روش تاپ دان چیست و چگونه اجرا می شود؟ بررسی جامع مزایا و محدودیت های این روش

امروزه عملیات عمرانی در زیر سطح زمین، هم با روش‌های سنتی و هم با روش‌های مدرن بسیار مورد توجه است. از روش‌های سنتی می‌توان به انواع روش‌ های گودبرداری و اجرای فونداسیون اشاره کرد. این روش‌ها با ساخت از پایین ترین تراز شروع شده و با تکمیل کردن سقف بالاترین طبقه پایان می یابد؛ این روش ساخت از پایین به بالا به Bottom-Up Method معروف است.

در کنار روش های سنتی روش‌های مدرن و پیشرفته‌ اجرای تاپ دان Top-Down Method به وجود آمده است که در سال‌های اخیر مخصوصا در پروژه‌های بزرگ عمرانی با روش‌های ساخت سنتی جایگزین شده است. این روش‌های مدرن بیشتر در کشور‌های توسعه یافته و صنعتی به دلیل نیاز آن‌ها به نیرو متخصص و تجهیزات خاص استفاده می شود. در روش تاپ دان بر خلاف روش سنتی ساخت از پایین، با ساخت دیوارهای اطراف و ستون ها و کف طبقات بالا شروع شده و گودبرداری و اجرای فونداسیون سازه در پایین ترین تراز به اتمام می‌رسد. این روش مدرن و جدید مزایا بسیار زیادی نسبت به روش های سنتی دارد. از مزایای مهم این روش می‌توان به عدم استفاده انواع قالب بندی و مهاربند موقت سازه نگهبان، ایجاد تسهیلات در تردد‌های شهری اشاره کرد. علارغم تمامی مزایای روش مدرن به دلیل نیازمندی آن به تکنولوژی های پیشرفته، متاسفانه در کشور ما در پروژه های کمی مورد استفاده قرار گرفته است.

روش تاپ دان چیست؟

افزایش نیاز ساخت و ساز‌های عمرانی به گودبرداری‌ های عمیق باعث فراهم کردن بستری برای پیشرفت و ایجاد انواع روش‌ها گودبرداری و سازه نگهبان در مناطق شهری شده است. گستردگی روش‌ های گود برداری این امکان را به مهندسین می‌دهد که بسته به شرایط پروژه بهینه ترین آن را برای اجرای ساختمان انتخاب کنند. مسائلی چون هزینه، مانع در تردد شهری، عمق گود، تجهیزات در دسترس و … باعث شده است که انتخاب روش گودبرداری بسیار حیاتی باشد. خطر بسیار زیاد این عملیات و گستردگی کاربرد آن در ساخت باعث شده است که مهندس ناظر سخت گیری بسیار زیادی بر عواملی دست اندر کار وارد کند. یکی از دلایل مهمی که باعث سخت گیری‌های زیاد به پیمان کاران شده است، نگرانی دستگاه‌های نظارت ساختمان برای استفاده از روش های سنتی و عدم بازنگری بر روی روش‌ اجرای گود و همینطور عدم استفاده از تکنیک های پیشرفته است.

روش مدرن ساخت تاپ دان به دلیل قابلیت های فنی و اجرای بسیار پیشرفته در پروژه مختلف عمرانی نیازمند حفاری توجه زیادی را به خود جلب کرده است. نتایج موفقیت آمیز این روش ساخت در پروژه های بزرگ در کشور های صنعتی بستر خوبی را برای استفاده از این روش در ساخت و ساز های معمول شهری فراهم کرده است. استفاده از این روش در ساخت و ساز شهری تا حد زیادی دغدغه دستگاه های ناظر را بر طرف خواهد کرد. بنابراین مسیر رشد و ترقی باید به سمتی و سویی قرار گیرد تا این روش مدرن ساخت تاپ-داون مانند روش های سنتی به طور متدوال استفاده گردد.

انجام گودبرداری

به کلیه عملیات حفاری و خاکبرداری در تراز های پایین تر از سطح طبیعی زمین یا تراز پایین‌ تر از فونداسیون ساختمان همسایه گود برداری می‌گویند. دلایل زیادی برای گودبرداری و حفاری می تواند وجود داشته باشد برای مثال تخریب یک ساختمان کلنگی و ساخت یک ساختمان جدید، حفر کانال های آب زیرزمینی در سطح شهر، خاکبرداری تا رسیدن به یک بستر مناسب برای ساختمان سازی و …

انجام این عملیات هرچند بسیار رایج است اما از خطرناک ترین کارهای مهندسی می باشد و امنیت تمامی ساکنین اطراف و نیروی کار باید تا آخرین مرحله تامین شود. امنیت و پایداری گود با اجرای انواع روش های سازه نگهبان تامین می‌شود.

همواره در گود های شهری و غیر شهری احتمال ریزش به دلیل فشار جانبی خاک وجود دارد. اولین گام برای ایجاد امنیت و پایدار سازی گود شناخت دقیق لایه های خاک و طراحی سازه نگهبان با توجه به ماهیت خاک پشت گود و شرایط زمین است. شناخت لایه های خاک بسیار حائز اهمیت است بنابراین زمان زیادی را باید به مطالعات ژئوتکنیکی سایت مورد نظر اختصاص داد. طراحی سازه نگهبان بر اساس مطالعات ژئوتکنیک صورت گرفته به دلیل اهمیت بالای آن توسط مهندسین ژئوتکنیک صورت می‌گیرد و پیمانکار جداگانه دارد. مبحث دوازدهم مقرارت ملی ساختمان بند 12-9-2 اهمیت پایداری گود و استفاده از سازه های نگهبان را مشخص می‌کند.

اجرای روش تاپ دان (Top-Down Method)

روش ساخت از بالا به پایین نسبت به سایر روش‌ها جدید تر است و هم چنان نیز در حال گسترش است. در این روش امکان ساخت هم زمان طبقاتی که در زیر تراز زمین قرار می گیرند با طبقات بالاتر از سطح زمین به طور همزمان وجود دارد. به عبارت دیگر این روش به ساخت هم زمان از بالا و پایین تراز زمین گفته می شود.

همانطور که از مبانی این روش پیدا است، این روش سرعت بسیار بالایی دارد و برای پروژه های شهری که زمان بسیار مهم است استفاده می شود. این روش معمولا ترکیبی از چند روش پایدار سازی گود است؛ برای مثال می توان ابتداً از دیوار دیافراگمی برای پایدار سازی گود تا ارتفاع مشخصی استفاده کرد و در انتها این دیوار به عنوان دیوار حائل در طبقات زیر زمین سازه مورد استفاده قرار گیرد. پس از نصب این دیوار ها خاک برداری و اجرای اجزای سازه ای مثل کف و ستون ها انجام می گیرد. ستون های داخلی طبقات با استفاده یکی از روش های دیوارهای دیافراگمی، شمع های بتنی درجا و یا ستون های پیش ساخته بتنی یا فولادی اجرا می شوند.

به این صورت که در اطراف محل این ستون پایداری لازم برای حفاری جای ستون فراهم شده و سپس ستون ها اجرا می شوند. در این روش سقف های اجرا شده از بالاترین تراز به سمت پایین ترین تراز به عنوان سازه‌های دائمی هستند که جایگزین مهاربندهای افقی داخلی برای جلوگیری از کمانش سیستم می شوند و وظیفه مهار دیوارهای سازه نگهبان در برابر بارهای جانبی ناشی از خاک پشت و سایر سربارها را برعهده دارند.

در دهه 70 میلادی روش ساخت تاپ دان در ساخت ایستگاه مترو در شهر‌های پاریس و میلان برای کاهش زمان ساخت، هزینه پروژه و عدم ایجاد اختلال در ترافیک شهری به کار گرفته شد. استفاده از این روش باعث ظهور یک انقلاب در روش‌های ساخت و ساز زیرزمینی شد؛ تغییراتی در روش طراحی و محاسبات سازه رخ داد و همچنین تجهیزات و امکانات جدیدی ساخته شد که تا به آن روز وجود نداشتند. مزایای زیاد ساخت تاپ دان مخصوصا در پروژه های بزرگ باعث شد که عملا با روش های سنتی، این روش ساخت جایگزین شود.

روش تاپ دان یک تکنیک بسیار مدرن و پیشرفته است که علاوه بر نقش به سزایی که در کاهش زمان و افزایش سرعت پیشرفت پروژه دارد، دخالت و مزاحمت در فضای محدود و پرتردد شهری را به حداقل می‌رساند. مهمترین مزیت ساخت به روش تاپ دان (Top-Down Construction)  نسبت به سایر روش‌های ساخت، امکان اجرای همزمان طبقات زیر زمین تا تراز زیر فونداسیون با اجرای طبقات روی تراز زمین است. به عبارت دیگر روش ساخت تاپ دان شامل مراحلی از جمله ساخت از بالا و پایین یک ساختمان در یک زمان مشخص است که در آن سازه فوقانی و تحتانی با هم اجرا می شوند.

این روش بیشتر در پروژه هایی که نیاز به زیر ساخت زیرزمینی گسترده دارند و همچنین ساختمان ‌های بلند مرتبه برای تامین پارکینگ و تجهیزات بسیار کاربرد دارد. اگر خاک زیر پروژه سست است استفاده از این روش ساخت به دلیل جلوگیری از ریزش دیواره گود بسیار کارآمد است. در اجرای گود های عمیق همزمان با خاکبرداری باید مراحل پایدار سازی گود نیز انجام پذیرد که اگر این پایدار سازی با روش هایی مثل سازه نگهبان خرپایی یا مهار متقابل باشد، تجهیزات لازم دست و پا گیر خواهند بود و اگر این پایدار سازی با روش هایی مثل نیلینگ و انکراژ انجام گیرد مسائلی چون اخذ رضایت همسایه به وجود می آید بنابراین تنها روش مطمئن و قابل اجرا ساخت تاپ دان خواهد بود.

از پروژه های عمرانی که در ساخت و ساز زیرزمینی از این روش استفاده شده است، می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• در سال 2007 میلادی قسمت‌هایی از طبقات زیرزمینی ساختمان مارینا اسکای پارک سنگاپور با این روش ساخته شده است.
• در سال 2010 میلادی برج تجاری پیشکسوی واقع در ویتنام با روش تاپ دان ساخته شد.
• در سال 2013 میلادی تمامی طبقات برج سایه لندن با استفاده از این تکنیک ساخته شد.
• طبقات زیرین برج های شانگهای چین با مساحتی بیش از 35 هزار مترمربع با این روش ساخته شده است.
• از پروژه های ساخته شده در ایران با استفاده از این روش می توان به به پروژه ایستگاه قطار شهری اهواز، مجمتع تجاری شهر آفتاب در ساری و پروژه برج اداری تجاری آرش که 2 مورد آخر در دفتر مرکزی شرکت پاراسیویل طراحی شده است اشاره کرد.

مکان های استفاده از روش تاپ دان

یکی از مشکلاتی که مهندسین را به سمت استفاده از روش تاپ دان سوق می‌دهد، محدودیت فضای عملکردی برای ساخت و ساز است. برای مثال ساختمان هایی که در کنار شریان های اصلی شهری قرار دارند و ساخت و ساز ترافیک زیادی را به آن ها تحمیل می‌کند بهتر از برای کاهش اختلال در ترافیک از این روش ساخت استفاده کنند. معمولا ساختمان هایی که در محل های حیاتی کلان شهر ها ساخته می‌شود علاوه بر محدودیت فضا و شرایط سخت ترافیکی، بهره وری زیادی دارند؛ به عبارت دیگر نیاز به طبقات زیادی در زیر زمین برای پارکینگ آن ها وجود دارد.

افزایش تعداد طبقات باعث افزایش عمق گود و به مراتب مسائل و مشکلات زیاد دیگری به همراه دارد که از بین آن ها می توان به سطح کم فضا برای گودبرداری، محدودیت عملکرد ماشین آلات اشاره کرد. به همین دلیل روش تاپ-دان  انتخاب مناسبی برای اجرای این دسته از پروژه ها می باشد.

علاوه بر مشکلات ذکر شده اگر در پروژه با مشکل زمان روبرو شویم، مثل پروژه هایی که باعث انسداد خیابان های اصلی شهر می‌شوند (اجرای ایستگاه های مترو که در زیر خیابان ها طراحی می شوند.) تاخیر در مراحل ساخت پروژه خسارت های ترافیکی جبران ناپذیری را به شهر وارد می کند. بنابراین استفاده از روش ساختی که سرعت بالایی نسبت به سایر روش ها دارد، مثل روش اجرای تاپ دان، در الویت است.

در پروژه‌هایی که سطح آب زیرزمینی در سطح پروژه وجود دارد، حفاری و پایدارسازی گود تا تراز کف گود مشکلاتی زیادی را برای مهندسین به همراه دارد. استفاده از روش اجرای تاپ دان با ساخت دیوار دیافراگمی و شمع های عمیق باعث جلوگیری از ورود آب به محل اجرای فونداسیون و ستون ها می شود، در نتیجه بسیاری از مشکلات ناشی از سطح بالای آب زیرزمینی کاهش می یابد.

به طور کلی کاربرد های ساخت به روش تاپ-دان را می توان به موارد زیر خلاصه کرد:

• پل های زیرگذر شهری و غیر شهری
• ساخت فضاهای زیرزمینی مثل مخازن آب و فاضلاب
• ساخت ایستگاه های مترو در زیر شریان های اصلی
• احداث تونل ها شهری و غیر شهری
• ساختمان ها در مناطق پر تراکم شهری که طبقات زیرزمین زیادی دارند