روش بالا – پایین (Top-Down) یکی از روش های نوین در زمینه پایدارسازی گود است که در سال های اخیر به مقدار قابل توجهی مورد استقبال کارفرمایان مختلف در پروژه های عمرانی قرار گرفته است. مزیت اصلی این روش در مقایسه با سایر روش ها قابلیت احداث طبقات زیر زمین و طبقات روسازه به صورت هم زمان می باشد. این امر سبب می شود تا زمان پروژه به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد. البته یکی از چالش های موجود در روش تاپ دان این است که طراحی و اجرای صحیح آن نیازمند همکاری تنگاتنگ مهندسین سازه و ژئوتکنیک است و عدم دقت در این موضوع می تواند خسارت های قابل توجهی را برای پروژه در پی داشته باشد. در این مقاله به دو مطالعه موردی به نام های بلوک 37 و موزه پارک وست در شیکاگو در زمینه تاپ دان اشاره می شود و تغییر شکل های قائم و افقی رخ داده با مقدار محاسبه شده در روش تاپ دان (ساخت بالا به پایین) توسط نرم افزار مقایسه می شود.
روش های بالا به پایین از دیوارها و سیستم های کف سازی دائمی به عنوان تکیه گاه موقت استفاده می کنند و بنابراین سیستم های پشتیبانی بسیار سخت هستند. با این حال، داده های متناقضی در مورد اینکه آیا حرکات حاصل کوچکتر از حرکات مرتبط با روش‌های پایین به بالا هستند وجود دارد. به عنوان مثال، لانگ (2001) بر اساس بررسی 296 مطالعه موردی هیچ تفاوت قابل توجهی را در عملکرد سیستم های پشتیبانی داخلی، انکراژ یا بالا به پایین مشاهده نکرد. کونگ (2009) نتایج 26 حفاری انجام شده از خاک رس سیلتی را گزارش کرد که نشان داد حداکثر تغییر شکل و انحراف دیواره گود ناشی از روش های ساخت بالا به پایین (تاپ دان) 1/3 برابر بزرگتر از روش های القا شده توسط روش های پایین به بالا بود. در هر یک از این دو پروژه با بهره گیری از ادوات ابزارسنجی پارامترهای مربوط به تغییر شکل در نقاط مختلف اندازه گیری شده است. از داده های به دست آمده می توان دریافت که حرکاتی که در طول چرخه های حفاری و پایدارسازی رخ می‌دهد، کوچک هستند و حدود 40 درصد از این حرکات مربوط به پاسخ های وابسته به زمان دال های بتنی است.
شرایط زیر سطحی
در شکل 1 شرایط خاک دو پروژه از منظر درصد رطوبت طبیعی و مقاومت برشی زهکشی نشده مقایسه شده است. طبق مطالعات ژئوتکنیک اولیه صورت گرفته، لایه سطحی در هر دو پروژه خاک نباتی است که حاوی کمی ماسه می باشد. در زیر این لایه خاک نباتی، خاک رس قرار دارد. دو لایه اول رس های نرم هستند که از نظر کانی شناسی بسیار مشابه هستند، اما به دلیل نوع رسوب ویژگی های ژئوتکنیکی متفاوتی از خود نشان می دهند. در زیر این لایه ها خاک های رسی پیش تحکیم یافته با سختی بیشتر قابل مشاهده است.
حداکثر نشست مشاهده شده در این پروژه در بلوک 37 حدود 36 میلی متر می باشد. در حین گودبرداری توسط پیمانکار تا سطح دال B1، حرکات زمینی قابل توجهی در حین حفاری و اولین بخش حفاری ایجاد شده است. این درحالیست که حسگرهای نصب شده در فواصل 1 و 7 متری از دیواره مقادیر زیر را به عنوان تغییر شکل جانبی در این پروژه ثبت کرده اند.
شکل 2: تغییر شکل جانبی در پروژه بلوک 37
با توجه به شکل 2 می توان دریافت که تغییر شکل جانبی در فاصله 1 متر از دیوار به مراتب بیش از مقادیر ثبت شده در فاصله 7 متری از دیواره است. در پروژه موزه وست پارک مقدار حداکثر نشست، 13 میلی متر اندازه گیری شده است که در مرحله اجرای پایدارسازی تاپ دان رخ داده است.
روند در این داده ها منعکس کننده پاسخ های مورد انتظار برای گودبرداری و پایدارسازی به روش بالا – پایین است. همانگونه که می توان دید، حرکت جانبی بسیار کمی در بالاترین دالی که در سطح زمین ریخته شده است مشاهده می شود. حداکثر حرکات افقی بی بعد شده (عمق گود/حرکت) به ترتیب %0/14 و %0/20 در بخش بلوک 37 و موزه وست پارک می باشد.
پاسخ های وابسته به زمان صفحات کف
دال های بتنی کف در پروژه وست پارک به عنوان مهار جانبی عمل نموده و به عدم تغییر شکل مجموعه در روش تاپ دان کمک می کند. البته با سخت شدن و انقباض بتن، دال ها تحت بار، تغییر شکل خزشی خواهند داشت. در این پروژه تجزیه و تحلیل های لازم برای ارزیابی مقدار این تغییر شکل انجام شده است. در پروژه وست پارک، 88 کرنش سنج در چهار سطح، در پنج نقطه از دال نصب شده است تا این مقدار این تغییر شکل وابسته به زمان اندازه گیری شود. برای نشان دادن تأثیر خواص وابسته به زمان بتن بر روی حرکات جانبی دیوارها، فرآیند اجرای تاپ دان در نرم افزار SAP2000 شبیه سازی شده است. اثرات غیرخطی بتن وابسته به زمان انقباض، خزش و تغییر مدول الاستیسیته با زمان در تحلیل در نظر گرفته شده است. تجزیه و تحلیل به صورت گام به گام و منطبق با ترتیب اجرا روش تاپ دان صورت پذیرفته است. در شکل 4 نمونه ای از مدلسازی انجام شده از زیرزمین اول پروژه وست پارک قابل مشاهده می باشد.
نتایج تجزیه و تحلیل ها در شکل 5 آورده شده است، که در آن تغییر شکل وابسته به زمان محاسبه شده دیوارها در انتهای هر مرحله نصب دال، با کل تغییر شکل جانبی ثبت شده توسط یک شیب سنج در فاصله یک متری از پشت دیوار، مقایسه شده است. بررسی ها نشان می دهد که حدود %40 از حرکات جانبی را می توان به اثرات وابسته به زمان دال های بتنی کف نسبت داد.
نتایج
بر اساس نتایج به دست آمده از داده ها و تجزیه و تحلیل های صورت گرفته، می توان نتایج زیر را در رابطه با این دو پروژه بیان نمود:
1) انتظار می رود پایدارسازی گود به روش ساخت بالا – پایین (تاپ دان) در خاک رس منجر به حرکات افقی بی بعد شده، در حدود 0/15 تا 0/22 درصد شود.
2) در روش تاپ دان حدود %40 از حرکات جانبی را می توان به اثرات وابسته به زمان دال های بتنی کف نسبت داد.
3) سایر فعالیت های ساختمانی یا روش های مناسب گودبرداری 60 تا 75 درصد از کل تغییر شکل های جانبی را تشکیل می دهد که در طی پیشروی مراحل اجرا نیز افزایش می یاید.
در مجموع پیش بینی می شود که استفاده از روش تاپ دان به دلیل برخورداری از مزایای زیر در سال های آینده به یکی از روش های اصلی در ساخت و ساز تبدیل شود.
- کاهش زمان پروژه به دلیل اجرای همزمان طبقات روسازه و زیرسازه
- ایجاد تغییرمکان ناچیز در ساختمان های همسایه
- عدم وجود محدودیت اجرایی در زمین های با ابعاد و هندسه مختلف
- کاهش حجم عملیات عمرانی و تولید آلودگی کمتر (با توجه به این که بخش عمده ای از کار در فضای زیر سطحی انجام می شود، گرد و خاک و آلودگی صوتی کمتری ایجاد می شود.)
- عدم نیاز به ورود به زمین همسایگان مجاور برای اجرای عملیات پایدارسازی که به تبع کاهش تنش های حقوقی پروژه را به دنبال خواهد داشت.
منابع:
- Finno, R. J., Arboleda, L., Kern, K., Kim, T., & Sarabia, F. (2013, January). Computed and observed ground movements during top-down construction in Chicago. In 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, ICSMGE 2013.
- کتاب گودبرداری و اجرای سازه به روش بالا – پایین نوشته علی فاخر، سید علیرضا موسوی و مهدی شهیدی خواه
در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
- نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
- انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
- مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
- سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
- خاک مسلح یا ژئوسنتتیک چیست؟ (Geosynthetict)
- سپرکوبی چیست؟ (Sheet Pile)
- دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی چیست؟ (Diaphragm walls – Slurry walls)
در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :
- تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
- ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ (Micropile & Underpinning)
- پیش بارگذاری چیست؟ (fill surcharge preloading method)
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)
- تراکم دینامیکی یا DC چیست؟ (Dynamic Compaction)
- ستون شنی ارتعاشی یا تراکم ارتعاشی چیست؟ (Vibro Stone Column)
- شمع ساختمان ، طراحی و اجرای شمع بتنی و شمع فلزی (Concrete Pile , Steel Pile)
در زمینه طراحی و مشاوره بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار ETABS
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار AutoCAD
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار ABAQUS
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
- ژئوفیزیک (Geophysics)
- آزمایش سه محوری خاک (Triaxial Compression Test)
- روانگرایی خاک (Soil Liquefaction)
- آزمایش برش مستقیم (Direct Shear Test)
- آزمايش بارگذاری صفحه ای (Plate Loading Test or Plate Bearing Test)
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
- مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
- سازه فولادی یا اسکلت فلزی (Steel Structure)
- سازه بتنی یا اسکلت بتنی (Concrete Structures)
مطالب مرتبط :
دیدگاهتان را بنویسید