Примитивные приспособления для передвижки и подъема монолитных сооружений были известны еще в далеком прошлом, причем предполагается, что для этого пользовались деревянными салазками, клиньями и рычагами. Например, для передвижки с подъемом большого камня устраивали насыпи в виде наклонных плоскостей, под камень заводили салазки и перемещали его на насыпь при помощи канатов и рычагов.
При перемещении больших каменных глыб для возведения сооружений пользовались полиспастами, концы канатов которых наматывали на вороты.
Подобные примитивные приспособления были приемлемы для перемещений отдельных массивных камней. Однако они не могли обеспечить передвижку или подъем каменных сооружений, состоящих из кирпичных стен, перевязанных между собой кладкой.
Потребность в производстве работ по выпрямлению кренов сооружений или подъему отколовшихся их частей из-за неравномерной осадки существует давно. Как правило, осевшие, отколовшиеся и накренившиеся части сооружения укреплялись контрфорсами. Если основанием последних служили слабые грунты, то они не только не удерживали отколовшиеся части, но из-за дополнительной нагрузки на основание усиливали крен.
С увеличением количества каменных построек актуальность в их укреплении возрастала и наибольшее значение приобретает в наше время.
Современное оборудование и способы производства работ обеспечивают передвижку, подъем и выпрямление крена любого сооружения при полном сохранении его архитектурного облика.
Известен ряд примеров из прошлого, когда с сооружениями происходили аварии. Чаще всего это случалось с соборами и колокольнями, поскольку в то время они являлись наиболее высокими зданиями. Так, в Венеции имеется несколько колоколен, заметно отклонившихся от вертикального положения. Трагический случай произошел с башней св. Марка. В этой башне образовалось множество вертикальных сквозных трещин, и в качестве предупредительных мер против ее обрушения были поставлены обручи. Однако в 1902 г. во время реставрации, по-видимому, из-за чрезмерно большого объема разборки кладки вокруг проема в башне произошло ее обрушение.
Знаменитая в Европе наклонная башня в Пизе (Италия) до сих пор находится под угрозой обрушения, так как ее крен продолжает прогрессировать. Башню строили с перерывами с 1174 г. по 1350 г., причем каждый раз при возобновлении работ обнаруживалось, что построенная часть башни получала неравномерную осадку — крен в южном направлении. Территория, на которой построена башня, представляет собой заболоченный участок; грунтовые напластования состоят из аллювиальных пород с включениями в них прослойков торфа. Фундамент башни ленточный, кольцевой. Внутренний диаметр кольца равен 4,52 м, а внешний — 19,5 м. Площадь основания башни составляет 282 м2, а собственный вес — 14486 н. Величина отклонения башни от вертикали на высоте седьмого яруса (46,395 м) равна около 5 м. В результате проведенных исследований было установлено, что пылеватые и глинистые частицы грунта, находящиеся в напорном горизонте, вымываются грунтовыми водами, движущимися с севера на юг Каждый год из-под фундамента башни уносится 0,23 кг твердых частиц грунта. С 1918 г. по 1926 г. величина односторонней осадки башни возросла на 8,3 мм, т. е. средняя неравномерная осадка составляла 1 мм в год. В ближайшие годы после объявленного конкурса должны приступить к укреплению Пизанской башни в наклонном положении.
Впервые передвижка каменного сооружения была осуществлена в 1455 г. знаменитым итальянским архитектором Аристотелем Фиорованти (Аристотель из Болоньи). Он передвинул (без каких-либо повреждений) на 10,5 м каменную колокольню церкви св. Марка в г. Болонье. Затем в течение более четырех столетий о передвижке каменных зданий ничего неизвестно.
В 1868 г. Стефансон впервые применил винтовые домкраты для подъема на р. Нил парома с железнодорожными платформами. Это был первый случай использования домкратов для подъема. В 1870 г. в Нью-Йорке открылась фирма «Chr. Vorndran Sons», положившая начало передвижке каменных зданий в Соединенных Штатах Америки. На рис. 1 показана конструкция, применяемая в США.
Подъем каменного массива гидравлическими домкратами был произведен впервые Джоном Диксоном в 1879 г., когда он четырьмя домкратами установил на место обелиск «Игла Клеопатры» (Италия).
В 1894 г. были опубликованы способы работ по опусканию Бруклинской надземной железной дороги при помощи гидравлических домкратов.
В 1898 г. впервые в России была произведена передвижка на 100 м двухэтажного кирпичного жилого дома в Москве поблизости от Комсомольской площади (бывш. Каланчевская), при этом жильцы были выселены. На рис. 2 показана примененная конструкция. Больше в царской России передвижек каменных зданий не производили.
В дальнейшем при подъеме сооружений стали применять домкраты непрерывного действия (не требуется перекреплений после очередного выхода поршня). После изобретения механического домкрата непрерывного действия появились и гидравлические домкраты непрерывного действия под названием «Перпетуум». Этими домкратами производится как подъем сооружений, так и уплотнение грунтов, подстилающих их фундаменты, для предупреждения дальнейшей осадки (при перекреплении или перемещении на необжатое или сильно сжимаемое основание).
В 1912 г академик П.П. Покрышкин выпрямил путем опускания повышенной стороны колокольню Боровско-Успенской церкви в Архангельске.
В Чикаго в 1923 г. был передвинут последовательно по двум направлениям пятиэтажный склад, а с 1924 г. по 1926 г. передвигали семиэтажное и восьмиэтажное здания.
В 1926 г. в г. Олбани (США) решили включить в фасад нового ) 6-этажного здания старую фасадную портальную стену трехэтажного здания банка. Чтобы эта стена оказалась по оси симметрии нового здания, ее передвинули.
В 1929 г. по проекту и под руководством автора впервые была произведена подводка фундамента под деформировавшееся и недостроенное здание по Неглинному пр. № 23/2 (Москва) с применением безосадочного перекрепления на новые фундаменты. В 1930 г. работы по подводке были завершены и здание достроили до 7 этажей.
В 1931 г. Метросгрой (Москва) запроектировал, а затем осуществил работы по подводке фундаментов под здания, расположенные поблизости или над участками прохождения туннелей метрополитена. При проведении этих работ был применен способ безосадочного перекрепления стен зданий на новые фундаменты. Безосадочность перекрепления обеспечивалась домкратами, которые создавали в подведенном фундаменте начальные напряжения. Применение этого способа положило начало подъему сооружений в России.
В 1932 г. выпрямили способом переката (по схеме, предложенной академиком В. Г. Шуховым) северо-восточный минарет (высота 32,7 м) медресе Улугбека в Самарканде.
В 1933 г. при подводке фундаментов под дома № 19, 31а, 316 по Краснопрудной ул. (Москва) была проверена возможность применения мощных гидравлических домкратов для придания предварительного напряжения пневмонабивным сваям системы Страуса—Вольфсхольца (в конструкции автора данной работы) и для безосадочного перекрепления ленточных фундаментов дома № 14 по ул. Метростроевской, ул. Волхонке и других при заглублении фундаментов отдельными столбами в колодцах. На этих объектах началось применение мощных гидравлических домкратов.
В 1934 г. при устройстве входа с Казанского вокзала на станцию метро «Комсомольская площадь» перекрытие над подвалом перекреплялось стальными клиньями на подводимые снизу конструкции, благодаря этому была достигнута безосадочность перекрепления помещений первого этажа, которые продолжали непрерывно эксплуатироваться.
В 1933—1934 гг. впервые был произведен подъем осевших частей стен трехэтажного кирпичного дома № 4 по Летниковской ул. (Москва) на высоту до 0,5 м. После подъема поочередно, на каждый домкрат в отдельности, увеличивали нагрузку в 1,5 раза и тем самым произвели предварительное обжатие их оснований.
Последующие две передвижки каменных зданий в России производились в разных городах (в Макеевке в 1934 г и Кривом Роге — в 1936 г.) Конструктивные решения этих передвижек были очень сложными и здания во время передвижки получили повреждения, поэтому они не послужили примерами, достойными подражания. На рис. 3 показана конструкция башмака и рельса пути при передвижке здания почты в Макеевке. Передвижки здания в Москве, на Комсомольской площади, и в Макеевке были начаты после установки креплений внутри зданий, потребовались укрепления и во время движения. Эксплуатация их была прекращена с начала работ и до окончания передвижки и укрепления на новом месте.
В конце сентября 1935 г. московскому Метрострою потребовалось раскрыть сквозной проезд для автотранспорта с 2-го Брестского тупика на Садовое кольцо. Последнее было необходимо для ликвидации «пробок» автотранспорта и его поточного движения при вывозке грунта из шахты 82, с помощью которой сооружалась станция метро «Площадь Маяковского».
Сквозному проезду мешало двухэтажное здание фидерной подстанции, которую и требовалось передвинуть на 12 м с поворотом на 10°. Кроме того, на новом месте это здание следовало установить на 80 см выше.
К тому времени коллектив конторы по подводке фундаментов Метростроя имел уже большой опыт по поддержке многоэтажных зданий на одной вертикальной отметке или по их неравномерному подъему при извлечении из-под этих зданий грунта для устройства туннелей. Было доказано, что заводка рандбалок, опоясывающих все здание на уровне среза, обеспечивает лучшие результаты: снижаются неравномерные осадки, ускоряется производство работ и здание может продолжать бесперебойно эксплуатироваться. Исходя из приведенных соображений и было решено сначала завести рандбалки в стены здания фидерной подстанции и затем поднять ее на 80 см. Буквально за считанные дни эта работа была закончена. Когда же под рандбалками между домкратами до отметки дна котлована выломали кладку фундаментов, то под зданием образовались широкие сквозные коридоры. В эти коридоры в направлении передвижки и уложили рельсовые пути, на них катки и ходовые балки (рис. 4). Способ передвижки зданий с применением рандбалок оказался целесообразней американского способа (см. рис. 1), получившего к тому времени большое распространение. После проведения этой работы по решению Моссовета была организована в 1936 г контора по передвижке зданий.
Новый способ передвижки с заводкой в стены рандбалок лег в основу всех дальнейших передвижек каменных зданий в Москве.
В том же 1936 г. началось строительство соединительного канала Москва—Волга в Серебряном Бору. Расположенные в районе строительства пять одно- и двухэтажных кирпичных зданий сначала поднимали гидравлическими домкратами, а потом передвинули на 250 м.
При подъеме зданий определялись усилия, потребные для отрыва поднимаемой части дома от остающейся на месте; велись наблюдения за появлением трещин и устанавливались причины их образования; выявлялась возможность замены двутавровых рандбалок швеллерами и др.
Передвижка этих зданий велась в прямом, косом направлениях и с поворотом. При косой передвижке применялись два способа:
1) катки располагались непосредственно под рандбалками и под углом к ним, а рельсы путей укладывались с учетом траектории движения по ним катков;
2) под рандбалками в направлении движения заводились еще и ходовые балки.
При первом способе применялось большое количество рельсов, во время движения требовалась уборка выходивших из-под рандбалок катков и заводка их заново с боковых сторон, причем для заводки катков один их конец скашивали. По второму способу требовались дополнительно ходовые балки, но отметка среза принималась выше с учетом высоты ходовых балок и их последовательной заводки. Для отбора оптимального способа в зависимости от длины передвижки, угла наклона при передвижке по отношению к рандбалкам стен, в направлении которых передвигается здание, количества дополнительно укладываемых рельсов и трудоемкости работ необходимо в каждом случае производить технико-экономические сопоставления. Однако при передвижке под углом в 45° к стенам здания, когда расстояние между путями, располагаемыми под нагруженными узлами, может составить 5—6 м, целесообразней вместо ходовых балок устанавливать под рандбалками отдельные башмаки. Эти башмаки укладываются параллельно направлению движения.
В январе 1937 г. было передвинуто на 70 м в прямом направлении на ст. Апрелевка Московской области высокое одноэтажное кирпичное здание лаборатории Апрелевского завода грампластинок.
В июне 1937 г была осуществлена передвижка пяти- и частично шестиэтажного дома №77 по ул. Осипенко (Москва) на 43,45 м с поворотом на 19,5°. Рама этого здания состояла из рандбалок и ходовых балок. Последние изгибались в соответствии с радиусом кривизны каждого пути. Были определены потребные тяговые усилия при сдвижке с места и при движении здания, влияние величины осадки на образование повреждений в здании и др.
Осенью того же года сначала подняли на 1,855 м, а затем и передвинули в прямом направлении дом № 5/16 по ул. Серафимовича (Москва). Рандбалки, заведенные в стены параллельно направлению движения, использовались и как ходовые; рандбалки стен, перпендикулярных направлению движения, заводились ярусом выше. При подъеме этого здания велись наблюдения за образованием повреждений в стенах здания для установления степени допускаемой неравномерности. Результаты этих работ позволили уточнить нормативные величины неравномерных осадок кирпичных зданий при переходе на новый, прогрессивный метод расчета оснований по предельным деформациям, безопасным для надфундаментных конструкций, при которых не нарушается их пригодность для эксплуатации.
На этом большом объекте, как и на подъеме фидерной подстанции, были применены мощные гидравлические домкраты системы «Перпетуум».
При передвижке здания Московского Совета впервые, по предложению автора, перекрепление здания с фундаментов на рельсовые пути было осуществлено способом предварительного обжатия грунтов основания домкратами. Была также успешно проведена передвижка здания в г. Подольске.
В 1940 г решением совещания в отделении технических наук АН России применяемый нами способ передвижки получил положительную оценку.
В том же году было произведено по рекомендации автора выпрямление крена водонапорной башни на станции Знаменская Одесской железной дороги искусственным увлажнением просадочного лёссового грунта основания со стороны, противоположной крену. Башня накренилась в сторону водоразборной трубы, которой пользовалось население. После перестановки водоразборной трубы в противоположную сторону крен башни начал уменьшаться.
Приведенная рекомендация без производства дополнительных креплений может обеспечить сохранность сооружению при условии, если оно представляет собой отдельно стоящее, близкое к монолиту конструкцию.
В довоенные годы в Москве был успешно передвинут целый ряд зданий (№ 52 по ул. Чкалова, № 49 по ул. Калужской, № 19, 55, 61, 63, 69, 71 и 73 по ул. Горького).
С 1941 г. по 1945 г. трест по передвижке зданий Моссовета занимался аварийно-спасательными работами, извлечением с помощью полиспастов из озер, рек и болот застрявших танков. С помощью сложных полиспастов было извлечено более 2000 танков, часть которых сразу же уходила на боевое задание.
В 1943—1944 гг. примененную для передвижки зданий горизонтально расположенную систему полиспастов приспособили для извлечения волоком из воды обрушенных ферм стальных мостов, непригодных к повторному использованию. Таким образом были ускорены работы по расчистке фарватеров рек. Данный способ является весьма эффективным при извлечении стальных ферм мостов на пологий берег. Для этого на берегу для устройства неподвижных анкеров забивают сваи и к ним крепят лебедки и неподвижные блоки. Применением горизонтального полиспаста уменьшается более чем вдвое время, необходимое на подобную расчистку фарватера по сравнению с обычно применяемым способом: разрезка ферм на отдельные узлы с подъемом и складированием их на баржи и отвозкой на берег.
В 1944—1946 гг. был поднят цех, возведенный из стальных конструкций (завод «Большевик», Киев), подняты и передвинуты две железнодорожные бункерные галереи в Кривом Poгe и каменная опора моста через Западную Двину в Даугавпилсе.
В 1948—1949 гг. при производстве работ по подъему ряда промышленных цехов, построенных из стальных конструкций, были определены дополнительные напряжения в элементах металлических ферм в зависимости от размеров неравномерного подъема сооружения. Этим была доказана возможность применения денивеляций в сооружениях из стальных конструкций в 5 мм на 1 пог м.
Необходимость выпрямления крена устанавливается требованиями эксплуатации сооружения и технико-экономическими соображениями. Если сооружение большое и тяжелое, а выпрямление крена требует значительных затрат, то часто ограничиваются лишь укреплением основания, предохраняющего сооружение от дальнейшего наклона.
Так, например, предполагается приостановить дальнейший крен башни Сююмбеки в Казани. Башня была построена в конце XVII в. Причиной появления крена, очевидно, послужило то, что часть сооружения была основана на культурном слое и спустя некоторое время после возведения башни были разобраны примыкавшие к ней со стороны крена каменные пристройки, которые по существу служили контрфорсами. Эксцентриситет смещения центра тяжести верхнего, седьмого яруса башни по отношению к геометрическому центру основания составляет 1,34 м, или 1°40′. После определения ядровых точек сечения подошвы основания установлено, что при прогрессировании крена — увеличении указанного эксцентриситета еще на 0,98 м напряжения сжатия в подошве фундамента со стороны противоположной крену будут равны нулю. Если крен башни начнет прогрессировать, то потребуется укрепление основания этой башни.
Следует иметь в виду, что если крен сооружения перестает увеличиваться и оно продолжает оставаться в устойчивом положении, то нет необходимости в его выпрямлении. Так, колокольня Покровского собора в Москве (храм Василия Блаженного), построенная в 1560 г., примерно десять лет назад дала крен. Обнаружилось, что яблоко колокольни, расположенное на высоте 30 м, отклонилось по горизонтали на 0,79 м, или на 1°30′. Когда образовался крен, точно неизвестно. Дальнейшие многолетние наблюдения показали, что крен колокольни не увеличивается. В связи с тем, что крен стабилизировался, решили ограничиться только периодическими наблюдениями.
Если равнодействующая центра тяжести сооружения начинает приближаться к границе ядра сечения, то принимаются меры против возможного падения сооружения. Вблизи ст. Галицино (Московская область) в усадьбе Вяземы (Бориса Годунова) сохранилась звонница высотой 14 м, построенная в конце XVI в. Когда было обнаружено, что звонница сильно накренилась и появилась угроза ее обрушения, верх звонницы закрепили проволочными оттяжками, вторые концы которых привязали к забитым в грунт анкерам.
В 1958 г. был выпрямлен крен колокольни высотой 42 м церкви Иоанна Предтечи в Ярославле.
Передвижка зданий после 1941 г. вновь возобновилась. В 1951 г. было передвинуто и затем поднято почти на 2 м одноэтажное здание по Набережной М. Горького (Москва) В сентябре 1958 г. передвинуты два пятиэтажных здания по ул. Б. Кочки. Проектирование передвижки обоих зданий велось трестом Проектстальконструкция по схеме расположения путей и техническим руководством автора. Работы выполнялись Главмосстроем (трестом Фундаментстрой). Расстояние между путями составляло 6,0 м, тогда как на всех предыдущих работах это расстояние максимально достигало 4,40 м.
В 1963 г. было передвинуто с поворотом одноэтажное здание по Владнмировскому пер. (Москва).
Можно считать установленным, что чем меньше количество путей, тем меньше неравномерностей в направлении движения, легче добиться лучших результатов и тем дешевле, как правило, стоит передвижка. Оптимальное расстояние между путями соответствует расстоянию между стенами или колоннами, располагаемыми в направлении движения при обязательном полном использовании нормативного давления на основание. Чем больше длина передвижки, тем меньше путей следует устраивать.
В 1965 г. был выпрямлен юго-восточный минарет медресе Улугбека, а в 1972 г. крен северо-западного минарета мечети Биби-Ханым в Самарканде.
В 1970 г. был приостановлен наклон, подведены новые фундаменты и выпрямлен крен длинного пятиэтажного здания в Сумгаите.
Кроме домкратов, для подъема или передвижки сооружений применяются также полиспасты, оснащенные соответствующими тросами, блоками и мощными электрическими лебедками. Полиспастами пользуются при большой длине передвижки или при подъеме как монолитных, так и немонолитных пространственных сооружений, построенных из прочных материалов, хорошо воспринимающих сжимающие и растягивающие усилия.
Подъем сооружений можно производить не только специальными подъемными механизмами. Из практики нагнетания в грунт цементного молока известно, что когда оно производится между водонепроницаемыми прослойками, то в грунте образуется утолщающаяся цементная линза и происходит поднятие поверхности грунта. Известны случаи, когда при цементации с целью придания грунтам водонепроницаемости, верхний слой грунта неожиданно начинал подниматься.
При нагнетании цементного молока зерна цемента будут уноситься потоком до тех пор, пока не встретят отверстия таких размеров, которые не позволят им проникнуть через них; тогда зерна цемента оседают, отлагаются в пустотах грунта, а вода, проникая сквозь еще не затвердевший слой цемента, выходит наружу. C течением времени зацементированные частицы грунта, благодаря склеивающей способности зерен цемента, скрепляются друг с другом, после чего происходит нарастание прочности и снижение водопроницаемости.
Даже при сильно разжиженном цементном молоке (12,5 кг цемента на 100 л воды) излишняя вода уходит сквозь свежий отложившийся слой цемента и образуется плотная цементная прослойка. Если пустоты в грунте окружены твердым материалом, препятствующим достаточно быстрому стеканию воды, то давление в насосе будет подниматься до тех пор, пока грунт не прорвется по направлению наименьшего сопротивления. Если же грунт, в который нагнетают цементную суспензию, располагается под водонепроницаемыми слоями, то верхний слой начнет подниматься.
Освоение высокой техники передвижки или подъема сооружений позволяет в необходимых случаях увеличивать разрывы между зданиями, а затем и высоту жилого дома или промышленного сооружения без нарушения его эксплуатации. Эти работы можно вести так, чтобы проживающие в них жильцы не испытывали никаких неудобств. Водопровод, канализация, горячее водоснабжение, отопление, газ, электрическое освещение, лифт, телефон, радиотрансляция и электрические часы могут работать бесперебойно.
В настоящее время техника передвижки, подъема и выпрямления зданий в России настолько усовершенствована, что и самое тяжелое и «хрупкое» сооружение, находящееся даже в аварийном состоянии, может быть передвинуто и поднято на необходимое расстояние и высоту. При этом размеры перемещений сооружений ограничиваются только экономической целесообразностью.
