Театр на стеклянных колоннах

Гордость Одессы

Двести лет назад, в 1794 г, в только что отвоеванном у турок Новороссийском крае началось строительство нового морского порта и города, который вскоре получил название Одессы. Первые его камни закладывали те самые суворовские солдаты и казаки Черноморского войска-большей частью бывшие запорожцы, — которые за пять лет до тога брали штурмом стоявшую на месте будущего города турецкую крепость Хаджибей.

Российские солдаты умели не только брать крепости и строить города. Они же положили начало и театральной истории Одессы, разыграв в 1803 г. для первых одесситов комическую оперу «Мельник, колдун, обманщик и сват>. А уже в 1810 г. в Одессе открылся построенный по проекту знаменитого петербургского архитектора Тома де Томона городской оперный театр. По преданию, строительным материалом для него послужили камни турецкой крепости. Это о нем писал в «Евгении Онегине» не раз бывавший там во время своей южной ссылки Пушкин:

Но уж темнеет вечер синий,
Пора нам в оперу скорей,
Там упоительный Россини,
Европы баловень — Орфей...

В 1873 г. случилось несчастье: здание театра уничтожил пожар. Но оставаться без своего театра Одесса не хотела — решено было выстроить новый, еще красивее Городская управа объявила всемирный конкурс. Лучшим из сорока поступивших на конкурс был признан проект венских архитекторов Г.Гельмера и Ф.Фельнера, и к 1887 г. строительство было закончено. Новое здание оперного театра в Одессе стало одной из главных архитектурных достопримечательностей города, выдающимся памятником европейской архитектуры второй половины XIX в.

Правда, невезение продолжалось — в 1925 г. театр снова сгорел, но вскоре был восстановлен. А на случай нового пожара для бесперебойного снабжения водой рядом построили подземных бассейн с красивым фонтаном над ним: вала мощными насосами подается в фонтан, а оттуда снова стекает в бассейн.

Коварство лёсса

Но не только пожары угрожали одесскому оперному театру. С первых же дней над ним нависла другая, не менее серьезная опасность, о которой вряд ли догадывались многочисленные посетители.

Уже вскоре после завершения строительства здание начало деформироваться. В его стенах появились сквозные вертикальные трещины, достигавшие местами 5 см, трескались поперек перекрытия, проседал пол вестибюля. Нивелирование, проведенное в 1900 г., показало, что вся правая сторона театра, обращенная к морю, заметно осела — местами более чем на 20 см. В 1902 г. здание пытались укрепить: фундамент расширили, под правой частью устроили бетонную подпорную стенку. Однако осадка продолжалась, появлялись все новые трещины. К 1950 г. правая сторона здания осела уже на 32 см, заметно деформировались металлические стропильные фермы, поддерживающие купол, а концы их стали выходить из своих гнезд.

А все дело в том, что оказался ненадежным грунт, на котором возведен театр. Фундаменты театра опираются на мощный, 8-11-метровый слой лёсса — породы, известной своим коварством. Лессовые грунты чрезвычайно пористы. Образующие их твердые частицы разделены обширными пустотами, на долю которых приходится почти половина объема грунта — до 46%. Правда, при обычных условиях частицы соединены между собой довольно прочными связями и могут выдержать немалые нагрузки. На таких грунтах построены, например, египетские пирамиды, благополучно простоявшие не одно тысячелетие.

Однако положение резко меняется, стоит только в лёссовый грунт проникнуть воде (что в египетской пустыне случается, естественно, редко). Около 20% массы лёсса приходится на глинистые частицы. В сухом виде они прекрасно цементируют грунт, но если его намочить, эта способность напрочь теряется, грунт становится похожим на сметану и начинает «ползти». Теперь даже при самом небольшом давлении поры в лёссе начнут смыкаться, он будет уплотняться, и возникнут просадки.

Есть в инженерной геологии такой параметр грунта — число пластичности: у песка, например, оно равно нулю (а еще говорят, что не надо строить лом на песке - прекрасный грунт, между прочим). Для обычно встречающихся земляных грунтов число пластичности составляет 10 — 12, а для грунта. лежащего в основании одесского театра, доходит до 19. Коэффициент просадочности его достигает 0,05 — это значит, что метровая толща лёсса, промоченная водой, может осесть на целых 5 см. Если руководствоваться действующими строительными нормами, то допустимая нагрузка на такой грунт не должна превышать 1,8 кг/см'. Строители же театра, поставившие на лессовое основание махину 30-метровой высоты весом почти в 40 тысяч тонн, этих норм не знали, и фактическая нагрузка на грунт доходит здесь до 4 кг/см.

Все это было бы не страшно, если бы в грунт не проникала влага. Но Одесса — не египетская пустыня, там и дожди случаются, и снег выпадает. Подтекает вода из водопровода и канализации. Правда, еще в 1909 г. керамические канализационные трубы, проходившие поблизости от театра, заменили металлическими, но полной герметичности все равно не добились А самую роковую роль сыграл, по-видимому, противопожарный бассейн, устроенный рядом, — уж из него-то вола просачивалась в грунт в изрядных количествах Лучше всего было бы, конечно, проступать всю толку лёсса, подстилающую фундамент, и сделать так. чтобы больше в нее вода не поступала, — но это. ясное дело, нереально. Для спасения уникального здания нужно было принимать срочные меры.

Как жидкое сделать твёрдым?

Вообще говоря, существует много разных способов уплотнения просадочных грунтов. Вплоть до самых экзотических. Например, термическая обработка: бурят скважины, ставят над ними мощные газовые горелки и раскаленные продукты горения вдувают в скважины. Вокруг них происходит, по существу, обжиг лесса. он превращается в некое подобие кирпича — после этого никаких просадок быть уже не может Но тут этот способ явно не подходил пришлось бы на время превратить театральное здание в печь для обжига, и что бы стало тогда с его интерьерами и всей «начинкой»".

В некоторых случаях. чтобы уменьшить пористость лёсса — главную причину просадок, — в него вводят. опять-таки через скважины, расплавленный битум. или соли, или известь, которые заполняют поры Чтобы укрепить грунт под театром, одесские строители выбрали один из вариантов этого способа, когда для заполнения пор в грунт вводят раствор силиката натрия — жидкое стекло, то есть хорошо всем известный силикатный клей.

Обычно это делают так. Жидкое стекло по трубам нагнетают в толщу лесса, оно пропитывает грунт, а потом туда по тем же трубам подают отвердитель — вещество, которое вступает с силикатом натрия в реакцию, образуя нерастворимые в воде продукты. Они и заполняют поры в лёссе, он становится более водоустойчивым и прочным.

В качестве отвердителя применяют, например. хлористый натрий, алюминат натрия, кремнефтористоводородную или ортофосфорную кислоту, и называется этот способ двухрастворной силикатизацией. Принцип тут, в сущности, тот же, что и при использовании бинарного химического оружия, когда два вещества, сами по себе безвредные и безопасные в обращении (в данном случае — растворимые и удобные для закачки в грунт), реагируя между собой в нужный момент и в нужном месте, дают соединение ядовитое (в данном случае — нерастворимое и заполняющее поры).

Но оказалось, что здесь этот способ можно сще и значительно упростить. Дело в том, что в одесском лёссе содержится довольно много сернокислого кальция. Он сам способен реагировать с силикатом натрия — получается нерастворимый гидрат окиси кальция, на котором адсорбируется анион кремневой кислоты, образуя опять-таки нерастворимый гель.

Отверждение происходит довольно медленно — за это время закачиваемый в грунт раствор успевает распространиться во все стороны довольно далеко от места закачки. И когда он затвердевает, образуется колонна твердого грунта — нечто вроде сваи более чем метровой толщины. На таких сваях может покоиться самое тяжелое сооружение, не боясь просадок.

Подобный способ силикатизации, когда отвердителем служит сам грунт, — он получил название однорастворного — разработал в московском институте «Фуцдаментпроект» доктор геолого-минералогических наук В В.Аскалонов. Этот способ еще в 1949 г. успешно применили при восстановлении Днепровского алюминиевого завода в Запорожье, где нужно было закрепить лёсс под 120-метровой железобетонной трубой, а в 1950 г, точно так же уплотнили грунт под одним из цехов Южнотрубного металлургического завода в Никополе.

Спасение театра

Работы по спасению театра начались в конце 1955 г. По всему периметру здания проделали 2300 скважин, в которые опускали специальные трубы-инъекторы диаметром 38 мм с перфорированной нижней частые — через нее раствор нагнетали в грунт. Закрепление шло в несколько приемов: трубу сначала погружали на 130 см, закачивали некоторое количество раствора, потом проходили еше столько же, закачивали новую порцию, и так далее по всей толще лесса. Напротив театра, во дворе жилого дома, устроили целый заводик, где из силикат-глыбы (твердого силиката натрия) готовили раствор для закачки, который по трубам подавали к скважинам.

План фундамента театра. точками показано расположение иъекционных скважин, через которые в грунт нагнетался раствор силиката натрия

Не обошлось без сюрпризов. В одном месте инъекторы, погрузившись на метр-два, дальше не пошли. Когда здесь выкопали шурф, чтобы посмотреть, в чем дело, оказалось, по трубы уперлись в какой-то бутобетонный массив Как выяснилось, это была та самая подпорная стенка, которую устроили еще в 1902 г. при первых признаках просадок. Чтобы пройти этот массив, пришлось прибегнуть к помощи бурильных станков.

В общей сложности в грунт под театром закачали 5 400 000 л раствора; чтобы перевезти такое количество, понадобилось бы 360 самых больших автоцистерн. Объем закрепленного грунта составил более 15 000 куб.м — в таких масштабах силикатизация грунта была применена в нашей стране впервые.

Стеклянные колонны - монолиты закреплённого грунта

Результаты превзошли все ожидания. Когда образцы закрепленного лесса подвергли лабораторным испытаниям, оказалось, что они способны выдержать нагрузку до 38 кг/см. Лёсс стал крепче камня — во всяком случае, крепче ракушечника, из которого построена почти вся Одесса: его предел прочности не превышает 15 кг/см.

Правда, высказывались опасения, что с течением времени кремнезем будет понемногу выщелачиваться из лёсса грунтовыми водами и это приведет к потере прочности. Однако неоднократно повторявшиеся с тех пор вплоть до 1992 г испытания неизменно показывали, что опасаться нечего: и механические свойства закрепленного грунта, и его химический состав остаются постоянными. Наглядным подтверждением этого могут служить несколько монолитов, которые вот уже больше 35 лет хранятся в Одессе прямо на открытом воздухе и до сих пар не претерпели никаких изменений.

Вскрытие грунта под зданием театра контрольными шурфами показало, что лёсс закреплен на всю глубину, до подстилающей его толки красно-бурых глин трехметровой мощности. Эти глины прочны, водонепроницаемы, не просаживаются и могут служить зданию надежным основанием. О том же говорят и данные многолетнего высокоточного нивелирования: сразу после завершения работ осадка здания прекратилась и больше не возобновлялась.

Теперь стала возможной и реставрация одесского театра, в которой он давно нуждался. В 60-х rr. в нем были восстановлены в первозданном виде все детали интерьеров, от мозаичных полов до обойных гвоздиков XIX столетия и позолоты, на которую ушло почти 10 кг чистого золота. Театр был полностью переоборудован в соответствии с современными требованиями, в нем установили кондиционеры, автоматический режиссерский пульт, электронной регулятор освещения и даже орган.

Фронтон центрального портика театра украшает мраморная лоска с несколькими надписями, отражающими важнейшие события в его истории. Первая из них — MDCCCLXXXIVMDCCCLXXXVII — запечатлела годы строительства театра. 1884 — 1887. Вторая — ARDEBATAM (горел) ANNO MCMXXV — напоминает о пожаре театра в 1925 г. Третья — RESTITUTUM (восстановлен) MCMLXVII появилась там в 1967 г. после окончания реставрации. Но сама реставрация стала возможна только после того, как строители, укрепив основание театра, спасли его от разрушения. И к надписям на фронтоне вполне можно было бы добавить еще одну: FIRMATUM (укреплен) MCMLVI.

Д.Е.Аршакуни, канд.техн.наук
А.М.Железко, канд.хим.наук

Статья подготовлена в содружестве с порталом о технологиях строительства и истории архитектуры:
Формула строительства