Bauverfahren
Bauverfahren, ETHZ, D-BAUG FS 2016
Bauverfahren, ETHZ, D-BAUG FS 2016
Ziele und Massnahmen des gebirgsschonenden Sprengen
Ziele:
Genauere Profilkontur
Minimierung der Spannungen und Auflockerung des Gebirges
Minimierung der Spengerschütterungen
Massnahmen:
Geringere Ladung in den Kranzlöchern
Bohrlochabstand der Kranzlöcher veringern(80-90cm)
Anforderungen an die Dichtigkeit nach SIA 270
Dichtigkeitsklassen:
- 1: vollständig trocken
- 2: Trocken bis leicht feucht (kein tropfendes wasser)
- 3: feucht (örtlich begrenzte Feuchtstellen und einzelne Tropfstellen)
- 4: feucht bis nass
Abdichtungskonzepte nach SIA 270:
Abdichtungskonzept: Gesamtheit aller aufeinander abgestimmten Komponenten welche die Abdich-
tungs- und Entwässerungsfunktion umfassen
Abdichtungskonzept richtet sich nach
- Bauwerksnutzung
- Ökologischen, Klimatischen, hydrogeologischen Bedingungen
Ableitkonzept:
- Drainage des Grund-/Bergwasser
-kein zusätzlicher Wasserdruck
Verdrängerkonzept:
-Wasser wird verdrängt -> geringe Störung des Grundwassers
-auf gesamtes bauwerk anordnen
- Wasserdruck!
Abdichtungssysteme SIA 272:(welches wasser wird abgeleitet?; Entwässerungselemente)
- Wasser aus dem Baugrund
- Oberflächenwasser
- Wasser und andere Flüssigkeiten aus der Nutzung
Entwässerungselemente:
- Flächendrainagen
- Einzeldrainagen
- Sickerpackungen
- Roher, Rinnen
- Schächte
Projektphasengerechte Kostenermittlung
Strategische Planung -> Schätzung des Finanzbedarfs
Vorstudie -> Kostengrobschätzung
Vorprojekt -> Kostenschätzung
Bauprojekt -> Kostenvoranschlag
Auschreibung, Realisierung -> Revidierter Kostenvoranschlag, Schlussabrechnung
Bestandteile Direkte Kosten(fix und variabel)
Fixe Kostenbestandteile
o Abschreibung
o Verzinsung
o Versicherung
o Stationierung
o Zusätzliche Versicherungen und Gebühren
- Variable Kostenbestandteile
o Reparatur und Revisionskosten (RR)
o Energie und Schmiermittel (ES)
o Bedienung und Wartung
Bestandteile Indirekte Kosten
- Lohnnebenkosten (LNK)
- Baustellengemeinkosten: Löhne, Material, Inventar, Fremdleistungen
- Kosten für Aufsicht und Führung (Baubüro, Bauführung, Verbessung, Technische bearbeitung)
Varianten der Kostenzurechnung von Aufsicht und Führung
Variante A: Zurechnung auf Element Lohn(Gebrauch: hoher Lohnanteil)
Variante B: Zurechnung auf Kostenelemente(Gebrauch: falls Lohnanteil nicht massgebend)
Variante C: Zurechnung auf Baustelleneinrichtung
Verfahren Preisänderung(Teuerung)
SIA 121 Objektindexverfahren(OIV): Objektspezifischer Index erstellen, der Veränderung gegenüber Stichtag für jeden Monat abbildet
SIA 122 Gleitpreisformel(GPF): Für bestimmte Periode wird die Abweichung zu Stichtag berechnet
SIA 124 Mengennachweisverfahren(MNV): Jede Abrechnungsperiode und für jede Kostenart wird Menge und die Änderung im Detail ausgewiesen
SIA 123 Poroduktionskosten-Index mit NPK-Kapiteln (PKI-NPK): der PKI weist Kostenindizes für die Baugewerbe verwendeten NPK-Kapitel aus Produktionskosten mit Bausparte: der PKI weist Kostenindizes für verschiedene Bausparten
aus
Instandhaltung Gleise
Schotterreinigung
Schienenwechsel
Schwellenwechsel
Schienenschleifen
Gleisstopfungen
Umbau in Intervallen(Vor- und Nachteile)
Vorteile:
- Kurze Betriebsunterbrüche
- Wenig Fahrgäste betroffen
Nachteile:
- Lange Bauzeiten
- Schlechtere Qualität
- Geringe Wirtschaftlichkeit
- Höhere Lärmbelastung in Ruhezeiten
- Ungünstige Arbeitszeiten
Umbau in Totalsperrung(Vor- und Nachteile)
Vorteile:
- Kurze Bauzeit
- Hohe Qualität
- Gute Wirtschaftlichkeit
Nachteile:
- Lange Betriebsunterbrüche
- Einschränkung für viele Fahrgäste
- Verfügbarkeit von Gleisbaumaschinen bedingt
Gleiserneuerung: Gründe für Fliessbandverfahren oder mehrere Arbeitsschritte
Fliessbandverfahren: Erneuerung mit Umbauzug in einem Arbeitsgang
- Grosse Umbaulängen und einheitliches Querprofil
- Ohne seitliche Angriffsmöglichkeit wie Zufahrten oder parallelen Strassen
- Mit oder ohne Unterbauerneuerung
Erneuerung in mehreren Arbeitsgängen:
- Bei kurzen Umbaulängen (Intervallen)
- Bei längeren Totalsperrungen
- Bei wechselnden Querprofilen (Damm, Einschnitt) - Bei vielen Hindernissen (Brücken, Tunnel)
Aufgaben einer Betonschalung
Formgebung
Lagesicherung (Bauteil und Armierung)
Oberflächenstruktur
Kraftableitung
Arbeitsebene für Einbauarbeiten
Bauteile einer Betonschalung:
- Trennmittel (Schalungsöl – «Ratrenn»)
- Schalhaut
- Trägerlage (Rippli)
- Longarine (Verteilträger, Joch, Stahlgurtung)
- Anker (spannstab), Untersützungssysteme
- Elemente der Lagesicherung (RSK, Verschwertung, Ketten)
- Sicherheitseinrichtung (Gerüst Arbeitsbühne, Leiter)
- Hilfsmittel
Bauteile einer Betonschallung
- Trennmittel (Schalungsöl – «Ratrenn»)
- Schalhaut
- Trägerlage (Rippli)
- Longarine (Verteilträger, Joch, Stahlgurtung)
- Anker (spannstab), Untersützungssysteme
- Elemente der Lagesicherung (RSK, Verschwertung, Ketten)
- Sicherheitseinrichtung (Gerüst Arbeitsbühne, Leiter)
- Hilfsmittel
Materialen Schallhaut
- 3S Platte
- Betonsperrholz
o Sperrholz
o OSB/Spanplatte
o Stabsperrholz
- Vollkunststoff
- Schalbretter
- Bretterplatten
- Strukturschalung
o PS, PVC, PU, Glasfaser
Kräfte und Lasten auf Schalung
- Frischbetondruck
- Eigengewicht Beton und Bewehrung
- Eigengewicht Schalung
- Verkehrslasten
- Zusatzlasten (Wind, Gerüste, Auflasten,…)
Tagesleistung Spundwandherstellung [m2/AT]
100-200
Vorteile Spundwand
- Schneller Bauvortschritt
- Mehrfacheinsatz von Spundbohlen
- Weitgehende Dichtigkeit gegen Wasser
- Nicht im Boden verbleibend
Nachteile Spundwand
- Grösseren Hindernissen (z.b. Findling) kann nicht ausgewichen werden
- Bohlen können aus dem Schloss springen
- Lärmbelastung durch Rammen und Vibration
- Mögliche Beschädigung an benachbarten Gebäuden durch Vibrationsbelastung
- Baugrubentiefe < 25 m
- Setzungen
Übliches Ausfachungsmaterial bei Rühlwänden
- Holzbohlen
- Stahlplatten
- Kanaldielen
- Stahlbetonfertigteile
- Ortbeton
- Spritzbeton
Vorteile Rühlwand
- Gute Anpassung an Hindernisse (z.b. Leitungen)
- In fast allen Böden andwendbar
- Nachträgliche Anpassungen an der Verbauwand möglich
- Bauglieder können wiedergewonnen werden
Nachteile Rühlwand
- Einsatz im Grundwasser problematisch (nicht wasserdicht)
- Nichtbindige Feinkörnige Böden können in die Baugrube laufen -> Setzungen um die Baugrube
Eigenschaften und Anwendungsgebiet des Vibrationsrammens
- Kiese und Sande in runder Form geeignet
- Bindige Böden mit hohem Wassergehalt geeignet
- Kantiges, steifes und bindiges Material ungeeignet
- Leichte Träger und Spundbohlen
Eigenschaften und Anwendungsgebiet Einpressen
- Leicht bindige und locker gelagerte Böden
- Spundbohlen mit geringem Spitzenwiederstand
- Leise und Erschütterungsarm
Rammbarkeit und Arbeitsleistung für verschiedene Bodenarten
- Leichter Kies
- Kies-Sand
- Sandig-Kiesig bis lehmig
- Verkittet, Lehmig-kiesig
Wie wird die Abeichung der Bohlen von der Soll-Lage genannt?
Links: Voreilen
Rechts: Nacheilen
Massnahmen gegen Hydraulischen Grundbruch
- Absenken Grundwassespiegel
- Genügendes Einbinden des Baugrubenabschlusses (z.b. bis in Wasserdichte Schicht)
- Erhöhen des Gewichts des Baugrundbodens (z.b. Jet Groutingsäulen)
- Rückverankerung des Baugrundbodens
Herstellungsprozess einer Schlitzwand im kontinuirlichem Verfahren
Eigenschaften der Stützflüssigkeit Bentonit
- Suspension braucht Zeit zum Quellen
- Suspension ist Thixotrop (Ändert Zustand mit zuhnemender Standzeit
- Suspension "lädt" sich mit der Zeit mit Bodenteilchen auf (Reinigung)
- In der Penetrationszone wirkt nicht der ganze hydrostatische Stützdruck
Unterschiedliche Einsatzgebiete von Pfählen
- Setzungsempfindlicher Baugrund
- Hohe Vertikallasten
- Unregelmässiger Schichtverlauf
- Ungleichmässige Lasteinleitung
- Bauwerke im offenen Wasser
Vorteil von Stahlrammpfählen
- Querschnitt flexibel
- Geringe Masse
- Gut verlängerbar
- Einbau durch Rammen oder vibrieren
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-
Flashcards
Vorteil der Tunnelsicherung durch den Einsatz von Spiessen
- Einbau mit normalem Bohrjumbo
- Einsetzbar in gebrächen Gebirge
- Schnell einbaubar
Nachteil der Tunnelsicherung mit Spiessen
- Kurzer Wirkungsbereich
- Nicht im Lockergestein (geringe Kohäsion) anwendbar
Vorteil des Rohrschirmgewölbes
- Kleine Setzungen
- Verfestigen des umliegenden Gesteins
- Vortrieb unterhalb von Fundamenten möglich
Nachteil des Rohrschirmgewölbes
- Nicht für grosse Einzellasten
- Bohren im "Sägezahn" (Geometrie der Ausbruchsicherung)
- Zeitaufwändig
Tragwirkung des HDI-Schirms
- In Tunnelquerrichtung durch Ausbildung eines Druckgewölbes
Düsenabstand beim Spritzbetonieren
~ 1.5 m - 2 m
Vorteil Ausbruchsicherung durch Spritzbeton
- Auftragen und Verdichtung in einem Arbeitsgang
- Ohne Schalung auch über Kopf
- Hoher Haftverbund mit Untergrund
- Verschiedene Schichtstärken in einem Arbeitsgang
- Beliebige Formgebung
- Frühes Aufbringen auch in Teilbereichen
- Biegeweich im Erhärtungsstadium
- Steif im ausgehärteten Zustand
- Kombinierbar mit Anker, Bewehrung, Stahlbögen
Vorteil des Trockenspritzverfahrens
- Spritzpausen ohne Reinigung
- Kleine Mengen dosierbar
- Geringer Platzbedarf
Nachteil des Trockenspritzverfahrens
- w/z-Wert nicht definiert
- Starke Staubentwicklung
- Relativ geringe Spritzleistung
- Hoher Rückprall
Vorteil Nassspritzverfahren
- Hohe Förderleistung
Vorteil Stahlbogeneinbauten (Tunnelbau)
- Vorfertigung
- Sofortige Tragfähigkeit
- Hohe Duktilität
- Flexible Anpassung des Ausbauwiederstands
- Gleitverbindungen: kontrollierte Deformation, ohne Knicken, Beulen
Nachteil Stahlbogeneinbauten (Tunnelbau)
- Schwere Profile
- Schlecht Handhabbar
- Geringe Flexibilität bei Änderung des Ausbruchquerschnitts
- Bestell- und Lieferzeiten
Mögliche Transportsysteme im Tunnelbau
- Förderbänder
- Gleisgebundener Betrieb
- Dumper, LKW, Farhmischer, Traktoren
- Fahrlader (kleine Tunnellängen)
Einsatzmöglichkeiten von Injektionen
-Unterfangung
-Baugrundverbesserung
-Abdichtung
-Fundamentinstandsetzung
-Baugrubenverbau
-Schirminjektion
Welches sind die 3 Hauptinjektionsverfahren
-Manschettenrohrverfahren
-Soil-Fracturing-Verfahren
-HDI-Verfahren/Jet-Grouting/Soilcrete
Grundprinzip und Einsatz der drei Injektionsverfahren
Injektionsmittel und deren Einsatz in entsprechender Bodenart
-Mörtel und Pasten (Wasser, Zement, Sand)
--> Verfüllung Hohlräume und Spalten, Baugrundverdichtung
-Suspension (Wasser, Zement)
--> Abdichten und Verfestigen von Kies und Sand, Klüften und Spalten im Fels
-Lösungen (Wasser, Wasserglas, Härter, Kunstharz)
--> Abdichten und Verfestigen von Sand- und Feinkiesböden
-Emulsion (Wasser, Bitumen, Emulgatoren, Härter)
--> Abdichten von Feinsandböden
Aufbau Manschettenrohr
HDI Verfahren: Einsatz und Ablauf
- Dichte Baugrubensohle
- Unterfangung
- Stützwände
Soil Fracturing: Einsatz und Ablauf
- Grundsätzlich in Lockergesteinsboden
- Setzungsminimierung bei Tunnelarbeiten
- Rückstellung von Gebäudeschiefstellungen
Drei Grundprinzipien zur Baugrundverbesserung
Verdichtung
Bodenaustausch
Verfestigung
Welche Möglichkeiten zur Baugrundverbesserung durch Verdichtung existieren?
Welche Möglichkeiten zur Baugrundverbesserung durch Bodenaustausch existieren?
Welche Möglichkeiten zur Baugrundverbesserung durch Verfestigung existieren?
Rüttelstopfverfahren: Einsatz und Herstellung
Erhöhung der Tragfähigkeit, Verminderung der Setzungen
--> unter Flachgründungen oder Einzelfundamenten
Gefrierverfahren: Technologie (geschlossener / offener Kreislauf)
Senkkastenbauweise: Vor- und Nachteile
+ keine GW-Absenkung
+ geringe Lärmemission
+ geringe Erschütterung
- ev. Baugrundverbesserung nötig
- Setzungstrichter
- Sondermassnahmen bei Hindernissen
- Absenkgenauigkeit > 5 cm
Offener Senkkasten: Prinzip
-Wände mit Schneiden betonieren (kontinuierlich)
-Ausheben innerhalb des Senkkastens
-Wasserspiegel in Kasten immer knapp oberhalb GWSp halten
-Sohle erstellen
-Wasser abpumpen
Druckluftsenkkasten: Prinzip
-Erstellung des Senkkastens (Wände mit Schneiden, Druckluftkammer unterhalb des Kastens mithilfe eines Erdmodelles --> Hügel aus verdichtetem Boden)
- Aushub des Erdmodelles
-Aushub in der Druckkammer (Druck an GW-Druck anpassen), Abtransport des Aushubmaterials durch Leitungen oder Materialschleusen
-Verfüllen mit Boden (oberhalb Kasten) und Beton (Arbeitskammer)
Vorteile der Muldenkipper bzw. Dumpertransporte im Tunnelbau
- geringe Investitionskosten
- auch ausserhalb des Tunnels einsetzbar (bessere Gesamtnutzung)
- vielseitiger, nicht ortsgebundener Einsatz
- optimale platzierung, geringer Raumbedarf
- gutes Steigvermögen
- keine Spezielen Auf- und Abladeeinrichtung erforderlich
Nachteile der Muldenkipper bzw. Dumpertransporte im Tunnelbau
- Höherer Energie- und Arbeitsaufwand pro Ladetonne
- Abgasbelastung im Tunnel
- Höhere Anforderung an Tunnelsohle (Belastung)
Verschiedene Arten von Tunnelvortriebsmaschienen
- TBM ohne Schild
- Gripper TBM
- Aufweitungs TBM
- TBM mit Schild
- Einfachschild
- Zweifachschild
- Schildmaschienen
- Vollflächiger Abbau
- Teilflächiger Abbau
Bohrzyklus einer Gripper-TBM
Einsatzbedingungen für Schild TBM
- Nachbrüchiges bis gebräches Gebirge
- Gesteinsfestigkeiten
- Druckfestigkeit
> 50MPa für Verspannbarkeit
< 250MPa für Abbaubarkeit
- Druckfestigkeit
- Sicherungskonzept
- Permanenter Tübbingeinbau
- Abdichtung Tübbingfugen (gegen Wassereinbruch)
Vorteil beim Einsatz einer TBM
- Wirtschaftlich bei langen Tunnel (> 2500m)
- Kürzere Bauzeit (gegenüber Spreng- und TSM-vortrieb)
- Keine merkbaren Erschütterungen
- Personaleinsparung (gegenüber Sprengvortrieb)
- Humanere Arbeitsbedingungen (gegenüber Spreng- und TSM-vortrieb)
- Statisch günstige Profilgestaltung
- Kaum Mehrausbruch
- relativ gebirgsschonender Abbau -> längere Stehzeit
Nachteile beim Einsatz einer TBM
- Kreisförmige QS -> mehr ausbruch
- Störzonen für Gripper-TBM problematisch, da kein Schutz der Maschiene
- Bei kleinen Durchmessern ist die Ausbruchssicherung schwer möglich
- Starke Wasserzutritte können zur Verschlammung der Maschiene führen
- Aufweitungen nur nachträglich möglich
- Hohe Investitionskosten
- Bauprozess nur bedingt Adaptionsfähig
Ortsbruststützsysteme bei Schildmaschienen
- Offene Schneidschuhschilde
- Mechanische Stützschilde
- Druckluftschilde
- Hydroschilde
- Erddruckschilde
Einsatzmöglichkeiten des Pressvortriebs
- Fast alle Lockergesteine mit oder ohne GW
- Besonders geeignet: sandig, kiesige, bindige (tonige) Böden
- Findlinge erschweren den Vortrieb
- Hohe Reibungskräfte im Fels nur schwierig reduzierbar
- Grosse Setzungen in Fliessanden und Mooren durch Injektionen zu stabilisieren
