روش تاپ دان چیست و چگونه اجرا می شود؟ بررسی جامع مزایا و محدودیت های این روش

امروزه عملیات عمرانی در زیر سطح زمین، هم با روش‌های سنتی و هم با روش‌های مدرن بسیار مورد توجه است. از روش‌های سنتی می‌توان به انواع روش‌ های گودبرداری و اجرای فونداسیون اشاره کرد. این روش‌ها با ساخت از پایین ترین تراز شروع شده و با تکمیل کردن سقف بالاترین طبقه پایان می یابد؛ این روش ساخت از پایین به بالا به Bottom-Up Method معروف است.

در کنار روش های سنتی روش‌های مدرن و پیشرفته‌ اجرای تاپ دان Top-Down Method به وجود آمده است که در سال‌های اخیر مخصوصاً در پروژه‌های بزرگ عمرانی با روش‌های ساخت سنتی جایگزین شده است. این روش‌های مدرن بیشتر در کشور‌های توسعه یافته و صنعتی به دلیل نیاز آن‌ها به نیرو متخصص و تجهیزات خاص استفاده می شود. در روش تاپ دان بر خلاف روش سنتی ساخت از پایین، با ساخت دیوارهای اطراف و ستون ها و کف طبقات بالا شروع شده و گودبرداری و اجرای فونداسیون سازه در پایین ترین تراز به اتمام می‌رسد. این روش مدرن مزایای بسیار زیادی نسبت به روش های سنتی دارد. از مزایای مهم این روش می‌توان به عدم استفاده انواع قالب بندی و مهاربند موقت سازه نگهبان، ایجاد تسهیلات در تردد‌های شهری اشاره کرد. علی رغم تمامی مزایای روش مدرن به دلیل نیازمندی آن به تکنولوژی های پیشرفته، متاسفانه در کشور ما کاربرد بسیار کمی دارد.

پیشنهاد دوره آموزشی: آموزش نظارت ساختمان – صفر تا صد نظارت ساختمان بتنی و فولادی(اینجا کلیک کنید)

روش تاپ دان چیست؟

افزایش نیاز ساخت و ساز‌های عمرانی به گودبرداری‌ های عمیق باعث فراهم کردن بستری برای پیشرفت و ایجاد انواع روش‌ها گودبرداری و سازه نگهبان در مناطق شهری شده است. گستردگی روش‌ های گودبرداری این امکان را به مهندسین می‌دهد که بسته به شرایط پروژه بهینه ترین آن را برای اجرای ساختمان انتخاب کنند. مسائلی چون هزینه، موانع در تردد شهری، عمق گود، تجهیزات در دسترس و … باعث شده است که انتخاب روش گودبرداری بسیار حیاتی باشد. خطر بسیار زیاد این عملیات و گستردگی کاربرد آن در ساخت باعث شده است که مهندس ناظر سخت گیری بسیار زیادی بر عواملی دست اندر کار وارد کند. یکی از دلایل مهمی که باعث سخت گیری‌های زیاد به پیمان کاران شده است، نگرانی دستگاه‌های نظارت ساختمان برای استفاده از روش های سنتی و عدم بازنگری بر روی روش‌ اجرای گود و همینطور عدم استفاده از تکنیک های پیشرفته است.

روش مدرن ساخت تاپ دان به دلیل قابلیت های فنی و اجرای بسیار پیشرفته در پروژه مختلف عمرانی نیازمند حفاری، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. نتایج موفقیت آمیز این روش ساخت در پروژه های بزرگ در کشور های صنعتی بستر خوبی را برای استفاده از این روش در ساخت و ساز های معمول شهری فراهم کرده است. استفاده از این روش در ساخت و ساز شهری تا حد زیادی دغدغه دستگاه های ناظر را بر طرف خواهد کرد. بنابراین مسیر رشد و ترقی باید به سمتی و سویی قرار گیرد تا این روش مدرن ساخت تاپ-داون مانند روش های سنتی به طور متدوال استفاده گردد.

انجام گودبرداری

به کلیه عملیات حفاری و خاکبرداری در تراز های پایین تر از سطح طبیعی زمین یا تراز پایین‌ تر از فونداسیون ساختمان همسایه گود برداری می‌گویند. دلایل زیادی برای گودبرداری و حفاری می تواند وجود داشته باشد برای مثال تخریب یک ساختمان کلنگی و ساخت یک ساختمان جدید، حفر کانال های آب زیرزمینی در سطح شهر، خاکبرداری تا رسیدن به یک بستر مناسب برای ساختمان سازی و …

انجام این عملیات هرچند بسیار رایج است اما از خطرناک ترین کارهای مهندسی می باشد و امنیت تمامی ساکنین اطراف و نیروی کار باید تا آخرین مرحله تامین شود. امنیت و پایداری گود با اجرای انواع روش های سازه نگهبان تامین می‌شود.

همواره در گود های شهری و غیر شهری احتمال ریزش به دلیل فشار جانبی خاک وجود دارد. اولین گام برای ایجاد امنیت و پایدار سازی گود شناخت دقیق لایه های خاک و طراحی سازه نگهبان با توجه به ماهیت خاک پشت گود و شرایط زمین است. شناخت لایه های خاک بسیار حائز اهمیت است بنابراین زمان زیادی را باید به مطالعات ژئوتکنیکی سایت مورد نظر اختصاص داد. طراحی سازه نگهبان بر اساس مطالعات ژئوتکنیک صورت گرفته به دلیل اهمیت بالای آن توسط مهندسین ژئوتکنیک صورت می‌گیرد و پیمانکار جداگانه دارد. مبحث دوازدهم مقرارت ملی ساختمان بند 12-9-2 اهمیت پایداری گود و استفاده از سازه های نگهبان را مشخص می‌کند.

– بر اساس بند 12-9-2-1 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان در صورتی که در عملیات گودبرداری و خاکبرداری احتمال خطری برای پایداری و سرویس دهی دیوار‌ها و ساختمان های مجاور و یا مهار‌ها وجود داشته باشد، باید قبل از گودبرداری و خاکبرداری، ایمنی و پایداری آنها با استفاده از روش های نظیر نصب شمع، سپر و مهار های مناسب و رعایت فاصله لازم و ایمن گودبرداری و در صورت لزوم با اجرای سازه های نگهبان تامین گردد.

در نتیجه بر اساس دانش مهندسی و بررسی‌های انجام شده یکی از روش‌های زیر یا ترکیبی از آنها برای پایدارسازی گودها انتخاب می‌شود.

•  روش خرپایی مورب

سازه نگهبان خرپایی یکی از اولین روش­ های ابداع شده برای پایدارسازی گود می ­باشد؛ که ساده و انعطاف­پذیر است و در گود­های متداول شهری بسیار استفاده می ­شود. این روش نیازمند بکار گیری نیرو متخصص و دستگاه خاص نیست. در اجرای سازه نگهبان خرپایی خاکبرداری و نصب المان‌ها به صورت مرحله‌ای صورت می ­گیرد. شمای کلی این نوع سازه نگهبان در شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1 شمای کلی خرپای مورب

بعد از اتمام عملیات تخریب و رسیدن به تراز سطح زمین محل قرارگیري عضوهاي قائم خرپا در لبه دیواره گود مشخص می‌گردد. در این محل‌ها چاه‌هایی حفر می‌شوند که عمق این چاه‌ها برابر با عمق گود به اضافه طول شمع می‌باشد. پس از حفر چاه ها قفسه آرماتورهای شمع در انتهای چاه‌ها قرار می‌دهند. سپس عضو قائم خرپا در چاه‌ها قرار می‌گیرد و قسمت انتهایی چاه تا تراز کف گود با بتن پر می شود. در این مرحله خاکبرداری با شیب پایدار شروع می شود. پس از گودبرداری با شیب پایدار محل اجرای فونداسیون عضو مایل خاکبرداری می‌شود. قفسه آرماتورهای فونداسیون و قالب‌های کف فونداسیون بسته می‌شود. صفحه ستون برای عضو مایل نصب می‌شود و سپس بتن فونداسیون ریخته می‌شود. معمولا برای پایداری سازه نگهبان در مقابل لغزش پی‌های منفرد را با شناژ به هم متصل می کنند. پس از اجرای فونداسیون عضو مایل، عضو مایل مطابق با نقشه از یک سمت به صفحه‌ستون و از سمت دیگر به ابتدای عضو قائم متصل می‌شود. پس از آن عضو های افقی به ترتیب اجرا می‌شوند. عملیات اجرای سازه نگهبان خرپای مورب در امتداد دیواره به صورت هم‌زمان اجرا می شود.

شکل 2 اجرای روش خرپایی مورب

روش مهار فشاری (مهار متقابل) دیواره‌های گود

یکی از روش های پایداری گود، مهار متقابل است. در این روش که برای گود برداری ها با عرض کم (10-15  متر) و طول زیاد کاربرد دارد برای نگهداری وجه های عمودی گود از المان هایی به نام مهار متقابل(استرات) استفاده می­ شود. اجرای پایدارسازی گود به روش مهار متقابل  شباهت‌ زیادی با روش سازه نگهبان خرپایی دارد. استرات ها اعضای فشاری هستند که به المان های عمودی به نام Soldier Beam که در مجاور دیوار گود وجود دارد متصل می­ شوند. این اعضای فشاری باعث کنترل تغییر شکل دیوار­های گود می­شود، شکل 3 نمونه از یک اجرای مهار متقابل است.

شکل 3 روش اجرای مهار متقابل

المان‌های عمودی متشکل از پروفیل‌های H  شکل یا  Iشکل و یا مقاطع مستطیلی پس از جانمایی در دو سمت دیواره‌های گود، به کمک تیرهای افقی به یکدیگر متصل می‌گردند. این عمل باعث می‌شود که المان های قائم در پایداری به یکدیگر کمک کنند.  وجود شرایط مشابه در دو سمت گود کار را راحت تر می‌کند. برای جلوگیری از ریزش خاک­ هایی که چسبندگی زیادی ندارند یا ورود آب به داخل گود برای تراز آب زیرزمینی بالا ؛ دیوار­های گود با بتن شاتکریت، دیوار دیافراگمی، سپرکوبی، شمع و … پوشانده می­ شود.

شکل 4 مقطع روش اجرای مهار متقابل

 روش میخ کوبی دیواره‌های گود (Soil Nailing)

میخ کوبی دیواره ها به معنای تسلیح برجای خاك با نصب میلگردهای فولادي نزدیک به هم در جداره­ ی گود، بدون اعمال پیش تنیدگی و با اجرای از بالا به پایین می باشد. این روش یکی از روش های متداول پایدارسازی گود های موقت به شمار می­ رود که اجرای آن نیازمند نیروی متخصص و دستگاه‌های خاص می­ باشد. این روش چون در زمین همسایه اجرا می ­گردد برای اجرا نیازمند کسب اجازه از آن­ها هستیم.

تجربه نشان می­دهد که اگر شرایط خاک مناسب باشد این روش نسبت به سایر روش ­های دیگر اقتصادی تر است. خاك هاي ریزدانه سفت تا سخت، خاك هاي دانه اي متراکم تا خیلی متراکم با چسبندگی کم و سنگ هاي خرد شده بدون داشتن سطح شکست برای این روش مناسب هستند.

شکل 5 روش اجرا میخ کوبی دیواره های گود

 روش دوخت به پشت (Tie back) یا مهار کششی دیواره‌های گود (Anchorage)

روش دوخت به پشت شباهت زیادی به مهارسازی دارد، اما تفاوت اصلی این روش با مهار سازی این است که در روش مهارسازی، مهار ها زمانی فعال می‌شوند که گوه گسیختگی جابه‌جا می شود اما در روش دوخت به پشت کابل هایی نصب شده به صورت پیشتنیده هستند. حرکت توده خاک موجب نیرو در اجزای دیوار می‌گردد ولی در دیوار های مهار اصطحکاکی قبل از هر گونه حرکت توده، نیروی پیش تنیدگی بزرگی وجود دارد که باعث کاهش تغییر شکل می‌گردد. برای نصب مهار های کششی از بالا به پایین با دستگاه حفاری مخصوص چاهک مایلی در دیواره گود حفر می‌شود. کابل های مخصوصی در این چاهک ها قرار می گیرند و با تزریق بتن در این چاهک ها، کابل ها در دیواره گود فیکس می‌شوند. این کابل ها توسط جک های ویژه‌ای کشیده می‌شوند تا به صورت پیش تنیده عمل کنند. در انتهای اجرا، کابل را در دیواره گود مهار می کنند. فاصله بین چاهک ها بسته به نوع خاک و عمق گود متفاوت است اما معمولا بین 2 تا 3 متر است. دیواره گود در نهایت با بتن شاتکریت پوشانده می‌شود.

شکل6 روش اجرا دوخت به پشت

دیوار دیافگرامی

دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی، دیواری بتنی است که با آرماتور مسلح شده است. این روش برای کاربرد های موقت و دائم هر دو استفاده می­ شود. دیوار ها هم به صورت پیش­ ساخته و هم پس کشیده اجرا می­ شوند. ضخامت این دیوار ها بین 0.6 – 1 متر است. اشکال متفاوتی بسته به کاربرد می‌تواند داشته باشد؛ دیوار تخت، T شکل و L شکل. این دیوار ها از نفوذ آب جلوگیری می­ کنند.

برای اجرای دیوار دیافراگمی ابتدا محل قرار گیری آن را در سطح زمین مشخص می‌کنند. یک دیوار هادی در مرز اجرای دیوار قرار می‌دهند. سپس با دستگاه حفاری ویژه به نام گراب یا هیدروفرز محل دیوار را حفاری می‌کنند. حفاری دیوار به جهت حفظ پایداری گود به صورت کامل انجام نمی‌شود و پنل هایی با طول 2.5-6 متر حفاری می‌شود. طول های کوتاه تر برای خاک های سست انتخاب می‌شود. پس از حفاری محل مورد نظر قفسه های آرماتور در محل دیوار قرار داده می‌شود. قفسه آرماتور در چاه های حفاری شده زمین با فضاساز های که معمولا از جنس پلاستیک هستند قرار می‌گیرد تا فاصله آرماتور با مرزهای دیوار حفظ شود و این فاصله در حین اجرای مراحل بعدی دستخوش تغییر نشود. پس از قرار دادن قفسه آرماتور نوبت به بتن ریزی می‌رسد. بتن مورد استفاده روان با کارآیی زیاد است که به وسیله لوله ترمی مخصوص در فضا به صورت پیوسته ریخته می‌شود. به دلیل زیاد بودن چگالی زیاد بتن نسبت به بنتونیت، با ریختن بتن بنتونیت بالا آمده و آن را به وسیله پمپ جمع آوری می‌کنند. پس از گیرش بتن، خاک بین پنل‌های اجرا شده با دستگاه برداشته می‌شود و مراحل بالا برای پنل های میانی اجرا می‌شود تا دیوار پیوسته اجرا گردد. این دیوار ها به دو صورت پیش ساخته و پس کشیده نیز اجرا می شوند.

شکل 7 روش اجرا دیوار دیافراگمی

 دیوار برلنی

دیوار های برلنی پروفیل های فولادی H یا I شکلی هستند که برای حفاظت از دیواره های گودبرداری های عمیق  برای مهار رانش خاك، استفاده می شوند. نصب این دیوار ها مشابه دیوار دیافراگمی است، ابتدا چاهک هایی با فواصل معین حفر می‌شوند؛ عمق این چاهک ها به اندازه عمق گود و طول شمع بتنی برای ایجاد گیرداری لازم است. پس از بتن ریزی و اجرای شمع انتها می توان دیواره گود را به آرامی برداشت. طول گیرداری معمولا برابر 0.25 تا 0.35 برابر عمق گود است.

روش سپرکوبی

سپر ها المان های پیوسته یا نیمه پیوسته هستند که ضخامت آن ها نسبت به طول و عرض آن ها کم است. این المان ها در بنادر و سکو ها کاربرد بسیار زیادی دارد از کاربرد گسترده آن ها می ­توان به دریچه­ های دریایی، حوضچه خشک، انواع دیوار حائل و پایدارسازی دائم خاکریز و کانال اشاره کرد. سپرها از مصالح مختلفی مثل فولاد، بتن، چوب و … ساخته می‌شوند. انتخاب جنس سپر ها بسته به مقاومت و شرایط محیطی و مدت استفاده از آن‌ها بستگی دارد.

اجرای سپر ها بسیار سریع است. برای گود ها با طول زیاد و عمق کم بسیار مناسب است. این روش بهترین روش برای گودبرداری در خاک های اشباع است و استفاده از آن نیاز به پایین آوردن تراز آب زیرزمینی ندارد. برای اجرای سپرکوبی در ابتدا سپرها در محل خود کوبیده می­شوند. این عمل به وسیله دستگاه های کوبنده یا دستگاه های ارتعاش دهنده انجام می ­شود. بعد از آن سپر ها را دریکدیگر قفل می­ شوند. پس از کوبیدن سپر­ها گودبرداری شروع می ­شود. اگر سپرکوبی مهار نشده باشد، خاکبرداری تا تراز کف گود صورت می گیرد و حین رسیدن به تراز های مشخص المان هایی تحت عنوان تیر­های پشتبند افقی برای جلوگیری از کمانش سپر ها نصب می­شوند. اما اگر سپر کوبی مهار شده باشد و با روش­های دیگر مثل مهارگذاری یا مهار متقابل ترکیب شود خاکبرداری اولیه برای اجرای اولین ردیف این اعضا صورت می گیرد.

شکل 8 روش سپر کوپی

 روش اجرای شمع

شمع ها عناصر ستونی هستند که به وسیله نیروی اصطکاک و وزن و ظرفیت باربری نوک شمع با نیروی هایی که به آن وارد می­ شود مقابله می­ کند. شمع ها می­ توانند از مصالح مختلف ساخته شوند که متداول ترین آن­ها فولادی و بتنی یا ترکیبی از هر دو می­ باشد. شمع ها علاوه بر مقابله بر فشار جانبی خاک، می‌توانند از ورود آب نیز جلوگیری کنند.

برای اجرای شمع ها ابتدا محل آن ها در زمین مشخص می‌گردد،  محل مرکز شمع، توسط نقشه بردار معیین می‌شود. سپس بسته به نوع شمع و نوع خاک از انواع روش حفاری‌ها استفاده می‌کنند. اگر شمع ها در کنار هم یا فاصله بین آن‌ها کم باشد آن ها را به صورت یکی در میان اجرا می‌کنند. شمع‌ها می توانند به صورت پیش ساخته یا درجا ریز باشند. در شمع های پیش‌ساخته اگر خاک زمین نرم باشد می‌توانیم آن‌ها را به صورت کوبشی در خاک فرو ببریم مانند سپرکوبی، اما برای شمع های درجا ریز باید حفاری کنیم. در شمع ها بتنی درجا ریز پس از حفاری قفسه آرماتور در داخل چاه قرار داده می‌شود و سپس بتن ریزی صورت می‌گیرد. پس از گیرش بتن خاکبرداری برای رسیدن به تراز کف گود صورت می‌گیرد.

شکل 9 روش اجرا شمع

روش ساخت از بالا به پایین (Top/Down Construction)

روش ساخت از بالا به پایین نسبت به سایر روش‌هایی که تا الان معرفی شده است نسبتاً جدید تر است و در حال گسترش است. در این روش (Top-Down Construction) امکان ساخت هم زمان طبقاتی که در زیر تراز زمین قرار می گیرند با طبقات بالاتر از سطح زمین به طور همزمان وجود دارد. به عبارت دیگر این روش به ساخت هم زمان از بالا و پایین تراز زمین گفته می شود.

همانطور که از مبانی این روش پیدا است، این روش سرعت بسیار بالایی دارد و برای پروژه های شهری که زمان بسیار مهم است استفاده می شود. این روش معمولا ترکیبی از چند روش پایدار سازی گود است؛ برای مثال می توان ابتدا از دیوار دیافراگمی برای پایدار سازی گود تا ارتفاع مشخصی استفاده کرد و در انتها این دیوار به عنوان دیوار حائل در طبقات زیر زمین سازه مورد استفاده قرار گیرد. پس از نصب این دیوار ها خاکبرداری و اجرای اجزای سازه ای مثل کف و ستون ها انجام می گیرد. ستون های داخلی طبقات با استفاده یکی از روش های دیوارهای دیافراگمی، شمع های بتنی درجا و یا ستون های پیش ساخته بتنی یا فولادی اجرا می شوند، به این صورت که در اطراف محل این ستون پایداری لازم برای حفاری جای ستون فراهم شده و سپس ستون ها اجرا می شوند. در این روش سقف های اجرا شده از بالاترین تراز به سمت پایین ترین تراز به عنوان سازه‌های دائمی هستند که جایگزین مهاربندهای افقی داخلی برای جلوگیری از کمانش سیستم می شوند و وظیفه مهار دیوارهای سازه نگهبان در برابر بارهای جانبی ناشی از خاک پشت و سایر سربارها را برعهده دارند.

شکل10 شمای کلی روش اجرای بالا به پایین

شکل11 روش ساخت از بالا به پایین

شکل 12 روش ساخت از بالا به پایین

کلیات روش تاپ دان

در دهه 70 میلادی روش ساخت تاپ دان در ساخت ایستگاه مترو در شهر‌های پاریس و میلان برای کاهش زمان ساخت، هزینه پروژه و عدم ایجاد اختلال در ترافیک شهری به کار گرفته شد. استفاده از این روش باعث ظهور یک انقلاب در روش‌های ساخت و ساز زیرزمینی شد؛ تغییراتی در روش طراحی و محاسبات سازه رخ داد و همچنین تجهیزات و امکانات جدیدی ساخته شد که تا به آن روز وجود نداشتند. مزایای زیاد ساخت تاپ دان مخصوصا در پروژه های بزرگ باعث شد که عملا با روش های سنتی، این روش ساخت جایگزین شود.

روش تاپ دان یک تکنیک بسیار مدرن و پیشرفته است که علاوه بر نقش به سزایی که در کاهش زمان و افزایش سرعت پیشرفت پروژه دارد، دخالت و مزاحمت در فضای محدود و پرتردد شهری را به حداقل می‌رساند. مهمترین مزیت ساخت به روش تاپ دان (Top-Down Construction)  نسبت به سایر روش‌های ساخت، امکان اجرای همزمان طبقات زیر زمین تا تراز زیر فونداسیون با اجرای طبقات روی تراز زمین است. به عبارت دیگر روش ساخت تاپ دان شامل مراحلی از جمله ساخت از بالا و پایین یک ساختمان در یک زمان مشخص است که در آن سازه فوقانی و تحتانی با هم اجرا می شوند.

این روش بیشتر در پروژه هایی که نیاز به زیر ساخت زیرزمینی گسترده دارند و همچنین ساختمان ‌های بلند مرتبه برای تامین پارکینگ و تجهیزات بسیار کاربرد دارد. اگر خاک زیر پروژه سست است استفاده از این روش ساخت به دلیل جلوگیری از ریزش دیواره گود بسیار کارآمد است. در اجرای گود های عمیق همزمان با خاکبرداری باید مراحل پایدار سازی گود نیز انجام پذیرد که اگر این پایدار سازی با روش هایی مثل سازه نگهبان خرپایی یا مهار متقابل باشد، تجهیزات لازم دست و پا گیر خواهند بود و اگر این پایدار سازی با روش هایی مثل نیلینگ و انکراژ انجام گیرد مسائلی چون اخذ رضایت همسایه به وجود می آید بنابراین تنها روش مطمئن و قابل اجرا ساخت تاپ دان خواهد بود.

از پروژه های عمرانی که در ساخت و ساز زیرزمینی از این روش استفاده شده است، می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• در سال 2007 میلادی قسمت‌هایی از طبقات زیرزمینی ساختمان مارینا اسکای پارک سنگاپور با این روش ساخته شده است.
• در سال 2010 میلادی برج تجاری پیشکسوی واقع در ویتنام با روش تاپ دان ساخته شد.
• در سال 2013 میلادی تمامی طبقات برج سایه لندن با استفاده از این تکنیک ساخته شد.
• طبقات زیرین برج های شانگهای چین با مساحتی بیش از 35 هزار مترمربع با این روش ساخته شده است.
• از پروژه های ساخته شده در ایران با استفاده از این روش می توان به پروژه ایستگاه قطار شهری اهواز، مجمتع تجاری شهر آفتاب در ساری و پروژه برج اداری تجاری آرش که 2 مورد آخر در دفتر مرکزی شرکت پاراسیویل طراحی شده است اشاره کرد.

مکان های استفاده از روش تاپ دان

یکی از مشکلاتی که مهندسین را به سمت استفاده از روش تاپ دان سوق می‌دهد، محدودیت فضای عملکردی برای ساخت و ساز است. برای مثال ساختمان هایی که در کنار شریان های اصلی شهری قرار دارند و ساخت و ساز ترافیک زیادی را به آن ها تحمیل می‌کند بهتر از برای کاهش اختلال در ترافیک از این روش ساخت استفاده کنند. معمولا ساختمان هایی که در محل های حیاتی کلان شهرها ساخته می‌شود علاوه بر محدودیت فضا و شرایط سخت ترافیکی، بهره وری زیادی دارند؛ به عبارت دیگر نیاز به طبقات زیادی در زیر زمین برای پارکینگ آن ها وجود دارد.

افزایش تعداد طبقات باعث افزایش عمق گود و به مراتب مسائل و مشکلات زیاد دیگری به همراه دارد که از بین آن ها می توان به سطح کم فضا برای گودبرداری، محدودیت عملکرد ماشین آلات اشاره کرد. به همین دلیل روش تاپ-دان  انتخاب مناسبی برای اجرای این دسته از پروژه ها می باشد.

علاوه بر مشکلات ذکر شده اگر در پروژه با مشکل زمان روبرو شویم، مثل پروژه هایی که باعث انسداد خیابان های اصلی شهر می‌شوند (اجرای ایستگاه های مترو که در زیر خیابان ها طراحی می شوند.) تاخیر در مراحل ساخت پروژه خسارت های ترافیکی جبران ناپذیری را به شهر وارد می کند.  استفاده از روش ساختی که سرعت بالایی نسبت به سایر روش ها دارد، مثل روش اجرای تاپ دان، در اولویت است.

در پروژه‌هایی که سطح آب زیرزمینی در سطح پروژه وجود دارد، حفاری و پایدارسازی گود تا تراز کف گود مشکلاتی زیادی را برای مهندسین به همراه دارد. استفاده از روش اجرای تاپ دان با ساخت دیوار دیافراگمی و شمع های عمیق باعث جلوگیری از ورود آب به محل اجرای فونداسیون و ستون ها می شود، در نتیجه بسیاری از مشکلات ناشی از سطح بالای آب زیرزمینی کاهش می یابد.

به طور کلی کاربرد های ساخت به روش تاپ-دان را می توان به موارد زیر خلاصه کرد:

• پل های زیرگذر شهری و غیر شهری
• ساخت فضاهای زیرزمینی مثل مخازن آب و فاضلاب
• ساخت ایستگاه های مترو در زیر شریان های اصلی
• احداث تونل ها شهری و غیر شهری
• ساختمان ها در مناطق پر تراکم شهری که طبقات زیرزمین زیادی دارند.

ملاحظات طراحی روش  Top & Down

روش ساخت تاپ-دان به دلیل اجرای متفاوت نسبت به سایر روش های سنتی قطعا نیاز به ملاحظات طراحی متفاوتی خواهد بود. در این روش علاوه بر کنترل های متداول سازه‌ای باید ملاحظات ژئوتکنیکی و کنترل های سازه ای جدیدی انجام شود.

پیشنهاد آموزشی: پکیج جامع نظارت ساختمان(اینجا کلیک کنید)

عدم توجه به برخی عوامل مختلف در فرآیند کنترل و طراحی که پس از شروع ساخت و در حین کار به سازه تحمیل خواهد شد، در بعضی از موارد باعث عواقب جبران ناپذیری خواهد شد. البته این موضوع صرفاً در روش ساخت تاپ-دان وجود ندارد و در گودبرداری های متداول نیز ممکن است این اتفاق رخ دهد؛ چرا که خطا در برداشت داده های ژئوتکنیکی و کنترل و طراحی در تمامی پروژه ها متحمل است. گاهی اوقات این خطا های مهندسی منجر به ریزش دیواره ها و تخریب همجواری ها خواهد شد که با خسارات بسیار زیادی همراه است. برای جلوگیری از بروز چنین مشکلاتی بهتر است کنترل دقیق، مدل سازی صحیح و در نظر گرفتن هم‌زمان ملاحظات ژئوتکنیکی و سازه ای را در تمامی مراحل رعایت شود.

برای مثال پروژه گودبرداری اجرا شده در شهر تهران با روش ساخت تاپ-دان (شکل 13) دارای 9 طبقه پارکینگ در زیر زمین بوده است و متاسفانه به دلیل عــدم رعایت حداقــل نکات طراحــی و اجرایی روش تاپ–دان، این پروژه دچار شکست در بعضی از نواحی شــد. این شکست باعث جابجایــی تقریبا 6 متری در پاشــنه دیوار بتنی و ستون های فلزی در پایین ترین تراز اجرایی گودبرداری شد.

بررسی های انجام شده بر عوامل این حادثه نشانگرعدم رعایت نکات اصلی طراحی و مراحل اجرای منطبق با آن اســت؛ برای مثال در این پروژه نکات زیر رعایت نشده است:

• شالوده شمعی زیر ستون های سازه اجرا نشده است.
• اتصال و تکمیل سقف ها در حین گودبرداری انجام نشده است.
• در این پروژه سطح آب زیرزمینی بالا بوده و متاسفانه تدابیر لازم برای زهکشی انجام نشده است.
• اجرای نادرســت اتصالات پنل های بتنی دیوار حائل به ســتون های فلزی و ســقف های طبقات و در نهایت توزیع نامناسب بار خاک به سازه فلزی است.

شکل 13 جابجایی دیواره گود برداری شده به روش تاپ- دان پس از رسیدن به کف گود ناشی از عدم اجرای سقف ها و تیر های قاب و شمع پای ستون، تهران-منطقه 11 شهرداری

تفاوت روش تاپ دان در سازه بتنی و سازه فلزی

تفاوت روش اجرای ساخت تاپ-دان در سازه فلزی و بتنی به شرح زیر است:

• روش اجرای المان سازه ای در ساختمان فلزی و بتنی متفاوت است.
• زمان بندی در مراحل پروژه به دلیل تفاوت در اجرای المان ها متفاوت است.
• روش حمل و انبار مصالح مورد استفاده به دلیل ماهیت بتن و فلز متفاوت است.
• اجرای اتصالات فلزی و مبانی طراحی اتصالات در سازه فلزی یک مرحله اضافی است.

به عنوان مثال جهت اتصال ستون فلزی به شمع بتنی پایه و اتصال آن به دیوار حائل بتنی با توجه به شرایط هر پروژه متفاوت است.

 مراحل اجرایی روش  Top-Down

پیش از بیان مراحل کلی اجرای روش تاپ-دان باید به این نکته را بیان کنیم که در هر پروژه متناسب با شرایط خاص آن روند اجرای مراحل ساخت تاپ دان اندکی متفاوت است. به طور کلی مراحل اجرای تاپ-دان به شرح زیر است:

اجرای دیوارهای حائل محیطی:

یکی از مهمترین مراحل در اجرای تاپ-دان اجرای دیوار های حائل محیطی به منظور پایدارسازی خاک دیواره گود است. در این مرحله برای ایجاد پایداری گاهاً از شمع ها نیز استفاده می‌شوند، به این صورت که ابتدا شمع‌ها به صورت درجا یا کوبشی (که اکثرا به صورت درجا استفاده می شوند.)  به‌عنوان ستون‌های زیرزمین یا نهایتا دیوارهای حائل محیطی زیر زمین تا عمق مشخصی پایین‌تر از تراز زیر پی اجرا می‌شوند. عمق این المان ها باید به گونه ای باشند تا به سنگ بستر با ظرفیت باربری مدنظر برسند.

دیوار های حائل در ابتدای ساخت به عنوان سازه نگهبان گود طراحی می‌شوند اما در انتهای ساخت به عنوان دیوار های دائمی حائل شمرده می‌شوند. اگر سطح آب زیرزمینی در پروژه بالا باشد باید دیوار های حائل اجرا شده مجهز به سیستم آب بندی (Water Proof)  شوند.

در هر پروژه متناسب با شرایط خاص آن؛ برای مثال مقتضیات طرح و مطالعات ژئوتکنیک، جهت ممانعت از ریزش خاک، دیوارهای حائل محیطی می‌توانند با یکی از روش‌های زیر اجرا شوند:

• دیوار های بتن آرمه درجا
• دیوارهای دیافراگمی پیش ساخته بتنی با استفاده از روش دوغاب بنتونیت
• شمع‌های سکانتی
• شمع‌های پیوسته
• سپری‌های فولادی

شکل14 شمای کلی اجرای دیوار های حائل محیطی و میانی

شکل15 استفاده از شمع های پیوسته به عنوان دیوار های حائل محیطی

شکل 16 استفاده از دیوار های دیافراگمی به عنوان دیوار حائل پیرامونی

ساخت ستون های میانی

یکی از مهمترین تفاوت های روش ساخت مدرن تاپ-دان با روش های سنتی متداول در این است که ستون های طبقه زیر زمین پیش از حفاری طبقه اجرا می شود. این ستون ها میانی طبقه در این روش قبل از فونداسیون سازه اجرا می شوند و اجرای فونداسیون در این روش جزء آخرین مراحل است بنابراین این ستون ها تا مراحل آخر، مسئول انتقال بار سازه به زمین خواهند بود و این ستون ها نقش بسیار مهمی در پایداری گود و سازه خواهند داشت. در طراحی سازه به دلیل بار زیادی که به این ستون ها در مقطع ساخت وارد می شود، ابعاد آن ها از روش طراحی متداول بزرگ تر خواهد شد. در سازه ها با سیستم باربری متشکل از دیوار برشی در میان پلان سازه باید تدابیر مشابهی با ستون های میانی که پیشتر گفته شد اندیشیده شود.

باربری این المان های سازه ای (ستون ها و دیوار های میانی) به تنهایی برای تحمل بار سازه پیش از احداث فونداسیون کافی نیستند. به همین دلیل در انتهای این المان ها، پی های عمیق مثل شمع ها برای انتقال صحیح بار سازه به خاک طراحی و اجرا می‌شوند.

این ستون ها به انواع روش ها اجرا می‌شوند. از انواع این روش‌ها که متداول تر است می توان به اجرای ستون بتنی درجا یا فولادی اشاره کرد. مقاطع ستون بتنی درجا بسته به وسایل و تجهیزات حفاری می‌تواند مربعی و مستطیلی یا حتی دایره ای باشد. سایر روش ها مثل اجرای ستون های بتنی پیش ساخته و مقاطع مختلط فولادی و بتنی پیش ساخته و تقویت ستون های لاغر با ژاکت بتنی در حین ساخت روش هایی است که کمتر استفاده می‌شوند. اما نکته مهم در این مرحله از اجرا این است که به دلیل افزایش عمق اجرای ستون ها و در پاره ای موارد افزایش مقاطع آن‌ها، هزینه اجرای ستون های میانی در این روش نسبت به روش سنتی ساخت بیشتر خواهد شد.

اجرای دال هم‌کف (سقف نهایی سازه زیر زمینی)

پس از اجرای دیوار های حائل پیرامونی و ستون های میانی سازه نوبت به اجرای سقف نهایی سازه و سیستم مهاربندی پیش تنیده است. برای اجرای سقف عملیات گودبرداری تا عمق مورد نظر جهت اجرای سقف نهایی به صورت تدریجی انجام می شود. پس از اتمام خاکبرداری بسته به نوع سقف، آرماتور بندی و بتن ریزی روی سطح خاک انجام می شود. نکته مهم در اجرای سقف در روش ساخت تاپ-دان این است که یک یا چند بازشو به صورت موقت در کف برای دسترسی به زیر سقف تعبیه می شود.

توجه داشته باشید که کلیه عملیات ساخت و ساز در تراز های زیر سقف از طریق همین باز شو ها انجام می شود بنابراین محل و ابعاد این باز شوها در سقف باید به گونه ای تعیین و اجرا شود که نیاز های ذیل حین مراحل ساخت سازه تأمین شود:

• ابعاد باید به گونه ای باشد که عملکرد اولیه ماشین آلات و قابلیت مانور آن ها برای آغاز عملیات حفاری در محل باز شو‌ها تأمین گردد.
• به منظور جلوگیری از افزایش تعداد بازشو در سقف حتی الامکان محل باز شوهای موقت بر بازشو های اصلی پلان سازه منطبق باشد.
• امکان تخلیه خاک ناشی از حفاری و نقل و انتقال آن ها و همچنین مصالح و تجهیزات مورد نیاز وجود داشته باشد.
• محل این بازشو ها باید امکان دسترسی مناسب به تمام قسمت های طبقات پایین تر به منظور بتن ریزی را فراهم کند.
• محدود کردن ابعاد بازشو علاوه بر کاهش سطح قالب بندی سقف در محل، امکان پوشش بازشو را در زمان بارندگی را راحت تر می کند.
• موقعیت بازشو ها باید به گونه‌ای باشد که نقل و انتقال خاک در زیر طبقات به حداقل مقدار خود برسد و همچنین امکان تهویه مناسب هوای تازه در زیر سقف وجود داشته باشد.
• اضلاع بازشو ها در مجاورت دیوار های حائل و اطراف سازه نباید باشد تا در برابر حرکت جانبی دیوار از آن حفاظت به عمل آورد.
• حتی الامکان هیچ یک از ستون ها میانی یا اعضای باربر سازه‌ای مثل دیوارهای برشی درون محدوده باز شو قرار نگیرند.

شکل17 اجرای دال همکف

شکل18 بازشو های دسترسی

 شروع خاکبرداری از طبقه زیر همکف

بعد از اتمام اجرای کف هم‌کف ساختمان و رسیدن دال بتنی به مقاومت مورد نیاز برای پایداری نسبی، ماشین آلات حفاری از طریق بازشو ها عملیات خاک برداری را تا رسیدن به کف طبقه پایین تر بر عهده می گیرند. برای حفاری قسمت اول طبقه زیر همکف عمدتاً از بیل مکانیکی معکوس برای سرعت‌ دهی به عملیات خاک ‌برداری استفاده می‌شود و پس از اجرای یک رمپ خاکی با شیب مناسب، یک راه برای انتقال سایر ماشین‌آلات حمل وخروج مصالح ایجاد می‌گردد. روش خروج مصالح از درون بازشو‌ها بسته به عمق گود و ابعاد سازه زیرزمینی، بدون اجرای رمپ نیز امکان‌پذیر است.

شکل 19 عملیات خاکبرداری

شکل 20 انجام خاكبرداری زير دال اجرا شده در حالی كه ستون ها و سقف طبقات فوقانی اجرا شده است.

اجرای طبقات زیرزمین و بالای تراز هم کف

پس از اتمام خاک برداری طبقه زیر همکف و رسیدن به تراز کف سقف طبقه زیرین، سطح خاک را پس از رگلاژ نمودن کف زمین طبیعی با بتن مگر می‌پوشانند. بعد از آن آرماتوربندی و بتن ریزی سقف طبقه زیرین اجرا می شود. در این مراحل باید سقف اجرا شده به دیوار ها و ستون ها متصل شود. این اتصالات با استفاده از تکنیک های اتصالات جوشی یا مکانیکی روی صفحات انتظار صورت می گیرد.

پیشنهاد آموزشی: آموزش صفر تا صد اجرا ساختمان بتنی (اینجا کلیک کنید)

در این مرحله که حفاری انجام شده است و ماهیت خاک پروژه مشخص شده است بعضی از پارامتر های طراحی مثل ارتفاع دقیق حفاری و نوع ماشین‌آلات ممکن است دستخوش تغییر بشوند.

در این مرحله ساخت و ساز طبقات بالا تر از همکف نیز به صورت موازی با طبقات زیر همکف می‌توانند شروع شود. نکته مهم در اجرای این مرحله این است که در هر قسمت باید تعادل بارگذاری بر روی المان های طبقات زیرزمین رعایت شود؛ به این صورت که گسترش طبقات از بالا و پایین در سازه با هم متناسب باشد و به ازای تقریبا هر طبقه از زیرزمین، یک طبقه از بالای سازه اجرا شود.

این فرآیند توالی اجرای سقف و خاکبرداری طبقه زیر آن و اجرای یک طبقه در بالای سازه تا رسیدن به پایین تراز گود ادامه پیدا می کند.

پس از اتمام این مراحل، نوبت به اجرای لایه‌های تکمیلی دیوار‌های پیرامونی و ستون‌های میانی می‌رسد به این صورت که بعد از تکمیل فونداسیون سازه و خروج ماشین آلات، آرماتور لایه دوم بخش داخلی دیوار دیافراگمی و اطراف ستون های فولادی بسته می شود و سپس بتن ریزی می شود. این عمل برای افزایش باربری دائمی سازه انجام می شود. معمولا در این سازه ها فونداسیون ها متکی به شمع طراحی می شوند.

شکل21  اجرای طبقات زیر زمین و بالای تراز همکف

 ستون های سازه در روش Top-Down

نوع ستون یکی از پارامتر هایی است که با توجه به تجهیزات در دسترس، شرایط اجرا و هزینه ساخت و اجرا در هر پروژه می تواند متفاوت باشد. انواع ستون هایی که معمولا در پروژه ساخت با روش تاپ-دان استفاده می‌شود به شرح زیر است:

• ستون بتنی به صورت پیش ساخته
• ستون بتنی به صورت اجرا در محل
• مقاطع مرکب بتنی با دارای هسته فولادی می باشد
• مقطع مرکب فولادی که با بتن پر شده (معمولا این ستون‌های فولادی به شکل باکس هستند.)
• ستون ها با پروفیل فولادی

  اتصال سقف های تراز طبقات و فونداسیون، به دیوار ها و ستون ها

اگر به خاطر داشته باشید در قسمت قبل از اتصالات سقف به المان های سازه ای و همینطور ستون ها به فونداسیون صحبت شد که بسیار مسئله مهمی است و باید تمهیدات خاصی از قبل به این منظور اندیشیده شود. برای این کار سه روش قابل اجراست که عبارتند از :

• اتصال استفاده از پوششی وصله مکانیکی
• استفاده از قطعات فلزی
• اتصال جوشی

برای اتصال سقف و فونداسیون به دیوار دیافراگمی ( یا شمع های پیرامونی) با استفاده از جایگذاری میلگرد انتظار با طول معین بر روی سبد‌های پیش بافته به صورت داول،  L ,U شکل از روش معمول وصله پوششی میلگردها استفاده می‌کنند. همچنین می‌توان از اتصالات مکانیکی یا جوشی در موارد پیش بینی نشده استفاده کرد. به این نکته توجه کنید که اجرای اتصالات جوشی به دلیل نیاز به دقت فراوان در حین اجراء، بازرسی مداوم و آزمایشات تست جوش خیلی مورد استفاده نیست. در اتصالات مکانیکی دقت در سه مرحله قراردادن و تثبیت قطعات اتصالات بر روی شبکه پیش بافته میلگرد، حمل این شبکه های پیش بافته در دیوار ها و ستون ها و کارگذاری آن ها در محل خود، اجرای آن را بسیار آسان می‌کند.

پیشنهاد آموزشی: پکیج جامع آموزش اتصالات فولادی(اینجا کلیک کنید)

    تأمین سیستم روشنایی و تهویه

کلیه عملیات های ساخت سازه زیر زمینی به روش تاپ-دان در زیر سقف طبقات فوقانی انجام می گیرد بنابراین توجه به تأمین سیستم های تهویه و روشنایی موقت در کلیه شیفت های کاری در شبانه روز الزامی است. این سیستم‌ها شامل کانال کشی و نصب جت فن‌های تهویه و نصب نور افکن های ولتاژ بالا برای تامین نور مورد نیاز اجرای عملیات می شود.

  مرحله پایانی اجرایی روش Top-Down

پس از اتمام فونداسیون سازه و خروج ماشین آلات حفاری از محل بازشوها، دیوارهای کناری سازه از پایین به بالا اجرا می شوند و پس از آن استرات های میانی می توانند حذف شوند. در انتهای کار  بازشوهایی که برای دسترسی ایجاد شده بودند، پر می شوند.

پس از آنکه سازه زیرزمینی تکمیل شد، خاکریزی تا تراز استرات، قبل از از بین بردن آن، انجام می‌شود. این مرحله با تکمیل خاکریزی در بالای سازه زیرزمینی ادامه می یابد و در نهایت صاف کردن سطوح انجام می شود.

شکل22 تکمیل خاکریزی در بالای سازه زیرزمینی و صاف کردن سطوح

 نمونه های شاخص روش Top-Down در ایران و جهان

کاربرد روش Top-Downدر شبستان زیرین صحن امام هادی (ع)

شبستان زیر صحن امام هادی (ع) به ابعاد 8500 مترمربع و عمق گود 10 متر از سطح زمین طراحی گردید. ترتیب و روش ساخت سازه پایداری گود شبستان زیر صحن امام هادی (ع) با توجه به مطالعات ژئوتکنیک و نتایج حاصل از گمانه زنی شرکت مشاور در محل اجرای و بررسی طرح وضعیت زمین محل اجرای، تراز آب‌های زیرزمینی و تجهیزات موجود در ابتدای پروژه تعیین گردید که عمده روش ها به شرح زیر معرفی شدند:

روش اصلی برای حفاظت از دیواره گود در این پروژه شبستان استفاده از سیستم های شمع به هم پیوسته و دیوارهای دیافراگمی بود و تصمیم بر این شد که مهاربندی آن با استفاده از سیستم تای بک باشد. اما به دلیل ماهیت جنس زمین که عمدتا به صورت لایه های سیلت و رس بود و سنگ بستر نیز در اعماق پایین تری قرار داشت عمق دیوار های حفاظت گود شبستان و تعداد ردیف های تای بک در 3 تراز و به فاصله متوسط 3 متر تعیین گردید.

شکل 23 روند شماتیک پیشنهادی برای ساخت شبستان زیرین بر اساس روش Top-Down

گام اول: مسدود کردن بخش شمالی صحن امام هادی (ع) به منظور اجرای دیوار های حائل های یکپارچه شمع (دیافراگمی) مطابق جزئیات ارائه شده در طرح های اجرائی با نقشه تقویت ستون های میانی و حفظ دال بتنی موجود.

پیشنهاد آموزشی: آموزش نقشه خوانی سازه و ساختمان(اینجا کلیک کنید)

گام دوم: مسدود کردن جنوبی بخش صحن امام هادی (ع)  و انتقال این بخش بر روی بخش شمالی احداث شده در گام اول به منظور اجرای دیوار های حائل های یکپارچه شمع(دیافراگمی) مطابق جزئیات ارائه شده در نقشه اجرائی  با تقویت ستون های میانی و حفظ دال بتنی موجود.

گام سوم: تقویت ستون‌های میانی و فونداسیون‌های مربوط به آنها

گام چهارم: انجام عملیات خاکبرداری تا تراز 3+ متری زیر دال بتنی موجود حفاری میانی از طریق بازشو های تعبیه شده

گام پنجم:اجرای انکراژ پیش تنیده در تراز 3+ متری به منظور پایدار سازی دیوار نگهبان پیرامونی

گام ششم: تخریب دال بتنی موجود با حفظ یک جزیره میانی برای تردد و انجام عملیات بتن ریزی

گام هفتم: اجرای سازه بتنی (تیر و دال سقف) شبستان

گام هشتم: ادامه عملیات خاکبرداری در لایه های دو متری و اجرای انکراژ پیش تنیده بصورت همزمان تا تراز  10- متری در زیر سقف متری و اجرای پلاک کردن ورودی های شبستان

گام نهم: اجرای سیستم زهکش کف شبستان در در عمق 11 متری

گام دهم: اجرای دال بتنی (فونداسیون گسترده) کف در عمق  10 متری و خروج ماشین آلات حفاری از محل بازشو ها

گام یازده: بستن محل بازشو های سقف، انجام عملیات تکمیلی و باز کردن صحن امام هادی (ع)

شکل 24 نمونه هایی از عکس های مراحل اجرا شده در پروژه شبستان

ساختمان خط برق و انتقال در شرق چین

در این پروژه یک ساختمان 8 طبقه است که 5 طبقه آن در بالای سطح زمین و 3 طبقه دیگر آن در زیر زمین احداث شده است. مساحت این ساختمان 10800 متر مربع و عمق گودبرداری 24 متر است. ماهیت خاک این منطقه به طور عمده خاک نرم شامل رسوبات آبرفتی و دریایی کواترنر بوده است. شرایط اطراف این پروژه بسیاز پیچیده بوده است و با توجه عمیق بودن گود و وضعیت ژئوتکنیک آن و همچنین حفظ تأسیسات ساختمان های مجاور بهترین گزینه استفاده از روش ساخت تاپ-دان بوده است. در این پروژه پایداری گود حفاری دیوارهای دیافراگمی به ضخامت 1.2 متر تامین شده و سازه زیرزمینی در سه سطح اجرا شده و در نهایت دو پایه موقت اضافی برای حمایت از دیوار دیافراگمی استفاده شد.

شکل 25 پروژه HTUS[1]

مراحل ساخت به روش تاپ-دان در پروژه مذکور شامل حفاری برای دیوار دیافراگمی و تکیه گاه های عمودی مثل ستون ها وشمع ها، خاکبرداری، اجرای دال های زیرزمینی و همچنین اجرای پایه های افقی موقت بود. اولین مرحله این پروژه شامل نصب دیوار دیافراگمی و شمع های درجا در اکتبر 2013 آغاز شد و پس از 10 ماه این مراحل به پایان رسیدند. خاکبرداری برای اجرای سقف ها از سپتامبر 2014 آغاز شد و پس از اتمام خاکبرداری خاکهای لایه اول، دال B0 ساخته شد. پس از ساخت طبقه در تراز زمین و خاکبرداری زیر آن،  پایه های افقی موقت به صورت متناوب به روش بالا به پایین اجرا شد. در کل ساخت طبقات پایین از سطح زمین در این پروژه در حدود دو سال طول کشید. شکل 26 تعدادی عکس از مراحل این پروژه را نشان می دهد.

شکل 26 پیشرفت های ساخت و ساز پروژه    HUTS

تصاویری از روش اجرای Top-Down

شکل27 هتل های زنجیره ای Langham در نیویرک

شکل 28 ساختمان فاز دو مرکزی دارایی هنک کنگ

 مزايای روش ساخت Top-Down

از جمله مزایا روش اجرای تــاپ – دان ، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• در روش ساخت تاپ -دان اگر به جای استفاده از سازه نگهبان موقت از المان سازه‌ای دائم دیوار حائل استفاده کنید در زمان و هزینه صرفه جویی زیادی کرده اید.
• در روش ساخت تاپ-دان به دلیل جایگزینی تدریجی المان سازه ای با خاک های حفاری شده، بار‌های اعمالی تغییری تدریجی دارند که این اصل باعث به حداقل رساندن تغییر شکل های خود سازه و سازه مجاور و نشست های پی می شود.
• در این روش به دلیل بسته بودن فضای حفاری طبقات زیرین، صدای ناشی از حفاری توسط طبقات زیرزمین جذب شده و آلودگی صوتی کاهش زیادی پیدا می کند.
• در این روش ساخت فضا‌های ارزشمندی برای انبار کردن مصالح در اختیار خواهد بود، برای مثال تراز سطح زمین در اولین مراحل این روش ساخت با سقف پوشانده می‌شود و در تمامی مراحل ساخت قابل استفاده خواهد بود و جابه جایی مصالح به حداقل مقدار خود خواهد رسید.
• در صورت انجام کنترل های لازم در حین ساخت، می توان طبقات بالای سازه را پیش از اتمام طبقات زیرین اجرا و تکمیل کرد. با انجام این کار چندین ماه از زمان مورد نیاز ساخت پروژه کم می شود. در بعضی از قرارداد ها پیمانکاران برای اتمام زودتر پروژه دستمزد اضافه ای دریافت می کنند و کارفرمایان زودتر به اهداف خود از اجرای پروژه می رسند. بنابراین با استفاده از این مزیت می توان هزینه هایی که استفاده از روش ساخت تاپ-دان (برای مثال اجرای دیوار دیافراگمی) بر پیمان کاران تحمیل می کند کاست.
• همان طور که در روش اجرای ساخت تاپ-دان توضیح داده شد، سقف های طبقات زیرزمین قبل از خاکبرداری تراز زیر آن اجرا می شوند؛ بنابراین از زمین می توان هم به عنوان یک قالب و هم به عنوان یک تکیه گاه استفاده کرد تا سقف سختی لازم خود را به دست آورد. این عمل علاوه بر کاهش هزینه در تهیه قالب، در زمان نیز صرفه جویی می‌کند.
• در روش سنتی پایدار سازی گود برای جلوگیری از کمانش عضو های قائم، عضو های افقی در دل این اعضا نصب می‌شوند. در روش ساخت تاپ-دان دیوار های پیرامونی (المان های قائم) توسط دال های بتنی دائم نگه داری می شوند تا از کمانش آن ها در مقابل فشار جانبی خاک جلوگیری به عمل آید.
• دال های بتنی از مهار های متقابل (عضو افقی) بسیار سخت تر هستند. چون این اعضا دائمی هستند بنابراین کارگران با مشکلاتی که مهار های متقابل موقت دارند روبرو نیستند، مشکلاتی مثل جابه جایی پروفیل های فولادی سنگین که بار های قفل شدگی بسیار زیادی دارند.
• روش ساخت تاپ-دان نسبت به اکثر روش های سنتی کمترین مزاحمت را برای همسایگان دارد، تاثیر کمتری در تولید ترافیک در خیابان های اطراف دارد بنابراین این روش برای پروژه هایی که در نزدیکی شریان های اصلی هستند بسیار توصیه می شود.
• احداث سقف در تراز زمین باعث ایجاد یک محافظ برای خاک زیرین زمین می شود که از هوازدگی و تاثیر بد آب و هوا بر آن جلوگیری می کند.
• چون در این روش برخلاف روش انکراژ و نیلینگ نیاز به تجاوز به حریم همسایه نیست، بنابراین نیاز به کسب رضایت همسایگان نیست. (در روش نیلینگ و انکراژ به دلیل ورود تجهیزات به حریم همسایه مطابق ماده 38 قانون مدنی اخذ مجوز یا جلب رضایت از همســایه ها ضروری و غیرقابل اجتناب است.)

معایب روش ساخت Top-Down

از جمله معایب و مشکلاتی که در روش اجرای تــاپ – دان وجود دارد می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• عملیات حفاری و خاکبرداری  برای اجرای طبقه زیرین کار مشکلی است و شرایط سختی برای کارگران ایجاد می کند.
• به دلیل ابهام در ماهیت لایه های زیرین خاک در این روش، ممکن است حین کار با لایه های سنگی که حفاری سختی دارند برخورد کنید.
• عدم وجود فضای کافی برای عبور ماشین آلات حفاری و خاکبرداری باعث می‌شود که این مراحل نسبت به روش سنتی با سرعت پایین تری انجام پذیرد.
• به دلیل هم‌ زمانی ساخت و عملیات گود برداری با یکدیگر امکان تداخل عملیات هرکدام با دیگری بسیار بالا می‌رود بنابراین ساخت و ساز با این روش نیازمند هماهنگی بین اعضای ساخت و گروه حفاری و خاکبرداری است و تمامی فعالیت ها باید با برنامه ریزی انجام گیرد.
• پس از تکمیل و بتن ریزی سقف طبقات، تا رسیدن آن به مقاومت مطلوب نمی توان عملیات خاکبرداری و انتقال مصالح را به تراز پایین تر شروع کرد. برای جلوگیری از این مشکل در طراحی سقف باز شو‌هایی را تعبیه می‌کند تا حفاری و انتقال مصالح به تراز پایین بدون خالی کردن خاک زیر سقف باشد. تعداد این باز شو می توانند دو یا بیشتر باشد.

جمع بندی

روش تاپ-دان یک تکنیک بسیار مدرن و پیشرفته است که علاوه بر نقش به سزایی که در کاهش زمان و افزایش سرعت پیشرفت پروژه دارد، دخالت و مزاحمت در فضای محدود و پرتردد شهری را به حداقل می‌رساند. مهمترین مزیت ساخت به روش تاپ دان (Top-Down Construction)  نسبت به سایر روش‌های ساخت، امکان اجرای همزمان طبقات زیر زمین تا تراز زیر پی با اجرای طبقات روی تراز زمین است. به عبارت دیگر روش ساخت تاپ-دان شامل مراحلی از جمله ساخت از بالا و پایین یک ساختمان در یک زمان مشخص است که در آن سازه فوقانی و تحتانی با هم اجرا می شوند.

این روش بیشتر در پروژه هایی که نیاز به زیر ساخت زیرزمینی گسترده دارند و همچنین ساختمان ‌های بلند مرتبه برای تامین پارکینگ و تجهیزات بسیار کاربرد دارد. اگر خاک زیر پروژه سست است استفاده از این روش ساخت به دلیل جلوگیری از ریزش دیواره گود بسیار کارآمد است. در اجرای گود های عمیق همزمان با خاکبرداری باید مراحل پایدار سازی گود نیز انجام پذیرد که اگر این پایدار سازی با روش هایی مثل سازه نگهبان خرپایی یا مهار متقابل باشد، تجهیزات لازم دست و پا گیر خواهند بود و اگر این پایدار سازی با روش هایی مثل نیلینگ و انکراژ انجام گیرد مسائلی چون اخذ رضایت همسایه به وجود می آید بنابراین تنها روش مطمئن و قابل اجرا ساخت تاپ-دان خواهد بود.

منابع:

• مبحث دوازدم مقررات ملی ساختمان
• اصول مبانی گودبرداری و سازه های نگهبان تالیف دکتر حمید رضا اشرفی
• روش های نوین اجرای زیرزمین سازه ها در گودبرداری های عمیق شهری،( به روش تاپ –دان) مهتاب علی طالش و همکاران
• ساخت شیوه بررسی TOP-Down Method در پروژه اجراشده شبستان زیرین صحن امام هادی (ع) حرم حضرت معصومه (س)/ عبدالله حسینی ، شرکت رس/1394
• BS 8002: BRITISH STANDARD.(1994) “Code of practice for Earthr etaining structures
• Design and performance of the deep excavation of a substation constructed by top-down method in Shanghai soft soils/ Qiping Wenga,b*, Zhonghua Xua,b, Zhihou Wua,b, Ruobiao Liua,b/2016

• 15 آوریل, 2024