درباره روش تاپ دان (Top-Down)

با افزایش تراکم جمعیت در کلان‌شهرهای دنیا و نیاز به تامین فضاهای مسکونی، اداری و تجاری، مرتفع‌سازی اهمیت دو چندان پیدا نموده است. این ساختمان‌های بلند مرتبه به منظور تامین فضای مناسب پارکینگ و استفاده حداکثری از بنا، به گودبرداری‌های عمیق نیاز دارند. به دنبال آن، مقوله پایدار‌سازی گودبرداری‌های شهری با انواع روش‌هایی نظیر روش اجرای بالا به پایین (تاپ دان بتنی یا تاپ دان فلزی) مورد اهمیت بیشتر واقع گردیده است. روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان) یک روش نوین و مقرون به صرفه جهت پایدارسازی گودبرداری‌های عمیق، به عنوان تحولی شگرف در صنعت ساخت‌ سازه‌های زیرزمینی وسیع محسوب می‌شود.

اهمیت گودبرداری‌های عمیق

گودبرداری‌های عمیق به دلیل نیاز به فضای پارکینگ و سایر امکانات در ساختمان‌های بلندمرتبه شهری امری ضروری است. با توجه به محدودیت‌های موجود در اخذ رضایت از ساختمان‌های مجاور برای انجام پایدارسازی به روش نیلینگ و انکراژ برای گودهای شهری، روز به روز زمینه اجرای این روش پایدارسازی در کشور ما محدودتر می‌گردد. در گودهای عمیق که امکان اجرای عملیات نیلینگ به دلایل گفته شده در بالا میسر نیست و همچنین امکان اجرای سازه نگهبان خرپایی یا مهار متقابل هم وجود ندارد، روشی نوین در عملیات پایدارسازی گود پیشنهاد می‌گردد. اجرای سازه اصلی پروژه به روش بالا به پایین یا تاپ دان مناسب‌ترین روش کار در چنین پروژه‌هایی می‌باشد.

روش تاپ دان چیست؟

در این روش، اجرای عملیات پایدارسازی به صورت مجزا حذف می‌گردد و در عمل، اجرای پایدارسازی با اجرای سازه اصلی به صورت همزمان انجام می‌شود. این موضوع موجب حذف قسمت اعظم هزینه‌های پایدارسازی و زمانی که صرف آن می‌شود می‌گردد. در نتیجه، روش تاپ دان روشی مقرون به صرفه به لحاظ هزینه و زمان‌بندی برای سرمایه‌گذاران در عرصه ساخت و ساز می‌باشد. شرکت خدمات ژئوتکنیک پی‌بان، با تجربه‌ای درخشان در این عرصه همچون در سایر روش‌های پایدارسازی گود، مجموعه‌ای پیشرو در کشور می‌باشد که تجربه اجرای پروژه‌های متعدد به روش تاپ دان با اسکلت فلزی و همچنین اسکلت بتنی یا مقاطع پیش ساخته را دارا می‌باشد.

استفاده از تکنیک بالا به پایین (Top Down)

این تکنیک یکی از روش‌های پایدارسازی گود می‌باشد و متفاوت از روش‌هایی مانند روش دوخت به پشت، مهاربندی توسط شمع‌های درجا، روش سپر کوبی و غیره می‌باشد. در ساخت سازه‌های زیرزمینی از روش‌های نوین اجرایی است که در مواردی که روش‌های دوخت به پشت عملی نباشد (امکان رضایت گرفتن از همسایه‌های مجاور وجود نداشته باشد و غیره) روشی مطمئن و قابل اجراست. عملاً این روش یک روش توامان سازه نگهبان نیز می‌باشد. این روش به دلیل سرعت ساخت بالایی که دارد نقش به سزایی در کاهش زمان اجرا دارد زیرا امکان اجرای سازه‌های بالاتر از سطح زمین همراه با پیشروی طبقات زیرزمین به صورت همزمان در این روش فراهم است.

مراحل اجرای روش تاپ دان

طراحی و تجهیز کارگاه: شامل برنامه‌ریزی و تهیه تجهیزات لازم.

مراحل اجرای تاپ دان

حفر چاه زیر ستون‌ها: حفاری چاه‌هایی با قطر کافی تا تراز انتهایی ریشه ستون‌ها.

مراحل اجرای تاپ دان ۲

آرماتوربندی و بتن‌ریزی: قرار دادن آرماتور و بتن‌ریزی ریشه ستون‌ها و پر کردن چاه‌ها با مخلوط خاک و سیمان.

مراحل اجرای تاپ دان ۳

رگلاژ کف زمین و اجرای سقف طبقه همکف: ایجاد دال بتنی سقف و ستون‌های سازه در زیر آن.

مراحل اجرای تاپ دان ۴

ادامه حفاری و اجرای دال‌های زیرین: ادامه حفاری تا تراز طبقه اول زیر زمین و اجرای دال‌های بتنی.

مراحل اجرای تاپ دان ۵

اجرای سقف‌های بالاتر: پس از تکمیل سقف طبقه همکف، امکان ساخت طبقات بالاتر نیز فراهم می‌شود.

مراحل اجرای تاپ دان ۶

آرماتوربندی و بتن‌ریزی نهایی: پس از رسیدن به تراز کف شالوده، بتن‌ریزی نهایی سازه انجام می‌شود.

 

طراحی و مدل‌سازی روش تاپ­ دان (تاپ ­دان بتنی و فولادی)

مدل‌سازی اندرکنش بین خاک و سازه در روش اجرای تاپ­ دان (تاپ­دان بتنی و فولادی) از اهمیت بالایی برخوردار است که با استفاده از تحلیل‌های عددی، این مدل‌سازی‌ها در برنامه‌هایی نظیر Plaxis، Midas و Flac صورت می‌گیرد (شکل 1).

در هر مرحله خاکبرداری یا پیشرفت سازه‌ پروژه، ضریب اطمینان پایداری، تغییر مکان‌های افقی و قائم وارد بر سازه تعیین و با مقادیر مجاز مقایسه می‌گردد. تا در صورت لزوم به تعبیه راهکار‌های مهندسی در خصوص روند اجرا و آینده‌نگری‌ها لازم صورت پذیرد.

 

شکل 1: نمایی کلی از مدل سازی روش تاپ­ دان در برنامه Plaxis

 

مزایای اجرا روش تاپ­ دان (تاپ­ دان بتنی و فلزی)

در زیر اشاره به برخی مزایا روش اجرای تاپ­ دان ( تاپ ­دان بتنی و فولادی) می‌گردد.

  • بی‌نیاز از اخد رضایت همسایگان و کاهش مشکلات حقوقی.
  • عدم نیاز به سازه نگهبان موقت جه پایدار‌سازی.
  • امکان اجرای همزمان روسازه و زیر سازه و به طبع آن کاهش زمان پروژه.
  • قابل اجرا در گودبرداری‌های عمیق.
  • کاهش هزینه و زمان اجرای پروژه به دلیل عدم نیاز به سازه­ نگهبان موقت.
  • قابلیت طراحی و اجرا در سازه‌های بتنی (به روش پیش‌ساخته و درجا) و فولادی.
  • قابل اجرا در انواع زمین‌های محدود و وسیع.
  • عدم ایجاد آلودگی‌های زیست‌محیطی.

 

معایب روش تاپ­ دان (تاپ­دان بتنی و فولادی)

در این بخش اشاره به برخی معایب روش اجرای تاپ­ دان (تاپ­دان بتنی و فولادی) می‌گردد.

  • نیاز به نیرو‌های اجرایی متخصص و مجرب به این روش اجرا.
  • لزوم امتداد انتهای ستون‌ها و افزایش ابعاد آن‌ها به منظور تحمل‌ بار‌های وارد بر سازه موقت که به دنبال آن موجب افزایش هزینه‌‌های اجرا سازه می‌گردد.
  • صرف زمان و هزینه بالا جهت خاکبرداری در طبقات زیرزمین به دلیل محدودیت‌ در فضای کار.
  • ایجاد یک جدایی بین کارگاه زیر زمینی و رو زمینی و امکان دسترسی به فضا‌ها زیر زمین تنها از طریق بازشو‌ها تعبیه شده.
  • لزوم پیش‌بینی‌های لازم در خصوص موقعیت قرارگیری و ابعاد بازشو‌ها جهت تامین شرایط لازم برای بیرون کشیدن ماشین آلات حفاری از طبقات زیر زمین.
  • لزوم تعبیه سیستم تهویه مناسب جهت خروج آلودگی‌ها ناشی از ماشین آلات حفاری و مراحل خاکبرداری.
  • امکان ایجاد انحراف بیش از مقدار مجاز در ستون‌ها و دیوار‌ها حائل محیطی در حین اجرا روش تاپ­ دان.

 

شرکت پی‌بان پیشرو در طراحی و اجرای تاپ­ دان بتنی و فلزی

 

روش تاپ­ دان به دو صورت کلی اجرا می‌گردد که شرکت پی ­بان با تکیه بر دانش روز در حوزه مهندسی سازه و ژئوتکنیک در خصوص اجرای گودبرداری‌های شهری به روش تاپ­دان (هر دو روش تاپ ­دان فلزی و تاپ ­دان بتنی)، خدمات گسترده‌ای را در جهت ارتقای سطح ایمنی، کاهش هزینه و زمان اجرا پروژه به انجام رسانیده است. در ادامه به شرح مختصری از هر مورد روش اجرا تاپ­ دان پرداخته می‌شود.

 

 

روش تاپ­دان بتنی با هسته فولادی (SRC)

مطابق (شکل 2)، در این روش در هسته ستون‌های بتنی سازه از نیم‌رخ‌های فولادی استفاده می‌گردد. در حقیقت در این روش ستون‌های فولادی وظیفه انتقال بار‌های وارد بر سازه ی در حال تکمیل را به شمع‌های انتهایی خود دارند. در روش تاپ­دان بتنی، هس

ته­ی فولادی (SRC) پس از رسیدن به تراز طبقه، آرماتور بندی و بتن‌ریزی ستون‌های سازه اصلی انجام می‌گیرد.

 

شکل 2: نمونه ای از روش تاپ دان بتنی هستهفولادی (SRC)

 

روش تاپ­ دان بتنی پیش‌ساخته (Precast concrete elements)

در روش تاپ­ دان بتنی مذبور (مطابق شکل 3)، المان‌های بتنی پیش‌ساخته در کارخانه (در صورت وجود فضای کافی در محل پروژه) آرماتوربندی و سپس بتن‌ریزی می‌گردند سپس، به کارگاه پروژه منتقل می‌گردند. در محل اتصال به تیر‌ها طبقات و دیوار‌ها بتنی از کوپلر استفاده می‌گردد تا به راحتی امکان اتصال باقی اجزای سازه‌ای میسر باشد.

با توجه به پیش‌ساخته بودن ستون‌ها، لازم است تا نقشه‌های شاپ دقیق برای آنان جهت تعبیه موارد ریز اجرا، تهیه گردد. بعد از ساخت ستون‌های بتنی نوبت به نصب آن‌ها می‌رسد. نصب دقیق این ستون‌ها و رعایت رواداری‌ها مجاز، نیازمند به بکارگیری از اکیپ نقشه‌برداری و تجهیزات خاص می‌باشد.

شکل 3: نمونه‌ای از تصویر روش تاپ­دان بتنی پیش‌ساخته، اجرا شده توسط شرکت پی‌بان (Precast concrete elements)

روش تاپ دان فلزی

آنچه سبب تمایز میان روش تاپ­دان بتنی و فولادی می‌گردد. روش اجرا، برنامه زمان‌بندی، روش حمل و انبار مصالح، نوع اتصالات و مبانی و الزامات طراحی و اجرا می‌باشد. به عنوان مثال لازم است جهت اتصال ستون فلزی سازه به شمع بتنی پایه و اتصال آن به دیوار بتنی حائل سازه، با توجه به شرایط هر پروژه تمهیداتی در نظر گرفته شود که با اجرای تاپ­دان بتنی متمایز است. در ادامه نمونه‌ای از تصاویر اجرا تاپ­دان فولادی در شکل‌های 4 و 5 ارائه می‌گردد.

شکل 4: تصویری از پروژه تاپ­ دان فلزی اجرا شده توسط شرکت پی‌بان

 

 

شکل 5: تصویری از پروژه تاپ­دان فلزی اجرا شده توسط شرکت پی‌بان

همچنین بخوانید: روند اجرای روش پایدارسازی تاپ‌دان

 

 

روند اجرای روش پایدارسازی تاپ‌دان بتنی

بر خلاف روش‌های معمول که ساخت سازه از پایین به بالا صورت می‌گیرد، در روش تاپ دان بتنی احداث سازه از بالا (تراز طبیعی زمین) به سمت پایین (تراز شالوده) صورت می‌پذیرد. در ادامه توضیح مختصری از روش اجرا تاپ دان بتنی ارائه می‌گردد.

مراحل اجرای روش تاپ دان بتنی

  1. مرحله اول: در موقعیت قرارگیری ستون‌ها، چاه‌هایی با قطر کافی تا تراز انتهایی ریشه ستون‌ها حفاری می‌گردد. سپس آرماتور‌بندی ریشه‌ ستون‌ها صورت می‌پذیرد و ستون‌ها در درون چاه‌ها قرار داده می‌شوند. پس از آن، بتن‌ریزی ریشه‌ ستون‌ها انجام می‌شود و چاه‌ها با مخلوط خاک و سیمان پر می‌گردد.
  2. مرحله دوم: پس از اجرای ستون‌ها، کف زمین رگلاژ می‌گردد و اجرای سقف طبقه همکف صورت می‌پذیرد. دال بتنی سقف و ستون‌های سازه در زیر آن، حکم شالوده موقت را دارند.
  3. مرحله سوم: بعد از تکمیل سقف طبقه همکف و رسیدن دال بتنی به مقاومت نهایی خود، ماشین‌آلات حفاری از طریق بازشو‌های تعبیه‌شده در دال بتنی طبقه همکف، ابتدا با ایجاد رمپ، حفاری را تا تراز اجرایی طبقه اول زیر زمین ادامه می‌دهند. پس از رسیدن به تراز‌ مورد نظر، برای اجرای دال سقف، با رگلاژ نمودن کف زمین و اجرای بتن مگر، سقف اول زیر زمین اجرا می‌گردد.
  4. مرحله چهارم: در این روش پس از اجرای سقف طبقه همکف، امکان ساخت سازه علاوه بر طبقات زیرین، در طبقات بالاتر از همکف نیز میسر می‌گردد که به طبع، سرعت پیشبرد پروژه را افزایش می‌دهد.
  5. مرحله پنجم: پس از رسیدن به تراز کف شالوده و رگلاژ کف پروژه، خروج ماشین‌آلات حفاری از بازشو‌ها صورت می‌پذیرد. سپس، آرماتوربندی شالوده نهایی سازه و بخش انتهایی دیوار‌های حائل محیطی و به دنبال آن بتن‌ریزی شالوده انجام می‌گردد.

مزایای اجرای روش تاپ دان بتنی

  1. بی‌نیاز از اخذ رضایت همسایگان: کاهش مشکلات حقوقی.
  2. عدم نیاز به سازه نگهبان موقت: کاهش هزینه و زمان اجرای پروژه.
  3. امکان اجرای همزمان روسازه و زیر سازه: افزایش سرعت پیشبرد پروژه.
  4. قابل اجرا در گودبرداری‌های عمیق: مناسب برای پروژه‌های با گودبرداری‌های عمیق.
  5. کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی: عدم ایجاد آلودگی‌های زیست‌محیطی.

معایب اجرای روش تاپ دان بتنی

  1. نیاز به نیروهای اجرایی متخصص و مجرب: اجرای این روش نیاز به نیروی کار مجرب و متخصص دارد.
  2. لزوم امتداد انتهای ستون‌ها و افزایش ابعاد آن‌ها: به منظور تحمل‌ بار‌های وارد بر سازه موقت.
  3. ایجاد جدایی بین کارگاه زیرزمینی و روزمینی: امکان دسترسی به فضا‌ها زیر زمین تنها از طریق بازشو‌ها تعبیه شده.
  4. لزوم پیش‌بینی‌های لازم در خصوص موقعیت قرارگیری و ابعاد بازشو‌ها: جهت تامین شرایط لازم برای بیرون کشیدن ماشین‌آلات حفاری از طبقات زیر زمین.
  5. لزوم تعبیه سیستم تهویه مناسب: جهت خروج آلودگی‌های ناشی از ماشین‌آلات حفاری و مراحل خاکبرداری.
  6. امکان ایجاد انحراف در ستون‌ها و دیوار‌های حائل محیطی: در صورت عدم استفاده از نیرو‌های متخصص و کارآمد.

 

نتیجه‌گیری

روش تاپ دان به عنوان یک روش نوین و موثر در پایدارسازی گودبرداری‌های شهری، با کاهش هزینه‌ها، زمان و مشکلات حقوقی، بهبود ایمنی و کاهش آلودگی‌های محیطی، می‌تواند تحولی بزرگ در صنعت ساخت و ساز ایجاد کند. استفاده از این روش با بهره‌گیری از محاسبات دقیق ژئوتکنیکی و سازه‌ای، امکان اجرای پروژه‌های بزرگ و پیچیده را با اطمینان بیشتری فراهم می‌کند. در مجموع، روش تاپ دان با مزایای متعدد خود از جمله سرعت و صرفه‌جویی در هزینه‌ها، ایمنی بالا، و کاهش نیاز به اخذ رضایت همسایگان، می‌تواند به عنوان یک راه‌حل کارآمد و موثر در پروژه‌های ساخت و ساز شهری معرفی شود. 

روش‌های دیگر پایدارسازی گودبرداری‌ها

روش‌های دیگری نیز برای پایدارسازی گودبرداری‌ها وجود دارند که می‌توانند در شرایط مختلف مورد استفاده قرار گیرند. در ادامه به برخی از این روش‌ها اشاره می‌کنیم:

روش نیلینگ (Nailing)

نیلینگ یا دوخت به پشت یکی از روش‌های پایدارسازی گودبرداری‌هاست که با استفاده از میخ‌های فولادی و تزریق دوغاب سیمان به داخل خاک، دیواره‌های گود را پایدار می‌سازد. این روش مناسب برای گودهای با عمق کم و متوسط می‌باشد و در مناطقی که امکان اخذ رضایت همسایگان وجود دارد، استفاده می‌شود.

روش انکراژ (Anchoring)

در روش انکراژ، از کابل‌های فولادی و صفحات نگهدارنده برای پایداری دیواره‌های گود استفاده می‌شود. این روش مشابه نیلینگ است اما برای گودهای عمیق‌تر و در شرایطی که نیاز به پایداری بیشتری وجود دارد، مناسب است.

روش سپر کوبی (Sheet Piling)

در این روش، از ورق‌های فولادی به عنوان سپر برای پایداری دیواره‌های گود استفاده می‌شود. این روش برای گودهای کم عمق و در مناطقی که امکان استفاده از ماشین‌آلات سنگین وجود دارد، مناسب است.

روش شمع‌گذاری (Piling)

شمع‌گذاری شامل قرار دادن شمع‌های بتنی یا فولادی در داخل خاک برای پایداری دیواره‌های گود می‌باشد. این روش برای گودهای عمیق و در شرایطی که نیاز به پایداری بالایی وجود دارد، مناسب است.

نتیجه‌گیری کلی

پایدارسازی گودبرداری‌ها یکی از چالش‌های اصلی در پروژه‌های ساخت و ساز شهری است. انتخاب روش مناسب برای پایدارسازی بستگی به عوامل متعددی از جمله عمق گود، نوع خاک، موقعیت جغرافیایی و نیازهای پروژه دارد. روش تاپ دان با مزایای متعددی که دارد، می‌تواند به عنوان یک روش کارآمد و موثر در پروژه‌های بزرگ و پیچیده مورد استفاده قرار گیرد. در عین حال، روش‌های دیگر نیز می‌توانند بر اساس شرایط خاص هر پروژه، به عنوان گزینه‌های مناسب در نظر گرفته شوند. 

در نهایت، موفقیت در پایدارسازی گودبرداری‌ها نیازمند بررسی دقیق و محاسبات مهندسی دقیق، به همراه اجرای صحیح و استفاده از نیروهای متخصص و مجرب است. با توجه به پیشرفت‌های روزافزون در زمینه مهندسی ژئوتکنیک و روش‌های پایدارسازی، می‌توان انتظار داشت که در آینده، روش‌های نوین و کارآمدتری نیز معرفی و مورد استفاده قرار گیرند.

 

سایر مقاله‌های ما با موضوع «تاپ دان (Top-Down)» را بخوانید:

پایدارسازی گود به روش تاپ دان

مشکلات روش اجرای تاپ دان (Top-down)

مزایای روش ساخت تاپ دان

مراحل اجرایی روش تاپ دان (Top-down)

روند اجرای روش پایدارسازی تاپ‌دان

ساخت دال‌های کف به روش تاپ‌دان در پایدارسازی گود

ساخت دال‌های کف به روش تاپ‌دان در پایدارسازی گود

توسعه یک سیستم بهینه ستون برای ساخت و ساز تاپ دان

گود عمیق تو در تو به روش تاپ دان

طراحی گودبرداری عمیق در خاک نرم به وسیله روش تاپ دان در شانگهای چین