А.Н. Асаул, Ю.Н. Казаков, В.И. Ипанов
Реконструкция и реставрация объектов недвижимости
Учебник Под редакцией д.э.н., профессора А.Н. Асаула. – СПб.: Гуманистика, 2005. – 288с.

Раздел 3. Обследование зданий и сооружений. Диагностика конструкций и материалов

Глава 8. Натурные и лабораторные методы диагностики конструкций и материалов

8.1. Разрушение древних строительных материалов

Все виды деформаций памятников можно разделить по причинам происхождения на 2 основные группы:

1)  деформации, связанные с внутренним, изначально заложенным пороком конструкции или системы «основание–памятник»;

2)  деформации, вызванные действием внешних, вторичных непредусмотренных факторов.

Причинами деформаций в первой группе могут быть:

-   неустойчивое естественное или искусственное основание фундаментов – лес, ил, просадочные и пучинистые грунты, бревенчатые распределительные подушки, деревянные сваи, различная органика;

-   оползневой, карстовый, затапливаемый или сейсмический характер участка древнего строительства. Наличие родников, близкий уровень грунтовых вод;

-   слабый (рыхлый, мелкозаложенный и т.п.) фундамент сооружения, непропорциональная нагрузкам площадь ленточных и столбчатых фундаментов в различного рода сооружениях, например в храмах крестово-купольной системы.

-   боковое давление грунта в подпорных стенках, засыпных цоколях, подвальных и ступенчатых конструкциях;

-   недостаточная общая пространственная жесткость зданий (большепролетные и длинные сооружения, здания с высоко-расположенным центром тяжести масс); большая деформативность сжатых элементов-колонн, стен, сводчатых перекрытий;

-   слабый или незамкнутый связевой каркас;

-   невоспринятый распор арочно-стоечных систем и сводчатых перекрытий;

-   нерационально приложенная или чрезмерная нагрузка на перекрытия; внецентренная нагрузка вертикальных несущих конструкций;

-   использование слабого – трещиноватого или нестойкого к агрессивным воздействиям строительного материала (недожженный кирпич, сырая древесина);

-   нерациональная ориентация блоков анизотропного, например слоистого, материала; нерегулярный характер кладки;

-   неблагоприятный разрушающий режим работы некоторых прочных строительных материалов, например новгородского железистого известняка, в фундаментных конструкциях, разрушающихся в агрессивной грунтовой среде, или элементов металлического связевого каркаса, коррозирующих в гигроскопичном известковом растворе старой кладки;

-   нерациональная для водостока или снегозадерживающая форма кровельных поверхностей, несовершенная гидроизоляция, способствующая намоканию и размораживанию кладки конструкций перекрытия (позакомарные покрытия, ступенчатые кровли с кокошниками, плоские кровли открытых галерей, лестничные площадки, балконы др.);

-   отсутствие деформационных и строительных швов в равнообъемных, вытянутых или разновременных сооружениях.

Причинами деформаций второй группы обычно бывают результаты человеческой деятельности: ирригационные работы, перепланировка и застройка участка памятника, внутренние перестройки в целях приспособления и различные эксплуатационные мероприятия. К внешним причинам деформаций относятся также преднамеренные разрушения отдельных конструкций, последствия войн и стихийных бедствий.

Вторичными причинами деформаций, в частности, являются:

-   изменение гидрогеологических условий участка памятника при обводнении и осушении территории с уменьшением несущей способности основания (снижение сил сцепления водонасыщенного грунта, гниение деревянных свай и другой органики, образование карстовых пустот, засоление грунта);

-   рытье, котлованов, бомбоубежищ, прокладка различных коммуникаций или линий метрополитена вблизи памятников; устройство глубоких подвалов и колодцев внутри существующих зданий;

-   несоблюдение технологии при подводке фундаментов;

-   пристройка к памятнику дополнительных объемов с большим заглублением  фундаментов или значительной нагрузкой на основание;

-   строительство рядом с памятником сооружений, оказывающих на него боковое давление;

-   перепланировка и перестройка зданий с изменением начальной рабочей схемы (растеска и закладка проемов; замена сводчатых перекрытий плоскими; разборка существующих перекрытий пли устройство дополнительных; демонтаж воздушных связей, разборка контрфорсов и контрфорсирующих пристроек);

-   изменение (увеличение, перенос) эксплуатационной нагрузки;

-   вибрационное воздействие транспорта, забивка и погружений свай, работа двигателей, генераторов и вентиляторов внутри здания; использование механизмов ударно-вращательного бурения для устройства шпуров и скважин инъекционного укрепления кладки;

-   дефекты кровель, водостоков, отмосток; протечки водопровода и канализации;

-   нарушение оптимального температурно-влажностного режима памятника;

-   усушка древесины, обмятие узлов стержневых деревянных и комбинированных систем;

-   неорганизованный сброс отходов химических и перерабатывающих предприятий, загрязнение воздуха различными соединениями, активно разрушающими строительный материал памятников.

 Разделение причин на группы может быть использовано в диагностике деформационных процессов и в их «управлении» при эксплуатации и ремонте памятников.

По внешнему виду деформации разделяются на:

Вертикальные – осадки фундаментов, отдельных конструкций или частей, здания, усадка и раздавливание кладки, смятие и усушка деревянных несущих элементов; разрушение основных или временных поддерживающих конструкций;

Горизонтальные – подвижки фундаментов и частей памятника, смещения пят отдельных сводов, арок и распорных систем, расползание стропильных ног при утрате затяжек, расслоение кладки при коррозии закладного металла, температурные деформации.

Изгибные – искривление внецентренно нагруженных стоек, тонких стен и других элементов, прогибы балок и плит перекрытий, провисы поясов ферм, местные выполаживания кладки сводов.

Смешанные – представляющие сочетание нескольких видов деформаций.

Каждому виду деформации соответствует свой характерный внешний признак – раскрытие трещин или швов, разрыв связей, образование зазоров в узлах ферм и т.п. Пластичная кладка может деформироваться без образования трещин — с плавным наклоном и искривлением швов или равномерным их раскрытием. Сложные деформации пространственных конструкций сопровождаются иногда раскрытием на фасадах и в интерьере целой системы различно ориентированных трещин, указывающих на стадийность процесса или «соподчиненность» сходящихся  в деформационном блоке элементов (Рис. 8.1).

Натурные методы. Натурные испытания проводят непосредственно в зданиях. При этом исследуют, например, уровень шума или тепло-влажностный режим в помещениях. Объективные выводы обосновывают показаниями специальных приборов, регистрирующих числовые значения исследуемых параметров. Натурный метод испытаний конструкций зданий и сооружений выполняют посредством инструментального замера возникающих в конструкциях фактических напряжений.

Средства диагностики. Диагностика деформаций представляет собой одну из форм инженерных изысканий, выявляющую причины деформаций зданий и назначающую те или иные способы укрепления. Очевидно, что в сложном процессе реставрации диагностика разрушений и оценка технического состояния памятников – наиболее важные аспекты, определяющие степень инженерного вмешательства в сложившуюся конструктивную схему древних зданий. Известны примеры технических решений, осуществленных на основе ошибочного представления о работе конструкций или неполной диагностики, не учитывающей действие какого-либо скрытого фактора или «наложения» нескольких явных факторов. В этих случаях временно скрытые дефекты снова проявляли себя и, прогрессируя, приводили к еще более сложному состоянию, требующему новых дорогостоящих укрепительных работ, часто искажающих облик памятника.

Любому виду разрушения и деформации конструктивных элементов предшествует либо одна причина, либо, как правило, целая цепь взаимосвязанных причин, действующих в определенной последовательности и затрагивающих многие промежуточные связи. Поэтому для правильной оценки технического состояния способа укрепления необходимо выявление и построение всей цепи разрушающих причин.

Сложная взаимосвязь конструкций в сочетании с действием изменяющихся природных и иных факторов требует также четкого представления о функциях каждого элемента или явления в начальной, промежуточной и современной стадиях работы системы. Наибольшую сложность представляет диагностика разрушений и оценка несущей способности древних распорных конструкций – арок и сводов, что объясняется: спецификой сводов как пространственных систем, имеющих кладочную структуру; их зависимостью от состояния вертикальных несущих элементов и связевого каркаса; многообразием возможных трансформаций и перераспределений нагрузки, изменяемостью рабочей схемы.

Основой диагностики служит, прежде всего, изучение статического состояния здания – его конструктивной системы, характера деформаций, а также сопоставление полученных данных с данными инженерно-геологических изысканий. Кроме того, в ряде случаев прибегают к изучению динамики деформаций путем сбора сведений о состоянии памятника в прошлом, повторных геодезических измерений повышенной точности и установки маяков на трещины. Маяки выполняются из раствора, гипса или иных материалов и снабжаются надписями, содержащими дату и порядковый номер, после чего периодически производится осмотр маяков с записью результатов наблюдения в специальных журналах.

Лабораторные методы. Лабораторные исследования могут быть привлечены для таких исследовательских и реставрационных задач, как выяснение  строительной истории и разработка на этой основе реставрационных предложений.

С их помощью может быть установлена идентичность кладок в различных частях памятника либо их разновременность. Иногда таким путем оказывается возможным непосредственно определить возраст сооружений или отдельных его частей. При восстановлении внешней или внутренней отделки памятника лабораторными исследованиями выявляются использованные прошлом пигменты и связующие, на основании чего восстанавливается первоначальный цвет покрасок, даже если они дошли в виде незначительных остатков, утративших прежний оттенок и интенсивность.

При помощи лабораторных исследований могут быть получены сведения составе поливы цветных изразцов, о технологии ее нанесения и обжига. Без чего невозможно восполнение утраченных деталей. Иногда анализы помогают выяснить очень тонкие моменты стропильной истории памятника. Так, по остаткам микрофлоры на поверхности кладки под покрывающей ее штукатуркой или покраской можно судить, нанесен ли этот слой сразу же в ходе строительства или спустя какое-то время, и соответственно представить себе первоначальный характер фактуры стен. В ходе изучения памятника могут возникнуть и многие другие проблемы, для разрешения которых требуется помощь научно-исследовательской лаборатории.

Если инженерно-технические лабораторные исследования могут быть доверены специалистам соответствующих профессий и за архитектором сохраняются в основном функции обшей координации работ, то для собственно архитектурной группы исследований роль архитектора – определяющая. Он ставит исследовательскую задачу, сам отбирает образцы или намечает места их отбора, делает окончательные выводы на основе заключений лаборатории.