مزایا و معایب روش تاپ داون در مدیریت ریسک

اجرای روش تاپ دان به چه صورتی انجام می گیرد؟

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 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.

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، طراحی و در گودبرداری، 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 (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.

نکات 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.

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.

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.

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.

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.

اجرای روش تاپ‌دان در آیین نامه BS:8002:1994 انگلستان برای سازه‌های نگهبان ارائه شده است.مدل سازی دقیق رفتار خاک و سازه توسط کلیه نرم افزارهای المان محدود موجود امکان پذیر است.