Роль инженерии в судьбе памятника культуры мирового значения

УДК:725.94 Лушников В. В.

Роль инженерии в судьбе памятника культуры мирового значения

Аннотация

Статья посвящена истории создания Пизанской башни и проектам по выправлению ее наклона.

Лушников

Владимир

Вениаминович

д-ртехн. наук,про-фессор, Заслуженный деятель науки России

Luchnikov V.V.

Example oftechnical intervention in destiny ofa monument ofculture ofworld value (Or as the tower ofPisa» is corrected)

The article is devoted to history ofcreation the tower ofPisa andprojects on the stabilisaftion ofthe Leaning Tower ofPisa.

Башня, строительство, ансамбль, интерьер собора, отклонение от вертикали, выправление, проекты, инженерное вмешательство.

Пизанскую башню, пожалуй, можно отнести к достопримечательностям не только итальянским, но и мировым. Кто не знает об этом падающем на протяжении столетий чуде? Насколько интересна была бы эта башня, если бы не ее «кривизна»?

Пизанская башня - часть ансамбля городского собора Санта-Мария Маджоре в Пизе. Башня является колокольней (кампаниллой) собора - шедевра средневековой итальянской архитектуры и примыкает к его северовосточному углу.

Создание комплекса началось в 1063 г., когда было заложено здание ансамбля Собора, включившего в себя беломраморный пятинефный собор, колокольню и баптис-терий-крещальню. После 1118 г. строительство Пизанского собора продолжил мастер Райнальдо. Именно ему принадлежит оформление главного фасада собора в виде нескольких рядов легких, изящных полукруглых аркад. Мастер Райнальдо облицевал фасад белым и черным, с серо-голубым оттенком, камнем с мраморными инкрустациями. В основном строительство Пизанского собора было завершено в 1150-х гг. Интерьер собора украшают позолоченный потолок и многочисленные мраморные скульптуры. Скульптурные работы связаны с именем выдающегося итальянского мастера Никколо Пизано, в творчестве которого видят первые проблески искусства Ренессанса. Дело отца продолжил его сын, Джованни Пизано. Кафедра украшена скульптурой и

рельефами работы Никколо Пизано, выполненными к 1260 г. Внутреннее убранство собора пострадало во время пожара 1596 г.

Строительство Пизанской башни (рисунок 1) было начато в 1174 г., как предполагают - мастерами Вильгельмом (Гульельмо) из Инсбрука и Боннано Пизано. По замыслу первых архитекторов, первый этаж её должен был быть высоким, затем десять этажей с балконами, 12-й этаж - звонница, а венчать кампаниллу должна была крыша. Общая высота башни предполагалась 98 м (рисунок 2).

Построив первый этаж высотой Ими два колоннадных кольца, Боннано обнаружил, что колокольня отклонилась от вертикали на 4 см. Мастер прекратил работу, и к 1233 г. было построено всего четыре этажа. Лишь через сто лет, в 1275 г., городские власти рискнули продолжить возведение колокольни.

Архитектор Джованни ди Симони возобно-вилработы, но когдаотклонениеверхнего карниза составило 50 см, он, окончив пятый ко-лоннадный этаж, прекратил работу. В 1350 г., когда отклонение от вертикали составляло уже 92 см, за работу принялся архитектор Томазо ди Андреа. Он приподнял следующий этаж с наклонной стороны на 11 см, а звонницу «завалил» в сторону, противоположную наклону.

Лишь после этого он водрузил над восемью ярусами башни колокольню с бронзовым колоколом. Так, через 164 года после начала строительства она была завершена, оказавшись укороченной на четыре этажа. Крыши тоже не было (рисунок 2).

Рисунок 1. Пизанская башня с видом части собора Санта-Мария Маджоре.

Рисунок2. Проекти фактическое исполнение Пизанской башни. Обозначение грунтов: 1- песчано-глинистый ил, 2-верхний песок, 3- верхняя глина, 4- промежуточный песок, 5- промежуточная глина, 6- нижний песок, 7-нижняя глина.

Существуют разные предположения о причинах наклона. Исследователи допускают возможность того, что Боннано использовал насосы для откачки воды: насосы были в центре башни, а откачиваемая вода стекала в одном направлении - к реке Арно. Высота башни 56 м (по другим сведениям - от 54 до 56,7 м), диаметр - 15 м, диаметр фундамента 18,5 м. Особенность инженерно-геологической ситуации в месте Собора и башни в том, что здесь, на берегу реки Арно, залегают очень слабые грунты - продукты геологической деятельности этой реки и Средиземного моря (рисунок 2). Лишь на глубине 25-30 м

РисунокЗ. Изогнутая ось башни.

Рисунокб. Первый вариант выпрямление башни.

появляются относительно прочные грунты. Кстати, строительство возле рек, путей сообщения - судьба почти всех крупных городов мира. Причем, чем крупнее река (где залегают наиболее слабые грунты), тем более крупный город возникает. Существует даже негласная закономерность: «Чем крупнее город, тем слабее грунты под ним» и наоборот.

Обычным в те годы было применение деревянных свай, однако Боннано решил обойтись более простым решением: построил башню на кольцевом фундаменте без свай. За это, судя по некоторым публикациям, Боннано был осмеян, а по другим публикациям, даже прекратил работу и сбежал из города.

В последние годы многие архитекторы, жители Пизы, Италии (да и всего мира!) были сильно озабочены тем, что угол наклона башни стал слишком большим и существовал огромный риск, что в один день

Рисунок4. Ход отклонения Пизанской башни вХХвеке.

башня просто рухнет! Именно потому в последнее время проводился ряд мероприятий, которые позволяли удержать башню от дальнейшего падения.

Дополнительные сведения об истории строительства Пизанской башни, многолетних наблюдениях за ее отклонением от вертикали и

о попытках выправления наклона получены автором настоящей статьи из доклада Д. М. Бурланда, М. Джемиолковского и К. Видж-джиани «Стабилизация Пизанской башни», представленного на международной конференции по геотехнике «Реконструкция исторических городов и геотехническое строительство», посвященной 300-летию Санкт-Петербурга (17-19 сентября 2003 г.). В докладе, который иллюстрируется 42-мя рисунками, приводятся сведения об истории наблюдений за отклонением за все годы ее существования (рисунок 3) и особенно - в XX в. (рисунок 4), а также о двух попытках (вариантах) выправления наклона Пизанской башни. Работы велись под руководством Комитета, в который входили крупнейшие специалисты по истории, истории искусств, материаловедению, строительству и, конечно, геотехнике.

Первый вариант

Согласно первоначальному проекту, для выправления наклона с северной стороны башни (обратной по отношению к направлению наклона) в 1994 г. были закреплены свинцовые пригрузы общей массой 690 т, с перспективой соорудить вокруг круглого фундамента железобетонное кольцо и присоединить его северный край к буронабивным сваям с уширенными пятами длиной около 35 м.

Рисунок7. Второй вариант выпрямления башни: а- схема экскавации грунта, б- изменение наклона башни.

Рисунок8. Организация работ по выпрямлению башни: а- план, б- профиль.

I _Л"А"

Рисунокб. Выправлениеопытного пилона.

Это вариант иллюстрирует рисунок 4, не приведенный в упомянутых выше 42-х рисунках источника, но продемонстрированный основным докладчиком, М. Дже-миолковским, на конференции в С.-Петербурге (здесь воспроизводится автором статьи по памяти).

Реализация этого проекта встретила затруднения в связи с большими притоками подземной воды, расположенной на глубине 1-2 м, причем уровень ее постоянно колеблется. Для предотвращения притоков воды с северной стороны Пизанской башни была сооружена холодильная камера, что, по мнению автора настоящей статьи, могло вызвать эффект, противоположный воздействию свинцовых пригрузов (за счет возможного пучения промороженных грунтов). В результате Башня, получившая вначале обратный наклон к северу на 0.5& (полминуты), затем вновь стала отклоняться в южном направлении. Период, соответствующий реализации первого варианта, показан на рисунке 6,6 красным кружком.

Поэтому Комитетом было принято решение об отказе от этого варианта и о начале реализации второго варианта выправления кампаниллы.

Второй вариант

Этот проект предполагал выемку грунта шнеками под северным краем фундамента, имеющего форму кольца. Вначале были выполнены компьютерные расчеты с моделированием экскавации грунта, затем - крупномасштабный эксперимент по выправлению построенного возле башни круглого бетонного пилона высотой 8.9 м и диаметром 7 м, причем центр тяжести его был намеренно смещен так, чтобы вызвать его начальную неравномерную осадку (рисунок 5).

После этого была проведена экскавация грунта из под фундамента пилона, результаты которой были весьма успешными. Затем Комитет разрешил приступить к подобным работам на Башне. Первый цикл экскавации 7 м3 грунта, проведенный в 1998 г., привел к осадке северного края фундамента на 1,3 см или уменьшению наклона примерно на 3& (три минуты). Башня по истории своего отклонения как бы «вернулась» на 30 лет назад. Второй цикл выемки грунта (38 м3) привел к возвращению Баш-нина0,5 (полградуса),уменьшению отклонения верха примерно на 40 см и «возвращению» ее к середине XIX в. Заслуживает внимания и организация работ по выпрямлению башни в столь стесненных условиях (рисунок 7). Дальнейшее подработка грунта Комитетом была сочтена нецелесообразной из-за возможного изменения исторически сложившегося имиджа Пизанской башни как уникального памятника истории, культуры и строительства. К этой ценности Башни добавляется еще и положительный опыт инженерного вмешательства в судьбу этого замечательного памятника.

Теперь на смотровую площадку башни снова могут подниматься туристы, любоваться красотами и осознавать, что они находятся на одной из самых известных мировых достопримечательностей. Один лишь вопрос беспокоит многих людей: сколько же лет еще простоит это чудо?

Заключение

Опыт Пизанской башни и способы выправления ее наклона представляют огромный интерес в связи с осознанной необходимостью возможного инженерного вмешательства в судьбу жемчужины уральской архитектуры - Невьянской башни, которая имеет широкую известность, прежде всего - также из-за своего отклонения отвертикали.

Список использованной литературы