CC BY
61
УДК 556.3.013:072;21.009:322
Е.В. Арефьева, к.т.н., доц.; В.А. Миськов, к.в.н.
Академия гражданской защиты МЧС России
ОБЪЕКТЫ КУЛЬТУРНО-РЕЛИГИОЗНОГО НАЗНАЧЕНИЯ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОПАСНОСТИ
В работе обсуждаются негативные эффекты гидрогеологического характера, опасные для исторических памятников архитектуры, в число которых входит большое число православных храмов.
E.V. Arefeva; V.A. Mis'kov THE CULTURAL-RELIGIOUS PURPOSE OBJECTS AND HYDRO-GEOLOGICAL DANGERS
In work the negative effects of hydro-geological character dangerous to historical monuments of architecture which number includes the large number of orthodox temples are discussed.
Культовые сооружения и объекты культурно-религиозного назначения, являясь одновременно историческими памятниками архитектуры (ИПА), принимают участие в историческом развитии, подчиняющемся определенным законам. Как любые рукотворные объекты, культовые здания и сооружения подвержены разрушительному действию времени, окружающей среды и антропогенного воздействия. Они нуждаются в бережном сохранении и восстановлении.
Проблема комплексной защиты памятников архитектуры в условиях изменений природной среды и техногенных воздействий особенно актуальна, так как эти сооружения менее других защищены от влияния негативного воздействия источников техногенных и природных опасностей. Исторически сложилось, что самые выдающиеся ИПА возводились на возвышенных участках, характеризующихся сложными геоморфологическими и гидрогеологическими условиями.
Среди опасных гидрологических процессов особо выделяется подтопление. Подтопление - повышение уровня грунтовых вод, превышающее критические значения, что приводит к нарушению нормального использования территории, включая строительство и эксплуатацию расположенных на ней объектов.
Обследование более четырехсот объектов на территории двадцати городов показало, что около 70% из них деформированы, в том числе в результате ухудшения гидрогеологических условий [1-5]. Большинство исторических памятников архитектуры находятся в аварийном состоянии из-за быстроразвивающихся деформаций их подземных частей, которые в значительной степени подвержены негативному воздействию подземной гидросферы. Кроме того, многие культовые сооружения (православные храмы) в европейской северной части страны строились на деревянном фундаменте (бревна-лежни, деревянные сваи и др.) и перепады уровней грунтовых вод могут приводить (и приводят) к гниению, разрушению деревянных оснований фундаментов. Вследствие этого возможны разрушения и обрушения построенных на них объектов с гибелью людей и культовых ценностей.
Поражающее воздействие подтопления характеризуется: разжижением и неравномерной осадкой грунтов в основаниях фундаментов, снижением их несущей способности, а также затоплением подвальных помещений и подземных коммуникаций, играющих подчас и защитную роль. Кроме того, следствием подтопления часто является интенсификация других неблагоприятных процессов. Насыщение фундаментов и стен зданий влагой, засоление территории, морозное пучение грунтов, оползневые процессы, карстово-суффозионные процессы, биокоррозия коммуникаций и конструкций фундаментов - вот неполный перечень негативных процессов, связанных с влиянием подтопления.
__41
Научные и образовательные проблемы гражданской защиты
В табл. 1 приведены характерные примеры воздействия опасных инженерно-геологических и гидрогеологических процессов на культовые сооружения и объекты культурно-религиозного назначения, отнесенных к памятникам архитектуры.
Таблица 1
Характерные примеры ИПА, испытывающих недопустимые деформации и разрушения от опасных инженерно-геологических и гидрогеологических процессов [6]
Опасные процессы Культовые здания и сооружения с недопустимыми деформациями и разрушениями
Подтопление и заболачивание территории 1. Церковь Дмитрия Солунского (г. Великий Устюг) 2. Вознесенский войсковой собор (г. Новочеркасск) 3. Собор Александра Невского (г. Ижевск) 4. Дом Башенина (Удмуртия) 5. Кремль в Ростове Великом (Московская обл.) 6. Ярославский Кремль 7. Плесский музей-заповедник (Ивановская обл.) 8. Ново-Иерусалимский монастырь (г. Истра, Моск. обл.) 9. Смольный собор (г. Санкт-Петербург)
Эрозия, эрозионный размыв 1. Спасо-Прилуцкий монастырь (Вологодская обл.) 2. Церковь Дмитрия Солунского (г. Великий Устюг)
Лессовые просадки при подтоплении 1. Сретенская церковь Свенского монастыря (г. Брянск) 2. Воскресенская церковь (г. Брянск)
Оползневые процессы 1. Спасо-Ефимиевский монастырь (г. Суздаль) 2. Васильевский монастырь (г. Суздаль) 3. Тихвинский монастырь (г. Цивильск) 4. Монастырь Св. Духа (г. Алатырь, Чувашия) 5. Церковь Всех Святых (Олонецкий р-н, Карелия) 6. Свято-Троицкая церковь (г. Березняки, Пермской обл.) 7. Троице-Селенгинский монастырь (Республика Бурятия)
Процессы морозного пучения и колебания уровня грунтовых вод 1. Богоявленский собор (г. Ростов Великий) 2. Церковь Рождества Богородицы (г. Москва) 3. Церковь Спаса на Песках (г. Ростов Великий) 4. Успенский собор Кирилло-Белозерского монастыря (Вологодская обл.) 5. Покровский храм (Костромская обл.) 6. Успенский Собор (г. Дмитров.) 7. Ферапонтов монастырь (Вологодская обл.)
Карстово- суффозионные процессы 1. Соляной карст в исторических городах: гг. Соликамск, Усолье, Чердынь 2. Михаило-Архангельский монастырь, г. Старая Русса (карстовая воронка до 5 м)
Негативные процессы, вызванные гидротехническим строительством 1. Памятники архитектуры Самарской обл. из-за Куйбышевского водохр. 2. Кирилло-Белозерский монастырь из-за Северо-Двинской гидротехнической системы
Снижение несущей способности грунтов 1. Исаакиевский собор (г. Санкт-Петербург) 2. Казанский собор (г. Санкт-Петербург) и др.
Подтоплением могут инициироваться и оползневые явления. В табл. 2 приведены характерные примеры возникновения оползневой опасности для культовых сооружений и ИПА с причинами их возникновения.
Таблица 2
Характерные примеры проявлений оползневой опасности при подтоплении культовых
зданий и сооружений [7-9]
Место и время возникновения опасности Источник (техногенный, природный) Примечания
1. Суздаль, 1994 г., Спасо-Евфимиев и Васильевский монастыри - оползни под стенами Склоны рек сложены озерно-ледниковыми отложениями, наличие подтопления Поверхностный оползень, глубиной захвата пород до 6 м, у Васильевского монастыря оползень ~ 25 м
2. Суздаль, холм Сион, НовоИерусалимский монастырь -оползни под стенами - угроза обрушения Насыщение склонов атмосферными осадками, деятельность водных потоков Оползни скольжения, захватывают верхнюю выветренную часть, площадью до 0,003 км2, длиной до 10 м
3. Нижний Новгород, Печер-ский монастырь, 1996 г. Насыщение склонов осадками, коррозионная деятельность водных потоков Оползень скольжения длиной 30-40 м, шириной ~12 м
4. Саввино-Сторожевский монастырь, г. Звенигород, Саввинский скит, западная прясла стены и др. - серьезные деформации Из-за силового воздействия на фундамент здания оползневого выпора грунта, расположен у подножия крутого склона р. Сторожа Оползни, выплывания и суф-фозионные оползни
5. Ново-Иерусалимский монастырь, оползень 1984 г., 1995 г. Активизация оползневого процесса из-за комплекса факторов Отсутствие ремонта дренажной системы
6. Солотчинский монастырь, р. Солотча (1768 г.), разрушена Покровская церковь и стена монастыря Подмыв склона у р. Солотчи, суффозионный вынос вещества В период половодий активизируется опасность оползневых процессов
7. Москва, Коломенское, храмы Большого Вознесения, Иоанна Предтечи - угроза постоянного оползня Расположение вблизи крутого оползневого участка Пока оползневые массы удерживается моренными устойчивыми породами
8. Нижний Новгород, 1992 г., Кремль, оползнями разрушены и деформированы в разное время кремлевские стены, церковь, жилые дома Расположение на крутом склоне, крутизна 20-22о, высота склона 18-25 м Дождевые талые воды из- за отсутствия водостока постепенно разрушают и деформируют фундаменты, угрожая развитием оползня
Наиболее существенной причиной активизации оползневых явлений является разжижение грунтов подземными водами (подтоплением), что обеспечивает скольжение оползневых масс. Оползневые явления распространены по склонам рек и оврагов на территории Среднерусской, Смоленско-Московской возвышенностей, в Поволжье, в Крыму, Приморье и др. Ярким примером такого явления, связанного с подтоплением, повлекшим оползневые процессы, является Ставропигиальный Воскресенский Новоиерусалимский монастырь, построенный на Сионском холме. В прошлом для защиты от оплывания откосов в монастыре была устроена дренажная система, которая из-за отсутствия ремонтов пришла в негодность. Это привело к подъему уровня подземных вод, водонасыщению грунтовых массивов, слагающих склоны, образованию в массивах плоскостей скольжения и, в конечном итоге, к проявлению локальных оползней на северном и северо-западном участках склона [10].
Инженерно-геологические и гидрогеологические опасности могут возникать в условиях, когда параметры геологической среды (уровни грунтовых вод, просадки и неравномерные осадки грунтов, оснований фундамента и др.) превышают критические значения в тече-
43
ние длительного времени, что приводит к формированию предпосылок для деструктивных, разрушительных процессов.
Для снижения действия опасного фактора (подтопления), как правило, разрабатывают комплексную систему защиты, основным элементом которой является применение различных водопонизительных мероприятий (дренажи, откачки и др.). Но при этом возможно проявление сопутствующего «дренажного эффекта», т.е. возможна интенсификация целого ряда не менее опасных инженерно-геологических процессов: дополнительные осадки грунтов оснований сооружений, суффозия, проседания земной поверхности и т.д., что ведет к дополнительным деформациям зданий. Кроме того, культовые сооружения расположены, как правило, на исторических территориях, которые характеризуются наличием, помимо архитектурных памятников, культурного слоя (ценнейший археологический материал, для которого вода является своеобразным «консервантом»). Поэтому водопонизительные мероприятия требуется проводить таким образом, чтобы не провоцировать резкие колебания грунтовых вод, не вызывать «дренажный эффект». Для реализации оптимальных методов водопонижения требуется разработка оптимизационного подхода по выработке такого варианта управляющего решения (регулирующего уровень грунтовых вод), которые обеспечивают постепенное снижение параметров (высокого уровня грунтовых вод) подтопления до безопасных пределов: не опускаться ниже и не подниматься выше установленных предельных значений уровня грунтовых вод.
В связи с этим потребовалась разработка принципиально новой методики, учитывающей данные особенности исторических территорий и фундаментов старинных построек [11]. Основой разработанной методики является система оптимизационного управления режимом грунтовых вод на застроенной территории, при этом дренажные системы являются ключевым элементом подсистемы регулирования [11, 12]. Для поддержания уровня грунтовых вод, не провоцирующего ЧС, необходимо вырабатывать оптимальное решение, обеспечивающее безопасный уровень грунтовых вод для ИПА, его деревянного основания и для культурного слоя.
Литература
1. Арефьева Е.В., Мухин В.И. Оценка территориальной безопасности при подтоплении. - М.: АГПС МЧС России, 2008. - 32 с.
2. Арефьева Е.В., Мирмович Э.Г., Мухин В.И. Подтопление как потенциальный источник ЧС // Технологии гражданской безопасности. М.: ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ). 2007. № 1(13). - С. 69-73.
3. Скальный В.С. Изменение гидрогеологической среды архитектурных памятников // Реконструкция городов и гидротехническое строительство. 1999, № 1. - С.47.
4. Пашкин Е.М. Инженерно-геологическая диагностика деформаций памятников архитектуры. М.: Высшая школа, 1998. - С. 155-158.
5. Горшин С.Н., Крапивина И.Г., Рымина Л.В. Исследование состояния свайного основания колокольни Ивана Великого в Московском Кремле. Методика и технология консервации и реставрации памятников истории и культуры. НМС МК СССР, 1988.
6. СП 11-105-97 М.: ПНИИИС Госстроя России, 2000. -14 с.
7. Невечеря В.Л., Пашкин Е.М., Подборская В.О. Исследование влияния криогенного пучения на устойчивость памятников архитектуры Русского Севера // Инженерная геология. № 6. - 1991. - С. 24.
8. Бессонов Г.Б., Пашкин Е.М. Диагностика деформации памятников архитектуры. - М.: Стройиздат. 1984. - С. 57 - 58.
9. Инженерная геология СССР. Платформенные регионы Европейской части СССР. Кн. 1 и 2.
- М.: Недра, 1992. - С.134.
10. Котлов Ф.В. Изменения природных условий территории Москвы. М.: Изд. АН СССР, 1962.
- 78 с.
11. Арефьева Е.В. Оптимизационные методы при выработке решения по предупреждению чрезвычайных ситуаций, обусловленных подтоплением исторических территорий / Монография. Троицк: «Тровант», 2008. - С. 51 - 62.
12. Арефьева Е.В. Структура и основные принципы системы управления режимом грунтовых вод в условиях застроенных исторических территорий / М.: РАЕН, 2003. - 53 с.
44 _
Научные и образовательные проблемы гражданской защиты
