Устойчивость Ново-Афонского монастыря в Абхазии определили геофизики Сибири

 Ново-Афонский монастырь

В 1875 году православные монахи Пантелеимонова монастыря получили территорию у подножия Афонской горы для создания нового монастырского комплекса. Чтобы подготовить площадку и начать строительство, рабочим пришлось выровнять природный срез в горе, вывезти тысячи тонн земли и горной породы. Так как место будущего монастыря находилось на возвышенности и не имело удобных подъездных дорог, это вызывало дополнительные сложности. Во время Русско-турецкой войны 1877—1878 годов незавершенная обитель была разграблена турками, но после окончания боевых действий возведение храмовых построек продолжили. К 1900 году монастырь был полностью готов и освящен, а император Александр III в качестве подарка привез музыкальные куранты, которые сейчас располагаются в самой высокой башне и работают до сих пор.

Монастырь находится на склоне горы и включает несколько сооружений. Расположение комплекса повышает риск возникновения оползней, а под землей находится система осушающих обводных тоннелей — в этих местах воздействие воды также приводит к потере устойчивости фундаментов. Для оценки состояния построек и проведения совместных исследований директор Института экологии Академии наук Абхазии кандидат биологических наук Роман Саидович Дбар пригласил группу новосибирских ученых, чтобы с помощью геофизических методов определить остаточный ресурс зданий и других инженерных сооружений. Специалисты изначально разрабатывали и использовали технологии для работы в северных регионах, поэтому их заинтересовало предложение опробовать свои методы в других природных условиях.

 Места установки сейсмодатчиков

«В данной работе мы применили два метода, один из них сейсмический: метод стоячих волн, основанный на изучении собственных колебаний какого-либо объекта. На сооружении устанавливаются трехкомпонентные геофизические датчики, которые собирают и фиксируют информацию о частоте и амплитуде колебаний. Имея сеть таких датчиков, можно локализовать зону, где произошло изменение напряженно-деформированного состояния, возникающего под воздействием внешних факторов, — рассказывает директор НИЦ “Экология” СО РАН, старший научный сотрудник лаборатории эколого-экономического моделирования техногенных систем ИНГГ СО РАН кандидат технических наук Николай Викторович Юркевич. — Второй метод — электротомография. С помощью геофизической станции и кабелей с электродами, через которые проходит ток, считывается удельное электрическое сопротивление. Таким способом мы получаем геоэлектрический разрез, на основе которого можно сделать выводы о наличии аномальных зон в структуре объекта». 

Ученые исследовали замкнутый периметр вокруг храмового комплекса, собор Святого Пантелеимона, колокольню с курантами, жилые строения монахов, обе подпорные стены и оценили устойчивость всех сооружений. По словам сибирских геофизиков, обе технологии изучения дали практически одинаковые результаты. Там же, где метод стоячих волн показал потерю устойчивости по частотному диапазону собственных колебаний объекта, с помощью электротомографии обнаружили потенциальные места обводнений. Остаточный ресурс собора Святого Пантелеимона составил 86 %, остальных сооружений — более 74 %. По нормативам строительных норм и правил (СНиП) безопасная эксплуатация объектов гарантируется при остаточном ресурсе, превышающем 50 %.

С помощью этих же технологий геофизики изучили и другие объекты, которые в перспективе могут столкнуться с проблемами. Ученые провели оценку состояния Гальской ГЭС с полностью грунтовой дамбой, созданной без использования цементирования или свайных решений. Уровень воды в Гальском «море» меняется в течение дня более чем на метр в естественных условиях работы. Выяснилось, что возникают проблемы с обходной фильтрацией и обводнениями — это может привести к разрушениям насыпной конструкции дамбы и протечкам.

Другой интересный объект — Гумистинский мост, который подвергался во время боевых действий 1992—1993 годов значительному воздействию. Он находится в ущелье и стоит на высоких свайных опорах. Ученые прошли с датчиками по всей длине моста и выявили проблемы устойчивости двух опор. Мост остается основным путем через реку Гумисту, ведущим в город Сухум, и является стратегическим сооружением. В планах правительства республики — строительство новой переправы.

 Измерения Гумистинского моста

Сухумский маяк — еще одно важное сооружение, он был установлен в 1861 году и сегодня продолжает функционировать. Так же как и Ново-Афонский монастырь, маяк пострадал во время Русско-турецкой войны: отступающие турки попытались завалить его с помощью троса, с тех пор он стоит под наклоном и держится на растяжках. Ученые посчитали физическую нагрузку на каждую из растяжек и установили остаточный ресурс здания. Из восьми опор две потеряли устойчивость.

Также геофизики провели оценку здания Совета Министров АССР, которое сейчас заброшено и никак не используется, и действующего Абхазского государственного университета — оба объекта оказались устойчивыми, но имеют определенные риски, связанные как с нарушением целостности несущих конструкций, так и с обводнением грунтов основания.

«В идеале методом стоячих волн необходимо проводить постоянный мониторинг потенциально опасного сооружения, потому что существуют сезонные колебания, которые нужно фиксировать. Мы работаем над тем, чтоб перейти от качественных обследований к количественным. Данные, полученные с помощью электротомографии, важно правильно интерпретировать, так как здесь еще нужно обращать внимание на различные геохимические процессы. Остаточный ресурс — характеристика нелинейная. Нельзя утверждать, что каждый год уровень устойчивости какого-либо сооружения падает на определенный процент. При возникновении природных или же технических обстоятельств износ объектов может увеличиваться на десятки процентов, и наоборот — в стабильных климатических и физических условиях устойчивость сохраняется. Помимо геофизических работ, собраны пробы для геохимических и гидрохимических исследований ряда техногенных объектов и фоновых территорий. В будущем мы надеемся продолжить работы с Академией наук Абхазии в этом же направлении и совершенствовать наши технологии», — заключил Н. В. Юркевич.