بررسی طراحی به روش ساخت تاپ دان یا top down

در روش ساخت بالا به پایین یا همان تاپ دان فرآیند گودبرداری همزمان با فرآیند احداث سازه انجام می‌گیرد.

در مقابل روش top down، در سایر روش‌های گودبرداری ابتدا خاک تا عمق مورد نظر برای احداث فونداسیون برداشته و پس از ساخت فونداسیون، اسکلت سازه احداث می‌شود که  اصطلاحا به این سری روش‌های ساخت، روش‌های ساخت پایین به بالا می‌گویند.

طبق روشهای رایج پایدار سازی خاک همانند روش میخ کوبی یا Soil Nailing، سازه نگهبان خرپایی، انکراژ یا مهار گذاری و روش مهار متقابل که قبلا بررسی کردیم قصد داریم در ادامه با روش ساخت تاپ دان بیشتر آشنا شویم.

نحوه اجرا تاپ دان

در روش ساخت بالا به پایین، در ابتدا با حفر چاه و نصب ستون‌های فولادی (روش مرسوم در ایران) و یا احداث دیوار‌های دیافراگمی (روش مرسوم در خارج از کشور)، و سپس اجرای سقف زیرزمین اول مابین این اعضای جانبی، فشار جانبی خاک توسط این سقف تحمل می‌گردد؛ برای دسترسی به خاک تراز پایین‌تر در این روش، بر روی سقف احداث‌شده یک بازشو تعبیه شده تا بتوان از طریق آن دستگاه حفاری متناسب خاک را وارد تراز پایین‌تر کرده و همچنین بتوان خاک زیر سقف را از طریق آن خارج نمود.

پس از رسیدن به تراز سقف زیرزمین بعدی، سقف مذکور اجراشده و این فرآیند تا رسیدن به فونداسیون سازه ادامه می‌یابد.

شایان ذکر است که اجرای سازه در تراز مثبت همزمان با عملیات خاک‌برداری در حال انجام بوده که باعث کاهش زمان ساخت و صرفه‌جویی در وقت احداث و بهره‌برداری از پروژه می‌گردد.

مزایای روش ساخت بالا به پایین

در بخش‌های قبلی ابتدا در رابطه با گودبرداری و انواع روش‌های پایدارسازی گود اشاره گردید.

در این بخش و در ادامه مزایا و قابلیت‌های روش ساخت بالا به پایین در مقایسه با سایر روش‌های گودبرداری بیان می‌گردد.

1- کاهش زمان ساخت در روش تاپ دان

در ساخت به روش تاپ دان بر خلاف سایر روش‌های مهار دیواره‌های خاکی در پروژه‌های ساختمانی، که برای اجرای اسکلت سازه نیازمند برداشت خاک تا تراز فونداسیون است، فرآیند اجرای اسکلت همزمان با عملیات خاک‌برداری انجام شده و این مطلب موجب تسریع فرآیند ساخت سازه می‌گردد.

همچنین به دلیل استفاده از سازه‌ی اصلی به عنوان سازه‌ی نگهبان، نیازی به اجرای سازه‌ی نگهبان به صورت جداگانه نبوده که این مطلب نیز فرآیند کلی ساخت را سرعت می‌بخشد.

ممکن است که در ابتدای فرآیند ساخت این روش زمان‌برتر از سایر روش‌های ساخت تلقی گردد، اما در درازمدت این مطلب صادق نیست و پایان کار این روش در مقایسه با روش‌های ساخت پایین به بالا بسیار سریع‌تر خواهد بود.

2- کاهش هزینه‌ها‌ی ساخت در top down

هزینه‌های ساخت در این روش تحت تأثیر دو عامل زمان ساخت و لوازم و مصالح مصرفی است.

با استفاده از روش ساخت بالا به پایین ضمن کاهش زمان ساخت که منجر به کاهش هزینه‌ی تجهیزات تهیه‌شده می‌گردد، همچنین با استفاده از این روش با حذف روش‌های مرسوم پایدارسازی گود نظیر میخ‌کوبی، خرپاهای فولادی و … حجم قابل‌توجهی از مصالح مصرفی نیز کاهش می‌یابد.

نکته‌ی دیگری که باید به آن توجه نمود این است که، همانطورکه در بخش قبلی به آن اشاره گردید، در این روش از اسکلت اصلی سازه به عنوان سازه‌ی نگهبان استفاده شده و حذف سیستم سازه‌ی نگهبان در این روش نیز می‌توان حجم زیادی از بار مالی پروژه را کاهش دهد.

همچنین اگر تصمیم بر این باشد که برای پایدارسازی دیواره‌های خاکی مجاور از روش میخکوبی و یا روش مهارکوبی استفاده گردد، با توجه به اینکه دو روش مذکور نیازمند تأمین رضایت ساکنان مجاور پروژه بوده و این تأمین رضایت نیز سوای دشواری‌های فراوان خود، نیازمند پرداخت هزینه‌هایی جهت تأمین رضایت است، با عدم استفاده از این قبیل روش‌ها، از هزینه‌کردن منابع مالی برای این مورد جلوگیری می‌گردد.

3- کاهش تغییر شکل‌های گودبرداری و افزایش ضرایب پایداری

با انجام فعالیت گودبرداری و بیرون‌رفت خاک از محل پروژه و همچنین به دلیل کارکرد ماشین‌آلات مخصوص خاک‌برداری، تغییر شکل‌هایی چه از نظر تغییر ارتفاع و نشست و چه از نظر تغییر شکل‌های جانبی دیواره‌های گود مشاهده می‌گردد که در برخی از موارد، خصوصا گودهای عمیق، می‌تواند بسیار خطرخاک باشد.

اما در روش ساخت بالا به پایین این تغییر شکل‌های قائم و افقی نسبت به سایر روش‌ها بسیار پایین‌تر خواهد بود.

همچنین در مسائل طراحی، کمیتی به نام ضریب پایداری تعریف شده که معیاری جهت تعیین وضعیت مهار جانبی سازه می‌باشد.

 در صورت کسر رابطه‌ی این کمیت، که در بند ۹-۱۶-۳ مبحث نهم مقررات ملی ساختمان به آن پرداخته شده است، تغییر شکل طبقه قرار می‌گیرد، که با توجه به تغییر شکل‌های پایین‌تر این روش، مقدار ضریب پایداری نیز کاهش می‌یابد؛ همچنین در بند مذکور از مبحث نهم مقررات ملی تصریح گردیده است که اگر مقدار این ضریب از ۰۵/۰ کمتر باشد، کل طبقه مهارشده در نظر گرفته می‌شود.

4- حذف تأثیر نامطلوب شرایط جوی در تاپ دان

در اکثر روش‌های ساخت پایین به بالا محیط گود بدون سقف بوده که با توجه به این مطلب، شرایط نامطلوب جوی جهت فعالیت‌های مربوط به پایداری گود مانند بارش باران یا برف می‌تواند عملیات را با اختلال مواجه کرده و یا باعث تحمیل هزینه‌های اضافی به پروژه گردد.

اما در روش ساخت top down به دلیل اجرای سقف زیرزمین اول در شروع فعالیت، شرایط نامطلوب جوی مذکور، نسبت به روش‌های پایین به بالا مزاحمت‌های بسیار کمتری را برای فعالیت پروژه ایجاد می‌نماید.

همچنین به دلیل مسقف‌بودن کارگاه‌های تاپ دان امکان انجام فرآیند گودبرداری زیر سقف میسر است و شرایط نامساعد جوی باعث ایجاد هیچ‌گونه خللی در این فعالیت نمی‌گردد؛ در حالی که در دیگر روش‌های پایدارسازی با نامساعدشدن شرایط جوی، عموما فعالیت خاک‌برداری متوقف شده و یا دچار اختلال می‌شود.

5- قلبلیت اجرا ساخت در شرایط سخت ژئوتکنیکی

قابلیت دیگر روش ساخت تاپ دان، توانایی اجرا در شرایط سخت و پیچیده‌ی ژئوتکنیکی است.

برای مثال انجام عملیات حفاری و میخ‌کوبی و یا مهارکوبی در هر خاکی به راحتی انجام نمی‌گیرد و در خاک‌های ریزشی و یا برعکس خاک‌های به شدت سخت و لایه‌های سنگی، عملیات حفاری با دشواری‌هایی مواجه خواهد شد.

همچنین در زمین‌هایی که عموما از جنس خاک‌های دستی و یا نخاله باشند که عموما نشست‌های قائم زیادی را از خود نشان می‌دهند استفاده از خرپاهای فولادی نیز امکان‌پذیر نیست.

اما در این روش مسائل مطرح‌شده عموما مطرح نیست و فرآیند ساخت را با مشکل مواجه نمی‌کند.

6- عدم وجود مسائل حقوقی به دلیل تعرض به همجواری‌ها

مورد دیگری که می‌توان در رابطه با روش ساخت top down در مقایسه با روش میخ‌کوبی و مهارکوبی به آن اشاره نمود، عدم نیاز به اجازه‌ی فعالیت در زمین‌های مجاور توسط ساکنین آن مناطق است.

در حالی که برای اجرای روش مهارکوبی و میخ‌کوبی به اجازه‌ی رسمی ساکنین زمین همسایه نیاز است، که معمولا در مناطق شهری با پاسخ منفی آن‌ها همراه بوده و یا موجب تحمیل هزینه‌های اضافی جهت کسب رضایت همسایه‌ها، به پروژه می‌گردد.

7- عدم وجود آلودگی‌های صوتی و محیطی

همانطورکه در قسمت‌های قبلی مطرح گردید، برخلاف دیگر روش‌های پایدارسازی، کارگاه‌هایی که با روش تاپ‌داون اجرا می‌گردند، مسقف می‌باشند.

این قابلیت مسقف‌بودن باعث می‌گردد که گرد و خاک ناشی از عملیات خاکی از محیط خارج نشده و همچنین آلوگی‌های صوتی  ناشی از فعالیت‌های کارگاهی در زیر زمین مستهلک شده و از آن خارج نگردد.

معایب استفاده از روش بالا به پایین

جداي از مطالب مطرح‌شده در رابطه با مزايا و قابليت‌هاي روش ساخت بالا به پایین استفاده از این روش در مقایسه با سایر روش‌ها دارای مشکلات و معایبی نیز هست، که در ادامه به صورت خلاصه به آن‌ها اشاره می‌گردد:

• صعوبت عملیات خاک‌برداری و اجرای بخش زیر زمین
• نیاز به نیروهای متخصص و مجرب، در هر دو بخش طراحی و اجرا
• دشواری اجرای سیستم آب‌بندی
• لزوم اجرای شمع‌های بتن‌مسلح زیر ستون‌ها
• نیاز به درنظرگرفتن ملاحظات خاص طراحی و اجرا در سازه‌های بتن‌مسلح

اما در مجموع با توجه به شرایط مخصوص هر پروژه باید امکان‌سنجی استفاده از این روش را بررسی نمود؛ عموما مزایای پرشمار این روش به معایب آن تفوق و برتری داشته و باعث می‌گردد که بتوان از معایب مذکور، صرف نظر نمود.

لازم به ذکر است که با توجه به لزوم دقت بالا در نصب ستون‌ها در موقعیت تعیین‌شده، دسترسی به محل نصب ستون‌ها در داخل چاهک از اهمیت زیادی برخوردار بوده، که تأمین این خواسته در این روش به‌سختی امکان‌پذیر است و ریسک جابجایی ستون هنگام بتن‌ریزی بالاست که این نکته را نیز باید در رابطه با این روش مد نظر داشت.