Колокольня Сан-Марко, самое высокое сооружение в Венеции, была впервые построена около 800 лет назад. Расположенная на площади Пьяцца, башня является одним из самых ярких символов города. Венецианцы называют башню “il paron di casa” (хозяин дома), поскольку она была построена для охраны причала Большого канала.
Башня была реконструирована итальянским правительством в 1908 году из-за разрушения кирпичной кладки колокольни в 1902 году. Полное разрушение кладки свидетельствовало о возможном дефекте фундамента. Этот инцидент также привел к обрушению здания библиотеки Марчиана, расположенного на знаменитой площади Сан-Марко. Обрушение было настолько сильным, что потребовалось более месяца, чтобы убрать 14 000 тонн обломков с этого места.
Колокольня Сан-Марко
В 1903 году итальянское правительство профинансировало проект, и в 1908 году башня была реконструирована. Для укрепления фундамента сооружения инженеры-геотехники увеличили площадь фундамента с 222 м2 до 407 м2, а новый кладочный фундамент был сблокирован со старым кладочным фундаментом.
В 1950 году на уровне цоколя фундамента было замечено несколько трещин сдвига, что вновь вызвало серьезные опасения относительно структурной целостности башни. Власти назначили комитет инженеров для постоянного наблюдения за образованием трещин в фундаменте.
Позже было установлено, что кладочный блок фундамента отделяется от старого кладочного блока. Поэтому комитет предложил еще раз укрепить фундамент, чтобы снизить вероятность нового обрушения.
Недавно, в 2007 году, началась реконструкция фундамента Колокольни, и по периметру каменного блока фундамента на двух уровнях была уложена предварительно напряженная титановая арматура. Арматура была установлена для повышения общей изгибной жесткости фундамента и остановки дальнейшего распространения трещин. Для установки фундамента потребовалось провести раскопки ниже уровня грунтовых вод на значительном участке площади Сан-Марко и в присутствии погребенных археологических останков.
В такой чувствительной среде работы по возведению фундамента проводились с особой тщательностью, поскольку малейшее нарушение или дифференциальное оседание фундамента могло привести к катастрофе для Города каналов. Для проведения земляных работ были построены многочисленные плавучие колонны для создания водонепроницаемой подпорной стены вокруг зоны влияния фундамента колокольни.
В этой статье мы рассмотрим процесс укрепления фундамента колокольни Сан-Марко и подробное описание структурных и геотехнических работ, которые сделали проект осуществимым.
1. Геология колокольни Сан-Марко
Колокольня Сан-Марко расположена на площади Сан-Марко в Венеции, Италия. Геология участка колокольни чрезвычайно чувствительна и состоит из мягких и тонких отложений, отложенных мелкими лагунами, в которых был построен город Венеция.
Ниже приводится описание среднего профиля почвы, имеющегося на площадке колокольни Сан-Марко:
2. Реконструкция фундамента
Колокольня Сан-Марко обрушилась из-за плохого состояния кирпичной кладки, которая была построена между 11 и 12 веками. Кроме того, в период с 1489 по 1745 год башня получила повреждения в результате землетрясений и удара молнии. Даже после этих повреждений башня не была должным образом отремонтирована.
Когда колокольня рухнула, считалось, что она разрушилась из-за строительства шпиля и верхней мраморной ячейки на вершине башни. Но детальное расследование показало, что на самом деле башня разрушилась из-за дифференциального оседания фундамента башни.
После обрушения был сформирован многопрофильный консультативный комитет для реконструкции колокольни. Комитет должен был проследить за всеми дизайнерскими, историческими, художественными и техническими аспектами, связанными с реконструкцией башни.
Строительство новой башни началось на прежнем фундаменте, поскольку, по мнению комитета, величина дифференциальной осадки была незначительной (дифференциальная осадка составляла 10 см). Но новые конструкции не соответствовали предыдущим, и абсолютный вес был уменьшен.
Комитет также сомневался в пассивной устойчивости старого фундамента и посоветовал увеличить площадь фундамента в плане с 222 м2 до 407 м2. Изменение площади фундамента было почти в два раза, что указывает на то, что консультативный комитет использовал несколько иные критерии для проектирования фундамента.
Обрушение колокольни Сан-Марко
Новая технология строительства была аналогична старой. В дополнение к существующим сваям, внутри широкого деревянного свайного ограждения было забито в общей сложности 3086 свай. Вновь забитые сваи консолидировали грунт на глубину от 4 до 8 м. После консолидации грунта над сваями были установлены три толстых деревянных бруса для обеспечения горизонтального уровня основания для строительства фундаментного блока.
Фундаментный блок был тщательно спроектирован, а камни, использованные в блоке, были обрезаны таким образом, чтобы сформировать цельный блок. Камни были относительно легче по весу, чем камни, использовавшиеся для старого фундамента. Таким образом, вертикальные нагрузки на почву были снижены с 900 КПа до 400 КПа, и коэффициент безопасности был значительно улучшен. Однако через несколько лет в фундаменте появились трещины.
3. Распространение трещин в колокольне
На уровне цоколя Пьяццы на трахитовых ступенях лестницы было замечено множество трещин. Трещины не укладывались в допустимые пределы, что привлекло внимание инженеров. Несколько трещин указывали на разумную теорию, связанную со сдвиговыми напряжениями, что неудивительно, учитывая хрупкую природу трахитового камня.
Однако инженеры занялись проблемой более серьезно, когда в Procuratoria (офис прокураторов Святого Марка) были обнаружены новые трещины, после чего вокруг колокольни было выкопано шесть траншей, чтобы найти истинную причину проблемы. Было обнаружено, что на внешней поверхности кладки фундамента появилось несколько субвертикальных трещин.
Исследователи из Университета Падовы установили 22 механических экстензометра Уиттемора (экстензометры используются для измерения удлинения) на уровне фундамента в 1955 году. Измерения с помощью экстензометра показали, что линейное перемещение трещины увеличивалось со временем. Они предсказывали, что ширина трещин достигнет 1 мм в 1975 году.
Трещины оказались небольшими, и дальнейший мониторинг был прекращен после 1960 года в надежде, что трещины стабилизируются со временем. Таким образом, меры по укреплению фундамента были отложены, несмотря на некоторые опасения, высказанные комитетом.
Однако комитет предположил, что основной причиной распространения трещин сдвига была недостаточная толщина каменных блоков над фундаментом. Они предложили установить внешнюю железобетонную цепь и стальные соединения с каменным блоком.
В 1989 году неожиданно обрушилась Гражданская башня в Павии, и в связи с этим инцидентом итальянское правительство заказало детальное обследование колокольни.
Распространение трещин сдвига в фундаменте колокольни Сан-Марко
4. Структурное обследование колокольни
Istituto Sperimentale Modelli e Strutture (ISMES) был уполномочен провести детальное структурное обследование Колокольни. Для наблюдения за ростом трещин и выявления непрерывного движения трещин в фундаментном блоке была установлена автоматическая система мониторинга. Кроме того, в режиме реального времени система отслеживала движение нескольких критических точек Колокольни.
На высоте 25 м от уровня фундамента Колокольни в шахте была замечена группа вертикальных трещин. ISMES предположил, что колебания температуры наружной стены привели к образованию вертикальных трещин. Однако ISMES предположил, что эти трещины были ограничены определенной глубиной и не представляли серьезной угрозы для кирпичной кладки Колокольни.
Однако тревожные результаты были получены в результате оценки вертикальных напряжений в 50 критических точках колокольни. Для измерения вертикальных напряжений использовались плоские домкраты. Величина вертикальных напряжений оказалась значительно выше, чем те, которые были определены в нижней зоне Колокольни.
С другой стороны, шокирующим было то, что критическая величина вертикальных напряжений наблюдалась плоскими домкратами на четырех углах в нижней части шахты. Критическая концентрация вертикальных напряжений на углах шахты объяснялась деформируемостью каменного основания фундамента в отличие от жесткости участка шахты.
Величина вертикального напряжения была соотнесена с формой фундамента Колокольни. Поэтому была проведена корреляция систематических вертикальных трещин, наблюдаемых на лестнице фундаментного блока. Мониторинг трещин, проведенный Университетом Падовы в 1955 году, выявил ширину трещин в 1 мм. Однако в 1975 году, когда мониторинг был возобновлен, результаты оказались неожиданными. Трещины не стабилизировались со временем, вместо этого они продолжали линейно увеличиваться в ширину. В 1975 году ширина трещин достигла около 2 мм, что вдвое больше, чем прогнозировалось в 1955 году.
Вся эта информация подтверждала, что дифференциальное оседание каменной кладки фундаментного блока было прогрессирующим процессом. Причиной дифференциальной осадки была недостаточная толщина каменного блока, добавленного над фундаментом во время реконструкции в 1903 году. Исследователи предположили, что прогрессирующее увеличение ширины трещины и увеличение вертикальных напряжений в кладке ствола может быть опасным, и это явление может привести к локальному обрушению Колокольни.
Следствием этого стало то, что вертикальные напряжения, оцененные плоскими домкратами вблизи углов основания, составляли от 2 до 4 МПа, против среднего значения 0,8 МПа. Исследователи предложили эффективную программу усиления фундамента, чтобы остановить новое развитие событий и избежать неожиданных последствий со временем.
5. Укрепление фундамента
Дальнейшие исследования проводились по всему каменному блоку фундамента, чтобы подтвердить, что соединение между старым каменным блоком и новым каменным блоком, построенным в 1903 году, было эффективным и равномерным, независимо от возможных трещин.
Шесть образцов диаметром 50 мм были пробиты под углом 45° между соединением старого и нового каменных блоков. Анализ проводился как на образцах, полученных с поверхности, так и в сердцевине фундаментных блоков. Было установлено, что фундаментный кладочный блок теряет связь со старым фундаментным кладочным блоком.
Образцы, взятые для оценки состояния фундамента колокольни Сан-Марко
Было предложено уникальное решение, которое было обратимым, прочным и не предполагало никаких навязчивых протезов, таких как железобетонное кольцо, которое было рекомендовано в 1955 году.
Решение было предложено таким образом, чтобы надстройка и фундамент колокольни остались неизменными как в плане, так и в высоту. План заключался в том, чтобы обеспечить предварительное напряжение титановой арматуры на двух уровнях по периметру зоны каменных блоков фундамента.
Усилия, прикладываемые к титановым стержням домкратами, были бы достаточными для того, чтобы остановить дальнейшее раскрытие трещин, и должны были быть вечными. Принцип установки титановых стержней на фундаментный блок заключался в том, чтобы приложить небольшую силу, используя преимущества сил трения.
Титановые стержни прикладывали лишь ограниченную силу, поскольку силы трения, действующие между каменными блоками, уже нейтрализовали относительное смещение. Таким образом, если происходит увеличение размеров трещин, титановые стержни будут противодействовать им с минимальными силами, необходимыми для противодействия развитию трещин. Следовательно, в результате приложения небольших сил не произойдет никакого перемещения или нарушения памятника.
Установка титановых стержней в фундамент колокольни Сан-Марко
Вопросы и ответы
Когда была проведена реконструкция колокольни Сан-Марко?
Реконструкция колокольни Сан-Марко началась в 1903 году и была завершена в 1908 году.
Что послужило причиной укрепления фундамента колокольни Сан-Марко?
В 1950 году в фундаментном блоке колокольни Сан-Марко были обнаружены трещины. Власти сформировали комитет инженеров для постоянного наблюдения за ростом трещин в фундаменте. Было замечено, что блок фундаментной кладки находится в процессе отслоения от старого блока фундаментной кладки. Таким образом, комитет предложил укрепить фундамент, чтобы снизить вероятность нового обрушения.
Венеция: Детали фундамента самого большого плавучего города в мире
Колизей: Строительство самого большого в мире амфитеатра
Пизанская Наклонная башня: Архитектурное чудо или инженерная неудача?
Читайте далее:- Венеция: Детали фундамента самого большого плавучего города в мире.
- Пизанская башня: Архитектурное чудо или инженерная неудача?.
- Эйфелева башня: Особенности конструкции железного гиганта.
- Типы свай в зависимости от передачи нагрузки, функции, материала и грунта.
- Часовая башня Биг-Бен: тиканье с наклоном.
- Бурдж-Халифа: Строительство самого высокого сооружения в мире.
- Оценка повреждений бетонных конструкций &Amp; подготовка отчета.