
Значительные неравномерные деформации, особенно в западной части церкви, объясняются реконструкцией части кладки фундамента в XIXв. с укреплением ее известковым раствором, т.е. фундаменты за 300-летний период существования здания «перестраивались».
В период предполагаемой реставрации Преображенской церкви (при подъеме здания отдельными поясами) все нижние венцы сруба будут заменены и, следовательно, значительная нагрузка в начальный период также будет передаваться через узловые, врубовые соединения на участке ранних захоронений, т.е. на нарушенный грунт основания.
Все вышесказанное - неравномерное промерзание - оттаивание пучинистого грунта, наличие ослабленных участков основания (захоронений), изменение водоотвода с кровли и др. могут вызвать дальнейшие неравномерные деформации фундаментов: сдвиги и деформации основных конструктивных элементов надземной (37-метровой) части памятника.
С учетом требований к сохранению исторических памятников, решения по способу реставрации, отдаленности Преображенской церкви от производственных баз, технической возможности и наличия материалов было рассмотрено два варианта усиления основания и реконструкции фундаментов:
1) с разборкой и доуглублением всех фундаментов примерно на 1,5м, т.е. несколько глубже зоны активного пучения и нарушения слоя грунтов (захоронений) с устройством бутового (бутобетонного) фундамента шириной 50см (с защитой от воздействия касательных сил морозного пучения и дессерпции) и монолитного железобетонного пояса высотой около 30см по обрезу бутового фундамента;
2) с устройством поверх существующего ленточного бутового фундамента монолитного железобетонного пояса около 30см и защитой фундамента от промерзания путем устройства по периметру (25см) теплоизоляционного слоя (пенополистерола) с защитой от увлажнения.
Окончательно был принят первый вариант, хотя он несколько дороже и более трудоемок, так как решает, в том числе, и вопросы с перезахоронением останков.
Последовательность выполнения работ по подведению фундаментов следующая:
· поднимается и вывешивается нижний восьмерик на высоту 1,5м (согласно разработанному проекту для переборки разрушенных венцов сруба) в определенной последовательности отдельными участками;
· проводится докопка траншей по осям прежних фундаментов на глубину 1,5м (встретившийся насыпной грунт полностью удаляется);
· делается подготовка из крупного песка толщиной 10см;
· послойно возводится фундамент (нижний слой из постелистого бутового камня с тщательной расщебенкой);
· поверх бутового фундамента устраивается (в опалубке) 30см армированный пояс (его верхняя отметка соответствует отметке поверхности земли), а по нему - на жестком растворе отборный постелистый бут с просветами для продухов по периметру (имитация бутового фундамента - цоколя);
· укладывается (на выровненный цементно-песчаный раствор) горизонтальная гидроизоляция из двух слоев бревен (наружными поверхностями на выровненный слой и новые бревна сруба);
· укладываются новые нижние венцы сруба и церковь опускается на проектные отметки;
· выполняется засыпка пазух, отмостка из дернового покрова и др.
В ходе реставрации церкви планировка участка не выполняется и следовательно сохраняется перепад высот уровня обреза фундамента по периметру здания с восстановлением бутового цоколя примерно одинакового по высоте.
Таким образом, предлагаемые инженерные мероприятия, представляя современные технологии, практически не отразятся на внешнем историческом облике памятника и в то же время будут способствовать организации надежного, обеспечивающего устойчивость и долговечность здания фундамента.
Авторы:
Симагин Валентин Григорьевич - кандидат технических наук, заведующий кафедрой строительных конструкций, оснований и фундаментов ПетрГУ
Вахрамеева Татьяна Ивановна - кандидат архитектуры, архитектор-реставратор первой категории
Дата публикации: 2003г.
определенный негативный момент по отношению к реконструкции (не реставрации) фундаментов церкви.
Без эмоций, своих комментариев и без сокращений выкладываю статью, опубликованную в прессе и мною аккуратно оцифрованную…
Статья
«Исследования состояния фундаментов Преображенской церкви
на о.Кижи в Карелии и варианты их реконструкции»
Рассматриваются результаты исследований состояния грунтов основания мелкозаглубленных бутовых фундаментов. Приведены варианты их реконструкции с учетом требований к историческим памятникам архитектуры
Преображенская церковь на о.Кижи в Онежском озере является уникальным памятником народного деревянного зодчества. Эта многоярусная 22-главая церковь построена в 1714г. и в настоящее время входит в состав музея-заповедника «Кижи». В 1990г. она включена в список ЮНЕСКО объектов Всемирного культурного и природного наследия. Церковь высотой 37м, размерами в плане (включая основной храмовый восьмерик и прирубы к нему) с севера на юг 19,5м и с запада на восток 26,6м, была построена на месте старого сгоревшего храма меньших размеров, поэтому под пятно его застройки попали захоронения древнего кладбища. Площадка под постройку не была выровнена: частично (около 60%) она была горизонтальной, а частично (около 40%) представляла собой склон (с основным уклоном рельефа на северо-запад) высотой 2м.
До настоящего времени инженерно-геологические изыскания и работы по обследованию оснований и фундаментов практически не проводились.
Сейчас церковь имеет значительные неравномерные осадки от 2 до 47см и смещение (сдвижка по обрезу фундамента на запад) до 25см (см. рисунок). Наибольшие осадки наблюдаются в западной части церкви. В целом центральная, более нагруженная часть церкви (храмовая), получила большую осадку, чем прирубы. По данным деформационного геодезического мониторинга за состоянием здания общий наклон происходит на северо-восток и составляет на данный момент около 80см, т.е. не совпадает с направлением смещения церкви в уровне обреза фундамента.
В связи со сдвижкой сруба, гниением, особенно нижних венцов, произошло искажение формы сруба, смещение балок-распорок, повреждение бревен сруба образование сколов в угловых сопряжениях и др.
Вскрытие 11 шурфов у фундаментов, узловых сопряжений и в промежутках между ними показало наличие в 50% из них захоронений - останков человеческих скелетов, частей гробов и т.п. на глубине от 15 до 80см от обреза фундамента, который практически совпадает с поверхностью грунта около стен церкви. Вид и состояние грунта около и под фундаментами в местах захоронений сильно отличаются по грансоставу, влажности, плотности, наличию растительных остатков от грунта, где не обнаружено захоронений.
В целом основаниями фундаментов являются щебенисто-древесные грунты черного цвета, состоящие из неокатанных обломков, шунгитовых и частично глинистых сланцев с включениями валунов до 20%, мелкоземом (пыли) до 35%. Влажность мелкозема с различных сторон церкви сильно отличается - с южной стороны она составляет 5...7% (непучинистые грунты), а с северной - 14,17% (пучинистые). Геомониторинг показал, что наблюдается существенное различие во влажности мелкозема вблизи и под фундаментами в зависимости от сезона года, ориентации по сторонам света, особенно севера и юга.
Характер изменения влажности (W, %) грунтов в основании фундаментов в зависимости от ориентации стен по сторонам света следующий:
Снаружи - Север - 16,0 (декабрь 1999) -24,1 (сентябрь 2000)
Снаружи - Юг - 6,8 (декабрь 1999) - 7,4 (сентябрь 2000)
На расстоянии 7,5 м от северной стены - 24,3 (сентябрь, 2000)
В период дождливого лета и осени 2000г. с северной стороны влажность под подошвой фундамента увеличилась на 8,1%, а с южной - практически осталась неизменной. Это привело в зимний период к неодинаковым деформациям морозного пучения, что может вызвать местные перенапряжения в надземных конструкциях церкви.
При увлажнении поверхности обломков шунгита образуется графитовая «смазка», резко уменьшающая трение грунта поверхности и способствующая проявлению криогенной (морозной) диссерпции (медленное смещение в направлении склона при промерзании - оттаивании). Это отразилось на состоянии ограды на склоне вблизи Преображенской церкви, которая смещается в направлении склона (на северо-запад).
Фундаментами в местах угловых сопряжений церкви служат валуны диаметром 50...70см, поверху которых местами уложены 2...3 насухо (без раствора) в один-два ряда более мелкие плоские валуны.
Глубина заложения фундаментов составляет 60...80см, т.е. они находятся в зоне активного промерзания грунта (нормативная глубина промерзания около 2-х метров). Фундаменты в промежутках между угловыми сопряжениями под прирубами заглублены на 45...60см и выполнены «насухо», но из более мелких, плоских валунов. В зоне древнего захоронения и на склоне фундаменты сравнительно легко разбираются, имеют пустоты, сдвинуты в направлении склона (на запад).
Возможное контактное давление в первоначальный период строительства и эксплуатации церкви в местах максимальной нагрузки (когда нагрузка в 420кН передается, главным образом через врубовые узловые соединения восьмерика (углы) - своего рода «стойки»), согласно расчету составляет около 1,1МПа, с учетом концентрации напряжений в центре под сферическим валуном - 2,2МПа, а при плоском - значительно больше. Такое давление существенно превышает прочность естественного (R≈ 0,5 МПа) и особенно нарушенного в местах захоронений грунта (R<0,1МПа) и естественно, приводит к вдавливанию валунов-фундаментов, а отпор грунта - к выдавливанию, сдвигу и срезу краев фундамента.
В последующий этап нагрузка от сруба перераспределяется и на «забирку-ленту» составляя около 0,4МПа. В этот период малозаглубленные фундаменты подвергались неодинаковому воздействию нормальных и касательных сил морозного пучения и, соответственно, неравномерным сезонным перемещениям: «пучение-осадка», а на склоне - диссерпция.
Все это вызвало местные перенапряжения в подземных конструкциях церкви.
Значительные неравномерные деформации, особенно в западной части церкви, объясняются реконструкцией части кладки фундамента в XIXв. с укреплением ее известковым раствором, т.е. фундаменты за 300-летний период существования здания «перестраивались».
В период предполагаемой реставрации Преображенской церкви (при подъеме здания отдельными поясами) все нижние венцы сруба будут заменены и, следовательно, значительная нагрузка в начальный период также будет передаваться через узловые, врубовые соединения на участке ранних захоронений, т.е. на нарушенный грунт основания.
Все вышесказанное - неравномерное промерзание - оттаивание пучинистого грунта, наличие ослабленных участков основания (захоронений), изменение водоотвода с кровли и др. могут вызвать дальнейшие неравномерные деформации фундаментов: сдвиги и деформации основных конструктивных элементов надземной (37-метровой) части памятника.
С учетом требований к сохранению исторических памятников, решения по способу реставрации, отдаленности Преображенской церкви от производственных баз, технической возможности и наличия материалов было рассмотрено два варианта усиления основания и реконструкции фундаментов:
1) с разборкой и доуглублением всех фундаментов примерно на 1,5м, т.е. несколько глубже зоны активного пучения и нарушения слоя грунтов (захоронений) с устройством бутового (бутобетонного) фундамента шириной 50см (с защитой от воздействия касательных сил морозного пучения и дессерпции) и монолитного железобетонного пояса высотой около 30см по обрезу бутового фундамента;
2) с устройством поверх существующего ленточного бутового фундамента монолитного железобетонного пояса около 30см и защитой фундамента от промерзания путем устройства по периметру (25см) теплоизоляционного слоя (пенополистерола) с защитой от увлажнения.
Окончательно был принят первый вариант, хотя он несколько дороже и более трудоемок, так как решает, в том числе, и вопросы с перезахоронением останков.
Последовательность выполнения работ по подведению фундаментов следующая:
· поднимается и вывешивается нижний восьмерик на высоту 1,5м (согласно разработанному проекту для переборки разрушенных венцов сруба) в определенной последовательности отдельными участками;
· проводится докопка траншей по осям прежних фундаментов на глубину 1,5м (встретившийся насыпной грунт полностью удаляется);
· делается подготовка из крупного песка толщиной 10см;
· послойно возводится фундамент (нижний слой из постелистого бутового камня с тщательной расщебенкой);
· поверх бутового фундамента устраивается (в опалубке) 30см армированный пояс (его верхняя отметка соответствует отметке поверхности земли), а по нему - на жестком растворе отборный постелистый бут с просветами для продухов по периметру (имитация бутового фундамента - цоколя);
· укладывается (на выровненный цементно-песчаный раствор) горизонтальная гидроизоляция из двух слоев бревен (наружными поверхностями на выровненный слой и новые бревна сруба);
· укладываются новые нижние венцы сруба и церковь опускается на проектные отметки;
· выполняется засыпка пазух, отмостка из дернового покрова и др.
В ходе реставрации церкви планировка участка не выполняется и следовательно сохраняется перепад высот уровня обреза фундамента по периметру здания с восстановлением бутового цоколя примерно одинакового по высоте.
Таким образом, предлагаемые инженерные мероприятия, представляя современные технологии, практически не отразятся на внешнем историческом облике памятника и в то же время будут способствовать организации надежного, обеспечивающего устойчивость и долговечность здания фундамента.
Авторы:
Симагин Валентин Григорьевич - кандидат технических наук, заведующий кафедрой строительных конструкций, оснований и фундаментов ПетрГУ
Вахрамеева Татьяна Ивановна - кандидат архитектуры, архитектор-реставратор первой категории
Дата публикации: 2003г.