При устройстве лесов внутри здания в больших залах также применяют металличе­ские трубчатые леса. Необходимо особо под­черкнуть, что при установке лесов под сводами церквей нельзя опирать балки   и настилы на древние связи, проходящие в пролетах между пилонами или стенами. Даже небольшие вер­тикальные нагрузки способны вызвать значи­тельные дополнительные усилия в уже напря­женных связях.

Перед началом работ внимательно должен быть продуман и обоснован выбор строитель­ных материалов и прежде всего растворов.

Существует мнение, что лучший способ продления жизни дошедших до нас памятни­ков архитектуры — это воссоздать при рестав­рации старый состав раствора кладки или штукатурки памятника на основе анализа древних образцов. Прочность при сжатии мно­гих древних известково-цемяночных растворов достигает больших величин, иногда до 70— 80 кгс/см2. Но тождественно приготовленный сегодня такой раствор для реставрации кладки никогда не получит такого же качества. В древних массивных стенах долго сохранялась влага, что способствовало образованию проч­ных химических связей между известью и мельчайшим порошком цемянки, т. е. молотого кирпича. В современных условиях новый рас­твор не только не будет набирать большую прочность, но в мелких заделках, быстро вы­сыхая, окажется не воздухостойким и будет осыпаться.

Еще сложнее обстоит дело с усадочными явлениями. Кладка, выложенная «а известко­вом растворе, дает значительную усадку в про­цессе твердения раствора, доходящую, в зави­симости от толщины швов и жирности раство­ра, до 2—4% высоты кладки. Строителям хо­рошо были знакомы эти свойства известковых растворов, для чего они давали соответствую­щий подъем сводам и завышали высоту стен. Интересным примером служат арки XVII в., выложенные дополнительно для поддержания старых арок (XV в.) между столбами Успен­ского собора Московского Кремля. Основные арки, несущие своды, уже получили усадку к XVII в. Новые же арки отошли от первых у верха на 5—6 см. Эта величина легко под­тверждается расчетом: при длине арок (по кривой) около 8 м, при 2%-ной усадке их дли­на сократилась на 16 см, а радиус уменьшил­ся на 16/11^5 см. Сейчас эти арки никакой подпружной опоры не создают.

Серьезное значение при выборе состава раствора имеет и его паропроницаемость, тем более в штукатурке при массивных стенах. В 1911 г. церковь Спаса на Нередице была ош­тукатурена снаружи широко применяемым в то время цементным раствором. Начались рез­кое ухудшение влажностного режима стен и порча фресок. Через 3 года штукатурку приш­лось срубить. Древние кладки имеют весьма высокий коэффициент паропроницаемости, до­стигающий 2,5 и более единиц, который нужно выдерживать. В каждом конкретном случае должны отрабатываться специфические свой­ства применяемых материалов, их смесей, до­бавок и прочее.

Особенно серьезное значение имеет выбор материалов, применяемых при реставрации по­верхностных слоев кладки. Хорошее сцепление новых растворов с основной кладкой обеспечи­вается при минимальной усадке новых мате­риалов. Это достигается применением более тощих, менее усадочных растворов. (Значи­тельно повышают сцепление растворов с древ­ней кладкой добавки новейших полимерных материалов, например эмульсии ПВА, но при этом могут увеличиться явления усадки и по­низиться паропроницаемость новых раство­ров).

Большое значение имеет также и коэффи­циент температурного расширения материалов. Для жирной цементной штукатурки этот коэф­фициент почти в два раза больше, чем для кладки на известковом растворе. Естественно, что такая штукатурка сравнительно быстро отделяется от древней кладки не только из-за закупорки за ней влаги, но также в результате разницы в изменении .размеров под влиянием нагрева и охлаждения. Близость физико-механических свойств старых и вновь приме­няемых материалов — залог успеха реставра­ционных работ. Еще один порок цемента за­ключается в том, что выделяющаяся при гид­ратации цемента свободная известь имеет вид кристаллических прорастаний, а не тонкоди­сперсных частиц. Эти кристаллы, растворяясь, иногда выходят потеками, вызывая образова­ние водорастворимой пленки («емчуги») на поверхности кладки.

Отмеченное не исключает, однако, возмож­ности применения цемента в реставрации па­мятников, не имеющих живописи. Нужно лишь знать его недостатки и уметь создавать опти­мальные составы растворов, нейтрализуя не­достатки отдельных компонентов.

Следует также отметить, что ставшая час­той обработка фасадов гидрофобизирующими составами может оказаться порочной, если ув­лажненная кладка стен содержит значитель­ное количество сернокислых соединений. Кри­сталлизуясь под гидрофобизированным слоем, эти соли будут отторгать непроницаемый для жидкости слой.

Долговечность конструкций после прове­денной реставрации памятника обеспечивает­ся рациональным применением материалов со­ответственной прочности и морозостойкости, правильной технологией работ и тщательней­шим выполнением всех деталей вводимых кон­струкций. Особенное внимание должно быть обращено на последовательный отвод воды и на применение достаточно стойких    конструкций взамен разрушенных. Например, для водо­метов, для открытых лестниц и т. п. должен, согласно СНиП, применяться материал (ка­мень, бетон или кирпич), выдерживающий не менее 50 циклов на замораживание. Также должно быть обращено внимание на создание нормального микроклимата в здании, на отвод поверхностных вод, на затененность здания из­лишней растительностью и на нормальную экс­плуатацию объекта.

Исследования последних лет показали це­лесообразность небольшого подогрева в весен­ний период массивных каменных неотапливае­мых зданий для того, чтобы избежать увлаж­нения охлажденной кладки выпадающим кон­денсатом влаги воздуха. К подобным выводам пришел и крупнейший итальянский специалист в этой области Дж. Массари.

Укрепление оснований

и фундаментов объекта

Самые серьезные повреждения древнего здания обычно связаны с нарушением его ста­тического равновесия. Из-за неравномерной осадки возникают трещины в стенах и сводах, перекосы проемов и разрушение их перемы­чек, наклоны отдельных стен или всего здания в целом и т. п. (рис. 104, 105). Иногда это объ­ясняется неудачным в свое время выбором места для постройки и недоучетом отрицатель­ных свойств грунтов в целом или их части (Ус­пенский собор в Рязани). Иногда это зависит от неудачной конструкции фундамента, при­ведшей к разрушениям (выкладка на глине и т. п.), или от недостаточной, не отвечающей расчетам ширины. Вопросы укрепления клад­ки фундаментов, уширения площади их подошвы, подводки новых фундаментов уже в доста­точной мере освещены в специальной литера­туре [10; 52, с. 136—143 и др.]. Вместе с тем неравномерная осадка фундаментов часто объ­ясняется ухудшившимся состоянием грунтов: уменьшением их несущей способности в ре­зультате замачивания (просадка лессовых грунтов), гниением органической части насып­ных грунтов, гниением деревянных свай, вы­мыванием мелких фракций песчаных грунтов при изменении режима грунтовых вод или уст­ройством вблизи здания подземных выработок. В данном разделе вниманию реставраторов предлагаются прогрессивные методы укрепле­ния оснований, получившие распространение за последние 10—15 лет.

Рязань . Успенский собор. Схема последовательности подводки фундаментов.   1 – линия шурфов;2 – участок ранней подводки фундаментов; 3 – проемы,                               закладываемые во время подводки фундаментов;  4 – участки подводки фундаментов.

Химическое закрепление грунтов основания

Как показал многолетний опыт строитель­ства, в целях прекращения деформаций для усиления основания архитектурного памятника целесообразно применять химическое закреп­ление грунтов под фундаментами. Советская архитектурная практика в настоящее время располагает разными способами такого хими­ческого закрепления.

Успешному применению разработанных глубинных способов закрепления в значитель­ной степени способствовало установление опре­деленных границ применения той или иной ре­цептуры закрепляющих растворов в грунтах с определенным коэффициентом фильтрации. Здесь приводится таблица, в которой указаны химические реагенты, используемые в различ­ных рецептурах, границы применения этих рецептур, характер геля и закрепления По горизонтали в таблице приве­дены наименования грунтов и величина коэф­фициента фильтрации. При этом крупнозерни­стые, более проницаемые грунты расположены слева направо с постепенным уменьшением их водопроницаемости. Исходные материалы для закрепления грунтов представлены цементом, силикатом и смолами, а для введения химиче­ских растворов в глинистые грунты использу­ется  постоянный  электрический  ток.

Архангельск. Колокольня Боровско-Успенской церкви. Схема выпрямления, выполненная   П. Н. Покрышкиньш в начале XX  в. Детали  нижнего окна после выпрямления (а) и до выпрямления (б)

Классификация физико-химических способов закре­пления грунтов, разработанная проф. Б. А. Ржаницыным

Для хорошо проницаемых грунтов разра­ботана рецептура цементно-глинистых раство­ров. Эти растворы по сравнению с цементно-песчаными имеют преимущества, они легче прокачиваются насосами и меньше их изна­шивают, при продвижении в трещинах и по­рах грунтов двигаются как тиксотропные с тупым углом и дают 100%-ный выход водо­непроницаемого камня. Эти растворы целе­сообразно применять в песчано-гравелистых грунтах с коэффициентом фильтрации от 80 до 500 м/сут.

Учитывая, что современный крупный по­мол цемента не позволяет цементным части­цам проникать в поры песков, для закрепле­ния этих грунтов применяется раствор, со­стоящий из силиката и глины. При этом в зависимости от качества используемой глины границы применимости характеризуются грун­тами с коэффициентом фильтрации от 60 до 100 м/сут при использовании местных глин и от 20 до 50 м/сут при применении бентонито­вых глин. Для прочного закрепления песча­ных грунтов разработан способ, основанный на поочередном нагнетании в песчаный грунт двух растворов: силиката натрия и хлористо­го натрия. Б результате химической реакции между этими растворами в порах грунта вы­деляется гель кремниевой кислоты, грунт бы­стро закрепляется, становится водонепроница­емым

с прочностью 20—60 кгс/см2, а само закрепление  долговечно.

Для  мелкозернистых    песчаных    грунтов, имеющих коэффициент фильтрации от 0,5 до 5 м/сут, разработан способ однорастворной силикатизации с помощью фосфорной кисло­ты, серной кислоты и сернокислого алюминия, алюмината натрия и кремнефтористоводородной кислоты. При этом способ однораствор­ной силикатизации с помощью кремнефтори-стоводородной кислоты наиболее эффективен и дает значительную прочность закрепления порядка 20—50 кгс/см2. Кроме того, он поз­воляет закреплять мелкие песчаные грунты с любым содержанием гумуса. Эта категория грунтов может быть также успешно закрепле­на разработанным в последние годы спосо­бом газовой силикатизации, основанным на поочередном нагнетании в грунт силиката натрия и углекислого газа по схеме; СО2 — силикат натрия — СО2. Грунт при этом при­обретает прочность, равную 8—15 кгс/см2.

Начиная с 1959 г. в строительстве приме­няется разработанный Институтом оснований способ закрепления мелких песков карбамидной смолой. Карбамидная смола, продукт поликонденсации формальдегида с мочевиной и ее производными, способна полимеризоваться при нормальной температуре в присутствии отвердителя  — соляной, щавелевой кислот или хлористого аммония. Закрепление мелкозер­нистых песчаных грунтов карбамидной смо­лой (КМ с отвердителем в виде 3- и 5%-ного НС1), обеспечивающее этим грунтам достаточ­но высокую прочность закрепления порядка   50 —80 кгс/см2, успешно применяется в строи­тельстве. В связи с развитием химии и уде­шевлением исходных для закрепления хими­ческих продуктов он находит все более широ­кую  сферу  использования.

Для закрепления просадочных лессовых грунтов применяется однорастворная силика­тизация, заключающаяся в нагнетании в грунт силиката натрия с удельным весом 1,13. Прочность закрепления 15—40 кгс/см2. Для закрепления глинистых грунтов используется явление электроосмоса. При вводе в грунт химических растворов этим способом глини­стому грунту сообщается водостойкость и лик­видируется   его  пучинность.

Располагая таким арсеналом приемов химического закрепления грунтов при лечении основания памятника архитектуры, всегда можно подобрать, в зависимости от геологии участка и фильтрационных свойств грунтов, наиболее рациональный в данных условиях метод.

Уменьшение несущей способности естест­венных грунтовых оснований связано главным образом с лессовыми просадочными грунтами.

Одним из примеров значительных дефор­маций на таких грунтах и последующих меро­приятий    по их ликвидации может    служить Одесский оперный театр. Здание театра пост­роено в 1887 г. архитекторами Ф. Фельнером и Г. Гельмером (рис. 107, 108). Театр имеет 5 ярусов и двухэтажный подвал. Высота здания 30 м, площадь 5000 м2, объем 100 тыс. м3. Ос­новной несущий остов здания — каменные стены из кирпича и плотного известняка. Фун­даменты здания ленточного типа из плотного известняка шириной от 2 до 0,6 м. В 1900 г. были обнаружены значительные неравномер­ные осадки: восточная сторона здания осела местами до 21 см, полы осели от 6,5 до 11 см. Некоторые стропильные фермы также значи­тельно изменились. Экспертная комиссия ре­комендовала исключить замачивание под фун­даментами путем прокладки коммуникаций в проходных тоннелях. Это было выполнено, но  осадки  продолжались.

Закрепление проводилось в полукруглой части здания в два ряда инъекторов, в прямо­угольной—в один ряд. Инъекторы забива­лись вертикально на расстоянии 10—15 см от стены (1 ряд) и на 1 м друг от друга. Забивка осуществлялась с помощью колонкового перфората КИМ-4, в котором бур был заменен бойком. Скорость забивки составляла 12— 20 м/ч, радиус закрепления от одного инъектора—0,6 м. Силикатный раствор рабочей концентрации нагнетали по заходкам сверху вниз, величина заходки 1,3 м. Число заходок зависело от мощности напластования лессо­вых грунтов и колебалось от 3 до 8. В каж­дую заходку нагнетали 514 л раствора. Нагне­тание раствора осуществлялось тремя шести-плунжерными насосами НС-1. Давление при нагнетании раствора в основном колебалось в пределах 1—-3 атм. Скорость нагнетания раствора в среднем составляла 4 л/мин. Од­новременно нагнетали в 6 и более инъекторов. За сутки при работе в 3 смены (по 18 человек в смену) закреплялось 50 м3 грунта.

Число инъекционных точек 2300. Общий по­гонаж забивки шгьекторов 22 тыс. м. Закачено раствора 5400 мэ. Израсходовано силикат-глыбы {разварка псоизволилась на месте)  1200 т.

Объем закрепленного грунта—15 436 м3. Контроль результатов работ показал монолит­ность закрепления и его кубиковую проч­ность, равную 15—25 кгс/см2. Наблюдения, проводимые параллельно работам по силика­тизации, показали затухание осадок в процес­се работ, а по окончании работ полное их прекращение.

Гниение в насыпных грунтах органических примесей — одна из распространенных при­чин, вызывающих неравномерные осадки фун­даментов. Это в значительной степени объяс­няется тем, что памятники архитектуры чаще всего строились в сложившихся частях горо­да, где уже имелся значительный культурный слой.

Здание Потешного дворца в Московском Кремле подвергалось, например, незатухаю­щим осадкам в течение почти 300 лет. За это время они составили около 1 м. Причина — наличие в основании здания мощного слоя (10—11 м) насыпного грунта с большим со­держанием органических примесей, так как площадка, на которой был сооружен дворец, расположена рядом с царскими конюшнями. Неравномерное распределение органических веществ привело к неравномерным осадкам отдельных частей здания. В состав насыпных грунтов здесь входят пески, супеси, суглинки и перегной. Проектом усиления основания дворца предусмотрено химическое закрепле­ние грунтов, слагающих насыпную толщу. В результате проведения лабораторных работ на грунтах из основания здания в качестве закрепляющего раствора был рекомендован щелочной    силиказоль    следующего    состава: силикат натрия с удельным весом 1,3 г/см3 (3,5 объема) + кремнефтористоводородная кислота с удельным весом 1,1 г/см3 (1 объем) со временем гелеобразования при температу­ре 14°С30—35 мин.

Предложенная рецептура была проверена в натурных условиях на одном из участков Потешного дворца путем инъекции закреп­ляющего раствора в грунт. Опытные работы, проводимые трестом Гидроспецстрой и Инсти­тутом оснований, предусматривали закрепление всех грунтов, залегающих ниже бетонного по­ла до глубины 7 м. Инъекция раствора в грунт осуществлялась через инъекторы, забитые в четырех точках, три из которых располага­лись по треугольнику на расстоянии 120 см друг от друга, четвертая—контрольная—внут­ри треугольника. Учитывая неравномерное за­крепление грунтов, инъекция раствора в грунт производилась короткими полуметровыми заходками. В каждую заходку нагнеталось до 150 л силиказоля со средним расходом 2—3 л/мин. При этом давление на насосе не превы­шало 2,5 атм. Результаты вскрытия шурфа се­чением 1,5×1,5 м и глубиной 5 м показали, что грунт по всей глубине имел прочное закрепле­ние. Предел прочности при сжатии отобран­ных образцов составил; для песков 15— 20 кгс/см2, для супесей с большим содержа­нием перегноя 10—15 кгс/см2, для перегноя от 5 до 2,5 кгс/см2.

В 1970 г. в Московском Кремле проводи­лись работы по закреплению грунта в осно­вании церкви Св. Лазаря, для чего был при­менен новый способ закрепления — газовая силикатизация. Закреплено 100 м3 насыпного грунта. Результаты закрепления оказались положительными: прочность закрепления со­ставила   10—20 кгс/см2.

При строительстве многих зданий, особен­но соборов, осуществлялась забивка коротких деревянных свай длиной около 1 м. Это поз­воляло уплотнить грунт на дне траншеи, за­тем засыпать ее камнем и залить известковым раствором. При строительстве Успенского со­бора в Москве в 1475—1479 гг. на мелких песках без перегноя архит. А. Фиорованти под всеми стенами забил деревянные сваи дли­ной 0,5 саж. Прошло 150 лет, сваи сгнили и стены получили значительные неравномерные осадки. При предварительных работах по закреплению грунтов в основании Успенского собора и расположенной рядом церкви Ризположения исследователи столкнулись с труд­ностями при инъекции закрепляющих раство­ров. Дело в том, что технология забивки инъекторов и закачки растворов, существующая до настоящего времени, пригодна при верти­кальном или наклонном положении вводи­мых в грунт инъекторов и для грунтов с сравнительно большой проницаемостью. В прак­тике химического закрепления все чаще при­ходится сталкиваться в малопроницаемыми грунтами и с условиями производства работ, когда вертикальная или наклонная забивка инъекторов по ряду причин невозможна. Именно такие условия и выявились на указан­ных объектах. В связи с этим была предло­жена схема горизонтального задавливания инъекторов в грунт, в основу которой заложен принцип продавливания труб при прокладке ряда трубопроводов и использование инъекто­ров с манжетным устройством.

Работа по новой схеме сводится к следую­щему  : отрывается    шурф, в    котором одна из стен крепится целиком, другая (ближняя к фундаменту) имеет несплошное крепление, так как через нее ведутся работы по задавливанию инъекторов. У стенки со сплошным креплением устанавливается верти­кальная металлическая плита размером 1,5× ×1>5м, толщиной 2—З см для упора задавливающего механизма, который устанавлива­ется в шурфе. Один конец механизма закреп­лен на оси и упирается в металлическую пли­ту. Механизм может свободно разворачивать­ся под различным углом к оси (в одной пло­скости), благодаря чему можно получать ве­ерообразное расположение инъекторов в грун­те. Механизм может устанавливаться на лю­бую высоту, создавая таким образом массив закрепленного грунта любых габаритов. Инъектор для горизонтального задавливания изго­тавливается из металлических толстостенных труб диаметром 56—70 мм и собирается из секций длиной от 1 до 1,5 м. По длине инъектора через каждые 33 или 50 см просверлены по 4 отверстия диаметром 6—8 мм, закры­вающиеся манжетами из эластичного матери­ала.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5