В 1818 году Монферран, следуя указанию Александра I, составил проект, который предусматривал сохранение большей части ринальдиевского собора (алтарной части и подкупольных пилонов). Разборке подлежали колокольня, алтарные выступы и западная стена ринальдиевского собора, сохранялись подкупольные опорные пилоны южной и северной стен. С северной и южной сторон предполагалось возвести колонные портики. Собор должны были венчать один большой купол и четыре малых по углам. Высота сводов оставалась прежней, и это обстоятельство усложнило разработку проекта, а общая композиция здания отличалась диспропорцией: монументальный портик, большая центральная глава, дополненная поставленными по углам малыми «придавили» его. Проект собора в этом виде был утверждён императором в 1818 году. В издании своего проекта от 1820 года Монферран поместил изображение интерьера собора, дающее неверное представление о его внутренней перспективе: барабан с подоконными нишами не был бы виден с того места, где находится зритель.
Как отмечает в своей монографии Н. П. Никитин, Монферран при создании проекта взял за образцы здания парижских Пантеона (купол с колоннадой, портик, решение внутренней обработки) и Дома инвалидов (конструкция перекрытия купола). Проект Монферрана (в части архитектурной композиции, но не декора здания) представлял собой не оригинальное произведение, а компиляцию, что было в обыкновении у многих, даже самых крупных архитекторов того времени.
Стремясь сохранить собор Ринальди, Монферран предусмотрел увеличение размеров здания только в направлении восток-запад, таким образом, в плане оно стало прямоугольным с соотношением сторон 4 к 7. Четыре новых пилона увеличили ширину здания на ширину поперечного нефа. С учётом же новых портиков в плане получился почти равноконечный крест. Два старых пилона, получивших усиление с западной стороны, и два новых становились опорой для купола. Ринальди запроектировал главу с диаметром, равным стороне квадратного основания, Монферран поставил на то же основание новую главу, диаметр которой равнялся уже диагонали квадрата. Таким образом, барабан новой главы повисал над сводами боковых нефов. Вместе с колоннами, окружавшими барабан, диаметр новой главы был на две трети больше, чем главы ринальдиевской.
Руководство строительством возлагалась на специальную комиссию. Её председателем был член Государственного совета граф Н. Н. Головин, членами — министр внутренних дел О. П. Козодавлев, министр духовных дел и народного просвещения князь А. Н. Голицын, инженер А. Бетанкур.
Организация работ, вся хозяйственная часть строительства возлагалась на комиссию (согласно положению о комиссии, утверждённому лишь в июле 1820 года), руководство собственно строительными работами, решение всех технических вопросов и руководство действиями архитектора — на Бетанкура. Контроль за качеством материалов доверялся архитектору. Для их приёмки и хранения назначался особый комиссар. Бетанкур, занятый работой на других объектах, часто отлучавшийся из Петербурга, ограничился посещением заседаний комиссии и решением вопросов по устройству оснований и фундаментов здания.
26 июня 1819 года состоялась торжественная закладка нового собора.
В 1820 году Монферран выпустил альбом с 21 гравированной таблицей. К двум своим планам, оставшимся без изменений, он добавил продольный разрез, генеральный план, проект церкви, разработанный Ринальди, а также проекты стенной живописи, два перспективных вида и изображение интерьера. Проект снова привлёк внимание специалистов. С его резкой критикой вступил архитектор А. Модюи, бывший одним из членов «Комитета по делам строений и гидравлических работ». 20 октября 1820 года он представил записку в Академию художеств с замечаниями к проекту 1818 года. К записке прилагались чертежи, демонстрирующие ошибки Монферрана.
Модюи ходатайствовал о прекращении всех строительных работ, кроме каменотёсных и по разборке тех частей сооружения, которые были предназначены к сносу. 14 июня 1821 года на заседании Академии художеств было объявлено о создании специального комитета по рассмотрению замечаний Модюи. На первом заседании комитета (в августе 1821 года) были заслушаны два письма Модюи (Голицыну об остановке работ и Оленину о вопросах, поднятых в замечаниях к проекту, требующих первоочередного рассмотрения), его записка и возражения на неё Монферрана. Было решено рассмотреть утверждённые планы, фасады и разрезы здания и обследовать само здание в присутствии Монферрана. Первый осмотр постройки состоялся 15 августа.
Суть замечаний Модюи, имевших большой резонанс, сводилась к трём основным пунктам: сомнения в прочности фундамента, опасность неравномерной осадки здания и неправильное проектирование купола, размер которого превышал допустимые пределы и возможность обвала купола, опирающегося на разные по времени постройки пилоны.
По мнению Модюи, Монферран не имел должной квалификации и опыта для работы над таким серьёзным проектом и, приступая к нему, не понимал, с какими трудностями сопряжено его воплощение. Далее Модюи отмечал, что, приступив к перестройке здания, Монферран не имел должного представления о существующих фундаментах, не знал, на какую глубину нужно будет закладывать новые, и собирался их выполнить из бутовой плиты — способом, не подходящим для такого сложного сооружения. Согласно ответу Монферрана, он осматривал фундаменты под северным углом здания, а также с одним из членов комиссии исследовал погреба. В вопросе о забивке свайного фундамента под оба крыльца вновь сооружаемых портиков, что, по мнению Модюи, было излишним и повлекло за собой «ненужный крупный расход», комитет счёл действия архитектора верными.
Как считал Модюи, четыре пилона, на которые опирался фонарь с куполом третьего собора, оставить было «почти невозможно», так как фундамент под «вспомогательными опорами» не выдержит нагрузки существующих пилонов. Два старых пилона и два вновь сооружённых, по замыслу Монферрана, должны служить опорой для нового фонаря и купола. Модюи указывал, что пилоны, сооружённые в разное время, будут иметь неравномерную осадку. Комитет посчитал, что при сохранении под существующими пилонами старых фундаментов возведение тяжёлого каменного купола небезопасно по причине неравномерной осадки.
Узнав о выводах комитета, Александр I поручил ему заняться исправлением проекта, соблюдая при этом условие «сохранения, если так можно, существующих стен, а более того старых и новых фундаментов». Также предписывалось сохранить основные черты проекта Монферрана — пять глав и колонные портики. Решение внутреннего пространства собора, главного купола, освещённости здания предоставлялось на усмотрение комитета. Монферрану разрешалось участвовать в работе на общих основаниях. В этом конкурсе помимо самого Монферрана участвовали архитекторы В. П. Стасов, А. И. Мельников, А. А. Михайлов-старший и другие.
По итогам конкурса Комитет не смог принять никакого решения: проекты были переданы на рассмотрение Александру I. Последний, вероятно, понял, что поставил перед архитекторами неразрешимую задачу, и не дал никаких распоряжений. В работе Комитета наступил перерыв, продолжавшийся до февраля 1824 года, когда появился указ о продолжении проектных работ. В нём снова были повторены условия императора, уступкой стало разрешение изменить удлинённый план (предложенный Монферраном) на квадратный, что давало некоторый простор для работы архитекторам, но требовало демонтажа части уже построенного фундамента. Разрешено было также разобрать восточные пилоны, что способствовало увеличению подкупольного пространства и созданию конструктивно верной связи барабана с куполом. Таким образом начался второй этап конкурса на исправление проекта, в котором принял участие и сам Монферран. Он изучил конкурсные проекты и переработал свой, взяв некоторые решения из проектов Михайлова 2-го и Стасова, а также предложил свои идеи, исправляя ошибки прежнего проекта. Императору исправленный проект Монферрана был предоставлен 9 марта 1825 года, он и был утверждён 8 апреля этого же года.
Новый проект Монферрана, исправленный и дополненный, был снова признан лучшим и утверждён Александром I 13 апреля 1825 г. Комиссия по строительству была реорганизована — в неё вошли члены упразднённого комитета по рассмотрению замечаний Модюи. Были учтены ошибки прошлых лет: работы по возведению собора уже не велись широким фронтом, разрабатывались рабочие чертежи (чего ранее не делалось), составлялись календарные планы и сметы (ориентировочные, сроком на один год, общая же стоимость строительства так и не была определена). В новом проекте был увеличен главный купол, а четыре малых звонницы фиксировали углы центрального квадрата. Лёгкая удлинённость базиликального плана с тремя нефами была искусно замаскирована четырьмя симметричными портиками. В результате храм приобрёл более традиционный для православия пятиглавый вид, но внешняя симметрия далась ценой потери выступа алтарной апсиды в восточной части. Монферран учёл советы и замечания крупнейших русских архитекторов, инженеров, скульпторов и художников. По его новому проекту собор оформлялся четырьмя колонными портиками (в проекте 1818 года их было лишь два — южный и северный). Центральная часть собора подчёркивалась подкупольным квадратом, образованным четырьмя новыми опорными пилонами, поставленными шире остальных. Благодаря этому главный купол чётко вписывался в квадрат пилонов и исключалось его провисание. По углам основного объёма устанавливались четыре колокольни, как бы врезанные в стены. Теперь они располагались ближе к центральному куполу, чем в предыдущем проекте. Этим ещё более усиливалось квадратное построение собора, его общий вид стал более компактным, уравновешенным, центральный купол стал главенствовать в композиции. Симметричные портики позволили объединить главный с художественной точки зрения северный фасад, обращённый к Неве и Медному всаднику, и основной, по канонам церкви, западный фасад, где находится вход в храм. Северный и южный портики с тремя рядами колонн (в отличие от однорядных западного и восточного) повторяют по идее Монферрана в увеличенном размере колонный портик римского Пантеона (118—120 гг. н. э.) как самого знаменитого сооружения античности. По распоряжению президента Академии художеств А. Н. Оленина, поддержавшего эту идею, из Рима выписали слепки капителей коринфского ордера Пантеона, они прибыли в Петербург в 1828 году.
Работы по сооружению фундамента начались ещё в 1818 году, по первому проекту Монферрана. Сложные технические вопросы должен был решать Бетанкур, но, занятый на строительстве других объектов вне Петербурга, он не мог входить во все проблемы, возникающие по ходу строительства. Таким образом, Монферран, не бывший инженером, на которого изначально были возложены авторский контроль за качеством материалов и строительства работ, был поставлен в сложное положение. В сферу его обязанностей не входили вопросы снабжения и организации строительных работ, и он добивался у Комиссии расширения полномочий и большей самостоятельности, к 1819 году это ему удалось.
Строительство началось с разборки существующих полукруглых апсид и подготовительных работ для возведения новых частей фундамента. Монферран подчёркивал, что новые фундаменты нужно возвести до уровня гранитной базы, обеспечивая таким образом равномерную осадку здания. На первый год строительства он запросил 506 300 рублей, предполагая, что в течение лета будет добыто достаточно камня для возведения в следующем году фасадов здания до уровня антаблемента.
Под новые части фундамента были вырыты траншеи, из которых выкачивали воду. Затем в грунт вертикально вбивали просмолённые сосновые сваи[36] диаметром 26—28 см и длиной 6,5 м. Расстояние между сваями в точности соответствовало их диаметру. Сваи забивали в землю тяжёлыми чугунными бабами с помощью во́ротов, приводимых в движение лошадьми. По каждой свае делали десять ударов. Если после этого свая не входила в землю, то её с разрешения смотрителя обрезали. После этого все траншеи были соединены между собой и залиты водой. Когда вода замёрзла, сваи были спилены под один уровень, рассчитанный от поверхности льда. По словам Монферрана, под фундамент было забито 12 130 еловых свай.
При устройстве фундамента Монферран применил сплошную кладку, так как считал, что «для фундаментов крупных зданий сплошная кладка предпочтительнее любого другого вида его выполнения, особенно… если здание строится на плоском и болотистом грунте…» Это позволило также лучшим способом связать старый ринальдиевский фундамент с новым и в значительной мере гарантировало здание от опасных последствий осадки.
Вырубку гранитных монолитов для колонн собора вели в каменоломне Пютерлакс недалеко от Выборга. Эти земли принадлежали помещице фон Экспарре. Преимуществами именно этого места для каменоломни были большой запас гранита, близость Финского залива с глубоким фарватером и почтового тракта. Вот что отметил в своём дневнике Монферран, впервые посетив каменоломню: «Удивление, которое мы испытывали, когда увидели… гранитные скалы, было, конечно, велико, но оно сменилось прямо восхищением, когда позже мы любовались в первом карьере семью необработанными ещё колоннами…»
Работами на каменоломне вначале руководил купец Самсон Суханов, который участвовал также в работах по созданию Ростральных колонн и Казанского собора. Суханов по договору от января 1819 года выступал как производитель работ, однако уже в мае этого же года часть подряда на заготовку колонн была передана купцу Шихину. Позднее подряд был полностью отдан Шихину. В сентябре 1820 года первая колонна для собора была доставлена в Петербург.
Метод выломки монолитов гранита, применявшийся в Пютерлаксе, описан в 1824 году Олениным, который посещал ломки вместе с Монферраном и Стасовым. На отвесной гранитной скале находились подходящие по размеру монолиты (длиной не менее 8 саженей и шириной в 1 или 2, если из монолита предполагалось изготовление двух колонн) без видимых недостатков. Слои гранита в Пютерлаксе разделялись между собой прослойками земли (их называли рупазами) шириной около полудюйма. Отмечался контур заготовки, затем по ширине будущей колонны «сверлили» отверстия железными бурами с заострёнными концами (их длина колебалась от 3/4 до 2 саженей). «Сверление» происходило следующим образом: один рабочий удерживал и поворачивал бур, двое других били по буру тяжёлыми кувалдами до отделения заготовки от скалы по рупазу. По контуру, отмечавшему длину будущей колонны, сверлились отверстия глубиной до рупаза, расстояния между ними оставляли в 5—6 вершков. В отверстия забивали порох и пыжи и отделяли монолит по длине колонны пороховыми взрывами. Далее «по горизонтальной поверхности скалы» вбивались железные клинья, рабочие били по ним, пока заготовка не отделялась и не падала на подготовленные леса у подошвы скалы. Оленин отмечал, что работа по отделению гранитных масс была трудной и медленной.
Отделённая гранитная масса обследовалась на предмет отсутствия дефектов и соответствия размерам. Затем заготовке для колонн придавалась вчерне «круглая форма» с помощью молотов. Транспортировка из каменоломни осуществлялась на плоскодонных судах, специально для этого изготовленных на заводе Чарльза Берда. Монолиты колонн скатывали на морской берег, где их грузили на баржи. Каждое судно буксировали два парохода до пристани в Петербурге. Там монолиты выгружали и перевозили по специальному рельсовому пути на строительную площадку для их окончательной обработки. Применение этого рельсового пути на строительной площадке стало первым в России.
Часто посещая ломки, Монферран отмечал: «Добывание гранитов, труд сего рода во всех иных местах не весьма обыкновенный, встречают в России очень часто и весьма хорошо разумеют… работы, возбуждающие наше удивление к произведениям древности, здесь не что иное суть, как ежедневное дело, которому никто не удивляется».
Бойка свай, фундаменты под четырьмя башнями, восточным и западным портиками, стилобаты северного и южного портиков были завершены в 1826 году[69]. Следующим этапом строительства было возведение портиков до постройки стен собора. Такое решение архитектора, противоречащее общепринятой практике, обуславливалось сложностью установки гранитных колонн.
Бетанкур ещё в 1822 году спроектировал леса и механизмы для подъёма колонн Исаакиевского собора, они не были использованы Монферраном, так как строительные работы были приостановлены. По проекту Бетанкура была создана система механизмов, с помощью которой Монферран установил в 1832 году Александровскую колонну на Дворцовой площади. Чертежи лесов были выполнены для каждого портика отдельно, подписаны Монферраном, а также архитекторами Глинкой и Адамини, утверждены 15 июня 1828 года.
Для подъёма колонн были построены специальные леса, состоявшие из трёх высоких пролётов (для больших портиков) или одного пролёта (для малых), образованных вертикальными стойками, перекрытыми балками. В стороне были установлены 16 чугунных во́ротов-кабестанов, на каждом из которых работало по восьмеро человек. Колонну обшивали войлоком и циновками, обвязывали корабельными канатами и вкатывали в один из пролётов лесов, а концы канатов через систему блоков закрепляли на кабестанах. Рабочие, вращая во́роты, приводили монолит в вертикальное положение. Установка одной 17-метровой колонны диаметром 1,8 метра и массой 114 тонн занимала около 40—45 минут. Монферран в своих записях отмечал, «что деревянная конструкция лесов… столь совершенна, что при всех сорока восьми установках колонн ни разу не было слышно даже простого скрипа».
Первая колонна (угловая, в восточной части северного портика, в дальнем от стены собора ряду) была установлена 20 марта 1828 года в присутствии царской семьи, иностранных гостей, многих архитекторов, специально приехавших для этого торжества, и простых горожан, заполнивших площадь и крыши окрестных домов. Под основание колонны была заложена платиновая медаль с изображением Александра I. Сооружение портиков завершилось к осени 1830 года.
Затем началась постройка опорных пилонов и стен собора. В кирпичную кладку на известковом растворе для большей прочности делались гранитные прокладки и металлические связи различного профиля. Стены и пилоны выкладывались одновременно по всему периметру. Решение Монферрана выполнить кладку пилонов с чередованием рядов из кирпича и тёсаного гранита было новаторским, как отмечают Ротач и Чеканова, таким образом создавалась «идеальная опорная конструкция». Прокладные ряды из гранита, имеющие в плане различную конфигурацию, обеспечили передачу давления по чисто вытесанным горизонтальным и вертикальным поверхностям.
Толщина стен составляла от 2,5 до 5 м. Толщина наружной мраморной облицовки составляла 40—50 см, внутренней — 15—20 см. Она выполнялась одновременно с кирпичной кладкой, с помощью железных крючьев (пиронов), вставленных в специально высверленные для этого отверстия. Для устройства кровли были изготовлены стропила из кованого железа. Внутри южной и северной стен устроили вентиляционные галереи. Для естественного освещения собора над галереями аттика сделали световые галереи.
В 1836 году возведение стен и пилонов было завершено и началось сооружение перекрытий. Построенные кирпичные своды имеют толщину от 1,1 до 1,25 м и опираются на шесть пилонов. Помимо конструктивных кирпичных сводов были ещё сделаны декоративные, представлявшие собой железный каркас, покрытый металлической сеткой и облицованный искусственным мрамором. Между декоративными и конструктивными сводами оставлено пространство высотой в 30 см. Такое двойное перекрытие сводов является характерной особенностью собора, не встречавшейся ранее в других церковных сооружениях России и Западной Европы.
В 1837 году, когда было завершено основание купола, началась установка 24 верхних колонн. Колонны поднимались наверх по наклонному настилу — системе аркбутанов, которые опирались с одной стороны на основание колоннады, с другой — на стены и пилоны. Подъём вёлся с помощью специальных тележек. Для поворота колонн использовались приспособления из двух чугунных кругов, в борозду нижнего из которых вставлялись шары.
Следующим этапом строительства собора было сооружение купола. Монферран стремился максимально облегчить купол без потери прочности. Для этого он предложил сделать его не кирпичным, как было предусмотрено проектом 1825 года, а полностью металлическим. Расчёты купола выполнил инженер П. К. Ломновский. Отливка металлоконструкций купола проводилась на заводе Чарльза Берда. При этом было использовано 490 тонн железа, 990 тонн чугуна, 49 тонн меди и 30 тонн бронзы. Купол Исаакиевского собора стал третьим куполом в мире, выполненным с применением металлических конструкций и оболочек (после башни Невьянского завода на Урале, построенной в 1725 году, и купола Майнцского собора — в 1828-м). Образцом послужил купол лондонского Собора Святого Павла, спроектированный Кристофером Реном. Но Монферран, заимствовав конструкцию, выполнил её из других материалов.
