امروزه در عملیات های عمرانی استفاده از سطوح زیرزمینی بسیار رواج پیدا کرده است. از این روی اهمیت گودبرداری و پایدارسازی گود نیز تا حد چشمگیری افزایش پیدا کرده است.
تعریف پایدار سازی گود
عملیات پایدارسازی گود با هدف جلوگیری از ریزش دیوار گودی، پیشگیری از خسارات مالی، حفظ امنیت کارگران، ایمن سازی بناهای مجاور و … انجام می شود. جالب است بدانید که روش های پایدارسازی گود از تنوع بسیار بالایی برخوردار بوده که مهندسین می توانند بر اساس بودجه، وضعیت زمین، معماری بنا و … حق انتخاب داشته باشند. از جمله روش های پایدار سازی گود می توان به موارد زیر اشاره کرد.
- روش مهار متقابل
- روش خرپایی
- روش نیلینگ یا میخ گذاری
- روش انکراژ یا میل مهار
- روش دیوار دیافراگمی
- روش دیوار برلنی
- روش سپر کوبی
- روش شمع
- روش تاپ داون (بالا به پایین)
در ادامه ی این مطلب قصد داریم تا به بررسی یکی از بهترین و البته پرطرفدار ترین روش های پایدارسازی گود یعنی تاپ داون (بالا به پایین) بپردازیم و تمامی ویژگی های آن را بررسی کنیم. با ایران دی اس ام تا انتهای این مقاله همراه باشید.
تاریخچه روش تاپ داون
روش بالا به پایین یا همان تاپ داون با الهام از یک روش بسیار قدیمی به نام (ساخت جزیره ای) طراحی شده است. بسیاری از متخصصین بر این باورند که پایدارسازی گود به روش تاپ داون از دهه ی 70 میلادی به صورت گسترده و حرفه ای مورد استفاده قرار گرفت. اما پیش از این و برای اولین بار در سال 1935 میلادی کشور ژاپن از این روش استفاده کرد و بعد از آن در دهه ی 50 میلادی یک شرکت مشهور واقع در میلان (ایتالیا) توانست با تلفیق روش دیافراگمی و روش تاپ داون به موفقیت های بزرگی دست پیدا کند. با گذشت زمان این روش توجه بسیاری از متخصصین و مهندسین را به سوی خود جلب کرد و در سرتاسر دنیا نظیر ایستگاه های متروی میلان و پاریس مورد استفاده قرار گرفت.
روش اجرا
تاپ داون به عنوان یک روش برای گودبرداری و یا ساخت سازه شناخته شده و برعکس دیگر روش ها، اجرای سازه و مهارگود به صورت همزمان از سطح زمین به سمت فوندانسیون انجام می شود. جالب است بدانید که در این روش وظیفه ی مهارگود، مستقیما بر عهده ی سازه اصلی بوده و مرحله ی مستقل گودبرداری نیز حذف می شود. در هر پروژه ی عمرانی روند اجرای روش تاپ داون به دلیل شرایط متغیر می باشد اما به طور کلی مراحل اجرای روش بالا به پایین به شرح ذیل می باشد.
گام اول (اجرای دیوارهای حائل محیطی): ممکن است در آغاز کار دیوارهای حائل محیطی تا عمق معین، زیر تراز پی اجرا شود. خوب است بدانید که اجرای دیوارها نیز بر اساس یکی از روش های شمع های پیوسته، سپری های فولادی، شمع های سکانتی، دیوارهای دیافراگمی، دیوار بتن آرمه درجا، ستون های جت گروتینگ انجام می شود.
نکته: از میان روش های مذکور، دیوار حائل دیافراگمی به جهت ساخت دیوارهای حائل محیطی کاربرد بیشتری دارد.
نکته: به منظور اتصال دیوارهای حائل به دال سقف طبقات زیرین لازم است در تراز های معین، تجهیزات لازم جهت اتصالات بعدی پیش بینی شود.
گام دوم (حفر چاهک برای نصب شمع): در این گام نقاط مورد نظر جهت کارگذاری شمع ها مشخص شده و به وسیله تجهیزات حفاری نظیر کیسینگ، غلاف فولادی، بنتونیت و یا روش های دستی، محل چاهک جهت نصب ستون (فلزی یا بتنی) حفاری می شود. این نکته را به یاد داشته باشید که جهت رفت و آمد آسان تر، دهانه ی چاه بین 80 تا 100 سانتی متر می باشد.
توجه: عمق چاه بر اساس طول شمع و عمق گودبرداری محاسبه می شود.
نکته: جهت حفاری دستی در این گام، خاک منطقه باید تا حد لازم چسبنده باشد تا از ریزش جداره چاهک جلوگیری شود. اما در حفاری با دستگاه نوع خاک اهمیتی ندارد.
یکی از مهم ترین مراحل در این روش، اجرای ستون های سازه ی اصلی بوده که بدین جهت میبایست برای اجرای شمع در زیر تراز پی هر یک از ستون ها اقدام کرد.
توجه: با اجرای پی بر روی شمع ها امکان اجرای ستون های سازه ی اصلی فراهم می شود.
ستون های سازه اصلی در سازه های فولادی و یا بتنی به کمک روش هایی چون ستون مرکب فولادی، ستون بتنی پیش ساخته، ستون بتنی درجا با مقاطع مستطیل، مربع، دایره و ترکیب ستون های لاغر با ژاکت بتنی در حین ساخت سازه اصلی در بالای شمع ها اجرا می شود.
گام سوم (اجرای دال همکف): دراین مرحله بعد از اجرای ستون های سازه ی اصلی آرماتوربندی و بتن ریزی دال کف طبقه همکف در تراز بالای شمع ها و دیوارهای پیرامونی با در نظر گرفتن محل بازشوهای دسترسی به طبقات پایین اجرا می شود. مناسب بودن اندازه و محل بازشوهای دسترسی به منظور دسترسی به طبقات پایین و جابجایی ماشین آلات حفاری الزامی است. خوب است بدانید که دال بتنی هر طبقه ی زیرزمین از ریزش گود پیشگیری کرده و مانند مهار متقابل عمل می کند.
گام چهارم (شروع خاکبرداری): بعد از گذر از مراحل قبل، فرآیند گودبرداری در محل بازشوها تا تراز سقف پایین تر به وسیله ی ماشین آلات و تجهیزات انجام می شود.
حال پس از مراحل زیر باید جهت آرماتوربندی و بتن ریزی سقف اقدام کرد.
- رسیدن به تراز پایینی
- رگلاژ کردن کف زمین طبیعی
- اجرای بتن مگر (مخلوط بتنی با درصد سیمان کم و درصد سنگدانه و آب زیاد)
روش اتصال سقف بر دیوار های محیطی و ستون ها به وسیله ی اتصالات جوشی یا مکانیکی بر صفحه های انتظار انجام می شود. در این گام توجه به نکاتی چون ارتفاع دقیق حفاری، وضعیت لایه های خاک، استفاده از ماشین آلات قدرتمند، و با ارتفاع کوتاه الزامی است.
گام پنجم (تکرار مرحله ی قبل): در این گام باید تا زمان رسیدن به تراز پی، مرحله ی قبل را تکرار کرد.
مرحله ی ششم (اجرای آرماتوربندی و بتن ریزی): در این مرحله میبایست بعد از عبور از عملیات گودبرداری و خروج ماشین آلات جهت آرماتوربندی و اجرای بتن لایه دوم اقدام کرد.
توجه: به منظور باربری دائمی سازه، بتن لایه دوم در اطراف ستون های فولادی و بخش داخلی دیوار دیافراگمی اجرا می شود.
آب بندی اتصال دال : در صورت بالا بودن سطح آب های زیرزمینی، عبور از مرحله ی زهکشی الزامی است.
درز سرد و امکان نفوذ رطوبت: در محل اتصال فوندانسیون یا دال سقف به دیوار، فاصله ی زمانی در بتن ریزی سبب شده تا بتن جدید و بتن قدیمی به یکدیگر نچسبد و درز سرد تشکیل شود. در این مواقع به منظور جلوگیری از نفوذ رطوبت باید از واتر استاپ استفاده کرد.
توجه: یک دوم واتر استاپ در دیوار حائل و باقی آن در فوندانسیون قرار می گیرد.
اجرای دیوارهای اطراف
در ایران بعد از گود برداری تا تراز مورد نظر جهت پایدارسازی خاک قبل از اجرای دیوار حائل، از ظرفیت باربری خود خاک استفاده شده، بدین منظور فرآیند خاک برداری به صورت (دندانه موشی) انجام می شود. اتصال دیوارهای حائل به سقف و دیوارهای مجاور و پی با یکی از روش های وصله ی جوشی، وصله ی پوششی، کاشت میلگرد و وصله مکانیکی انجام می شود. در مناطقی که دارای خاک سست و سطح آب های زیرزمینی بالا است، (دیوار پیرامونی سراسری) کاربرد دارد.
روش اجرا روش تاپ داون در اسکلت فلزی
روش اجرای این روش در اسکلت فلزی شباهت بسیار زیادی به بتنی دارد. در ادامه به بررسی برخی از تفاوت ها خواهیم پرداخت.
- در اسکلت های فلزی کوبلینگ مورد استفاده نبوده و اتصال ستون ها و تیر ها به صورت جوشی و یا فلنجی می باشد.
- در قسمت اجرای دیوار حائل، برشگیر بر روی ستون نصب می شود. برشگیرتاثیر بسیار زیادی در رفتار یکپارچه و مرکب دیوار با ستون های طرفین داشته و عموما از پروفیل ناودانی تهیه می شود.
- زمان نصب صفحه ستون ها در زمان اتصال به فوندانسیون و یا زمان ساخت ستون می باشد.
- در ستون های فلزی، به جهت ایجاد طول گیرداری ستون، برشگیرهایی داخل ستون نصب کرده و داخل شمع قرار می دهند.
مزایا روش تاپ داون
فراهم کردن فضای کار بیشتر، عدم نیاز به کسب رضایت همسایه ها، کاهش مشکلات زیست محیطی، کاربردی در ساختمان های بزرگ با طبقات زیر زمینی، اجرای همزمان زیرسازه و روسازه، حذف سازه نگهبان موقت، عدم وابستگی به جنس خاک، به کار بردن از اصطکاک جداری به جهت تامین ظرفیت باربری و عملکرد سیستم باکسی به عنوان فوندانسیون از جمله مزایای این روش محسوب می شود.
معایب روش تاپ داون
- دسترسی به گود تنها از طریق بازشوها و شفت ها امکان پذیر است.
- هزینه ی نسبتا زیاد
- نیاز به گروه اجرایی متخصص و توانمند
- عدم اتصال تیر و ستون در صورت عدم اجرای صحیح پیچ ها (در اسکلت فلزی)
- افزایش ایجاد خزش در خاک نرم و نشست زمین در پی افزایش زمان ساخت سازه
- سرعت پایین اجرا
- پیچیدگی اتصالات دال
هم چنین در این روش عملیات خاکبرداری به صورت پیوسته انجام نمی شود.
مکان های مورد استفاده
محدودیت فضای عملکردی یکی از اصلی ترین دلایل استفاده از این روش می باشد. ساخت و ساز ساختمان های شهری سبب ترافیک شده و به منظور کاهش آن می توان از روش تاپ داون استفاده کرد.
سطح آب های زیرزمینی: در برخی از پروژه های عمرانی، سطح آب های زیرزمینی در سطح پروژه بوده از این روی فرآیند پایدارسازی گود تا تراز کف گود و حفاری را با چالش رو به رو می کند. روش بالا به پایین با کمک شمع های عمیق و دیوار دیافراگمی سبب جلوگیری از نشت آب به ستون ها و محل اجرای فوندانسیون شده و این مشکل را به طور کامل رفع می کند.
ساخت و ساز شهری: سازه های شهری نیازمند طبقات بالا و فضایی به منظور پارکینگ بوده از این جهت با افزایش طبقات عمق گود نیز افزایش یافته و این امر می تواند سبب بروز مشکلاتی چون محدودیت در علمکرد ماشین آلات و سطح کم فضای گود برداری شود.
پروژه های زیر زمینی: یکی دیگر از کاربردهای روش تاپ داون در اجرای پروژه هایی چون ایستگاه های مترو می باشد. این سبک از عملیات ها به دلیل طراحی در زیر زمین و احتمال انسداد خیابان های اصلی، سبب خسارات بسیار سنگینی می شود و به منظور حل این مشکل می توان از روش تاپ داون استفاده کرد. از جمله دیگر کاربرد این روش می توان به احداث تونل (شهری و غیرشهری)، ساخت ایستگاه های مترو در شریان اصلی، ساخت فاضلاب و مخازن آب، پل های زیرگذر، ساختمان ها و بناها در مناطق پرتراکم و … اشاره کرد.
پروژه های مشهور تاپ داون
در ادامه به بررسی مشهورترین پروژه های معماری که با روش تاپ داون ساخته شده اند خواهیم پرداخت.
برج شانگهای واقع در چین: برج های اداری تجاری شانگهای چین، آسمان خراش هایی با ارتفاع 567 متر و 121 طبقه بوده که مدت زمان ساخت آن از سال 2008 تا 2016 به طول انجامید. این آسمان خراش ها به عنوان دومین ساختمان های بلند دنیا و بلند ترین ساختمان های کشور چین شناخته می شود.
مجتمع Marina Bay Sands واقع در سنگاپور: این بنای فوق العاده یک مجتمع تفریحی با مساحت 38 هکتار بوده و سه برج با تعداد طبقات مساوی (57 طبقه) و با ارتفاع 194 متر در کنار هم ساخته شده است.
این بنای جذاب دارای امکاناتی به شرح زیر می باشد.
- استخر با ارتفاع 191 متر از سطح زمین
- پارک هوایی با ظرفیت 3900 نفر
- تراس آسمان یک هکتاری بر روی سقف (به نام پارک آسمان شن ها)
برج هرون واقع در لندن: برج تجاری اداری هرون واقع در انگلستان یک آسمان خراش به ارتفاع 202 متر و زیربنای 43000 متر مربع بوده که 46 طبقه نیز دارد. این پروژه از سال 2007 میلادی تا سال 2011 به روش بالا پایین ساخته شد.
برج تجاری واقع در ویتنام: این آسمان خراش واقع در شهر هوشی مین ویتنام بوده و ارتفاعی در حدود 262 متر دارد. این برج با داشتن 68 طبقه و 3 زیرزمین در سال 2011 ساخته شده و از شهرت بالایی نیز برخوردار می باشد.
از جمله دیگر بناهای مشهور که با روش تاپ داون ساخته شده می توان به موارد ذیل اشاره کرد.
- (festival walk) واقع در هنگ کنگ
- پروژه چهارباغ واقع در تبریز
- مرکز خرید گالریز واقع در انگلستان
- ساختمان مسکونی شقایق واقع در تهران
- دفتر مرکزی شرکت بانکداری واقع در شانگ های
- مرکز تجارت IFC واقع در هنگ کنگ
- هالیوود پلازا واقع در آمریکا
- پروژه شیخ بهایی
بررسی و مقایسه ی روش تاپ داون و دیگر روش ها
- سازه ی خرپایی نسبت به تاپ داون بسیار جاگیر بوده از این روی فضای زیادی را اشغال می کند.
- در دیگر روش ها نصب سولجرهای موقت الزامی است اما در روش تاپ دون از ستون ها به عنوان مهار استفاده می شود.
- در روش تاپ داون به دلیل اجرای همزمان سازه پایین تراز همکف و بالای تراز همکف، سرعت اجرا تا حد چشمگیری افزایش می یابد.
- روش تاپ داون برخلاف دیگر روش ها نظیر مهار متقابل، برای پروژه های سنگین و بزرگ کاربردی است.
- شرایط آب و هوایی یکی از موثرترین عوامل در ساخت پروژه های ساختمانی بوده اما در این روش با اجرای سقف منفی یک، دو سقف دیگر از بارش ها و عواملی از این دست محافظت می شوند.
- از این روش می توان در پروژهای عمرانی با تعداد طبقات منفی بسیار زیاد استفاده کرد.
روش اجرای تونل و مترو به روش بالا پایین
به حهت اجرای تونل به روش بالا پایین لازم است گام های زیر به طول کامل طی شود.
- گام اول (اجرای دیوار حائل محیطی)
- گام دوم(شروع گودبرداری)
- گام سوم(احداث دال بتنی)
- گام چهارم(تکرارمراحل قبل)
- گام پنجم(اتمام فوندانسیون)
- گام نهایی(خاکریزی)
به یاد داشته باشید که اجرای تونل و مترو به روش تاپ داون شباهت بسیار زیادی به پروژه های ساختمانی دارد.
کلام پایانی:
در این مطلب به معرفی کامل روش تاپ دون پرداخته و به تمامی فرآیند آن را به طور کامل بررسی کرده ایم. این روش دارای بی شمار مزایا بوده از این روی در چند سال اخیر مورد توجه بسیاری از مهندسین و معماران ایرانی قرار گرفته است. جهت مدل سازی رفتار خاک و رفتار سازه قبل از آغاز کار نیز می توانید از نرم افزارهای مهندسی چون ABAQUS استفاده کنید.