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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-
Cartes-fiches
Arten von Injektionen
- Verfüllen von Poren
Abdichten und Verfestigen - Aufsprengen von Klüften, verfüllen
Gezielte Hebungen - Erodieren von Boden, Mischen mit Injektionsmörtel
Bodenbetonsäulen
Name folgender Ausbruchsart
Paramentstollen
Name folgender Ausbruchsart
Vollausbruch
Name folgender Ausbruchsart
Kalottenausbruch
Vortriebsarten im Felsgestein
- SPV, Sprengvortrieb
- Vollausbruch
- Teilausbruch
- TBM, TBM-Vortrieb im Fels
- MUF, Maschienenunterstützter Vortrieb im Fels
- Vollausbruch
- Teilausbruch
Vortriebsarten im Lockergestein
- MUL, Maschienenunterstützter Vortrieb im Lockergestein
- Vollausbruch
- Teilausbruch
- SM, Schildmaschienenvortrieb im Lockergestein
Arbeitsbereiche für Tunnel bei Vortrieben im Fels
L1: Brustbereich (TBM-Vortrieb: Maschienenbereich)
L2: Vortriebsbereich (TBM-Vortrieb: Nachläuferbereich)
L3: Rückwertiger Bereich (TBM-Vortrieb: bis 200 m)
Die Sicherungsklassen (SK) reichen von 1 bis
Einsatzbedingungen für den Vortrieb mittels Teilschnittmaschienen (TSM) im Fels
- Gesteinsfestigkeit (50 - 100 N/mm2)
- Kurze Tunnellänge (< 3 km)
- Tunnel mit Variablem Querschnitt
- Projekte mit schnellem Starttermin
- Erschütterungsarme Tunnelbauten
Art des Schneidekopfes
Links: Querschneidekopf
Rechts: Längsschneidekopf
Vorteil der TSM (Teilschnittmaschiene)
- Erschütterungsarm
- Anpassungsfähig an sich verändernde Querschnitte und Gebirgsverhältnisse
- Zugänglichkeit zur Ortsbrust
- Kontinuierlicher Arbeitszyklus
- Profilgenauer Ausbruch
- Gebirgsschonender Ausbruch
Nachteil der TSM (Teilschnittmaschiene)
- Hoher Verschleiss an Meisseln
- Massnahmen zur entstaubung der Luft
- Langsamer als Sprengvortrieb
- "Verbacken" des Schrämkopfs bei kohäsiven Böden
Abläufe während eines Sprengzyklus
- Bohren
- Laden
- Zünden
- Belüften
- Sichern Ortsbrust
- Abtransport
- ev. Injektion
- ev. Spritzbeton
Unterteilung des Sprengbildes
- Einbruch
- Helfer-, Erweiterungsschüsse
- Kranzsschüsse
- Sohlschüsse
- Paramentschüsse
- Gewölbeschüsse
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?
