Амстердам на сваях

Увлекательную историю о строительстве домов в столице Нидерландов представляет рассказ, который написал архитектор Ханс Ридайк,  специально для сайта “Holandia bez tajemnic”. Мы хотим выразить огромную благодарность этому человеку. Мы также благодарны Япу Гинсену за его помощь в оформлении этой статьи.

«Амстердам – большой город, который построен на сваях.

Когда этот город рухнет, кто за это заплатит?»

В оригинале:

Amsterdam, die grote stad is gebouwd op palen . . .
. . . en als die stad eens ommeviel, wie zou dat betalen?

Так гласит старое стихотворение, которое относится к временам строительства королевского дворца в Амстердаме по проекту архитектора Якоба Ван Кампена и инженера Даниэла Столпэрта, его строили  с 1648 по 1665 год (время строительства – 17 лет!) Под дворцом насчитывается 13657 свай. Для того времени это было огромное сооружение, которое, впоследствии, стали считать одним из чудес света.

Королевский дворец в Амстердаме / фото: Диего Дельсо

Но почему Амстердам, столица Нидерландов, на самом деле построен на сваях? Само слово Нидерланды буквально переводится как низкая местность. Тысячи лет назад в этих местах мало кто проживал потому, что здесь было очень мокро и сыро. С севера и запада Северное море свободно господствовало над низкой местностью, а с востока и юга реки Рейн,  Мёз  и Эйссел питали голландскую дельту. Настоящая битва с водой в Нидерландах началась только после наступления нашей эры. Низменная территория Нидерландов представляла собой преимущественно торфяники. Органическая грязевая суспензия включала в себя корни растений и другой растительный мусор, который остался от бывшего торфяного болота. Между толстыми слоями торфа есть также прочные слои глины и песка.  Глинистые слои обычно откладываются реками, а слои песка в большинстве случаев – морем. When such a sponge is subjected to pressure, water leaks out and the sponge reduces its volume.

Рисунок 1: Слой торфа похож на заполненную водой губку

На западе и севере Нидерландов многие города построены на болотистой почве. Торфяники могут легко деформироваться, в результате чего строящиеся на них сооружения медленно погружаются в болотистую почву. Первыми постройками, которые сооружались на торфяных почвах, часто были легкие деревянные конструкции.  Каркас первых домов часто облицовывался деревом или другими легкими материалами, такими как солома, которая покрывалась глиняной штукатуркой. Средневековые города на западе и севере Нидерландов состояли, в основном, из деревянных домов. Таких деревянных домов осталось очень мало. В Амстердаме их всего два. Большинство деревянных домов были разрушены  временем. Часто большие пожары превращали старый город в пепел.

Рис. 2: Первые здания были построены на ветках деревьев и коровьих шкурах

После Средневековья были изданы строительные правила, которые предписывали, что здания больше не могут быть покрыты горючим материалом. Это были требования безопасности для предотвращения распространения возможного пожара, и тем самым они защищали от катастроф.

Намного более крупные здания, часто из кирпича и покрытые черепицей, легко разваливались в болотистой торфяной почве. Чтобы этого избежать, нужны были новые технические решения. Средневековые здания, стоящие  на торфяниках часто сооружались на стволах деревьев, ветвях ивы и даже на коровьих шкурах, которые  хорошо сохранялись в кислой торфяной почве.

Основания ранних построек были, в основном, из дерева. Деревянные конструкции, как правило, довольно гибкие. Несмотря на это основание из коровьих шкур, веток и стволов деревьев, здания разрушались или со временем медленно погружались в торфяную почву. Благодаря такому гибкому древесному основанию и применению жирного, богатого известью вязкого кладочного раствора, с помощью которого   склеивались  между собой кирпичи, процессы оседания конструкции (иногда даже очень локальные) происходили без большого количества трещин. Современные методы строительства гораздо менее гибки и приводят к тому, что здание, которое дало усадку, почти всегда в трещинах. Идеально, если можно построить здание на твердой и прочной почве. Необходима была подходящая поверхность, на которой можно возвести большие здания, которые не осядут. Основа, на которой стоит здание ведет себя действительно хорошо и не проседает, но песчаная почва обычно также обеспечивает подходящую основу для здания.

Что такое песок?

Песок состоит из песчинок. Песчинки, на самом деле, являются крошечными каменными блоками. Когда-то каждая песчинка была частью пещерной скалы. Скалы, лежащие на поверхности, постоянно подвергаются выветриванию и эрозии от воды и ветра. Cужение и расширение скалы под влиянием разницы температур способствуют процессам выветривания и размывания, растения также способны отрывать своими корнями крупные куски руды.  Когда эти куски камней вымываются в реки или в море, они затем разбиваются абразивным действием воды, содержащейся в них,  на гравий и песок. Таким образом, валуны становятся галькой, галька – гравием, гравий – песком.

Различные виды песка

Существует большое разнообразие видов песка. Песок бывает различных цветов, разного размера, формы и состава, который есть в голландской почве. Кроме того, на него можно смотреть по-разному. Строитель будет следить за всеми другими свойствами, чтобы понять, подходит ли конкретный песок для строительства, а геолог посмотрит иначе. Геолог смотрит на состав и структуру, чтобы выяснить, откуда берется песок и какой он по структуре.

Полезно обратить внимание на одно из важнейших свойств песка: песчинка, в отличие от органического материала, не сжимается; а песчинки часто находятся близко друг к другу. Если вес давит на слой песка, т.е.  вертикально направленная  сила F, песчинки в этом слое песка передадут данную силу на следующий за ним слой песка. Чем глубже слой песка, тем меньше данная сила F. Сила довольно равномерно распределена в песчаном грунте. Таким образом, можно предположить, что песчаная почва пригодна для строительства.

Рисунок 4: Здание, построенное на песчаной почве, часто остается в хорошем состоянии даже по истечении длительного времени.

Здание, которое было построено на песчаной почве, обычно не проседает и часто все еще стоит крепко, без трещин много лет спустя. Так как слой песка достаточно толстый, можно построить конструкцию без фундамента. Здание прочно стоит «своими ногами» в песке. Мы говорим, что здание основано «на стали». Этот термин происходит из старого германского языка и фактически означает «расположенный на твердой поверхности». Здание, построенное на песке, обычно имеет увеличенное основание. Тогда вес здания еще лучше распределится.

Рисунок 5: Деревянные палисады в воде строились вручную, с применением человеческой рабочей силы

Техника подгонки свай под фундамент здания была известна уже во времена Римской империи, примерно в начале нашей христианской эпохи. Но в четвертом веке Римская империя была в бедственном положении и   развалилась, а эта техника строительства, как и многие другие технические достижения, такие как использование цемента, была потеряна в средневековье. Использование деревянных опор было вновь восстановлено, когда некоторые религиозные ордена занимались обустройством морских дамб, и они должны были применять палисады в многочисленных местах насыпей, часто в  заболоченных почвах, чтобы держать дайки на месте и на высоте. Эти деревянные опоры (ряд опор является палисадом) подгонялись с помощью чрезвычайно сложных приспособлений и техник и устанавливались на дне моря. Первоначально, конечно, все делалось вручную. Первые коперы для забивки свай были разработаны во время промышленной революции в начале 19 века. Эти первые коперы использовали  паровую энергию. Современные машины чаще всего работают на дизельном топливе.  Многие молоты в настоящее время также управляются гидравликой.  Принцип работы копера для забивки свай очень прост: свая забивается тяжелым стальным или каменным блоком, и она погружается в грунт до тех пор, пока не достигнет твердого слоя.

В настоящее время существует много различных методов для получения свайного фундамента в земле. Есть также много различных видов и форм свай для разнообразного применения в строительстве. Большинство используемых в настоящее время свай сделаны из бетона. Они чаще всего вбиваются в землю, но есть также методы, при которых отверстие в земле просверливается до несущего слоя песка, на котором  будет стоять здание. Это отверстие сначала проделывается и укрепляется стальной арматурой внутри углубления. Затем грунтовые воды в яме замещаются особым типом бетона, который затвердевает под водой.  Такие сваи называются набивными. Однако на заболоченных участках все еще используются деревянные сваи потому, что они недорогие и прочные. Главным плюсом использования деревянных свай из хвойных пород,  особенно часто в северной Европе, служит то, что их верхнюю  часть располагают ниже уровня грунтовых вод. Так что они будут сохраняться в течение столетий под воздействием слабокислых грунтовых вод.

Рисунок 6: Фрагменты деревянной и бетонной сваи

На рис. 6 показаны фрагменты двух наиболее часто используемых свай: деревянная свая и бетонная свая. Деревянная свая часто представляет собой длинное скандинавское или европейское хвойное дерево. Бетонная свая представляет собой сборную или заводскую фундаментную сваю. Армирование бетонной сваи производится из стали.  Присутствие стали придает свае способность принимать на себя силу растяжения.  Без этого стального подкрепления, сила почти всегда бы ломала  бетонную сваю.

Рисунок 7: Технический чертеж фундамента с деревянными сваями

Этот технический чертеж показывает, как обычно применялись деревянные сваи: они забивались в землю в два ряда, а сверху устанавливалось деревянное перекрытие так называемое  kesp (на Голландский).  На этом деревянном перекрытии, которое укладывалось  под грунтовыми водами, размещалось здание. В этом случае, так же, как на песчаной почве, используют расширенное основание, чтобы распределить вес всего здания.

Рисунок 8: В 17 веке конструкция здания сооружалась на первом слое песка, в настоящее время – на втором

Техника забивки свай вручную не позволяла забить сваи глубже первого слоя песка. Этот песчаный слой расположен в Амстердаме на глубине около 14 метров. Этот первый слой песка тоньше, чем слои песка, которые лежат на большей глубине. Первый слой песка находится на ряде участков, которые пострадали от воздействия древних ледников. В настоящее время в Амстердаме бетонные сваи обычно забиваются до второго слоя песка, который находится на глубине около 20-25 метров. В некоторых местах в Амстердаме и вокруг него, однако, даже второй слой песка по геологическим последствиям поврежден, и строители вынуждены сооружать здание на вершине третьего слоя песка глубиной 60 метров. Это всегда происходит при использовании техник бурения, и они являются очень дорогими. Глубина залегания различных слоев песка в Нидерландах варьируется в зависимости от региона.

Фото 9: По-прежнему применяются устойчивые деревянные сваи

В основном, используются заводские бетонные сваи. На фото 10 стальная арматура находится на верхнем конце свай. На заднем плане располагается копер с дизельным блоком.