روش اجرای سازه و ساختمان به روش بالا به پایین (Top-Down Method) 

1.معرفی مراحل انجام روش بالا به پایین

در این روش ،ابتدا دیوارهای حائل نصب می شوند،که در بسیاری از موارد این دیوارهای حائل دیوارهای دیافراگمی بتنی هستند.این روش با خاکبرداری تا درست زیر تراز دال سقف سازه  زیرزمینی ادامه می یابد و در این مدت بوسیله دیوارهای حائل و استرات های آن،خاک در کناره های سازه نگه داشته می شود.

سپس دال سقف ساخته می شود،که نقش یک نگهدارنده قوی در مدت انجام خاکبرداری ایفا می کند.بازشوهای دسترسی در دال سقف به گونه ای تعبیه می شوند که امکان کارکردن به سمت پایین تا تراز دال کف در سازه زیرزمینی فراهم باشد.

به محض تکمیل دال کف،دیوارهای کناری ساخته شده و استرات های میانی تدریجاً حذف می شوند.سپس بازشوهای دسترسی موجود در دال سقف پر می شوند و متعاقباً سطح زمین خاکریزی و تسطیح می شود.

1.1 نصب دیوار حائل:

دیوار حائل زیرزمینی، که معمولاً یک دیوار دیافراگمی بتنی است،قبل از شروع خاکبرداری نصب می شود.

2.1  خاکبرداری و نصب استرات های فولادی:

خاک تا زیر تراز سقف سازه زیرزمینی حفر می شود.استرات ها برای حفاظت از دیوارهای حائل نصب می شوند که به منظور نگه داشتن خاک در کناره ها می باشد.

3.1 ساخت سازه زیرزمینی:

دال سقف همراه با بازشوهای دسترسی تعبیه شده روی آن که به منظور ایجاد امکان دسترسی به قسمت های پایینی می باشد،ساخته می شود.دال سقف علاوه بر اینکه یک تکیه گاه عمده در طول عملیات خاکبرداری ایجاد می کند، به عنوان مانع انتقال صدا نیز کاربرد دارد.

4.1 ادامه عملیات:

حفاری در زیر سقف میانی تا تراز بعدی دال ساخته می شود و این فرآیند به سمت پایین ادامه می یابد تا اینکه دال کف تکمیل شود.

5.1 تکمیل سازه فونداسیون و بستن محل بازشو:

پس از تکمیل فونداسیون سازه و خروج ماشین آلات حفاری از محل بازشوها،دیوارهای کناری رو به بالا ساخته می شوند، در ادامه استرات های میانی حذف و پس از آن بازشوهای دسترسی دال سقف پر می شوند.

6.1 خاکریزی و تسطیح

پس از آنکه سازه زیرزمینی تکمیل شد، خاکریزی تا تراز استرات، قبل از بین بردن آن، انجام می شود. این مرحله با تکمیل خاکریزی در بالای سازه زیرزمینی ادامه می یابد و در نهایت صاف کردن سطوح انجام می شود.

مزایا روش بالا به پایین (Top-Down Method)

1.این روش این امکان را میدهد که رو سازه و زیرسازه با اعمال تمهیدات لازم در مراحل طراحی و ساخت بهطور همزمان اجرا و باعث شتاب گرفتن روند ساخت میگردد.

2.این روش با حذف سازه حایل موقت سبب صرفهجویی قابل توجه در هزینههای سرمایهگذاری میشود.

3.صرفهجویی در زمان ساخت منجر به کاهش هزینهها میگردد.

4.سطوح آلودگی در سطح حداقل نگه داشته میشوند.

5.حجم بتن مصرفی بسیار کاهش مییابد و منجر به صرفهجویی در هزینه و کاهش خارج شدن کربن میگردد.

6.میزان دخالت و مزاحمت در ترافیک خیابانهای پیرامونی به حداقل میرسد. بهخصوص در کارهای مربوط به حمل و نقل عمومی استفاده از این روش سبب میشود که راههای حمل و نقل به زودی احیا شوند.

7.برای پروژههای گودبرداری که نصب پشتبندها عملی نیست و جابجایی خاک باید به حداقل برسد این روش بسیار مناسب است.

8.این روش کارایی بسیار گستردهای برای ساختمانهای دارای طبقات زیاد زیرزمین دارد.

9.با این روش میتوان نشسترا کاهش داد.

10.با استفاده از این روش نیازی به فضای کاری بزرگ برای ساخت پی نیست و با حذف هزینه ساخت سازه نگهبان گودبرداری، صرفهجویی اقتصادی خواهد شد.

11. ساخت استراتهای موقت برای حفاظت دیوارهها و ساخت زیرزمین طی حفاری در این روش ضرورت ندارد. سیستم استراتهای موقت اغلب شرایط فضای کار را پیچیده میکنند و از نظر ساخت بسیار گران هستند.

12.با ساخت زیرزمین با طبقه همکف در شروع کار، تاثیر شرایط بد آب و هوایی بر روی خاک زیرین از بین میرود. بهعنوان مثال تاثیر بارش بر دیوارههای حفاری شده در روش نیلینگ و انکراژ، بهدلیل وجود دال طبقه بهعنوان یک پوشش، حذف میشود.

13.سطح زمین با احداث سقف اولین زیر زمین بعنوان سطح مفید جهت تجهیز مداوم کارگاه، عدم نفوذ به معابر پیرامون گود را میسر می نماید.

14.امکان اجرای همزمان فعالیت های ساخت سازه، تاسیسات برقی و مکانیکی همزمان با افزایش طبقات در زیر و روی زمین موجب افزایش سرعت اجرا و کوتاه شدن برنامه زمان بندی ساخت می گردد.



 جدول مقایسه ای روش ساخت به روش تاپ دان و روش ساخت معمول استفاده از سازه نگهبان خرپایی

بالارفتن سرعت ساخت ساز و لزوم توجه به روشها و فناوریهای نوین به منظور فاصله گرفتن از روشهای سنتی باعث روی آوردن به روشهای اجرایی جدیدی شده که صنعت ساختمان را با تحولاتی شگرف روبهرو کرده است. بدون تردید نقش مدیریت ساخت در تهیه و بهنگام نمودن برنامه زمانبندی اجرایی و مالی در پروژههای ساختمانی یکی از ارکان حیاتی برای استفاده از این روشهاست؛ به گونهای که با کوتاه کردن زمان اجرا، بالا بردن سرعت ساخت و اتمام به موقع پروژه، پیمانکار و کارفرما هر دو از منافع مادی و معنوی بسیاری برخودار میشوند.

در این روش در یک یا چند محور، محل ستونها بهصورت شمع حفاری و تا عمقی زیرتراز پایینی فونداسیون  ادامه پیدا میکند سپس شمعها بتنریزی و ستونها در درون شمعها قرارگرفته و مجدداً تا ارتفاعی از ستون بتنریزی میشود تا تکیهگاهی نسبتاً گیردار ایجاد شود.

با توجه به لزوم دقت بالا در نصب ستونها در موقعیت تعیینشده، دسترسی به محل نصب ستونها در داخل چاهک از اهمیت زیادی برخوردار است؛ که تأمین این خواسته در این روش بهسختی امکانپذیر است و ریسک جابجایی ستون هنگام بتنریزی بالاست.

بههرحال پس از نصب ستونها در داخل چاهک ،ستونها توسط تیرهای اصلی و یا المانهای موقت به ستونهای مجاور مهار میگردد؛ بتنریزی سقف انجام میگیرد و سپس خاکبرداری از طبقات بالا انجام و دیوار بتنی مجاور خاک از بالاترین طبقه اجرا میگردد.این دیوار وظیفه مهار خاک را و تیرهای اصلی نیز وظیفه تحمل وزن دیوار را بر عهدهدارند.

مرحله بعد خاکبرداری زیر دیوار بتنی که بر روی تیرهای اصلی قرارگرفته است

و به دنبال آن بتنریزی سقف یک طبقه پایینتر و این روال تا بتنریزی پایینترین سقف ادامه خواهد داشت.

پسازاین مرحله خاکبرداری زیر پایینترین سقف و محل فونداسیون انجام میگیرد و عملیات اجرایی فونداسیون تکمیل میشود. با توجه به مراحل اجرایی این روش که از بالا به پایین انجام میگیرد؛ این روش به روش تاپ دان معروف است.

افزایش سریع جمعیت شهری و نیاز روزافزون بشر به ساختهای عمرانی از قبیل ساختمانهای بلند و زیرساختهایی همچون خطوط زیرزمینی و قطار شهری از یک طرف و محدودیتهای توسعه شهری از سوی دیگر باعث شده تا به تدریج مسئله گودبرداریهای عمیق در فضای شهری به عنوان اولین گامِ اجرای یک فعالیت عمرانی، بسیار مورد توجه مهندسین و مدیران ساخت قرار گیرد. از این رو انتخاب نحوه گودبرداری، نوع سیستم محافظ گود و روش ساخت مناسب با تامین کلیه شرایط اقتصادی، اجتماعی و ایمنی، از موارد مهمی است که انتخاب دقیق آنها تاثیر زیادی بر روند اجرای طرح خواهد داشت.

استفاده از روش سنتی اجرای سازهها از کف تا بالاترین تراز ساختمان، معروف به روش پایین به بالا، برای اجرای سازههای کوچک تا متوسط بسیار متداول میباشد که متاسفانه در کشور عزیزمان این روش برای ساخت سازهها با هر اندازهای مورد استفاده قرار میگیرد. در این روش، گودبرداری تا عمق معین به همراه سیستم مهار جانبی صورت گرفته و ساخت سازه از  فونداسیون آغاز میگردد. سیستم محافظ گود متداول در این روش عمدتاً میخکوبی است که دارای هزینه بالا، سرعت اجرای پایین و عدم اطمینان کافی در گودبرداریهای حجیم میباشد. در شکل (۱)، استفاده از روش میخکوبی تا ارتفاع ۴۲ متر را نشان میدهد که ایمنی بسیار پایینی دارد و در شکل (۲) نیز، حادثه شهرک غرب تهران ناشی از رانش خاک نشان داده شده است که عدم اطمینان کافی به این روش محافظتی را نشان میدهد.

 

استفاده از تکنیک  پایدار سازی از بالا به پایین در ساخت سازههای زیرزمینی یکی از روشهای نوین اجرایی است که علاوه بر کاهش زمان اجرا و سرعت ساخت نقش بسزایی در تامین شرایط لازم برای احداث سازه در فضاهای محدود و پرتردد شهری دارد. معضلات ساخت و سازهای زیرزمینی درونشهری به خصوص در کلانشهرها از قبیل اختلال در عبور و مرور و ایجاد ترافیک و خطرات ناشی از گودبرداریهای عمیق، همواره مدیریت شهری را با چالشهای بسیاری مواجه کرده است.

 

این روش به عنوان انقلابی در ساخت سازههای بزرگ زیرزمینی، برای اولین بار در دهه ۷۰ میلادی، در ساخت ایستگاههای مترو شهرهای پاریس و میلان مورد استفاده قرار گرفت و اصطلاحاً به آن روش پوش و کند (Cover then Cut) میگفتند. در سالهای اخیر و در پروژههای بزرگ استفاده از این روش نوین ساخت با نام بالا به پایین (UP/Down Method) به دلیل مزایای عمده خود عملاً جایگزین روشهای سنتی در کشورهای صنعتی شده است؛ به گونهای که امروزه این روش مختص ساخت سازههای زیرزمینی و برجهای بلند با زیرزمینهای عمیق شده است. از نمونههای استفاده از روش مذکور میتوان به ساخت قسمتهایی از طبقات زیرزمینی مارینا اسکای پارک سنگاپور در سال ۲۰۰۷ میلادی، برج تجاری بیتکسوی ویتنام در سال ۲۰۱۰ میلادی، برج سایه لندن در سال ۲۰۱۳ و طبقات زیرین برج شانگهای چین با مساحتی بالغ بر ۳۵ هزار متر مربع اشاره کرد.

روش نوین ساخت بالا به پایین

این روش شامل ساخت همزمان بالا و پایین یک ساختمان در یک زمان مشخص است که در آن سازه فوقانی و تحتانی با هم اجرا میشوند. این تکنیک نوین که عمدتاً در مناطق شهری برای تسریع در انجام مراحل پروژهها مد نظر قرار میگیرد، خود ترکیبی از تکنیکهایی چون استفاده از دیوارهای دیافراگمی به عنوان دیوار محافظ گود (در زمینهای سست)، اجرای شمع درجا با استفاده از ماشین آلات مخصوص و روشهایی برای حفاری خاک محل پروژه است. در شکل (۳۳) استفاده از این روش در ساخت برج هرون در لندن به صورت شماتیک نشان داده شده است.

 

 

شکل ۳- مراحل ساخت برج هرون لندن با استفاده از روش بالا به پایین

مراحل اجرایی روش ساخت بالا به پایین

استفاده از روش بالا به پایین علاوه بر کاهش تاخیر ناشی از حفر زیرزمین، تاثیر به سزایی بر مدیریت برنامه زمانبندی انجام پروژه خواهد داشت. این روش شامل مراحل اجرایی خاصی است که از آن میتوان برای هر پروژه بسته به شرایط آن استفاده نمود. مراحل کلی استفاده از روش بالا به پایین به شرح زیر است:

1-نصب دیوار حائل محیطی: به عنوان اولین مرحله در ساخت سازه زیرزمینی در این روش، میبایست نسبت به اجرای دیوارهای محیطی سازه اقدام نمود. این دیوارها که در مراحل ابتدایی به عنوان محافظ گود کاربرد دارند، در مراحل بعدی به عنوان دیوار دائمی سازه اصلی مورد استفاده قرار میگیرند. استفاده از روش دیوار دیافراگمی نسبت به سایر روشهای اجرایی در ساخت دیوارهای محیطی سازه زیرزمینی به دلیل مزایای فراوان آن، کاربرد بیشتری دارد..

 

2-اجرای ستونهای باربر و فونداسیون: اجرای ستونهای میانی و باربر سازه زیر زمینی در نقاط مشخص شده با استفاده از یکی از تکنیکهای شمع درجا یا ستونهای پیش ساخته صورت میگیرد. بسته به موقعیت، در صورت نیاز به اجرای فونداسیون و افزایش باربری ستون، لازم است تا از شمعهای پدستالی (انباره دار در انتهای شمع) استفاده شود. روشهای متفاوتی برای اجرای ستونها وجود دارد که از آن جمله میتوان به اجرای ستونهای بتنی درجا با مقاطع مربع، مستطیل و یا دایرهای بر اساس تجهیزات حفاری موجود، ستونهای بتنی پیش ساخته، مرکب فولادی، ترکیب ستونهای لاغر با ژاکت بتنی در حین ساخت سازه اصلی اشاره نمود. در شکل(۵)، مجموعه اقدامات صورت گرفته در دومین گام از اجرای روش بالا به پایین به صورت شماتیک نشان داده شده است.

 

۳- اجرای سقف نهایی سازه زیرزمینی: در این مرحله پس از اجرای ستونهای باربر با در نظر گرفتن آرماتورهای انتظار در انتهای ستونها و رگلاژ نمودن کف و اجرای بتن مگر، نسبت به آرماتوربندی و بتنریزی سقف نهایی بر روی زمین طبیعی اقدام میشود، شکل (۶).

نکتهای بسیار مهم که میبایست در زمان اجرای سقفها خصوصاً سقف نهایی سازه زیرزمینی مد نظر قرار داد تعیین موقعیت اجرای بازشوهای موقت است چرا که پس از اجرای سقف نهایی، کلیه عملیات اجرایی در ترازهای پایینتر صورت میگیرد و عملا ارتباط کارگاه روزمینی و زیرزمینی از طریق این بازشوها انجام خواهد شد. به این منظور موقعیت و ابعاد بازشوها باید به گونهای انتخاب شود که علاوه بر تامین قابلیت مانور ماشین آلات حفار و حمل، 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.

۴- گودبرداری و اجرای سقف پایینتر:  پس از تکمیل سقف نهایی، با قرار گرفتن ماشینآلات حفاری در محل بازشوها وگودبرداری تا تراز اجرایی سقف پایینتر، عملیات خاکبرداری ادامه مییابد و اتصال سقف به ستونها و دیوارهای اصلی با استفاده از یکی از تکنیکهای اتصالات جوشی یا مکانیکی انجام میگیرد،

شکل (۷).

در ابتدای حفاری عمدتاً از بیل مکانیکی معکوس جهت سرعتدهی به امر خاکبرداری استفاده میشود و با ایجاد رمپ راهی مناسب برای عبور و مرور ماشینآلات حمل و خروج مصالح ایجاد میگردد، شکل (۸). خارج کردن مصالح از درون بازشوها بر اساس عمق و ابعاد سازه زیرزمینی و بدون ایجاد رمپ نیز امکانپذیر است. پس از رسیدن به ترازهای مورد نظر، با رگلاژ نمودن کف و اجرای بتن مگر، مراحل اجرای سقف بعدی با آرماتوربندی و بتنریزی در ترازهای مختلف بر روی زمین طبیعی اجرا میشود. 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 لازم است به آن دقت شود.

 

 

۵- تکرار مرحله ۴ تا رسیدن به اجرای فونداسیون: با تکرار مرحله قبلی، با خاکبرداری و رسیدن به تراز هر سقف زیرین، آن سقف نیز اجرا میشود و در حین انجام، مراحل تکمیل سقفهای فوقانی سازه زیرزمینی با اجرای تاسیسات و ادامه مییابد. پس از رسیدن به پایینترین تراز، فونداسیون طراحی شده در ریشهی ستونها اجرا میشود.

۶- اجرای بنای فوقانی: اجرای سازهی فوقانی به روشهای مرسوم و طبق ضوابط، به طور موازی و همزمان با انجام مرحله ۴ صورت میگیرد، شکل (۹).

 

مزایای استفاده از روش ساخت بالا به پایین

این روش که مزایای فراوانی برای ساخت سازهها با گودبرداریهای عمیق دارد، عمدتاً در پروژههای بزرگ مورد استفاده قرار میگیرد. استفاده از این روش برای ساختمانهای بلند با بیش از ۵ طبقه زیرزمین میتواند باعث افزایش سرعت ساخت و کاهش هزینهها شود. برخی دیگر از مزایای اصلی استفاده از روش ساخت پیشرفته بالا به پایین به شرح زیر است:

۱-کاهش نشست خاک در اطراف محدوده حفاری، ایمنی بسیار بالا در حین گودبرداری و قابلیت ساخت سازههای زیرزمینی به  خصوص در زمینهای سست.

۲- عدم نیاز به سیستمهای پایدارکننده و محافظ گود (ساخت و نصب استراتها و ) برای گودبرداریهای عمیق و بالتبع کاهش هزینه

۳- استفاده از دیوار محیطی به عنوان آببند، محافظ گود و در انتها به عنوان مهار جانبی

۴- حذف یا به حداقل رساندن اجرای عملیات قالب بندی سقفها و ستونهای زیرزمینی به دلیل استفاده از سطح رگلاژ شده زمین طبیعی و بالتبع کاهش زمان اجرا و هزینههای انجام پروژه

۵- امکان حضور تعداد بیشتری کارگر در کارگاه و تعریف چند شیفت کاری در طول دوران ساخت

۶- امکان استفاده از فضای ناشی از کف سقف اول و یا فضای سرپوشیده زیر سقف اول بعنوان انبار سرپوشیده

۷-امکان تسریع در شروع عملیات اجرایی تاسیسات مکانیکی و برقی

۸- کاهش سروصدا و گردوغبار ناشی از عملیات خاکبرداری

۹–این روش این امکان را میدهد که رو سازه و زیرسازه با اعمال تمهیدات لازم در مراحل طراحی و ساخت بهطور همزمان اجرا و باعث شتاب گرفتن روند ساخت میگردد.

۱۰-این روش با حذف سازه حایل موقت سبب صرفهجویی قابل توجه در هزینههای سرمایهگذاری میشود.

۱۱-صرفهجویی در زمان ساخت منجر به کاهش هزینهها میگردد.

۱۲سطوح آلودگی در سطح حداقل نگه داشته میشوند.

۱۲حجم بتن مصرفی بسیار کاهش مییابد و منجر به صرفهجویی در هزینه و کاهش خارج شدن کربن میگردد.

۱۳-میزان دخالت و مزاحمت در ترافیک خیابانهای پیرامونی به حداقل میرسد. بهخصوص در کارهای مربوط به حمل و نقل عمومی استفاده از این روش سبب میشود که راههای حمل و نقل به زودی احیا شوند.

۱۴-برای پروژههای گودبرداری که نصب پشتبندها عملی نیست و جابجایی خاک باید به حداقل برسد این روش بسیار مناسب  است.

۱۵-این روش کارایی بسیار گستردهای برای ساختمانهای دارای طبقات زیاد زیرزمین دارد.

۱۶-با این روش میتوان نشسترا کاهش داد.

۱۷-با استفاده از این روش نیازی به فضای کاری بزرگ برای ساخت پی نیست و با حذف هزینه ساخت سازه نگهبان گودبرداری، صرفهجویی اقتصادی خواهد شد.

۱۸- ساخت استراتهای موقت برای حفاظت دیوارهها و ساخت زیرزمین طی حفاری در این روش ضرورت ندارد. سیستم استراتهای موقت اغلب شرایط فضای کار را پیچیده میکنند و از نظر ساخت بسیار گران هستند.

۱۹-با ساخت زیرزمین با طبقه همکف در شروع کار، تاثیر شرایط بد آب و هوایی بر روی خاک زیرین از بین میرود. بهعنوان مثال تاثیر بارش بر دیوارههای حفاری شده در روش نیلینگ و انکراژ، بهدلیل وجود دال طبقه بهعنوان یک پوشش، حذف میشود.

۲۰-سطح زمین با احداث سقف اولین زیر زمین بعنوان سطح مفید جهت تجهیز مداوم کارگاه، عدم نفوذ به معابر پیرامون گود را میسر می نماید.

۲۱-امکان اجرای همزمان فعالیت های ساخت سازه، تاسیسات برقی و مکانیکی همزمان با افزایش طبقات در زیر و روی زمین موجب افزایش سرعت اجرا و کوتاه شدن برنامه زمان بندی ساخت می گردد.