پایدارسازی گودبرداری به عنوان اولین قدم در اجرای سازه است که اهمیت بسیاری دارد. یکی از روش‌ها نوین در پایدارسازی گود روش تاپ دان یا روش ساخت از بالا به پایین است که در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است. شرکت ارژن پی به عنوان یکی از پیمانکاران اجرای انواع روش گودبرداری به خصوص اجرای تاپ دان و دیوار برلنی شناخته می‌شود. با توجه به اهمیت انتخاب روش گودبرداری در این مطلب قصد داریم شما را با روش تاپ دان (top down method) بیشتر آشنا نماییم. برای شناخت هر چه بهتر این روش پایدار سازی لازم است با چیستی آن و اجزا و روش اجرای آن آشنا شوید علاوه بر آن آگاهی از مزایا و معایب استفاده از روش تاپ دان می‌تواند به شما کمک نماید تا برای انتخاب روش پایدار سازی گودبرداری خود تصمیم بهتری اتخاذ نمایید.
انواع روش‌های پایدارسازی گود برداری
صنعت ساخت و ساز در سالهای اخیر پیشرفت چشمگیری داشته است، ساخت سازه‌های غول پیکر در دل شهرها در صد سال اخیر با توجه به انفجار جمعیت روز به روز در حال افزایش است. هر ساخت و سازی برای داشتن ایمنی و استحکام نیاز به پی و فنداسیونی قوی دارد. در نتیجه اولین قدم برای ساخت یک بنا به خصوص بناهای بزرگ ایجاد پی و فنداسیونی قوی برای آن است که اینکار تنها با گودبرداری‌های عمیق امکان پذیر است. اما گودبرداری در دل شهرها با وجود ساختمان‌های متعدد در اطراف به واسطه ماهیت روندگی خاک خطرناک است در نتیجه لازم است قبل از گودبرداری به پایدار سازی دیواره‌های گود توجه شود و با مطالعه خاک منطقه و برآورد میزان جابه جایی آن بهترین روش برای پایدار سازی این دیواره‌ها توسط مهندسین ناظر انجام گردد. لزوم پایدارسازی گودبرداری‌های در سالهای اخیز باعث ظهور روش‌های نوین پایدار سازی گود برداری و ارتقا روش‌های قدیمی شده است و ما امروزه انواع روش‌های ثبیت دیواره‌های گود را داریم که که هر یک از آنها مطابق با شرایط پروژه مانند: ظرفیت باربری خاک، میزان سرباره، بودجه اقتصادی، محوطه احداث پروژه و… انتخاب می‌شود.
مهمترین روش‌های پایدارسازی گودبرداری عبارتند از :
- روش ساخت بالا به پایین یا تاپ دان (Top-Down)
- روش مهاربندی با میخ‌کوبی یا نیلینگ (Nailing)
- روش مهارگذاری کششی یا انکراژ (Anchorage)
- روش سازه نگهبان خرپایی (Truss Retaining)
- روش مهارهای متقابل و استرات‌های تنیده (Strut)
- روش دیواره دیافراگمی (diaphragm pile wall)
- روش سپرکوبی با صفحات فولادی (Sheet Pile)
- روش دیوار برلنی یا سولجر پایل (soldier pile)
- روش اجرای شمع با پروفیل یا بتن (pile)
حال که با اهمیت پایدار سازی آشنا شدیم به معرفی تاپ دان یه عنوان یکی از مهمترین روش‌های ثبیت گودبرداری می‌پردازیم.
تاپ دان به عنوان یک روش مقاوم سازی گودبرداری
تاپ دان به عنوان یکی از روش‌های مقاوم سازی گودبرداری در سالهای اخیر با استقبال گسترده ای مواجه شده است. شاید عجیب به نظر برسد اما این روش برخلاف سایر روش‌ها تثبیت گو عمل می‌کند و با ساخت از بالا به پایین روندی معکوس در پی دارد به همین دلیل به عنوان روش ساخت از بالا به پایین شناخته می‌شود. در روش‌های دیگر تثبیت گودبرداری ابتدا خاکبرداری انجام می‌شد و سپس با یکی از روش‌هایی که در بالا به آنها اشاره شد عمل مقاوم سازی دیواره گودبرداری انجام می‌شود اما در روش تاپ دادن یا ساخت از بالا به پایین روند کار برعکس است و همزمان با برداشتن خاک، طبقات زیرزمین از سطح زمین به سوی پایین ساخته می‌شوند. در این روش فونداسیون و پی بنا آخرین مرحله اجرایی است.
تاریخچه روش ساخت از بالا به پایین
شواهد استفاده حرفه ای از پایدارسازی گود به روش تاپ دان به دهه 70 میلادی بر می‌گردد اما پیش از آن در سال 1935 برای اولین بار این روش در توکیوی ژاپن مورد استفاده قرار گرفت پس از آن در دهه 50 میلادی یک شرکت ایتالیایی در میلان با تلفیق روش دیوار دیافراگمی و اجرای ساختمان به روش معکوس توانست موفقیت‌هایی کسب نماید. پس از آن این روش مورد توجه عموم قرار گرفت و چیزی نگذشت که در کشورهای مختلف به کار گرفته شد. از روش تاپ دان در ساخت ایستگاه‌های مترو شهر پاریس و میلان استفاده شده است و امروزه در ایران نیز این روش مورد توجه قرار گرفته و مهندسان عمران با توجه به الویت‌ها در برخی از پروژه‌های عمرانی از روش ساخت از بالا به پایین استفاده می‌کنند.
روش ساخت از بالا به پایین برگرفته از یک روش قدیمی تر به نام ساخت جزیره ای است. به طور کل تاپ دان و ساخت جزیره ای به عنوان روش‌های پایدارسازی گودبرداری شناخته نمی‌شوند و بیشتر روش‌های اجرایی در ساخت سازه هستند که از آنها به عنوان خاکبرداری معکوس هم نام می‌برند.
روش ساخت جزیره‌ای چیست؟
روش ساخت جزیره‌ای یک نوع تکنیک ویژه ساخت است که به پایدارسازی دیواره گود به روش مهار متقابل با کمک گرفتن از اسکلت بندی مرکزی ساختمان می‌پردازد. در این روش المان‌های نگهدارنده قائم مانند روش مهار متقابل در اطراف محل گودبرداری نصب می‌شود و پس از آن محل پروژه به صورت شیبدار و قائم تا رسیدن به کف گود خاکبرداری می‌شود. در این مرحله کف از پایین به بالا ساخته می‌شود و ساخت طبقات بالاتر تا مرحله ای ادامه می‌یابد که ساختمان به ثبات برسد آنگاه خاکبرداری مجددا در گود ادامه می‌یابد و پی و فنداسیون بنا ساخته می‌شود. این روش به دلیل معایبی که داشت منسوخ گردید اما به جای آن روش تاپ دان به صورت پیشرفته تری پا به عرصه گذاشت.
مزایای استفاده از روش تاپ دان (TDM)
روش تاپ دان همانطور که گفته شد یک روش جدید در پایدارسازی گودبرداری است که بیشتر به عنوان روشی برای ساخت سازه شناخته می‌شود. پس از ظهور این روش به دلیل مزیت‌هایی که داشت مورد توجه شرکت‌های عمرانی و کارفرمایان ساختمانی قرار گرفت. روش ساخت از بالا به پایین برای تثبیت گودبرداری به نوعی روش ساخت نیز هست به همین دلیل یک روش نوین است که باید قبل از انتخاب، از مزایا و به خصوص معایب آن باخبر شوید تا یک انتخاب آگاهانه داشته باشید. در ادامه به برخی از مزایای روش ساخت از بالا به پایین اشاره می‌نماییم.
- عدم نیاز به اخذ رضایت همسایه‌های مجاور گودبرداری و مسائل حقوقی آن
- امکان اجرای عملیات در شیفت‌های کاری مختلف در تمام فصول
- کاهش مزاحمت‌ها و ترافیک‌های خیابانی پیرامون کارگاه ساختمانی
- ایمنی بالا در گودبرداری و ساخت طبقات زیرین به خصوص در زمین‌های سست
- کاهش هزینه‌ها به دلیل عدم نیاز به استرات و سایر سیستم‌های مهاربندی دیوار گود
- قابل استفاده در انواع خاک‌های سست و سخت و حتی گودبرداری عمیق تر از بستر آب
- امکان افزایش مساحت کارگاه پس از اجرای سقف اول به خصوص در مناطق شهری
- افزایش سرعت ساخت و ساز به واسطه انجام همزمان ساخت سازه و تثبیت گودبرداری
- ساخت سازه در سریع ترین زمان به خصوص برای سازه‌های دارای زیرزمین‌های عمیق
- کاهش هزینه‌های گودبرداری به دلیل حذف المان‌ها به کار گرفته در سایر پایدارسازی ها
- حذف عملیات قالب بندی دیوار محیطی، سقف و ستون به واسه استفاده از زمین به عنوان قالب
- کاهش نشست خاک در محوطه اطراف ترانشه حفاری، افزایش صلیب و کاهش حرکات جانبی دیوار گود
- عدم نیاز به تجهیزات ایمن کننده حفاری‌های عمیق همچون نرده و گارد ریل در اطراف محل گودبرداری
- کنترل بالای گودبرداری به دلیل گودبرداری و ساخت و ساز متناوب در جریان ساخت از بالا به پایین
معایب روش تاپ دان (TDM)
روش تاپ دان با وجود مزایای بسیاری که دارد محدودیت‌هایی نیز دارد که باعث می‌شود استفاده از آن در هر پروژه ای امکان پذیر نباشد. معایب روش ساخت از بالا به پایین عبارتند از:
- نیاز به نیروی متخصص و حرفه ای با تجربه کاری بالا
- هزینه نسبتا بالای آن با توجه به اجرای پی‌های عمیق
- امکان انحراف بیش از حد ستون‌ها و دیوار حائل محیطی
- لزوم استفاده از سیستم روشنایی قوی در تمامی شیف‌های کاری
- استفاده از ماشین آلات خاص برای حفاری و نصب دیوار حائل
- لزوم اختصاص فضای کافی برای تهویه طبقات زیرین در هنگام خاکبرداری
- محدودیت به واسطه جدا شدن کارگاه‌های روزمینی و زیرزمینی و تجهیزات آنها
- کندی عملیات حفاری در تراز زیر سقف‌ها به دلیل محدودیت ماشین آلات قابل استفاده
- لزوم تجهیز سیستم تهویه در طول ساخت و ساخت و تخلیه گازهای سمی تولید شده
- اجرای تمهیدات لازم برای بالا کشیدن ماشین آلات حفاری پس از اجرای طبقات زیرین
- لزوم افزایش عمق ستون‌ها و ابعاد ستون میانی به منظور تامین باربری لازم در زمان ساخت
به طور کل این روش ساخت و ساز، روش محبوبی است به خصوص به خاطر عدم کسب مجوز از همسایه‌ها که بعضا در برخی از پروژه‌ها هزینه‌های سنگینی را برای صاحبان پروژه به وجود می‌آورد. به طور کل این روش به صلاحدید مهندسین عمران در ساخت سازه‌های بزرگ به خصوص سازه‌های زیرزمینی درون‌شهری که با معضلاتی همچون ایجاد ترافیک، اختلال در عبور و مرور و سایر مشکلات ناشی از گودبرداری‌های عمیق مواجه است قابلیت اجرایی دارد.
اجرای روش تاپ دان
همانطور که گفته شد روش تاپ دان روش متفاوتی است که در سالهای اخیر با توجه به مزایایی که دارد جایگزین روش‌های قدیمی شده است. این روش یک شیوه ساخت و ساز است که همزمان با گودبرداری، طبقات زیر در آن ساخته می‌شوند. برخلاف سایر شیوه‌های ساخت و ساز که اجرای فنداسیون و پی سازی اولین قدم در ساخت است در این روش کاملا برعکس است در اینجا قصد داریم شما را با مراحل اجرای روش تاپ دان آشنا نماییم.
این روش شامل مراحل زیرا است:
طراحی نقشه تاپ دان
طراحی را شاید بتوان مهمترین بخش در ساخت و ساز در نظر گرفت زیرا لازم است طرح کلی و ترسیم سه بعدی آن پیش از اجرا مشخص گردد تا ساخت و ساز بر اساس آن پیش رود. این کار توسط نرم افزارهای حرفه ای زیر نظر متخصصین عمران انجام با مطالعه خاک و سایر مسائل انجام می‌شود. نرم افزارهای مورد استفاده شامل نرم افزارهای ژئو اسلوپ (Geo-slope)، پلکسیس تو دی (plaxis 2D) و پلکسیس تری‌دی (plaxis 3D) می‌شود.
اجرای دیوار حائل
اولین مرحله اجرایی در ساخت سازه نگهبان تاپ دان اجرای دیوار حائل است که به عنوان دیوار حائل محیطی شناخته می‌شود. این دیوار در اطراف پروژ در عمقی پایین تر از پی بنا کار گذاشته می‌شود و علاوه بر نقش حائل نقش دیواره طبقات زیرین را نیز برعهده دارد. این دیوارها توسط تزریق بتون آرمه در محل، شمع، سپرهای فولادی، ستون‌های جت گروتینگ یا دیوارهای دیافراگمی پیش ساخته تولید می‌شود.
حفر چاهک برای نصب شمع
مرحله دوم حفاری محل شمع‌ها بر اساس نقشه طراحی شده است که ابتدا نقاط مورد نظر برای کار گذاشتن شمع‌ها علامت گذاری می‌شوند و آنگاه به صورت دستی یا با کمک دستگاه‌های حفاری مانند بنتونیت، کیسینگ یا غلاف فولادی محل چاهک‌ها برای نصب ستون که اغلب ستون‌های فولادی یا بتنی هستند حفر می‌شوند. دهانه چاه لازم است بین 80 تا 100 سانتی متر باشد تا بتوان درون آن به راحتی رفت و آمد کرد، همچنین عمق چاه با توجه به عمق گودبرداری و طول شمع محاسبه می‌گردد. در صورتی که حفاری دستی باشد لازم است خاک منطقه دارای چسبندگی لازم برای جلوگیری از ریزش باشد اما در حفاری با دستگاه نوع خاک مهم نیست و می‌توان از دستگاه‌های حفاری در هر نوع خاکی استفاده نمود.
نصب ستون‌ها و بتن ریزی شمع
مرحله ی بعدی نصب ستون‌های بتنی پیش ساخته یا پروفیل‌های فولادی درون حفره‌ها و بتن ریزی آنهاست تا یک پایه قوی به وجود آید. ستون‌ها می‌توانند از جنس‌های مختلفی باشند اما به طور کل ستون‌های بتنی و ستون‌های مرکب فولادی بهترین نوع برای اینگونه شمع است. ستون‌های بتنی در کارگاه‌ها به صورت پیش ساخته با آرماتوربندی قالب گیری می‌شوند و به عنوان ستون به محل چاه‌ها حمل می‌شوند. ساخت ستون برای شمع نیاز به تخصص و رعایت اصول دارد در نتیجه این کار باید زیر نظر متخصصان در کارگاه‌های ساختمانی انجام گردد.
طول ستون‌های ساخته شده نباید بیشتر از 12 متر باشد زیرا جابه جایی آنها به محل امکان پذیر نخواهد بود و تریلی‌ها حداکثر 12 متر کف دارند. در صورتی که طول ستون لازم است بیشتر از 12 متر باشد لازم است که ستون‌ها در محل پروژه بهم پیوند داده شوند تا ارتفاع مورد نظر به وجود آید.
اجرای دال کف یا تراز صفر
پس از کار گذاشتن ستون‌ها و بتن ریزی شمع‌ها نوبت به اجرای دال کف یا تراز صفر می‌رسد. این کف همان کف طبقه همکف و سقف طبقه منفی 1 است و لازم است در اجرای آن دقت شود. ابتدا 2 تا 3 متر از کف خاکبرداری می‌شود تا ماشین آلات مورد نیاز به عمق مورد نظر وارد شوند. برای اجرای کف تراز ابتدا کف زمین رگلاژ (آرماتوربندی) شده و بر روی آن بتن ریزی به صورت عادی انجام می‌گیرد. اندازه و ابعاد بازشوها باید طوری باشد که ماشین آلات حفاری امکان دسترسی به طبقات پایین تر رو هم داشته باشند.
آرماتوربندی دیوار حائل طبقه منفی یک
در این مرحله آرماتوربندی دیوار حائل طبقات منفی یک و تیر پایین آن انجام می‌شود. لازم است این آرماتوربندی همزمان انجام گردد و پس از آن دیوار حائل قالب بندی و بتن ریزی شود.
قالب بندی و بتن ریزی دیوار حائل طبقه منفی یک
پس از آرماتوربندی دیوار حائل طبقات، برای کاهش فشار با گذاشتن قلاب‌هایی بر روی آن برای جلوگیری از در رفتن جک‌های عملیات محکم سازی قالب بندی انجام می‌شود سپس قالب آماده شده بتن ریزی می‌شود. پس از اجرای قالب بندی دیوار با خارج کردن خاک آرماتورهای تیر آن را به همراه سقف قالب بندی و بتن ریزی می‌کنند.
پیشروی پروژه تا رسیدن به پی و فونداسیون
مانند طبقه قبلی تا ارتفاع یک طبقه به علاوه تیر را خاکبرداری می‌کنند و پس از آرماتوربندی دیواره و تیرها آنها را قالب بندی و بتن ریزی می‌کنند. پس از آن دال کف طبقه منفی یک همراه با تیر بتن ریزی می‌شود. این روند همچنان ادامه دارد تا زمانی که به طبقات منفی به اتمام رسیده و فنداسیون بنا به عنوان آخرین مرحله اجرایی باقی بماند.
اجرای فونداسیون و عملیات تکمیلی
همانگونه که گفته شد در روش تاپ دان فنداسیون آخرین مرحله اجرایی است که انجام می‌شود. پس از تکمیل عملیات گودبرداری و اجرای فنداسیون، ماشین‌آلات از محیط خارج شده و مراحل تکمیلی که شامل آرماتوربندی و اجرای بتن لایه دوم اطراف ستون‌های فولادی است انجام می‌شود.
اجرای اسکلت فلزی به روش تاپ دان یا تاپ دان فلزی
اجرای اسکت فلزی به روش ساخت از بالا به پایین مانند اجرای اسکلت بتنی است یکی از مهمترین تفاوت‌های آنها این است که در اسکلت فلزی اتصالات ستون‌ها و تیرها اغلب به صورت فلنجی یا جوشی صورت می‌گیرد و تامین طول گیرداری ستون در شمع توسط خود ستون فلزی انجام می‌شود.
برای درک بهتر مطلب در ادامه فیلم اجرای تاپ دان برای شما قرار داده شده است تا واضح تر با روش انجام آن و اجرای همزمان ساخت و پایدارسازی گودبرداری در آن آشنا شوید.
در پایان برای مرور مطالب ارائه شده به چند سوال پاسخ می‌گوییم
چرا به تاپ دان روش ساخت از بالا به پایین می‌گویند ؟
این روش برخلاف تمامی روش‌ها که پس از انجام گودبرداری از پایین به بالا ساخته می‌شوند، همزمان با انجام گودبرداری از روی زمین ساخت طبقات منفی به سمت پایین انجام می‌شود یعنی به روش معکوس عمل می‌نماید.
چرا روش اجرای معکوس یا تاپ داون موجب افزایش سرعت ساخت سازه می‌شود؟
در روش تاپ داون، امکان کار به صورت سه شیفت مداوم وجود دارد علاوه بر آن پس از اجرای بخشی از طبقات منفی می‌توان همزمان شروع به ساخت طبقات فوقانی نیز کرد در نتیجه سرعت ساخت و ساز افزایش پیدا می‌کند.
تاپ دان برای چه نوع گودبرداری مناسب است؟
تاپ دان یک روش گودبرداری صرف نیست بلکه به عنوان یک روش ساخت و ساز نیز شناخته می‌شود استفاده از آن با توجه به صلاحدید متخصصان برای هر نوع گودبرداری می‌تواند مناسب باشد. از این روش در گودبرداری‌های گسترده و عمیق استفاده می‌شود.
آیا هر کسی می‌تواند سازه را به روش تاپ داون یا معکوس اجرا کند؟
در صنعت ساختمان گودبرداری و اجرای سازه به روش بالا- پایین (تاپ داون) یک روش حرفه ای است که لازم است متخصصین کاربلد ناظر بر انجام آن باشند. اگر شما نیز به دنبال اجرای روش تاپ دادن در ساخت بنای خود هستید قبل از انتخاب پیمانکار حتما درباره پروژه‌هایی که قبلا انجام داده اند مطالعه نمایید و راهنمایی و مشاوره لازم را دریافت کنید. انتخاب حرفه ای‌ها تضمین کننده کیفیت کار شما خواهد بود.
ارژن خاک پی ارائه دهنده خدمات تاپ دان
شرکت ارژن پی به عنوان ارائه دهنده انواع خدمات پی و فنداسیون بنا در شمال کشور در سالهای اخیر توانسته است انواع خدمات ساخت و ساز همچون مطالعات و مشاوره ژئوتکنیک، خاکبرداری، انواع روش‌های پیادارسازی گود همچون تاپ دان، نیلینگ و انکراژ، خرپا و مهار متقابل، دیوار برلنی و سایر خدمات ساخت و ساز مدیریت پیمان ساخت، زهکشی و عایق بندی، طراحی خاص فونداسیون، انجام آزمایش‌های تخریبی و کنترلی، ابزاربندی و مونیتورینگ، جت گروتینگ و اختلاط عمیق، عایق بندی، زهکشی و… را با بهره گیری از دانش و توان فنی متخصصین خود با بالاترین کیفیت انجام دهد. این شرکت در زمینه تخصصی مهندسی خاک و ژئوتکنیک با استفاده از ابزار و تجهیزات پیشرفته مشاور و راهنمای پروژه‌های بسیاری بوده است و علاوه بر آن متخصصین ارژن پی در زمینه طراحی مهندسی، مدیریت و اجرای پروژه‌های مهندسی ژئوتکنیک مانند بهسازی خاک، پایدار سازی گود و ترانشه به شیوه‌های تزریق و میکروپایل در ایران و کشورهای همسایه موفقیت‌های چشمگیری به دست آوردند. شما عزیزان می‌توانید برای دریافت مشاوره و راهنمایی درباره تمامی خدمات با ما تماس بگیرید.