روش تاپ داون جزو راهکار های نوین در عملیات عمرانی در زیر سطح زمین است که برای ساخت سازه های زیر زمینی مانند پارکینگ ها و مترو مورد استفاده قرار می گیرد. جالب اینجاست که در این روش، برخلاف روش های سنتی، ابتدا ستون های باربر اجرا شده و سپس به تدریج سقف ها از بالا به پایین ساخته می شوند. در حالی که همزمان روش های گودبرداری به‌صورت مرحله ای انجام می گیرد. این تکنیک موجب افزایش ایمنی، کاهش تغییر شکل دیواره های گود و کاهش زمان اجرا می گردد. روش تاپ داون خصوصا در مناطق شهری پرتراکم کاربرد دارد. به این علت که امکان اجرای فونداسیون همزمان با ساخت سازه اصلی را ممکن ساخته و تأثیر منفی گودبرداری بر محیط اطراف را به حداقل می رساند.
فهرست مطالب
مراحل اجرای روش تاپ دان
اجرای این عملیات ساختمان سازی به شکل زیر انجام می گیرد.
اجرای شمع ها و ستون های باربر
در مرحله اول، شمع های بتنی یا فلزی در قالب فونداسیون عمیق اجرا می شوند تا بارهای سازه را به لایه های مقاوم زمین منتقل کنند. سپس ستون های باربر که می توانند از جنس بتن‌آرمه یا فولاد باشند، درون این شمع ها قرار گرفته و محکم می شوند. این ستون ها در آینده، هم نقش سازه ای و هم نقش تکیه‌گاه برای دال های بتنی را انجام خواهند داد.
اجرای دال های بتنی سقف
پس از آماده سازی ستون ها، اولین سطح از دال های بتنی سقف در تراز سطح زمین یا بالاتر اجرا می شود. این دال ها، علاوه بر نقش سازه ای، به شکل مهار کننده جانبی عمل کرده و در افزایش پایداری دیواره های گود موثر هستند. قالب بندی، آرماتوربندی و بتن ریزی این دال ها با دقت بالا انجام می شود تا کیفیت مطلوبی در سازه نهایی حاصل گردد.
گودبرداری مرحله‌ای
این روش سبب می گردد که سقف های اجرا شده مانند یک مهاربند عمل کرده و از ریزش و تغییر شکل های جانبی دیواره های گود جلوگیری کنند. گودبرداری به همراه پایدار سازی موقت دیواره ها ادامه پیدا می‌کند تا به سطح فونداسیون برسد.
اجرای فونداسیون و تکمیل سازه
در مرحله پایانی، پس از رسیدن به تراز فونداسیون، عملیات بتن ریزی برای فونداسیون انجام می پذیرد. در این مرحله، ستون های پایینی سازه نیز تکمیل شده و دیوارهای داخلی و سایر بخش های سازه اجرا می شوند. با اتمام عملیات تأسیسات و نازک کاری، پروژه تکمیل شده و آماده بهره‌برداری خواهد شد.
مزایای روش تاپ دان
از آنجایی که عملیات گودبرداری به صورت مرحله‌ای انجام می شود، فشار جانبی خاک کنترل شده و از ایجاد نشست یا آسیب به سازه های مجاور جلوگیری می شود.
تسریع در روند اجرای پروژه
مهم ترین مزایای روش تاپ دان، امکان اجرای همزمان طبقات فوقانی و تحتانی سازه است. در حالی که گودبرداری در طبقات پایینی انجام می گیرد، ساخت طبقات فوقانی نیز پیش می رود.
افزایش ایمنی کارگاه و کاهش ریسک حوادث
با توجه به اینکه در این روش، سقف ها قبل از گودبرداری اجرا می شوند، محیط کار ایمن تر شده و خطر سقوط مصالح، ریزش دیواره های گود و حوادث مرتبط با گودبرداری کاهش خواهد یافت.
کاهش هزینه‌های پایدارسازی گود
در مقایسه با روش های سنتی که نیاز به سازه های نگهبان موقت دارند، روش تاپ دان با استفاده از دال های بتنی سقف، هزینه های پایدارسازی دیواره های گود را بهینه می‌کند.
معایب روش تاپ دان Top-Down
- طراحی و اجرای روش تاپ دان مستلزم دقت بالا و هماهنگی کامل بین بخش های مختلف سازه است.
- اجرای هم زمان طبقات فوقانی و تحتانی سبب افزایش پیچیدگی عملیات و نیاز به برنامه ریزی دقیق می شود.
- تحلیل بارهای موقتی در هر مرحله اجرا چالش برانگیز است و نیاز به محاسبات پیچیده مهندسی دارد.
- قالب بندی خاص دال های بتنی سقف در هر مرحله، هزینه های اجرایی را بالا می برد.
- در مناطقی که سطح آب زیرزمینی بالا است، اجرای این روش به تمهیدات زهکشی ویژه و پرهزینه نیاز دارد.
- دسترسی به بخش های تحتانی سازه در طول اجرای پروژه دشوار است زیرا طبقات فوقانی قبل از تکمیل حفاری اجرا می شوند.
- محدودیت در استفاده از تجهیزات سنگین گودبرداری در طبقات پایینی، سرعت گودبرداری را کاهش می دهد.
- انتقال مصالح، تجهیزات و نیروی انسانی به طبقات تحتانی نسبت به روش های سنتی دشوارتر است.
- کوچک ترین خطا در محل قرارگیری ستون ها یا تغییر شکل دال های سقف موجب ایجاد مشکلات ساختاری در مراحل بعدی خواهد شد.
- در صورت اجرای نادرست، این احتمال وجود دارد که دال های سقف در برابر بارهای جانبی ناشی از گودبرداری دچار ترک خوردگی یا تغییر شکل شوند.
- اجرای تأسیسات الکتریکی، مکانیکی و لوله کشی در طبقات زیرین با چالش هایی مواجه است. به این علت که فضای کاری محدود بوده و برخی تأسیسات باید پس از تکمیل سازه نصب شوند.
مکان‌های استفاده از روش تاپ دان
در ادامه کاربردهای متنوع روش تاپ دان را شرح می دهیم.
ایستگاه های مترو و راه آهن زیر زمینی
روش تاپ دان به جهت قابلیت اجرای مرحله ای و افزایش ایمنی دیواره های گود، در احداث ایستگاه های مترو و تونل های راه آهن زیرزمینی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سازه های تجاری و اداری با طبقات زیر زمینی
در پروژه های ساختمانی مانند برج های تجاری، هتل ها و مراکز اداری که دارای چندین طبقه زیرزمینی هستند، استفاده از روش تاپ دان موجب کاهش اختلال در ترافیک و محیط اطراف می شود. در عین حال، امکان اجرای سریع تر بخش های فوقانی و زیرزمینی را ممکن می سازد.
تونل ها و زیرساخت های حمل و نقل شهری
در پروژه های عمرانی مرتبط با تونل های شهری، خطوط قطار شهری و پایانه های حمل و نقل زیرزمینی، روش تاپ دان به خاطر ایجاد پایداری مناسب در دیواره های گود و کاهش تأثیرات منفی گودبرداری در محیط های پرتردد، بسیار پرکاربرد است.
سازه های نظامی و پناهگاه های زیرزمینی
جالب است بدانید که در پروژه های مربوط به سازه های نظامی، انبارهای ایمن، پناهگاه های زیر زمینی و مراکز فرماندهی زیر سطحی، روش تاپ دان به خاطر کاهش زمان اجرا، افزایش استحکام سازه و به حداقل رساندن آشکار سازی عملیات عمرانی، کاربردی است.
نکات طراحی روش Top & Down
تاکید زیادی بر این موضوع می شود که قبل از اجرای روش تاپ دان، بررسی دقیق شرایط ژئوتکنیکی و خواص مکانیکی خاک ضروری است. مواردی مانند نوع خاک، سطح آب زیرزمینی، ظرفیت باربری و میزان نشست احتمالی باید بررسی شوند تا طراحی فونداسیون، ستون ها و دیواره های حائل به درستی انجام شود.
طراحی سیستم باربری و انتقال نیرو
بارهای وارده از طبقات بالایی باید از طریق ستون های باربر و شمع های عمیق به زمین منتقل شوند. بنابراین، محاسبات دقیق باربری و طراحی مناسب ستون های فلزی یا بتنی در داخل شمع ها بسیار مهم است.
طراحی و اجرای سیستم مهاربندی دیواره‌های گود
با توجه به اینکه دال های بتنی سقف در هر مرحله در نقش مهار جانبی عمل می‌کنند، طراحی آن ها باید به شکلی باشد که در برابر فشار جانبی خاک و نیروهای ناشی از گودبرداری مقاومت کافی داشته باشند. در موارد خاص، از استرات ها (Struts) یا انکراژها (Anchors) برای تأمین پایداری بیشتر دیواره های گود استفاده می شود.
در نظر گرفتن تغییر شکل های جانبی و نشست های احتمالی
بسیار مهم است که در طراحی، تغییر شکل های دیواره‌های گود در مراحل مختلف گودبرداری پیش بینی شده و با استفاده از تحلیل های عددی مانند روش اجزای محدود، میزان تغییر شکل کنترل گردد.
هماهنگی بین مراحل اجرایی و طراحی دال های بتنی
دال های بتنی نه تنها وظیفه تحمل بارهای سازه ای را دارند، در عین حال در نقش المان های موقتی برای پایدارسازی گود نیز عمل می‌کنند. بنابراین، ضخامت، مقاومت بتن، جزئیات آرماتوربندی و اتصالات آن‌ها با دقت طراحی می شود تا در حین گودبرداری، دچار ترک خوردگی یا آسیب نشوند.
طراحی سیستم زهکشی و کنترل آب زیرزمینی
در صورت بالا بودن سطح آب زیرزمینی، ممکن است در حین گودبرداری، مشکلاتی مانند ورود آب به داخل گود، کاهش مقاومت خاک و ناپایداری دیواره ها رخ دهد. به منظور جلوگیری از این مشکلات، ضروری است که سیستم زهکشی مناسب شامل چاه های زهکشی، دیواره های آب بند یا پمپاژ مستمر آب طراحی و اجرا می شود.
هماهنگی طراحی با تأسیسات و زیرساخت های شهری
وجود تأسیسات زیربنایی مانند لوله های آب، گاز، کابل های برق و فیبر نوری غالبا چالش هایی در مسیر اجرای روش تاپ دان ایجاد می کنند. از این رو لازم است که قبل از شروع عملیات اجرایی، نقشه های زیرساخت شهری بررسی شده و در صورت نیاز، تمهیدات لازم برای جا به جایی یا محافظت از این تأسیسات در نظر گرفته شود.
کنترل ارتعاشات و اثرات زیست محیطی
در حین اجرای عملیات گودبرداری و بتن ریزی، این احتمال می رود که ارتعاشات و سر و صدای ناشی از تجهیزات سنگین موجب بروز مشکلاتی برای ساختمان های مجاور و محیط اطراف شود. در نتیجه؛ مهم است که طراحی شامل روش هایی برای کاهش ارتعاشات، مدیریت آلودگی صوتی و کنترل گرد و غبار باشد.
تفاوت روش تاپ دان در سازه‌های بتنی و فلزی
روش تاپ دان را می توان هم در سازه های بتنی و هم در سازه های فلزی اجرا کرد. با این وجود، تفاوت هایی در اجرای این روش بین این دو نوع سازه دیده می شود که در ادامه قابل بررسی هستند:
نوع ستون ها و سیستم باربر
سازه های بتنی: ستون های بتنی درون شمع های حفر شده (Piles) اجرا شده و در هر مرحله، پس از اجرای سقف ها، ادامه ستون ها از طریق اتصال میلگردهای انتظار و قالب بندی بتن انجام می گیرد.
سازه های فلزی: ستون های فولادی به صورت یکپارچه و پیش ساخته درون شمع های بتنی جای گرفته و در همان ابتدای کار تا ارتفاع نهایی نصب می شوند. سپس با پیشروی اجرای سقف ها و گودبرداری، اتصال های لازم در هر مرحله انجام می پذیرد.
نحوه اجرای سقف ها و نقش آن در پایداری گود
سازه های بتنی: سقف ها به شکل دال بتنی درجا اجرا می شوند که علاوه بر باربری سازه ای، به عنوان مهاربند جانبی برای دیواره های گود عمل می‌کنند. ضخامت و آرماتوربندی این دال به نحوی است که همزمان با گودبرداری، بتوانند فشار جانبی خاک را تحمل کنند.
سازه های فلزی: سقف ها ممکن است به شکل تیر و دال بتنی یا عرشه فولادی (Decking) اجرا شوند. استفاده از سقف های کامپوزیت یا سقف های پیش‌ساخته در کاهش زمان اجرا تاثیر دارند.
سرعت اجرا و زمان بندی پروژه
سازه های بتنی: اجرای روش تاپ دان زمان برتر است. به این خاطر که بتن ریزی ستون ها و سقف ها در هر مرحله نیاز به قالب بندی، گیرش بتن و عمل‌آوری دارد.
سازه های فلزی: به خاطر استفاده از ستون های پیش ساخته و تیرهای فولادی، سرعت اجرا بیشتر است. از آنجایی که نیازی به قالب بندی گسترده و زمان انتظار برای گیرش بتن ستون ها نیست، این روش در پروژه هایی که زمان عامل حیاتی است، مزیت به حساب می آید.
هزینه های اجرایی و مصالح مصرفی
سازه های بتنی: هزینه های مربوط به قالب بندی، آرماتوربندی، بت ن‌ریزی و عمل آوری بتن در هر مرحله بالا است. علاوه بر آن، زمان بیشتر برای گیرش بتن ممکن است هزینه های غیر مستقیم پروژه را افزایش دهد.
سازه های فلزی: با وجود اینکه هزینه فولاد بیشتر است، اما کاهش هزینه های قالب‌بندی، کاهش زمان اجرا و استفاده از اعضای پیش ساخته در کاهش هزینه کلی پروژه نقش موثری خواهد داشت.
روش تاپ دان مزایای زیادی در اجرای سازه های زیرزمینی دارد. با این حال، به خاطر پیچیدگی طراحی و اجرا، افزایش هزینه های اولیه در برخی پروژه‌ها پیشنهاد نمی شود. معمولا تیم مهندسی در رابطه با استفاده از این روش متناسب با شرایط پروژه، هزینه ها و توان اجرایی، تصمیم گیری می کند.
