Prof. Dr.-Ing. Gerhard Girmscheid
Bauproduktionsprozesse des Tief- und Hochbaus
Musterlösungen - Tiefbau
Institut für Bauplanung und Baubetrieb ETH Zürich
Professur für Baubetriebswissenschaften und Bauverfahrenstechnik
Prof. Dr.-Ing. Gerhard Girmscheid
Inhaltsverzeichnis
1
Abtrag und Dammschüttung............................................................................................................................... 1
1.1
Lösungsablauf einer baubetrieblichen Aufgabenstellung ............................................................................ 1
1.2
Bauaufgabe............................................................................................................................................... 1
1.3
Aufgabenstellung ...................................................................................................................................... 4
1.4
Konzeptioneller Ablauf der baubetrieblichen Prozessgestaltung ................................................................. 6
1.5
Ermittlung des Leistungsumfangs.............................................................................................................. 8
1.5.1 Abtrags- und Dammvolumen (fest)............................................................................................................ 8
1.5.2 Mittlere Transportentfernung der Abtrags- und Schüttmassen ...................................................................10
1.5.3 Fehlvolumen im Dammbereich.................................................................................................................14
1.6
Analyse der baulichen Situation ...............................................................................................................16
1.7
Geräteauswahlverfahren...........................................................................................................................18
1.7.1 Modulprozess: Abtrag des Einschnitts ......................................................................................................19
1.7.2 Modulprozess: Transport..........................................................................................................................20
1.7.3 Modulprozess: Dammschüttung ...............................................................................................................21
1.7.4 Selektionsergebnis ...................................................................................................................................22
1.8
Gestaltung und Leistungsermittlung der Modul- und Elementarprozesse ...................................................23
1.8.1 Gestaltung des Aushubkonzepts ...............................................................................................................23
1.8.2 Minimale Durchschnittsleistung ...............................................................................................................32
1.8.3 Leistungsberechnung Modulprozess Aushub (Lösen/ Laden) ....................................................................32
1.8.4 Leistungsberechnung –Modulprozess Transport.......................................................................................34
1.8.5 Modulprozess Schüttung ..........................................................................................................................44
1.8.6 Zusammenfassende Geräteliste für eine Prozesskette..............................................................................61
1.9
Prozessdauer- und Kostenanalyse der Lösungsvarianten ...........................................................................62
1.10
Gerätedatenblätter....................................................................................................................................66
2
Baugrube ..........................................................................................................................................................75
2.1
Lösungsablauf einer baubetrieblichen Aufgabenstellung ...........................................................................75
2.2
Bauaufgabe..............................................................................................................................................75
2.2.1 Folgende Aufgaben sind zu lösen: ............................................................................................................78
2.3
Analyse der baulichen Situation ...............................................................................................................79
2.3.1 Produktionsprozessgliederung ..................................................................................................................79
2.3.2 Randbedingungen und funktionale Vorgaben............................................................................................80
2.3.3 Technische Anforderungen an die Lösung ................................................................................................80
2.4
Lösungsvarianten .....................................................................................................................................81
2.5
Bauverfahrensauswahl .............................................................................................................................82
2.5.1 Modulprozess: Baugrubenumschliessung..................................................................................................82
2.5.2 Modulprozess: Baugrubenaussteifung.......................................................................................................88
2.5.3 Modulprozess Aushub..............................................................................................................................88
2.5.4 Projektspezifische baubetriebliche Lösung................................................................................................91
2.6
Bauablauf ................................................................................................................................................91
2.6.1 Überschlägige Leistungsermittlung und Ablaufplanung ............................................................................93
2.6.2 Geometrische Ablaufprüfung der Varianten............................................................................................100
2.6.3 Geometrische Bauablaufplanung ............................................................................................................101
2.7
Leistungsberechnung der baubetrieblichen Prozesskette..........................................................................104
2.7.1 Baugrubenumschliessung .......................................................................................................................104
2.7.2 Aushubproduktionskette.........................................................................................................................110
2.7.3 Baugrubenaussteifung- und Ankerprozess ..............................................................................................127
2.8
Optimierung der parallelen Modulprozesse – Aushub und Baugrubenaussteifung...................................130
2.8.1 Geometrische Untersuchung der Aushub- und Ankerlagen sowie Phasen ................................................130
2.8.2 Kapazitätsuntersuchung der Modulprozesse............................................................................................132
2.8.3 Ablauftechnische und zeitliche Optimierung der Modulprozesse.............................................................134
2.9
Zusammenfassung der Ressourcen .........................................................................................................137
2.10
Bauzeitenplan ........................................................................................................................................139
2.11
Gerätedatenblätter..................................................................................................................................140
I
1
Abtrag und Dammschüttung
1.1
Lösungsablauf einer baubetrieblichen Aufgabenstellung
Der Lösungsprozess einer baubetrieblichen, produktionstechnischen Aufgabenstellung
wird gemäss Bild 1 durchgeführt. Dabei muss zuerst die Bauaufgabe analysiert, die
determinierenden projektspezifischen, natürlichen und die anthropogenen/technischen
Randbedingungen ermittelt, und die Anforderungen für eine Lösung abgeleitet
werden. Im nächsten Schritt müssen unter Berücksichtigung statischer, geotechnischer
und technischer Überlegungen, die alternativen baubetrieblichen Systeme und
Bauverfahren ermittelt bzw. entwickelt werden. Aus den die Randbedingungen
erfüllenden, technisch machbaren und wirtschaftlich effizienten Lösungsansätzen
müssen die interaktiven Bauabläufe nach dem okonomischen Minimalprinzip ermittelt
werden. Es gilt der Grundsatz des Lean Management „Maximierung der
Wertschöpfung und Minimierung der nicht wertschöpfenden Aktivitäten“. Dies wird
durch eine Kostenkalkulation überprüft.
Bild 1: Baubetrieblicher Lösungsprozess
1.2
Bauaufgabe
Beim Bau einer neuen Strasse im Endmoränengebiet des Reussgletschers muss im
Abschnitt 1 ein Materialabtrag (Sand-Kies, leicht bindig) ausgeführt werden. Das
abgetragene Material kann wieder als Dammbaustoff verwendet werden. Eine
Zwischendeponierung oder eine Behandlung z.B. durch Absieben oder Stabilisieren
mit Zement findet nicht statt.
Die Rodung und der Humusabtrag erfolgen vorgängig. Ein Humusabtrag ist bei
Erbaumassnahmen stets erforderlich, da Humusschichten sich stark setzen und sich
daher nicht als Schüttmaterial für einen Dammkörper eignen. Die dargestellten Profile
und Schnitte (Bild 2, 3) beinhalten den Moränenabtrag und die Dammschüttung.
Die untere Aushubbreite (Basisbreite des Abtrags / Einschnitts) und die obere
Dammkronenbreite betragen 20 m. Die Böschungsneigung des Einschnitts und des
Damms beträgt 2:3. Die maximale Höhe des Abtrages misst ca. 14,4 m, die maximale
Höhe der Schüttung ca. 17,4 m. Die Höhen der einzelnen Profile und die
dazugehörigen Profilflächen werden in Bild 3 angegeben.
1
Bild 2: Längenprofil
2
2:3
2:3
31.7 m
20 m
20 m
47 m
Bild 3: Aushub- und Dammprofil
Dammprofil P10
1:1000
Aushubprofil P2
1:1000
2:3
2:3
3.9 m
9m
3
2:3
Dammprofil P13 – P14
1:1000
2:3
Aushubprofil P4 + P6
1:1000
72.2 m
20 m
20 m
63.2 m
2:3
2:3
17.4 m
14.4 m
1.3
Aufgabenstellung
Zur Gestaltung des baubetrieblichen Hauptprozesses Geländeeinschnitt und
Dammschüttung ist die Erbauproduktionskette mit Abtrag, Transport und Schüttung
zu entwickeln.
Daher soll die Erbauproduktionskette mit den notwendigen Leistungsgeräten
entwickelt werden, unter Berücksichtigung der projektspezifischen Randbedingungen:
§
maximal 160 Erdbautage
§
ca. 10 Regentage, an denen keine Erbauarbeiten durchgeführt werden können
§
Gradiente und Geometrie des Einschnitts und Damms gemäss Bild 2 und
Bild 3
§
20% Streckenlängenaufschlag zur Abdeckung der Wendekreislängen der
Transportfahrzeuge
§
Der Auflockerungsfaktor wird mit
mit v =0,79 angenommen
= 0,83 und der Wiederverdichtungsfaktor
Folgende Aufgaben sind zu lösen:
A) Leistungsumfang
1) Ermitteln Sie das Abtragvolumens VAb, f (fest) des Einschnitts
2) Ermitteln Sie das Schüttvolumens VSch, f (verdichtet) des Damms
3) Stellen Sie die Abtrags- und Schüttmassen pro Messprofil Pi grafisch dar
4) Ermitteln sie die mittlere Transportentfernung lTm für den Gesamttransport des
gesamten Abtragsmaterials zur Dammschüttung
5) Prüfen Sie ob das Abtragsmaterial ausreicht für die Dammschüttung und wenn
notwendig, wieviel Material fehlt
B) Analyse der baulichen Situation
1) Gliedern Sie den Hauptprozess Geländeeinschnitt und Dammschüttung in
§
Modulprozesse
§
Elementarprozesse
2) Stellen Sie die Randbedingungen und Anforderungen für die Prozesse
(Baumethoden, Geräte, etc.) zusammen
3) Stellen Sie eine Gerätetabelle zusammen mit den möglichen Erdbaugeräten zur
Durchführung der Modul- bzw. Elementarprozesse
4) Stellen Sie eine systematische, systemorientierte Selektionsmatix auf, zur
qualitativen Eignungsbewertung der Erbaugeräte für die projekspezifische
Auswahl
4
C) Leistungsberechnung der Elementarprozesse
1) Berechnen Sie die minimale Durchschnittsleistung zum Abtrag und zur
Schüttung des vorhandenen Materials in der vorgegebenen Zeit
2) Ermittlen Sie ein optimales Hochleistungskonzept
3) Berechnen Sie die erforderliche Nutzleistung der Erdbauproduktionskette
§
Löse- und Ladegerät:
§ Nutzleistung QN
§ Ladeschaufelgrösse VSAE
§ Gerätetyp
§ Anzahl der Geräte
§
Transportgeräte:
§ Ladevolumen der Geräte VFSAE
§ Gerätetyp
§ Ladezeit
§ Geräteumlaufzeit
§ Nutzleistung QN pro Gerät
§ Anzahl der Geräte
§
Verteilgeräte:
§ Verteilzeit
§ Verteillänge der Schüttung (verdichtet)
§ Verteilzeit flächenhafte LKW-Schüttung
§ Ermittlung der Schildschubkapazität
§ Gerätetyp
§ Anzahl der Geräte
§
Verdichtungsgeräte:
§ Leistung
§ Verdichtungshöhe
§ Gerätetyp
§ Anzahl der Geräte
5
1.4
Konzeptioneller Ablauf der baubetrieblichen
Prozessgestaltung
Die baubetriebliche Prozessgestaltung
konstruktivistische Aufgabe.
ist
eine
kreative,
systemorientierte,
Jede konstruktivistische Aufgabe hat meist eine hohe Anzahl, in vielen Fällen
unendlich viele Lösungsmöglichkeiten.
Allerdings sind nur eine begrenzte Anzahl von Lösungen technisch möglich und meist
nur eine erfüllt das Zeitoptimum bzw. das Kostenminimalprinzip. In vielen Fällen
stellt der konstuktivistische, denklogische Lösungsprozess eine Entscheidung unter
begrenzter Rationalität dar.
Aufgabe
einer
baubetrieblichen,
Bauproduktionsprozesse ist es:
technologischen
Gestaltung
der
1. mögliche Lösungsvarianten zu untersuchen
2. Störanfälligkeit der Varianten zu untersuchen
3. iterative Leistungsbestimmung der Bauproduktionsprozesskette vorzunehmen
4. Optimierung der Leistungsprozesskette vorzunehmen in Bezug auf Zeit
und/ oder Kosten
Der Lösungsablauf wird daher wie folgt gegliedert:
§ Gliederung des Bauproduktionsprozesses in Modul- und Elementar-prozess
und falls erforderlich in Tätigkeiten
§ Bestimmung des Leistungsumfangs der Elementarprozesse
§ Selektion der potentiellen Bauproduktionsgeräte in den Elementar-prozessen,
sowie Abstimmung der gesamten Bauproduktionskette
§ Geometrische Gestaltung des Bauproduktionsablaufs in Arbeits-bereiche und
Phasen
§ Leistungsermittlung
Elementarprozessen
der
Bauproduktionsgeräte
und
Equipen
in
den
§ Interaktive Abstimmung und Optimierung der Leistungen
Elementarprozessen zu einer optimalen Gesamtprozesskette
in
den
Der interaktive, kybernetisch, systemorientierte Lösungsablauf ist in Bild 4 dargestellt.
6
Bild 4: Interaktiver, kybernetisch, systemorientierter Lösungsablauf
7
1.5
Ermittlung des Leistungsumfangs
1.5.1 Abtrags- und Dammvolumen (fest)
Die Fläche und der Profilabstand der Profilschnitte P1 – P 16 können nach den
geometrischen Angaben aus Bild 2 berechnet werden.
Profilquerschnitt von Profil Pi:
Ai = 20 x hi + 2 x (½ x 1,5 hi x hi) = 20 x hi + 1.5 x hi2
Die mittlere Profilfläche und das Volumen der Profilabschnitte berechnet sich nach:
A i –i+1
= (Ai + Ai+1) / 2
VAb, f,i –i+1 = Ai –i+1 x l i, i+1
Vsch, f, i – i+1 = Ai –i+1 x l i, i+1
A i –i+1
hi
V i – i+1
l i, i+1
mittlere Profilfläche des Abschnitts P i –Pi+1
Höhe des Proilschnitts Pi
Volumen des Profilabschnitts Pi –Pi+1
Abstand der Profile Pi –Pi+1
Indices:
Ab
Sch
f
l
Abtrag
Schüttung
fest
locker
Tabelle 1: Volumenberechnung Abtrag (fest)
Profil
Höhe
Profilfläche
Pi
[-]
P1
hi
[m]
0.0
Ai
[m2]
0
P2
9.0
300
P3
12.8
500
P4
14.4
600
P5
14.4
600
P6
14.4
600
P7
11.0
400
P8
3.9
100
P9
0.0
0
Summe
8
Profilabstand
Volumen
Ai –i+1
[m2]
li, i+1
[m]
VAb, f, i –i+1
[fm3]
150
50
7500
400
50
20000
550
50
27500
600
50
30000
600
50
30000
500
50
25000
250
50
12500
50
50
2500
400
155000
Tabelle 2: Volumenberechnung Schüttung (fest)
Schüttung
Profil
Höhe
Profilfläche
Pi
[-]
P9
hi
[m]
0.0
Ai
[m2]
0
P10
3.9
100
P11
12.8
500
P12
16.0
700
P13
17.4
800
P14
17.4
800
P15
11.0
400
P16
0.0
0
Summe
Profilabstand
Volumen
Ai –i+1
[m2]
li, i+1
[m]
Vsch, f, i –i+1
[fm3]
50
50
2500
300
50
15000
600
50
30000
750
50
37500
800
50
40000
600
50
30000
200
50
10000
350
165000
2
m
700
600
500
400
300
200
100
0
-100 P1
-200
-300
-400
-500
-600
-700
-800
-900
350 m
je 50 m
3
Abtrag = Vab,f = 155'000 fm
P2
P3
P4
P5
P6
P7
P8
P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16
Auffüllung =
3
VSch,f = 165'000 fm
je 50 m
400 m
Bild 5: Massenprofil
9
1.5.2 Mittlere Transportentfernung der Abtrags- und Schüttmassen
Zur Berechnung der mittleren Transportentfernung werden die zu transportierenden
Volumen (fest) aus Tabelle 1 in aufgelockertes Volumen umgerechnet. Der
Schwerpunkt der Profilabschnitte wird im Abschnitt P1-P2 und P8-P9 im
Drittelspunkt und in den Abschnitten P2 - P8 in der Mitte des jeweiligen Abschnitts
angenommen. Hierbei entsteht ein vernachlässigbarer Fehler, da der Schwerpunkt zur
Seite des Abschnitts mit der grösseren Profilfläche hin verschoben ist. Der Fehler im
Abtrag der Bereiche P2 – P4 wird jedoch durch die Bereich P6 – P8 annähernd
ausgeglichen.
Das zu transportierende Volumen multipliziert mit der Transportentfernung zum
Nullpunkt (P9) ergibt das Volumenmoment. Dies dividiert durch das Gesamtvolumen
ergibt die mittlere Transportentfernung. Der Einbau des Materials erfolgt lagenweise.
Schüttung
Abtrag
Der Abstand des Massenschwerpunkts MS, Ab des Einschnitts zum Profil P9 entspricht
in etwa der mittleren Transportentfernung aller Einzeltransporte um die
Abtragsmassen bis zu Profil P9, dem Übergang zur Dammschüttung, zu
transportieren. Das gleiche gilt analog für Massenauffüllungen des Damms mit dem
Massenschwerpunkt MS, Sch vom Übergangsprofil P9.
700
600
500
400
300
200
100
0
-100 P1
-200
-300
-400
-500
-600
-700
-800
-900
350 m
je 50 m
MS, Ab
P2
P3
P4
l mAb,P9 = 213 m
P5
P6
P7
P8
P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16
lmSch, P9 = 194 m
MS, sch
je 50 m
400 m
VAb, f = 155'000 fm 3
VSch, f = 165'000 m
3
Bild 6: Massenschwerpunkte
Mittlere Transportentfernung der Abtragsmassen zum Bezugspunkt P9
Abtrag festes Material:
∑M
∑ ( ∆V
P9
Ab, f ,i
=0
Ab , f ,i
i
m
× ∆Ab
P 9 ,i ) − ∑ ∆V Ab , f ,i × l Ab ,P 9 = 0
i
Materialabtrag (wird transportiert):
Fest:
Vf = Vl x
Lose: Vl =
Vf
α
∆ V Ab , f ,i = ∆V Ab ,l ,i x α
∆VAb ,l ,i =
∆VAb , f ,i
α
10
Momentengleichung:
∑M
∑ ( ∆V
=0
P9
Ab ,l ,i
Ab ,l ,i
∑ ∆V
× ∆ Ab
P 9 ,i ) -
i
m
× l Ab
, P9 = 0
i
∑( ∆V × ∆
=
∑ ∆V
Ab
P 9 ,i
Ab ,l ,i
m
l Ab
,P 9
Ab, l ,i
∑ ( ∆V
=
∑ ∆V
)
Ab , f ,i
× ∆Ab
P 9 ,i )
i
i
Ab , f ,i
Ab ,l ,i
i
i
In obiger Gleichung zeigt sich, dass für die Berechnung der mittleren
Transportentfernung sowohl mit den festen, als auch mit den aufgelockerten Volumina
gerechnet werden kann.
Mittlere Transportentfernung der Schüttmassen zum Bezugspunkt P9
Schüttung loses Material (angeliefert von Abtrag):
Momentengleichung:
P9
M Sch
,l , i = 0
∑ ( ∆V
Sch ,l ,i
× ∆Sch
P 9 ,i ) −
i
∑ ∆V
Sch ,l ,i
m
× l Sch
,P 9 = 0
i
Verdichtetes Material (eingebaut):
Vf = Vl x
∆V Sch, f ,i = ∆V Sch,l ,i x δ v
v
Momentengleichung:
∑M
∑ ( ∆V
P9
Sch , f ,i
Sch ,l ,i
i
m
l Sch
,P9
=
∑
=0
× ∆Sch
P 9 ,i ) × δ v −
∑ ∆V
Sch ,l ,i
m
× δ v × l Sch
,P 9 = 0
i
(∆V Sch, f ,i × ∆Sch
P 9 ,i )
i
∑V
Sch, f ,i
i
Vj,k
l
δv
Mj,k,i
∆V j ,k ,i
Gesamtvolumen (Abtrag/ Schüttung)
Länge
Lösefaktor
Vedichtungsfaktor
Volumenmoment des Bereichs i zwischen den Profilpunkten Pi - Pi+1
Abtrags-/ oder Schüttvolumen, im Bereich i zwischen den Profilpunkten Pi - Pi+1
∆ jP 9 ,i
Abstand Schwerpunkt des Bereichs i zum Bezugspunkt P9
l mj ,P 9
mittlere Transportentfernung für das Gesamtvolumen
∑ ∆V
i
j
k
{j | j = Ab ∨ j = Sch}
{k | k = l ∨ k = f}
Indices:
f
l
Ab
Sch
Pi
fest (ungestört bzw. verdichtet)
locker
Abtrag
Schüttung
Profilschnitt i
11
j ,k ,i
zum Punkt P9
Bild 7: Schwerpunkte des Bereichs i zu P9 (Masstab 1: 2000)
∆Sch
P 9 ,i =
( ∆ P 9, i )
12
= ∆Ab
P 9,i
Tabelle 3: Transportentfernung Aushub
Auflockerungsfaktor = 0.83
Entfernung Volumenvon P9
moment
Volumen
P9 - P8
P8 - P7
P7 - P6
P6 - P5
P5 - P4
P4 - P3
P3 - P2
P2 - P1
Summe
∆V Ab , f ,i
∆V Ab ,l ,i
[fm3]
2500
12500
25000
30000
30000
27500
20000
7500
155000
[lm3]
3012
15060
30120
36145
36145
33133
24096
9036
186747
∑ ( ∆V
=
∑V
Ab,l ,i
m
l Ab
, P9
∆Ab
P 9 ,i
[m]
33
75
125
175
225
275
325
367
× ∆ Ab
P 9 ,i )
=
i
Ab, l ,i
P9
M Ab
,l ,i
[lm4]
100402
1129518
3765060
6325301
8132530
9111446
7831325
3313253
39708835
39708835
= 213m
186747
i
Tabelle 4: Transportentfernung Schüttung
Verdichtungsfaktor = 0.79
Volumen
∆VSch ,l ,i
∆VSch , f ,i
P9 - P10
P10 - P11
P11 - P12
P12 - P13
P13 - P14
P14 - P15
P15 - P16
Summe
[fm3]
2500
15000
30000
37500
40000
30000
10000
165000
∆Sch
P 9 ,i
[lm3]
3165
18987
37975
47468
50633
37975
12658
208861
∑ ( ∆V
=
∑V
Sch,l , i
m
l Sch
,P9
Entfernung Volumenvon P9
moment
[m]
33
75
125
175
225
275
317
× ∆Sch
P 9 ,i )
=
i
Sch,l , i
i
13
P9
M Sch
,l ,i
[lm4]
105485
1424051
4746835
8306962
11392405
10443038
4008439
40427215
40427215
= 194m
208861
Die mittlere Transportentfernung vom Abtrag zur Dammschüttung unter Berücksichtigung des 20%igen Wendezuschlags beträgt:
m
m
= ( l Ab
,P 9 + l Sch ,P 9 ) × ( 1 + 0 ,2 )
lTm
= (213 m + 194 m) x 1,2
= 489 m
1.5.3 Fehlvolumen im Dammbereich
Das Aushubvolumen reicht für die Schüttung nicht aus. Das Fehlvolumen ( VSch,f)
errechnet sich aus:
VSch, f
= VSch, f –(VAb, l x V)
= 165000 fm3 –(186747 lm3 x 0,79)
= 17470 fm3
Da das Material lagenweise eingebaut wird, ist die Höhe der fehlenden obersten
Schicht über die gesamte Dammlänge gleich. Die fehlende Querschnittsfläche ( A)
ergibt sich somit aus:
VSch, f
= A x lP9 –P16
A
= VSch,f / lP9 –P16
= 17470 fm3 / 350 m = 49,91 m2 ~ 50 m2
Die fehlende Dammhöhe ergibt sich aus:
A
= Ai = 50 m2
A
= 20 x h + 2 x (½ x 1,5 h x h) = 20 x h + 1,5 x h2 = 50 m2
3/2 h 2 + 20 h -50 = 0
h = 2,1 m
Die oberen h = 2,1 m des Damms müssen mit extern anzufahrendem Material
aufgeschüttet und über den gesamten Dammbereich verteilt werden (in Bild 8 grau
gekennzeichnete Fläche).
Wird für die oberen h = 2,1 m von der Verdichtbarkeit ähnliches Material, wie das
vorhandene verwendet, so sind:
VSch, l
= VSch, f / V
= 17470 fm3 / 0,79
= 22114 lm3
extern anzufahren.
Das Fehlen der obersten Lagen hat auf die Ermittlung der mittleren
Transportentfernung nur geringen Einfluss und wird somit in der Berechnung nicht
berücksichtigt.
14
Bild 8: Fehlendes Volumen
15
1.6
Analyse der baulichen Situation
Im Rahmen der Herstellung einer Strassentrasse sollen in dieser Aufgabenstellung der
Hauptprozess Erdbau weiter in Modul- und Elementarprozesse strukturiert werden.
Hauptprozess des Erdbaus:
•
Herstellung eines Geländeeinschnitts (Abtrag) sowie eines Damms (Schüttung).
Der Hauptprozess kann weiter in Modulprozesse unterteilt werden:
•
Abtrag
•
Transport
•
Schüttung
Die drei Modulprozesse werden in die nachfolgenden Elementarprozesse unterteilt. Die
Ressourcen und Leistungen für die Elementarprozesse werden anschliessend mit Hilfe des
Leistungsermittlungshandbuches konkret gestaltet.
Modulprozess Abtrag
•
Lösen
•
Laden
Modulprozess Transport
•
Laden
•
Hinfahrt
•
Kippen
•
Rückfahrt
•
Warten
Modulprozess Schüttung
•
Verteilen
•
Verdichten
16
Randbedingungen
Die Randbedingungen stellen die Besonderheiten und Anforderungen des Bauprojektes dar.
Natürliche Randbedingungen
•
Geologie
- Humusdeckschicht ca. 50 cm, Sand Kies Abtrag (leicht bindig)
•
Topologie
- Hang –Talsituation (keine starken Steigungen)
•
Hydrologie
- kein Grundwasser, nur Oberflächeneinwirkung (Regen)
Anthropogene Randbedingungen
•
Trassierung
- Strassendam
•
Abtrag- und Dammprofil
- Unterbau der Trag- und Deckschichten
•
Maximale Bauzeit
- 30 Wochen
Anforderungen an die Lösung
Unter Beachtung der allgemeinen Randbedingungen sollten die Bauverfahren folgende
Anforderungen erfüllen:
•
Leistung aller Prozesse muss zur Einhaltung der Bauzeit von 150 Tagen ausreichen
•
Maschinen müssen die Leistung unter den folgenden Umständen erbringen:
o Abbaubarkeit des Bodens
o Tragfähigkeit des Untergrunds
o Verdichtbarkeit des Schüttmaterials
•
Profilgenauigkeit des Einschnitts und des Dammkörpers müssen mit den gewählten
Geräten sichergestellt sein.
•
Einsatz von Standardgeräten
Lösungsansätze - Gerätekonzept
Es werden zunächst alle für einen Modulprozess in Frage kommende Standardgeräte
unabhängig von Ihrer Eignung für das spezielle Projekt aufgeführt.
Modulprozess Abtrag:
•
Bagger
•
Radlader
•
Schürfkübelraupe
•
Scraper
17
Modulprozess Transport:
•
Radlader
•
Schürfkübelraupe
•
Scraper
•
LKW
•
Dumper
Elementarprozess Verteilen:
•
Schürfkübelraupe
•
Scraper
•
Planierraupe (Dozer)
Elementarprozess Verdichten:
1.7
•
Plattenvibrator
•
statische Walze
•
Vibrationswalze
•
stampfende Geräte
Geräteauswahlverfahren
Die Geräteauwahl findet gemäss Bild 1 Punkt 4 mittels projektspezifischen
Eignungsbewertungsmatritzen statt. Hierbei wird in einem ersten Schritt das Gerätekonzept
auf seine Konformität mit den Randbedingungen und Vorgaben zur Erfüllung der
projektspezifischen Anforderungen in den Elementarprozessen überprüft. In einem zweiten
Schritt werden die gewählten Geräte für die Elementarprozesse auf ihre Interaktivität und
Integrativität im Gesamtprozess überprüft.
Bei mehreren technisch möglichen Bauverfahren ist eine Kostenanalyse durchzuführen.
18
1.7.1 Modulprozess: Abtrag des Einschnitts
Elementarprozess: Lösen
Radlader
Schürfkübelraupe
Scraper
Abbaubarkeit
Sand-Kies
Tragfähigkeit
Leistung
Profilgenauigkeit
Zugänglichkeit
Zusammenfassende
Beurteilung
Bagger
Tabelle 5: Entscheidungsmatrix Lösen
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
(OK)*
OK
OK
OK
OK
OK
(OK)**
OK
OK
OK
(OK)**
OK
OK
(OK)
(OK)
(OK)
Legende:
X
Ausschluss des Bauverfahrens
(OK) Bauverfahren erfüllt Anforderung bedingt
OK Bauverfahren erfüllt Anforderung
*
Aufweichung der Trasse durch „Pneu-Walken“besonders auf Sollniveau problematisch
**
Bauartbedingt nur abgetreppte Böschungen möglich, die mit Bagger nachprofiliert werden müssen
Elementarprozess: Laden
Schürfkübelraupe
Scraper
Tragfähigkeit
OK
Leistung
OK
Zusammenfassende
OK
Beurteilung
Radlader
Bagger
Tabelle 6: Entscheidungsmatrix Laden
OK
OK
OK
OK*
OK
OK*
OK
(OK)
(OK)
Legende:
X
Ausschluss des Bauverfahrens
(OK) Bauverfahren erfüllt Anforderung bedingt
OK Bauverfahren erfüllt Anforderung
*
Elementarprozess Laden entfällt, da gleichzeitig mit Lösen
19
Entscheidungsbegründung:
Für den Modulprozess Abtrag des Einschnitts wird ein Bagger gewählt, da dieser die
Anforderungen beider Elementarprozesse Laden / Lösen als einziger ohne Einschränkungen
erfüllt.
1.7.2 Modulprozess: Transport
Der Modulprozess Transport wurde nicht in seine Elemantarprozesse unterteilt, da diesen
keine unterschiedlichen Anforderungen zugrunde liegen.
Scraper
LKW
Dumper
Leistung
X
Tragfähigkeit
OK
Zusammenfassende
X
Beurteilung
Schürfkübelraupe
Radlader
Tabelle 7: Entscheidungsmatrix Transport
(OK)
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
(OK)
OK
OK
OK
Legende:
X
Ausschluss des Bauverfahrens
(OK) Bauverfahren erfüllt Anforderung bedingt
OK Bauverfahren erfüllt Anforderung
Entscheidungsbegründung:
Der Scraper als Löse-Lade-Transportgerät scheidet aus, da für den Modulprozess Abtrag des
Einschnitts bereits ein Bagger gewählt wurde.
Der Modulprozess Transport kann mit LKW oder Dumper stattfinden.
Eine genauere Analyse zur Entscheidungsfindung, LKW oder Dumper, soll nach der
Leistungsberechnung des Baggers (Leitgerät) unter Berücksichtigung der mittleren
Transportentfernung durchgeführt werden.
20
1.7.3 Modulprozess: Dammschüttung
Elementarprozess: Verteilen
Planierraupe
Scraper
Schürfkübelraupe
Tabelle 8: Entscheidungsmatrix Verteilen
Leistung
OK
OK
OK
Profilgenauigkeit
(OK)* (OK)* OK
Zusammenfassende
(OK) (OK) OK
Beurteilung
Legende:
X
Ausschluss des Bauverfahrens
(OK) Bauverfahren erfüllt Anforderung bedingt
OK Bauverfahren erfüllt Anforderung
*
Der Einbau ist nur abgetreppt möglich, es müsste somit eine seitliche Überschüttung mit
anschliessendem Nachprofilieren mittels Bagger erfolgen.
Entscheidungsbegründung:
Für das Verteilen kommt eine Planierraupe zum Einsatz, da Schürfkübelraupe und Scraper
als Kombigeräte für andere Prozesse (Abtrag, Transport) nicht als geeignet eingestuft
wurden.
Elementarprozess: Verdichten
Vibrationswalze
Stampfende Geräte
Verdichtbarkeit
OK
Kies - Sand
Grosse Fläche
X
Zusammenfassende
X
Beurteilung
Statische Walze
Plattenvibrator
Tabelle 9: Entscheidungsmatrix Verdichten
(OK)
OK
X
OK
OK
X
(OK)
OK
X
Legende:
X
Ausschluss des Bauverfahrens
(OK) Bauverfahren erfüllt Anforderung bedingt
OK Bauverfahren erfüllt Anforderung
21
Entscheidungsbegründung:
Verdichtet wird mit einer Vibrationswalze, da diese beide für die Verdichtung
massgeblichen Randbedingungen ohne Einschränkung erfüllt.
Der Modulprozess Schüttung kann durch die Kombination von Planierraupe (verteilen) und
Vibrationswalze (verdichten) erbracht werden.
1.7.4 Selektionsergebnis
Im Folgenden werden die im systematischen Geräteauswahlverfahren selektierten Geräte
zusammengefasst und den Elementarprozessen der Produktionskette zugeordnet.
Tabelle 10: Bauproduktionsprozess und verwendete Baugeräte
Hauptprozess
Modulprozesse
Geräte
Abtrag
Bagger
Herstellung eines
Geländeeinschnitts
Transport
sowie eines
Damms
Schüttung
LKW/ Dumper
Planierraupe
Vibrationswalze
22
Elemtarprozess/
Aktivitäten
Lösen
Laden
Laden
Hinfahrt
Kippen
Rückfahrt
Warten
Verteilen
Verdichten
1.8
Gestaltung und Leistungsermittlung der Modul- und
Elementarprozesse
Die Gestaltung der interaktiven Elementar- und Modulprozesse zu einem Gesamtprozess
erfolgt interaktiv.
Die kybernetisch, systemorientierte Lösungsstrategie verlangt, dass:
1. die geometrischen Interaktionen der Bau- und Arbeitsphasen entwickelt bzw.
Varianten untersucht werden
2. die Produktionsleistungen ermittelt und die Geräte gewählt werden.
Da die geometrischen Interaktionen einerseits durch die Bauaufgabe vorgegeben sind und
andererseits durch die Operationsgeometrie der Geräte beeinflusst werden, ist die Lösung
kein sequentieller Prozess, sondern ein interaktiver.
Somit muss parallel zur Entwicklung der meisten Bau- und Arbeitsphasen eine
überschlägige
Dimensionierung
der
Leistungsgeräte
erfolgen
und
deren
operationsgeometrischen Vorgaben beachtet werden.
Diese werden in die geometrische und phasenmässige Ablaufplanung einbezogen. Die
endgültige Leistungsermittlung ist somit die interaktive Kontrollrechnung.
1.8.1 Gestaltung des Aushubkonzepts
Zur Gestaltung des baubetrieblichen Konzepts muss:
§
das geometrische Aushubkonzept entwickelt werden
§
die Geräteprozesskette entwickelt werden.
23
Aushubvariante 1: Meandrierende Querstreifen pro Aushublage
Aushubablauf:
R
10
a
=
6
9.
10
20
10 –31.10
10 –31.10
je 5 m
je 3 m
Bild 9: Aushubablauf (Masstab 1: 500)
Bild 10: Aushublagen (Masstab 1: 1000)
24
Wenderadius :
LKW
: RaLKW
Dumper : RaDumper
= 9,6 m
= 7,5 m
Baustrassenbreite :
Gegenverkehr : B
≅
10 m
Aushubvariante 2: Längsstreifen pro Aushublage
Aushubstreifen
der Lage k
1
2
R
a
5.o m
n-1
i ...
=
5.o m
n
9.
6
5.o m
5.o m
20.o m
10 –31.10 m
10 –31.10 m
Aushubprofil P4 + P6
2:3
h
20 m
Bild 11: Aushub in Längsstreifen Phase 1 (Masstab 1: 500)
25
2:3
14.4 m
63.2 m
Aushubstreifen
der Lage k
1
2
i ...
R
a
5.o m
=
n-1
n
9.
6
5.o m
5.o m
5.o m
20.o m
10 –31.10 m
10 –31.10 m
Aushubprofil P4 + P6
63.2 m
2:3
h
20 m
Bild 12: Aushub in Längsstreifen Phase 2 (Masstab 1: 500)
26
2:3
Anmerkungen:
1. In den Aussenstreifen 1 und n jeder Aushublage muss der Bagger quer zur
Längsrichtung ausheben, um die Böschung zu formen. Das Kettenlaufwerk bewegt
sich in Längsrichtung.
2. In den Innenstreifen 2 bis n-1 jeder Aushublage schreitet der Bagger rückwärts.
Beurteilung:
Variante 1:
Problem bei der Böschungsprofilierung bei längsgreifendem Bagger
Variante 2:
Flexibles System bei Herstellung der Längsstreifen, geringe gegenseitige
Störanfälligkeit der Geräte.
Gewählt:
Aushubvariante 2
Bild 13: Grabkurve LIEBHERR R944 B (Masstab 1: 200)
27
R2
R1
Drehpunkt
_
~f3.70
f_
~ 5.00
Bild 14: Grabkurve LIEBHERR R954 B (Masstab 1: 200)
28
~3.00m
~
b~2.50m
~2.00m
hSchütt
Bild 15: Schüttgeometrie MAN 19.414 (Masstab 1: 100)
Betriebsdaten
Wendekreisradius DIN (Ra) 9600 mm
Innenradius (Ri) ca.
5100 mm
Bild 16: Wendekreis MAN 19.414 (Masstab 1: 100)
29
Bild 17: Schüttgeometrie CAT 725 (Masstab 1: 200)
Betriebsdaten
Lenkeinschlagwinkel links/rechts 45°
Außenradius(Ra)
7590 mm
Innenradius (Ri)
3745 mm
Durchfahrbreite,
voll eingelenkt
4942 mm
AE
7225 mm
RS
Wendekreisradius (RSAE)
Bild 18: Wendekreis CAT 725
(Masstab 1: 200)
30
Achtung:
LKW sollte/muss
auf Fahrerseite sein
R1 = 7.3 m
R 2 = 8.7 m
90°
150°
3.1 m
Aushubstreifenbreite
Max. ca. 6.5 m
Böschungsbreite
~90°
2.4 m
R2
R
1
Schwenkwinkel
2.2 m
5700mm
4.6 m
2.8 m
R2
R
1
max. 3.5 m
3.6 m
Aushubstreifenbreite
Max. 10 m
Bild 19: Aushubgeometrie LIEBHERR R944 B mit LKW MAN 19.414 (Masstab 1: 200)
Bild 20: Aushubgeometrie LIEBHERR R954 B mit Dumper CAT 725 (Masstab 1:200)
31
1.8.2 Minimale Durchschnittsleistung
Auf Grund der Vorgabe von 150 Erdbautagen ergibt sich bei einer 40 h Woche eine
durchschnittliche Mindestleistung von:
max
TTotal
= 150 Arbeitstage je 8 h
QN,min
=
V Ab, f
max
TTotal
=
155 000
= 129,16 fm 3 / h
150 × 8
1.8.3 Leistungsberechnung Modulprozess Aushub (Lösen/ Laden)
Variante 1: Mindestleistungsgeräte
Die Grösse der Baggerschaufel kann in diesem Fall über die vorgegebenen Mindestleistung
berechnet werden, indem für die Nutzabbauleistung QN, B = QN,min gesetzt wird.
Bagger
QN, B
VSAE
k1
k2
k3
G
ts
VSAE
QN, B
VSAE
ts
1
2
f1
f2
f3
f4
f5
k1
k2
k3
G
= (VSAE/ts) x 3600 x k1 x k2 x k3 x G = QN,min = 129,16 fm3/h
=?
= x = 0,83 x 1,05 = 0,87
= f1 x f2 x f3 x f4 x f5 = 1,00 x 1,10 x 0,93 x 0,90 x 0,75 = 0,69
= 1 x 2 = 1,0 x 0,95 = 0,95
= 0,85
= 20 s
= (QN,min x ts) / (3600 x k1 x k2 x k3 x G)
= (129,16 fm3/h x 20 s) / 3600 x 0,87 x 0,69 x 0,95 x 0,85) = 1,48 m3
Nutzleistung Bagger
Nenninhalt des Grabgefässes gemäss SAE
Spielzeit
Lösefaktor
Füllfaktor
Bedienungsfaktor
Betriebsbedingungen
Einfluss Grabentiefe bzw. Abbauhöhe
Schwenkwinkeleinflussfaktor
Entleerungsgenauigkeitsfaktor
Schneiden-/Zahnszustandsfaktor
Verfügbarkeits-/Gerätezustandsfaktor
Ladefaktor
Leistungseinflussfaktor
Betriebsbeiwert
Geräteausnutzungsgrad
Totaler Leistungsreduktionskoeffizient des Baggers (Langzeitleistung):
Bagger
ηTotal
= k 2 × k3 × η G = 0,69 × 0,95 × 0,85 = 0,56
Reale durchschnittliche Spielzeit (Langzeitleistung):
t sN,d
=
ts
Bagger
η Total
=
20 s
= 35,7 s
0,56
32
Variante 1 –gewählt:
Bagger:
LIEBHERR R 944 B Litronic
Motorleistung:
P
= 180 kW
Einsatzgewicht:
G
= 40 t
Tieflöffel
VSAE =1,5 m3
:
Durchschnittliche Nutzabbauleistung (Langzeitleistung):
QN , B
QN ,B
=
V SAE
3600 × k1 × k 2 × k 3 ×η G
ts
=
1,5
3600 × 0,87 × 0,69 × 0,95 × 0,85
20
= 130,90 fm 3 /h
[fm3/h]
> QN, min = 129,16 fm3/h
Variante 2:
Hochleistungsgeräte
Einsatz:
Bagger
Dumper
Planierraupe
Vibro-Walzenzug
Geräteabstimmung:
Dumper:
Dumper
3
V FSAE
, 2 ≅ 15,0 m
Bagger:
Bagger
V SAE
,2
Bagger
= V SAE
×ϕ
Dumper
3
V FSAE
,1 ≅ 14,3 m
Dumper
V FSAE
,2
4÷6
Bagger
≅ V SAE
,2
= 1,05
Bagger
V SAE
=
15,0 m 3
= 2,86
1,05 × 5
Bagger
V SAE
= 2,70 m 3
(gewählt: Kapitel 1.10)
Durchschnittliche Nutzabbauleistung des Baggers (Langzeitleistung):
ts
= 20 s
QN ,B
=
QN ,B
= 239,9 fm 3 / h
2,75
× 3600 × 0,87 × 0,69 × 0,95 × 0,85
20
33
Totaler Leistungsreduktionskoeffizient:
Bagger
ηTotal
= k 2 × k 3 ×η G = 0,69 × 0,95 × 0,85 = 0,56
Reale durchschnittliche Spielzeit (Langzeitleistung):
=
t sN,d
ts
Bagger
η Total
=
20 s
= 35,7 s
0,56
Variante 2 –gewählt:
Bagger:
LIEBHERR R 954 B Litronic
Motorleistung:
P
= 220 kW
Einsatzgewicht:
G
= 50 t
Tieflöffel:
VSAE = 2,75 m3
Die Geometrie zur Ermittlung:
§
der Aushubstreifenbreite
§
der Aushubtiefe
§
Standplatz der LKW/ Dumper
§
Löffelstiellänge
können aus den technischen Datenblättern Bild 13 und Bild 14 ermittelt werden.
1.8.4 Leistungsberechnung – Modulprozess Transport
Variante 1 –Abstimmung Bagger –LKW:
Bagger
V FSAE,2 = V SAE
( 4 ÷ 6 ) = 1,5 ( 4 ÷ 6 ) = 6 − 9 m 3
Variante 2 –Abstimmung Bagger –Dumper:
Dumper:
V FSAE , 2 = 15 m 3
= 1,05
Bagger:
V FSAE ,2 =
V FSAE
=
15
= 3,75 m 3 / 3 m 3 / 2,5 m 3
4÷6
V FSAE ,2
ϕ
≅ 3,5 m 3 / 2,75 m 3 / 2,3 m 3
34
Der Baggerlöffel enthält loses Material!
Bild 21: Füllgrad des Baggerlöffels
Einsatzvarianten:
Variante 1 –LKW:
VFSAE,2
7,9 m3
VFSAE,1 ~ 7,5 m3
Variante 2 –Dumper:
VFSAE,2
15 m3
VFSAE,1 ~ 14,3 m3
LKW:
Vorteile
§
vielseitig verwendbar
§
Subunternehmer einsetzbar
§
Serienfahrzeug
§
kostengünstige Anschaffung
Nachteile
Dumper:
§
nur für trockene Erdbaustellen
§
Leistungssicherheit durch „Steckenbleiben“geringer
Vorteile
optimales Baustellenfahrzeug für Erdbaustellen in Bezug auf:
§
Geländegängigkeit
§
Leistungssicherheit
Nachteile
§
Spezialfahrzeug nur für Baustelle
§
Auslastung (langfristig) fraglich
§
Hohe Anschaffungskosten
35
Annahmen:
1. Gut befahrbares Material (Sand/ Kies/ leicht bindig) der Baupiste
2. kostengünstiger Subunternehmer mit flexibler LKW-Flotte (allradgetriebene,
baustellentaugliche MAN-LKW`s)
3. Alternativ eigene Dumper z.B. Caterpillar SKW 725, knickgelenkt
Variante 1 –gewählt:
LKW:
MAN 19.414
Ladekapazität:
VFSAE,1
Motorleistung:
P
= 7,5 m3 bis VFSAE,2 = 8,5 m3
= 301 kW
leer
voll
Einsatzgewicht:
G /G
(2 achsig/ Allradantrieb)
= 8,4 t/ 18 t
Variante 2 –gewählt:
Dumper:
CAT SKW 725
Ladekapazität:
VFSAE,2
Motorleistung:
P
= 15,0 m3
= 209 kW
leer
voll
Einsatzgewicht:
G /G
= 23 t/ 45 t
(3 achsig/ Allradantrieb, knickgelenkt)
Variante 1 –LKW-Transport:
MAN 19.414 (Allradantrieb)
LKW:
Baustellenverkehr:
= 1,05
Muldeninhalt
(gestrichen): VFSAE,1
= 7,5 m3
(gehäuft):
VFSAE,2
= 7,5 m3 x 1,05 = 7,9 m3
Geschwindigkeit:
v
vBaustelle
= 0 –80 km/h
= 0 –15 km/h
Leistungsansatz:
QN, LKW =
k1
f3
f5
k2
VFSAE,1
tU
60 × k1 × k 2 × k 3 × η G
= 0,83
(Sand, Kies)
= 1,05
(Häufung)
= x = 0,83 x 1,05 = 0,87
= 1,00
(Entleerungsgenauigkeit)
= 0,93
(Gerätezustand)
= f3 x f5 = 1,00 x 0,93 = 0,93
36
1
2
k3
G
= 1,00
= 0,95
= 1x
= 0,80
(Bedienungsfaktor; geübter Fahrer)
(Bedienungsfaktor; guter Ablauf)
2 = 1,00 x 0,95 = 0,95
Vorwerte und Annahmen:
Ladezeit (theor.):
t Ltheo
=(
V FSAE , 2
V SAE × ϕ
− 1) ×
ts
7,9
20
=(
− 1)
= 1,33 min
60 1,5 ×1,05
60
Entfernung:
lTm
= 489 m
(mittlere Entfernung)
Geschwindigkeiten (Annahmen):
vv
= 10 km/h
= 166 m/min
vl
= 15 km/h
= 260 m/min
(beladen)
(leer)
Fahrzeiten:
Beladen:
n
tFv
=
60 × l i
∑ 1000 × v
i =1
tFv
=
i
60 × 489
= 3 min
1000 × 10
Leer:
n
tFl
=
60 × l i
∑ 1000 × v
i =1
tFl
=
i
60 × 489
= 2 min
1000 × 15
Abkippzeit:
tE
= 2 min
tWZ
= 0 min
(Kreisverkehr, sowie 20% Zuschlag in mittlerer Entfernung
enthalten)
Umlaufzeit (theoretisch):
tU, LKW = tL + tFv + tE + tFl + tw +tWZ
= 1,33 + 3 + 2 + 2 + 0 = 8,33 min
7,5
× 60 × 0,87 × 0,93 × 0,95 × 0,80 = 33,2 fm 3 / h
8,33
1
1
Q Nlose
= Q Nfest
= 33,2
40,0 lm 3 / h
, LKW
, LKW
α
0,83
QN, LKW Nutzleistung
VFSAE Muldeninhalt des Fahrzeugs gemäss SAE
tu, LKW Umlaufzeit
tL
Beladezeit
tFv
Fahrzeit voll
tE
Entladezeit
tFl
Fahrzeit leer
tW
Wartezeiten beim Be- und Entladen
Q Nfest
, LKW
=
37
tWZ
Wagenwechselzeit
Lösefaktor
Füllfaktor
Entleerungsgenauigkeitsfaktor
Verfügbarkeits-/Gerätezustandsfaktor
Bedienungsfaktor
Betriebsbedingungen
Ladefaktor
Leistungseinflussfaktor
Betriebsbeiwert
Geräteausnutzungsgrad
Geschwindigkeit beladen
Geschwindigkeit leer
f3
f5
1
2
k1
k2
k3
G
vv
vl
Totaler Leistungsreduktionskoeffizient des LKW`s:
LKW
= k 2 × k 3 ×η G = 0,93 × 0,95 × 0,80 = 0,71
η Total
Anzahl benötigter LKW`s pro Bagger (Leitgerät)
Methode 1: Nutzleistung der Geräte
n
=
Q N ;B
Q N , LKW
=
130,9
= 3,94 ~ 4 LKW
33,2
Methode 2: Zeitliches Arbeitsschema
Bagger muss m Schaufeln pro LKW laden:
m
=
LKW
V FSAE
,2
Bagger
V SAE
× ϕ Bagger
=
7,9
=5
1,5 × 1,05
Reales Ladevolumen der LKW`s:
voll
V LKW
= 5 ×1,5 × 1,05 = 7,9 m 3
Reale durchschnittliche Ladezeit pro LKW (Langzeitleistung):
t LN, d
= m x t sN, d = 5
t LN, d
=5x
ts
Bagger
η Total
=5
ts
k 2 × k 3 ×η G
20 s
= 178,5 s ~ 3 min
0,56
Reale durchschnittliche Umlaufzeit (Lanzeitleistung):
t Ltheo
+ (t FV + t E + t Fl + tWZ )
tUN, d
=
tUN, d
=
tUN, d
= 2,39 + 9,86 = 12,3 min
Bagger
η Total
1
LKW
η Total
1,33
1
+ (3 + 2 + 2 + 0)
0,56
0,71
38
Anzahl LKW per Bagger:
n
=
tUN,d
t LN,d
=
12,3 min
= 4 LKW
3,0 min
Gerätewahl: Bagger –LKW Prozesskette
1 x Bagger:
LIEBHERR R 944 B Litronic
Motorleistung:
P
= 180 kW
Einsatzgewicht:
G
= 40 t
Tieflöffelschaufel:
VSAE
=1,5 m3
4 x LKW:
MAN 19.414
Ladekapazität:
VFSAE,1
= 7,5 m3
VFSAE,2
= 7,9 m3
Motorleistung:
P
= 301 kW
Einsatzgewicht:
( Allradantrieb)
Gleer/ Gvoll
= 7 t/ 18 t
Variante 2: Dumper Transport
1 x Bagger:
LIEBHERR R 954 B Litronic
Motorleistung:
P
= 220 kW
Einsatzgewicht:
G
= 50 t
Tieflöffelschaufel:
VSAE
= 2,75 m3
Dumper:
CAT SKW 725
Baustellenverkehr:
(3 achsig, knickgelenkt)
= 1,05
Muldeninhalt
(Norm):
VFSAE,1
= 14,3 m3
(gehäuft):
VFSAE,2
= 15,0 m3
Geschwindigkeit:
v
vBaustelle
= 0 –45 km/h
= 0 –15 km/h
39
Vorwerte und Annahmen:
Ladezeit (theor.):
ttheo
= (
V FSAE , 2
V SAE × ϕ
− 1) ×
ts
15,0
20
=(
− 1)
= 1,33 min
60
2,75 × 1,05
60
Entfernung:
lTm
(mittlere Entfernung)
= 489 m
Ermittlung der mittleren Fahrgeschwindigkeit:
Fahrwiderstand:
WF
= WR + WS
WF
WR
WS
= Fahrwiderstand [-]
= Rollwiderstand [-]
= Steigungswiderstand [-]
Rollwiderstand –halbfester Erdweg:
WR
= 0,05 –0,075
WS
≈0
Fahrt mit Last
WF,v
= 0,075
7,5%
Fahrt ohne Last
WF,l
= 0,075
7,5%
Gesamtgewicht CAT 725:
Gv
= 45 t
Gl
= 23 t
40
v max
= ca. 20 km/h
v
v max
= ca. 30 km/h
l
Bild 22: Fahrgeschwindigkeitsdiagramm CAT 725
vi
vlmax ≈ 30 km / h
vvmax ≈ 20 km / h
vimax (WF )
li
lTm = 489 m
Bild 23: Geschwindigkeitsdiagramm
41
Aufgrund der relativ kurzen mittleren Fahrstrecke lTm = 489 m werden die maximal
Geschwindigkeiten nur kurzzeitig erreicht. Aufgrund der linear angenommenen
Geschwindigkeitszunahme wird die Durchschnittsgeschwindigkeit:
v imittel
=
v imax
2
Durchschnittsgeschwindigkeiten (Annahmen):
v vmittel
= 10 km/h
= 166 m/min
v lmittel
= 15 km/h
= 260 m/min
Fahrzeiten:
Beladen:
n
tFv
=
60 × l i
∑ 1000 × v
i =1
tFv
=
i
60 × 489
= 3 min
1000 × 10
Leer:
n
tFl
=
60 × l i
∑ 1000 × v
i =1
tFl
=
i
60 × 489
= 2 min
1000 × 15
Abkippzeit:
tE
= 2 min
Wagenwechselzeit:
tWZ
= 0 min
(Kreisverkehr, sowie 20% Zuschlag in mittlerer Entfernung
enthalten)
Umlaufzeit:
tU, LKW = tL + (tFv + tE + tFl + tw +tWZ)
= 1,33 + (3 + 2 + 2 + 0) = 8,33 min
Nutzleistung pro Dumper (Langzeitleistung):
k1
k2
k3
G
Q Nfest
, Dumper
= x = 0,83 x 1,00 = 0,83
= f3 x f5 = 1,00 x 0,93 = 0,93
= 1 x 2 = 1,00 x 0,95 = 0,95
= 0,80
=
Q Nlose
, Dumper =
( = 1,05 in VFSAE,2 enthalten)
15,0
× 60 × 0,83 × 0,93 × 0,95 × 0,80 = 63,4 fm 3 / h
8,33
1
1
Q Nfest
= 63,4
= 76,4 lm 3 / h
, Dumper
α
0,83
42
Transportleistung je Fahrt (loses Material):
VFSAE,2
= VFSAE,1 x = 14,3 x 1,05 = 15,0 m3
Totaler Leistungsreduktionskoeffizient des Dumpers (Langzeitleistung):
Dumper
η Total
= k 2 × k 3 ×η G = 0,93 × 0,95 × 0,80 = 0,71
Anzahl benötigter Dumper pro Bagger (Leitgerät)
Methode 1: Nutzleistung der Geräte
n
=
QN ,B
Q N , Dumper
=
239,9
= 3,94 ~ 4 Dumper
63,4
Methode 2: Zeitliches Arbeitsschema
Bagger muss m Schaufeln pro Dumper laden:
m
=
Dumper
V FSAE
,2
Bagger
V SAE
× ϕ Bagger
=
15,0
=5
2,75 × 1,05
Reale durchschnittliche Ladezeit pro Dumper (Langzeitleistung):
t LN, d
t LN, d
= m x t sN,d = 5
ts
Bagger
η Total
=5
ts
k 2 × k 3 ×η G
= 5 x 36 s = 178,5 s ~ 3 min
Reale durchschnittliche Umlaufzeit (Lanzeitleistung):
t Ltheo
+ (t FV + t E + t Fl + tWZ )
tUN, d
=
tUN, d
=
tUN,d
= 2,39+9,86 = 12,3 min
Bagger
η Total
1
Dumper
η Total
1,33
1
+ (3 + 2 + 2 + 0)
0,56
0,71
Anzahl Dumper per Bagger:
n
=
tUN,d
t LN,d
=
12,3 min
= 4 Dumper
3,0 min
43
Gerätewahl: Bagger –SKW Prozesskette
1 x Bagger:
LIEBHERR R 954 B Litronic
Motorleistung:
P
= 222 kW
Einsatzgewicht:
G
= 50 t
Tieflöffelschaufel:
VSAE
= 2,75 m3
4 x SKW:
CAT 725 Knickgelenkt
Ladekapazität:
VFSAE,1
= 14,3 m3
VFSAE,2
= 15,0 m3
Motorleistung:
P
= 223 kW
Einsatzgewicht:
Gleer/ Gvoll
= 23 t/ 45 t
(3 achsig/ Allradantrieb)
1.8.5 Modulprozess Schüttung
1.8.5.1 Entwicklung und Gestaltung des Modulprozesses Dammschüttung
Gestaltungsprozess:
Der Damm wird in einzelnen Lagen geschüttet und verdichtet. Zur Ermittlung der
Verteilgeometrie des angefahrenen Einbaumaterials müssen folgende Vorüberlegungen
getroffen werden:
§
Schütt- bzw. Verteilbreite abängig von dem eingesetzten Transportgeräten (LKW,
Dumper) und Verteilgeräten (Planierraupe –Schildbreite)
§
Schütthöhe hSchütt der Transportfahrzeuge
§
Schütt- und Bahnenplan
§
Lagenhöhe d abhängig vom Material und der Verdichtungsqualität
Schütt- und Verteilbreite:
2.5 m
~3.00m
~
b~2.50m
hSchütt
3.1 m
Schüttvorgang LKW:
Bild 24: Schüttgeometrie LKW MAN 19.414 (Masstab 1: 200)
44
hSchütt
3.4 m
Schüttvorgang Dumper:
2.2 m
2.8 m
9.9 m
~3.0 m
~
b~2.75 m
~2.50 m
~5.0 m
Bild 25: Schüttgeometrie Dumper CAT 725 (Masstab 1: 200)
Planieren:
Verteilbreite –Planierraupen –Schildbreite (grosse Maschine):
Ansicht
Kipphaufen
Kipphaufen
~ 2.50
~ LKW-Breite
Schubvorgang
Ansicht
bo-bu
2
γ
Aquer
bo
= 0.8
= 0.8
= 0.5
= 0.5
bu
h
Draufsicht-Schild
Schütthaufen
h
bo-bu
2
bo-bu
2
h
bu
Bild 26: Schubgeometrie Planierraupe (ohne Masstab)
45
Ansicht
bo-bu
2
bo
= 0.8
= 60°
= 0.5
bu
h
Grundriss
Dreieckspyramide
a= h
o
bo-bu
2
b -b
2
u
bu
Bild 27: Schubvolumen Planierraupe (ohne Masstab)
Vereinfachungen:
§
Schild ohne konkave Wölbung
§
Seitenauswinklung, durch Gerade
Schildkapazität:
1 bU − b 0
)
3
2
V Pγ
γ
= Aquer
× (b 0 + 2 (
V Pγ
= γ h 2 × (b 0 + 2 (
1 bU − b 0
)
3
2
CAT D6 –Schild:
h
1,4 m
bU
3,5 m
bO
2,1 m
Schubvolumen:
V Pγ
h
1
3
= γ × 1,40 2 × (2,10 + 1,40)
= x 5,04 m3
= 0,5
0,5
VD6
= 2,5 m3
= 0,8
0,8
VD6
= 4,00 m3
46
CAT D7 –Schild:
h
1,55 m
b
U
4,00 m
b
O
2,50 m
Schubvolumen:
V Pγ
1
= γ × 1,55 2 × (2,50 + 1,50)
3
= x 7,20 m3
= 0,5
0,5
VD7
= 3,6 m3
= 0,8
0,8
VD7
= 5,8 m3
Bahnbreiten je ca. 3.0 m
Schüttplan –Arbeitsablauf:
Bild 28: Schüttplan je Lage (Masstab 1: 1000)
Bild 29: Schnitt der Schüttlagen (Masstab 1: 1000)
47
50
Bild 30: Bahnenplan (Masstab 1: 200)
Überschlägige Ermittlung der Schütt- und Verteilhöhe:
Variante 1:
Mindestleistung
Verdichtungsgerät wird auf die Mindestleistung ausgelegt.
Vordimensionierung der Schütthöhe d für:
Q fest
= 130,9 fm3/h
nach Angaben des Maschinenherstellers BOMAG
Walzenzug:
Verdichtkapaziät:
BOMAG BW 145 DH 3
fest
Q
3
= 120 –240 fm /h
(Niedrigleistungsgerät)
(Mischböden)
Schütt- bzw. Verteilhöhe:
dfest
> 20 cm
lose
> 25 cm
d
Typ: BOMAG BW 145 DH 3
Bild 31: Walzenzug BOMAG BW 145 DH 3 (Masstab 1: 100)
Anmerkung:
Gerät ist für kleinere Leistungen und kleinere Verdichtungsmengen ausgelegt.
Für die mittlere Menge ist dies ein suboptimales Gerät.
48
Variante 2:
- Hochleistungskonzept
Vordimensionierung der Schütt-Verteilhöhe für:
Q fest
= 239,9 fm3/h
nach Angaben des Maschinenherstellers BOMAG
Walzenzug:
BOMAG BW 211 D4
(Hochleistungsgerät)
Verdichtkapaziät:
Qfest
(Mischböden)
220 fm3/h
Schütt- bzw. Verteilhöhe:
dfest
~ 40 cm
dlose
~ 50 cm
Bild 32: Walzenzug BOMAG BW 211 D 4 (Masstab 1: 100)
Variante 1 –Mindestleistung
Ablaufplanung des Verteilprozesses
Geometrische Überlegungen:
LKW:
MAN 19.414
Volumen:
V = 7,5 m3
Schüttlage:
dlose ~ 25 cm
verdichtete Lage:
dfest ~ 20 cm
Bild 33: Schüttbahn Längsschnitt (Masstab 1: 500)
49
Bild 34: Schüttbahn MAN 19.414 Querschnitt (Masstab 1: 100)
00
2.
50
2.
n
00 h
3. ttba
hü
Sc
Bild 35: Schütthaufen MAN 19.414 perspektivisch (Masstab 1: 100)
eff
V Ab
,l
= 7,5 lm3/LKW
eff
V Ab
,l
=
hSchütt
1
( 2 × 2,50 × 2,00) × 5,00 × hSchütt = 7, 9 m3
6
1,30 ÷ 1,35 m
Verteilungsvorgang pro LKW-Anlieferung:
Bild 36: Geometrie Verteilungsvorgang (ohne Masstab)
50
Variante 2 –Hochleistungskonzept:
Ablaufplanung des Verteilprozesses
Geometrische Überlegungen:
Dumper:
CAT SKW 725
Volumen
VFSAE,2 = 15 m3
Schüttlage:
dlose
~ 50 cm
verdichtete Lage:
dfest
~ 40 cm
Schüttbahn Längsschnitt
Bild 37: Schüttbahn CAT 725 Längsschnitt (Masstab 1: 500)
Bild 38: Schüttbahn CAT 725 Querschnitt (Masstab 1: 100)
Bild 39: Schütthaufen CAT 725 Längsschnitt (Masstab 1: 100)
eff
V Ab
,l
= 15,0 lm3/Dumper
eff
V Ab
,l
= (
2,00 + 3,00
1
1
× 2,00 + (2,00 × 3,00) + (1,00 × 3,00)) hSchütt
2
2
3
hSchütt ≅ 1,67 m
Verteilungsvorgang pro Dumper-Anlieferung:
51
Bild 40: Geometrie Verteilungsvorgang (ohne Masstab)
Zusammenfassender Verteilablauf:
Die einzelnen Schütthügel pro LKW- bzw. Dumperladung werden mit mindestens 2
Schubvorgängen auf die Verteilhöhe von 25 cm bzw. 50 cm eingeebnet.
Schublänge ca. 10 –15 m
Schubgeschwindigkeit:
vSchub = 2 km/h
Rückfahrgeschwindigkeit:
vRück
= 4 km/h
3
eff
Zum Einebnen der LKW-Schüttungen von je V Ab
, l = 7,9 m ist eine kleinere Raupe
erforderlich
als
3
eff
zum Einebnen der Dumper-Schüttung von je V Ab
, l = 15,0 m .
Konklusion
Der Dumpereinsatz mit einem leistungsfähigen Leitgerät Bagger, Verteilgerät Planierraupe
und Verdichtungswalze wird konstengünstiger sein, da die gleichen Lohnstunden zu fast
100% mehr Leistung führen.
1.8.5.2 Elementarprozess Verteilen
Vorgabe:
Das Verteilgerät „Planierraupe“wird auf die Leitleistung des Baggers der jeweiligen
Variante abgestimmt.
52
Variante 1:
= Q Nfest, B = 130,9 fm 3 / h
fest
Q Leit
Q Nlose
, B = 130,9
1
= 157,7 lm 3 / h
0,83
Variante 2:
= Q Nfest, B = 239,9 fm 3 / h
fest
Q Leit
Q Nlose
, B = 239,9
1
= 289,04 lm 3 / h
0,83
Planierleistung:
~
Q N , P ( w) =
α
ϕ
k1
V P100
60 × k1 × k 2 ( w) × k 3 ×η G
tU
=1
= 0,5 –0,8
=αxϕ
[lm3/h]
(loses Material)
(Füllgrad des Schubschildes)
k2 (w) = f1P x f2P x f3 (β) x f4 x f5 x fw (w)
f1P = 1,2
(Schubbahnfaktor)
f2P = 1,0
(Schildart)
f3(β) = 1,0
(Steigfaktor (β = 0))
f4
= 1,0
(Schneidenzustand nur verteilen)
f5
= 0,95
(Gerätezustand, fast neu)
fw(w) = 1,0
(bei Entfernungen bis 20 m keine Reduktion)
k3
= η1 x η2
η1 = 1,0
(geübter Fahrer)
η2 = 0,90
(gute, geplante Baustelle)
ηG
= 0,8
(Geräteausnutzung)
Reduktionsfaktoren:
k1
= 0,5 ÷ 0,8 ≈
k2
= 1,2 x 1,0 x 1,0 x 1,0 x 0,95 x 1,0 = 1,14
k3
= 0,9
ηG
= 0,8
QN, P
VP100
tU, P
f1P
f2P
f3 (β)
f4
f5
fw (w)
1
2
k2 (w)
Nutzleistung
Schildschubkapazität
Umlaufzeit Planierraupe
Lösefaktor
Füllfaktor
Schubbahnenfaktor
Schildarteinflussfaktor
Steigungsfaktor
Schneiden-/Zahnzustandsfaktor
Verfügbarkeits-/Gerätezustandsfaktor
entfernungsabhängiger Leistungsfaktor
Bedienungsfaktor
Betriebsbedingungen
Leistungseinflussfaktor
53
k3
G
Betriebsbeiwert
Geräteausnutzungsgrad
Totaler Leistungsreduktionskoeffizient (Langzeitleistung):
Planier
= k 2 × k 3 ×η G = 1,14 × 0,90 × 0,80 = 0,82
η Total
Bestimmung der Umlaufzeit der Planierraupe pro Schub
Mittlere Schubstrecke:
lm = 12 m
(je Abkipphaufen 10 m + 20%)
Mittlere Schubgeschwindigkeit:
vSch
= 1 –2 km/h = 16,66 –33,3 m/min (1. Gang CAT-Leistungsblatt hohe Zugkraft)
Mittlere Rückfahrgeschwindigkeit:
vRÜ
= 4 km/h = 66,66 m/min
(2. Gang hohe Leistung)
Bild 41: Zugkraft und Geschwindigkeit für CAT D6R und D8R
Umlaufzeit der Planierraupe:
tUtheo
= tSchalt + tF,Sch + tSchalt + t F, RÜ
,P
tSchalt
= 5 s ~ 0,08 min
m
(Schaltzeit –Fahrtrichtungsänderung)
m
tF
=
l
l
bzw.
v Sch
v Rü
tUtheo
,P
=
12
12
+
+ 2 × 0,08 = 0,72 + 0,18 + 0,16 = 1,06 min
16,66 66,66
Reale durchschnittliche Umlaufzeit der Planierraupe:
tUN, P
=
tUtheo
,P
Planier
η Total
=
1,06
= 1,29 min
0,82
54
Die Planierraupe braucht im langfristigen Durchschnitt ca.
tUN, P, d
= 1,29 min
Es sind nach den geometrischen Überlegungen mindestens 2 Schubvorgänge notwendig um
eine LKW bzw. Dumperladung zu verteilen.
Verteilzeit:
N
tVert
,d
= 2 x 1,29 = 2,58 min
Anlieferzeit im langfristigen Durchschnitt/ durchschnittliche Ladezeit
N
Anlieferzeit: t Anl
,d
= t LN, d = 3 min
Überschusszeit zum Nachkorrigieren:
Restzeit:
R
= 3,00 –2,58 = 0,42 min
Nach 3 LKW Anlieferungen beträgt die Restzeit:
R3
= 3 x 0,42 = 1,26 min
Das heisst eine Nachprofilierung über 10 –30 m ist zusätzlich möglich!
Auslegung des Planiergeräts:
Variante 1: Mindestleistungskonzept
Schubschildgrösse:
V Plose
100
= V P100 × k1 =
Q
60 × k 2 × k 3 × η G
=
V Plose
100
lose
theo
N , B , d × tU , P
[lm3]
157,7 ×1,06
60 × 0,82
= V P100 × k1 =3,40 lm3
Variante 2: Hochleistungskonzept
Schubschildgrösse:
V Plose
100
= V P100 × k1 =
Q
60 × k 2 × k 3 × η G
=
V Plose
100
lose
theo
N , B , d × tU , P
289,04 ×1,06
60 × 0,82
= V P100 × k1 = 6,23 lm3
55
[lm3]
Gerätewahl:
Variante1:
Planierraupe:
CAT D6R II XL
Motorleistung:
P
Einsatzgewicht:
Schildtyp:
G
= 19 t
SU XL
Schildkapazität:
= 138 kW
b
= 3,56 m
h
= 1,42 m
0 ,8
V Schild
= 4,00 lm3
> Vlerf = 3,40 lm3
3
max
< V Herst
. . = 5,61 m
Bild 42: Planierraupe CAT D6R II XL (Masstab 1: 100)
Variante2:
Planierraupe:
CAT D7R II U
Motorleistung:
P
= 179 kW
Einsatzgewicht:
Schildtyp:
G
7U
= 28 t
B
= 4,00 m
h
= 1,55 m
0 ,8
V Schild
= 5,80 lm3
Schildkapazität:
< Vlerf = 6,23 lm3
Die D7RII U mit einem Schild 7U ist leicht unterdimensioniert.
56
3
max
< V Herst
. = 8,34 m
gewählt:
Planierraupe:
CAT D8R II U
Motorleistung:
P
= 231 kW
Einsatzgewicht:
G
= 38,5 t
Schildtyp:
U
b
h
= 4,26 m
= 1,74 m
Schildschubkapazität:
γ
V Schild
1
= γ × 1,74 2 × (2,52 + 1,74)
3
= x 9,39 m3
= 0,5
0, 5
V Schild
= 4,69 lm3
= 0,8
0 ,8
V Schild
= 7,50 lm3
= 0,7
0, 7
V Schild
3
max
= 6,56 lm3 Vlerf = 6,32 lm3 < V Herst
. . = 11,70 m
Vlerf
3
max
= 6,32 lm3 < V Herst
. . = 11,70 m
Eine D8 R II hat noch Leistungsreserven!
Bild 43: Planierraupe CAT D8R II (Masstab 1: 100)
57
1.8.5.3 Elementarprozess Verdichtung
Vorgabe:
Das Verdichtungsgerät „Walzenzug“ wird auf die Leitleistung des Baggers der jeweiligen
Variante abgestimmt.
Variante 1:
fest
Q Leitl
= Q Nfest, d , B = 130,9 fm3/h
lose
Q Leitl
= Q Nlose
, d , B = 130,9
1
0,83
= 157,7 lm3/h
Variante 2:
fest
Q Leitl
= Q Nfest, d , B = 239,9 fm3/h
lose
Q Leitl
= Q Nlose
, d , B = 239,9
1
0,83
= 289,04 lm3/h
Walzenleistung:
v x b x d fest
x k2 x k3 x ηG
Q Nfest
,W , d
=
b
=
v
= 2 km/h bis 4 km/h
fest
n
Walzenbreite
d
=
verdichtete Lagendicke
n
= 4 –5
Überfahrten
k2
= f5 = 0,95
fast neues Gerät
k3
=
1
x
2
1
= 1,00
Bedienung: geübter Fahrer
2
= 0,95
Betriebsfaktor: guter Ablauf
k3
= 1,0 x 0,95 = 0,95
= 0,80
G
Q Nfest
,W , d
=
v [m/h] x b x d fest
4
ALage = b x dfest
x 0,95 x 0,95 x 0,8
Verdichtungsquerschnitt bei einer Walzenüberfahrt
Vorgehensweise:
Ausgewählter Walzentyp aufgrund der gewählten Lagendicke und Leistungsabschätzung:
b
= Walzenbreite
dfest = verdichtete Lage
Bestimmung der Walzengeschwindigkeit:
58
v
2
fest
4 Q Leitl
=
b× d
v
fest
[m/h]
× k 2 × k 3× ×η G
4 km/h
(Bedingung)
Herstellerangaben BOMAG:
Tabelle 11: Leistungsangaben BOMAG Walzen
Verdichtungsleistung
Typ
Felsgestein
Kies, Sand
-400 - 800
BW 145 DH-3
BW 211 D-4
160 - 230
270 - 540
Gemischtkörniger
Boden
120 - 240
220 - 440
Lehm, Ton
60 - 120
110 - 220
Dicke der verdichteten Schicht
Typ
Felsgestein
-0.7
BW 145 DH-3
BW 211 D-4
Variante 1:
Gemischtkörniger
Boden
0.3
0.4
Kies, Sand
0.4
0.5
Lehm, Ton
0.15
0.2
Mindestleistung
Walzenzug:
BOMAG BW145 DH 3
Motorleistung:
P
= 56 kW
Einsatzgewicht:
G
=5t
Walzenbreite:
b
= 1,45 m
fest
Leistungsbereich:
Q
= 120 –240 fm3/h ~ 130 fm3/h
Einbaudicke:
dfest
= 20 –25 cm Sand/Kies (Mischböden)
Vibration:
f
= 34 Hz
Geschwindigkeitsbereich:
v
= 2,0 –4,0 km/h
Verdichtungsgeschwindigkeit:
dfest
= dlose x
veff
=
v
= 25 x 0,79 ~ 20 cm
4 × 130
= 2500 m / h
1,45 × 0,2 × 0,95 × 0,95 × 0,8
Einsatzbedingung erfüllt:
2000 m/h
veff = 2500 m/h
4000 m/h
59
(Vibrationseinsatz)
Bild 44: Vibrationswalzenzug BOMAG 145 DH 3
Variante 2:
Hochleistungskonzept
Walzenzug:
BOMAG BW211 D-4
Motorleistung:
P = 98 kW
Einsatzgewicht:
G = 11 t
Walzenbreite:
b = 2,13 m
Leistungsbereich:
Qfest > 220 fm3/h
Einbaudicke:
dfest = 40 cm Sand/Kies (Mischböden)
Vibration:
f = 30/ 36 Hz
Geschwindigkeitsbereich:
v = 2,0 –4,0 km/h
Verdichtungsgeschwindigkeit:
dfest
= dlose x
veff
=
v
= 50 x 0,79 ~ 40 cm
4 × 240
= 1560 m / h
2,13 × 0,4 × 0,95 × 0,95 × 0,8
veff = 1560 m/h
veff ~ 2000 m/h
vmh = 2000 m/h
(Leistungsreserve)
60
(Vibrationseinsatz)
Bild 45: Vibrationswalzenzug BOMAG 211 D-4
1.8.6 Zusammenfassende Geräteliste für eine Prozesskette
Tabelle 12: Geräteliste für Prozesskette
Variante 1 - Normalleistung
Variante 2 –Hochleistung
Leistung:
Q Nfest
,d
= 130,9 fm3/h
Q Nfest
,d
= 239,9 fm3/h
Q Nlose
,d
= 157,7 lm3/h
Q Nlose
,d
= 289,9 lm3/h
Aushub –Transportprozesskette:
1x
Bagger LIEBHERR R 944 B Litronic
P
= 180 kW
G
= 40 t
VSAE
= 1,5 m3
1x
Bagger LIEBHERR R 954 B Litronic
P
= 222 kW
G
= 50 t
VSAE
= 2,75 m3
4x
LKW MAN 19.414
P
= 301 kW
G
= 18 t
VFSAE,2 = 7,9 m3
4x
SKW CAT 725
P
= 223 kW Knickgelenkt
G
= 45 t
VFSAE,2 = 15,0 m3
Verteil –Verdichtungsprozesskette:
1x
Planierraupe CAT D6R II XL
P
= 138 kW
G
= 19 t
VSchild = 4,0 m3
1x
Planierraupe CAT D8R II U
P
= 231 kW
G
= 38,5 t
VSchild = 7,5 m3
1x
Walzenzug BOMAG BW 145 DH-3
P
= 56 kW
G
=5t
1x
Walzenzug BOMAG BW 211 D-4
P
= 98 kW
G
= 11 t
61
1.9 Prozessdauer- und Kostenanalyse der Lösungsvarianten
Leistungsumfang:
Tabelle 13: Volumenvergleich
Abbaumaterial
(vorhanden)
Schüttmaterial
(erforderlich)
Füll-/
Fremdmaterial
Vfest
Faktoren
Vlose
[fm3]
[-]
[lm3]
155 000
= 0,83
186 746
165 000
v = 0,79
208 861
17 470
--
22 115
Leistung und Prozessdauer einer Prozesskette:
Tabelle 14: Variantenvergleich
Aushub/ Transport
Menge Leistung Dauer
Vfest
TAushub
QNfest
,d
130,9
1184
239,9
646
[lm ]
= 208861
[h]
lose
Sch
[fm /h]
3
3
TSch
[lm /h]
[h]
[h]
[h]
157,7
1184
140
1324
289,0
646
76
722
V
fest
Variante 2
VAb
Variante 1
= 155 000
[fm ]
3
Menge
Vlose
Vaushub = 186 746
VFehl = 22 115
3
Verteilen/ Verdichten
Dauer
Leistung
lose
Q N ,d TAushub TFehl
Anmerkung:
Die Leistungen zwischen Aushub/ Transport sowie Verteilen/ Verdichten in Bezug auf das
Aushubmaterial sind optimal abgestimmt.
62
Prozessdauervergleich mehrerer paralleler Prozessketten:
Tabelle 15: Zeitbedarf bei 1, 2, 3 Prozessketten
3 Prozessketten
1 Prozesskette
2 Prozessketten
Aushub/
Verteilen/ Aushub/
Verteilen/ Aushub/
Verteilen/
Transport Verdichten Transport Verdichten Transport Verdichten
T
[h]
1
T
Ab
[d]
1
T
Sch
2
Sch
T
3
T
Ab
3
Sch
[d]
[h]
[d]
[h]
[d]
[h]
[d]
Variante 1
1184 148 1324 166 592
74
662
83
395
49
441
55
Variante 2
646
41
361
45
215
27
241
30
722
[d]
T
[h]
81
[h]
2
Ab
90
323
Variante 1
Variante 2
800
1400
700
1200
Aushub/ Transport
Verteilen/ Verdichten
600
1000
500
[h]
[h]
800
400
600
300
400
200
200
100
0
0
1
2
1
3
2
3
Gruppenanzahl [n]
Gruppenzahl [n]
Bild 46: Prozessdauer der Varianten variiert nach Prozessgruppenzahl
Bedingungsprüfung –Bauzeit:
Variante 1
1 Prozessgruppe : TT = 166 d > 150 d
erfüllt nicht die Bedingung!
Variante 1
2 und 3 Prozessgruppen TT < 150 d
erfüllen die Bedingung!
Variante 2
1, 2 und 3 Prozessgruppen TT << 150 d
erfüllen bei weitem die Bedingung!
63
Kostenvergleich –qualitative Überlegungen:
1. Gruppenanzahlvergleich
Aus Bild 46 erkennt man, dass die Stundenzahl sich, mit steigender Gruppenzahl, bei der
gleichen Variante nach einer hyperbolischen Funktion reduziert.
Aus einer grundsätzlichen Analyse der proportionalen Stunden und Kosten, sowie Fixkosten
kann man folgende Schlüsse ziehen:
1. Die totalen Inventarstunden der Leistungsgeräte bei gleicher Variante sind
unabhängig von der Anzahl der Gruppen
2. Die totalen Lohnstunden der Führung/ Administration in der Prozesskette sind
zeitabhängig und nicht abhängig von der Anzahl der Gruppen
3. Die allgemeinen Baustelleneinrichtung (Büros/ Magazine/ Bauzaun/ etc.) sind
zeitabhängig und fast unabhängig von der Gruppengrösse.
Daraus kann man ableiten, dass der Unterschied bei Einsatz von mehreren Prozessgruppen
sich nur aus den nicht produktiven Aufwendungen ergibt, wie z.B:
§ erhöte Fixkosten durch Anlieferung und Abtransport der Geräte
§ geringere Kosten durch geringere zeitproportionale Kosten der Baustelleneinrichtung
sowie Aufsicht und Führung.
2. Variantenvergleich:
In beiden Varianten wurden die gleiche Anzahl von Geräten und somit Mannschaften
vorausgesetzt.
Die Varianten unterscheiden sich nur in der Grössenordnung und Leistungsfähigkeit der
Geräte.
Da die Leistungsfähigkeit der Geräte pro Prozessgruppe in Variante 2 fast 2-mal so hoch ist
als Variante 1 liessen sich folgende Schlüsse ziehen:
§ Fixkosten –
An- und Abtransport der Geräte sowie An- und
Abtransport, sowie Aufstellen der Baustelleneinrichtung
ist bei beiden Varianten fast gleich.
§ Proportion der Kosten – Die Lohnstunden halbieren sich fast (gleiche Anzahl von
Personen pro Gerätegruppe). Die Inventarstunden
halbieren sich auch fast, allerdings sind die Miet- und
Verbrauchskosten bei den Hochleistungsgeräten der
Variante 2 teurer.
64
3
G2
–G
G1
–
n
ste
n
–
ste
Ko
s te
n
Ko
BF
–
G
3
PH
BF
Ko
PH
B
F
PH
Kosten
[CHF]
Legende :
K
G
2
PH
–
PHK - Gi =
G
PH
1
K
KVG12
KVG21
K
–
PHBF Kosten - Gi = Proportionale Herstell-,
Baustelleneinrichtungs- und Führungskosten mit i Prozessgruppen
PH
KVG13
Proportionale Herstellkosten mit
i Prozessgruppen
i = Anzahl der Prozessgruppen
Gi
K
K
G2
V2
G3
V2
=
Einheitsproportionalkosten
bei i Prozessgruppen
Vj = Variante j
G3
Fixkosten 3 Prozessgruppen
G3
K FIX
G2
Fixkosten 2 Prozessgruppen
G2
K FIX
G1
G1
K FIX
Fixkosten 1 Prozessgruppe
0
50
100
150
Zeit [d]
3 Gruppen :
V2 = 30
2 Gruppen :
V1 = 55
V2 = 45
V1 = 83
1 Gruppe :
V2 = 90
Bild 47: Kostenvergleich der Varianten 1, 2 mit 2 bzw. 3 Gruppen
§ Fixkosten –
einmalige Kosten wie An- und Abtransport von Geräten
und Baustelleneinrichtungen sowie deren Auf- und Abbau
§ Proportionale Kosten –
zeitabhängige Kosten in Abhängigkeit von der Leistung
(Lohn/ Inventarmiete/ Brennstoff)
65
1.10
Gerätedatenblätter
Alle Datenblätter können über Internet bei den Maschinengeräteherstellern eingesehen
werden.
Datenblatt LIEBHERR R944 B Litronic
66
Datenblatt LIEBHERR R954 B Litronic
67
Datenblatt MAN 19.414
Grunddaten:
zulässiges Gesamtgewicht:
Motorleistung:
Fahrgestell-Tragfähigkeit:
zulässiges Zug-Gesamtgewicht:
18 t
301 kW / 410 PS
bis 11.4 t
40 t
Abmessungen:
Gewichte:
Kipper
G1
G2
G5
G6
G7
G8
G9
G10
G11
G12
G13
FK
kg
7100
11500
18000
6770
4515
2255
11230
8370
9630
22000
40000
zulässige Achslast 1. Achse
zulässige Achslast 2. Achse
zulässiges Gesamtgewicht
Fahrgestell-Gewicht mit Fahrerhaus
Fahrgestell-Gewicht vorne
Fahrgestell-Gewicht hinten
Tragfähigkeit / Sattellast
Leergewicht mit Serienaufbau
Nettonutzlast
zulässige Anhängelast
zulässiges Zuggesamtgewicht
68
Kipper
Längen
L1
Radstand
L5
Fz-Überhang vorne
L6
Fz-Überhang hinten
L7
Rahmen-Überhang
L11 Länge über alles
L12 Kuppellänge
L13 Aufbaubeginn
L18 Aufbaulänge Serie
FK
mm
3800
1525
1735
1150
7060
6510
705
4800
Breiten
B1
über Fahrerhaus
B2
über Hinterräder
B3
Breite über alles
B5
Rahmenbreite hinten
B7
Wendekreis Ø in m
2280
2422
2490
762
16.2
Höhen
H1
unbelastet
H2
belastet
H3
unbelastet
H4
belastet
H11 Bodenfreiheit vorne
H12 Bodenfreiheit hinten
H15 unbelastet
H16 belastet
2985
2912
1084
962
274
291
1444
1322
Datenblatt CAT Dumper 725
69
Datenblatt CAT Dozer D6R
70
Datenblatt CAT Dozer D7R
71
Datenblatt CAT Dozer D8R
72
Datenblatt BOMAG BW 145 D-3
73
Datenblatt BOMAG BW 211 D-4
74
2
Baugrube
2.1
Lösungsablauf einer baubetrieblichen Aufgabenstellung
Der Lösungsprozess einer baubetrieblichen, produktionstechnischen Aufgabenstellung
wird gemäss Bild 1 durchgeführt. Dabei muss zuerst die Bauaufgabe analysiert, die
determinierenden projektspezifischen, natürlichen und die anthropogenen/technischen
Randbedingungen ermittelt und die Anforderungen für eine Lösung abgeleitet werden.
Im nächsten Schritt müssen unter Berücksichtigung statischer, geotechnischer und
technischer Überlegungen, die alternativen baubetrieblichen Systeme und
Bauverfahren ermittelt bzw. entwickelt werden. Aus den die Randbedingungen
erfüllenden, technisch machbaren und wirtschaftlich effizienten Lösungsansätzen
müssen die interaktiven Bauabläufe nach dem ökonomischen Minimalprinzip ermittelt
werden. Es gilt der Grundsatz des Lean Management „Maximierung der
Wertschöpfung und Minimierung der nicht wertschöpfenden Aktivitäten“. Dies wird
durch eine Kostenkalkulation überprüft.
Bild 1: Baubetrieblicher Lösungsprozess
2.2
Bauaufgabe
Es ist ein Voreinschnitt, als temporäre Abfahrtsrampe, zu einem Tunnelportal
ausserstädtisch herzustellen. Zu beachten sind die neben dem Bauplatz gelegene
Strasse und der Parkplatz. Der Aushub soll auf einer 4,2 km entfernten Deponie
abgelagert werden.
Im ersten Bauabschnitt soll
•
die Voreinschnittsrampe mit ca. 12% Gefälle in 7 Wochen
•
der Tunnel einschliesslich der Vormontage der TBM in 20 Monaten erstellt
werden.
75
Im zweiten Bauabschnitt wird
•
die Rampe auf ein Gefälle von 2% abgesenkt
•
der offenen Rampentrog aus Stahlbeton erstellt
•
die Rückverfüllung
in 5 Monaten fertiggestellt.
Dies ist bei der Umschliessung der Baugrube zu berücksichtigen. Geotechnische
Berechnungen werden im Rahmen der Aufgabenstellung nicht durchgeführt. Der
Grundwasserstand liegt ständig unter der Baugrubensohle. Es sind keine Findlinge zu
erwarten.
In dieser baubetrieblichen Übung soll der Bauproduktionsprozess für die
Baugrubenumschliessung sowie der Voraushub der Baustellenrampe mit ca. 12%
entwickelt werden.
Zur Gestaltung des baubetrieblichen Hauptprozesses Voreinschnitt ist die
Produktionskette mit Baugrubenumschliessung, Baugrubenaussteifung, Aushub und
Transport zu entwickeln, unter Berücksichtigung der projektspezifischen
Anforderungen, Randbedingungen und funktionalem Vorgaben:
•
maximale Bauzeit des Voreinschnitts ist 7 Wochen
•
Zwischendeponie auf der Baustelle ist nicht möglich
•
Das Aushubmaterial wird auf eine 4,2 km entfernten Deponie abgelagert, diese
ist über eine öffentliche Strasse erreichbar
•
Baugrubenaussteifung ist in vier Lagen mit max. 3,70 m vertikalem Abstand
einzubringen
•
Geometrie der Baugrube gemäss Bild 2
76
Ton
sandiger Kies
toniger Lehm
30,20 m
Bild 2: Grundriss - Schnitt Voreinschnitt (Masstab 1: 1000)
5,00 m
12,50 m
5,00 m
Schnitt:
15,15 m
30,00 m
10,00 m
Grundriss:
16,10 m
GOK
0.00 m
12 %
Parkplatz
77
nd
Bauzusta
ca. 25,00 m x 160,00 m = 4000 m2
Baustelleneinrichtung
Montageplatz TBM
Strasse
131,25 m
161,45 m
2%
Endzustand
2.2.1 Folgende Aufgaben sind zu lösen:
A) Analyse der baulichen Situation
•
Gliederung des Hauptprozesses Voreinschnitt in Modul- und weiter in
Elementarprozesse
•
Zusammenstellung der projektspezifischen Randbedingungen
•
Ermittlung der Anforderungen an die Lösung aus den projektspezifischen
Randbedingungen
•
Auflistung aller verfügbaren
Elementarprozesse
•
Erstellung einer systematischen, systemorientierten Selektionsmatrix, zur
qualitativen Eignungsbewertung der Bauverfahren für die projektspezifische
Auswahl
•
Durchführung eines Kostenvergleichs bei mehreren technisch möglichen
Bauverfahren
•
Überschlägige Vorgangsdauer- und Leistungsberechnung
•
Vorermittlung der benötigten Geräte
•
Festlegen von Arbeitsphasen unter Berücksichtigung der Gerätegeometrien
Bauverfahren
zur
Durchführung
der
B) Leistungsberechnung der baubetrieblichen Prozesskette
•
Ermittlung des für die Baugrubenumschliessung benötigten Zeitbedarfs
•
Wahl der benötigten Geräte zur Baugrubenumschliessung
•
Ermittlung der Kubatur der Aushublagen abhängig von der Geologie und den
Zwängen der Baugrubenaussteifung
•
Ermittlung des abzufahrenden Lockervolumens
•
Festlegung des Gerätekonzepts
•
Leistungsberechnung der gewählten Geräte
o Geräte zur Baugrubenumschliessung gemäss
Leistungsermittlungshandbuch
o Lade/Lösegerät gemäss Leistungsermittlungshandbuch
§
Nutzleistung QN
§
Ladeschaufelgrösse VSAE
§
Anzahl der Geräte
o Transportgeräte gemäss Leistungsermittlungshandbuch
§
Nutzleistung QN
§
Ladevolumen der Geräte VFSAE
§
Gerätetyp
§
Ladezeit
78
•
§
Umlaufzeit
§
Anzahl der Geräte
Optimierung/ Abstimmung der Gerätekapazitäten
C) Zusammenfassung
2.3
•
Aufstellen der Ressourcenplanung
•
Optimierung der eingesetzten Ressourcen unter Einhaltung der maximalen
Bauzeit
•
Darstellung der Bauzeitplanung als Balkenplan
Analyse der baulichen Situation
2.3.1 Produktionsprozessgliederung
Zur Analyse wird die baubetriebliche Aufgabe Bauproduktionsprozess in den
Hauptprozess Voreinschnitt, weiter in Modulprozesse und Elementarprozesse
unterteilt.
Hauptprozess
•
Voreinschnitt zur Erstellung eines Stadtbahntunnels
Der Hauptprozess kann weiter in Modulprozesse unterteilt werden
•
Baugrubenumschliessung
•
Baugrubenaussteifung
•
Aushub
Die Modulprozesse können in Elementarprozesse unterteilt werden
Baugrubenumschliessung
•
Wanderstellung
•
Wasserhaltung
Baugrubenaussteifung
•
Anker setzen
•
Einbau von Aussteifungselementen
Aushub
•
Lösen
•
Laden
•
Transportieren
79
2.3.2 Randbedingungen und funktionale Vorgaben
Natürliche Randbedingungen
•
Grundwasserstand unterhalb der Tonschicht unter der Baugrubensohle
•
wechselnde Baugrundverhältnisse mit einer 5,00 m starken Schicht aus
tonigem Lehm, einer 12,50 m starken Schicht aus sandigem Kies und einer
Tonschicht vom 5,00 m Mächtigkeit
•
keine Findlinge sind zu erwarten
Anthropogene Randbedingungen
•
Tiefe des Einschnitts maximal 16,10 m
•
Breite der Baugrube 15,15 m
•
Rampenneigung im Bauzustand 12%, im Endzustand 2%
•
Entfernung zur Deponie 4,2 km
•
Arbeitszeit 10 h pro Tag und 5 AT pro Woche
•
max. Bauzeit 7 Wochen
2.3.3 Technische Anforderungen an die Lösung
Die Vorgaben und Randbedingungen werden in konkrete Anforderungen übersetzt. An
Hand dieser werden später die Lösungsvarianten auf ihre Konformität mit den
Anforderungen überprüft.
•
Baugrubenverbau senkrecht
•
Bauverfahren an wechselnde Geologie anpassbar
•
Baugrubenverbau musst nicht wasserdicht sein
•
Baugrubenverbau muss bis zu einer Tiefe von 19 m (16,10 m Aushub +
Einbindetiefe) herstellbar sein.
•
Baugrubenverbautiefe muss auf den Endzustand ausgelegt werden
•
Eingeschränkte Platzverhältnisse lassen keine Zwischendeponierung zu
•
Keine Schalldruckspitzen
80
2.4
Lösungsvarianten
Um die verschiedenen Lösungsvarianten zu erfassen werden zuerst, ohne
Berücksichtigung der Eignung, alle Bauverfahren zur Erstellung eines
Elementarprozesses aufgelistet. Die Prüfung der Bauverfahren erfolgt im nächsten
Schritt. Dies sichert eine objektive Beurteilung möglicher Verfahren.
Baugrubenverbau
•
Böschung
•
Vernagelte Böschung
•
Rühlwand
•
Spundwand
•
Pfahlwand
•
Schlitzwand
•
MIP –Wand
•
Jetting/Injektionen/HDI –Injektionen
•
Gefrierwand
Baugrubenaussteifung
•
Aussteifungskonstruktionen (innerhalb der Baugrube)
•
Ankerung (frei zugängliche Baugrube)
Aushubgeräte
•
Bagger
•
Radlader
•
Schürfkübelraupe
•
Scraper
Transportgeräte
•
Radlader
•
Schürfkübelraupe
•
Scraper
•
LKW
•
Dumper
81
2.5
Bauverfahrensauswahl
Die Bauverfahrensauswahl findet gemäss Bild 1 Punkt 4 gestützt auf die
Bewertungsmatrix statt. Hierbei werden die Lösungsansätze auf Ihre Konformität mit
den Randbedingungen überprüft. Bei mehreren technisch möglichen Bauverfahren ist
zur Entscheidungsfindung eine Kostenanalyse durchzuführen.
2.5.1 Modulprozess: Baugrubenumschliessung
Elementarprozess: Wanderstellung
Mögliche technische Lösungen zur Herstellung einer Baugrubenwand sind in Tabelle 1
enthalten und nach projektspezifischen Kriterien bewertet.
Gefrierwände
Jetting/ (HDI)
Injektionen
MIP –Wände
Schlitzwand
Pfahlwände
Spundwände
Rühlwand
Vernagelte
Böschung
Böschung
Tabelle 1: Selektionsmatrix Baugrubenumschliessung
Senkrecht
X
X
OK
OK
OK OK OK
OK
Geologie
OK
OK
OK
OK
OK OK OK
(OK)2) X3)
Tiefe
OK
OK
OK
OK5)
OK OK X1)
OK
OK
OK OK OK
OK
OK
Schallemissionen
OK
OK
OK
Technik/
Konstruktion
OK
OK
OK7) OK6)
OK OK (OK) (OK)
(OK)
X
(OK) OK
OK OK X
X
Zusammenfassung/
X
Beurteilung
(OK)
4)
OK
X
Legende:
X
Ausschluss des Bauverfahrens
(OK) Bauverfahren erfüllt Anforderung bedingt
OK Bauverfahren erfüllt Anforderung
1)
Die erforderliche Wandhöhe ist mit den derzeit verfügbaren Geräten nicht realisierbar
2)
Durch wechselnde Baugrundverhältnisse stark unterschiedlicher Säulendurchmesser
3)
Nur im Grundwasser möglich
4)
Keine schlagende Rammung zulässig
5)
obere Grenze für Spundwände
6)
schwere Rüttler für die Tiefe erforderlich
7)
herstellbedingte Setzungen nicht auszuschliessen
82
Kostenvergleich
Zwischen den technisch möglichen Varianten Rühlwand, Spundwand, Pfahlwand und
Schlitzwand wird eine Kostenanalyse (Kostenminimalprinzip) durchgeführt.
Die Elementarkostenpreise wurden aus „Bauhandbuch nach NPK Bau, Verlag CRB,
Zürich, 1997“, entnommen. Im Folgenden wird dieses Buch mit Bauhandbuch
bezeichnet.
Es wird von einer Wandhöhe hWand = GOK -16,10 m und einer Einbindetiefe bei
Rühlwand und Spundwand auf hRühl = hSpund = GOK -19,00 m und bei Pfahlwand und
Schlitzwand von hPfahl = hSchl = GOK -18,25 m ausgegangen.
Die Vorhaltezeit wird nach Tabelle 2 abgeschätzt.
Tabelle 2: Vorhaltezeit Baugrubenwand
TÄTIGKEIT
Dauer
Dauer
[Wochen]
[Monate]
Aushub der Rampe
7
2
Bauzeit Haupttunnel
80
20
Bauzeit Rampentrog
20
5
Total
107
27
Da die erforderliche Anzahl der Geräte zur Zeit der Kostenanalyse noch nicht bekannt
ist, wird in der ersten abschätzenden Untersuchung bei jedem Verfahren nur eine
Geräteeinheit berücksichtigt. Dies muss allerdings nach Bestimmung der
Vorgangsdauern und Ressourcen nochmals überprüft (korrigiert) werden.
Rühlwand:
Für die Rühlwand wurden Rammträger mit Profil HEB 260 mit 93,00 kg/m als
Standartrammträger gewählt. Für die Ausfachung sollen Holzbohlen mit 1,80 m Länge
eingesetzt werden. Die Rammträger werden bis auf hRühl = GOK -19,00 m eingebracht,
die Ausfachung wird bis auf hWand = GOK -16,10 m etappenweise erstellt.
Da der Vorhaltepreis für die Rammträger mit 200 Fr./ (t x Monat) im Gegensatz zum
Kaufpreis von 1120 Fr./t bereits nach 6 Monaten nicht mehr rentabel ist (siehe
Bauhandbuch), werden die Rammträger für die 27 Monate dauernde Baumassnahme
mit dem Kaufpreis veranschlagt.
83
Tabelle 3: Rühlwandkosten auf Bauhandbuchbasis 1997
Rühlwand
Pos.-Nr.
Einheit
Menge
1
Text
Erstellen Zufahrt u. Arbeitsplanum
incl. Gerät, ohne Material
p
1
Einheitspreis Gesamtpreis
3000.00
3000.00
2
Installation
je Geräteinheit (Einbringen der Bohlen)
p
1
5000.00
5000.00
3
Verschieben Gerät von Rammstelle zu Rammstelle
338 m/1.8 m + 3
p
191
40.00
7640.00
4
Kauf der Rammträger
1120 Fr./t x 0.093 t/m x 19 m
p
191
1979.04
377996.64
5
Einvibrieren der Rammträger
incl. Inventar + Lohn (191 St.x 19 m)
Fr./m
3629
45.00
163305.00
6
Aushub zwischen Rammträgern für Ausfachung
338 m x 16.1 m x 0.2 m
Fr./m 3
1088
45.00
48960.00
7
Ausfachungsbohlen einbauen
338 m x 16.1 m
Fr./m 2
5442
65.00
353730.00
8
Installation
je Geräteinheit (Ziehen der Träger nach 27 Monaten)
p
1
3000.00
3000.00
9
Ausfachungsbohlen ausbauen
338 m x 16.1 m
Fr./m 2
5442
45.00
244890.00
10
Ziehen der Rammträger
incl. Inventar + Lohn
Fr./m 2
3629
35.00
127015.00
Total [Fr.]:
1334536.64
Spundwand
Es wurde das schwere Larssen Profil 430 (235 kg/m2) für die tiefe Baugrube gewählt.
Es wird für die Kostenberechnung davon ausgegangen, dass die wiedergewinnbaren
Spundbohlen über die in Tabelle 2 errechnete Bauzeit im Boden verbleiben.
Die Spundwandprofile werden bis auf hSpund = GOK -19m gerammt. Abmessungen
und statische Werte verschiedener Spundwandprofile können: Schneider, K.-J.,
Bautabellen für Ingenieure, 13. Auflage, Werner Verlag, Düsseldorf, 1998 entnommen
werden. Bild 3 zeigt das Profil Larssen 430.
Bild 3: Profil Larssen 430 (Masstab 1: 25)
Die Elementarkosten und Einheitskosten im Bauhandbuch sind für ein Profil Larssen
23 (155 kg/m2) angegeben. Bei der Berechnung wurde davon ausgegangen, dass die
Einheitspreise beim Profil Larssen 23 und Larssen 430 identisch sind. Die
84
Einheitspreise zur Erstellung einer Spundwand sind in Tabelle 6 projektspezifisch
zusammengestellt.
Tabelle 4: Spundwandkosten auf Bauhandbuchbasis 1997
Spundwand
Pos.-Nr. Text
Einheit
Menge
1
Erstellen Zufahrt u. Arbeitsplanum
incl. Gerät, ohne Material
p
1
Einheitspreis Gesamtpreis
3000.00
3000.00
2
Installation
je Geräteinheit (Einbringen der Bohlen)
p
1
4800.00
4800.00
3
Einvibrieren der Spundbohlen
incl. Inventar + Lohn
Fr./m 2
6423
42.00
269763.90
4
Vorhalten der Bohlen
2.50 Fr/ m2 Mt mit 27 Monaten Bauzeit = 67.50 Fr./m 2
Fr./m 2
6423
67.50
433549.13
5
Installation
je Geräteinheit (Ziehen der Bohlen nach 27 Monaten)
p
1
4800.00
4800.00
6
Ziehen der Bohlen
incl. Inventar + Lohn
Fr./m 2
6423
42.00
269763.90
7
Abbrennen der Spundbohlen; für Wiedereinsatz
auf Bauhof, incl. Materialverlust
Fr./m
676
50.00
33800.00
Total [Fr.]:
1019476.93
Pfahlwände
Da die Pfahlwand nicht dicht sein muss, wird eine Tangenten-Pfahlwand gewählt.
Eine aufgelöste Pfahlwand wird aus Setzungsgründen nicht gewählt. Aus statischen
Gründen ist bei einem Aussteifungs- bzw. Ankerabstand von 3,70 m ein
Pfahlwanddurchmesser von 90 cm (entspricht ca. einer 60 cm Schlitzwand)
erforderlich.
Für den Bauverfahrensvergleich werden die Kosten einer Pfahlwand mit Ø 90 cm
Pfählen berechnet (Tabelle 5).
Tabelle 5: Pfahlwandkosten auf Bauhandbuchbasis 1997
Pfahlwandkosten
Pos.-Nr. Text
Einheit
Menge
1
Erstellen Zufahrt u. Arbeitsplanum
incl. Gerät, ohne Material
p
1
3000.00
3000.00
2
Installation
je Geräteinheit
p
1
18000.00
18000.00
3
Pfahlerstellung
338 m/ 0.9 m = 376 Pfähle
376 Pfähle x 18,25 m (incl. Inventar, Lohn, Beton)
Bewehrung der Pfähle
6854m x 0.64 m2 x 200 kg/m 3 (incl. Material, Lohn)
Fr./m
6854
330.00
2261820.00
Fr/ kg
872051
1.10
959256.10
Total [Fr.]:
3242076.10
4
85
Einheitspreis Gesamtpreis
Schlitzwand
Bei der Schlitzwand wird von einer dSchl = 60 cm starken Wand ausgegangen. Die
Schlitzwand, soll wie die Pfahlwand bis auf eine Tiefe von hSchl = GOK -18,25 m
erstellt werden.
Länge der Schlitzwand
L
= 15,15 + (2 x 161,45 m) = 338,05 m
Die Schlitzwandfläche ergibt sich somit zu:
ASchl
= L x hSchl
= 338,05 m x 18,25 m
= 6338 m2
Tabelle 6: Schlitzwandkosten auf Bauhandbuchbasis 1997
Schlitzwandkosten
Pos.-Nr. Text
Einheit
Menge
1
Erstellen Zufahrt u. Arbeitsplanum
incl. Gerät, ohne Material
p
1
Einheitspreis Gesamtpreis
3000.00
3000.00
2
Installation
Bentonitaufbereitung, Schlitzwandgreifer
p
1
80000.00
80000.00
3
Leitwand erstellen
(incl. Inventar, Lohn, Beton)
Fr./m
338
420.00
141960.00
4
Schlitzwanderstellung
338 m x 18.75 m (incl. Inventar, Lohn, Beton)
Fr./m 2
6338
240.00
1521120.00
5
Bewehrung der Schlitzwand
6338 m 2 x 0.6 m x 200 kg/m3 (incl. Material, Lohn)
Fr/ kg
760560
1.10
836616.00
6
Innere Leitwand abbrechen
Fr./m
338
50.00
16900.00
7
Behandlung Aushub mit Bentonit
338 m x 18.25 m x 0.6 m
Fr./m 3
3701
24.00
88824.00
Total [Fr.]:
2688420.00
Die Preise aus dem Bauhandbuch Stand 1997 wurden mittels Produktionskostenindex
(PKI), Schweizer Baumeisterverband, Stand Juli 2005 auf den Stand von 2004
umgerechnet.
Die hier untersuchte Baumassnahme Baugrubenumschliessung ist am besten mit der
Baumassnahme Kanal- und Leitungsbau des PKI zu vergleichen. Die Teuerung kann
Tabelle 7 entnommen werden und beträgt 12,6%
86
Tabelle 7: Produktionskostenindex (PKI ) –Kanal- und Leitungsbau
Der Kostenvergleich der möglichen Bauverfahren für die Baugrubenumschliessung
kann aus Tabelle 8 entnommen werden.
Tabelle 8: Kostenvergleich Baugrubenumschliessungen
Kostenbasis
Kosten 1997
Kosten 2004
Kostenindex
100%
112,6%
[Fr./m2]
[Fr./m2]
Rühlwand
1334536,64
1502688,20
Spundwand
1019476,93
1147930,90
Pfahlwand
3242076,10
3650577,60
Schlitzwand
2688420,00
3027160,90
Entscheidungsbegründung
Obwohl für die Spundwand ein sehr schweres Profil gewählt wurde, ist die
Spundwand die kostengünstigste Variante. Es wird daher für den Verbau eine
Spundwand verwendet.
Elementarprozess: Wasserhaltung
Auch ohne anstehendes Grundwasser werden Drainagegräben gezogen und mehrere
Pumpensümpfe eingerichtet, um Niederschlagswasser und allfälliges Sickerwasser
abpumpen zu können. Weitere Anforderungen ergeben sich nicht.
87
2.5.2 Modulprozess: Baugrubenaussteifung
Die Elementarprozesse der Baugrubenaussteifung sind von der Wahl der Aussteifung
abhängig. Aus diesem Grund wird hier keine weitere Unterteilung in
Elementarprozesse vorgenommen (Tabelle 9).
Spriesse
Ankerung
Tabelle 9: Selektionsmatrix Baugrubenaussteifung
Verformung
OK
OK
Zugänglich für
Grossgeräte und
Durchfahrt der
Transportgeräte
X
OK
X
OK
Zusammenfassung/
Beurteilung
Legende:
X
= Ausschluss des Bauverfahrens
OK = Bauverfahren erfüllt Anforderung
Entscheidungsbegründung:
Um den Portalbereich des Tunnels für Grossgeräte zugänglich zu machen, den
Längstransport sicherzustellen und den Aushub nicht zu erschweren, wird die
Baugrube mit Ankern ausgesteift.
2.5.3 Modulprozess Aushub
Der Modulprozess Aushub teilt sich in die Elementarprozesse Lösen, Laden und
Transportieren.
Elementarprozesse: Lösen und Laden
Für die Elementarprozesse Lösen und Laden sind die Geräte nach den
projektspezifischen Anforderungen in Tabelle 10 beurteilt.
Die Elementarprozesse Lösen und Laden werden im Erdbau bei losem oder bindigem
Material von denselben Maschinen durchgeführt. Die Selektionsmatrix (Tabelle 10) ist
daher für das System Lösen –Laden gültig.
88
Scraper
Lösefähigkeit toniger
Lehm
OK
X
(OK)1)
(OK)1)
Lösefähigkeit sandiger
Kies
OK
(OK)2)
OK
OK
Zugänglichkeit
OK
OK
OK
X3)
Profilgenauigkeit
OK
(OK)
(OK)4)
(OK)4)
Zusammenspiel
Transport
OK
OK
OK
OK
Zusammenfassung/
Beurteilung
OK
X
(OK)
X
Bagger
Radlader
Schürfkübelraupe
Tabelle 10: Selektionsmatrix Lösen-Laden
Legende:
X
= Ausschluss des Bauverfahrens
(OK) = Bauverfahren erfüllt Anforderung bedingt
OK = Bauverfahren erfüllt Anforderung
1)
= Entleerung des Kübels durch Verkleben problematisch
2)
= Eindringkraft problematisch (Durchdrehen der Räder)
3)
= Wenden in Baugrube problematisch
4)
= Nachprofilierung im Randbereich mit Radlader erforderlich
Entscheidungsbegründung:
Der Bagger erfüllt alle für den Aushub relevanten Anforderungen ohne
Einschränkung. Bei den anderen Geräten treten deutliche Nachteile auf. Als Löse- und
Ladegerät wird der Bagger gewählt.
89
Elementarprozess: Transport
Für den Elementarprozess Transport sind die Geräte nach den projektspezifischen
Anforderungen in Tabelle 11 beurteilt.
Dumper
Entfernung (4,2 km)
X
X
X
OK
OK
öffentl. Strasse
X
X
X
OK
X
Wenderaum/
Platzbedarf
OK
OK
X
OK
OK
Steigung 12%
OK
OK
(OK)
OK
OK
Zusammenfassung/
Beurteilung
X
X
X
OK
X
Scraper
LKW
Schürfkübelraupe
Radlader
Tabelle 11: Selektionsmatrix Transport
Legende:
X
= Ausschluss des Bauverfahrens
OK = Bauverfahren erfüllt Anforderung
Entscheidungsbegründung:
Der LKW eignet sich in Verbindung mit dem Bagger für den Transport von
Aushubmaterial über öffentliche Strassen. Die Rampensteigung von 12% ist auf einer
trockenen Erdbaustelle mit Allrad - LKW befahrbar.
Als Transportfahrzeuge werden LKW`s gewählt.
90
2.5.4 Projektspezifische baubetriebliche Lösung
In Tabelle 12 sind die selektierten Modul- und Elementarprozesse sowie Gerätearten
und Bauhilfsmittel angegeben, auf der die folgende Leistungsanalyse aufbaut.
Tabelle 12: Zusammenstellung gewählte Prozesse
Hauptprozess
Modulprozesse
Bauhilfmittel
/ Betrieb
Elemtarprozess/
Aktivitäten
Geräte
Baugrubenumschliessung
Spundwand
Rammen/
Vibrieren
Vibrationshammer
Bohren
Voreinschnitt
Baugrubenaussteifung
Aushub
2.6
Ankerung
mit Gurtung
Bagger/ Lkw
Betrieb
Setzen/
Injizieren
Spannen/
Festsetzen
Lafetten- Bohr
und Inketionsgerät
Aushub
Bagger
Transport
LKW
Abkippen auf
Deponie
LKW
Bauablauf
Die Spundwand muss an drei Seiten im Bereich des zukünftigen Tunnelportals ca.
19,00 m tief gerammt werden.
Die Aufgabe der Bauablaufplanung ist einen gestaltende Aufgabe, mit relativ vielen
Freiheitsgraden und einigen wichtigen Interaktionen. So ist die geometrische Wahl der
Aushubtiefe pro Lage sowie die Aushubstreifenbreite von der Grösse d.h. direkt von
der Leistungsfähigkeit des Gerätes im Bezug auf geometrischen Aktionsradius, Reissund Lösekraft in Abhängigkeit des maximal erforderlichen Operationsradiuses und des
maximalen Löffelinhalts abhängig. Damit wird die Leistungssicherheit beeinflusst.
Daher sollte man folgende interaktive Vorgehensweise wählen (Bild 4):
1. Grobe Leistungsermittlung des/der Löse-/ Ladegeräte aufgrund der maximalen
Vorgangsdauer des Modulprozesses Aushub mit den Elementarprozessen
Lösen und Laden.
2. Ermittlung
der
geometrischen
(Geräteoperationsbereich).
Kenngrössen
der
Arbeitsgeräte
3. Möglicher geometrischer Arbeitsablaufplan z.B. Aushubtiefe und Aushubstreifenbreite (Geräteoperationsbereich)
91
Bild 4: Interaktive Bauablaufplanung
92
Modulprozesse
§
Baugrubenumschliessung
§
Baugrubenaussteifung
§
Aushub
}
} parallel
weitgehend
sequentiell
2.6.1 Überschlägige Leistungsermittlung und Ablaufplanung
Leistungsumfang
Spundwand
Länge
L
= 15,15 + (2 x 161,45 m) = 338,05 m
Fläche
A
= L x T = 338,05 m x 19,00 m = 6422,95 m2
V
= 16,10 m x 15,15 m x (30,20 m + ½ 131,25 m) = 23.373,16 m3
Aushub
Volumen
Überschlägige Vorgangsdauer- und Leistungsberechnung
Hauptprozessdauer
TTotal = 7 Wochen
Modulprozess Baustelleneinrichtung
TBE
= 1 Woche___
Hauptarbeitsprozess- und Vorgangsdauer
Total
T AT
= 6 Wochen
Vorgangsdauer Spundwände
Tagesleistung einer Geräteeinheit:
(Annahme ca. 30 min je Doppelbohle (70 cm) + 2 min Umsetzen)
Q 1SP
= 13 m/Tag
2
Q SP
= 250 m2/Tag
Vorgangsdauer Rammen:
oder
TSP
= L/ Q 1SP =
TSP
2
= A/ Q SP
=
338,05m
m
13
Tag
6422,95m 2
m2
250
Tag
= 26 Tage
= 26 Tage
Anzahl der Geräte:
1 Gerät
1
TSP
= 26 Tage
2 Geräte
2
TSP
= 13 Tage
93
≈ 30 AT
3 Geräte
3
TSP
= 9 Tage
Restdauer:
TRest
Total
= T AT
- TSP
1
TRest
= 30 AT –26 AT = 4 AT (unrealistisch)
2
TRest
= 30 AT –13 AT = 17 AT
3
TRest
= 30 AT –9 AT = 21 AT
Elementarprozessdauer (Vorgangsdauer) Aushub:
Variante 1:
2
TRest
2
= T Aushub
17 AT
3
= T Aushub
21 AT
Variante 2:
3
TRest
Vordimensionierung:
LKW
3
LKW: V FSAE
,1 = 7,0 m
Bagger
=
Bagger: V SAE
7
~ 1,5 lm3
4÷5
Leistungsumfang:
Vfest
= 23.373,16 fm3,
Vlose
= 23.373,16 fm3
~ 0,81 (Auflockerungsfaktor)
1
0,81
28.855,75 lm3
Tagesleistung:
Variante 1:
1
QTlose
,d
=
28855,75 lm 3
lm 3
= 1697,40
d
17 AT
1
Qhlose
/d
=
1697,40 lm 3
10 h / AT
n lose1
=
t smittel
, erf
=
169,74 lm 3 / h
3
1,5 m / Spiel
= 169,74
= 114
lm 3
h
Spiele
h
60 min/ h
min
s
= 0,53
~ 32
114 Spiele / h
Spiel
Spiel
94
Variante 2:
2
QTlose
,d
=
28855,75 lm 3
lm 3
= 1374,08
21 AT
d
2
Qhlose
/d
=
1374,08 lm3
10 h / AT
n lose 2
=
t smittel
, erf
=
137,41 lm 3 / h
3
1,5 m / Spiel
60 min/ h
92 Spiele / h
= 137,41
= 92
lm3
h
Spiele
h
= 0,65
min
s
~ 40
Spiel
Spiel
Die Berechnungen und Angaben zu Leistungswerten und Zeiten können aus:
Girmscheid G., Leistungsermittlungshandbuch für Baumaschinen und Bauprozesse,
3. Auflage, vdf, Zürich, 2005
entnommen werden, im Folgenden wird dieses Buch mit LBB bezeichnet/ abgekürzt.
Annahme:
optimale Spielzeit
ts
= 20 s/Spiel
durchschnittliche Spielzeit (über Wochen):
t dmittel
, möglich =
20 s / Spiel
(k 2 × k 3 ×η G )
k2
≈ f1 × f 2 × f 3 × f 4
k2
≈ 0,8 × 1,0 × 0,9 × 0,75
k3
≈ η 1 ×η 2
k3
≈ 0,8 × 0,8
~ 0,7
ηG
≈
~ 0,75
t dmittel
, möglich =
20 s / Spiel
(0,5 × 0,7 × 0,75)
~ 0,5
~ 76
s
Spiel
Daraus folgt:
Durchschnittliche Baggerleistungen
(Elementarprozessdauer und Leistung)
Variante 1:
Elementarprozessdauer Aushub:
2
T Aushub
= 17 AT
Erforderliche Dauerleistung:
1
Qhlose
/ d = 169,74
lm 3
h
95
Erforderliche Spielzeit:
t smittel
, erf
= 32
s
Spiel
Überprüfung der Spielzeit:
t smittel
= 32
, erf
s
Spiel
< t dmittel
, möglich = 76
s
Spiel
Die erforderliche mittlere durchschnittliche Spielzeit t smittel
, erf der Variante 1 ist deutlich
schneller als die mittlere mögliche Spielzeit eines Baggers unter Berücksichtigung der
Langzeit-Leistungsreduktionsfaktoren. Daher müssen mehrere Geräte parallel
eingesetzt werden.
Ermittlung der Anzahl zeitlich parallel arbeitender Bagger/Leitgeräte:
2
T Aushub
= 17 AT
Elementarprozessdauer der Variante 1
Langzeitleistung eines Baggers:
Q Nmöglich
=
,d
1,5 m 3 / Spiel
= 71 lm 3 / h
h
76s ×
3600s
Erforderliche Leistung:
1
Qhlose
/d
= Q Nerf, d ≈ 170 lm 3 / h
Anzahl der Bagger:
n
=
Q Nerf,d
Q Nmöglich
,d
lm 3
h ≅ 3Bagger
=
lm 3
71
h
170
Variante 2:
Elementarprozessdauer Aushub:
3
T Aushub
= 21AT
Erforderliche Dauerleistung:
2
Q hlose
/d
= 137,4
lm 3
h
2
Q hfest
/d
= 111,3
fm 3
h
Erforderliche Spielzeit:
t smittel
, erf
= 40
s
Spiel
Mögliche Spielzeit:
t dmittel
, möglich = 76
s
Spiel
96
Überprüfung der Spielzeit:
t smittel
, erf
= 40
s
Spiel
< t dmittel
, möglich = 76
s
Spiel
Die erforderliche mittlere durchschnittliche Spielzeit t smittel
, erf ist kleiner als die mögliche
durchschnittliche Spielzeit.
è Mehrere parallel arbeitende Geräte/Bagger sind erforderlich.
2
T Aushub
= 21 AT
Elementarprozessdauer Aushub der Variante 2
Langzeitleistung eines Baggers:
Q Nmöglich
=
,d
1,5 m 3 / Spiel
= 71 lm 3 / h
h
76s ×
3600s
Erforderliche Leistung:
2
Qhlose
/d
= Q Nerf, d = 137 lm 3 / h
Anzahl der Bagger:
n
=
QNerf, d
QNmöglich
,d
lm 3
h ≅ 2 Bagger
=
lm 3
71
h
137
97
Geometrische Kenngrössen möglicher Bagger
Geräteoperationsbereich:
Bild 5: Grabkurve Liebherr R 944 B Litronic Masstab 1: 200)
98
Bild 6: Geräteoperationsbereich Liebherr R 944 B Litronic
99
2.49 m
R2
max.
2.4 m
ca. 5.2 m
1
R
3.15 m
Aushubstreifenbreite
5,05 m
2.6.2
Geometrische Ablaufprüfung der Varianten
Variante 1:
Variante 2:
T1Aushub = 17 AT
n
= 3 Bagger
T2Aushub = 21 AT
n
= 2 Bagger
15,15
15,15
Draufsicht
5,05 5,05
5,05 5,05
5,05
1. Bagger
3. Bagger
Problem:
Beladung
nicht
effizient
5,05
2. Bagger
Keine
Erschwernis
beim
Beladen
2. Bagger
1. Bagger
Schnitt
Bild 7: Ablaufüberprüfung der Varianten 1 und 2
Die Variante 1 mit 17 Arbeitstagen (AT) für den Aushub erfordert den Einsatz von 3
Bagger-LKW-Einheiten. Das Bild 7 zeigt jedoch, das die Beladung durch Bagger 2
und Bagger 3 vor Kopf erfolgen muss. Dies ist jedoch auf Grund der Reichweite des
Ladearms sehr arbeitsbehindert, da der Löffel weit ausgeschwenkt werden muss um
die Ladefläche des LKW zu erreichen.
Die Variante 2 mit 21 AT für den Aushub erfordert den Einsatz von 2 Bagger-LKWEinheiten. Die Beladung kann hier optimal seitlich erfolgen. Allerdings sind zum
Ausheben von 2 Lagen 3 Arbeitsphasen notwendig.
Gewählt:
Variante 2
1.
3 Rammgeräte für Spundwände
2.
2 Bagger-LKW-Einheiten für Aushub und Transport
Im Folgenden werden die Arbeitsphasen der Variante 2 untersucht.
100
2.6.3
Geometrische Bauablaufplanung
In Bild 8 sind die 3 Arbeitsphasen für 2 Lagen von je 3,70 m Aushub dargestellt. In
der Arbeitsphase m+1 befinden sich:
§
1. Bagger und 2. Bagger auf Arbeitsebene n-1
§
LKW 1 auf Arbeits- und Fahrebene n-1
§
LKW 2 auf Arbeits- und Fahrebene n
In der Arbeitsphase m+2 befindet sich:
§
der 1. Bagger auf Arbeitsebene n
§
der 2. Bagger auf Arbeitsebene n-1
§
LKW 1 und LKW 2 auf Arbeitsebene n
In der Arbeitsphase m+3 befinden sich:
§
der 1. Bagger und der 2. Bagger auf Arbeitsebene n
§
LKW 1 und LKW 2 auf Arbeitsebene n+1
Die Arbeitsphasen zum Aushub der 5. Lage sind in Bild 9 dargestellt.
Die Ankerung folgt räumlich/geometrisch versetzt, hinter den jeweiligen Baggern auf
den äusseren Aushubstreifen 1 und 3 .
101
Bild 8: Arbeitsphasen zum Aushub von 2 Lagen (Masstab 1: 500)
102
5
5
3.7 m
1
2
3
1
2
3
1. Bagger
1. LKW
1. Bagger
1. LKW
2. Bagger
2. LKW
Bild 9:Arbeitsphasen in der letzten ungeraden Aushublage 5 (Masstab 1: 500)
Nach den geotechnischen und statischen Erfordernissen sind auf den entsprechenden
Aushubebenen die Anker und Gurtungen einzubauen. Zum Bohren des Ankerloches
muss zuerst an der entsprechenden Stelle mit einem Schneidbrenner eine Öffnung in
die Spundwand gebrannt werden.
Nach dem Bohren der Ankerlöcher und Einschieben der Anker werden diese mit
Zementleim verpresst.
Der Einbau der Longarine und das Vorspannen und Prüfen des Ankers erfolgt
nachgängig. Um die Gurtung/ Longarinen montieren zu können, werden Konsolen an
103
die Spundwand geschweisst, auf diese werden die U-Träger der Gurtung/ Longarinen
mit einem Minibagger aufgesetzt. Anschliessend werden die Ankerplatten montiert
und die Anker vorgespannt, da hierfür der Ankermörtel zuerst ca. 12 –24 h abbinden
muss.
Wird der Baugrubenverbau länger als zwei Jahre benötigt, so sind die Anker nach SIA
191 „Boden- und Felsanker“als Daueranker auszubilden und vor dem Festsetzen zu
prüfen.
2.7
Leistungsberechnung der baubetrieblichen Prozesskette
2.7.1 Baugrubenumschliessung
Leistungsumfang:
Spundwandumfang:
L
= (30,20 m + 131,24 m) x 2 + 15,15 m = 338 m
Spundwandrammfläche:
ASpund
= (338 m x 19 m) = 6422 m2
Bohlenlänge:
hSpund
= 19 m
Bild 10: Baugrubenkonzept –Ankerlagen/ Aushub (Masstab 1: 500)
104
Durchschnittliche Leistung einer Rammgeräteeinheit:
Q 1N ,d
= 13 m 3 / d
Q N2 ,d
= 250 m 2 / d
Einsatz von 3 Geräteeinheiten:
Gesamtvorgansdauer:
=
T SP
L
Q1N ,d
×n
=
338 m
≅ 9 Tage
m
13 × 3
d
Beurteilung der Vibrationshammerwahl:
§
§
Technisch baubetriebliche Beurteilung
Sand/Kies:
sehr gut rammbar
Lehm:
gut rammbar
Bodentiefe:
im anstehenden Boden noch gut rammbar
Insgesamt:
Mittelschwer rammbar (siehe Bild 11)
Umweltbeurteilung
Bodenschwingung
-
mittelstark/ akzeptabel für vorhandene Strasse
Lärm
-
relativ hoch, keine Wohnungen und Büros im nahen Umfeld
Hammerauswahl:
Gewicht der Rammbohle:
G1
= 83 kg / m ×19 m = 1577 kg
Gewicht der zweifachen Rammbohle:
G2
= 83 kg / m ×19 m × 2 = 3154 kg
Hammerauswahl siehe Bild 11 und Tabelle 13:
105
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
3200
3400
3600
3800
4000
Fliehkraft
FVZ,erf [kN]
5
10
2.0
15
3.0
4.0
20
m Rammgut [t]
Einbindetiefe l [m]
1.0
5.0
25
6.0
7.0
30
8.0
35
I
10.0
40
II
45
50
9.0
IV
III
11.0
12.0
Legende:
Kurve
Rammbarkeit
IV
III
II
I
leicht
mittelschwer
schwer
sehr schwer
Sand- und
Kieslagerung
locker
mittel
dicht
sehr dicht
Bild 11: Erforderliche Fliehkraft des Vibrohammers
Bild 12: Abmessungen Vibrohammer TÜNKERS
106
bindige und
schluffige Böden
weich
plastisch
hart
sehr hart
Tabelle 13: Technische Daten Vibrationsbären Firma TÜNKERS
Hydraulischer
Vibrationsbär
HVB
160.01
HF
271
1600
0 –2300
Statisches Moment
Fliehkraft
Frequenz
Nm
kN
N
Max. Amplitude
Leistung am Bär
Beschleunigung
Klemmkraft Zange
Zugkraft am
Schwingungsdämpfer
Zugkraft am Mäkler
Dyn. Gewicht
Gesamtgewicht
Leistungsfaktor
mm
kW
xg
kN
kN
HVB
80.01
HF
135.5
800
0–
2300
8.5
233
24.5
900
250
kN
kg
kg
[-]
70
3300
3700
3:1
120
5600
6600
3:1
120
8800
10000
3,1 : 1
120
10000
12000
3,3 : 1
Motorleistung
Pumpenleistung
Druck min.
Drehzahl
Gewicht Aggregat
kW
lpm
bar
/min
kg
244
320
380
1850
~4800
486
748
380
2000
~8500
552
1280
350
1900
~10000
940
1616
350
1800
~10000
Max.
Rammgutgewicht –
Rammen
Max.
Rammgutgewicht –
Ziehen
r = rollige Böden
b = bindige Böden
t
r = 3,5
b = 1,2
r=9
b=5
r = 12
b=9
r = 15
b = 12
t
r = 5,6
b = 3,4
r = 14
b=9
r = 16
b = 12
r = 18
b = 15
Taillenweite
A
B
C
D
mm
mm
mm
mm
mm
360
1810
830
1770
∅ 500 –
∅ 1600
~3900
250
920
440
2320
~930
1650
∅ 500 –
∅ 1600
~3900
350
700
760
3000
1300
2500
∅ 750 –
∅ 2500
~3960
350
700
460
2100
1950
1850
∅ 500 –
∅ 2500
~4500
400
790
E
G
J
mm
mm
mm
HVB
200.01
HVB
260.01
9.8
466
26
1800
500
700
2000
1200 –
1600
16
584
23
2000
1000
920
2600
1200 –
1600
18.6
860
26
2600
1000
Gewicht
= 3154 kg,
Erforderliche Fliehkraft
= 1400 kN
Gerätewahl
TÜNKERS HVB160.01 HF
107
Tabelle 14: Auswahl LIEBHERR Raupenkräne
HS 833 HD Litronic
Max. Traglast bei Ausladung
Motorleistung
Max. Windenzugkraft in 1. Lage
Einsatzgewicht
35 t/ 3 m
125 - 220 kW/170 - 300
80/120 kN
max. 35,7 t
HS 845 HD Litronic
Max. Traglast bei Ausladung
Motorleistung
65,9 t / 3,4 m
240 - 400 kW/327 - 544 PS
(ISO 9249)
120/ 160/ 200 kN
max. 67,4 t
Max. Windenzugkraft in 1. Lage
Einsatzgewicht
HS 855 HD Litronic
Max. Traglast bei Ausladung
Motorleistung
90 t / 3,6 m
400 kW/544 PS
(ISO 9249)
160/200/250 kN
84,4 t
Max. Windenzugkraft in 1. Lage
Einsatzgewicht
HS 875 HD Litronic
Max. Traglast bei Ausladung
Motorleistung
100 t/ 4 m
340 - 448 kW/462 - 609 PS
(ISO 9249)
160/ 200/ 250 kN
max. 96,4 t
Max. Windenzugkraft in 1. Lage
Einsatzgewicht
Berechnung der Windenkraft:
GTotal
= G Bohle + G Hammer + G Hacken
= 3,1 t + 6,6 t +0,5 t
FTotal
= 10,2 t
= GTotal x g
= 10,2 t x 9,81 m/s
< FWinde
2
= 100 kN
< 120 kN
Auf Grund des schweren Hammers und dem Gewicht der Bohle muss die Zugkraft der
Raupenwinde ausreichend dimensioniert sein. Somit wird ein LIEBHERR HS 845 HD
Litronic gewählt. Um ausreichend Zugkraftreserven zu haben, sollte ein Hacken mit
Umlenkung verwendet werden. Es stünden dann eine Zugkraftreserve von:
γ
=
2 × 120 kN
= 2,4
100 kN
zur Verfügung.
Ablaufoptimierung –Spundwandherstellung:
Da aufgrund geräteoperationstechnischer Bedingungsgrössen der Aushub nur mit zwei
Baggern möglich ist, darf die Vorgangsdauer für die Baugrubenumschliessung nur
TSP = 9 Tage dauern, daher müssen 3 Geräteeinheiten eingesetzt werden.
108
Bild 13: Einsatzgeometrie LIEBHERR HS 845 HD Litronic mit 23m Ausleger (Masstab 1: 200)
gewählt:
3 Geräteeinheiten mit je:
1 Trägergerät LIEBHERR HS 845 HD Litronic
1 Rammhammer TÜNKERS HVB160.01 HF
1 Powereinheit
1 Führungsbohlen mit 2 Zangen und Kleinteile
9 Arbeitstage
109
2.7.2 Aushubproduktionskette
2.7.2.1 Leistungsumfang
Der Aushub erfolgt gemäss Bild 14 in 5 Lagen. Die erste Lage wird nur mit einer
Mächtigkeit von 1,30 –1,50 m abgetragen
§
um die 1. Ankerlage mit Longarinen zu setzen
§
um die Oberschicht, die möglicherweise kontaminiert mit Füllmaterial ist, vom
natürlich gewachsenen Boden zu trennen.
Eine so geringe Aushubtiefe ist jedoch bei den eingesetzten Geräten im Allgemeinen
nicht effizient.
Die weiteren 4 Lagen werden mit je 3,70 m Tiefe ausgehoben.
110
16.10
Bild 14: Geometrie der Aushublagen (Masstab 1: 1000)
111
8.70
h3 = 7.40
5.00
h2 = 11.10
1.30
h1 = 14.80
Vorermittlung:
12.40
h4 = 3.70
Ermittlung der Lagenvolumina:
hi
16.10
Aushubvolumina pro Lage:
Lagenstärken/ Aushubtiefen:
h1= 1,30 m ∧ hi
hi = { hi
Baugrubenbreite:
B
= 3,70 m; mit i = 2 –5}
= 15,15 m
Volumen pro Aushublage:
Vifest
= B x hi (Li, 1 + ½ Li, 2)
Vilose = Vifest x
1
αi
Gesamtvolumen:
Toniger Lehm:
2
fest
VLehm
=
∑V
fest
i , Lehm
= V1 fest + V2fest
i =1
Lehm
lose
VLehm
= 0,81
fest
= VLehm
1
α Lehm
Sandiger Kies:
5
Vs fest
.Kies
=
∑V
fest
i ,s .Kies
i =3
s. Kies
Vslose
.Kies
= 0,91
= Vs .fest
Kies
1
α s .Kies
Gesamt:
fest
VTotal
fest
= VLehm
+ Vs fest
.Kies
lose
VTotal
lose
= VLehm
+ Vslose
.Kies
Tabelle 15: Aushubkubaturen
Aushublage
[-]
1
2
Summe Lehm
3
4
5
Summe Kies
Total
hi
xi
Li, 1
Li, 2
hi
[m]
14.80
11.10
[m]
120.65
90.49
[m]
150.85
120.69
[m]
10.60
30.16
[m]
1.30
3.70
7.40
3.70
0.00
60.33
30.16
0.00
90.53
60.36
30.20
30.16
30.16
30.16
VLehm
3.70
3.70
3.70
Vs.Kies
VTotal
112
fest
Vi
3
[fm ]
3075.40
7610.62
10686.02
5919.83
4229.05
2538.26
12687.14
23373.16
lose
[-]
0.81
0.81
0.91
0.91
0.91
Vi
3
[lm ]
3796.78
9395.83
13192.62
6505.31
4647.30
2789.29
13941.91
27134.52
2.7.2.2 Gerätekonzept
Für die Produktionskette Bagger–LKW-Betrieb werden wegen des Strassentransports
Standard –LKW gewählt:
MAN 19.414
Einsatzgewicht (leer/ voll): G Einsatz
Motorleistung:
P
Länge/ Breite
L/ B
Nutzlast:
G Nutz
LKW
Muldeninhalt:
V FSAE
= 7/ 18 t
= 301 kW
= 7 m/ 2,49 m
= ca. 11 t
= ca. 7 - 9 m3
Abstimmung des Ladegeräts Bagger:
Schaufelgrösse:
Bagger
V SAE
≈
LKW
VFSAE
,1
4÷5
=
7 m3
≈ 1,5 m 3
4 ÷5
gewählt:
Bagger LIEBHERR R 944 B Litronic
Einsatzgewicht:
Motorleistung:
Tieflöffel:
= 40 t
= 180 kW
= 1,50 m3
G Einsatz
P
Bagger
V SAE
Tabelle 16: Ladeschaufelkombinationen für LIEBHERR R 944 B Litronic
Schnittbreite nach SAE
Inhalt nach SAE (gehäuft)
mm 700
3
m 0,70
800
0,6
900
0,9
1050
1,1
2.7.2.3 Leistungsberechnung –Variante 2
Variante 2:
Vorgaben:
2
T Aushub
= 21 AT
Q Nlose
,d ,erf =
Q Nfest
,d ,erf =
27134,52 lm 3
h
21 AT × 10
AT
23373,16 lm 3
h
21 AT × 10
AT
= 129,2 lm 3 / h
= 111,3 fm3/h
113
1200
1,3
1350
1,5
1500
1,75
1650
1,95
1650
2,2
1800
2,6
Geräteauswahl:
2 Bagger-LKW Prozessketten (siehe Kap.2.6.1)
Erforderliche Langzeitleistung pro Bagger - LKW Prozesskette:
Q Nerf, B ,d
= 65 lm3/h
pro Bagger - LKW Prozesskette
Q Nerf, B ,d
= 56 fm3/h
pro Bagger - LKW Prozesskette
Kennwerte für Baggereinsatz:
Aushubtiefenfaktor f1:
Tabelle 17: Optimale Wandhöhen
[m3]
Löffelinhalt
Optimale Wandhöhe bei:
Rolligem Material
Schüttfähigem Material
Stark bindigem Material
[m]
[m]
[m]
0.8
1
1.5
2
2.5
3
4
1.9
2.4
2.8
2
2.6
3
2.4
3.2
3.8
2.6
3.5
4.1
2.8
3.8
4.5
3
4.2
5
3.5
4.9
6.2
1.2
Einflussfaktor f1 [-]
1.1
1.0
f1(3,7 m, Lehm)
f1(3,7 m, s. Kies)
0.9
0.8
f1(1,3 m, Lehm)
0.7
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
Verhältnis tatsächlicher Wandhöhe zu optimaler Wandhöhe
Bild 15: Verhältnis tatsächlicher Wandhöhe zu optimaler Wandhöhe
f1 (1,30 m, Lehm):
h1.Lage
h1ideal
,5 m 3 ,bindig
=
1,3 m
≈ 0,4
3,8 m
114
1.6
heff/ hopt [-]
f1 (1,30 m, Lehm) = 0,8
f1 (3,70 m, Lehm):
h
3,7 m
2.Lage
=
≈ 1,0
ideal
3,8 m
h
3
1,5m , bindig
f1 (3,70 m, Lehm) = 1,0
f1 (3,70 m, s. Kies):
h3.−5.Lage
h1ideal
,5 m3 , schütt
=
3,7 m
≈ 1,15
3,2 m
f1 (3,70 m, s. Kies) = 0,98
1.4
Einflussfaktor f2
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0
30
60
90
120
Schwenkwinkel [°]
Bild 16: Einflussfaktor f2 des Schwenkwinkels
Schwenkbereich (Bild 8):
45°
Mittlerer Schwenkbereich:
f2 ( = 90º)
140°
m
~ 90°
1,0
115
150
180
1.1
Einflussfaktor
f3 [-]
Einflussfaktor
f3
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Volumenverhältnis
Bild 17: Entleerungsgenauigkeitsfaktor f3
LKW
V FSAE
,1
=
Bagger
V SAE
7 ,0 m 3
1,5 m 3
≈ 4,7
f3 = 0,93
Tabelle 18: Schneiden-/Zahnzustandsfaktor f4
Schneiden-/Zahnzustandsfaktor
f4 [-]
Neuzustand
1.00
mittlerer Verschleiss
0.90
hoher Verschleiss
0.80
f4 = 0,90
Tabelle 19: Gerätezustandsfaktor f5
Gerätezustandsfaktor
f5 [-]
– 1000 Betriebsstunden
1.00
1000 – 1500 Betriebsstunden
0.93
1500 – 2000 Betriebsstunden
0.85
2000 – 3500 Betriebsstunden
0.75
3500 – 5000 Betriebsstunden
0.65
f5 = 0,75
116
Erste Aushublage (1,30 m) toniger Lehm:
Bagger (LBB):
Q 1,3
N, B, L
= (VSAE/ts) x 3600 x k1 x k2 x k3 x
G
VSAE = 1,5 m3
k1
=
x
k2
= f1 x f2 x f3 x f4 x f5 = 0,80 x 1,00 x 0,93 x 0,90 x 0,75 = 0,51
k3
=
1
= 0,81 x 1,05 = 0,85
x
2
= 0,80 x 0,85 = 0,68
G
= 0,75
tstheo
= 20 s
Q 1,3
N, B, L
= (1,5 m3 /20 s ) x 3600 x 0,85 x 0,51 x 0,68 x 0,75
= 59,69 fm3/h > QNfest,d ,erf = 56 fm3/h
Q 1,3
N, B, L
Nutzleistung Bagger im tonigen Lehm, 1,3 m Abbauhöhe
VSAE
ts
Nenninhalt des Grabgefässes gemäss SAE
Spielzeit
Lösefaktor
Füllfaktor
Bedienungsfaktor
Betriebsbedingungen
Einfluss Grabentiefe bzw. Abbauhöhe
Schwenkwinkeleinflussfaktor
Entleerungsgenauigkeitsfaktor
Schneiden-/Zahnszustandsfaktor
Verfügbarkeits-/Gerätezustandsfaktor
Ladefaktor
Leistungseinflussfaktor
Betriebsbeiwert
Geräteausnutzungsgrad
1
2
f1
f2
f3
f4
f5
k1
k2
k3
G
Totaler Leistungsreduktionskoeffizient:
Bagger
η Total
= k 2 × k 3 ×η G = 0,51 x 0,68 x 0,75 = 0,26
Reale durchschnittliche Spielzeit (Langzeitleistung):
t sN,d =
ts
Bagger
η Total
=
20 s
≈ 76 s ~ 80 s
0,26
LKW (LBB, S. 90 ff.):
QN, LKW = (VFSAE,1/tU) x 60 x k1 x k2 x k3 x
3
VFSAE,1 = 7 m
k1
=
k2
= f3 x f5 = 1,00 x 0,93 = 0,93
k3
=
G
tUtheo
x
1
x
= 0,81 x 1,00 = 0,81
2
= 1,00 x 0,85 = 0,85
= 0,80
= tL + tFv + tE + tFl + tWZ
117
G
tLtheo
= (VFSAE / VSAE -1) x ts/60 = (7/1,5-1)20/60 = 1,2 min
tFv
=
60 × l i ,v
∑ 1000 × v
(setzt sich zusammen aus: l1,v = 100 m in Baugrube
i ,v
mit v1,v = 5km/h, l2,v = 4200 m auf öffentl. Strasse mit v2,v = 50
km/h)
t1,v =
t2,v =
60 ×100
1000 × 5
60 × 4200
1000 × 50
= 1,25 min
= 5,0 min
= 1,25 min + 5,0 min = 6,25 min
tE
= 1,0 min
tFl
= 6,25 min (siehe tFv)
tWZ
= 0,5 min
tUtheo
= 1,2 + 6,25 + 1,0 + 6,25 + 0,5 = 15,2 min
QN, LKW = (7 m3 /15,2 min) x 60 x 0,81 x 0,93 x 0,85 x 0,80 = 14,15 fm3/h
QN, LKW
VFSAE,1
tU
tL
tFv
tE
tFl
tW
tWZ
f3
f5
1
2
k1
k2
k3
G
Nutzleistung
Muldeninhalt des Fahrzeugs gemäss SAE
Umlaufzeit
Beladezeit
Fahrzeit voll
Entladezeit
Fahrzeit leer
Wartezeiten beim Be- und Entladen
Wagenwechselzeit
Lösefaktor
Füllfaktor
Entleerungsgenauigkeitsfaktor
Verfügbarkeits-/Gerätezustandsfaktor
Bedienungsfaktor
Betriebsbedingungen
Ladefaktor
Leistungseinflussfaktor
Betriebsbeiwert
Geräteausnutzungsgrad
(Strassenverkehr)
Totaler Leistungsreduktionskoeffizient:
LKW
η Total
= k 2 × k 3 ×η G = 0,93 x 0,85 x 0,80 = 0,63
Anzahl benötigte LKW
Methode 1: Nutzleistung der Geräte
Anzahl LKW
3
3
n = Q1,3
N, B, L / QN, LKW = 59,69 m /h / 14,15 m /h= 4,21 LKW ~ 4 LKW
Methode 2: zeitliches Arbeitsschema
Bagger muss m Schaufeln pro LKW laden:
118
V FSAE ,1 × α × ϕ LKW
m =
V SAE × α × ϕ B
V FSAE ,1 × ϕ LKW
=
V SAE × ϕ B
7,00 ×1,00
= 4,44
1,50 × 1,05
m =
m ≅5
dafür benötigt der Bagger eine reale durchschnittliche Ladezeit t LN, d (Langzeitleistung):
t LN,d = m × t sN, d
m × tS
) Bagger
k 2 × k 3 ×η G
t LN, d
=(
t LN, d
= 384,5 s ~ 6,4 min
=(
5 × 20
) Bagger
0,51× 0,68 × 0,75
Reale durchschnittliche Umlaufzeit (Langzeitleistung):
tUN, d =
=
t Ltheor
Bagger
η Total
+ (t FV + t E + t FL + tWZ )
1
LKW
η Total
1,2
1
+ (6,25 + 1 + 6,25 + 0,5)
0,26
0,63
tUN, d = 4,62 + 22,2 = 26,8 min
Reale durchschnittliche Ladezeit (Langzeitleistung):
t LN,d = 6,4 min
Anzahl LKW`s per Bagger:
n=
tUN, d
t LN, d
=
26,8 min
= 4,18 LKW `s ~ 4 LKW `s
6,4 min
Q 1,3
N, B, L
Nutzleistung Bagger im tonigen Lehm, 1,3 m Abbauhöhe
QN, LKW
VSAE
VFSAE
Nutzleistung LKW
Nenninhalt des Grabgefässes gemäss SAE
Muldeninhalt des Fahrzeugs gemäss SAE
t LN,d
durchschnittliche Ladezeit (Langzeitdurchschnitt)
tUN,d
durchschnittliche Umlaufzeit (Langzeitdurchschnitt)
Beladezeit des LKW
Spielzeit des Ladegeräts
durchschnittliche Spielzeit (Langzeitdurchschnitt)
Fahrzeit
Entladezeit
Wartezeiten beim Be- und Entladen
Wagenwechselzeit
Anzahl Schaufelfüllungen pro Fahrzeug
Anzahl Fahrzeuge
tL
tS
t sN, d
tF
tE
tW
twz
m
n
119
Lösefaktor
Füllfaktor LKW
Füllfaktor Bagger
Leistungseinflussfaktor
Betriebsbeiwert
Geräteausnutzungsgrad
LKW
B
k2
k3
G
Zweite Aushublage (3,70 m) toniger Lehm
Bagger (LBB):
Q 3,7
N, B, L
= (VSAE/ts) x 3600 x k1 x k2 x k3 x
VSAE
= 1,5 m3
k1
=
k2
= f1 x f2 x f3 x f4 x f5 = 1,00 x 1,00 x 0,93 x 0,90 x 0,75 = 0,63
k3
=
x
1
G
= 0,81 x 1,05 = 0,85
x
2
= 0,80 x 0,85 = 0,68
= 0,75
G
ts
= 20 s
Q 3,7
N, B, L
= (1,5 m3 /20 s ) x 3600 x 0,85 x 0,63 x 0,68 x 0,75
3
= 70,10 fm3/h > QNfest
,d ,erf = 56 fm /h
Q 3,7
N, B, L
Nutzleistung Bagger im tonigen Lehm, 3,7 m Abbauhöhe
VSAE
ts
Nenninhalt des Grabgefässes gemäss SAE
Spielzeit
Lösefaktor
Füllfaktor
Bedienungsfaktor
Betriebsbedingungen
Einfluss Grabentiefe bzw. Abbauhöhe
Schwenkwinkeleinflussfaktor
Entleerungsgenauigkeitsfaktor
Schneiden-/Zahnszustandsfaktor
Verfügbarkeits-/Gerätezustandsfaktor
Ladefaktor
Leistungseinflussfaktor
Betriebsbeiwert
Geräteausnutzungsgrad
1
2
f1
f2
f3
f4
f5
k1
k2
k3
G
Totaler Leistungsreduktionskoeffizient:
Bagger
η Total
= k 2 × k 3 ×η G = 0,63 x 0,68 x 0,75 = 0,32
Reale durchschnittliche Spielzeit (Langzeitleistung):
t sN,d =
ts
Bagger
η Total
=
20 s
≈ 62,3 s
0,32
120
Anzahl benötigte LKW
Methode 1: Nutzleistung der Geräte
Anzahl LKW
n=
Q 3,7
N, B, L
Q N, LKW
=
70,10
= 4,95 LKW ~ 5 LKW
14,15
Methode 2: zeitliches Arbeitsschema
Bagger muss m Schaufeln pro LKW laden:
V FSAE ,1 × α × ϕ LKW
m =
V SAE × α × ϕ B
V FSAE ,1 × ϕ LKW
=
V SAE × ϕ B
7,00 ×1,00
= 4,44
1,50 × 1,05
m =
m ≅5
dafür benötigt der Bagger eine reale durchschnittliche Ladezeit t LN, d (Langzeitleistung):
t LN,d = m × t sN, d
t LN, d
=(
m × tS
) Bagger
k 2 × k 3 ×η G
100
0,32
=
=(
5 × 20
) Bagger
0,63 × 0,68 × 0,75
= 312,5 s ~ 5,21 min
Reale durchschnittliche Umlaufzeit (Langzeitleistung):
tUN, d =
=
t Ltheor
Bagger
η Total
+ (t FV + t E + t FL + tWZ )
1
LKW
η Total
1,2
1
+ (6,25 + 1 + 6,25 + 0,5)
0,32
0,63
tUN, d = 3,75 + 22,2 = 26,0 min
Reale durchschnittliche Ladezeit (Langzeitleistung):
t LN, d = 5,21 min
Anzahl LKWs per Bagger:
n=
tUN, d
t LN, d
=
26,0 min
= 4,99 LKW `s ~ 5 LKW `s
5,21 min
121
3. –5. Aushublage (3,70 m) sandiger Kies
Bagger (LBB):
Q 3,7
N, B, K
= (VSAE/ts) x 3600 x k1 x k2 x k3 x
VSAE
= 1,5 m3
k1
=
k2
= f1 x f2 x f3 x f4 x f5 = 0,98 x 1,00 x 0,93 x 0,90 x 0,75 = 0,62
k3
=
x
1
G
= 0,91 x 1,05 = 0,96
x
2
= 0,8 x 0,85 = 0,68
= 0,75
G
ts
= 20 s
Q 3,7
N, B, K
= (1,5 m3 /20 s) x 3600 x 0,96 x 0,62 x 0,68 x 0,75
= 81,96 fm3/h > QNerf,d = 56 fm3/h
Q 3,7
N, B, K
Nutzleistung Bagger im sandigen Kies, 3,7 m Abbauhöhe
VSAE
ts
Nenninhalt des Grabgefässes gemäss SAE
Spielzeit
Lösefaktor
Füllfaktor
Bedienungsfaktor
Betriebsbedingungen
Einfluss Grabentiefe bzw. Abbauhöhe
Schwenkwinkeleinflussfaktor
Entleerungsgenauigkeitsfaktor
Schneiden-/Zahnszustandsfaktor
Verfügbarkeits-/Gerätezustandsfaktor
Ladefaktor
Leistungseinflussfaktor
Betriebsbeiwert
Geräteausnutzungsgrad
1
2
f1
f2
f3
f4
f5
k1
k2
k3
G
Totaler Leistungsreduktionskoeffizient:
Bagger
η Total
= k 2 × k 3 ×η G = 0,62 x 0,68 x 0,75 = 0,32
Reale durchschnittliche Spielzeit (Langzeitleistung):
t sN,d =
ts
Bagger
η Total
=
20 s
≈ 63,0 s
0,32
122
LKW (LBB, S. 90 ff.):
QN, LKW = (VFSAE,1/tU) x 60 x k1 x k2 x k3 x
G
3
VFSAE,1 = 7,0 m
k1
=
x
k2
= f3 x f5 = 1,00 x 0,93 = 0,93
k3
=
1
= 0,91 x 1,00 = 0,91
x
2
= 1,00 x 0,85 = 0,85
= 0,80
G
tUtheo
= tL + tFv + tE + tFl + tWZ = 15,2 min (siehe tU erste Aushublage)
QN, LKW = (7 m3 /15,2 min) x 60 x 0,91 x 0,93 x 0,85 x 0,8 = 15,90 m3/h
QN, LKW
VFSAE,1
tU
tL
tFv
tE
tFl
tW
tWZ
f3
f5
1
2
k1
k2
k3
G
Nutzleistung
Muldeninhalt des Fahrzeugs gemäss SAE
Umlaufzeit
Beladezeit
Fahrzeit voll
Entladezeit
Fahrzeit leer
Wartezeiten beim Be- und Entladen
Wagenwechselzeit
Lösefaktor
Füllfaktor
Entleerungsgenauigkeitsfaktor
Verfügbarkeits-/Gerätezustandsfaktor
Bedienungsfaktor
Betriebsbedingungen
Ladefaktor
Leistungseinflussfaktor
Betriebsbeiwert
Geräteausnutzungsgrad
Totaler Leistungsreduktionskoeffizient (Lanzeitleistung):
LKW
η Total
= k 2 × k 3 ×η G = 0,93 x 0,85 x 0,80 = 0,63
Anzahl benötigte LKW
Methode 1: Nutzleistung der Geräte
Anzahl LKW
n=
Q 3,7
N, B, K
Q N, LKW
=
79,32
= 4,99 LKW ~ 5 LKW
15,90
123
(Strassenverkehr)
Methode 2: Zeitliches Arbeitsschema
Bagger muss m Schaufeln pro LKW laden:
m
=
=
V FSAE ,1 × α × ϕ LKW
V SAE × α × ϕ B
V FSAE ,1 × ϕ LKW
V SAE × ϕ B
7,00 ×1,00
= 4,44
1,50 × 1,05
m
=
m
≅5
dafür benötigt der Bagger eine reale durchschnittliche die Ladezeit t LN, d (Langzeitleistung):
t LN,d = m × t sN, d
t LN, d = (
m × tS
) Bagger
k 2 × k 3 ×η G
=(
5 × 20
) Bagger
0,62 × 0,68 × 0,75
t LN, d = 312,5 s ~5,21 min
Reale durchschnittliche Umlaufzeit (Langzeitleistung):
tUN, d =
=
t Ltheor
Bagger
η Total
+ (t FV + t E + t FL + tWZ )
1
LKW
η Total
1,2
1
+ (6,25 + 1 + 6,25 + 0,5)
0,31
0,63
tUN, d = 3,75 + 22,2 = 26,0 min
Reale durchschnittliche Ladezeit (Langzeitleistung):
t LN, d = 5,5 min
Anzahl LKW`s per Bagger:
n=
tUN, d
t LN, d
=
26,0 min
= 4,99 LKW `s ~ 5 KW `s
5,21 min
Q 3,7
N, B, K
Nutzleistung Bagger im tonigen Lehm, 1,3 m Abbauhöhe
QN, LKW
VSAE
VFSAE,1
Nutzleistung LKW
Nenninhalt des Grabgefässes gemäss SAE
Muldeninhalt des Fahrzeugs gemäss SAE (Strassenverkehr)
t LN,d
durchschnittliche Ladezeit
(Langzeitdurchschnitt)
tUN,d
tL
tS
t sN, d
tF
tE
tW
durchschnittliche Umlaufzeit
Beladezeit des LKW
Spielzeit des Ladegeräts
durchschnittliche Spielzeit
Fahrzeit
Entladezeit
Wartezeiten beim Be- und Entladen
(Langzeitdurchschnitt)
124
(Langzeitdurchschnitt)
twz
m
n
LKW
B
k2
k3
G
Wagenwechselzeit
Anzahl Schaufelfüllungen pro Fahrzeug
Anzahl Fahrzeuge
Lösefaktor
Füllfaktor LKW
Füllfaktor Bagger
Leistungseinflussfaktor
Betriebsbeiwert
Geräteausnutzungsgrad
Methode 2:
Zusammenfassung Bagger –LKW –Betrieb:
1. Lage:
2 Bagger
- (2 x 4)
= 8 LKW`s
2. Lage:
2 Bagger
- (2 x 5)
= 10 LKW`s
3. –5 Lage:
2 Bagger
- (2 x 5)
= 10 LKW`s
2.7.2.4 Überprüfung der Gesamtleistung
Leitgeräte sind die Löse- und Ladegeräte (Bagger)!
Überprüfung der Gesamtprozessdauer:
3
T Aushub
= 21 AT
Geräteanzahl:
2 Bagger
1. Lage:
Lehm 1,30 m
2. Lage:
3. - 4. Lage:
5. Lage:
LIEBHERR R 944 B Litronic
Q 1N , B , L = 59,69 fm 3 / h
pro Bagger
3
Q 1N,Total
, B , L = 119,38 fm / h
zwei Bagger
Lehm 3,75 m
Q N2 , B , L = 70,10 fm 3 / h
pro Bagger
3
Q N2,,Total
B , L = 140,20 fm / h
zwei Bagger
Kies je 3,75 m
Q N3,,4B , K = 81,96 fm 3 / h
pro Bagger
3
Q N3,,4BTotal
, K = 163,92 fm / h
zwei Bagger
Kies 3,75 m
Q N5 , B, K = 81,96 fm 3 / h
pro Bagger
3
Q N5,Total
, B , K = 163,92 fm / h
zwei Bagger
125
gemäss Bild 9 werden in Lage 5:
§
3
zwei Streifen mit Q N5,Total
, B , L = 163,92 fm / h
§
ein Streifen mit Q N5 , B , L = 81,96 fm 3 / h
gelöst und geladen.
Anmerkung:
2 Streifen parallel mit 2 Baggern
1 Streifen (letzter aufgrund der Platzverhältnisse) nur noch mit einem Bagger
~5
Q N , B, K =
2
1
163,92 + 81,96
3
3
~5
Q N , B, K = 109,28 + 27,32 = 136,60 fm 3 / h
Gesamtzeit:
2
Total
=
T Aushub
∑T
5
i , L , Aushub
+
i =1
∑T
j , K , Aushub
j =3
4
Total
T Aushub
=
V1, fest
Q 1N,Total
,B, L
+
V 2, fest
Q N2,,Total
B, L
+
∑V
j , fest
j =3
Q N3,,4B,Total
,K
+
V5, fest
~ 5,Total
Q N ,B,K
Tabelle 20: Aushubzeit je Lage
Aushublage
[-]
1
2
3
4
5
Total
Volumen
Vi,fest
[fm3]
3075.40
7610.62
5919.83
4229.05
2538.26
23373.16
Anmerkung: Arbeitszeit
Durchschnittsleistung
Aushubzeit
TiAushub
QiN,B,j
3
[fm /h]
119.4
140.2
163.9
163.9
136.6
[h]
[d=AT]
26
54
36
26
19
161
2.6
5.4
3.6
2.6
1.9
16.1
10 h/AT
Total
2
3
T Aushub
= 16,1 AT < T Aushub
= 17 AT < T Aushub
= 21 AT
Gerätekonfiguration:
Die
Ausführung
der
Baumassnahme
ist
nach
den
detaillierten
Leistungsberechnungen mit zwei Spundwandgeräteeinheiten und zwei Bagger –
LKW - Prozessketten möglich.
126
Kontrolle der Leistungsansätze:
Erforderliche durchschnittliche Stundenleistung:
Vorgabe:
2
T Aushub
= 17 AT
= 169,74 lm 3 /h
1
Qhlose
,d
3
< T Aushub
= 21 AT
≡ Q Nerf,d = 169,74
0 ,81× 10686,02 + 0,91×12687,14
≈ 146 fm 3 / h
23373,16
Durchschnittliche effektive Leistung:
5
~
Q N ,d =
~
Q N ,d =
∑V
i , fest
i =1
Total
T Aushub
23373,16
3
= 145,2 fm 3 / h ≈ QTlose
, d , erf ~ 146 fm / h
161
2.7.3 Baugrubenaussteifung- und Ankerprozess
Die Anker werden alle im horizontalem Abstand von d = 4 m angeordnet.
Die Ankerlagen sind identisch mit der jeweiligen Aushublage (Bild 10 und Bild 14).
Anzahl der Anker pro Lage:
Li ,1
B
+1
d
d
Anzahl Anker in Lage i
Länge der freigelegten Seitenwand in Lage i
Ankerabstand (hier 4 m)
Breite der Baugrube (hier 15,15 m)
N A,i = 2 × (
NA,i
Li,1
d
B
+ 1) +
1. Lage:
N A,1 = 2 × (
150,82
15,15
+ 1) +
+1
4
4
= 78 + 5 = 83
2. Lage:
N A, 2 = 2 × (
120,67
15,15
+ 1) +
+1
4
4
= 62 + 5 = 67
3. Lage:
N A,3 = 2 × (
90,51
15,15
+ 1) +
+1
4
4
= 48 + 5 = 53
127
4. Lage:
N A, 4 = 2 × (
60,36
15,15
+ 1) +
+1
4
4
= 32 + 5 = 37
Ablaufplanung des Modulprozesses Baugrubenaussteifung:
Folgende zeitlichen Annahmen liegen für den Ankereinbau zu Grunde:
Tabelle 21: Zeitplanung Ankerarbeiten
Tätigkeit
Elementarprozess Anker setzen
Zeit [min]
Gerät aufstellen/ umsetzen
10
Bohren 3 m/min x 10 m
30
Anker einführen
15
Ziehen Bohrgestänge + Erstverpressung
15
Nachverpressen
15
Summe
85
Elementarprozess Longarineneinbau + Vorspannen
Konsolen anschweissen
30
Einbau Gurtung/ Longarinen (4 bis 8 m)
15
Vorspannen + Prüfen
15
Loch in Spundwand brennen für nächsten Anker
20
Summe
80
Vorgangsdauer pro Ankerlage
Tabelle 22: Zeitplanung Ankerlagen
Ankerlage
Seitenlänge
Breite
B
[m]
1
2
3
4
Li,1
[m]
150.85
120.67
90.51
60.36
15.15
Anzahl der
Anker
Ankersetzzeit
Vorspann- und
Aussteifungszeit
[-]
83
67
53
37
[h]
[h]
1.42
(85 min)
1.33
(80 min)
128
Ankersetzzeit
Ankersetz
Ti
[h]
[AT]
118
12
95
10
75
7
53
5
Tabelle 23: Zeitplanung bei 2 Bagger LKW- und 2 Ankerequipen
2 Bagger-LKW-Equipen
Aushublage
2 Ankerequipen
Aushubzeit
Ankersetzzeit
Ti2,Aushub
[h]
26
54
36
26
19
Summe
1
2
3
4
5
[AT]
3
5
4
3
2
17
Ti2,Ankersetz
[AT]
6
5
4
3
−
17 ÷ 18
[h]
59
48
38
26
−
Vorspann- und
Aussteifungszeit
Ti2,Spann
[h]
55
45
35
25
−
[AT]
6
5
4
2
−
17 ÷ 18
Konklusion:
1. Ankersetzzeit > Vorspann- und Aussteifungszeit
2. Ankersetzzeit sowie Vorspann- und Aussteifungszeit überschreiten die
Aushubzeiten
Lösungsansatz:
1. Aushubzeit sollte die Leitleistung sein!
2. Ankersetzen/ Longarinen verlegen/ Vorspannen sollte auf die Leitleistung
abgestimmt werden (andernfalls warten LKW und Bagger
unproduktive
Zeit, hohe Gerätekosten).
Abstimmung der Baugrubenaussteifungsprozesse auf den Aushubprozess durch
erhöhten Ankerequipeneinsatz:
Equipenanzahl für Ankerarbeiten:
ni =
Ti Ankersetz
Ti Aushub
1. Aushublage:
n1 =
118 h
~5
26 h
2. Aushublage:
n2 =
95 h
~2
54 h
3. Aushublage:
n3 =
75 h
~2
36 h
4. Aushublage:
n4 =
53 h
~2
26 h
Durch die geringen Aushubtiefe in der 1. Aushublage ist
1. der Aushubaufwand gering
2. die grösste Anzahl von Ankern zu setzen
129
In den folgenden Aushub- und Ankerlagen (2 – 4) sind die Leistungen von Aushub
und Ankersetzen gut aufeinander abstimmbar.
Die Anzahl der Equipen zum Parallelisieren von Aushub und Ankersetzen schwankt
sehr. Daher sind zur optimalen Abstimmung und Minimierung von unproduktiven
Zeiten detaillierte Studien erforderlich.
2.8
Optimierung der parallelen Modulprozesse –
Aushub und Baugrubenaussteifung
Um eine Optimierung mit dem Ziel des minimalen Ressourceneinsatzes
(Minimalprinzip) zu erreichen, unter Beachtung der technischen und zeitlichen
Vorgaben, wird der Bauproduktionsablauf in den einzelnen Phasen
§
geometrisch
§
kapazitätsmässig
§
ablauftechnisch
§
zeitlich
untersucht.
Die Optimierung erfolgt durch denklogische Eingrenzung möglicher
Lösungsvarianten. Dazu ist es erforderlich die geometrischen Bauablaufphasen zu
untersuchen, um die Interaktion der verschiedenen Geräte und parallelen Abläufe zu
antizipieren. Darauf aufbauend erfolgt interaktiv zu den geometrischen
Phasenabläufen die Kapazitätsbetrachtung der Prozesse und die anschliessend
ablauftechnische Optimierung der Ressourcen.
2.8.1
Geometrische Untersuchung der Aushub- und Ankerlagen sowie
Phasen
130
B = 15.15 m
5 Anker
2
Phase 3
2
Phase 2
LAushub = 150.82
LAushub = 120.67
B = 15.15 m
5 Anker
2. Aushublage
2. Ankerlage
Bild 18: Aushublagen und Ankerphasen (Masstab 1: 750)
1
Phase 1
Aushub- und Ankerphasen
LAushub = 161.45
LAushub = 150.82
1. Aushublage
1. Ankerlage
ca. 39 Anker pro Wand
Aushub- und Ankerlagen
LAushub = 120.67
LAushub = 90.51
3
Phase 4
131
B = 15.15 m
5 Anker
3. Aushublage
3. Ankerlage
LAushub = 90.51
LAushub = 60.36
4
Phase 6
4
Phase 5
B = 15.15 m
5 Anker
4. Aushublage
4. Ankerlage
LAushub = 60.36
LAushub = 30.20
5
Phase 8
5
Phase 7
B = 15.15 m
5 Anker
5. Aushublage
5. Ankerlage
Keine Ankerrung
ca. 16 Anker pro Wand
ca. 24 Anker pro Wand
ca. 31 Anker pro Wand
2.8.2 Kapazitätsuntersuchung der Modulprozesse
1. Lage Aushub
Ausgangsdaten:
Leistung 2 Bagger:
3
Q1N,Total
, B, L = 119,38 fm / h
Leistung 1 Bagger:
Q1N , B , L = 59,69 fm 3 / h
Arbeitszeit
AZ
h/ b = 1,30 m/ 5,05 m
Aushubebene
Aushubtiefe/ Aushubbreite:
= 10 h/ d
Bild 19: Verhältnis Aushubtiefe 1,3 m/ Aushubbreite 5,05 m (Masstab 1: 200)
Volumen eines Baggers pro Tag:
∆V1,d
=
119,4 fm 3 / h
10h
2
= 597 fm3/d
Aushubstreifenlänge pro Tag je Bagger:
∆V1,d
= ∆b × ∆h × L1Aushub
,d
L1Aushub
=
,d
597 fm 3 / d
= 91 m / d
5,05 m × 1,30 m
1. Lage Aussteifung:
Ausgangsdaten:
Q NAn, dker = 1,42 h/Anker ~ 85 min/Anker
Leistung pro Tag bei 1. Ankergruppe:
AZ
=
L1Anker
,d
= 7 × 4 = 28 m / d je Gruppe
QNAn.dker
=
10 h / d
= 7 Anker/d
1,42 h / An ker
n
132
Maximale Anzahl von Arbeitsgruppen ohne Behinderung der Aushubarbeiten:
m
=
91 m / d
= 3,3
28 m / d
3 Ankergruppen
2. Lage Aushub:
Ausgangsdaten
Leistung 2 Bagger:
3
Q N2,,Total
B, L = 140,2 fm / h
Leistung 1 Bagger:
Q N2 , B, L = 70,1 fm 3 / h
Arbeitszeit
AZ = 10 h/ d
h/ b = 3,70 m/ 5,05 m
Aushubebene
Aushubtiefe/ Aushubbreite:
Bild 20: Verhältnis Aushubtiefe 3,7 m/ Aushubbreite 5,05 m (Masstab 1: 200)
Volumen eines Baggers pro Tag:
∆V2 ,d
= 70,1 fm3 / h × 10h
= 701 fm3/d
Aushubstreifenlänge pro Tag je Bagger:
∆V2 ,d
= ∆b × ∆h × L2Aushub
,d
=
L2Aushub
,d
701 fm3 / d
= 37 ,5 m / d
5,05 m × 3,70 m
133
2. Lage Aussteifung:
siehe vorher 1. Lage Aussteifung:
1 Ankergruppe
L 2An,dker
,1 = 28 m / d
2 Ankergruppen
ker
L An
2, d , 2 = 56 m / d
3 Ankergruppen
ker
L An
2, d ,3 = 84 m / d
3. -5. Lage
Die dritte bis fünfte Lage analog zur zweiten Lage.
Tabelle 24: Modulprozessleistungen
Aushub
Ankerlage
1
2
3
4
5
Lagendicke
h
[m]
1.3
3.7
3.7
3.7
3.7
Aushubleistung
QN,d
[m3/h]
60
70
79
79
66
Li,d
1 Gruppe
Li,d,1
[m/d]
91.0
37.5
42.5
42.5
35.4
Ankerleistung
2 Gruppen 3 Gruppen
Li,d,2
Li,d,3
[m/d]
28
56
84
2.8.3 Ablauftechnische und zeitliche Optimierung der Modulprozesse
Zusammenfassung möglicher Lösungsansätze
Tabelle 25: Aushub- und Anker-/ Aussteifungszeit Lage 1 - 5
Aushubzeit
Ti2,Aushub
Aushublage
1
2
3
4
5
2 Bagger-LKWEquipen
[AT]
2.6
5.4
3.6
2.6
2
Ankersetz-/ Aussteifungszeit
Tij,Ankersetz
j = 1 Equipe
[AT]
12.0
10.0
7.0
5.0
−
j = 2 Equipen j = 3 Equipen
[AT]
[AT]
6.0
4.0
5.0
3.3
3.5
2.3
2.5
1.7
−
−
134
Bild 21: Zeitliche und kapazitätsmässige Optimierungsversuche der Modulprozesse
Anmerkungen:
§
durchgängig 2 Ankergruppen: geht ab Lage 3 bzw. definitiv 4 nicht mehr, weil
dann über 3,70 m Wand frei steht ohne Anker
§
durchgängig 3 Ankergruppen: haben eine zu hohe Leistung und müssen ab
Aushublage 3 warten
135
Bild 22: Optimierter Bauablauf und Gruppeneinsatz
Lösung:
§
1. Lage: 3 Ankergruppen und 3 Vorspann- und Aussteifungsgruppen
§
2 –4 Lage: 2 Ankergruppen und 2 Vorspann- und Aussteifungsgruppen
In Bild 21 wurden die Vorgansdauern der Modulprozesse Baugrubenaussteifung auf
den Leitprozess Aushub abgestimmt. Dazu wurde die Interaktion von
Baugrubenaussteifung mit dem Aushubprozess untersucht in Bezug auf:
§
2 Ankerequipen
§
3 Ankerequipen
Um unproduktive Wartezeiten oder gefährliche Bauzustände zu vermeiden sollten bei
der
§
1. Ankerlage
–3 Ankerequipen
§
2 –4 Ankerlage
–2 Ankerequipen
eingesetzt werden.
136
2.9
Zusammenfassung der Ressourcen
Modulprozess: Baugrubenspundwand
2 Rammprozessgruppen
Inventar:
2 Vibrationshämmer
TÜNKERS HVB160.01 HF
2 Powereinheiten
2 Raupenkräne
LIEBHERR HS 845 HD Litronic
2 Rammzangen und Kleinteile
(Baggerkranmatzratzen)
Mannschaft:
2 Kranfahrer
4 Helfer
Modulprozess: Aushub
2 Bagger –LKW -Prozessketten
Inventar:
2 Bagger
LIEBHERR R 944 B
VSAE
= 1,5 m3
10 LKW`s
MAN 19.414
VFSAE,1
= 7,0 m3
(je 5 LKW per Bagger)
(ausser bei 1. Aushublage min. 8 LKW`s)
Mannschaft:
2 Baggerfahrer
10 LKW –Fahrer
137
Modulprozess: Baugrubenaussteifung
Gruppenanzahl:
3 Baugrubenaussteifungsgruppen für 1. Anker- und Gurtungslage
2 Baugrubenaussteifungsgruppen für 2. –4. Anker- und Gurtungslage
Inventar pro Gruppe:
1 Ankerbohrgeräte KLEMM KR 806-3
1 Litzeneinschubgeräte
1 Mörtelmischer und Mörtelverpresspumpen
1 Elektroschweissgeräte mit Powerpack
1 NO2 –Brenner
1 Minibagger
1 Minidumper (für Materialtransport)
Mannschaft pro Gruppe:
1 Mann Ankerbohrgerät
1 Mann Ankersetzen
2 Mann Vorspannen/ Longarinensetzen
1 Helfer
138
Woche 1
Bild 23: Tabellarischer Bauzeitenplan
Baustelleneinrichtung
Spundwand
1. Lage Aushub
Anker setzen
2. Lage Aushub
Anker setzen
3. Lage Aushub
Anker setzen
4. Lage Aushub
Anker setzen
5. Lage Aushub
Anker setzen
2.10 Bauzeitenplan
Woche 2
Woche 3
139
Woche 4
Woche 5
Woche 6
entf.
Woche 7
Wochenende
Wochenende
Wochenende
Wochenende
Wochenende
Wochenende
Wochenende
2.11 Gerätedatenblätter
Alle Gerätedatenblätter können über Internet bei den Maschinenherstellern
eingesehen werden.
Gerätedaten LIEBHERR HS 845 HD Litronic
140
Datenblatt LIEBHERR R944 B Litronic
141
Klemm KR 806-3 Bohrgerät
Grunddaten:
Gesamtgewicht:
14500
Motorleistung:
133 kW
kg
Abmessungen
Transportmasse:
Höhe
Breite
Länge
Technische Daten:
Fahrwerk
Kettenbreite
Lafette 240/8
Vorschubkraft
Rückzugkraft
Lafette 200 V Zyl.
Vorschubkraft
Rückzugkraft
Lafette 200 V Getr.
Vorschubkraft
Rückzugkraft
400 mm
40 kN
76 kN
45 kN
90 kN
80 kN
80 kN
142
2800 mm
2500 mm
7900 mm
Datenblatt MAN 19.414
Grunddaten:
zulässiges Gesamtgewicht:
Motorleistung:
Fahrgestell-Tragfähigkeit:
zulässiges Zug-Gesamtgewicht:
18 t
301 kW / 410 PS
bis 11.4 t
40 t
Abmessungen:
Gewichte:
Kipper
G1
G2
G5
G6
G7
G8
G9
G10
G11
G12
G13
zulässige Achslast 1. Achse
zulässige Achslast 2. Achse
zulässiges Gesamtgewicht
Fahrgestell-Gewicht mit Fahrerhaus
Fahrgestell-Gewicht vorne
Fahrgestell-Gewicht hinten
Tragfähigkeit / Sattellast
Leergewicht mit Serienaufbau
Nettonutzlast
zulässige Anhängelast
zulässiges Zuggesamtgewicht
FK
kg
7100
11500
18000
6770
4515
2255
11230
8370
9630
22000
40000
143
Kipper
Längen
L1
Radstand
L5
Fz-Überhang vorne
L6
Fz-Überhang hinten
L7
Rahmen-Überhang
L11 Länge über alles
L12 Kuppellänge
L13 Aufbaubeginn
L18 Aufbaulänge Serie
FK
mm
3800
1525
1735
1150
7060
6510
705
4800
Breiten
B1
über Fahrerhaus
B2
über Hinterräder
B3
Breite über alles
B5
Rahmenbreite hinten
B7
Wendekreis Ø in m
2280
2422
2490
762
16.2
Höhen
H1
unbelastet
H2
belastet
H3
unbelastet
H4
belastet
H11 Bodenfreiheit vorne
H12 Bodenfreiheit hinten
H15 unbelastet
H16 belastet
2985
2912
1084
962
274
291
1444
1322

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