Падающие башни мира: почему здания начинают наклоняться и можно ли это исправить

Энтузиасты насчитывают около четырех сотен наклонных сооружений, но в большинстве случаев состояние этих строений не вызывает особого беспокойства — они хоть стоят и не очень прямо, но не падают. Есть, однако, несколько драматических исключений.

Немецкий город Бад-Франкенхаузен в федеральной земле Тюрингия знаменит оздоровительной купальней в водах минерального источника, а еще заметно наклонившейся 56-метровой колокольней. Крен серьезный- 4,8 градуса. О том, что колокольня падает, узнали еще в середине XVIIвека, и с тех пор динамика весьма неблагоприятна. Причины, по которой наклоняются здания, практически всегда схожи — неравномерность лежащей под фундаментом грунтовой основы. Под южной частью Пизанской башни грунт более илистый и глинистый, чем под северной, вот она и стала крениться, едва ее начали строить. Но особенность колокольни из Бад-Фракенхаузена в том, что под ней не глина, под ней — соль. Эта соль давно высохшего океана постепенно размывается грунтовыми водами и ручьем Элизабет, протекающим в окрестностях. Соль заполняет вымытые полости и вновь растворяется водой, поэтому грунт в этом уголке Германии ведет себя крайне непредсказуемо, вплоть до того, что в мгновение ока на ровном месте вдруг образуются провалы. Колокольню и церковь давно закрыли для посетителей, но местные энтузиасты пытаются найти деньги, чтобы что-то предпринять и спасти одну из городских достопримечательностей, которая может обрушиться буквально в любой момент. Проблема, однако, в том, что никакие внешние подпорки или каркасы при таком зыбком основании ничего не решат, нужно что-то делать с грунтом. Один из проектов предусматривает заполнение вымытых под колокольней полостей бетоном, но... тогда с большой долей вероятности пострадает другая достопримечательность — теплый минеральный источник Киффхойзер. Пробы с использованием красителя-маркера показали, что целебная вода, растворившая в себе грунтовую соль и наполняющая купальню, проходит как раз под колокольней на 25-метровой глубине. Что будет с источником, если путь воде перекроет бетон? Похоже, конфликт достопримечательностей Бад-Франкенхаузена настолько радикален, что любая инженерия здесь бессильна, и городские власти склоняются к тому, чтобы, не дожидаясь стихийного разрушения, колокольню снести.

Хоть Германия и не Италия, но главный конкурент Пизанской башни находится именно здесь. Башня церкви в Зуурхузене (Восточная Фризия, Германия) попала даже в Книгу рекордов Гиннесса как наиболее наклонное из известных сооружений (здесь крен составил более пяти градусов). Это кряжистое строение начало заваливаться ровно по той же причине, по которой в сонм падающих башен попала колокольня Ивана Великого в московском Кремле. Оба здания поставлены на дубовых сваях, которые прекрасно сохраняли свою форму, находясь в окружении грунтовых вод. Но как только человеку понадобилась сухая земля и начались дренажные работы, уровень грунтовых вод упал и высыхающее дерево начало деформироваться и гнить. К XX веку ситуация стала критической, и с башни даже пришлось снять крышу, чтобы приостановить падение, однако в конце концов здание удалось укрепить с помощью внешнего стального каркаса, так что в настоящее время в церкви вновь проходят службы, а местные жители гордятся мировым рекордом и экзотическим видом местного храма.

Надо понимать, что такая мера оказалась действенной лишь потому, что речь идет о сравнительно небольшом и легком здании. Металлический каркас позволил остановить падение башни, но сохранить ее крен. Удержать от падения куда более тяжелую Пизанскую башню с помощью внешних опор было бы куда сложнее, и кроме того, любой каркас неизбежно испортил бы вид памятника. Тем не менее падение Пизанской башни удалось остановить, и более того, ее слегка выпрямили, уменьшив крен на полградуса. Все это стало результатом уникальных работ, проведенных под колокольней и вокруг нее в 1990-х.

В качестве временной меры на северной стороне (башня, напомним, падает на юг) на бетонные балки был установлен блок свинцовых инготов, которые, выступая в качестве противовеса, стабилизировали строение. Затем были исследованы нелинейные процессы, происходившие в грунте под фундаментом башни, после чего последовал ряд экспериментов со специально возведенным неподалеку от памятника бетонным фундаментом-макетом. Эксперименты подтвердили, что башню можно немного выпрямить и стабилизировать, если выбрать часть жесткого грунта из-под северной части фундамента, то есть провести так называемую подработку. Надо понимать, что подработка не имела ничего общего с обычными земляными работами — грунт выбирался буквально по миллиметру через систему обсадных труб, внутри которых помещался вращающийся шнековый бур. Всего через 41 скважину было фактически откачано 38 м³ грунта — как непосредственно из-под башни, так и из-под прилегающего участка. Расчеты оказались правильными, и Пизанская башня, немного отклонившись к северу, осела на несколько сантиметров и стабилизировалась, что позволило снять и свинцовые противовесы, и временные опоры, поставленные для подстраховки.

На самом деле задача выпрямления кренящихся сооружений далеко не всегда ставится в связи со спасением исторических памятников. Прошедшее землетрясение оставляет порой вполне целые здания, накренившиеся из-за проседания грунта. Наиболее простой и очевидный способ выпрямления таких сооружений заключается в процессе, обратном подработке. Осевшая часть строения приподнимается домкратами, и под нее заливается бетон. Однако столь грубое механическое воздействие на строение может привести к появлению трещин и нежелательных деформаций. Оригинальный метод «мягкого поддомкрачивания» был разработан в Японии в Университете Киото. Суть этой технологии заключается в следующем. В фундаменте здания просверливаются вертикальные отверстия, и в них вставляются трубки для подачи раствора, причем внутри такой трубки диаметром около 30 мм находится еще одна трубка вполовину меньшего диаметра. Такая конструкция необходима для раздельной подачи двух цементных растворов. Сначала под давлением подается раствор, который моментально застывает на стенках образовавшейся в грунте полусферической полости. Следом подается другой раствор, тот, что застывает медленнее. Опираясь на слой уже затвердевшего раствора, он разбухает, слегка приподнимая здание. Так путем методичного повторения этой процедуры, слой за слоем, здание выправляется — медленно, но в «щадящем» режиме.