روش ساخت تاپ دان چیست؟ مراحل اجرای آن کدام است؟

روش تاپ دان چیست؟

روش تاپ دان (Top-Down) یک شیوه‌ی اجرای سازه از بالا به پایین است که در آن ساخت سازه و مهاربندی گود به‌صورت همزمان و از تراز سطح زمین (طبقه همکف) آغاز می‌شود و به ترتیب تا طبقات منفی زیرزمین ادامه می‌یابد تا به تراز فونداسیون برسد.

در واقع، روش تاپ داون یکی از روش‌های مدرن ساخت‌وساز محسوب می‌شود که برخلاف روش‌های سنتی (که ساخت از پایین به بالا انجام می‌شود) روندی معکوس دارد و از سطح زمین شروع شده و به‌سمت طبقات زیرزمین ادامه می‌یابد.

روش تاپ دان در اصل یک روش اجرای سازه است، نه صرفاً یک تکنیک پایدارسازی گود. با این حال، در بسیاری از مواقع این روش به اشتباه به‌عنوان یک روش مهاربندی و پایدارسازی گود معرفی می‌شود. نکته مهم اینجاست که در روش تاپ‌دان، خود اجزای سازه‌ای مانند ستون‌ها و سقف‌ها نقش مهار گودبرداری را نیز ایفا می‌کنند. بنابراین، اگرچه گود برداری و مهار گود در این روش انجام می‌شود، اما هدف اصلی آن اجرای سازه است.

کاربرد

روش تاپ داون در بسیاری از پروژه‌های شهری، عمرانی و زیرساختی به‌کار می‌رود و به‌ویژه در مواردی که با محدودیت فضا، شرایط پیچیده اجرایی یا ضرورت زمان‌بندی فشرده مواجه هستیم، به‌عنوان یک گزینه‌ برتر شناخته می‌شود. از جمله مهم‌ترین کاربردهای این روش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

پروژه‌هایی با محدودیت زمانی: در پروژه‌هایی که تأخیر در اجرا منجر به خسارات مالی یا توقف بهره‌برداری می‌شود، روش تاپ داون با فراهم آوردن امکان ساخت هم‌زمان طبقات فوقانی و زیرزمینی، مدت زمان کلی پروژه را کاهش می‌دهد.

مناطق با سطح آب زیرزمینی بالا: در مناطقی که سطح آب زیرزمینی بالا است، حفاری باز و عمیق خطرآفرین و پرهزینه است. در روش تاپ دان، با اجرای هم‌زمان ستون‌ها، دال‌های سقف و مهاربندهای جانبی در حین گودبرداری، نفوذ آب کنترل شده و پایداری گود تضمین می‌شود.

مناطق با خاک‌های سست یا ناپایدار: در مناطقی با خاک‌های ضعیف، استفاده از سیستم تاپ دان باعث کاهش احتمال ریزش گود و افزایش ایمنی عملیات حفاری می‌شود.

سایر کاربردهای روش بالا به پایین شامل موارد زیر است:

• پل‌های زیرگذر شهری و بین‌شهری
• پروژه‌های زیرزمینی حمل‌ونقل مانند خطوط مترو
• تونل‌های شهری و غیرشهری
• پارکینگ‌های طبقاتی زیرزمینی در مراکز پرتراکم
• ساختمان‌های بلندمرتبه با طبقات منفی متعدد در زیرزمین
• پروژه‌هایی که امکان اخذ مجوز از املاک مجاور و همسایگان برای گود برداری وجود ندارد.

مزایا

روش تاپ دان با توجه به ویژگی‌های اجرایی خاص خود، در بسیاری از پروژه‌های شهری و زیرزمینی مزایای قابل‌توجهی دارد. در این روش، دال سقف هر طبقه‌ی زیرزمینی پیش از خاک‌برداری زیر آن اجرا می‌شود. به این ترتیب، خاک موجود در زیر دال به‌عنوان قالب موقت و تکیه‌گاه طبیعی عمل می‌کند. در نتیجه، نیاز به استفاده از قالب‌ بتن و جک‌ سقفی برای نگهداری بتن تازه به حداقل می‌رسد (یا وجود ندارد) که این امر موجب کاهش هزینه‌ها، افزایش سرعت اجرا و بهبود ایمنی کارگاه می‌گردد. از دیگر مزایا روش سازه معکوس عبارتند از:

• کاهش مدت زمان اجرا
• کاهش اختلالات ترافیکی و تسهیل تردد شهری به‌خصوص در پروژه‌های شهری پرتردد
• ایمنی بالاتر در حین اجرا به دلیل مهار گود توسط عناصر دائمی سازه
• عدم نیاز به اخذ رضایت یا مجوز از املاک مجاور
• اجرای هم‌زمان سازه‌های فوقانی و زیرزمینی (اجرای هم زمان روسازه و زیرسازه)
• عدم نیاز به سیستم‌های مهاربندی و سازه نگهبان ( زیرا سازه اصلی خود نقش مهاربندی دیواره‌های گود را ایفا می‌کند.)
• پیش‌گیری از کمانش دیوارهای جانبی (دال‌های سقف به‌عنوان مهاربند افقی عمل کرده و مانع از کمانش دیواره‌ها تحت فشار جانبی خاک می‌شوند.)
• کاهش وابستگی به شرایط آب‌وهوایی (زیرا بخش های زیرین با سقف طبقه پوشیده است)
• کاهش وابستگی به شرایط آب‌وهوایی ( به‌دلیل پوشیده بودن طبقات زیرین توسط سقف، فعالیت‌های اجرایی کمتر تحت تأثیر بارندگی یا شرایط نامساعد قرار می‌گیرند.)
• کاهش گرد و غبار و آلودگی زیست‌محیطی به دلیل اجرا در محیط محصور

معایب

روش بالا به پایین در ساخت‌وساز،علاوه بر مزایای فراوانی که دارد، مانند هر روش دیگر، دارای معایبی نیز می‌باشد. از مهم‌ترین معایب روش تاپ دان می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• حفاری در طبقات زیرین دشوار است و ممکن است به لایه‌های سخت برخورد شود.
• نیاز به برنامه‌ریزی دقیق و هماهنگی منظم میان تیم‌های حفاری و ساخت
• عدم امکان خاک‌برداری تا رسیدن بتن سقف به مقاومت مطلوب
• محدودیت دسترسی نیروی انسانی، ابزار و ماشین‌آلات به طبقات زیرین
• لزوم استفاده از بازشوها و دریچه‌های دسترسی در سقف برای رفع محدودیت دسترسی
• هزینه اولیه بالاتر نسبت به روش‌های سنتی
• احتمال جابه‌جایی افقی دیوارهای پیرامونی در اثر فشار جانبی خاک
• الزامات سخت‌گیرانه برای کنترل نشست در حین اجرا
• نیاز اساسی به تأمین روشنایی و تهویه مناسب در فضاهای زیر دال
• نیاز به تیم اجرایی با تجربه بالا
• سختی و پیچیدگی اجرای کار در مقایسه با روش‌های سنتی

مراحل اجرایی روش تاپ دان

روش تاپ دان دارای مراحل مشخصی در اجراست. همان‌طور که می‌دانید، در ساخت‌وساز به روش‌های متداول، ابتدا فونداسیون، اجرا شده و سپس ساخت طبقات بالایی آغاز می‌شود. اما در روش تاپ‌دان این روند برعکس است؛ یعنی اجرای فونداسیون آخرین مرحله خواهد بود. به طور کلی، مراحل اجرای سازه به روش ساخت از بالا به پایین به شرح زیر است:

آماده‌سازی محل پروژه

در اولین گام، محل اجرای پروژه تعیین و آماده‌سازی می‌شود. عملیاتی مانند تعیین ترازهای اصلی، تسطیح زمین، جانمایی دقیق ستون‌ها، استقرار تجهیزات و تدوین برنامه‌ریزی کلی پروژه، همگی در این مرحله انجام می‌گیرند.

اجرای شمع‌های محیطی یا دیوارهای حائل محیطی

در صورتی که خاک پروژه سست باشد، به منظور پایدارسازی دیواره گود و تامین پایداری، در این مرحله از دیوارهای دیافراگمی یا شمع‌کوبی استفاده می‌شود. دیوار دیافراگمی نوعی دیوار مسلح درجا است که با استفاده از دستگاه‌های حفاری خاص، گودبرداری شده و پس از آن آرماتوربندی و بتن‌ریزی انجام می‌شود. شمع‌های محیطی نیز به صورت ردیفی در اطراف گود نصب می‌شوند.

در مراحل بعدی دال سقف به این المان‌ها تکیه خواهد کرد؛ بنابراین نقش بسیار مهمی دارند. اگرچه این دیوارهای حائل در این مرحله به عنوان سازه نگهبان دیواره گود عمل می‌کنند، اما در نهایت به عنوان دیوارهای دائمی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در مواردی که سطح آب زیرزمینی بالا باشد، لازم است دیواره‌ها با سیستم‌های آب‌بندی مانند واتر استاپ یا روش‌های مشابه، کاملاً آب‌بندی شوند.

حفر چاهک

حفر چاهک یکی از مهم‌ترین مراحل اجرای روش تاپ دان است که به منظور نصب و تعبیه ستون‌ها و شمع‌ها انجام می‌شود. چاهک‌ها بسته به نیاز پروژه، به دو صورت دستی یا مکانیکی حفاری می‌شوند. در مناطقی که خاک سفت و دیواره چاهک از استحکام و چسبندگی کافی برخوردار است، معمولاً حفاری به صورت دستی انجام می‌شود.

قطر چاهک‌ها باید به اندازه‌ای باشد که ستون به راحتی در آن جای گیرد و امکان عبور و مرور نیروی انسانی نیز فراهم باشد. طول چاهک‌ها معمولاً برابر با مجموع طول ستون و شمع زیر آن تعیین می‌شود.

خاک خارج شده از حفاری باید به سرعت از محل پروژه خارج شود تا در مراحل بعدی اجرای پروژه مشکلی ایجاد نکند. در نهایت، صحت شاقول بودن چاهک‌ها، پایداری دیواره و عدم نشتی آب به دقت کنترل و آزمایش می‌شود.

نصب ستون و بتن ریزی شمع

ستون‌ها مسئول انتقال بار سازه به زمین هستند و نقش بسیار مهمی در پایدارسازی گود و کل سازه ایفا می‌کنند. مقاطع ستون‌ها می‌توانند مربع، مستطیل یا دایره‌ای باشند.

از آنجا که این ستون‌ها باید پایداری سازه را تا زمان اجرای فونداسیون تامین کنند، در قسمت انتهایی آن‌ها (زیر تراز پی) شمع‌های نسبتاً عمیقی اجرا می‌شود. در این مرحله، ستون با طول گیرایی معین وارد چاهک می‌شود و سپس بتن‌ریزی شمع انجام می‌گردد.

در روش تاپ داون می‌توان از انواع ستون‌های زیر استفاده کرد:

• ستون پیش‌ساخته بتنی
• ستون بتنی درجا
• ستون فولادی
• ستون بتنی با هسته فولادی

پس از جایگذاری ستون، باید آن را به شمع متصل کرد. بسته به نوع ستون، روش اتصال متفاوت است. به‌عنوان مثال، در ستون فولادی مقداری از طول ستون داخل شمع قرار می‌گیرد. اگر ستون پیش‌ساخته بتنی باشد، انتهای آن می‌تواند به صورت فولادی اجرا شود و به شمع متصل گردد؛ یا انتهای ستون با کوپلرهایی به ستون انتظار موجود در شمع وصل شود. در ستون‌های بتنی درجا، قفسه آرماتور داخل چاهک قرار می‌گیرد و برای دستیابی به حداقل ضخامت پوشش میلگرد، از اسپیسر استفاده می‌شود. اتصال مقاوم بین ستون و شمع از طریق بتن‌ریزی همزمان ایجاد می‌شود. در نهایت، فضای خالی بین دیواره چاهک و ستون با خاک پر می‌شود.

اجرای دال طبقه همکف

پس از اجرای ستون‌ها و شمع‌ها، نوبت به اجرای دال طبقه همکف می‌رسد. این دال، علاوه بر ایفای نقش سازه‌ای، به‌عنوان یک مهار متقابل در برابر فشارهای جانبی خاک عمل کرده و موجب پایداری دیوارهای نگهدارنده پیرامونی می‌شود.

برای اجرای دال، ابتدا گودبرداری تا عمق مورد نیاز انجام می‌گیرد. پس از رسیدن به تراز مورد نظر، عملیات آرماتوربندی و سپس بتن‌ریزی روی سطح خاک صورت می‌پذیرد. در روش تاپ دان، اجرای تمامی سیستم‌های سازه‌ای سقف امکان‌پذیر است و محدودیتی از این بابت وجود ندارد.

در این مرحله باید دریچه‌های دسترسی یا بازشوهایی در دال تعبیه شود تا ارتباط با طبقات زیرین فراهم گردد. این بازشوها مسیر انتقال نیرو انسانی، تجهیزات و مصالح به طبقات پایین‌تر را تأمین می‌کنند، بنابراین ابعاد و محل آن‌ها باید متناسب با نیازهای اجرایی پروژه طراحی شود. لازم است تا حد امکان هیچ‌یک از ستون‌های میانی یا اعضای باربر در محدوده این بازشوها قرار نگیرند تا از تضعیف سیستم باربر سازه جلوگیری شود.

خاک برداری از طبقات زیرین

بعد از اجرای دال طبقه همکف و رسیدن بتن به مقاومت مورد نیاز، ماشین‌آلات حفاری از طریق بازشوهای تعبیه‌شده در دال، عملیات خاک‌برداری را تا رسیدن به تراز کف طبقه پایین‌تر آغاز می‌کنند. این مرحله یکی از چالش‌برانگیزترین بخش‌های اجرای روش تاپ دان محسوب می‌شود و باید با دقت بالا، به‌وسیله ماشین‌آلات سبک و کوچک انجام گیرد.

خاک‌برداری باید به‌صورت تدریجی صورت گیرد تا توزیع نیروها به آرامی بر اعضای باربر (ستون‌ها و دیوارهای حائل) وارد شود. در این مرحله، اتصال سازه‌ای بین دال، ستون‌ها و دیوارهای محیطی نیز تکمیل می‌شود. پس از اتمام این مرحله، امکان ادامه ساخت طبقات مثبت (روساخت) و همچنین اجرای طبقات منفی فراهم می‌شود.

تکرار مراحل اجرای سقف و ستون طبقات پایین تر

بعد از اتمام خاک برداری و رگالاژ نمودن کف زمین نوبت به اجرای ستون های طبقه پایین تر و اجرای سقف آن می رسد. تمامی مراحل مطابق آنچه در قسمت های فوق ذکر شد انجام می‌گیرد تا به پایین تراز (تراز پی) برسیم.

اجرای فونداسیون و پایان عملیات

در آخرین مرحله، عملیات اجرای فونداسیون آغاز می‌شود. ابتدا بستر پی آماده‌سازی شده و آرماتوربندی طبق نقشه‌های اجرایی انجام می‌گردد. سپس بتن‌ریزی فونداسیون صورت می‌پذیرد و ستون‌ها در این بخش به‌طور کامل مهار می‌شوند.

اتصال ستون‌ها و دیوارهای پیرامونی به فونداسیون نیز در همین مرحله انجام می‌شود. در صورتی که المان‌های سازه‌ای و فونداسیون از نوع بتنی باشند، به دلیل ایجاد درز سرد بین بتن قدیمی و بتن‌ریزی جدید، استفاده از واتر استاپ جهت آب‌بندی و جلوگیری از نشت آب ضروری خواهد بود.

مقایسه روش تاپ دان با سایر روش های سنتی

برای مقایسه روش تاپ دان با روش‌های سنتی، نخست باید به اساسی‌ترین تفاوت آن‌ها اشاره کرد؛ در روش‌های سنتی، ساخت‌وساز به‌صورت از پایین به بالا انجام می‌شود و اجرای فونداسیون اولین مرحله پروژه است. اما در روش تاپ‌دان، ساخت از بالا به پایین صورت می‌گیرد و فونداسیون در آخرین مرحله اجرا می‌شود.

در روش سنتی، طبقات به‌صورت متوالی و مرحله‌به‌مرحله از پایین به بالا اجرا می‌شوند، در حالی‌که در روش تاپ‌دان، امکان اجرای هم‌زمان طبقات زیرزمین (زیرسازه) و طبقات فوقانی (روسازه) وجود دارد، که این ویژگی باعث افزایش سرعت ساخت پروژه در روش تاپ داون می‌شود.

روش‌های سنتی نیاز به فضای کارگاهی بیشتری دارند، اما روش تاپ‌دان به‌ویژه در پروژه‌های شهری با محدودیت فضا بسیار کاربردی است. با این حال، روش تاپ‌دان نیازمند هماهنگی و برنامه‌ریزی دقیق بین تیم‌های مختلف مانند حفاری، سازه، و تأسیسات است؛ در حالی‌که روش سنتی از نظر اجرا ساده‌تر و با هماهنگی کمتر قابل انجام است.

از نظر تخصص فنی نیز، اجرای روش تاپ‌دان به نیروی انسانی ماهر و تجربه‌دار نیاز دارد، در حالی‌که روش سنتی برای پروژه‌های متداول‌تر و با پیچیدگی کمتر مناسب‌تر است. همچنین، روش تاپ دان بیشتر برای سازه‌های خاص مانند پارکینگ‌های طبقاتی زیرزمینی، تونل‌ها، و مترو کاربرد دارد، در حالی‌که روش سنتی معمولاً برای سازه‌های ساده به کار می‌رود.

گود برداری در روش تاپ دان (برخلاف روش‌های سنتی که نیازمند دریافت رضایت‌نامه از مالکین مجاور است)، معمولاً نیازی به اخذ رضایت از املاک مجاور ندارد.

نکات و ملاحظات روش تاپ داون

• عملیات خاک‌برداری بدون مهاربندی تا تراز کف فونداسیون ساختمان‌های مجاور مجاز است. برای گودبرداری پایین‌تر از این تراز، استفاده از سیستم‌های مهاربندی الزامی است.
• استفاده از کوپلر (وصله مکانیکی) برای اتصال دیوارهای حائل هر طبقه به یکدیگر، و همچنین برای اتصال المان‌های سقف و ستون، رایج‌تر است.
• در روش تاپ دان، می‌توان از انواع سیستم‌های سقف مانند انواع دالها یا تیرچه‌بلوک استفاده کرد. اما در صورتی که تعداد طبقات زیرزمین زیاد باشد، استفاده از تیرچه‌بلوک توصیه نمی‌شود، چرا که فشار جانبی خاک، نیروهای درون‌صفحه‌ای قابل‌توجهی ایجاد کرده و پایداری سقف را تحت تأثیر قرار می‌دهد.
• اسکلت سازه می‌تواند فلزی یا بتن‌آرمه باشد. اما استفاده از اسکلت فلزی (خصوصاً ستون‌های فلزی) معمولاً هزینه اجرای پروژه را افزایش می‌دهد.
• در طراحی، باید ضرایب اطمینان مناسب در نظر گرفته شود تا از گسیختگی گود جلوگیری گردد.
• توجه کافی به احتمال گسیختگی در اتصالات مهاری الزامی است و باید بررسی‌های فنی لازم انجام شود.
• در صورت اجرای هم‌زمان روسازه و زیرسازه، باید دقت شود که به ازای اجرای هر طبقه زیرزمین، حداکثر یک طبقه فوقانی ساخته شود. زیرا سرعت پیشرفت طبقات زیرزمینی به دلیل دشواری اجرا معمولاً کمتر است.
• در صورتی که در پروژه، اجرای هم‌زمان روسازه و زیرسازه در دستور کار باشد، باید دقت شود که به ازای ساخت هر طبقه زیرزمینی، در بیشترین حالت تنها یک طبقه روی زمین (فوقانی) اجرا شود؛ زیرا به‌طور معمول، طبقات زیرزمینی به دلیل پیچیدگی اجرا، با سرعت کمتری نسبت به طبقات فوقانی پیش می‌روند. در نتیجه، لازم است برنامه‌ریزی و هماهنگی دقیقی بین تیم‌های اجرایی صورت گیرد تا از وارد آمدن فشار بیش‌ازحد به طبقات تحتانی جلوگیری شود.
• به دلیل انتقال بار سازه به طبقات زیرزمین، افت ستون‌ها باید در طراحی لحاظ گردد.
• در روش سازه معکوس، آب‌بندی دقیق محل اتصالات المان‌ها و درزهای سرد بسیار ضروری است تا از نفوذ آب جلوگیری شود.