صفحه اصلی  »  اجرای سازه  »  بررسی اجرای روش تاپ دان به همراه معرفی روش تاپ دان

بررسی اجرای روش تاپ دان به همراه معرفی روش تاپ دان

اجرای روش تاپ دان به چه صورتی انجام می گیرد؟اجرای روش تاپ دانر

با توجه به افزایش روز افزون جمعیت، یکی از مشکلاتی که با آن مواجه شده ایم تامین فضاهای مسکونی، اداری و … می باشد. همین مساله باعث شده است که بسیاری از ایده­ پردازان شهری به استفاده ­ی همزمان ارتفاع و عمق زمین، برای ساختمان سازی توجه کنند. اما آیا روشی مطمئن و سریع برای ساخت و ساز در عمق زمین سراغ دارید؟ آیا استفاده از شمع برای پایدار سازی گودبرداری روشی مناسب است؟

در این مقاله جامع ابتدا به معرفی روش تاپ دان خواهیم پرداخت و سپس تمامی مراحل اجرای تاپ دان در ساختمان ها و تونل ها را آموزش خواهید دید.

 

معرفی روش تاپ دان

 

 

با مطالعه این مقاله جامع چه می آموزیم؟

1. روش­ های مرسوم پایدارسازی گودبرداری

از آنجایی که همواره در پروژه‌های با گودبرداری عمیق، احتمال خطر ریزش دیواره گود وجود دارد، بررسی و شناخت دقیق لایه‌های خاک و تعیین و طراحی دقیق سازه‌ی نگهدارنده گود، اهمیت بسیار زیادی داشته و گاهی زمان زیادی صرف مطالعات ژئوتکنیک و طراحی سازه نگهبان می‌گردد. بر اساس دانش مهندسی و بررسی‌های انجام شده یکی از روش‌های زیر یا ترکیبی از آنها برای پایدارسازی گودها تعیین می‌شود:

  • روش سازه نگهبان خرپایی (Truss Retaining Structures)
  • روش مهار فشاری (مهار متقابل) دیواره‌های گود (Strut)
  • روش میخ کوبی دیواره‌های گود (Nailing)
  • روش دوخت به پشت (Tie back) یا مهار کششی دیواره‌های گود (Anchorage)
  • دیوار دیافراگمی (Diaphragm Pile Wall)
  • دیوار برلنی (Berliner Wall)
  • روش سپرکوبی (Sheet Pile)
  • روش اجرای شمع (pile)
  • روش ساخت از بالا به پایین (Top/Down Construction)

در ادامه، در رابطه با روش ساخت از بالا به پایین توضیحات کامل ارائه خواهد شد.

2. روش تاپ دان چیست؟

روش ساخت از بالا به پایین به عنوان تحول عظیمی در ساخت سازه‌های بزرگ زیر زمینی (تونل)، برای اولین بار در دهه ۷۰ میلادی، در ساخت ایستگاه‌های متروی شهرهای پاریس و میلان مورد استفاده قرار گرفت و به نام روش (Cut & cover) شناخته شد. اساس این روش بر مبنای پیشرفت سازه تونل درون گودبرداری و سپس پرکردن محیط خارجی تونل با مصالح خاکریزی پس از تکمیل سازه تونل می‌باشد. این روش ساخت بیشتر برای ساخت تونل‌های سطحی اقتصادی، و قابل قبول می‌باشد.

عملیات تونل سازی به روش (Cut & cover) به دو نوع مختلف معرفی شده است:

  • روش ساخت از بالا به پایین (top-down)
  • پایین به بالا (bottom-up)

در سال 1935 میلادی در توکیو ژاپن، گودبرداری یک ساختمان دارای زیر زمین به علت افزایش سرعت ساخت، با این روش انجام شد. در سال 1950 میلادی در شهر میلان ایتالیا کمپانی ICOS ترکیب دیوار دیافراگرامی و ساخت بالا به پایین را اجرا نمود. به مرور زمان تحقیقات بسیاری در امریکا، اروپا و بخصوص شرق آسیا در این زمینه صورت گرفت. این روش نوین ساخت و ساز، تاکنون در کشورهای مختلفی چون انگلستان، امریکا، فنلاند، چین، روسیه، ویتنام، سنگاپور و ایران متناسب با نوع نیاز ساختگاه، در پروژه‌های زیرزمینی (تونل و مترو) و برج‌های بلند دارای زیرزمین‌های متعدد، مورد استفاده قرار گرفته است.

2. 1 پروژه‌های اجرا شده با روش تاپ دان

در این بخش برخی از پروژه‌های مهمی که در دنیا و همچنین در ایران به این روش ساخته شده‌اند، معرفی شده است.

  1. برج تجاری اداری هرون لندن (Heron Tower):

یک آسمان‌خراش ۴۶ طبقه به ارتفاع ۲۰۲ متر (۶۶۳ فوت) و مساحت زیربنای آن ۴۶۱۴۷۸ فوت‌مربع (۴۳۰۰۰ مترمربع)، با کاربری اداری-تجاری است، که در شهر لندن، بریتانیا مستقر می‌باشد. پروژه ساخت این ساختمان در سال ۲۰۰۷ آغاز شد و در سال ۲۰۱۱ تکمیل و افتتاح گردید.

 

ساخت برج به روش ساخت از بالا به پایین

(شکل1)برج تجاری- اداری هرون لندن (2011 میلادی)

 

روند پیشرفت ساختمان به روش تاپ دان

(شکل 2) روند پیشرفت برج تجاری- اداری هرون لندن (2011 میلادی)

 

 

  1. برج تجاری ویتنام (Bitexco Financial Tower )

یک آسمان خراش به ارتفاع 5/262 متر و با 68 طبقه و سه زیر زمین واقع در شهر Ho Chi Minh City ویتنام که در سال 2011 میلادی تکمیل و افتتاح شد.

 

برج به روش تاپ دان

(شکل 3) برج تجاری شهرHo Chi Minh City ویتنام(2010)

 

  1. برج شانگ‌های چین(Shanghai Tower)

یک آسمان‌خراش ۱۲۱ طبقه به ارتفاع ۵۶۷ متر، با کاربری اداری -تجاری است، که در شهرشانگ‌های چین  مستقر می‌باشد. پروژه ساخت این ساختمان در سال ۲۰۰۸ آغاز شد و در سال ۲۰۱۶ به اتمام رسید. این ساختمان هم‌اکنون بلندترین ساختمان چین و دومین ساختمان بلند جهان به‌شمار می‌آید.

 

 

ساخت برج به روش تاپ داون

(شکل 4) برج شانگ های چین (2016 میلادی)

 

  1. مجتمع (Marina Bay Sands) سنگاپور (2010 میلادی)

مساحت مجتمع تفریحی – استراحتی مارینا بی سندز 38 هکتار بوده که معماری آن به صورت سه برج 57 طبقه به ارتفاع ۱۹۴ متر است. این مجتمع چندین منظوره دارای هتل، کازینو، موزه و مغازه‌های تجاری است. ۳ برج این مجموعه توسط یک تراس آسمان ۱ هکتاری بر روی سقف آنها به یکدیگر متصل شده‌اند. نام این تراس آسمان ” پارک آسمان شن ها ” است.

همچنین در بالای این مجموعه یک پارک هوایی با ظرفیت ۳۹۰۰ نفر قرار دارد که شامل یک استخر ۱۵۰ متری می­شود. استخری که ۱۹۱ متر از سطح زمین بالاتر است. مساحت کل این مجموعه ۲۰ هکتار است. تاریخ افتتاح رسمی این مجموعه سال ۲۰۱۰ بود.

 

روش تاپ دان

(شکل 5) مجتمع شن های خلیج مارینا سنگاپور (2010 میلادی)

 

نکات روش تاپ دان پروژه‌های بسیاری با رویکردهای متفاوت در نقاط مختلف جهان به روش تاپ دان انجام شده است، برخی از مهم‌ترین آنها عبارت است از:

  • ساختمان دفتر مرکزی شرکت بانکداری هنگ کنگ و شانگ های چین
  • مرکز festival walk هنگ کنگ
  • مرکز تجارت بین المللی IFC هنگ کنگ
  • ساختمان زینگیه بانک شانگ های در چین
  • Wynn’s Casino Macau در چین
  • مرکز خرید گالریز لندن در انگلستان
  • بلوک اداری خیابان ویکتوریا در لندن
  • مرکز theAlfa Arbat Centre درمسکو روسیه
  • ایستگاه متروی Buona Vista MRT Station در سنگاپور
  • مرکز آئودی در جنوب فنلاند
  • هالیوود پلازا در امریکا
  • Marriott Hotels در ایالات متحده آمریکا
  • ساختمانBAN CENTER در زاگرب کرواسی
  • پروژه ایستگاه قطار شهری اهواز
  • مجتمع تجاری لاهور اصفهان
  • پروژه ساختمانی شیخ بهایی
  • پروژه مسکونی شقایق تهران
  • پروژه چهارباغ تبریز و پروژه‌های بسیاری که در حال اجرا می‌باشند

 

تاپ دانمراحل اجرای روش تاپ دان (TOP-DOWN) در ساخت برج‌های بلند با زیرزمین‌های متعدد چیست؟

مانند تمام پروژه‌های عمرانی، یکی از مهمترین مراحل، فاز صفر (مطالعات) می‌باشد. پس از تکمیل مطالعات ژئوتکنیک و شناخت کامل و دقیق لایه‌های خاک محل پروژه، تعیین سطح آب های زیرزمینی، بررسی وضعیت همجواری ها، بررسی اندرکنش سازه و خاک، تعیین دقیق بارهای وارد بر شمع‌ها و دیوار دیافراگمی پیرامونی در مراحل مختلف اجرای سازه، تعیین بارهای ثقلی و جانبی وارد بر سازه، با هماهنگی کامل طراح ژئوتکنیک و سازه، جزئیات اجرایی سازه آماده می­ گردد. این مرحله حساس‌ ترین بخش کار است، چرا که کوچکترین خطا در محاسبات، ممکن است منجر به شکست پروژه گردد.

 

مطالعات فاز صفر برای اجرای تاپ دان

(شکل 6) مطالعه دقیق و رفتارسنجی خاک پشت دیوار

 

2.2  مراحل اجرای روش تاپ دان

برای هر پروژه متناسب با نوع و شرایط خاص آن ممکن است روند اجرای تاپ دان اندکی متفاوت باشد. به طور کلی مراحل اجرای تاپ دان به شرح زیر می‌باشد:

۱- مرحله اول: اجرای دیوارهای حائل محیطی:

به منظور پایدارسازی خاک دیواره گود، ابتدا دیوارهای حائل محیطی زیر زمین تا عمق مشخصی پایین‌تر از تراز زیر پی اجرا می‌شوند تا به سنگ بستر با ظرفیت باربری مدنظر برسند. این دیوارها که در ابتدا نقش سازه نگهبان موقت را دارند، در مراحل بعدی به عنوان دیوار سازه‌ای دائمی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در صورت بالا بودن تراز آب های زیرزمینی در این مرحله سیستم آب­ بندی (Water Proof) نیز اجرا می­گردد.

بسته به شرایط پروژه، مقتضیات طرح و مطالعات ژئوتکنیک، جهت ممانعت از ریزش خاک، دیوارهای حائل محیطی می‌توانند با یکی از روش‌های زیر اجرا شوند:

  1. دیوار بتن آرمه درجا
  2. دیوارهای دیافراگمی پیش ساخته بتنی با استفاده از روش دوغاب بنتونیت
  3. شمع‌های سکانتی
  4. شمع‌های پیوسته
  5. سپری‌های فولادی
  6. ستون­ های جت گروتینگ (Jet-Grouting)

دیوار حائل دیافراگمی به دلیل مزایای فراوان آن نسبت به سایر روش‌های اجرایی در ساخت دیوارهای محیطی سازه زیرزمینی، کاربرد بیشتری دارد.

به منظور اتصال دیوارهای حائل به دال سقف زیر زمین‌ها، باید در ترازهای مشخص، صفحات انتظار برای اتصالات بعدی پیش بینی شوند.

 

اجرای روش تاپ دان

(شکل 7) مرحله اول: اجرای دیوارهای حائل محیطی زیرزمین با عمق مدفون مورد نیاز

 

 

2- مرحله دوم: حفاری محل شمع‌های باربر میانی از زیر تراز ستون‌ها و دیوارهای همکف و نصب ستون های باربر میانی

شمع‌ها که به عنوان فونداسیون سازه می‌باشند، با روش‌های مرسوم تا عمق مشخص حفاری شده و تا تراز فونداسیون بتن ریزی می‌شوند. بسته به نوع پروژه، در صورت نیاز افزایش ظرفیت باربری ستون، لازم است تا از شمع‌های با انتهای پدستالی استفاده شود. این شمع‌ها دارای عمق مدفون مناسب برای انتقال بار سازه به بستر سنگی مناسب هستند.

ستون‌های باربر میانی سازه زیر زمینی، به کمک یکی از تکنیک‌های زیر، در بالای شمع‌ها اجرا می­شوند:

  1. ستون بتنی‌ درجا با مقاطع مربع، مستطیل و یا دایره‌ای بر اساس تجهیزات حفاری موجود
  2. ستون‌ بتنی پیش ساخته
  3. ترکیب ستون‌های لاغر با ژاکت بتنی در حین ساخت سازه اصلی
  4. ستون­ مرکب فولادی

 

 

مراحل روش اجرایی تاپ دان

(شکل 8) مرحله دوم: اجرای ستون‌های باربر میانی بر روی شمع‌ها

 

اجرای روش تاپ دان فلزی

(شکل 9) اجرای ستون‌های فولادی باربر میانی

 

اجرای روش ساخت از بالا به پایین

(شکل 10) مراحل اجرای ستون مرکب فولادی

 

۳- مرحله سوم: اجرای دال همکف (سقف نهایی سازه زیر زمینی)

پس از اجرای ستون‌های باربر میانی، کف زمین رگلاژ شده و با در نظر گرفتن محل بازشوهای دسترسی به طبقات پایین، بتن مگر و آرماتوربندی دال کف طبقه همکف در تراز بالای شمع‌ها و دیوارهای پیرامونی اجرا شده و بتن ریزی دال طبقه همکف بر روی زمین طبیعی انجام می ­شود. در واقع این دال بتنی و ستون‌های میانی در حکم فونداسیون موقت سازه می‌باشد.

موقعیت و ابعاد بازشو‌های دسترسی دال کف، باید به گونه‌ای انتخاب شود که علاوه بر تأمین قابلیت مانور ماشین‌آلات حفاری و حمل و نقل، دسترسی مناسب به تمامی طبقات پایین‌تر برای بتن‌ریزی و عملیات اجرایی وجود داشته باشد و حتی الامکان هیچ‌یک از ستون‌ها یا اعضای باربر سازه‌ای، درون محدوده بازشو قرار نگیرد. در اطراف بازشوها، باید تمهیدات لازم جهت آرماتوربندی و بتن ریزی نهایی دال جهت بستن بازشو، پس از تکمیل فونداسیون و خروج ماشین آلات درنظر گرفته شود. ‌دال بتنی با سختی زیاد علاوه بر اینکه به عنوان یک مهار متقابل قوی در مدت انجام خاکبرداری عمل می‌کند، مانع انتقال صدا نیز به محیط اطراف می­ شود.

 

گام به گام اجرای روش تاپ داون

(شکل 11) مرحله سوم: اجرای دال سقف نهایی زیرزمین و شروع گودبرداری تا تراز سقف زیر زمین بعدی

 

۴- مرحله چهارم: شروع خاکبرداری از طبقه زیر همکف 

پس از تکمیل سقف نهایی و رسیدن دال بتنی به مقاومت مورد نظر، با قرار گرفتن ماشین‌آلات حفاری در محل بازشو‌ها، عملیات گودبرداری تا تراز اجرایی سقف پایین‌تر، ادامه می‌یابد. در ابتدای حفاری عمدتاً از بیل مکانیکی معکوس جهت سرعت‌دهی به امر خاک‌برداری استفاده می‌شود و با ایجاد رمپ با شیب مناسب، راهی برای عبور و مرور ماشین‌آلات حمل وخروج مصالح ایجاد می‌گردد. روش خروج مصالح از درون بازشو‌ها بر اساس عمق و ابعاد سازه زیرزمینی و بدون ایجاد رمپ نیز امکان‌پذیر است.

پس از رسیدن به تراز‌ مورد نظر برای اجرای دال سقف، با رگلاژ نمودن کف زمین طبیعی و اجرای بتن مگر، مراحل اجرای سقف بعدی با آرماتور‌بندی و بتن‌ریزی بر روی زمین طبیعی اجرا می‌شود. اتصال سقف به ستون‌ها و دیوارهای محیطی با استفاده از یکی از تکنیک‌های اتصالات جوشی یا مکانیکی روی صفحات انتظار تعیین شده از قبل، انجام می‌گیرد. وضعیت زمین‌شناسی لایه‌های خاک، ارتفاع دقیق حفاری و انتخاب نوع ماشین‌آلات با ارتفاع کوتاه‌تر و توان بیشتر از نکاتی است که در زمان اجرای این مرحله باید مورد توجه قرار گیرد.

در این مرحله ساخت سازه بالای تراز زمین به طور موازی و هم‌زمان می‌تواند آغاز شود. نکته حائز اهمیت در اجرای روسازه این است که در همه مراحل اجرایی باید تعادل بارگذاری روسازه و تحمل سازه باربر زیرزمینی در نظر گرفته شود. این بدین معنی است که متناسب با تعداد زیرزمین‌های اجرا شده، ارتفاع روسازه افزایش یابد.

 

 

اجرای روش تاپ دان

(شکل 12) مرحله چهارم: شروع عملیات اجرایی سازه در طبقات روی زمین همزمان با گودبرداری و اجرای طبقات زیرهمکف

 

۵- مرحله پنجم: تکرار مرحله ۴ تا رسیدن به اجرای فونداسیون

فرآیند ذکر شده در گام قبل برای سایر ترازها تا رسیدن به پایین‌ترین تراز سازه تکرار خواهد شد.

 

 

خاکبرداری و اجرای سقف زیر زمین در روش ساخت از بالا به پایین

(شکل 13) مرحله پنجم: خاکبرداری و اجرای دال سقف زیرزمین‌ها در هر مرحله

 

6- مرحله ششم: اجرای آرماتوربندی و بتن ریزی لایه تکمیلی دیوارهای پیرامونی و ستون های میانی

پس از تکمیل عملیات گودبرداری و اجرای فونداسیون وخروج ماشین آلات، اقدام به آرماتوربندی و اجرای بتن لایه دوم اطراف ستون های فولادی و بخش داخلی دیوار دیافراگمی جهت باربری دائمی سازه می‌شود. استفاده از فونداسیون متکی بر شمع در این روش، توصیه شده است.

 

تکمیل دیوار های باربر در اجرای سازه

(شکل 14) مرحله ششم: تکمیل لایه دوم ستون­ ها و دیوارهای باربر

 

در ادامه مراحل مختلف روش تاپ‌دان در قالب یک تصویر مشاهده می‌شوند.

 

 

مراحل اجرای روش تاپ دان

(شکل 15) مراحل مختلف روش تاپ دان در یک نگاه

 

2. 2. 1 اتصال ستون‌ها به دال بتنی در روش تاپ دان

از آنجایی که این روش ساخت، معکوس حالت متداول است، لذا باید در هنگام اجرای ستون ها موارد زیر را در نظر گرفت:

در تراز سقف زیر زمین‌ها باید تمهیدات لازم جهت اتصال صحیح ستون و دال در نظر گرفته شود. در صورتی که ستون‌ها از نوع بتنی باشند، باید صفحات اتصال انتظار در روی شبکه آرماتوربندی بطور صحیح تعبیه گردد. اتصال سقف به ستون‌ها و دیوارهای اصلی با استفاده از یکی از تکنیک‌های اتصالات جوشی یا مکانیکی انجام می‌گیرد.

 

دیتیل روش ساخت ایستگاه مترو

(شکل 16) نمای شماتیک و جزئیات اتصال کام و زبانه (شیاری) بین دیوار دیافراگمی و دال بتنی در پروژه ایستگاه متروی  Hefei چین

 

 

اتصال ستون به دال بتنی

(شکل 17) در نظر گرفتن تمهیداتی جهت اتصال دال به ستون

 

2. 2. 2 اجرای آب بندی اتصال شیاری دال سقف به دیوارهای محیطی

مراحل اجرای آب بندی اتصال شیاری دال سقف به دیوارهای محیطی به شرح زیر است:

  1. بر اساس نقشه طراحی شده، پانل‌های فومی روی شبکه میلگردهای فولادی دیوار دیافراگمی در محل اتصال قرار می‌گیرند.
  2. وقتی عمق گودبرداری به تراز اتصالات سقف و دیوار رسید، پانل‌های فوم را از بین می‌برند.
  3. داخل شیار با استفاده از ملات سیمان، پر می‌شود.
  4. رول ضد آب اجرا می‌شود.
  5. شبکه آرماتور فولادی از کف بتنی عبور می‌کند.

 

ساخت آب بند در روش تاپ دان

(شکل 18) اتصال کام و زبانه (شیاری) بین دیوار دیافراگمی و دال بتنی و اجرای آب بند

 

3.2  مراحل اجرای تونل و مترو به روش تاپ دان

سوالات روش تاپ دانمراحل اجرای روش تاپ دان (TOP-DOWN) در ساخت تونل و مترو به چه صورتی است؟

مراحل اجرایی تونل اندکی با ساختمان­ های بلند متفاوت است که در ادامه در این رابطه توضیحاتی ارائه شده است.

  • مرحله اول: اجرای دیوارهای حائل محیطی

دیوار حائل زیر زمینی، که معمولاً یک دیوار دیافراگمی بتنی یا شمع‌های سکانتی است، قبل از شروع خاکبرداری نصب می‌شود که در نهایت به عنوان دیوار نهایی سازه‌ی تونل می‌باشند.

 

اجرای دیوار حائل محیطی در روش ساخت از بالا به پایین

(شکل 19) اجرای دیوارهای حائل محیطی

 

  • مرحله دوم: شروع مرحله اول گودبرداری پس از نصب وادار فولادی تا تراز زیر دال بتنی

خاکبرداری تا زیر تراز سقف سازه زیر زمینی انجام می‌شود. مهارهای فولادی متقابل (Strut) برای حفاظت از دیوارهای حائل در مقابل فشار جانبی خاک و جلوگیری از تغییرشکل جانبی آنها نصب می‌شوند.

 

اجرای ساختمان به روش ساخت از بالا به پایین

(شکل 20) اجرای استارت فولادی

 

مراحل اجرای روش تاپ دان در تونل ها

(شکل 21) گودبردای پس از اجرای مهار متقابل فولادی تا تراز سقف سازه‌ای

  • مرحله سوم: احداث دالی بتنی با تعبیه بازشوی دسترسی

پس از گودبرداری تراز اول، دال نهایی سطحی اجرا می‌شود. در این مرحله امکان استفاده از سطح فوقانی تونل فراهم شده و ادامه کار در زیر سطح زمین دنبال می‌شود. دال بتنی در تراز زیر استرات ها با تعبیه بازشوهای دسترسی لازم، به دیوارهای محیطی متصل می‌شود. این دال با سختی بالا به عنوان مهاری قوی مانع تغییرشکل دیوارهای محیطی شده و به نوعی هم مانع انتقال صدای ماشین آلات به خارج از گود می‌شود.

 

روش اجرایی تاپ دان

(شکل 22) استفاده از سطح خارجی تونل پس از اجرای دال بتنی تراز اول

 

  • مرحله چهارم: تکرار مرحله قبل تا رسیدن به تراز فونداسیون

 

روش تاپ داون

(شکل 23) ادامه اجرای سقف‌ها و گودبرداری مرحله‌ای

 

  • مرحله پنجم: تکمیل فونداسیون و دیوارهای سازه‌ای داخلی تونل

پس از تکمیل فونداسیون سازه و خروج ماشین آلات حفاری از محل بازشوها، دیوارهای بتنی مضاعف محیطی با آرماتوربندی دوبله به سمت بالا اجرا می‌شوند. پس از آن بازشوهای دسترسی دال سقف بسته می‌شوند.

 

تکمیل فونداسیون در روش تاپ دان

(شکل 24) تکمیل فونداسیون و دیوارهای سازه‌ای داخلی

 

  • مرحله ششم: خاکریزی نهایی سطح فوقانی تونل

پس از تکمیل سازه زیرزمینی، عملیات خاکریزی تا تراز استرات ها انجام شده و در ادامه استرات های میانی حذف شده و خاکریزی تا سطح زمین ادامه می‌یابد.

 

 

آماده سازی تونل با روش تاپ دان

(شکل 25) تکمیل دال فونداسیون و دیوارهای داخلی و خاکریزی سطح فوقانی تونل

 

جلوگیری از رطوبت با ایجاد دیوار مضاعف در تونل

(شکل 26) پوشاندن سطح داخلی دیوارهای دیافراگمی با دیوار مضاعف برای جلوگیری از رطوبت

 

2. 3. 1 مزایای اجرای روش تاپ دان در ساخت تونل

  1. در این روش امکان بهره برداری سریع از سطح بالای تونل وجود دارد (عدم تداخل با رفت و آمد شهری)
  2. پس از تکمیل تونل، دیوارهای گودبرداری به عنوان دیوار سازه‌ای دائمی به کار می‌روند.
  3. دال‌های سازه‌ای به عنوان مهارهای داخلی برای دیواره‌های گود عمل می‌کنند، بنابراین باعث کاهش تعداد استرات های موردنیاز و کاهش ضخامت موردنیاز دیوارهای محیطی می‌شود.
  4. کاهش حجم بتن ریزی و صرفه‌جویی در هزینه و کاهش خارج شدن کربن
  5. صرفه جویی در هزینه‌های ساخت تونل به علت عدم نیاز به اجرای جداگانه سازه نگهبان موقت خاک
  6. کاهش مدت عملیات ساخت به دلیل همپوشانی مراحل اجرایی ساخت سازه، تاسیسات برقی و مکانیکی و کوتاه شدن برنامه زمان بندی ساخت
  7. کاهش آلودگی محیطی ناشی از عملیات خاکبرداری
  8. عدم نیاز به نصب پشت‌بند‌ برای گودبرداری
  9. به حداقل رساندن امکان جابجایی خاک دیواره گود بدلیل حضور استارت‌ها و دال بتنی
  10. کاهش امکان نشست‌ خاک
  11. امکان تجهیز کارگاه بالای سطوح گودبرداری و عدم نیاز به اشغال معابر پیرامون گود
  12. محافظت قسمت‌های گودبرداری شده از خارج و عدم تأثیر شرایط جوی بر روی فعالیت‌های کارگاه به دلیل سرپوشیده بودن آن و حذف خطرات مربوطه

2. 4 تفاوت روش تاپ‌دان در سازه‌های فلزی و بتنی

آنچه اجرای روش تاپ دان در سازه اسکلت فلزی و بتنی را از هم متمایز می‌نماید، 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 به شمع بتنی پایه و اتصال آن به دیوار دال بتنی با توجه به شرایط هر پروژه تمهیداتی محاسبه و در نظر گرفته شود که متفاوت با اسکلت بتنی است.

نکات روش تاپ داننکات مهم در مورد بازشوهای دال بتنی و رمپ‌های موقت

تعیین موقعیت، تعداد و ابعاد بازشوهای دال بتنی از جمله مسائل مهم در روش تاپ دان است. بسته به وسعت دال و حجم مصالح خاکبرداری و عمق خاکبرداری، ممکن است نیاز به تعبیه رمپ‌های مجزا برای ورود و خروج ماشین الات باشد. به عنوان مثال در پروژه مرکز تجارت بین المللی IFC هنگ کنگ، از شفت‌های موقتی جهت خروج مصالح حاصل از خاکبرداری استفاده شده بود. نکته مهم دیگر، پیش بینی آرماتورهای انتظار پیرامون بازشوها جهت اجرای نهایی دال و بستن بازشوها به نحو مناسب می‌باشد.

 

خروج مصالح ساختمانی پس از خاکبرداری

(شکل 27) شفت موقت برای خروج مصالح خاکبرداری به خارج

2. 5 تکنیک حفاری مضاعف (Double-Bit)

این روش برای تسریع ساخت زیر زمین‌ها در چند پروژه از جمله مرکز تجارت بین المللی IFC هنگ کنگ استفاده شده است.

اصول این روش این است که عملیات خاکبرداری دو زیرزمین به صورت هم­زمان انجام می­ شود. در تراز پایین‌تر و روی خاک طبیعی ابتدا دال بتنی اجرا شده و پس از آن دال بتنی تراز بالایی اجرا می‌شود. متناسب با شرایط پروژه ممکن است از شمع ­های موقت جهت نگهداری دال فوقانی استفاده گردد.

 

اجرای تکنیک Double-Bit در ساختمان سازی

(شکل 28) استفاده از تکنیک Double-Bit در پروژه مرکز تجارت بین المللی IFC هنگ کنگ

 

2. 6 ملاحظات ژئوتکنیک در روش ساخت از بالا به پایین

در اجرای سازه به روش تاپ دان (Top-down) لازم اســت تــا عــلاوه بر کنترل‌هــای متداول ســازه‌ای، به صورت هم­زمان، ملاحظات ژئوتکنیکی توسط مهندسین سازه و ژئوتکنیــک در فرآیند طراحی و اجرای ســازه در نظر گرفته شود. هر گونه خطــا در برداشــت و تفسیر داده‌های ژئوتکنیکی، کنترل مشخصه‌های تغییرشکل‌های خاک و سازه و عدم طراحی سازه نگهبان مناسب، منجر به ریزش‌هــای دیواره‌ها و تخریب همجواری‌ها خواهد شد. هرچه ابعاد گودبرداری بزرگتر و عمیق‌تر باشد و پروژه روی خاک مســاله دار قرار داشته باشد، چالش‌های بیشــتری برای محققــان، طراحان و ســازندگان حفاری‌های عمیق ایجاد خواهد شد. لذا قبل و حین عملیات گودبرداری باید با تجهیزات دقیق، نسبت به پایش و کنترل تغییرشکل‌های دیوارهای حائل اهتمام ورزید.

2. 7 مزایا اجرای روش تاپ دان (TDM)

این روش نوین، خاصیت خود مهار داشته و چون عملیات ساختمانی روی بستر طبیعی خاک به صورت مرحله به مرحله انجام می‌شود، نگرانی از بابت ریزش دیواره‌های گودبرداری وجود ندارد. بر خلاف روش‌های میخکوبی و مهارکوبی نیازی به اخذ رضایت از همسایه‌های مجاور گودبرداری به لحاظ مسائل حقوقی بعدی نیست. همچنین در صورت بالا بودن سطح آب های زیرزمینی، این روش بخوبی جوابگو خواهد بود. علاوه بر کاهش زمان اجرا و سرعت ساخت، اجرای همزمان خاکبرداری و سازه، به خصوص در مناطق پرتردد شهری کمک شایانی به بهبود شرایط اجرایی در مناطق با محدودیت‌ فضا و کاهش مزاحمت برای همسایگان می‌نماید. استفاده از تکنیک تاپ‌دان (TDM) در ساختِ سازه‌های زیرزمینی درون‌شهری به خصوص در کلان‌شهرها، چالش­ های مدیریت شهری در مواجهه با معضلاتی از قبیل اختلال در عبور و مرور، ایجاد ترافیک و خطرات ناشی از گودبرداری‌های عمیق را به خوبی مرتفع می‌سازد.

2. 8 معایب روش تاپ دان (TDM)

در کنار مزایای این روش، معایبی هم می‌توان برای این روش در نظر گرفت که عبارتند از:

  1. عدم دسترسی به سطح بیرونی دیوارها جهت اجرای آب بند
  2. پیچیدگی اتصالات دال به ستون‌ها و دیوارهای حائل
  3. امکان نشت آب از محل تقاطع دال و دیوار در صورت عدم اجرای صحیح
  4. خارج شدن ستون‌های میانی از آکس خود به دلایل افزایش بارهای فوقانی در صورت عدم طراحی و اجرای مناسب
  5. محدودیت دسترسی به گود تنها از طریق بازشوها یا از طریق شفت‌ها
  6. فضاهای محدود برای گودبرداری و نیاز به تجهیزات و ماشین آلات متناسب
  7. سختی کار بالا

3. نکات اجرای روش تاپ دان

  1. کنترل دقیق، مدل‌ســازی صحیح و در نظر گرفتن هم‌زمان ملاحظات ژئوتکنیکی و سازه‌ای در این روش نقش حیاتی دارد.
  2. اعمال ضریب‌های اطمینان در طراحی برای مقابله با عوامل ایجاد گسیختگی در سیستم پایدارسازی گود از جمله شرایط پیش بینی نشده خاک، گسیخته شــدن ناگهانی سیستم مهــاری (به عنــوان مثال کمانــش یا عدم اتصال کافــی به دیوار و خطاهای محتمل در ساخت دیوار.
  3. در نظر گرفتن رفتار زهکشی نشده رس ســاختگاه در مرحله طراحی. دلیل این موضوع این است که طی بازه زمانی اجرای پروژه، فرصت زهکشی برای آب حفره‌ای وجود نداشته و این رفتار زهکشــی نشده منجر به تغییرشکل‌های بزرگ‌تر دیواره و در نتیجه ایجاد لنگر خمشی و نیروهای بزرگتر در مهارها خواهد شد.
  4. بررسی احتمال گســیختگی اتصــالات مهارهــا با دیوارهای پیرامونی در زمان طراحی.
  5. از دیگر ایراداتی که ممکن است به وجود آیند عبارتند از: عدم اجرای شــالوده شمعی مناسب زیر ستون‌های سازه، عدم اتصال و تکمیل ســقف‌های طبقات در مراحل گودبرداری، عدم اجرای زهکش مناسب و خارج کردن نشــت فاضلاب همسایه، اجرای نادرســت اتصالات پنل‌های بتنی دیوار حائل به ســتون‌ها و ســقف و در نتیجه توزیع نامناسب بار خاک به سازه که می‌تواند منجر به شکست پروژه گردد.
  6. معمولاً سرعت اجرای زیر سازه به دلیل محدودیت‌ها و صعوبت کار در زیر سطح زمین کمتر از سازه فوقانی است. لذا باید به تعادل بین تعداد طبقات اجرا شده بر روی زمین و طبقات زیر زمین توجه شود. زیرا ستون­ها و دال‌های میانی در هر مرحله، نقش فونداسیون موقت سازه را دارند. لذا نباید کل وزن سازه فوقانی به یکباره بر سازه تحتانی وارد شود.
  7. از آنجا که با پیشرفت تعداد طبقات بالایی، آسانسورها و تاسیسات مکانیکی و برقی و تجهیزات دیگر بطور موازی اجرا می‌شوند باید در طراحی، وزن دقیق اعمالی به ستون‌های پایینی در هر مرحله در نظر گرفته شود.
  8. در طراحی برج‌ها با زیرزمین‌ها متعدد، در ستون‌های فولادی باید احتمال فشرده شدن آنها در اثر بار قائم سازه و کاهش طول آنها در نظر گرفته شود و در صورت نیاز ستون­ها بلندتر اجرا شوند. حتی ممکن است این میزان فشردگی در همه ستون‌ها یکسان نبوده که بدین منظور هم باید با مدلسازی صحیح، مقدار افت دقیق هر ستون معین شود.
  9. برای اتصال کامل و دقیق دال بتنی به دیوارهای حائل و ستون­ها نیاز به دقت بسیاری در طراحی و اجرا است. امکان نفوذ آب به داخل گود در صورت عدم آب بندی کامل این درزهای سازه‌ای وجود دارد.
  10. لازم است در حین ساخت زیر زمین، کنترل دقیق جهت قرارگیری درست دال روی تکیه گاه‌های ستون‌ها و دیوارها انجام شده و میزان تغییرشکل های سازه زیرزمینی به طور مرتب پایش شود.
  11. ممکن است متناسب با شرایط پروژه نیاز به تعبیه بازشوها و رمپ‌های مختلفی در طبقات مختلف باشد که باید در مرحله طراحی و اجرا به آن دقت شود.
  12. در در طراحی برج‌ها با زیرزمین‌ها متعدد، باید رفتار دینامیکی سازه فوقانی به دلیل نیروی جانبی باد یا زلزله و اثر آن بر زیر سازه در نظر گرفته شود.

 

کدام آیین نامه‌ به معرفی روش تاپ دان پرداخته است؟

اجرای روش تاپ‌دان در آیین نامه BS:8002:1994 انگلستان برای سازه‌های نگهبان ارائه شده است.

 

برای مدلسازی روش تاپ‌دان چه نرم افزارهایی لازم است؟

مدل سازی دقیق رفتار خاک و سازه توسط کلیه نرم افزارهای المان محدود موجود امکان پذیر است.

 

مدلسازی ساخت سازه با روش تاپ دان

(شکل 29) مدل المان محدود اتصال ستون به دال با نرم افزار ABAQUS

 

مدلسازی خاک و سازه با نرم افزار های المان محدود

(شکل 30) مدل سازی رفتار خاک و سازه با نرم افزار المان محدود PLAXIS

 

4. مقایسه روش ساخت بالا به پایین با روش پایین به بالا

در این بخش، دو روش ساخت از بالا به پایین (Top Down) با روش ساخت از پایین به بالا (روش ساخت مرسوم) در قالب یک جدول پرداخته شده است.

 

مقایسه روش ساخت تاپ دان با روش معمول

(شکل 31) مقایسه شماتیک دو روش ساخت از بالا به پایین و روش ساخت از پایین به بالا

 

روش اجرا و ساخت از بالا به پایین (TDM) 

روش اجرا و ساخت از پایین به بالا (BUM)

 

در خاک‌های سست با مقاومت کم، پس از تقویت و اصلاح خواص خاک امکان پذیر است.

 

 

در خاک‌های سست با مقاومت کم، پس از تقویت و اصلاح خواص خاک امکان پذیر است.

 

افزایش سرعت اجرا و کوتاه شدن برنامه زمان بندی به دلیل امکان اجرای موازی سازه با تاسیسات برقی و مکانیکی در بالا و زیر زمین 

پیروی از برنامه زمان‌بندی و اجرای متوالی فعالیت‌های مربوط به سازه و تاسیسات که منجر به افزایش زمان ساخت می‌شود.

 

استفاده از سطح زمین به عنوان سطح مفید جهت تجهیز مداوم کارگاه، با احداث سقف اولین زیرزمین وعدم نفوذ به معابر پیرامون گود 

عدم امکان ایجاد فضای وسیع جهت تجهیز کارگاه و اشغال شدن بخشی از فضای عمومی جهت این امر و خطرات احتمالی ناشی از عدم ایمنی فضای پیرامون گود

 

 

حذف تأثیر شرایط بد آب و هوایی بر روی خاک زیرین با ساخت دال سقف اولین زیرزمین به عنوان یک پوشش محافظ

 

 

تأثیر مستقیم شرایط آب و هوایی و عوامل جغرافیایی بر روی خاک گود و کاهش ایمنی گودبرداری

 

 

عدم ضرورت ساخت استرات‌های موقت برای حفاظت دیواره به دلیل سختی مناسب دال بتنی و کنترل تغییر‌شکل‌های دیوار و کاهش هزینه‌ها

 

 

ضرورت استفاده از استرات‌های موقت برای حفظ دیواره‌ها و افزایش هزینه‌ها و پیچیدگی کار بدلیل حضور استرات‌ها

 

 

عدم نیاز به فضای کاری بزرگ برای ساخت پی و صرفه‌جویی اقتصادی با حذف هزینه ساخت سازه نگهبان مجزای گودبرداری

 

 

ضرورت استفاده از سازه نگهبان مجزا و پرداخت هزینه‌های مختلف برای طراحی و اجرای هر یک از آن‌ها و نیاز به فضای قابل توجه برای گودبرداری

 

 

کارایی بسیار گسترده این روش برای ساختمان‌های دارای طبقات زیاد در زیر زمین

 

 

نیاز به هزینه‌های اقتصادی بالا و وجود خطرات احتمالی ریزش گود در ساختمان‌های دارای تعداد طبقات زیاد زیرزمین

 

 

بسیار مناسب برای پروژه‌های گودبرداری که نصب پشت‌بندها عملی نیست و جابجایی خاک باید به حداقل برسد

 

 

نیاز به جابجایی حجم زیاد خاک ناشی از عملیات گودبرداری به منظور نصب پشت‌بندها دارد

 

 

کاهش میزان دخالت و مزاحمت در ترافیک خیابان‌های پیرامونی به خصوص در کارهای مربوط به حمل و نقل عمومی و احیای سریع این راه‌ها

 

 

کمبود فضای کاری کارگاه، تردد و ترافیک شهری بیشتر، ایجاد مزاحمت برای معابر عمومی

 

 

حداقل نگه داشتن سطوح آلودگی

 

 

ایجاد سطوح آلودگی بیشتر به دلیل اشغال فضای بیشتر و سطوح کاربری وسیع‌تر

 

 

صرفه جویی در زمان ساخت و در نهایت کاهش هزینه‌ها

 

 

امکان اجرای سازه در زمان مقرر و پیشروی پروژه به صورت عادی

 

 

حذف دیوارهای حائل موقت و صرفه جویی قابل توجه در هزینه‌های سرمایه‌گذاری

 

 

در صورت نیاز، از دیوارهای حائل موقت بهره گرفته می‌شود

 

 

امکان اجرای همزمان طبقات بالایی و پایینی سازه با اعمال تمهیدات لازم در مراحل طراحی و ساخت و در نتیجه شتاب گرفتن روند ساخت

 

 

اجرای سازه از پایین‌ترین طبقه به سمت بالا  به صورت متوالی

 

 

منابع:

 

 

  1. Hongju Xiao and Yuyong Sun: “Case Study of Top-Down Construction Method in Upper-Soft and Lower-Hard Stratum” Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 2016 (21.23), pp 7547-7565
  2. Development Top-Down Method of Underground Construction or Hi-Tech in Russian, P.B Yurkevich, Yurkevich Engineering Bureau Ltd., Moscow, Russian Federation
  3. BS 8002:1994: Code of practice for Earth retaining structures
  4. A Self Learning Manual – Mastering Different Fields of Civil Engineering Works (VC-Q-A-Method) by Vincent T. H. CHU.
  5. The institution of structural engineers.; “Design and construction of deep basements including cut and cover structures”, IStructe, London, 2004.
  6. The Construction of Deep and Complex Basements and underground structures within extremely difficult urban environment by Raymond W M Wong
  7. Cut and Cover, fhwa.dot.gov; lta.gov.sg
  8. Structural and Construction Feature if the Hong Kong International Financial center Phase II, Reymond W M Wong and M F Ho
  9. Field Testing and Analysis During Top-down Construction of Super-tall Buildings in Shanghai, Yongjing Tang, and Xihong Zhao
  10. Hongju Xiao and Yuyong Sun: “Case Study of Top-Down Construction Method in Upper-Soft and Lower-Hard Stratum” Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 2016 (21.23), pp 7547-7565
  11. Case Study of Top-Down Construction Method in Upper-Soft and Lower-Hard Stratum, Hongju Xiao, Yuyong Sun
خرید لينک هاي دانلود

دانلود رایگان اعضای ویژه

دانلود رایگان این آموزش و ده ها آموزش تخصصی دیگر به ازای پرداخت فقط 29 هزار تومان (+ اطلاعات بیشتر)

خرید با اعتبار سایت به ازای پرداخت فقط 1 هزار تومان

دانلود و ذخیره فقط همین آموزش ( + عضو شوید و یا وارد شوید !)

دانلود سریع و بدون نیاز به عضویت به ازای پرداخت فقط 1 هزار تومان

پیش از همه باخبر شوید!

تعداد علاقه‌مندانی که تاکنون عضو خبرنامه ما شده‌اند: 14,661 نفر

تفاوت اصلی خبرنامه ایمیلی سبزسازه با سایر خبرنامه ها نوآورانه و بروز بودن آن است ، ما تنها تازه ترین های آموزشی ، تخفیف ها و جشنواره ها و ... مورد علاقه شما را هر هفته به ایمیل تان ارسال می کنیم

نگران نباشید، ما هم مثل شما از ایمیل های تبلیغاتی متنفریم ، خاطر شما را نخواهیم آزرد!

تولید کنندگان آموزش
با ارسال اولین دیدگاه، به بهبود این محتوا کمک کنید.
؟

فقط کافیست ایمیلتان را وارد کنید

در کمتر از 5 ثانیه اطلاعاتتان را وارد کنید و 3 ایبوک طراحی سازه بتنی در ایتبس را به همراه هدیه ویژه آن در ایمیلتان دریافت کنید
برایم ایمیل شود
نگران نباشید ایمیل های مزاحم نمی فرستیم
close-link
ثبت نام در لیست مشاوره رایگان برای قبولی در آزمون محاسبات 99
توجه: به علت کمبود وقت آزاد مشاور سبزسازه، ظرفیت این لیست محدود می باشد.
ثبت نام
close-image