گودبرداری به روش Top-Down همراه با لینک دانلودفایل پاورپوینت نشست تخصصي

این مقاله دارای لینک دانلود فایل پاورپوینت نشست تخصصي آشنايي با مباني طراحي و اجراي گودبرداري به روش Top&Down نظام مهندسی ساختمان استان تهران می باشد.

تعريف گودبرداری

به هر عملیاتی که در آن خاکبرداری و حفاری برای برداشتن سطح طبیعی زمین انجام شود، گودبرداری ساختمان گویند.

گودبرداری ساختمان می تواند دلايل مختلفی داشته باشه مثلا خاکبرداری برای خراب کردن یک ساختمان قديمی و ساختن ساختمان جدید بجای آن، حفر کانال های مختلف ساختن مخازن زیرزمینی، رسیدن به خاک بکر و… انجام می شود. گودبرداری ساختمان یکی از خطرناک ترین کارهای عملیات خاکی در مهندسی هست برای همین هم دیواری های گود باید توسط سازه های نگهبان پایدار و مهاربندی شود تا افراد داخل و خارج از گود و ساختمان های مجاور امنیت بیشتری داشته باشند.

 روش های مرسوم پایدارسازی گودبرداری

از آنجایی که همواره در پروژه‌های با گودبرداری عمیق، احتمال خطر ریزش دیواره گود وجود دارد، بررسی و شناخت دقیق لایه‌های خاک، طراحی و اجرای سازه نگهبان در گودبرداری، اهمیت بسیار زیادی داشته و گاهی زمان زیادی صرف مطالعات ژئوتکنیک و طراحی سازه نگهبان می‌گردد. بر اساس دانش مهندسی و بررسی‌های انجام شده یکی از روش‌های زیر یا ترکیبی از آنها برای پایدارسازی گودها تعیین می‌شود:

روش سازه نگهبان خرپایی (Truss Retaining Structures)

روش مهار فشاری (مهار متقابل) دیواره‌های گود (Strut)

روش میخ کوبی دیواره‌های گود (Nailing)

روش دوخت به پشت (Tie back) یا مهار کششی دیواره‌های گود (Anchorage)

دیوار دیافراگمی (Diaphragm Pile Wall)

دیوار برلنی (Berliner Wall)

روش سپرکوبی (Sheet Pile)

روش اجرای شمع (pile)

روش ساخت از بالا به پایین (Top/Down Construction)

روش تاپ دان چیست؟

با توسعه ساخت و سازهای زیرزمینی و حفاریهای عمیق در مناطق شهری تاثیرات محیطی آن در حال افزایش هستند که به یکی از معضلات کلان شهرها تبدیل شدند تکنیک بالا به پایین در ساخت سازه‌های زیر زمینی یکی از روشهای نوین اجرایی هستند که علاوه بر کاهش زمان اجرا و افزايش سرعت ساخت، نقش بسزایی در تامین شرایط لازم برای احداث سازه در فضاهای محدود و پر تردد شهری دارند، معضلات ساخت و ساز های زیرزمینی درون شهری به خصوص در کلان شهرها از قبیل اختلال در عبور و مرور، ایجاد ترافیک، خطرات ناشی از گودبرداری عمیق و مسائل حقوقي روش نیلینگ و انکراژ، مدیریت شهری را با چالشهایی مواجه کرده. از طرفی روش گودبرداری بالا به پایین بسیار ایمن تر و اجرایی تر از گودبرداری های معمول بوده و مورد استقبال مهندسين واقع شده است.

روش Top-Down به عنوان انقلابی در ساخت سازه های بزرگ زیرزمینی برای اولین بار در دهه ۷۰ میلادی ، در ساخت ایستگاههای مترو شهرهای پاریس و میلان مورد استفاده قرار گرفته و به منظور کاهش زمان و هزینه های اجرایی و کاهش اختلال در ترافیک شهری به کار گرفته شد. در سالهای اخیر و در پروژههای بزرگ استفاده از این روش نوین ساخت با نام بالا به پايين به دلیل مزایای عمده خود کلا جایگزین روش‌های سنتی در کشورهای صنعتی شده است؛ به گونه ای که امروزه این روش مختص به ساخت و سازهای زیرزمینی و برج‌های بلند با زیرزمین‌های عمیق شده است

از سازه های اجرا شده به روش Top-Down می توان به قسمت هایی از طبقات زیر زمینی مارینا اسکای پارک سنگاپور در سال ۲۰۰۷ میلادی، برج تجاری پیشکسوی ویتنام در سال ۲۰۱۰ میلادی، برج سایه لندن در سال ۲۰۱۳ و طبقات زبرين برج شانگهای چین با مساحتی بالع پر ۳۵ هزار متر مربع اشاره کرد. از جمله پروژه های اجرا شده در ایران میتوان به پروژه ایستگاه قطار شهری اهواز، پروژه ساختمان مسکونی شقایق در محله یوسف آباد تهران پروژه ساختمان شیخ بهایی و مجتمع تجاري الهور در الشهر اصفهان، شبستان زیرین صحن امام هادی (ع) در حرم حضرت معصومه و پروژه های انگشت شمار دیگری در شهر مشهد اشاره کرد

 

راه حل اجرای روش تاپ دان (TOP-DOWN) در ساخت برج‌های بلند با زیرزمین‌های متعدد چیست؟

 

مانند تمام پروژه‌های عمرانی، یکی از مهمترین مراحل، فاز صفر (مطالعات) می‌باشد. پس از تکمیل مطالعات ژئوتکنیک و شناخت کامل و دقیق لایه‌های خاک محل پروژه، تعیین سطح آب های زیرزمینی، بررسی وضعیت همجواری ها، بررسی اندرکنش سازه و خاک، تعیین دقیق بارهای وارد بر شمع‌ها و دیوار دیافراگمی پیرامونی در مراحل مختلف اجرای سازه، تعیین بارهای ثقلی و جانبی وارد بر سازه، با هماهنگی کامل طراح ژئوتکنیک و سازه، جزئیات اجرایی سازه آماده می­ گردد. این مرحله حساس‌ ترین بخش کار است، چرا که کوچکترین خطا در محاسبات، ممکن است منجر به شکست پروژه گردد.

مراحل اجرای روش تاپ دان

برای هر پروژه متناسب با نوع و شرایط خاص آن ممکن است روند اجرای تاپ دان اندکی متفاوت باشد. به طور کلی مراحل اجرای تاپ دان به شرح زیر می‌باشد:

مرحله اول: اجرای دیوارهای حائل محیطی:

به منظور پایدارسازی خاک دیواره گود، ابتدا دیوارهای حائل محیطی زیر زمین تا عمق مشخصی پایین‌تر از تراز زیر پی اجرا می‌شوند تا به سنگ بستر با ظرفیت باربری مدنظر برسند. این دیوارها که در ابتدا نقش سازه نگهبان موقت را دارند، در مراحل بعدی به عنوان دیوار سازه‌ای دائمی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در صورت بالا بودن تراز آب های زیرزمینی در این مرحله سیستم آب­ بندی (Water Proof) نیز اجرا می­گردد.

بسته به شرایط پروژه، مقتضیات طرح و مطالعات ژئوتکنیک، جهت ممانعت از ریزش خاک، دیوارهای حائل محیطی می‌توانند با یکی از روش‌های زیر اجرا شوند:

دیوار بتن آرمه درجا

دیوارهای دیافراگمی پیش ساخته بتنی با استفاده از روش دوغاب بنتونیت

شمع‌های سکانتی

شمع‌های پیوسته

سپری‌های فولادی

ستون­ های جت گروتینگ (Jet-Grouting)

دیوار حائل دیافراگمی به دلیل مزایای فراوان آن نسبت به سایر روش‌های اجرایی در ساخت دیوارهای محیطی سازه زیرزمینی، کاربرد بیشتری دارد.

به منظور اتصال دیوارهای حائل به دال سقف زیر زمین‌ها، باید در ترازهای مشخص، صفحات انتظار برای اتصالات بعدی پیش بینی شوند.

مرحله دوم: حفاری محل شمع‌های باربر میانی از زیر تراز ستون‌ها و دیوارهای همکف و نصب ستون های باربر میانی

شمع‌ها که به عنوان فونداسیون سازه می‌باشند، با روش‌های مرسوم تا عمق مشخص حفاری شده و تا تراز فونداسیون بتن ریزی می‌شوند. بسته به نوع پروژه، در صورت نیاز افزایش ظرفیت باربری ستون، لازم است تا از شمع‌های با انتهای پدستالی استفاده شود. این شمع‌ها دارای عمق مدفون مناسب برای انتقال بار سازه به بستر سنگی مناسب هستند.

ستون‌های باربر میانی سازه زیر زمینی، به کمک یکی از تکنیک‌های زیر، در بالای شمع‌ها اجرا می­شوند:

ستون بتنی‌ درجا با مقاطع مربع، مستطیل و یا دایره‌ای بر اساس تجهیزات حفاری موجود

ستون‌ بتنی پیش ساخته

ترکیب ستون‌های لاغر با ژاکت بتنی در حین ساخت سازه اصلی

ستون­ مرکب فولادی

مرحله سوم: اجرای دال همکف (سقف نهایی سازه زیر زمینی)

پس از اجرای ستون‌های باربر میانی، کف زمین رگلاژ شده و با در نظر گرفتن محل بازشوهای دسترسی به طبقات پایین، بتن مگر و آرماتوربندی دال کف طبقه همکف در تراز بالای شمع‌ها و دیوارهای پیرامونی اجرا شده و بتن ریزی دال طبقه همکف بر روی زمین طبیعی انجام می ­شود. در واقع این دال بتنی و ستون‌های میانی در حکم فونداسیون موقت سازه می‌باشد.

موقعیت و ابعاد بازشو‌های دسترسی دال کف، باید به گونه‌ای انتخاب شود که علاوه بر تأمین قابلیت مانور ماشین‌آلات حفاری و حمل و نقل، 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. در اطراف بازشوها، باید تمهیدات لازم جهت آرماتوربندی و بتن ریزی نهایی دال جهت بستن بازشو، پس از تکمیل فونداسیون و خروج ماشین آلات درنظر گرفته شود. ‌دال بتنی با سختی زیاد علاوه بر اینکه به عنوان یک مهار متقابل قوی در مدت انجام خاکبرداری عمل می‌کند، مانع انتقال صدا نیز به محیط اطراف می‌شود.

مرحله چهارم: شروع خاکبرداری از طبقه زیر همکف

پس از تکمیل سقف نهایی و رسیدن دال بتنی به مقاومت مورد نظر، با قرار گرفتن ماشین‌آلات حفاری در محل بازشو‌ها، عملیات گودبرداری تا تراز اجرایی سقف پایین‌تر، ادامه می‌یابد. در ابتدای حفاری عمدتاً از بیل مکانیکی معکوس جهت سرعت‌دهی به امر خاک‌برداری استفاده می‌شود و با ایجاد رمپ با شیب مناسب، راهی برای عبور و مرور ماشین‌آلات حمل وخروج مصالح ایجاد می‌گردد. روش خروج مصالح از درون بازشو‌ها بر اساس عمق و ابعاد سازه زیرزمینی و بدون ایجاد رمپ نیز امکان‌پذیر است.

پس از رسیدن به تراز‌ مورد نظر برای اجرای دال سقف، با رگلاژ نمودن کف زمین طبیعی و اجرای بتن مگر، مراحل اجرای سقف بعدی با آرماتور‌بندی و بتن‌ریزی بر روی زمین طبیعی اجرا می‌شود. اتصال سقف به ستون‌ها و دیوارهای محیطی با استفاده از یکی از تکنیک‌های اتصالات جوشی یا مکانیکی روی صفحات انتظار تعیین شده از قبل، انجام می‌گیرد. 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 باید مورد توجه قرار گیرد.

در این مرحله ساخت سازه بالای تراز زمین به طور موازی و هم‌زمان می‌تواند آغاز شود. نکته حائز اهمیت در اجرای روسازه این است که در همه مراحل اجرایی باید تعادل بارگذاری روسازه و تحمل سازه باربر زیرزمینی در نظر گرفته شود. این بدین معنی است که متناسب با تعداد زیرزمین‌های اجرا شده، ارتفاع روسازه افزایش یابد.

مرحله پنجم: تکرار مرحله ۴ تا رسیدن به اجرای فونداسیون

فرآیند ذکر شده در گام قبل برای سایر ترازها تا رسیدن به پایین‌ترین تراز سازه تکرار خواهد شد.

مرحله ششم: اجرای آرماتوربندی و بتن ریزی لایه تکمیلی دیوارهای پیرامونی و ستون های میانی

پس از تکمیل عملیات گودبرداری و اجرای فونداسیون وخروج ماشین آلات، اقدام به آرماتوربندی و اجرای بتن لایه دوم اطراف ستون های فولادی و بخش داخلی دیوار دیافراگمی جهت باربری دائمی سازه می‌شود. استفاده از فونداسیون متکی بر شمع در این روش، توصیه شده است.

اتصال ستون‌ها به دال بتنی در روش تاپ دان

از آنجایی که این روش ساخت، معکوس حالت متداول است، لذا باید در هنگام اجرای ستون ها موارد زیر را در نظر گرفت:

در تراز سقف زیر زمین‌ها باید تمهیدات لازم جهت اتصال صحیح ستون و دال در نظر گرفته شود. در صورتی که ستون‌ها از نوع بتنی باشند، باید صفحات اتصال انتظار در روی شبکه آرماتوربندی بطور صحیح تعبیه گردد. اتصال سقف به ستون‌ها و دیوارهای اصلی با استفاده از یکی از تکنیک‌های اتصالات جوشی یا مکانیکی انجام می‌گیرد.

تفاوت روش تاپ‌دان در سازه‌های فلزی و بتنی

آنچه اجرای روش تاپ دان در سازه اسکلت فلزی و بتنی را از هم متمایز می‌نماید، روش اجرا، برنامه زمان­‌بندی، روش حمل و انبار مصالح، نوع اتصالات و مبانی و الزامات طراحی و اجرا می‌باشد. به عنوان مثال لازم است جهت اتصال ستون فلزی به شمع بتنی پایه و اتصال آن به دیوار دال بتنی با توجه به شرایط هر پروژه تمهیداتی محاسبه و در نظر گرفته شود که متفاوت با اسکلت بتنی است.

 

نکات روش تاپ داننکات مهم در مورد بازشوهای دال بتنی و رمپ‌های موقت

تعیین موقعیت، تعداد و ابعاد بازشوهای دال بتنی از جمله مسائل مهم در روش تاپ دان است. بسته به وسعت دال و حجم مصالح خاکبرداری و عمق خاکبرداری، ممکن است نیاز به تعبیه رمپ‌های مجزا برای ورود و خروج ماشین الات باشد. به عنوان مثال در پروژه مرکز تجارت بین المللی IFC هنگ کنگ، از شفت‌های موقتی جهت خروج مصالح حاصل از خاکبرداری استفاده شده بود. نکته مهم دیگر، پیش بینی آرماتورهای انتظار پیرامون بازشوها جهت اجرای نهایی دال و بستن بازشوها به نحو مناسب می‌باشد.

ملاحظات ژئوتکنیک در روش ساخت از بالا به پایین

در اجرای سازه به روش تاپ دان (Top-down) لازم اســت تــا عــلاوه بر کنترل‌هــای متداول ســازه‌ای، به صورت هم­زمان، ملاحظات ژئوتکنیکی توسط مهندسین سازه و ژئوتکنیــک در فرآیند طراحی و اجرای ســازه در نظر گرفته شود. هر گونه خطــا در برداشــت و تفسیر داده‌های ژئوتکنیکی، کنترل مشخصه‌های تغییرشکل‌های خاک و سازه و عدم طراحی سازه نگهبان مناسب، منجر به ریزش‌هــای دیواره‌ها و تخریب همجواری‌ها خواهد شد. هرچه ابعاد گودبرداری بزرگتر و عمیق‌تر باشد و پروژه روی خاک مســاله دار قرار داشته باشد، چالش‌های بیشــتری برای محققــان، طراحان و ســازندگان حفاری‌های عمیق ایجاد خواهد شد. لذا قبل و حین عملیات گودبرداری باید با تجهیزات دقیق، نسبت به پایش و کنترل تغییرشکل‌های دیوارهای حائل اهتمام ورزید.

 مزایا اجرای روش تاپ دان (TDM)

این روش نوین، خاصیت خود مهار داشته و چون عملیات ساختمانی روی بستر طبیعی خاک به صورت مرحله به مرحله انجام می‌شود، نگرانی از بابت ریزش دیواره‌های گودبرداری وجود ندارد. بر خلاف روش‌های میخکوبی و مهارکوبی نیازی به اخذ رضایت از همسایه‌های مجاور گودبرداری به لحاظ مسائل حقوقی بعدی نیست. همچنین در صورت بالا بودن سطح آب های زیرزمینی، این روش بخوبی جوابگو خواهد بود. علاوه بر کاهش زمان اجرا و سرعت ساخت، اجرای همزمان خاکبرداری و سازه، به خصوص در مناطق پرتردد شهری کمک شایانی به بهبود شرایط اجرایی در مناطق با محدودیت‌ فضا و کاهش مزاحمت برای همسایگان می‌نماید. استفاده از تکنیک تاپ‌دان (TDM) در ساختِ سازه‌های زیرزمینی درون‌شهری به خصوص در کلان‌شهرها، چالش­ های مدیریت شهری در مواجهه با معضلاتی از قبیل اختلال در عبور و مرور، ایجاد ترافیک و خطرات ناشی از گودبرداری‌های عمیق را به خوبی مرتفع می‌سازد.

در کنار مزایای این روش، معایبی هم می‌توان برای این روش در نظر گرفت که عبارتند از:

عدم دسترسی به سطح بیرونی دیوارها جهت اجرای آب بند

پیچیدگی اتصالات دال به ستون‌ها و دیوارهای حائل

امکان نشت آب از محل تقاطع دال و دیوار در صورت عدم اجرای صحیح

خارج شدن ستون‌های میانی از آکس خود به دلایل افزایش بارهای فوقانی در صورت عدم طراحی و اجرای مناسب

محدودیت دسترسی به گود تنها از طریق بازشوها یا از طریق شفت‌ها

فضاهای محدود برای گودبرداری و نیاز به تجهیزات و ماشین آلات متناسب

سختی کار بالا

 نکات اجرای روش تاپ دان

کنترل دقیق، مدل‌ســازی صحیح و در نظر گرفتن هم‌زمان ملاحظات ژئوتکنیکی و سازه‌ای در این روش نقش حیاتی دارد.

اعمال ضریب‌های اطمینان در طراحی برای مقابله با عوامل ایجاد گسیختگی در سیستم پایدارسازی گود از جمله شرایط پیش بینی نشده خاک، گسیخته شــدن ناگهانی سیستم مهــاری (به عنــوان مثال کمانــش یا عدم اتصال کافــی به دیوار و خطاهای محتمل در ساخت دیوار.

در نظر گرفتن رفتار زهکشی نشده رس ســاختگاه در مرحله طراحی. دلیل این موضوع این است که طی بازه زمانی اجرای پروژه، فرصت زهکشی برای آب حفره‌ای وجود نداشته و این رفتار زهکشــی نشده منجر به تغییرشکل‌های بزرگ‌تر دیواره و در نتیجه ایجاد لنگر خمشی و نیروهای بزرگتر در مهارها خواهد شد.

بررسی احتمال گســیختگی اتصــالات مهارهــا با دیوارهای پیرامونی در زمان طراحی.

از دیگر ایراداتی که ممکن است به وجود آیند عبارتند از: عدم اجرای شــالوده شمعی مناسب زیر ستون‌های سازه، عدم اتصال و تکمیل ســقف‌های طبقات در مراحل گودبرداری، عدم اجرای زهکش مناسب و خارج کردن نشــت فاضلاب همسایه، اجرای نادرســت اتصالات پنل‌های بتنی دیوار حائل به ســتون‌ها و ســقف و در نتیجه توزیع نامناسب بار خاک به سازه که می‌تواند منجر به شکست پروژه گردد.

معمولاً سرعت اجرای زیر سازه به دلیل محدودیت‌ها و صعوبت کار در زیر سطح زمین کمتر از سازه فوقانی است. لذا باید به تعادل بین تعداد طبقات اجرا شده بر روی زمین و طبقات زیر زمین توجه شود. زیرا ستون­ها و دال‌های میانی در هر مرحله، نقش فونداسیون موقت سازه را دارند. لذا نباید کل وزن سازه فوقانی به یکباره بر سازه تحتانی وارد شود.

از آنجا که با پیشرفت تعداد طبقات بالایی، آسانسورها و تاسیسات مکانیکی و برقی و تجهیزات دیگر بطور موازی اجرا می‌شوند باید در طراحی، وزن دقیق اعمالی به ستون‌های پایینی در هر مرحله در نظر گرفته شود.

در طراحی برج‌ها با زیرزمین‌ها متعدد، در ستون‌های فولادی باید احتمال فشرده شدن آنها در اثر بار قائم سازه و کاهش طول آنها در نظر گرفته شود و در صورت نیاز ستون­ها بلندتر اجرا شوند. حتی ممکن است این میزان فشردگی در همه ستون‌ها یکسان نبوده که بدین منظور هم باید با مدلسازی صحیح، مقدار افت دقیق هر ستون معین شود.

برای اتصال کامل و دقیق دال بتنی به دیوارهای حائل و ستون­ها نیاز به دقت بسیاری در طراحی و اجرا است. امکان نفوذ آب به داخل گود در صورت عدم آب بندی کامل این درزهای سازه‌ای وجود دارد.

لازم است در حین ساخت زیر زمین، کنترل دقیق جهت قرارگیری درست دال روی تکیه گاه‌های ستون‌ها و دیوارها انجام شده و میزان تغییرشکل های سازه زیرزمینی به طور مرتب پایش شود.

ممکن است متناسب با شرایط پروژه نیاز به تعبیه بازشوها و رمپ‌های مختلفی در طبقات مختلف باشد که باید در مرحله طراحی و اجرا به آن دقت شود.

در در طراحی برج‌ها با زیرزمین‌ها متعدد، باید رفتار دینامیکی سازه فوقانی به دلیل نیروی جانبی باد یا زلزله و اثر آن بر زیر سازه در نظر گرفته شود.

 

 کدام آیین نامه‌ به معرفی روش تاپ دان پرداخته است؟

اجرای روش تاپ‌دان در آیین نامه BS:8002:1994 انگلستان برای سازه‌های نگهبان ارائه شده است.

برای مدلسازی روش تاپ‌دان چه نرم افزارهایی لازم است؟

مدل سازی دقیق رفتار خاک و سازه توسط کلیه نرم افزارهای المان محدود موجود امکان پذیر است.