В.И.Мелехов, Л.Г.Шаповалова
СОХРАНЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ
ПАМЯТНИКОВ ДЕРЕВЯННОГО ЗОДЧЕСТВА
В России памятники
деревянной архитектуры в первозданном виде сохранились в основном на Севере.
Наибольшее количество объектов деревянного зодчества находится в
Архангельской области и Карелии. В комплексную программу по сохранению
народной архитектуры России включены 66 особо ценных в историческом и
архитектурном плане культовых деревянных сооружений, расположенных на
территории Архангельской области. Очень много шедевров деревянного зодчества
утрачено, и тем ценнее то, что сохранилось.
В Европейской части России созданы девять музеев народной архитектуры под
открытым небом. Крупнейший из них - Архангельский музей деревянного
зодчества и народного искусства (АМДЗ). Вместе с подобным музеем на о.Кижи в
Карелии он внесен в список ЮНЕСКО как памятник мирового культурного
наследия. В экспозиции АМДЗ насчитывается около 140 построек различного
назначения и запланировано размещение еще более 30. В Архангельской области
расположен Кенозерский национальный парк (КНП), на
территории которого имеется около 60 деревянных церквей и часовен и
несколько сотен деревянных жилых и хозяйственных построек в исторических
поселениях.>В Архангельске, некоторых
районных центрах и крупных селениях расположены участки застройки,
сохранившие свой исторический характер. Так, центральная часть Каргополя
является единым архитектурно-историческим памятником, традиционная
застройка
которого в основном состоит из малоэтажньпс деревянных домов. Много старых
деревянных строений сохранилось в странах Северной Европы, Балтии,
Скандинавии, особенно богата памятниками деревянной архитектуры Норвегия.
Долговечность деревянных памятников архитектуры во многом определяется высокими потенциальными возможностями древесины как конструкционного материала, а также своевременным предупреждением возможного возникновения дефектов и повреждений элементов деревянных конструкций и сооружений при ремонте и эксплуатации. К сожалению, в настоящее время значительная часть объектов деревянного зодчества находится в неудовлетворительном техническом состоянии. Одной из основных причин этого являются дефекты и повреждения подземной части строений.
- Основание - массив грунта (горной породы), непосредственно воспринимающий
нагрузку от здания.
Фундаменты деревянных зданий на Севере России выполняли каменными или
деревянными, конструктивные решения были различны.
Каменные фундаменты
При возведении строения на плотном грунте сруб устанавливали непосредственно
на грунт без фундамента или на природные камни округлой формы - валуны,
подложенные под углы и в местах пересечения стен срубов. Такой вид
фундамента зафиксирован под большинством сохранившихся деревянных построек
начиная с XVII в., что
позволяет оценить его как наиболее ранний тип.
Ленточный фундамент из валунов с забиркой (заполнением? - М.З.) из мелких камней встречается в постройках XVIII-ХIХ в. Такой тип фундамента является мелко-заглубленным - глубина заложения валунов до 0,5 м. Сруб, выполненный на врубках и коксах (нагелях, шпонках), является устойчивой конструкцией и в дополнительной конструктивной связи с основанием не нуждается...
На рубеже
XVIII-XIX вв. под особо значимые строения стали устраивать фундаменты в виде
обработанных пиленых камней, уложенных на основание в один или несколько
рядов без связующего раствора (насухо). Ленточные фундаменты из природных
камней на известковом растворе стали применять с середины ХIХ в. В ХХ в. для
фундаментов стали широко использовать новые материалы — бетон и в некоторых
случаях металл.
Деревянные фундаменты
При строительстве объекта на более слабых грунтах фундаменты устраивали
заглубленными в виде деревянных «свай—стульев» («стоек, «столбов») —
коротких толстых бревен. Их находили в раскопках середины XI в. и более
поздних. Обычно глубина заложения «стульев» — 1,0 - 1,5 м. Для увеличения
площади опирания фундаментов иногда к «стульям» в нижней их части
перпендикулярно прирубали «коротыши» — отрезки бревен длиной около 0,5 м или
«стулья» устанавливали на «стлань» («слань», «лежни») — щиты из бревен или
деревянных пластин; иногда окладной венец укладывали непосредственно на
«стлань». С XIX в. при возведении постройки на слабых грунтах применяли
деревянные сваи. Сваи или «стулья» соединяли «в шип и гнездо» с окладным
венцом, который по сути являлся ростверком. Археологические раскопки
показали, что концы свай и «стульев» затесывали, но как их погружали в грунт
— забивали или закапывали — точно установить не удалось. Одним из
основополагающих условий обеспечения долговечности деревянных элементов
фундаментов (свай, лежней, насадок) являлось поддержание постоянной
влажности древесины и отсутствие доступа воздуха.
Интересно отметить, что в Архангельске, расположенном на обширной заторфованной территории, даже каменные многоэтажные общественно значимые здания построены на деревянных сваях....
Деревянные
фундаменты и нижние венцы строений наиболее подвержены фунгицидному
(грибковому
-
М.З.)
поражению. Исследования, проведенные по специально разработанной методике,
показали, что в неремонтируемых жилых зданиях среднегодовой индекс износа
деревянных фундаментов составил 2,89%, а стен—лишь 1,15%. Для зданий,
эксплуатируемых после капитального ремонта, проведенного без пропитки новых
деталей химическими защитными препаратами, соответственно 3,60% и 1,70%. Это можно
объяснить быстрым развитием дереворазрушающих грибов на свежей незащищенной
древесине в условиях ее длительного контакта с незамененными элементами, зараженными древоразрушающими грибами... Дереворазрушающие грибы в
процессе жизнедеятельности поражают клетчатку и вызывают снижение механической прочности
древесины. Это приводит к обмятию врубок и
ослаблению соединений, к большим внутренним перенапряжениям деревянных
конструкций, механическому повреждению древесины в узлах, снижению их
несущей способности и в конечном итоге — к неравномерным деформациям всего
здания и иногда к его обрушению. Поэтому мастера различными способами
старались замедлить процесс биоповреждения и разрушения древесины в
конструкциях.
Особо
значимые деревянные строения, например, культовые, возводили по возможности
на высоких участках местности, на скальном, крупно-обломочном или плотном
песчаном грунте. Это было вызвано не только доминирующим положением
культовых строений в жилой застройке или одновременным использованием их в
качестве пространственных ориентиров. На открытых возвышенных участках
местности условия аэрации лучше, чем в подгорье. Каменистый грунт или
крупные пески являются высокопрочным основанием под фундамент, а пески - еще
и хорошим дренажом. Дождевая или талая вода скатывается по рельефу или
уходит сквозь песок, застаивание воды вокруг строения или под ним
исключается. Так, из 388 обследованных культовых деревянных строений
Архангельской области 47,7% объектов размещено на возвышенностях, 51,5% - на
равнине и лишь 0,8% объектов (часовни) - на пониженных участках. При этом
продолжительность эксплуатации объектов, расположенных на возвышенных
местах, в среднем на 70-80 лет больше, чем на равнине.
Сохранность и разрушение древесины при контакте ее с грунтом могут
существенно изменяться в зависимости от вида и влажности грунта. Как
показали полигонные испытания, в насыпных дерново-подзолистых грунтах
биопоражение деревянных элементов развивается в 1,5-2,0 раза быстрее, чем в
глине, и в 3,0-5,7 раза быстрее, чем в песке; биопоражение сосновых образцов
развивается в насыпных грунтах в 2-5 раз быстрее, чем в плотных, во влажных
грунтах - в 1,6-4,0 раза медленнее, чем в сухих. Именно поэтому подавляющее
большинство культовых деревянных строений Архангельской области размещено на
плотных песчаных площадках...
-----
Большое
значение для длительной сохранности деревянных строений в пригодном для
эксплуатации состоянии имеет качество лесоматериалов, заготовка и хранение
которого требует специальных знаний и навыков. Основной древесной породой
для строительства являлась сосна, которая наиболее доступна. Лиственницу
использовали только в самых ответственных частях сооружений, так как она в
лесах Европейского Севера встречается реже. Ель для строительства
использовали ограниченно из-за ее невысоких эксплуатационных показателей.
Мастера, возводившие сооружения, ясно представляли себе поставленную задачу
и производили в лесу отбор деревьев с определенными характеристиками для
изготовления конкретной конструкции. Они учитывали при этом место
произрастания дерева, его породу, особенности строения, размеры ствола,
наличие пороков и другие факторы. Пригодность лесоматериалов определяли по
комплексу визуальных признаков. Для устройства подземной части к древесине
предъявляли самые высокие требования.
Исторические источники отмечают, что бревна заготавливали определенных размеров - длиной не менее 8 м и диаметром в вершине («в отрубе») не менее 25 см. Считали, что диаметр ствола достаточен, если человек, стоящий на земле, может его обхватить, соединив лишь пальцы рук...
Для
несущих конструкций бревна заготавливали с ограничением пороков: «...лес
класти во всякое зделье сосновой, доброй и безохулной, недупленастой, и
негубастой, и негнилой, и неломаной, ни дробоватой,... делати все сполна,
добро и безохулно...»; «...[заготовить леса] соснового, доброго, ядреного,
глаткого, несуковатого и не дублецатоro... красного сколько понадобитца...»
-
так оговаривается качество строевого леса в архивных документах.
Для
использования в подземной части зданий предпочитали самые плотные и
смолистые бревна с большим количеством крупных здоровых сучьев и
определенным направлением волокон. При проведении натурных обследований
старых сооружений отмечено, что в их срубы было уложено значительное
количество бревен со спиралеобразным расположением волокон, а в нижних
венцах таких бревен еще больше. Это объясняется их большей прочностью и
биостойкостью, меньшим растрескиванием в процессе длительной эксплуатации.
Наглядно эту особенность можно увидеть на Сретенской церкви в с. Заостровье
(1683-1686 гг.) Приморского р-на, на Ильинской церкви в с. Веркола (1867 г.)
Пинежского р-на Архангельской обл. и на многих других объектах.
Нередко
применяли бревна с увеличенным
диаметром комлевой
части и большим сбеroм...
-----
Помимо
рассмотренных факторов, долговечность древесины во многом определяется ее
биостойкостью. Биостoйкость различных пород во многом зависит от степени
смолистости, плотности, анатомического строения и пр. Различают ядровую и
заболонную (живую - М.З.) части ствола дерева. Биостойкосгь ядровой части объясняется
наличием в ней фенолов и смоляных кислот - так, содержание смолистых веществ
в ядре сосны - около 15%, а в заболони лишь 4%. Более темная окраска ядра
свидетельствует о большем содержании в нем экстрактивных веществ. Поэтому
отбирали бревна с малой заболонью. Хвойные деревья, у которых заболонь по
диаметру больше размера ядра, считают «незрелыми», непригодными для
строительства. Больше всего экстрактивных веществ, препятствующих развитию
биовредителей, содержит ядро корней и сучков, так как в этих частях велик
риск биоповреждений растущего дерева. Крупные, с большим содержанием ядра
сучки имеют наиболее прочную древесину. Например, у сосны плотность сучков в
1,8 раза, а твердость в 2 раза больше, чем древесины ствола.
Для свай и окладного венца старались использовать комлевую часть ствола дерева. При этом сваи устанавливали в грунт прикорневой частью вверх - более смолистая комлевая часть бревна лучше противостоит биоразрушению на участке изменения уровня грунтовых вод (УГВ). «Доски [покрытия] из кряжей с большим количеством смолы могут служить 50, а то и 100 лет». Для окладного и нижних венцов, пороговых и подоконных бревен, которые наиболее подвержены биопоражениям, отбирали бревна с большим количеством здоровых крупных сучков. У некоторых деревьев встречается очень стойкая во многих отношениях нижняя часть - кремнина - высотой от 1 до 4 м от корня. Она густого желтого или коричневого цвета, затечная смолой, на поверхности спила в этом месте трудно разглядеть годичные слои. Бревна с кремниной также целесообразно использовать для свай или окладного венца.
Бревна,
предназначенные для нижних венцов, свай и «стульев», подвергали для
повьшения биостойкости дополнительной защитной обработке: обмазывали
древесной смолой или обугливали - по всей длине или на участке выше УГВ.
Окоренные бревна укладывали на высокие камни и осторожно равномерно обжигали
на медленном огне костра. Поверхность бревна при этом закалялась,
становилась глянцевой. На обожженных таким образом «сваях-стульях» стояла,
например, Георгиевская церковь в с. Вершина (1672 г.) Верхнетоемского района
Архангельской области. В некоторых случаях деревянные сваи для повьшения
биостойкости обрабатывали варом, приготовленным из пека - побочного продукта
производства дегтя.
Для
эксплуатационной сохранности древесину как строительный материал
необходимо защитить от воздействия грунтовой и атмосферной влаги и
конденсата, для чего применяли гидроизоляцию из бересты. Береста является
непревзойденным гидроизоляционным материалом - она индифферентна по
отношению к древесине и практически не поглощает влагу, имея один из самых
низких для древесных материалов показателей водопоглощения - 63% через 50
суток вьдержки в воде. Она общедоступна, хорошо хранится, эластична, легко
поддается укладке на поверхность фундамента.
В
контракте, заключенном в 1870 г. на ремонт Никольской церкви в с. Нёнокса
(1762 г.) Приморского р-на Архангельской обл., было предусмотрено фундаменты
устроить из деревянных «стульев», которые перед установкой в грунт
необходимо было обжечь по всей длине и обернуть берестой. При натурных
обследованиях и разборке церкви перед реставрацией в 1991 г. обнаружено, что
предусмотренная обработка «стульев» не была выполнена - они не были обожжены
и не были обернуты берестой. Очевидно, и в прежние времена делали
отступления от правил.
-----
Существенным фактором длительной сохранности деревянных строений является
вентиляция конструкций. В первую очередь хорошей естественной аэрации
способствовала ориентация культовых сооружений по линии запад-восток, т. е.
по направлению господствующих ветров. Воздухообмен внутренних помещений
осуществляли по горизонтали и вертикали посредством системы воздухоприточных
и вытяжных проемов. По вертикали внутреннее пространство зданий делили на
три зоны: подклет, зону пребывания людей и чердак. Вентиляции подклета
придавали особое внимание, так как деревянные конструкции подземной части
строения непосредственно подвергались воздействию атмосферных осадков и
грунтовой влаги. Вентиляция подклета происходила через специальные двери на
западной или северной стороне, систему лазов и продухов, а также отверстий
между валунами фундамента. На зиму во избежание попадания снега в подклет
продухи закрывали задвижками. Интенсификации проветривания подклета
достигали также увеличением его пространства в восточную сторону (у церквей
- к алтарному прирубу), для чего строения часто размещали на площадке,
имеющей уклон к востоку, и таким образом между валунами фундамента восточной
стены или восточного прируба оказывалось большее количество вытяжных
отверстий.
По результатам натурных обследований объектов удалось выявить участки строений, наиболее подверженные биоповреждениям. В первую очередь это окладной и нижние венцы северной стены и северо-западного угла зданий. Зимой преобладающие северо-западные ветры наносят сюда большие сугробы снега, а весной эти сугробы тают намного медленнее, чем около облучаемых солнцем стен. Деструкция древесины на этих участках построек вследствие интенсивного биопоражения иногда приводила к деформации строения....
В то же
время следует отметить, что отопительные печи размещали только в
северо-западном углу здания, что отмечено во всех без исключения
отапливаемых деревянных церквах. Это способствует более интенсивному
прогреву этих участков стен и повышению их сохранности.
Несмотря
на предпринимаемые меры, полностью исключить биоразрушение деревянных
конструкций подземной части строений практически невозможно. Единственный
выход в этом случае и важнейшее условие сохранности строений - своевременный
поддерживающий и капитальный ремонт этих конструкций. По результатам анализа
архивных данных установлено, что поддерживающий ремонт фундаментов и
окладного венца с заменой отдельных элементов в прошлые века производили в
среднем через каждые 49 лет ..., а
капитальный ремонт с полной заменой окладного и нижних венцов и укреплением
фундаментов выполняли в среднем через 133 года... Необходимо отметить, что отбор лесоматериалов для
замены элементов проводили с соблюдением рассмотренных вьше требований.
Собственно ремонт конструкций сопровождали также созданием соответствующих
условий эксплуатации: восстановлением системы дренажа и вентиляции подклета,
ремонтом гидроизоляции и отмостки и т. п.
Например,
утраченная Никольская церковь в с. Нижмозеро (1661 г.) Онежского р-на
Архангельской обл. подверглась следующим перестройкам: через 60 лет после
возведения она была «исправлена от земли», спустя еще 78 лет нижние венцы
были снова «исправлены», еще через 27 лет, т. е. через 165 лет после
постройки, бьи подведен каменный фундамент, а еще через 60 лет церковь снова
была «исправлена от фундамента». Никольская церковь в с. Малошуйка (1638 г.)
Онежского р-на Архангельской обл. через 187 лет после постройки была
капитально отремонтирована с заменой нижних венцов, через 62 года бьи
подведен новый окладной венец, в последующем, через 73 года и 27 лет, опять
выполнили выборочную замену бревен окладного венца.
В
некоторых случаях при наличии сильно разрушенных бревен нижних венцов эти
венцы просто убирали, «выметывали», и сооружение таким образом опускалось.
Этот же способ применяли иногда при сильной неравномерной осадке сруба.
Негативным следствием такого подхода являлось нарушение архитектурных
пропорций строения и ухудшение условий вентиляции подклета. Так, под
Успенской церковью в с. Варзуга (1674 г.) Мурманской обл. примерно через 210
лет после постройки «...фундамент стал подгнивать, и церковь... со временем
грозила падением...». Однако «...сколько ни старались выпрямить церковь чрез
поднятие ея и подведения под южную сторону [фундамента], никоим образом
поднять не удалось...», а потому церковь решено было подрывать с
противоположной стороны и «выметывать» нижние бревна, «...и таким образом
церковь в скором времени сама собою выпрямилась...». Михайло-Архангельский
собор в г. Шенкурске (1675-1681 гг.) Архангельской обл. к началу 1860-х гг.
«пришел в ветхость,... корпус храма значительно осел с южной стороны и
покривился на бок». В 1889 г. его капитально отремонтировали, при этом
«покривившийся корпус храма бьи несколько опущен с северной стороны и таким
образом выправлен... и несмотря на свои 208 лет еще способен противостоять
стихийным влияниям и служить... украшением города».
В процессе
эксплуатации могут произойти деформации всего деревянного строения или его
отдельных частей, а в некоторых случаях даже обрушения, вызванные ошибками
принятия первоначальных технических решений, дефектами устройства и
повреждениями фундаментов строений. Основными причинами этого являются:
-
изменение состояния основания (разуплотнение грунтов в контактной зоне
основание - фундамент, изменение уровня грунтовых вод и т. п.);
- особые
геологические процессы (оползни, морозное пучение);
- недостаточная
несущая способность фундаментов или оснований и дефекты их устройства;
-
повреждения фундамента в процессе эксплуатации вследствие нарушения режима
эксплуатации, биоповреждения древесины и т. п.);
- отсутствие системы
технических обследований и своевременного ремонта.
Подобные серьезные ошибки встречались в старину, бытуют они и в настоящее время - и при возведении современных деревянных построек, и при ремонте старых сооружений. В конце ХIХ -начале ХХ в. из-за неподдающихся ремонту «повреждений в фундаменте» при достижении опасных деформаций пришлось полностью разбирать и восстанавливать на других участках местности огромные сооружения. Например, Владимирская церковь в с. Подпорожье Онежского р-на Архангельской области, построенная в 1757 г., через 37 лет после возведения была перенесена на другой участок местности. Ее высота составляет 29,5 м, площадь застройки - 482,8 кв.м, строительный объем - 1746,3 куб.м. Преображенскую церковь в с. Турчасово того же района, построенную в 1786 г., перенесли на другой участок местности примерно через 90 лет после постройки, ее параметры составили соответственно 38 м, 540 кв.м, 1745,5 куб.м. Необходимо отметить, что культовые строения в случае переноса возводили на новом месте с максимальным сохранением объемно-планировочного решения предыдущего объекта. Устранение различных дефектов и повреждений оснований и фундаментов является трудоемким, сложным и дорогостоящим мероприятием.
Шатровая Ильинская церковь в с. Вазенцы Онежского р-на Архангельской обл. высотой около 35 м была построена на низком глинистом берегу р. Онеги в 1786 г., в 1899 г. под церковь был подведен каменный фундамент. В 1970-1971 гг. под еще хорошо сохранившейся стройной церковью, в центральной ее части, грунт просел и образовалось углубление, заполненное водой. Это привело к интенсивному биоразрушению древесины нижних венцов центрального сруба с последующим смятием деструктированной древесины. Произошла осадка центрального высокого сруба церкви, повлекшая за собой наклон всех прирубов к центру строения и выпучивание стен прирубов. Дополнительно к этому произошел общий наклон здания в западную сторону, к реке, на величину 10-15°. При нарастании деформаций в 1975 г. церковь обрушилась. Много серьезных инженерных ошибок было допущено при возведении и эксплуатации строений в крупнейшем в России, широко известном Архангельском музее деревянного зодчества (АМДЗ - "Малые Корелы" - М.З.). Возведение строений без расчета фундаментов и защитной обработки древесины конструкций привело к интенсивному биоразрушению древесины свай, столбов и нижних венцов и вследствие этого к чрезмерным деформациям конструкций домов Попова, Полуяновой, а техническое состояние гумна в этом секторе музея таково, что невольно встал вопрос о его ликвидации...
Анализ архивных материалов и опрос очевидцев показали, что на стадии разборки, перевозки и хранения деревянных элементов строений музея были допущены ошибки, которые повлекли снижение их долговечности. Некоторые объекты разбирали на изначальных местах строительства в течение длительного времени, в том числе и в неблагоприятный период затяжных дождей. Разобранные элементы в ряде случаев долго хранили под открытым небом без защиты от осадков и воздействия среды. При этом в один штабель укладывали и элементы из здоровой древесины, и частично сгнившие. Стерилизацию элементов обработкой антисептиками не проводили. В результате этого происходило инфицирование здоровой древесины опасными дереворазрушающими грибами. Длительные сроки сортировки промаркированных элементов, изготовления новых элементов взамен негодных и сборки строения на новом месте также не способствовали сохранению древесины. Ни о каком специальном отборе свежего лесоматериала для замены негодных элементов не было речи, более того, во многих случаях использовали древесину высокой влажности, некондиционную...
В объектах АМДЗ повсеместно зафиксированы случаи
контакта разнородных материалов: контакт железобетонных свай или валунов с
бревнами стен без гидроизоляции или применение в качестве гидроизоляции
стен, свай и столбов рубероида или полиэтилена, прикрепленного к сваям и
столбам вязальной проволокой. При изменении температуры и влажности
окружающей среды на поверхности бетона или валунов образуется конденсат,
который при контакте с древесиной способствует развитию дереворазрушающих
грибов и может нанести деревянным конструкциям существенный ущерб. Контакт
древесины с рубероидом или полиэтиленом при ограниченной аэрации приводит к
усилению ее биоповреждения вследствие возникающего парникового эффекта...
-----
Результаты проведенных исследований позволяют сделать
следующие выводы. Сохранение памятников народной деревянной архитектуры
является неотложной задачей. Для ее решения необходимо применять научно
обоснованные подходы и технические решения, которые позволят содержать
исторические деревянные строения в пригодном для эксплуатации состоянии еще
длительное время. Первоочередные мероприятия при этом должны быть направлены
на сохранность подземной части построек и примыкающих к ним элементов, так
как дефекты и повреждения фундаментов могут привести к опасным и необратимым
деформациям всего строения.
При ремонте и реставрации деревянных памятников
архитектуры необходимо обратить внимание на выполнение ряда обязательных
требований:
- инженерный расчет фундаментов,
- использование
исторического опыта длительной сохранности фундаментов строений, который
применяли на Русском Севере,
- возведение фундаментов в соответствии с
действующими строительными нормами (выше уровня земли - выполнять имитацию
бывших валунных фундаментов, обеспечив при этом жесткую конструктивную связь
валунов с прилегающими конструкциями),
- устройство дренажа и
водоотводных канав,
- разработка при необходимости комплекса
мероприятий, ослабляющих действие сил морозного пучения.
Инженерно-геологические изыскания в требуемом объеме целесообразно проводить только в случае переноса деревянных памятников архитектуры или при состоянии объекта, грозящем потерей несущей способности и влекущем за собой необходимость капитального ремонта подземной части строения. Если деформации старого строения не являются опасными, проводить какие-либо земляные работы вблизи него не рекомендуется.