گود برداری به روش تاپ دان (Top Down)

روش تاپ دان، روش پیشرفته و کارآمد در صنعت ساختمان است که با حذف موانع سنتی، امکان احداث سازه‌های مرتفع و عمیق را در کمترین زمان ممکن فراهم می‌کند. در این مقاله، به بررسی دقیق مزایای بی‌نظیر این روش، انواع مختلف آن و مقایسه آن با روش‌های مرسوم خواهیم پرداخت تا شما را با این تحول شگفت‌انگیز در صنعت ساخت و ساز آشنا کنیم. با ما همراه باشید تا دریابید چگونه روش تاپ دان می‌تواند به شما در اجرای پروژه‌های ساختمانی پیچیده کمک کند.

روش تاپ دان (top down) یا روش از بالا به پایین چیست؟

تاپ دان یا ساخت از بالا به پایین روشی نوین و کارآمد در صنعت ساختمان است که به جای حفر کامل گودال و سپس ساخت ساختمان، این دو مرحله همزمان انجام شود. در روش تاپ دان، شما همزمان با حفر گودال، طبقات دیگر ساختمان را هم می‌سازید. به عبارت دیگر، ساخت از بالا به پایین به این معنی است که شما از همان ابتدا می توانید قسمت‌های زیرین ساختمان (مثل پارکینگ، انباری) و همچنین قسمت‌های بالای آن (طبقات مسکونی یا اداری) را همزمان بسازید.

تاریخچه مختصر روش تاپ دان

روش تاپ دان (Top Down) در صنعت ساختمان، در دهه‌های اخیر به طور گسترده‌ای مورد توجه قرار گرفته است. با این حال، به طور دقیق نمی‌توان گفت که این روش توسط چه شخصی یا کشوری به طور رسمی آغاز شده است.

روش تاپ دان حاصل تکامل تدریجی روش‌های سنتی ساخت و ساز و پاسخ به نیازهای روزافزون پروژه‌های ساختمانی بوده است. به دلیل ماهیت عملی و کاربردی این روش، به طور همزمان در کشورهای مختلف با توجه به شرایط خاص پروژه‌ها توسعه یافته است.

در بسیاری از موارد، توسعه روش‌های ساختمانی به صورت تجربی و مبتنی بر دانش و تجربه مهندسان بوده است و مستندات دقیقی از آغازین کاربرد این روش وجود ندارد. با پیشرفت فناوری‌های ساختمانی و افزایش نیاز به ساخت ساختمان‌های بلند و پیچیده، این روش در قرن بیستم به طور جدی مورد توجه قرار گرفت. با توسعه تجهیزات و مصالح ساختمانی جدید، روش تاپ دان در دهه‌های اخیر به عنوان یک روش استاندارد برای ساخت ساختمان‌های زیرزمینی و بلندمرتبه شناخته شده است.

اهمیت روش تاپ دان در صنعت ساختمان و سازه‌های زیرزمینی

روش تاپ دان (Top Down) به عنوان یک روش نوین و کارآمد در صنعت ساختمان و سازه‌های زیرزمینی، تحولی شگرف ایجاد کرده است. این روش با مزایای متعدد خود، جایگاه ویژه‌ای در میان مهندسان و سازندگان پیدا کرده است. در ادامه به برخی از مهم‌ترین دلایل اهمیت روش تاپ دان اشاره می‌کنیم:

• سرعت و زمان اجرا

  کاهش زمان ساخت

  در این روش رو سازه و زیرسازه به‌طور همزمان می‌توانند اجرا شوند که این امر باعث شتاب گرفتن روند ساخت می‌گردد و زمان کلی پروژه به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.

  مرکز Alfa-Arbat Center همزمانی عملیات در 5 طبقه پارکینگ و تکمیل سازه فوقانی

  مدیریت بهتر

  داشتن برنامه مدیریت ساخت و ایجاد فعالیتهای موازی ناشی از احداث سازه نهایی طبقات زیر و رو سازه موجب کاهش کلیه زمان اجرا می گردد

• کاهش هزینه‌ها و بازگشت سرمایه

  این روش سبب صرفه‌جویی قابل توجه در هزینه‌های سرمایه‌گذاری می‌شود که می توان به این موارد اشاره کرد.

  تسریع در بهره برداری

  با کاهش مدت زمان ساخت، سازه مورد نظر زودتر به بهره برداری می رسد و منجر به بازگشت سریعتر سرمایه گذاری می شود.

  سرعت اجرای بخشهای مختلف پروژه

  - دال سقف‌ها پیش از انجام هرگونه عملیات خاکبرداری اجرا می‌شود. بنابراین زمین به‌عنوان یک قالب و تکیه‌گاه برای ساخت دال به‌کار می‌رود. این موضوع در زمان و هزینه نصب و برپایی قالب‌های سقف صرفه‌جویی می‌کند.

• ایمنی بیشتر

  تنش ناشی از تغییر شرایط بارگذاری به دلیل ساخت تدریجی سازه که جایگزین خاک حفاری شده می‌شود به حداقل می‌رسد و بنابراین تغییرشکل‌های سازه جدید و سازه‌های مجاور و همچنین نشست‌های ناشی از احداث سازه جدید بسیار کاهش می‌یابد.

  با ساخت سقف زیرزمین یا طبقه همکف پس از اجرای اعضای قائم طبقات زیرین و پیش از شروع عملیات خاکبرداری، 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. که این خود مزایای دیگری خواهد داشت مانند:

  • افزایش ایمنی کارگاه

    با کاهش خطر ریزش دیوارهای حائل، ایمنی کارگران به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.

  • کاهش هزینه‌های اضافی

    جلوگیری از خسارات ناشی از شرایط بد آب و هوایی، هزینه‌های تعمیر و نگهداری را کاهش می‌دهد.

  • تسریع در اجرای پروژه

    با کاهش تأثیر عوامل خارجی، روند اجرای پروژه سرعت می‌گیرد.

  • بهبود کیفیت ساخت

    محافظت از خاک زیرین باعث می‌شود که عملیات ساختمانی با دقت و کیفیت بالاتری انجام شود

  • استفاده از خود سازه

    در روش ساخت از بالا به پایین دیوارهای پیرامونی در ترازهای مختلف با استفاده از دال‌های دائمی نگه داشته می‌شوند.

  • مجاورت با سازه های پر خطر

    در مجاورت سازه هایی با خطر ریزش بالا یکی از بهترین روشها می باشد در این روش اگر درست اجرا شود خطر ریزش به صفر میرسد.

  • محیط کار ایمن‌تر

    کارگران در محیطی ایمن‌تر کار می‌کنند و احتمال بروز حوادث کاهش می‌یابد.

• مناسب برای مناطق شهری

  • سطح آلودگی صوتی

    سطوح آلودگی صوتی و گرد و غبار ناشی از عملیات خاکبرداری به دلیل اجرای عملیات در زیر سقف طبقه منفی 1 که بطور متعارف اولین سقف اجرا شده می باشد به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد

  • کاهش ترافیک و آلودگی:

    با کاهش مدت زمان ساخت، ترافیک و آلودگی ناشی از پروژه کاهش می‌یابد.

  • فضای کارگاهی

    حین ساخت، فضاهایی به‌عنوان انبار در اختیار خواهد بود که بسیار ارزشمند است، زیرا بخشی از فضای تراز زمین در تمامی اوقات و پس از آن به‌تدریج طبقات زیرزمین احداث شده بعدی در دسترس خواهند بود.

  • زمین با ابعاد کم

    برای زمین های با ابعاد کم که فضای کار گاهی اجازه استفاده از روشهای دیگر را نمی دهد روش تاپ دان یکی از روشهای مناسب می باشد.

  • مسایل حقوقی وقضایی

    یکی از مسایل مهم در فضای شهری مباحث حقوقی و حریم همسایگان و معابر عمومی می باشد که در بحث تاپ دان این مسایل رفع شده است مانند :

    • مسائل حقوقی از قبیل مبحث۱۲مقررات ملی:

      در استفاده از روشهای پایدار سازی دیواره های گود برداری از قبیل میخ کوبی و میل مهار ورود به محدوده مالکیت املاک مجاور و همچنین معابر عمومی ممنوع میباشد مگر با موافقت ذینفع و مرجع رسمی ساختمان.

    • ماده ۱۳۲قانون مدنی:

      کسی نمی تواند در ملک خود تصرفی کند که مستلزم تضرر همسایه شود مگر تصرفی که به قدر متعارف و برای رفع حاجت یا رفع ضرر از خود باشد.

    • ماده ۳۸قانون مدنی:

      مالکیت زمین مستلزم مالکیت فضای محاذی آن است تا هر کجا بالا رود و همچنین است نسبت به زیر زمین بالجمله مالک حق همه گونه تصرف در هوا و فراز گرفتن دارد مگر آنچه را که قانون استثناء کرده باشد.

• کاربردهای گسترده

  • ساختمان‌های بلندمرتبه

    برای ساخت ساختمان‌های بلند و مرتبه، روش تاپ دان بسیار مناسب است.

  • سازه‌های زیرزمینی

    برای ساخت پارکینگ‌های طبقاتی، ایستگاه‌های مترو و سایر سازه‌های زیرزمینی، این روش کاربرد دارد.

  • تونل‌ها

    در ساخت تونل‌ها، به ویژه در مناطق شهری، روش تاپ دان مزایای بسیاری دارد.

معرفی دیگر روشهای پایدارسازی گود

در این بخش، به مقایسه فنی و اقتصادی روش تاپ دان با دیگر روش‌های ساخت و ساز خواهیم پرداخت. با بررسی دقیق پارامترهایی مانند زمان اجرا، هزینه‌های ساخت، کیفیت سازه، اثرات زیست‌محیطی و ایمنی کارگاه، می‌توانیم به طور عینی مزایای روش تاپ دان را ارزیابی کنیم. این مقایسه به ما کمک می‌کند تا درک درستی از دلایل ترجیح دادن روش تاپ دان در پروژه‌های خاص، به ویژه پروژه‌هایی با محدودیت‌های زمانی و مکانی، پیدا کنیم.

گودبرداری به روش میخ‌کوبی و انکراژ

یکی از روش‌های رایج برای پایدارسازی دیواره‌های گود در عملیات ساختمانی است. در این روش، با کوبیدن میخ‌های فولادی (نیل) یا نصب میلگردهای فولادی (انکر) در دیواره گود و تزریق دوغاب سیمان در اطراف آن‌ها، مقاومت خاک افزایش یافته و از ریزش دیواره جلوگیری می‌شود.

عوامل موثر در انتخاب روش میخ‌کوبی و انکراژ

نوع خاک: در خاک‌های چسبنده و نیمه چسبنده عملکرد بهتری دارد.

عمق گودبرداری: برای گودبرداری‌های با عمق متوسط مناسب است.

وجود سازه‌های مجاور: در صورتی که سازه‌های مجاور حساس باشند، باید با احتیاط بیشتری اجرا شود.

شرایط آب زیرزمینی: وجود آب زیرزمینی می‌تواند بر عملکرد این روش تاثیر بگذارد.

محاسن استفاده از روش میخ‌کوبی و انکراژ

پایداری موقت: این روش به عنوان یک روش پایدارسازی موقت، می‌تواند در شرایط مختلف خاک و عمق گودبرداری به کار رود.

هزینه نسبتا پایین: نسبت به برخی روش‌های دیگر، هزینه اجرای آن کمتر است. امکان اجرای این روش در شرایط مختلف و با تجهیزات نسبتاً ساده است.

معایب استفاده از روش میخ‌کوبی و انکراژ

نیاز به کنترل دقیق: نظارت مستمر بر اجرای عملیات و کنترل کیفیت مصالح مصرفی ضروری است. برای تضمین ایمنی و پایداری گود، باید کنترل‌های دقیقی بر روی قطر و فاصله میخ‌ها، عمق حفاری، نوع دوغاب و ... انجام شود.

خطر ریزش موضعی: در صورت عدم اجرای صحیح، ممکن است ریزش‌های موضعی در دیواره گود رخ دهد. به عنوان نمونه اگر میخ‌ها به درستی اجرا نشوند یا فاصله آن‌ها زیاد باشد، ممکن است بخش‌هایی از دیواره گود دچار ریزش شود.

تخریب سازه‌های مجاور: در صورت عدم رعایت حریم سازه‌های مجاور، امکان آسیب رساندن به آن‌ها وجود دارد. ورود به حریم سازه‌های مجاور و زیرساخت‌های شهری می‌تواند باعث ایجاد ترک و آسیب در آن‌ها شود.

تخریب زیرساخت‌های شهری: در مناطق شهری، ممکن است به زیرساخت‌های شهری مانند لوله‌های آب و گاز آسیب برساند.

محدودیت در خاک‌های سست: در خاک‌های بسیار سست و ریزشی، کارایی این روش کاهش می‌یابد.

روش سازه خر پایی

سازه خرپایی مجموعه‌ای از اعضای باربر است که به صورت مثلثی به هم متصل شده‌اند. این مثلث‌ها به دلیل پایداری هندسی بالایی که دارند، می‌توانند نیروهای وارده را به طور موثر توزیع کنند. در سازه‌های نگهبان خرپایی، این خرپاها به صورت افقی در امتداد دیواره گود قرار گرفته و با تکیه بر اعضای قائم و مایل، از ریزش دیواره جلوگیری می‌کنند.

مزایای استفاده از سازه خرپایی

پایداری بالا: به دلیل هندسه مثلثی خرپاها، این سازه‌ها پایداری بسیار بالایی دارند و می‌توانند بارهای زیادی را تحمل کنند.

سادگی اجرا: اجرای این سازه نسبت به برخی روش‌های دیگر ساده‌تر است.

معایب استفاده از سازه خرپایی

وزن زیاد و محدودیت‌های فضایی: سازه‌های خرپایی معمولاً از فولاد ساخته می‌شوند و وزن قابل توجهی دارند. این امر منجر به نیاز به تجهیزات سنگین برای نصب و جابجایی آن‌ها شده و در برخی موارد، محدودیت‌هایی را برای فضای کارگاهی ایجاد می‌کند.

هزینه بالا: هزینه اولیه ساخت، نصب و برچیدن سازه‌های خرپایی نسبت به برخی روش‌های دیگر ممکن است بالاتر باشد.

مشکلات در جمع‌آوری و دفع: پس از اتمام پروژه، جمع‌آوری و دفع سازه‌های خرپایی به عنوان ضایعات صنعتی محسوب می شوند، هزینه‌ها و مشکلات زیست‌محیطی اضافی را به همراه دارد.

محدودیت ارتفاع: در برخی موارد، استفاده از سازه‌های خرپایی به دلیل محدودیت‌های ارتفاعی برای گودهای عمیق مناسب نباشد و با مشکلاتی مواجه شود.

روش مهار متقابل

مهار متقابل یا استرات یکی از روش‌های رایج برای پایدارسازی دیواره‌های گود در عملیات ساختمانی است. در این روش، با استفاده از اعضای فشاری (استرات) که به صورت افقی در بین دو دیواره گود قرار می‌گیرند، فشار خاک به دیواره‌ها منتقل شده و از ریزش آن‌ها جلوگیری می‌شود.

مزایای روش مهار متقابل

سادگی اجرا: نسبت به برخی روش‌های دیگر، اجرای این روش ساده‌تر است.

معایب روش مهار متقابل

استفاده از آهن آلات سنگین

باعث ایجاد محدویت فضای کارگاهی می شود

برای گودهای با عرض کم.

دو طرف دیوار باید بتوانند به یک اندازه فشار وارد را تحمل کند در غیر این صورت ممکن است یکی از دیوار ها ریزش کند.

مراحل اجرای روش تاپ دان

در ادامه، مراحل اجرای روش ساخت از بالا به پایین (تاپ دان) به صورت دقیق و مرحله به مرحله تشریح خواهد شد. با بررسی این مراحل، درک عمیق‌تری از چگونگی اجرای این روش نوین ساختمانی و مزایای آن نسبت به روش‌های سنتی به دست خواهید آورد.

1. آماده سازی

   آماده سازی محوطه و پیاده سازی محل چاههای لازم برای نصب قطعات (شمع-ستون و یا شمع-دیوار).

2. حفر چاهها

   حفر چاهها تا عمق هدف (زیر تراز شمع طراحی شده برای باربری قائم و افقی سازه).

3. نصب شمع ها

   نصب شمع ها و قطعات به روش پایین به بالا یا معلق

4. اجرای شمع ها

   اجرای شمع‌های درجا که به‌عنوان پی شمع-ستون ویا شمع-دیوار جهت انتقال بارهای حین ساخت طبقات زیر زمین، روی زمین و سیستم نگهبان پیرامونی هستند که در زیر تراز پی اصلی سازه قرار دارند.

5. تکمیل قطعات انتقال

   تکمیل قطعات انتقال دهنده بار از سطح زمین به شمع زیر پی مطابق دستور العمل اجرایی بر اساس نوع قطعات

   • فلزی: که به یک صورت تمام فلز ارئه می شود.

   • بتنی: که بصورت نیمه پیش ساخته و یا تمام ساخته شده ارائه می گردد.

   • بصورت مختلط: که به دو صورت SRC و یا CFT ارائه می شود.

6. اجرای دال کف

   اجرای دال کف طبقه همکف یا زیر زمین منفی 1 در بالای شمع-دیوار و یا شمع-ستون ‌ها

7. ساخت سازه

   ساخت سازه بالای تراز زمین می‌تواند آغاز شود.

8. خاکبرداری زیر دال

   پس از اینکه دال بتنی به مقاومت مشخصی رسید، خاکبرداری زیر دال طبقه همکف یا زیر زمین منفی 1 ادامه پیدا می‌کند.

9. تکمیل دیوارهای پیرامونی

   تکمیل دیوارهای پیرامونی گود در اولین طبق زیرزمین پس از خاکبرداری تراز مذکور.

10. تکرار مراحل

    تکرار مراحل 6 تا 9 بسمت پایین و یا همزمان به سمت بالا از تراز اولین دال اجرا شده و در اخرین مرحله اجرای فونداسیون و دیوارهای پیرامونی آخرین طبقه زیر زمین(روی پی)

انواع روشهای تاپ دان

در بخش پیش رو، به مقایسه انواع روش‌های تاپ دان پرداخته و مزایا، معایب و کاربردهای هر یک را بررسی خواهیم کرد.

تاپ دان فلزی

یکی از روش‌های اجرای سازه‌های زیرزمینی است که در آن از ستون های فلزی یا از صفحات فولادی به عنوان دیوارهای حائل استفاده می‌شود.

مزایا: از مزایای این روش می توان سرعت بالای اجرای پروژه و همچنین کاهش حجم عملیات بتن‌ریزی عنوان کرد.

معایب: از معایب این روش می توان به پر هزینه بودن آن اشاره کرد. و همچنین بخاطر سطح تماس با خاک خیس و یا بالا بودن سطح آب زیر زمینی خطر زنگ زدگی سازه اصلی وجود دارد.

اجرای پروژه تاپ دان فلزی برای پروژه مسکونی نارمک

تاپ دان سازه مختلط فولاد و بتن

• روش مقاطع CFT(Concrete Filled Tube)

  CFT مخفف عبارت Concrete Filled Tube است که به معنای لوله پر شده از بتن است. این روش یک تکنیک مدرن و کارآمد در ساخت و ساز است که در آن لوله‌های فولادی توخالی با بتن پر می‌شوند تا سازه‌های مقاوم و سبک‌وزن ایجاد شود.

  به‌کارگیری مقاطع CFT در جایگذاری اعضای قائم در روش تاپ دان، ضمن ساده‌سازی فرآیند اجرا، از نظر اقتصادی نیز نسبت به روش فلزی مقرون‌به‌صرفه‌تر است. هزینه این روش با روش مقاطع تمام بتنی تقریباً یکسان بوده، اما در مقایسه با روش قطعات نیمه پیش‌ساخته بتنی، هزینه بیشتری را به همراه دارد.

• روش مقاطع SRC(Steel Reinforced Concrete)

  Steel Reinforced Concrete (SRC) یا بتن مسلح به فولاد، یک ماده ساختمانی کاملاً متداول و پرکاربرد است که از ترکیب بتن و فولاد تشکیل شده است. این ترکیب باعث ایجاد سازه‌هایی با مقاومت، دوام و انعطاف‌پذیری بالا می‌شود.

  مقاطع SRC، به‌رغم مقاومت بالا و دوام، به دلیل پیچیدگی‌های اجرایی شامل پوشش بتنی هسته فولادی و اتصالات، و همچنین محدودیت‌های اجرایی در همزمانی طبقات روسازه و زیرسازه، مستلزم دقت و تخصص بیشتری در اجرا بوده و ممکن است هزینه‌های اجرایی را افزایش دهد.

تاپ دان بتنی

• روش پیش ساخته

  در این روش قطعات به صورت کاملاً توپر و سنگین تولید می‌شوند. از جمله معایب این روش می‌توان به غیر اصولی بودن اتصالات، هزینه بالای اجرا به دلیل نیاز به ماشین‌آلات سنگین و پیچیده، ایجاد اتصالات سرد و درزهای بتنی اشاره کرد. این عوامل باعث افزایش وزن سازه، کاهش سرعت اجرا و در نهایت افزایش هزینه‌های ساخت می‌شود.