Baubetrieb, 3.Auflage GERMAN

Hermann Bauer Baubetrieb

Hermann Bauer

Baubetrieb 3., vollständig neu bearbeitete Auflage Mit 502 Abbildungen und 59 Tabellen

123

Professor Dr.-Ing. Hermann Bauer Ostenallee 72 59063 Hamm

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ISBN-10 3-540-32113-6 Springer Berlin Heidelberg New York ISBN-13 978-3-540-32113-2 Springer Berlin Heidelberg New York ISBN-10 3-540-56707-0 2. Aufl. (Bd. 1) Springer Berlin Heidelberg New York ISBN-10 3-540-56708-9 2. Aufl. (Bd. 2) Springer Berlin Heidelberg New York

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Katharina Kießling-Herold gewidmet

Vorwort

In der zweiten Auflage des Handbuchs habe ich vor zehn Jahren die Grundlagen rationeller maschineller Bauproduktion dargestellt. Die Produktionsplanung nach dieser Zielprojektion ergibt das vertragliche „Bau-Soll“ für die Errichtung eines Bauvorhabens. Seither hat sich der Baumarkt einschneidend verändert. Eine gegenüber 1995 wesentlich geringere Nachfrage nach Bauleistungen und weitere Einflussfaktoren haben den Wettbewerb um Aufträge verschärft. Dazu fordern Auftraggeber kürzestmögliche Bauzeiten und verwenden häufig Vertragsformen, die den Bauunternehmungen erhebliche Risiken aufbürden. In der vorliegenden dritten Auflage über den „Baubetrieb“ werden deshalb die Grundlagen und Voraussetzungen einer rationellen industriellen Baufertigung unter den aktuellen Rahmenbedingungen dargestellt. Dazu nenne ich die weiterentwickelten Baumaschinen und -geräte, und hier insbesondere die Betonschalungen, die über den Einheitspreisvertrag und die funktionale Leistungsbeschreibung nach der VOB hinausgehenden weiteren Vertragsformen sowie den Einsatz von General- und Nachunternehmern, wie er vor allem im schlüsselfertigen Hochbau üblich ist. Die maßgeblich durch Richterrecht geprägte Abwicklung externer Leistungsstörungen und die Übernahme weiterer, über die Bauproduktion hinausgehender Baudienstleistungen durch Großunternehmungen werden ebenfalls behandelt. Die einzelnen Abschnitte des Buches wurden durch Hinweise auf aktuelle Beispiele, das Literaturverzeichnis um neuere Werke ergänzt. Nach wie vor ist das Buch als Einführung der Studierenden des Bauingenieurwesens und der Architektur in den Bereich der Bauausführung gedacht. Nach meinen Erfahrungen dürfte es darüber hinaus auch bei allen mit Planung, Ausschreibung, Ausführung und Kontrolle von Bauvorhaben befassten Baufachleuten Interesse finden. Gleiches gilt für die Auftraggeber (Bauherren), da sie von den Folgen gestörter Produktion – Bauzeitverlängerung und Mehrkosten – unmittelbar und nachhaltig betroffen sind. Im Übrigen wäre zu wünschen, dass sich auch Juristen (Richter und Anwälte) mit dieser Problematik beschäftigen. Sie sprechen bei Auseinandersetzungen über Ablaufstörungen und deren Folgen, wenn es zu keiner außergerichtlichen Einigung kommt, das letzte Wort. Ich danke dem Springer-Verlag Berlin und hier besonders Herrn Dipl.-Ing. Thomas Lehnert für seine Anregungen, Unterstützung und Geduld. Ganz besonders bedanke ich mich bei Frau Adelhaid Funke und Herrn Dipl.Ing. Karl Funke für das Einarbeiten der zahlreichen Ergänzungen und Aktualisierungen in das Manuskript. Beide haben an der Gestaltung aller drei Auflagen engagiert mitgewirkt und zum Gelingen beigetragen.

VIII

Vorwort

Und – last, but not least – danke ich meiner lieben Frau, Lotte Bauer-Kießling, dafür, dass sie mir die Arbeit an diesem Buch ermöglicht hat. Hamm, im August 2006

Hermann Bauer

Inhaltsverzeichnis

1

Anlass ............................................................................ Literatur zu Kapitel 1 ............................................................

1 5

2

Aufgabe..........................................................................

7

3

Die Projektabwicklung im Bauwesen ................................... 10 3.1

Teilvorgänge bei der Planung und Herstellung eines Bauwerks ...... 10 3.1.1 Schema der Projektabwicklung im Bauwesen ................. 10 3.1.2 Erweiterte Darstellungen über Struktur und Reihenfolge der Teilvorgänge bei der Planung und Ausführung von Bauvorhaben .......................................................... 20 3.2 Die Projektbeteiligten und ihre Aufgaben .............................. 25 3.2.1 Der Bauherr/Auftraggeber/Besteller............................ 26 3.2.2 Planer, Fachingenieure, Gutachter.............................. 27 3.2.3 Unternehmer und Lieferanten ................................... 27 3.3 Projektablauf .............................................................. 28 3.3.1 Organisationsformen............................................. 28 3.3.2 Terminplanung und -überwachung ............................. 32 3.3.3 Projektsteuerung.................................................. 33 3.4 Die vertraglichen Regelungen zwischen den Projektbeteiligten ...... 39 3.4.1 Vorbemerkungen ................................................. 39 3.4.2 Die Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen (VOB) (Einheitspreis- und Pauschalvertrag) ........................... 39 3.4.3 Das AGB-Gesetz (Gesetz zur Regelung des Rechts der Allgemeinen Geschäftsbedingungen, AGBG) ............ 46 3.4.4 Die weiteren Verdingungsordnungen VOL und VOF ........ 47 3.4.5 Der GMP-Vertrag ................................................ 48 3.5 Bauunternehmung und Bauproduktion im Projektablauf .............. 48 3.5.1 Die Bauunternehmung in der Projektorganisation ............ 48 3.5.2 Einflüsse auf die Bauproduktion................................ 49 3.5.3 Besonderheiten der Bauproduktion ............................. 51 3.5.4 Planungsbereiche der Bauunternehmung ...................... 53 3.5.5 Operationsfelder einer Bauunternehmung ..................... 55 3.5.6 Zusammenfassung ............................................... 56 Literatur zu Kapitel 3 ............................................................ 57

X

4

Inhaltsverzeichnis

Definitionen ..................................................................... 57 4.1 Bauverfahren .............................................................. 4.2 Rationelle Fertigung ...................................................... 4.3 Automatisierung von Bauprozessen ..................................... Literatur zu Kapitel 4.............................................................

5

57 58 58 59

Bauverfahren im Erdbau .................................................... 61 5.1

Bauaufgabe, Vorarbeiten, Begriffe ...................................... 61 5.1.1 Die Bauaufgabe................................................... 61 5.1.2 Vorarbeiten ....................................................... 63 5.1.3 Begriffe............................................................ 64 5.2 Teilvorgänge und Teilbetriebe ........................................... 68 5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau ............................................ 69 5.3.1 Teilvorgänge T1 und T2, Lösen und Laden.................... 69 5.3.2 Teilvorgang T3, Transport....................................... 104 5.3.3 Fahr- und Flachbagger (Teilvorgang T1 bis T4)............... 126 5.3.4 Teilvorgang T4, Einbauen des Bodens (Kippe) ............... 146 5.3.5 Teilvorgang T5, Bodenverdichtung............................. 150 5.4 Bau- und produktionstechnische Kriterien rationeller Produktion .... 169 5.4.1 Stand der Produktionstechnik im Erdbau ...................... 169 5.4.2 Voraussetzungen rationeller Produktion ....................... 170 5.4.3 Kenngrößen ....................................................... 172 Literatur zu Kapitel 5............................................................. 175 6

Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau .......................... 171 6.1

6.2 6.3

6.4

Der Baustoff Beton........................................................ 171 6.1.1 Begriffe und Definitionen ....................................... 171 6.1.2 Baubetriebliche Einflussfaktoren auf Betoneigenschaften.... 178 Teilvorgänge und Teilbetriebe im Betonbau............................ 179 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau...................................... 180 6.3.1 Betonherstellung (Teilvorgang T31)............................ 181 6.3.2 Betonverarbeitung (Teilvorgang T32) .......................... 200 6.3.3 Maschinen und Geräte zur Betonförderung .................... 211 6.3.4 Betonförderleistung .............................................. 239 6.3.5 Verdichten von Beton ............................................ 249 6.3.6 Nachbehandlung des Betons .................................... 253 6.3.7 Sonderbetonverfahren............................................ 254 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung .......................... 255 6.4.1 Bedeutung der Schalarbeiten im Stahlbetonbau ............... 255 6.4.2 Umfang der Schalarbeiten (Teilvorgänge) ..................... 256 6.4.3 Aufgabe und konstruktiver Aufbau der Schalung ............. 257 6.4.4 Schalverfahren.................................................... 268 6.4.5 Rüstungen ......................................................... 335

Inhaltsverzeichnis

XI

6.4.6 6.4.7

Bemessung der Schalung und Rüstung......................... 359 Voraussetzungen, Einsatzkriterien und -bereiche rationeller Betonschalung ....................................... 361 6.5 Vorgangsgruppe T2 – Bewehrung ....................................... 376 6.5.1 Aufgabe ........................................................... 376 6.5.2 Teilvorgänge...................................................... 376 6.5.3 Bewehrungselemente für schlaffe Bewehrung ................ 377 6.5.4 Betonstahl-Verbindungen ....................................... 379 6.5.5 Spannglieder zur Vorspannung ................................. 381 6.5.6 Zur Rationalisierung und Qualitätssicherung im Bewehrungsbereich .............................................. 381 6.6 Entwicklungslinien rationeller Produktion im Beton- und Stahlbetonbau ................................................................... 385 6.7 Beispiele ................................................................... 387 Literatur zu Kapitel 6 ............................................................ 388 7

Bauen mit Stahlbetonfertigteilen ......................................... 393 7.1 7.2 7.3

Bedeutung und Aufgabe .................................................. 393 Teilvorgänge im Fertigteilbau............................................ 394 Vorteile und Voraussetzungen der Stahlbetonfertigteilbauweise ..... 399 7.3.1 Fabrikmäßige Fertigung ......................................... 399 7.3.2 Serienfertigung ................................................... 399 7.3.3 Normung durch Kombination ................................... 400 7.3.4 Anwendung der Spannbett-Technik ............................ 400 7.3.5 Werkbeton ........................................................ 400 7.3.6 Differenzierte Formgebung...................................... 401 7.4 Wirtschaftlichkeit im Stahlbetonfertigteilbau .......................... 401 7.5 Fertigungsverfahren....................................................... 402 7.6 Anordnung und Ausrüstung von Fertigteilwerken ..................... 407 7.7 Transport................................................................... 407 7.8 Montage.................................................................... 410 7.9 Fertigungsplanung ........................................................ 420 7.10 Sicherheit im Fertigteilbau ............................................... 423 7.11 Zusammenfassung und Beispiele ........................................ 423 Literatur zu Kapitel 7 ............................................................ 425 8

Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen ........................... 427 8.1 8.2 8.3

Vorbemerkungen .......................................................... 427 Aufgabe und Möglichkeiten.............................................. 427 Bauverfahren .............................................................. 429 8.3.1 Trägerbohlwand .................................................. 429 8.3.2 Spundwände ...................................................... 438 8.3.3 Bohrpfahlwände .................................................. 445 8.3.4 Schlitzwände...................................................... 451

XII

Inhaltsverzeichnis

8.3.5 Rückverankerung von Baugrubenwänden...................... 459 8.3.6 Sonderverfahren .................................................. 463 8.3.7 Kosten von Baugrubensicherungen ............................. 468 8.4 Wasserhaltung ............................................................. 470 8.5 Sicherheitsprobleme....................................................... 478 8.6 Zusammenfassung......................................................... 479 Literatur zu Kapitel 8............................................................. 481 9

Ausbauarbeiten im Hochbau............................................... 485 9.1 Definition und Aufgabe................................................... 485 9.2 Vorgangsgruppen und Teilvorgänge..................................... 488 9.3 Materialfluss und Geräteeinsatz.......................................... 493 9.4 Merkmale und Probleme von Ausbauarbeiten .......................... 498 9.5 Möglichkeiten der Rationalisierung ..................................... 501 9.6 Schlüsselfertigbau ......................................................... 508 9.7 Zusammenfassung......................................................... 516 Literatur zu Kapitel 9............................................................. 517

10 Betriebswirtschaftliche Grundlagen der Bauproduktion........... 521 10.1 Fertigungstechnische Merkmale beim Einsatz von Bauverfahren .... 521 10.2 Produktionsfaktoren im Baubetrieb...................................... 523 10.3 Potential und Kapazität eines Baubetriebes ............................. 524 10.4 Zusammenfassung......................................................... 525 Literatur zu Kapitel 10 ........................................................... 526 11 Ablaufplanung ................................................................. 527 11.1 Abgrenzung zur Produktionsplanung in der stationären Industrie .... 527 11.2 Aufgabe der Ablaufplanung .............................................. 528 11.3 Grundlagen und Randbedingungen ...................................... 533 11.3.1 Grundlagen........................................................ 533 11.3.2 Randbedingungen ................................................ 534 11.4 Planungsschritte ........................................................... 535 11.4.1 Planungstiefe (Grob-, Feinplanung) ............................ 535 11.4.2 Planungsschritte (Schritt 1 bis 9)................................ 536 11.5 Fließfertigung und Taktarbeit ............................................ 565 11.5.1 Fließfertigung in der stationären Industrie ..................... 565 11.5.2 Definitionen....................................................... 566 11.5.3 Unterschiede zwischen der Fertigung in der stationären Industrie und in Baubetrieben ................................... 566 11.5.4 Voraussetzungen für einen Bauablauf in Fließfertigung bzw. Taktarbeit ......................................................... 567 11.5.5 Merkmale eines Bauablaufs in Fließfertigung/Taktarbeit .... 568 11.5.6 Anlaufzeit und Einarbeitungsaufwand.......................... 573

Inhaltsverzeichnis

XIII

11.5.7 Leistungs- und Kapazitätsabstimmung ......................... 578 11.5.8 Vor- und Nachteile eines Bauablaufs in Fließfertigung....... 584 11.5.9 Zusammenfassung ............................................... 591 11.6 Baustelleneinrichtung..................................................... 592 11.6.1 Aufgabe und Kriterien ........................................... 592 11.6.2 Elemente und Platzbedarf ....................................... 593 11.6.3 Räumliche Anordnung........................................... 594 11.6.4 Planungsschritte .................................................. 594 11.6.5 Beispiele .......................................................... 596 11.7 Bereitstellungsplanung ................................................... 599 11.8 Darstellung der Ablaufplanung .......................................... 606 11.8.1 Terminlisten ...................................................... 606 11.8.2 Balkenpläne....................................................... 607 11.8.3 Weg-Zeit-Diagramme ........................................... 610 11.8.4 Netzplantechnik .................................................. 615 11.8.5 Bauphasenplan ................................................... 626 11.8.6 Weitere Darstellungsmöglichkeiten ............................ 629 11.9 Baustellenversorgung (Logistik)......................................... 632 11.10 Bauablauf unter Unsicherheit ............................................ 634 11.10.1 Vorbemerkungen ................................................. 634 11.10.2 Untersuchung von Bauprozessen mittels statistischer Methoden (z.Tl. nach [3.9]) ..................................... 634 11.10.3 Problematik der Erfahrungswerte............................... 634 11.10.4 Möglichkeiten praktischer Anwendung ........................ 636 11.10.5 Zusammenfassung ............................................... 640 Literatur zu Kapitel 11 ........................................................... 640 12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation .................... 643 12.1 Aufgabe .................................................................... 643 12.2 Grundlagen der Baukalkulation.......................................... 644 12.2.1 Leistungsbeschreibung und Vertragsbedingungen ............ 644 12.2.2 Kenntnis der Arbeitsabläufe und Bauverfahren ............... 646 12.2.3 Kalkulationsrelevante Erfahrungswerte ........................ 646 12.3 Kalkulationsverfahren .................................................... 648 12.3.1 Traditionelle Verfahren der Baukalkulation ................... 648 12.3.2 Kostenfunktionen der Bauproduktion .......................... 650 12.4 Die Angebotskalkulation in der Bauunternehmung .................... 651 12.4.1 Schema ............................................................ 651 12.4.2 Kostenarten ....................................................... 652 12.4.3 Ablauf der Kalkulation .......................................... 660 12.4.4 Beispiele .......................................................... 667 12.4.5 Zielkostenplanung (Target-costing) ............................ 668 12.4.6 Zusammenfassung ............................................... 669 12.4.7 Moderne Baukalkulation ........................................ 672 12.5 Risiken in der Bauproduktion ............................................ 676

XIV

Inhaltsverzeichnis

12.5.1 Definition ......................................................... 676 12.5.2 Risikobereiche .................................................... 676 12.5.3 Risiko-Management.............................................. 679 12.5.4 Modernes Risikomanagement – Beispiele ..................... 686 12.6 Nachkalkulation ........................................................... 687 12.6.1 Zweck ............................................................. 687 12.6.2 Umfang einer Nachkalkulation.................................. 689 12.6.3 Unterlagen ........................................................ 689 12.6.4 Gang einer Nachkalkulation ..................................... 693 12.6.5 EDV-Einsatz ...................................................... 694 12.7 Optimierung von Bauabläufen ........................................... 698 12.7.1 Verfahrensoptimierung im Stahlbetonbau...................... 698 12.7.2 Bewertung von Ablauf-Alternativen zur Ermittlung der kostenoptimalen Bauzeit .................................... 704 12.8 Investitionsplanung/Verfahrensvergleich ............................... 706 12.8.1 Vorbemerkung.................................................... 706 12.8.2 Begriff und Arten der Investition ............................... 707 12.8.3 Aufgabe der Investitionsrechnung .............................. 708 12.8.4 Kostenvergleichsrechnung....................................... 708 12.8.5 Ermittlung der kritischen Menge bei Kostenvergleichsrechnungen........................................................ 711 Literatur zu Kapitel 12 ........................................................... 713 13 Ablaufkontrolle und -steuerung/Controlling........................... 715 13.1 Aufgabe .................................................................... 715 13.2 Ablaufkontrolle............................................................ 716 13.2.1 Prinzip ............................................................. 716 13.2.2 Vorgaben (Feinplanung des Arbeitsablaufs) ................... 718 13.3 Ablaufsteuerung ........................................................... 721 13.3.1 Aufgabe ........................................................... 721 13.3.2 Möglichkeiten .................................................... 721 13.3.3 Ablaufsteuerung durch Arbeitsgestaltung ...................... 722 13.4 PC-Einsatz in der Ablaufkontrolle und -steuerung ..................... 723 13.5 Modernes Projekt-Controlling ........................................... 733 13.5.1 Aufgabe ........................................................... 735 13.5.2 Elemente des Bauprojekt-Controlling .......................... 735 13.5.3 Durchführung der Arbeitskalkulation .......................... 736 13.5.4 Fertigungsprozessorientierte Aufgliederung der Arbeitskalkulation ........................................................ 737 13.5.5 Fortschreibung der Arbeitskalkulation auf der Zeitachse der Bauprojekt-Realisation ...................................... 740 13.5.6 Differenzierte Sichtweisen der Arbeitskalkulation ............ 741 13.5.7 Zusammenfassung................................................ 741 Literatur zu Kapitel 13 ........................................................... 742

Inhaltsverzeichnis

XV

14 Allgemeine Problemlösungsmethoden, Prozessmanagement... 743 14.1 6-Stufen-Methode der Systemgestaltung................................ 743 14.2 Problemlösen über vernetztes Denken .................................. 745 14.3 Zusammenfassung zu Abschnitt 14.1 und 14.2......................... 747 14.4 Aufgaben des Prozessmanagements einer Baustelle ................... 747 Literatur zu Kapitel 14 ........................................................... 749 15 Störungen im Bauablauf .................................................... 751 15.1 Vorbemerkungen .......................................................... 751 15.2 Definition gestörter Bauprozesse ........................................ 753 15.2.1 Ablaufschwankungen ............................................ 753 15.2.2 Ablaufstörungen.................................................. 753 15.3 Ursachen von Produktionsstörungen .................................... 755 15.4 Der verzögerte (behinderte) Bauablauf.................................. 757 15.4.1 Definition ......................................................... 757 15.4.2 Möglichkeiten und Grenzen der Anpassung an Behinderungen ................................................... 757 15.4.3 Art und Ursachen der Mehrkosten aus Behinderung/ Verzögerung ...................................................... 759 15.5 Der beschleunigte Bauablauf............................................. 761 15.5.1 Sachverhalt, Möglichkeiten und Grenzen der Anpassung .... 761 15.5.2 Art und Ursachen von Mehrkosten aus Beschleunigung ..... 764 15.6 Sonderfälle................................................................. 764 15.6.1 Wiederholtes Eintreten von Störungen ......................... 765 15.6.2 Einfluss auf nachfolgende Vorgänge ........................... 766 15.6.3 Bauzeitverlängerung durch Planungsverzug................... 767 15.7 Rechtliche Grundlagen zur Beurteilung eines gestörten Bauablaufs . 769 15.7.1 Verlängerung der Ausführungsfrist............................. 769 15.7.2 Ersatz der Mehrkosten ........................................... 770 15.7.3 Konkurrenz der Anspruchsgrundlagen ......................... 772 15.8 Baubetriebliche Grundlagen bei gestörtem Bauablauf .................. 773 15.8.1 Die Berechnung der Bauzeitverlängerung des AN ............ 773 15.8.2 Die Ermittlung der Mehrkosten des AN ....................... 774 15.8.3 Zur Ermittlung von Mehrkosten bei einer Beschleunigung .. 775 15.8.4 Zusammenfassung zu Abschnitt 15.7 und 15.8................ 777 15.9 Kostengliederung störungsbedingter Mehrkosten ...................... 778 15.9.1 Mehrkosten aus Behinderung ................................... 778 15.9.2 Mehrkosten aus Beschleunigung................................ 782 15.9.3 Schadensberechnung............................................. 783 15.10 Leistungsänderungen ..................................................... 786 Literatur zu Kapitel 15 ........................................................... 788 16 Zusammenfassung ........................................................... 789

XVI

Inhaltsverzeichnis

Anhang................................................................................ 791 Sachverzeichnis .................................................................... 863

1 Anlass

Im vergangenen Jahrzehnt hat sich in der Bundesrepublik Deutschland das Umfeld der Bauproduktion einschneidend verändert. Ursachen hierfür waren − − − −

die Wiedervereinigung mit den neuen Bundesländern, die Internationalisierung der europäischen Baumärkte, das Vergabeverhalten der Bauauftraggeber und seit 1995 eine einschneidende Rezession.

In Westdeutschland hat sich durch die Wiedervereinigung der konjunkturelle Aufschwung aus der zweiten Hälfte der 80er Jahre schwächer als erwartet fortgesetzt. In den neuen Bundesländern ging die Bautätigkeit nach 1989 zunächst erheblich zurück. Ab 1991/92 sind dann durch den Transfer von privatem und öffentlichem Investitionskapital aus Westdeutschland extrem hohe Zuwachsraten eingetreten. Seit 1995 ist dagegen das Bauvolumen mit einer Ausnahme in 1999 insgesamt rückläufig, in den ostdeutschen Ländern wesentlich stärker als in Westdeutschland [1.1]. Nach Bild 1.1 beträgt diese Differenz zwischen 1994 und 2001 35 Mrd. Euro bzw. ca. 13 %. Die rückläufige Entwicklung hat sich bis 2005 fortgesetzt. Gegenüber 1994/95 ist bei derzeit 720.000 Beschäftigten die Hälfte der Arbeitsplätze im Bauhauptgewerbe weggefallen [1.3]. 270

264 258

260

252 246

250

247 245 249

241

242

240 229

230 220

219

210

2001

2000

1999

1998

1997

1996

1995

1994

1993

1992

1991

200

Bild 1.1: Bauinvestitionen in Deutschland zu Preisen von 1995 in Mrd. Euro [1.2]

2

1 Anlass

Dazu kam ab 1993 durch die Liberalisierung des europäischen Binnenmarktes ein in diesem Ausmaß bisher nicht bekanntes Auftreten der internationalen Konkurrenz. Offene Grenzen führten durch den Zustrom von Arbeitskräften und Firmen aus Niedriglohnländern der europäischen Union und Osteuropas zur Arbeitslosigkeit deutscher Bauarbeiter. Die Lohnkostenunterschiede zwischen Deutschland und diesen Niedriglohnländern haben die Wettbewerbsposition deutscher Bauunternehmungen erheblich verändert. Die Folge war ein ruinöser Verdrängungswettbewerb und ein Verfall der Baupreise, der bis heute (2005) anhält. Ohne Einsatz von Subunternehmen aus Billiglohnländern kann – zumindest bei arbeitsintensiven Standardbauvorhaben des Hochbaus – die deutsche Bauindustrie heute keine Aufträge mehr erhalten. Deutsche Bauunternehmungen müssen sich auf technisch anspruchsvolle Bauleistungen ausrichten [1.4]. „Das klassische Bauen ist passé. Schlüsselfertiges Bauen, private Konzessionsmodelle, große Infrastrukturprojekte oder Flughafen-Management ... sind in“ [1.5]. Der jahrzehntelang übliche Einheitspreisvertrag mit Leistungsverzeichnis nach der VOB/B wird die Ausnahme; zur Regel tendieren Pauschalverträge in verschiedenen Variationen, die funktionale Ausschreibung und weitere Wettbewerbsformen aus den angelsächsischen Ländern (GMP-Verträge, garantierter maximaler Preis). Dabei werden die Bauunternehmungen schon in die Planungsphase eines Bauvorhabens eingebunden. Ursachen der rückläufigen Baunachfrage waren eine verbesserte Bedarfsdeckung im Wohnungsbau, geringere Investitionen der Wirtschaft wegen verschärfter Auslandskonkurrenz und ein rigoroser Sparkurs der öffentlichen Haushalte, um die „Maastricht-Kriterien“ für die Einführung des „Euro“ zu erfüllen [1.1]. Unter den Strategien zur Bewältigung dieser neuen Wettbewerbssituation stehen die Beschäftigung von Firmen aus europäischen (Billiglohn-)ländern als Nachunternehmer und die weitere Rationalisierung und Produktivitätssteigerung in der Bauausführung (Prozessoptimierung) an erster Stelle. Darunter fällt bei den deutschen Großbauunternehmungen auch der Trend zur weiteren Globalisierung. Ein hoher Auslandsanteil reduziert die Abhängigkeit von der Binnenkonjunktur, birgt jedoch hohe Risiken. Bauen im Ausland ist entweder die Gründung von Niederlassungen oder die Beteiligung an ausländischen Bauunternehmungen. Mit eigenem Potential ausgeführte Auslandsbauten sind die Ausnahme [1.6]. Darüber hinaus konzentrieren sich Bauunternehmungen teils auf Spezialgebiete (Kerngeschäftsfelder) oder entwickeln sich zu Dienstleistern, die von der Projektentwicklung über Planung, Finanzierung, Bau und Betrieb eines Bauvorhabens nahezu alle Aufgaben eines Auftraggebers (Investors) übernehmen. Zum Teil werden dabei die gesamten operativen Arbeiten an Nachunternehmer vergeben. Die Bauunternehmungen verfügen dann über kein eigenes Produktionspotential mehr und beschränken sich auf das Management, die Logistik, das Controlling und die Risikobewältigung [1.7, 1.8]. Mit Ausnahme der Wiedervereinigungsfolgen und der Internationalisierung der europäischen Baumärkte gilt die aufgezeigte Situation auf dem deutschen Baumarkt im Wesentlichen auch für das deutschsprachige Ausland.

1 Anlass

3

In der Schweiz führt der Weg der Bauwirtschaft in das 21. Jahrhundert ebenfalls zur Spezialisierung von Bauunternehmungen und zu neuen Kooperationsformen (die virtuelle Unternehmung). Darüber hinaus werden wie in der BRD weitere Managementaufgaben im Lebenszyklus eines Bauwerks übernommen [1.9, 1.10, 10.6]. In Österreich sind folgende von Deutschland abweichende Entwicklungen und Entwicklungstendenzen erwähnenswert: Durch die Ausgliederung der Bauverwaltungen aus den Gebietskörperschaften und öffentlichen Anstalten in Errichtungsgesellschaften ist eine Desintegration der Bauherrn festzustellen. In einer manches mal übersteigerten Arbeitsteilung nach Bauherrenfunktionen werden für komplexe Projekte komplizierte Projektorganisationen geschaffen, bei denen Koordinierungsaufwand und Effizienzsteigerung nicht mehr im Gleichgewicht stehen. Tendenz: gleichbleibend. Die industriellen Baufirmen unterzogen sich, mehr oder minder freiwillig, einem enormen Konzentrationsprozess. Obwohl noch weit von einem Oligopol entfernt, dürfte, wohl wegen der Kleinheit des österreichischen Marktes, der Wettbewerb um die Jahrtausendwende nicht ganz so scharf wie in Deutschland gewesen sein. Tendenz: steigend (Richtung schärferer Wettbewerb). Das Auslandsengagement der österreichischen Bauindustrie findet vor allem in Osteuropa statt. Die Tatsache, dass es zu einem Großteil dieser Länder noch aus der Habsburgerzeit herüberreichende Beziehungen gibt, und dass Wien von der Lage in Mitteleuropa her einen weit in den Osten hineingeschobenen Brückenkopf darstellt, fördert diese Entwicklung. Tendenz: steigend. Inzwischen baut die Alpine Bau Deutschland als Generalunternehmer die Allianz Arena in München und u. a. ein 5-Sterne-Hotel in Frankfurt/Main [1.12]. Dazu kommt, dass in 2005 der größte Anbieter am deutschen Inlandsmarkt (Walter Bau) verschwand und durch die österreichische Bauholding Strabag (BHS) ersetzt wurde [1.13]. Durch die Eigenschaft Österreichs, zu einem großen Teil mit Gebirge und Hügelland bedeckt zu sein, bilden Hohlraumbauten für Eisenbahnen, Autobahnen und, wenn auch in abnehmenden Maße, für Kraftwerke einen bedeutenden Teil der Bauaktivitäten. Dementsprechend viel wird auch auf diesem Gebiet geforscht und entwickelt. Tendenz: steigend. Last, but not least, ist zu erwähnen, dass Subunternehmer und Arbeitskräfte aus Niedriglohnländern der europäischen Union nach wie vor in Österreich praktisch nicht präsent sind, obwohl Österreich seit 1995 Mitglied der Staatengemeinschaft ist. Tendenz: gleichbleibend [1.11]. Über die Ursachen und Randbedingungen dieser Veränderungen auf dem Baumarkt und die Anpassungsmöglichkeiten der Bauunternehmungen gibt es inzwischen eine umfangreiche Literatur. Zum Überblick verweise ich daraus noch auf die nachstehend erwähnten Veröffentlichungen [1.14 bis 1.22]. Alle diese Veränderungen auf dem Baumarkt ändern jedoch nichts daran, dass unabhängig von der Marktsituation, den Wettbewerbsformen oder dem Vertrag die Bauausführung ein wesentlicher Abschnitt im „Lebenszyklus“ eines Bauwerkes ist. Die Kenntnis der Grundlagen der Bauproduktion gehört deshalb zum Ba-

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1 Anlass

siswissen aller mit der Planung, Vorbereitung und Ausführung von Bauvorhaben befassten Personen. Bauwerke entstehen in Einzelfertigung am gewünschten Standort. Produktionsumfang und Baustoffe sind aus der Planung, die Produktionsbedingungen neben dem anstehenden Baugrund durch Konstruktion, Standortverhältnisse, Vertragsbedingungen und hier besonders durch die verfügbare Bauzeit vorgegeben. Da Baubetriebe die genauen Herstellkosten eines zu errichtenden Bauwerks nicht kennen und Erfahrungen aus ausgeführten, gleichartigen Bauvorhaben aus verschiedenen Gründen (andere Standortbedingungen, Marktsituation, Bauzeit, verfügbares Potential) nur beschränkt übertragbar sind, kann jeder Bieter für die Herstellung eines bestimmten, durch Planung und Ausschreibung definierten Bauwerks oder wesentlicher Teile (Gewerke) nur ein Leistungsversprechen abgeben. Bei der Bauausführung liegt der dispositive und damit finanzielle Spielraum einer Bauunternehmung allein in der Wahl eines auf das Objekt zugeschnittenen Fertigungsverfahrens, im optimalen Einsatz des dafür erforderlichen Potentials an Arbeits-, Führungskräften und Betriebsmitteln bzw. entsprechender Subunternehmer, in der kostengünstigsten Beschaffung der Bau- und Werkstoffe, sowie einer möglichst zutreffenden Abschätzung des zu übernehmenden Risikos. Der Baumarkt besteht aus einzelnen Teilmärkten, den Bauvorhaben. Dabei stehen einem Nachfrager nach Bauleistungen mehrere Anbieter gegenüber, von denen nur der mit dem wirtschaftlichsten – das heißt dem niedrigsten – Angebot den Auftrag erhält. Dieser Wettbewerb um den Auftrag zwingt die Firmen zu ständiger Rationalisierung der Produktion, die nicht nur im Einsatz noch leistungsfähigerer Maschinen als bisher bestehen kann, sondern auch die Anwendung optimaler Planungs- und Bauverfahren im Sinne industrialisierten Bauens sowie angepasster Organisationsformen umfassen muss. Dazu gehören ein professionelles Management, aber auch eindeutige und rechtzeitige Vorgaben des Auftraggebers. Außerdem zwingen knappe Preise die Firmen zu extensiver Vertragsauslegung. D.h. alle unvorhersehbaren, in der Ausschreibung nicht erfassten Aufwendungen als Mehrkostenforderungen an den Verursacher weiterzugeben (soweit dies der Bauvertrag zulässt). Das aus Arbeitskräften verschiedener Qualifikation, Maschinen, Geräten und weiteren Hilfsmitteln rationeller Fertigung sowie erfahrenem Führungspersonal bestehende Potential einer Bauunternehmung verursacht auch bei optimalem, d.h. weitgehend störungsfreiem Einsatz hohe laufende Kosten. Waren 1960 für eine Facharbeiterstunde einschließlich Sozialaufwendungen nur 3,80 DM (↔ 1,94 €) anzusetzen, müssen hierfür in 2002 etwa 62,60 DM (↔ 32,- €) kalkuliert werden. Das ist fast das 17-fache gegenüber 1960. Durch einen weitgehenden Kündigungsschutz ist der personelle Potentialanteil einer Unternehmung außerdem unelastisch gegenüber kurzfristig eintretenden Beschäftigungsschwankungen. Durch gestiegene Ansprüche der Nutzer und hohe Kapitalkosten sind heute immer umfangreicher und komplizierter gewordene Bauvorhaben in immer kürzeren Bauzeiten zu erstellen. Das ist nur mit qualifizierter Mannschaft, leistungsfähigen Maschinen und Geräten nach dem neuesten Stand der Technik, Detailplanung und -steuerung des Arbeitsablaufes und einer angepassten Organisation möglich.

Literatur zu Kapitel 1

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Die Zahl der Angestellten je 100 gewerblicher Arbeitnehmer einer Bauunternehmung ist in Westdeutschland von 1950 bis 1997 von 6 auf 26 angestiegen (in den neuen Bundesländern auf 21), während die Anzahl angestellter Helfer und Hilfsarbeiter, bezogen auf 100 Facharbeiter, von 75 auf 30 zurückgegangen ist. Da inzwischen Großgerät fallweise angemietet werden kann, ist der Gerätebestand eines Baubetriebes in t je Arbeiter keine charakteristische Kenngröße einer Bauunternehmung mehr. Die Arbeit auf den Baustellen und in stationären Betriebsstätten ist durch Einsatz qualifizierter Arbeits- und Führungskräfte mit hoher Maschinen- und Geräteausstattung gekennzeichnet. Diese können ihre Kosten jedoch nur erwirtschaften, wenn sie weitgehend ungestört produzieren können. Nur so kann ein Baubetrieb seine Möglichkeiten und Erfahrungen in rationeller Fertigung ausspielen. Die Merkmale und Voraussetzungen einer unter den vorgenannten Bedingungen wirtschaftlich optimalen Bauproduktion sind bekannt (bspw. Taktarbeit), die Bauunternehmung kann sie allein jedoch nicht realisieren. Das liegt bisher häufig daran, dass im Bauwesen im Gegensatz zu anderen Industriezweigen Planung, Konstruktion und Bauausführung nicht in einer Hand liegen. Daraus resultiert der Trend zu anderen Realisierungsformen von Bauvorhaben.

Literatur zu Kapitel 1 1.1 1.2 1.3 1.4

1.5 1.6

1.7

1.8 1.9

Knechtel, E., Auf Dialog gebaut, 50 Jahre Hauptverband der Deutschen Bauindustrie 1948 – 1998, Wiesbaden, Berlin, Bauverlag 1998 (S.129 ff) Weitz, H., Bauinvestitionen 1991 bis 2001, Baumarkt + Bauwirtschaft (B + B) 3/2002, S.16 Talfahrt auf dem Bau geht weiter, Tag der Deutschen Bauindustrie in Berlin, B + B 7-8/2005, S. 4 Walter, Ralf, Die Entwicklung der Deutschen Bauwirtschaft von 1936 bis 1996, in „Die Deutsche Bauindustrie auf dem Weg ins Jahr 2000“, Festschrift zum 60. Geburtstag von Prof. Dr. h.c. Ignaz Walter, 1996 (S.5 ff) Linden, M., Die Konsolidierung geht weiter, Bauwirtschaft (BW) 53/1999, Heft 6, S.11 Bauen im Ausland: Chancen-Risiken-Erfahrungen; Tagung Dresden, 8./9.Okt.1997, VDI-Gesellschaft Bautechnik Düsseldorf, VDI Verlag 1997 (VDI-Berichte, 1347) Keitel, H.-P., Dr.-Ingenieur Homo faber oder Homo politicus?, Festvortrag an der TU Berlin am 15.10.1999 (Festveranstaltung „100 Jahre Promotionsrecht – 200 Jahre Bauakademie“), Hochtief Unternehmenszentrale Vorstand (Sonderdruck) Högner, H., „Wenn Mietgarantien gegeben werden, müssen sie realistisch sein“, (Bauunternehmen Karl Munte, Die Welt, 25.03.00, S. IM 12) Girmscheid, G., Die EU- und die Schweizer Bauwirtschaft auf dem Weg ins 21. Jahrhundert, Schäubli Verlag Zürich, 1997 (ETH Zürich)

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1 Anlass

1.10 Schalcher, H.R., Trends im Baumanagement, Ganzheitliches Management von Bauwerken muss den ganzen Lebenszyklus umfassen, Management Nr. 6, 1999 (ETH Zürich) 1.11 Oberndorfer, W., Skriptum Bauwirtschaft, Eigenverlag des Instituts für Baubetrieb und Bauwirtschaft an der TU Wien, SS 2002 1.12 Alpine Bau baut 5-Sterne-Hotel, B + B 5/2005, S. 6 1.13 Linden, M., Teil 2 Bilanzen: Umfangreiche Umgruppierungen nach der Pleite von Walter Bau, B + B 9/2005, S. 16 1.14 Main, K., Karnani, F., Strukturwandel als unternehmerische Herausforderung, BW 53/1999, H.11 1.15 Knipper, M., Deutsche Baubranche – Wie geht es weiter?, Ruhrwirtschaft 6/2000, S.23 1.16 Mängel, S., Evolutionen im Baubetrieb, Festschrift 50 Jahre Lehrstuhl für Baumaschinen und Baubetrieb an der RWTH Aachen, S.285 (Hrsg. J. Dornbusch), Shaker Verlag Aachen, 2000 1.17 Girmscheid, G., Systemanbieterkonzept als Ausweg aus dem Preiswettbewerb, B + B 11/2001, S.31 1.18 BWI-Bau, Düsseldorf, Den Strukturwandel konzentriert, innovativ und kundenorientiert bewältigen, B + B 1/2002, S.41 1.19 Kehlenbach, F., Die deutsche Bauindustrie nutzt ihre Chancen im Ausland, B + B 12/2002, S.12 1.20 Heilfort, Th., Strich, A., Neue Chancen mit alternativen Geschäftsmodellen, B + B 12/2003, S. 14 1.21 Deutscher Bautechnik-Tag 2005, Interview mit Dr.-Ing. Klaus-Dieter Ehlers, B + B 4/2005, S. 14 1.22 Pekrul, St., Seefehlt, M., Zukunftsstrategien der Bauindustrie, B + B 4/2005, S. 16

2 Aufgabe

Bis heute kommt es aus den in Kap.1 genannten Gründen immer noch zu Störungen im Bauablauf mit der Folge von Bauzeitverlängerungen und Schadensersatzforderungen der betroffenen Firmen oder verwirkten Vertragsstrafen. Es erscheint deshalb nach wie vor geboten, − die Merkmale und Voraussetzungen einer wirtschaftlich optimalen Fertigung im Hoch- und Ingenieurbau und − den Einfluss von Störungen (Stillständen, Behinderungen und Beschleunigungen) auf einen derart organisierten Bauablauf – in der juristischen Literatur werden sie als Leistungsstörungen bezeichnet – im Zusammenhang aufzuzeigen. Die vorliegende Darstellung der Verfahren und Zusammenhänge rationeller Bauproduktion soll Studierende des Bauwesens in dieses in der Literatur bisher nur punktuell behandelte Gebiet des Bauens einführen. Dazu werden zunächst der Ablauf eines Bauprojekts, die am Bauen Beteiligten, ihre Organisationsstrukturen und deren vertragliche Regelungen erläutert. Anschließend wird der Potentialeinsatz in Baubetrieben im Sinne industrieller Fertigung aufgezeigt. Wegen der großen Bandbreite des Bauwesens ist dies nur beispielhaft möglich. Ich habe hierfür die am häufigsten vorkommenden Teilbereiche gewählt (den Erd-, Beton- und Stahlbetonbau, das Bauen mit Stahlbetonfertigteilen, den Spezialtiefbau und – im Überblick – die Ausbauarbeiten im Hochbau). Diese Darstellung der wichtigsten Bauverfahren schließt mit einem kurzen Abschnitt über die betriebswirtschaftlichen Grundlagen der Bauproduktion aus der Sicht der Bauausführung ab. In den weiteren Abschnitten werden die Ablaufplanung, d.h. der zeitliche Einsatz des Potentials einer Unternehmung, dessen Kosten (Kalkulation), die Ablaufkontrolle und -steuerung (Controlling), Qualitäts- und Sicherheitsfragen sowie Ursachen und Folgen von Produktionsstörungen erläutert, wobei ich kurz auf die aktuelle Rechtsprechung zu diesem Thema eingehe. Insgesamt verfolgt die vorliegende Arbeit das Ziel, durch systematische Darstellung der Grundlagen und Voraussetzungen rationeller Produktion bei allen am Bauen Beteiligten Verständnis für die Bedingungen einer wirtschaftlich optimalen Fertigung zu wecken und damit zu einer weiteren, sinnvollen Rationalisierung von Bauproduktionsprozessen beizutragen. Wer im Rahmen einer Bauablauforganisation Aufgaben des Bauprozessmanagements – früher als Bauleitung bezeichnet – übernehmen will, soll wissen, was in der Praxis auf ihn zukommt.

3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

Bevor die in der Bauproduktion angewendeten Verfahren beschrieben werden und auf Dauer und Kosten des dafür erforderlichen Potentialeinsatzes eingegangen wird, sollen der Ablauf eines Bauvorhabens, die Projektbeteiligten, ihre Organisationsstrukturen und die Regelung ihrer gegenseitigen Beziehungen dargestellt werden. Sie bilden das engere Umfeld und die Rahmenbedingungen der Bauproduktion. Ein Überblick über die Funktion der Bauunternehmung im Projektablauf und ihre Operationsfelder schließen diese Einführung ab.

3.1 Teilvorgänge bei der Planung und Herstellung eines Bauwerks 3.1.1 Schema der Projektabwicklung im Bauwesen Von der Idee, dem Bauentschluss eines Bauherrn (Bauträgers, Investors, einer Behörde), bis zur übergabereifen Fertigstellung eines Bauwerks lassen sich in erster Näherung, bei grober Gliederung der Planung und Ausführung, 19 Teilvorgänge unterscheiden (Bild 3.1). Dies sind: − zunächst die Idee oder Konzeption des Bauherrn (z.B. für Hochbauten wie Wohn- und Bürogebäude, Kaufhäuser, Schulen, Hotels, Kliniken oder Ingenieurbauwerke wie Abwasserkanäle, Kläranlagen, Straßen, Brücken, Kraftwerke, Flughäfen und Bahnanlagen). Für alle diese Bauwerke stellt die Bauabsicht den Startvorgang in der Ablaufkette der einzelnen Teilvorgänge dar /1/, − die Definition der Bauaufgabe und das Aufstellen des Raumprogramms /2/ einschließlich erforderlicher Standortanalysen oder Bestandsaufnahmen /3/, − die Vorplanung /4/5/ einschließlich Kostenschätzung /6/ und Finanzierungsplan /7/. Hierfür werden je nach Bauvorhaben – Hoch- oder Ingenieurbau – Architekten oder Bauingenieure /4/ beauftragt, die von Fachingenieuren /5/, bspw. für Tragwerksplanung, Gebäudetechnik, Fassade usw. unterstützt werden. Diese Fachingenieure werden häufig auf Vorschlag des Planers vom Bauherrn zugezogen, soweit kein Generalplaner beauftragt wird (s. 3.3.1). Bei größeren Hochbauvorhaben wird das zur Ausführung vorgesehene Vorprojekt durch einen Planungswettbewerb aus mehreren Entwürfen ausgewählt. Öffentliche Auftraggeber verlangen für ihre Finanzplanung dafür bereits relativ genaue Kostenermittlungen (bspw. die Haushaltsunterlage BAU).

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

Bild 3.1: Teilvorgänge bei der Realisierung eines Bauvorhabens (Teil 1)

Die Vorplanungen werden in der Regel im Maßstab 1:200 dargestellt. Voraussetzung für die Vorplanung sind Grundstück und genehmigter Bebauungsplan (Satzung) und damit Planungssicherheit. Die Verfahrensweise für das Aufstellen und die Genehmigung eines Bebauungsplanes im Rahmen der Bauleitplanung ist im Bundesbaugesetz bzw. in den Länderbauordnungen geregelt [3.1]; die Ablaufschritte sind in [3.2] dargestellt. Bei Großbauvorhaben der „öffentlichen Hand“, bspw. Infrastrukturprojekte wie Straßen- und Autobahnabschnitte, U-Bahnlinien, Schnellbahnstrecken, tritt an die Stelle des Bebauungsplanes das Planfeststellungsverfahren [3.1, 3.2]. Der Ablauf dieses Verfahrens geht aus Bild 3.2 hervor. Um große Infrastrukturprojekte relativ kurzfristig zu realisieren wurde 1991 durch das Verkehrswegeplanungsbeschleunigungsgesetz das zweistufige Planfeststellungsverfahren vereinfacht. Damit war es möglich, die Planungsfristen derarti-

3.1 Teilvorgänge bei der Planung und Herstellung eines Bauwerks

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Bild 3.1: Teilvorgänge bei der Realisierung eines Bauvorhabens (Teil 2)

ger Projekte erheblich zu verkürzen (bspw. Planfeststellung innerhalb von 10,5 Monaten [1.16]. Auf den Vorentwurf folgt − der eigentliche Entwurf /8/. Er entsteht aus der ausgewählten Variante der Vorstudien (Vorplanung) und umfasst Entwurfs− und Genehmigungspläne im Maßstab 1:100; soweit notwendig Detailpläne in größerem Maßstab (1:50, 20, 10, ..), eine Baubeschreibung, die geprüfte Tragkonstruktion (Statische Berechnung), Entwässerungspläne und eine Kostenberechnung. Der Entwurf wird, je nach Art des Bauvorhabens, ebenfalls durch Architekten und/oder Bauingenieure sowie die schon genannten Fachingenieure /9/10/ ausge-

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

Bild 3.2: Planfeststellungsverfahren [3.2]

arbeitet und umfasst neben Funktionsplanung und Gestaltung die Tragkonstruktion, die Fassade, die technischen Einrichtungen (Heizung, Lüftung, Elektroinstallation, Medienver- und -entsorgung, Förderanlagen, Maschinenaggregate), die bauphysikalischen und die Brandschutzmaßnahmen. Zum Entwurf gehört der Standsicherheitsnachweis des Bauwerks (statische Berechnung) und dessen Prüfung durch einen besonderen Prüfingenieur /10/. Bei der späteren Ausführung prüft dieser die Bewehrungspläne, nimmt vor Ort die Bewehrung ab und gibt damit jeden Bauteil zum Betonieren frei. Um das Baugenehmigungsverfahren nicht zu verzögern, sind schon während der Entwurfsarbeiten eine Reihe von Abstimmungen mit den Genehmigungsbehörden vorzunehmen (Voranfragen).

3.1 Teilvorgänge bei der Planung und Herstellung eines Bauwerks

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Die Merkmale genehmigungsbedürftiger Bauvorhaben, wobei sich die Genehmigungspflicht auf das Errichten, Ändern, Nutzungsänderungen und den Abbruch bezieht, sind in den Länderbauordnungen festgelegt. Einfache Bauvorhaben geringen Umfangs sind genehmigungsfrei oder fallen unter ein vereinfachtes Genehmigungsverfahren [3.3]. Zwischen der Baueingabe und dem Erteilen der Baugenehmigung durch die Bauaufsichtsbehörde /11/ (Verfahrensschritte siehe Bild 3.3) sollten folgende weitere Vorgänge ablaufen: − der Beginn der Ausführungsplanung (Werkpläne M = 1 : 50 und größer, Aussparungspläne /12/), − das Ausarbeiten der Schalpläne sowie das Aufstellen und Prüfen der Bewehrungspläne /13/, − das Ausarbeiten der Ausschreibungsunterlagen /14/. Hierbei sind nach der Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen (VOB), Teil A, 2 Varianten zu unterscheiden, − die herkömmliche Leistungsbeschreibung mit Leistungsverzeichnis und − die zunehmend angewandte Leistungsbeschreibung mit Leistungsprogramm (funktionale Leistungsbeschreibung) [3.4]. Zur Leistungsbeschreibung mit Leistungsverzeichnis (LV) gehören eine Gliederung und Beschreibung der einzelnen Teilbauleistungen (Positionen), die Mengenermittlung, die besonderen technischen Vorschriften (allgemeine technische Vorschriften = DIN-Normen) und alle weiteren, zusätzlichen und besonderen Vertragsbedingungen. In der Bundesrepublik werden diese für eine sorgfältige Kalkulation erforderlichen Unterlagen, die Vertragsbestandteil werden, durch die vom Bauherrn mit der Vorbereitung der Vergabe bzw. der Bau- (Objekt-)überwachung beauftragten Architekten oder Bauingenieure und die Fachingenieure aufgestellt. Behörden und größere Industriebetriebe haben dafür zum Teil eigene Bauabteilungen. Bei der funktionalen Leistungsbeschreibung wird nicht nur die Bauausführung, sondern auch der Entwurf bzw. die Ausführungsplanung der Bauleistung dem Wettbewerb unterstellt. Leistungsverzeichnis und Mengenermittlung sind dann anhand der Planunterlagen während der Angebotsphase von den Bietern aufzustellen. − die Ausschreibung /15/. Darunter versteht man das Einholen von Angeboten für die Errichtung eines Bauwerkes oder einzelner Teile bzw. Teilleistungen nach „Gewerken“ (bspw. Erdarbeiten, Baugrube, Rohbau, Fassade, gebäudetechnischer und allgemeiner Ausbau), um daraus das jeweils günstigste Angebot auszuwählen. Damit die Angebote vergleichbar sind, erhalten bei Variante 1 alle Bieter die vorgenannten Ausschreibungsunterlagen. Bei öffentlichen Auftraggebern werden die zum festgelegten Termin eingereichten Angebote im Beisein der Bieter geöffnet und die Angebotssummen verlesen. Für die Bearbeitung der Angebote stehen den Firmen je nach Größe und Lage eines Bauprojektes 0,5 bis 3, im Ausland auch mehrere Monate zur Verfügung.

14

3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

Der Angebotspreis einer Bauunternehmung ergibt sich als Summe aller Produkte „Menge einer Teilleistung (Position) mal Einheitspreis“ aus dem Leistungsverzeichnis. Voraussetzung für eine sichere Kalkulation ist neben Kenntnis der Pläne, der Vertrags- und Standortbedingungen, einer vollständigen Leistungsbeschreibung und einer Mengenkontrolle die überschlägige Planung des Bauablaufs und der Baustelleneinrichtung im Rahmen einer generellen „Arbeitsvorbereitung“. Auf die Ausschreibung folgen − die Prüfung der Angebote und das Erteilen des Auftrags an den (die) ausgewählten (Bau-) Unternehmer oder Lieferanten /16/, sowie − eine Arbeitsvorbereitung des beauftragten Unternehmens /17/. Die Arbeiten auf der Baustelle können jedoch erst beginnen, wenn dafür die Baugenehmigung /11/ erteilt wurde (Teilbaugenehmigungen sind möglich).

Bild 3.3: Baugenehmigungsverfahren [3.2]

3.1 Teilvorgänge bei der Planung und Herstellung eines Bauwerks

15

Weitere Teilvorgänge sind − der Ablauf der Roh- und Ausbauarbeiten auf der Baustelle /18/, der auch für den Laien sichtbare Teil der Errichtung eines Bauwerks, − die Abnahme, Übergabe und Abrechnung des Bauwerks /19/. Abgenommen wird in der Regel gemeinsam durch den Bauherrn und den Unternehmer vor der Übergabe des Bauwerks oder von Bauwerksteilen an den Nutzer. Bei ausbautechnisch schwierigen, komplizierten Bauvorhaben (Krankenhaus) kann die Abnahme der einzelnen Teilleistungen einige Monate in Anspruch nehmen. Bis zum Teilvorgang /16/ – Auftragserteilung – laufen die Teilvorgänge nach Bild 3.1 „eingleisig“ ab. Die restlichen Teilvorgänge laufen dagegen „zweigleisig“. Bei der Bauausführung werden die Teilvorgänge /17/ und /18/ durch die beauftragten Unternehmen und Lieferanten vollzogen. Daneben werden auf Bauherrenseite deren Aktivitäten durch ein Projektmanagement nach Leistung, Qualität, Zeit und Kosten überwacht. Wie noch zu zeigen ist, gibt es für den Ablauf nach Bild 3.1 auch andere Regelungen, wobei sich die Schnittstelle zwischen Planung und Ausführung mehr oder weniger nach vorne, in die Planungsphase, verschiebt. Ausschreibung, Vorschläge für die Vergabe, Bauüberwachung (Objektüberwachung) sowie Abnahme und Abrechnung können dem mit der Planung beauftragten Architekten oder Ingenieur übertragen werden (Leistungsumfang siehe Verordnung über die Honorare für Leistungen der Architekten und Ingenieure (HOAI, Fassung 1991, Stand 01.01.1996 [3.5]). Häufig werden hierfür auch andere Planer oder Fachingenieure beauftragt. Neben allgemeinen Vorschriften in Teil I enthält die HOAI in den Teilen II bis XIII Leistungsbilder und Honorartafeln für die wesentlichen Leistungsbereiche von Architekten und Ingenieuren bei der Planung und Herstellung von Hoch- und Ingenieurbauwerken. Die Terminplanung und -kontrolle für die Planungs- und Bauphase bzw. die gesamte Projektsteuerung können vom Bauherrn ebenfalls einem speziellen Fachingenieur (Projektsteuerer) übertragen werden, dessen Aufgabe darin besteht, alle Teilvorgänge der Planung und Bauausführung in ihrem zeitlichen Ablauf im Einvernehmen mit den Beteiligten rechtzeitig festzulegen, zu koordinieren, in der Ausführung zu überwachen sowie die dafür erforderlichen Entscheidungen rechtzeitig einzuholen bzw. vorzubereiten. Im erweiterten Rahmen der Projektsteuerung übernimmt dieser Architekt oder Ingenieur auch Aufgaben des Bauherrn (Projektmanagement) [3.6]. Bei der Realisierung eines Bauvorhabens sind somit grundsätzlich 4 Phasen zu unterscheiden: Phase I: Phase II: Phase III:

Planung und Konstruktion (Teilvorgänge 1–10 und 12–13) Genehmigung (Teilvorgang 11) Bauvorbereitung (Teilvorgänge 14–16)

16

3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

Phase IV:

Bauausführung (Teilvorgänge 17–19)

Die Vorgänge der Phasen III und IV fallen unter den Oberbegriff „BAUBETRIEB“ bzw. Bauproduktion. Zeitlich laufen die vorgenannten 19 Teilvorgänge in 7 Stufen ab (Schrittfolgen 1–7): Schritt 1:

Schritt 2: Schritt 3: Schritt 4: Schritt 5: Schritt 6: Schritt 7:

Grundlagenermittlung, Vorüberlegungen des Bauherrn, Projektentwicklung (Teilvorgänge 1–3) Vorplanung (Teilvorgänge 4–7) Entwurfsplanung (Teilvorgänge 8–10) Baugenehmigungsverfahren (Teilvorgang 11) Ausführungsplanung (Teilvorgänge 12 u. 13) Ausschreibung und Vergabe (Teilvorgänge 14–16) Ausführung und Abnahme (Teilvorgänge 17–19).

Die gegenseitigen Abhängigkeiten und Rückkopplungen der vorgenannten Teilvorgänge in der Planungs- und Bauphase gehen aus Bild 3.1 nicht hervor, damit würde es zu unübersichtlich. Im zeitlichen Ablauf können sich Teilvorgänge überlappen, worauf im Einzelnen noch einzugehen ist. Die Bauausführung, bei der bis zu 60 und mehr Gewerke auf der Baustelle tätig werden können, ist das abschließende Glied in der Kette der Teilvorgänge zur Erstellung eines Bauwerks. Jede Schnittstelle zwischen 2 Gewerken stellt ablauftechnisch einen Schwachpunkt dar. Um diese Schwachpunkte zu reduzieren, versucht man schon seit Jahren, aufeinander folgende Gewerke in Arbeitsgemeinschaften von beauftragten Firmen bzw. Lieferanten zusammenzufassen (bspw. Arge Fassade, Gebäudetechnik, Trockenbauarbeiten u.ä.). Dadurch werden alle Belange der einzelnen Argepartner von der jeweils federführenden Firma vertreten, wodurch sich im Verhältnis zum Auftraggeber die Schnittstellen reduzieren. Am Ende dieser Entwicklung steht der Generalunternehmer, der den Einsatz aller Nach- bzw. Subunternehmer verantwortlich koordiniert, jedoch häufig keine eigenen operativen Bauleistungen mehr erbringt (s. Abschn. 3.3). Die vorgenannten Planungs- und Überwachungsleistungen lassen sich den Leistungsphasen der HOAI zuordnen (Bild 3.4). In der praktischen Arbeit lassen sich die Tätigkeiten in den Phasen I, III und IV nicht streng voneinander trennen. Jeder Bauentwurf sollte „fertigungsgerecht“ sein. Der in Phase I planende und konstruierende Architekt und/oder Bauingenieur kann diese Forderung aus der Sicht der Produktion nur erfüllen, wenn er wesentli-

3.1 Teilvorgänge bei der Planung und Herstellung eines Bauwerks

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Bild 3.4: Teilvorgänge nach Bild 3.1 und Leistungsphasen der HOAI (Bsp. für Teil II, Leistungen bei Gebäuden, Freianlagen und raumbildenden Ausbauten)

che Einzelheiten des Bauablaufs, die Bauverfahren, die Arbeitsweise der Baumaschinen, Aufwand und Dauer von Bauvorgängen und die Kosten der einzelnen Teilleistungen kennt. Ebenso sollte der in Phase III und IV tätige Bau- (Betriebs-)ingenieur Funktion, Planungs- und Konstruktionsregeln eines Bauwerks kennen. Nur so lassen sich Ungenauigkeiten in Ausschreibungsunterlagen und Fehler bei der Bauausführung vermeiden, die oft nur mit erheblichen Verlusten an Zeit und Geld behoben werden können. Der Bauingenieur muss daher nicht nur bei einer Tätigkeit in der Bauunternehmung, sondern auch bei der Arbeit in der Bauverwaltung, dem Ingenieur-/Konstruktionsbüro oder im Projektmanagement über Funktion und Kon-

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

struktion sowie die Grundlagen der Herstellung von Bauwerken, der Qualitätssicherung, der Vertragsgestaltung und der Preisermittlung von Bauleistungen Bescheid wissen, um effektiv arbeiten zu können. Neben diesem für die Einführung in die Zusammenhänge des Baugeschehens hinreichenden Überblick gibt es weitere Gliederungen der Teilvorgänge zur Errichtung von Bauwerken. Sie gehen jeweils von bestimmten Zielvorstellungen aus. Da sie den bisher gegebenen Überblick ergänzen, soll auf die wichtigsten kurz eingegangen werden. 3.1.2 Erweiterte Darstellungen über Struktur und Reihenfolge der Teilvorgänge bei der Planung und Ausführung von Bauvorhaben Eine gegenüber Bild 3.1 weiter gehende Darstellung der Projektphasen bei Bauvorhaben wurde von Schub aus der Sicht des Projektmanagements bzw. der Projektsteuerung entwickelt [3.7]. Unter einem Projekt wird dabei „im Allgemeinen ein Vorhaben verstanden, das zeitlich begrenzt, in sich abgeschlossen, einmalig und komplex in dem Sinne ist, dass eine Konzentration vielfacher Aktivitäten auf ein vorgegebenes Ziel erforderlich ist und eine Reihe verschiedener Organisationseinheiten daran beteiligt sind“ [3.6, 3.8]. Diese Projektdefinition trifft auf Bauvorhaben in der Regel zu. Schub unterscheidet bei der Planung und Ausführung von Bauvorhaben ebenfalls 4 Projektphasen (Konzeption, Konstruktion, Vorbereitung und Ausführung) mit zusammen 25 Vorgängen (Bild 3.5). Die Ausführungsphase, Bild 3.5.4, ist als vereinfachter Regelkreis dargestellt. Seine 4 Projektphasen ordnet Schub ebenfalls den Leistungsphasen der HOAI zu. Im Prinzip stimmen die in Bild 3.1 und 3.5 dargestellten Gliederungen weitgehend überein. Sie unterscheiden sich lediglich im Grad der Strukturierung der Teilleistungen. Im Gegensatz zu diesen Gliederungen stellt Olk eine neuere Form für industrialisiertes Bauen vor, wobei weitgehend mit vorgefertigten Elementen gearbeitet wird (Bild 3.6, [3.9]). Diese Darstellung des Projektablaufs für ein Bauvorhaben war vor 20 Jahren noch Theorie. Inzwischen erscheint sie realistischer. In Bild 3.7 wird dieser Entwicklung ein vereinfachtes Ablaufschema der Teilvorgänge für die „klassische“ Planung und Bauausführung gegenübergestellt. Eine Darstellung von Will [3.11], als Übersicht sehr grob, in seiner Studie jedoch ausführlich beschrieben, bezieht sich nicht nur auf die Planungs- und Realisierungsphase eines Bauprojekts, sondern auf dessen gesamten „Lebenszyklus“. Dabei werden für Planung und Realisierung drei Phasen unterschieden (Bedarfsermittlung, Planung, Realisation); dazu kommen als vierte und fünfte Nutzung und Liquidation (Bild 3.8). In diese Darstellung gehen erstmals die Nutzung und Liquidation als weitere Phasen ein.

3.1 Teilvorgänge bei der Planung und Herstellung eines Bauwerks

Bild 3.5.1: Konzeptionsphase

Bild 3.5.2: Konstruktionsphase Bild 3.5: Projektphasen nach Schub [3.7] (Teil 1)

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

Bild 3.5.3: Vorbereitungsphase

Bild 3.5.4: Ausführungsphase Bild 3.5: Projektphasen nach Schub [3.7] (Teil 2)

3.1 Teilvorgänge bei der Planung und Herstellung eines Bauwerks

Bild 3.6: Flussdiagramm für industrialisiertes Bauen [3.9] (Teil 1)

Bild 3.6: Flussdiagramm für industrialisiertes Bauen [3.9] (Teil 2)

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22

3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

Bild 3.7: Struktur konventionellen Bauens [3.10]

Bild 3.8: Vertikales Gefüge der Bauwerksentwicklung [3.11]

3.1 Teilvorgänge bei der Planung und Herstellung eines Bauwerks

23

Bild 3.9: Projekt-Objekt-Phasen eines Hochbauvorhabens [3.6]

Abschließend sollen zwei ausführlichere Veröffentlichungen über Art, Umfang und Gliederung der Teilvorgänge bei der Planung und Ausführung größerer Bauvorhaben nicht unerwähnt bleiben. Die Erste habe ich im vorhergehenden Abschnitt 3.1.1 unter dem Stichwort „Projektmanagement“ und in diesem Abschnitt im Zusammenhang mit der Projektdefinition bereits erwähnt [3.6]. Diese Darstellung mit dem Thema Gebäudemanagement verfolgt das Ziel „ .... einen Überblick über das breit gefächerte Tätigkeitsfeld von Architekten zu geben und an Bereiche heranzuführen, die .... nicht nur die Entwurfsleistung, sondern auch (so genannte) Managementaufgaben umfassen“. Diese Arbeit bezieht sich auf Hochbauten, ihre Systematik lässt sich sinngemäß auch auf Ingenieurbereiche übertragen. Für den Lebenszyklus eines

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

Bauvorhabens unterscheiden die Verfasser 8 Zeitabschnitte, die Projektphasen a–d, die Abnahme (e) und drei Objektphasen (f–h, Bild 3.9). Darüber hinaus sei auf die Veröffentlichung von Brandenberger und Ruosch über „Projektmanagement im Bauwesen“ hingewiesen [3.12]. Hier werden die Begriffe, der Projektablauf, die Projektorganisation, das Informationswesen, Leistungs-, Termin- und Kostenplanung, Entscheidungshilfen sowie Projektüberwachung und -administration aus Schweizer Sicht ausführlich dargestellt. Von Inhalt und Umfang her gehört diese Arbeit jedoch schon in die Abschnitte 3.2 und 3.3.

3.2 Die Projektbeteiligten und ihre Aufgaben In anderen Industriezweigen, wie z.B. der stationären Industrie, liegen Entwicklung, Planung, Konstruktion und Herstellung eines Produkts i.d.R. in einer Hand. Im Gegensatz dazu liegen Planung, Konstruktion und Ausführung von Bauvorhaben traditionsgemäß häufig noch in mehreren Händen, die von Fall zu Fall im Bauteam zu koordinieren sind. Dabei lassen sich neben den Genehmigungs- und Bauaufsichtsbehörden 6 Gruppen von „Leistungsträgern“ unterscheiden. Dies sind (nach [3.6]): − − − − − −

der Bauherr (Auftraggeber, Besteller), der Projektmanager / Projektsteuerer, der Architekt / Planer, die Fachplaner und Gutachter, der Bauleiter (Objektüberwachung) und die bauausführenden Firmen des Roh- und Ausbaus.

Diese Leistungsträger sind natürliche oder juristische Personen oder Behörden, die eine oder mehrere der zur Verwirklichung einer Bauabsicht notwendigen Leistungen oder Teile davon erbringen. Mit dem Begriff Leistungsträger können eine oder mehrere Einzelleistungen Personen zugeordnet werden. Ich fasse die Aufgaben dieser Leistungsträger nachstehend in 3 Abschnitten zusammen. 3.2.1 Der Bauherr/Auftraggeber/Besteller Der Leistungsträger Bauherr ist eine Person oder Organisation. Er fasst den unternehmerischen Entschluss zur Planung und Ausführung eines Werkes und übernimmt die sich aus diesem Entschluss ergebenden Pflichten und Rechte. Nach Art. 73 der Bayerischen Bauordnung, zitiert von Schub [3.7], ist der Bauherr „wer auf seine Verantwortung eine bauliche Anlage vorbereitet oder ausführt, oder vorbereiten oder ausführen lässt.“ Der Bauherr stellt demnach die Bauaufgabe nach Umfang, Qualität, Zeit und Kosten, beschafft das Grundstück und die Finanzmittel, beauftragt Planer, Fachin-

3.2 Die Projektbeteiligten und ihre Aufgaben

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genieure, Firmen und Lieferanten und erfüllt durch Beschaffen der erforderlichen Genehmigungen sowie rechtzeitige Entscheidungen in den einzelnen Planungsund Bauphasen die Voraussetzungen für einen weitgehend reibungslosen Bauablauf. Darüber hinaus koordiniert er die Tätigkeit aller am Bau Beteiligten und überwacht nach abgeschlossener Planung, die sich in den einzelnen Teilschritten durch Rückkopplung oder in Regelkreisen vollzieht, die Ausführung nach Qualität, Zeit und Kosten. Aus der Sicht rationeller Bauausführung hat er besonders dafür zu sorgen, dass alle Bauleistungen sorgfältig geplant und ausgeschrieben, den Firmen die erforderlichen Ausführungsunterlagen (Pläne) rechtzeitig und vollständig übergeben und die seinerseits notwendigen Entscheidungen rechtzeitig getroffen werden (Detailangaben über Bauherrenaufgaben siehe auch [3.6, 3.7, 3.11, 3.12]). Wie schon erwähnt, kann der Bauherr, besonders wenn er nicht fachkundig ist, wesentliche Teile der ihm obliegenden Leistungen aus der Planung, Überwachung und Steuerung eines Bauvorhabens an weitere Leistungsträger delegieren (Projektmanager und Projektsteuerer), die Verantwortung bleibt jedoch bei ihm. Der Projektmanager (Projektleiter) arbeitet mit Entscheidungskompetenz, die ihm vom Bauherrn übertragen wird und besitzt Linienfunktion, d.h., er ist für die Beauftragung und Koordination aller Beteiligten verantwortlich. Die Projektsteuerung ist dagegen eine Stabsstelle und arbeitet beratend ohne Entscheidungskompetenz. Ihre Aufgaben sind in § 31 der HOAI aufgelistet (siehe hierzu auch [3.6]). Ich gehe im Abschnitt 3.3.3 noch darauf ein. 3.2.2 Planer, Fachingenieure, Gutachter Die Aufgaben der Planer, Fachingenieure und Gutachter umfassen Planung, Konstruktion, Bauvorbereitung und Management des beabsichtigten Bauvorhabens in den verschiedenen Stufen von der Grundlagenermittlung bis zur Ausführung (bei Gutachten für Spezialgebiete ohne Managementleistungen). Während bei Hochbauten Planung und Koordination der Fachingenieure beim Architekten liegt, da hierbei die künstlerische Gestaltung des Bauwerkes im Vordergrund steht, liegen Entwurf und Konstruktion von Ingenieurbauten federführend in der Hand von Bauingenieuren. Derartige Bauwerke (Verkehrs-, Wasser-, Industriebauten, Tunnel, Brücken) werden in erster Linie durch die auf sie wirkenden Kräfte beeinflusst, weshalb hier die Konstruktion, das Tragwerk, dominiert. Jedoch sollten beim Entwurf von Ingenieurbauten ebenso Architekten zugezogen werden wie andererseits bei Hochbauten die Mitwirkung des Bauingenieurs nicht nur in der Tragwerksplanung, sondern auch in der Übernahme der Verantwortung für eine fertigungsgerechte und damit wirtschaftliche Konstruktion des gesamten Bauwerks liegen sollte. In der BRD sind – wie schon erwähnt – die von den Planern und Fachingenieuren zu erbringenden Einzelleistungen in der HOAI bzw. der sie kommentierenden Spezialliteratur dargestellt [3.5, 3.6]. Sinngemäß lassen sich die Ausführungen aus der Schweiz [3.12] weitgehend auf die Situation in der BRD übertragen.

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

3.2.3 Unternehmer und Lieferanten Der Leistungsträger „Unternehmer“ bearbeitet und erstellt ein Werk oder bestimmte Teile desselben. Der Leistungsträger „Lieferant“ liefert einzelne Teile oder Materialien eines Werkes auf Grund einer Bestellung. Unter den Unternehmen, die Bauwerke ausführen, nimmt die Bauunternehmung eine Sonderstellung ein, weshalb sie im Abschnitt 3.5 noch ausführlicher dargestellt wird. Sie hat mit den Rohbauarbeiten häufig das größte „Leistungspaket“ zu erbringen und koordiniert z.T. weitere Teilleistungen, die von Nach- oder Subunternehmern ausgeführt werden wie bspw. Spezialgründungen, Baugrubenumschließungen, Wasserhaltung, Erd- und Abdichtungsarbeiten. Neuerdings übernimmt die Bauunternehmung als Generalunternehmer wieder die gesamte „schlüsselfertige“ Erstellung eines Bauwerks.

3.3 Projektablauf 3.3.1 Organisationsformen Die bisher am häufigsten praktizierte „klassische“ Aufbau-Organisation der Projektbeteiligten bei der Planung und Ausführung von Bauvorhaben – mit Einzelleistungsträgern – ist als Schema in Bild 3.10 dargestellt. Für die gegenseitige Zuordnung und Koordination der einzelnen Leistungsträger und ihrer Tätigkeiten gibt es weitere Möglichkeiten. Dies sind: − die Organisationsform mit zusammengefassten Leistungsträgern (d.h. mit Generalplaner und/oder Generalunternehmer), − die Organisationsform des Generalübernehmers. Der Leistungsumfang der Projektbeteiligten, die Charakteristik dieser typischen Organisationsformen und ihre Vor- und Nachteile sind in [3.6, 3.11 und 3.12] erläutert. Der Informationsfluss zwischen den Beteiligten geht aus Bild 3.11 hervor, die Projektbeteiligten für einen größeren Wohnungsbau mit Generalunternehmer nochmals aus (Bild 3.12). Wegen ihres systematischen Aufbaus sei noch auf eine weitere Untersuchung über die Organisation des Ablaufs von Bauprojekten hingewiesen. Sie befasst sich auch mit der Gliederung der Planungs-, Entscheidungs- und Bauphasen in einzelne Teilvorgänge und deren Struktur bei der Realisierung von Bauvorhaben. Diese Arbeit von Burger an der ETH Zürich stellt ebenfalls Modelle für Bauprojektorganisationen vor, die alle Rahmenbedingungen berücksichtigen, die bei der Realisierung von Bauvorhaben zu beachten sind [3.14]. In dieser ausführlichen Darstellung werden Methoden der Systemtechnik auf den Entwurf von Bauprojektorganisationen angewandt, wobei auch auf systematisches Problemlösen eingegangen wird (Bild 3.13).

3.3 Projektablauf

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Bild 3.10.1: Projektorganisation Planungsphasen (Vorprojekt, Projekt, [Vorbereitung der Ausführung])

Bild 3.10.2: Projektorganisation Ausführung ([Vorbereitung der Ausführung], Ausführung, Abschluss) Bild 3.10: Projektorganisation mit Einzelleistungsträgern [3.12]

Die von allgemeinen Grundlagen der Organisations- und Führungslehre über die Führung und Leitung von Projekten ausgehende Studie stützt sich auf 8 Referenzprojekte ab. Als Ergebnis werden Regeln zum Entwurf und zur Beurteilung von Bauprojektorganisationen abgeleitet, die – als Checklisten aufgebaut – auf praktische Fälle direkt angewendet werden können.

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

Mit den 6 Phasen (Vorbereitung, Vorprojekt, Projekt, Vorbereitung der Bauausführung, Bauausführung, Inbetriebnahme (Bild 3.14) unterscheidet sich die Gliederung eines Projektablaufs nicht wesentlich von den bereits vorgestellten Strukturen. Bei der Vorstellung dieser Arbeit hat Pozzi auch darauf hingewiesen, dass Bauprojekte häufig aus neuartigen, komplexen, schwierigen und damit risikoreichen Problemsituationen entstehen, für deren Lösung eine Vielzahl von Fachkräften und Experten eingesetzt werden müssen und begründet damit, dass eine „ausgewogene Projektorganisation notwendige Voraussetzung dafür ist, dass die Arbeit der vielen Projektbeteiligten zielgerecht koordiniert werden und so ein hochqualifiziertes Projekt überhaupt entstehen kann“. Das Ergebnis der Untersuchung sollte zu besser gestalteten und zielorientierter geführten Projektorganisationen als bisher beitragen und auch im Bauwesen die Erkenntnis durchsetzen, dass „die Organisationsarbeit in einem Projekt den gleichen Stellenwert erhalten muss wie bspw. die statische Berechnung in einem Tragwerk“ [3.15]. Wie in der Schweiz wurden auch in der BRD bis vor etwa 20 Jahren Bauvorhaben überwiegend mit Einzelleistungsträgern abgewickelt. Inzwischen hat der Einsatz von Rohbaufirmen als Generalunternehmer, nicht nur im Hochbau, mehr und mehr zugenommen. Ursache hierfür ist die Möglichkeit der Bauherren, mit diesen

Bild 3.11.1: über Objektplaner

Bild 3.11.2: über Projektsteuerer des Bauherrn

3.3 Projektablauf

Bild 3.11.3: über Generalplaner

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Bild 3.11.4: über Generalübernehmer mit Projektsteuerer als Schaltstelle

Bild 3.11: Informationsfluss bei verschiedenen Projektstrukturen [3.6]

Unternehmen kurze Bauzeiten, einen Pauschalfestpreis, einen festen Fertigstellungstermin sowie Haftung und Gewährleistung für das gesamte Werk in einer Hand vereinbaren zu können [3.6, 3.16]. Seit etwa 10–15 Jahren werden große öffentliche Infrastrukturprojekte in Westdeutschland und den neuen Bundesländern, aber auch im Ausland, durch Generalunternehmer ausgeführt [1.16, 3.17]. Nach Führer/Grief stellt „die wohl zukunftsträchtigste Konstellation auf der Leistungserbringerseite .... der Generalübernehmer dar, der den kompletten Informationsfluss intern mit allen Planungs- und Ausführungsbeteiligten koordiniert“. Gerade bei sehr großen Projekten würde diese Form der Abwicklung auch von öffentlich-rechtlichen Institutionen bevorzugt [3.6, S. 35].

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

Bild 3.12: Projektbeteiligte beim Bau einer größeren Wohnanlage mit Generalunternehmer [3.13]

3.3.2 Terminplanung und -überwachung Wie die Darstellung der Projektbeteiligten und ihrer Organisation zeigt, werden bei der Planung und Ausführung von Bauvorhaben eine Reihe von Leistungsträgern tätig. Für deren effektives Zusammenwirken zur möglichst reibungslosen Realisierung eines Bauwerks muss bei größeren Bauvorhaben ergänzend zu den vertraglichen Regelungen über die zu erbringenden Leistungen ein übergreifender Terminrahmen aufgestellt und überwacht werden. Er weist je nach Projektfortschritt in verschiedenen Feinheitsgraden die Einzelleistungen aller Beteiligten in ihrer gegenseitigen Zuordnung und ihrem Zeitablauf aus (Bild 3.15). Auf diese Weise lassen sich Planung und Ausführung im Projektablauf von Anfang an überwachen und nur damit kann bei Störungen steuernd eingegriffen werden. Im Überblick sind die Aufgaben der Projektüberwachung in Bild 3.16 dargestellt. Sie umfassen die zu erbringenden Leistungen, die dafür erforderlichen Hilfsmittel (Kapazitäten) und die Termine und Kosten.

3.3 Projektablauf

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Bild 3.13: Allgemeiner Vorgehenszyklus einer Systementwicklung (Problemlösungszyklus) [3.14]

3.3.3 Projektsteuerung Wie schon erwähnt, wurde bei größeren Bauvorhaben schon seit den sechziger Jahren zunächst die Terminplanung mit den dazu gehörenden Kontrollen im Rahmen der Projektorganisation einem besonderen Fachingenieur – dem Terminplaner bzw. -steuerer – übertragen. Abschließend ist deshalb noch kurz darzustellen, wie darüber hinaus durch Einrichten eines Projektmanagements zur Übernahme von Bauherrenaufgaben Planungs- und Bauleistungen koordiniert werden können und ihre straffe Abwicklung in den verschiedenen Projektstufen überwacht werden kann.

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

Bild 3.14: Phasen und Phasenziele im Projektablauf [3.15]

Bei der Realisierung von Bauvorhaben wurde lange Zeit nur zwischen Planung und Ausführung unterschieden. Das Management, die Projektleitung, wurde häufig nicht als eigenständige Aufgabe betrachtet und von Fall zu Fall mehr oder weniger effektiv wahrgenommen. Die für den Ablauf eines Projekts zu treffenden Entscheidungen waren ohnehin Aufgabe des Bauherrn.

3.3 Projektablauf

Bild 3.15: Dreistufiges System der Terminplanung [3.12]

Bild 3.16: Schema der Projektüberwachung [3.12]

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

Durch gestiegene Ansprüche der Nutzer, Entwicklung neuer Baustoffe, kürzere Bauzeiten, höhere Sicherheitsanforderungen und Umweltschutzauflagen sind Bauprojekte seit Jahren umfangreicher und komplizierter geworden. Auch die Anzahl der Projektbeteiligten in der Planungs- und Ausführungsphase hat erheblich zugenommen ([3.6] S.27/28). Um die Arbeit aller Planer, Firmen und Lieferanten zielführend zu koordinieren, sind in den einzelnen Projektphasen Entscheidungen zu treffen, Teilziele zu setzen, deren Erreichen zu kontrollieren und der gesamte Projektablauf nach den Vorgaben zu steuern. Da hierbei technische und wirtschaftliche Faktoren in einem derartigen Umfang relevant werden, dass sie von nicht fachkundigen Bauherren oft nicht mehr zu überblicken sind, ist vor etwa 20 Jahren die Projektsteuerung als eigenständige Fachingenieurleistung entstanden, die den Bauherrn, soweit möglich, von diesen Aufgaben entlastet. Ihr Aufgabenbereich ist neben § 31 HOAI in [3.6, S.22/23] dargestellt. Diese Projektsteuerung hat sich dann zu einem Projektmanagement weiter entwickelt. Es umfasst die Projektleitung, die Aufbauorganisation eines Projekts, die Ablaufplanung und -steuerung in den verschiedenen Projektphasen, Kostenplanung und -überwachung, die Vertragsgestaltung sowie die Regelung des Rechnungs- und Zahlungsverkehrs [3.6, 3.11, 3.12]. Es handelt sich somit um Bauherrenaufgaben, die in der HOAI unter den einzelnen Fachingenieurleistungen nicht erfasst sind und deshalb von den Bauherren ganz oder teilweise an Fachingenieure für Projektmanagement (Projektmanager) delegiert werden können. Das Bild 3.17 aus [3.18] zeigt, wie die Teilleistungen eines solchen Projektmanagements in der Projektvorbereitung (A), der Projektanalyse und -optimierung (B) und in der Projektkontrolle (C) mit den Architekten- und Ingenieurleistungen in den Projektphasen der HOAI verflochten sind. Zum Leistungsumfang des Projektmanagements sei aus der aktuellen Literatur noch auf die Veröffentlichungen [3.19] und [3.20] verwiesen. Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass aus der ursprünglichen, durch spezielle Fachingenieure mit Erfolg praktizierten Terminplanung und -kontrolle großer und komplexer Bauvorhaben unter Anwendung der für den Baubetrieb weiterentwickelten Netzplantechnik ein besonderer Leistungsbereich – das Projektmanagement bzw. die Projektsteuerung – entstanden ist, der wenig erfahrenen oder auf ein zeitlich befristetes Projektmanagement größerer Bauvorhaben nicht eingerichteten Bauherren einen wesentlichen Teil der von ihnen zu erbringenden Leistungen abnehmen und damit zu einer straffen und kostengünstigen Abwicklung von Bauprojekten beitragen kann. Eine weitere Form der Projektabwicklung für nicht fachkundige Auftraggeber ist das Construction Management. Dabei werden sowohl die umfangreichen Projektmanagementleistungen als auch die gesamte Bauleistung einschließlich aller Steuerungsleistungen zusammen an nur einen Projektbeteiligten vergeben. Dieser zentrale Projektbeteiligte wird als Construction Manager bezeichnet und kann ein Projektmanagementunternehmen oder ein Bauunternehmen sein [3.46].

3.3 Projektablauf

Bild 3.17: Verflechtungen und Leistungsbausteine des Projektmanagements [3.18]

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

3.4 Die vertraglichen Regelungen zwischen den Projektbeteiligten 3.4.1 Vorbemerkungen Die Aufgaben der einzelnen Leistungsträger, ihre Rechte und Pflichten, Ausführungsfristen, Vergütung und alle weiteren, für das rechtzeitige und vollständige Erbringen ihrer Leistungen im gegenseitigen Zusammenspiel wesentlichen Umstände und Randbedingungen werden in Verträgen mit dem Bauherrn oder den im Einzelfall von ihm Beauftragten festgelegt. In der Regel sind dies Werkverträge nach dem Bürgerlichen Gesetzbuch (BGB). Ein Werkvertrag ist ein auf die Herbeiführung eines Erfolges gerichteter Vertrag nach § 631ff BGB. Diese Verträge regeln die Rechtsbeziehungen zwischen den Vertragsparteien. Bei den von Planern und Fachingenieuren zu erbringenden Einzelleistungen stützen sie sich auf die Leistungsbilder der HOAI, soweit solche bestehen. Bauverträge von öffentlichen Auftraggebern werden vorwiegend immer noch auf der Grundlage der Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen (VOB) geschlossen [3.4, 3.6, 3.21-3.23]. Sie stellt eine vor über 70 Jahren vom damaligen Reichsverdingungsausschuss beschlossene Regelung dar, die das Werkvertragsrecht des BGB für Bauverträge im erforderlichen Rahmen erweitert. Damit sollte ein fairer Interessenausgleich zwischen Auftraggebern und -nehmern festgeschrieben werden. Die VOB gilt nur für öffentliche Auftraggeber (AG) bzw. für Bauleistungen mit öffentlichen Mitteln. Während bis vor wenigen Jahren auch private AG die VOB ihren Bauverträgen zugrunde gelegt haben, werden von diesen seit einigen Jahren weitere Vertragsformen verwendet (Pauschalverträge in verschiedenen Stufen, GMP-Verträge). Dahinter steht die Absicht, die Risiken bei der Bauausführung (bspw. das Baugrund-, Mengen- und Änderungsrisiko) auf den Bauunternehmer abzuwälzen. Ich gehe im folgenden Abschnitt noch darauf ein. 3.4.2 Die Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen (VOB) (Einheitspreis- und Pauschalvertrag) Die VOB besteht aus drei Teilen (A, B, C). − Teil A enthält in 4 Abschnitten „Allgemeine Bestimmungen für die Vergabe von Bauleistungen“. − Teil B umfasst die „Allgemeinen Vertragsbedingungen für die Ausführung von Bauleistungen“ [3.4]. − Im Teil C sind „Allgemeine technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV)“ zusammengefasst [12.4]. Die VOB fasst nach einer Entscheidung des Bundesgerichtshofs zusammen, was im Bauverdingungs- und -vertragswesen aufgrund allgemeiner Erfahrung als zweckdienlich und gerecht empfunden wird [3.21]. Sie ist weder Gesetz noch

3.4 Die vertraglichen Regelungen zwischen den Projektbeteiligten

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Rechtsverordnung. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt kann sie, trotz ihrer weiten Verbreitung im Bauwesen, auch noch nicht als Gewohnheitsrecht bezeichnet werden. Trotzdem hat die VOB eine besondere Bedeutung dadurch erlangt, dass ihre Anwendung für die öffentlichen Auftraggeber aufgrund der maßgeblichen Haushaltsordnungen des Bundes und der Länder zwingend vorgeschrieben ist. Die meisten weiteren öffentlichen Auftraggeber haben darüber hinaus die VOB für ihren Bereich eingeführt und zur Anwendung empfohlen. Der Teil A der VOB ist eine Vergabevorschrift. Sie regelt die Vergabe von Bauleistungen von der Ausschreibung bis zum Vertragsabschluß und kann deshalb nicht Vertragsbestandteil werden. Im Teil B enthält die VOB materiell-rechtliche Bestimmungen für die Beziehungen zwischen Auftraggeber und -nehmer nach Vertragsabschluß. Haben die Parteien Teil B vertraglich vereinbart, so bestimmen sich ihre Rechte und Pflichten ausschließlich nach den Bestimmungen des Teils B. Diese gehen dann, soweit sie abweichende Regelungen treffen, den dispositiven Normen des BGB vor. Im Bauvertrag muss deshalb besonders vereinbart werden, dass die VOB/B Vertragsbestandteil wird (im ganzen oder nur teilweise). Die VOB/C enthält „Allgemeine technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen“. Sie sind grundsätzlich Bestandteil eines Bauvertrages, dem die VOB/B zugrunde liegt. Da ein Auftragnehmer seine Leistung jedoch stets fach- bzw. handwerksgerecht zu erbringen, d.h. die technischen Standards und DIN-Normen zu beachten hat, können die Bestimmungen der VOB/C auch dann maßgebend sein, wenn die VOB/B nicht Vertragsbestandteil ist [3.21, 3.22]. Durch die seit dem 01.01.1993 bestehende Europäische Gemeinschaft (EG) musste der Teil A der VOB an die EG-Richtlinien für öffentliche Aufträge angepasst werden. In die VOB/A war daher neben der schon 1990 durch a-Paragraphen eingearbeiteten Baukoordinierungs-Richtlinie (BKR) die Sektoren-Richtlinie der EG für Liefer-, Bau- und Dienstleistungen (SR) im Bereich der Wasser-, Energieund Verkehrsversorgung sowie im Telekommunikationssektor aufzunehmen. Der Teil A der VOB besteht seither aus 4 Abschnitten (Anhang 1). Ich gehe nachstehend nur auf den (ursprünglichen) 1. Abschnitt ein. Zur VOB/A ( Abschnitt 1) Die 32 Paragraphen des Abschnitts 1 der VOB/A umfassen 6 Teilbereiche: 1. Definition von Bauleistungen (§ 1) 2. Grundsätze, Arten der Vergabe, Vertragsarten (§§ 2–5) (öffentliche und beschränkte Ausschreibung, freihändige Vergabe, die beiden letzten ggf. nach öffentlichem Teilnahmewettbewerb) In den a-Paragraphen der VOB/A (Abschnitt 2) stehen dafür die Begriffe offenes Verfahren, nicht offenes Verfahren und Verhandlungsverfahren (§ 3a). 3. Angebotsverfahren und Teilnehmer am Wettbewerb (§§ 6–8) 4. Leistungsbeschreibung, Vergabeunterlagen, Ausführungsfristen und Vertragsbedingungen (§§ 9–15) 5. Grundsätze und Gang der Ausschreibung, Fristen, Prüfung und Wertung der Angebote, Aufhebung (§§ 16–27)

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

6. Zuschlag, Nachprüfungsstellen, Baukonzessionen (§§ 28–32). Die vertragsgestaltenden Regelungen nach Punkt 4 gehören streng genommen nicht in den Teil A der VOB, sondern in den Teil B. Nach VOB/A werden Bauaufträge im Wettbewerb vergeben. Dieser ist unter Bietern nur gewährleistet, wenn – soweit möglich – öffentlich ausgeschrieben wird, die Teilnehmer am Wettbewerb bestimmte Voraussetzungen erfüllen und die Ausschreibung bekannt gemacht wird. Nach Abgabe der Angebote darf mit den Bietern nicht über den Preis verhandelt werden. Gleichbehandlung aller Bieter ist wesentlicher Grundsatz der Vergabeverfahren nach VOB/A. Im übrigen geht die VOB davon aus, dass am Wettbewerb nur Unternehmen beteiligt werden, die selbst Bauleistungen ausführen. Wenn dagegen Bieter wie bspw. Generalunternehmer keine eigenen operativen Bauleistungen erbringen, sondern nur das Baumanagement übernehmen, gelten für sie im Verhältnis zum Auftraggeber die Bestimmungen der VOB nicht oder nur eingeschränkt [3.22]. Allgemein gilt für die Beschreibung der Leistungen, dass sie der Auftraggeber eindeutig und so erschöpfend zu beschreiben hat, dass die Bieter ihr Angebot sicher und ohne umfangreiche Vorarbeiten kalkulieren können. Dem Auftragnehmer darf auch kein ungewöhnliches Wagnis aufgebürdet werden für Umstände und Ereignisse, auf die er keinen Einfluss hat und deren Einwirkung auf Preise und Fristen er nicht im voraus schätzen kann. Die Boden- und Wasserverhältnisse sind so zu beschreiben, dass der Bewerber die Auswirkungen auf die bauliche Anlage und die Bauausführung hinreichend beurteilen kann. Ist eine Leistungsbeschreibung für die Bieter erkennbar unrichtig und unvollständig, sind diese verpflichtet, den Auftraggeber hierauf hinzuweisen, woraus ihnen kein Nachteil entstehen darf. Neben diesen allgemeinen Anforderungen an eine Leistungsbeschreibung (LB) unterscheidet die VOB/A die – LB mit Leistungsverzeichnis (Einheitspreisvertrag) und die – LB mit Leistungsprogramm. Im ersten Fall erhält der Bieter ein in Teilleistungen gegliedertes Leistungsverzeichnis (§ 9, Ziff. 6–9). Im zweiten Fall, auch als funktionale Ausschreibung bezeichnet, wird zusammen mit der Bauausführung auch der Entwurf für die Leistung dem Wettbewerb unterstellt. Dafür erhalten die Bieter ein Leistungsprogramm (§ 9, Ziff. 10–12). In § 10 VOB/A sind die Vergabeunterlagen im Einzelnen aufgeführt. Der § 11 VOB/A bezieht sich auf die Vorgabe der Ausführungsfristen. Für die spätere Bauausführung ist im Hinblick auf rationelle Produktion der 4. Teilbereich, die §§ 9-15, von besonderer Bedeutung. Am 01.01.2000 wurden die Verfahrensregelungen der VOB/A durch das Vergaberechtsänderungsgesetz vom 26.08.1998 ergänzt. Danach wird den Bietern in einem 2-stufigen Verfahren ein subjektiver, gerichtlich einklagbarer Anspruch darauf eingeräumt, dass die Auftraggeber bei Aufträgen oberhalb der Schwellenwerte die Bestimmungen über das Vergabeverfahren einhalten.

3.4 Die vertraglichen Regelungen zwischen den Projektbeteiligten

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In NRW wird dieser Rechtsschutz durch Vergabekammern bei den Bezirksregierungen gewährleistet. Dem Antrag auf Nachprüfung einer beabsichtigten Vergabe durch die Vergabekammer kommt aufschiebende Wirkung zu. Gegen die Entscheidung der Vergabekammer ist das Rechtsmittel der sofortigen Beschwerde beim OLG Düsseldorf zulässig. Diese hat ebenfalls aufschiebende Wirkung gegenüber der Entscheidung der Vergabekammer. Die mit dem Vergaberechtsänderungsgesetz erstmalig gesetzlich geregelte automatische Aussetzung des Vergabeverfahrens bei Einspruch eines nicht berücksichtigten Bieters gegen die beabsichtigte Vergabe an einen anderen beinhaltet für den Auftraggeber das grundsätzliche Verbot, den Zuschlag zu erteilen, wenn ihm ein Nachprüfungsantrag eines Bewerbers zugestellt ist. Ein dennoch erteilter Zuschlag ist nach der ausdrücklichen Begründung zum Vergaberechtsänderungsgesetz als Verstoß gegen ein gesetzliches Verbot nach § 134 BGB nichtig [3.23]. Zur Informationspflicht des AG, die nicht berücksichtigten Bieter vorab über den geplanten Zuschlag zu informieren, siehe [3.24]. Zur VOB/B: Die 18 Paragraphen des Teils B der VOB regeln 9 Teilbereiche. Dies sind: 1. Art und Umfang der Leistung, Vertragsbestandteile (§ 1) 2. Vergütung (§ 2) 3. Ausführung (§§ 3–6, 11) (Ausführungsunterlagen, Rechte und Pflichten der Parteien, Fristen, Behinderung und Unterbrechung der Ausführung, Vertragsstrafe) 4. Kündigung des Vertrages (§§ 8, 9) 5. Haftung (§§ 7, 10) 6. Abnahme, Mängelansprüche (§§ 12, 13) 7. Abrechnung (§§ 14, 15) 8. Zahlung, Sicherheitsleistung (§§ 16, 17) 9. Streitigkeiten (§ 18) Die VOB/B bestimmt den Umfang und die Beschaffenheit der Leistungen, die durch die vereinbarten Preise abgegolten werden. Dabei sind Einheitspreis-, Pauschal-, Selbstkostenerstattungs- und Stundenlohnverträge zu unterscheiden. Stundenlohnverträge kommen nur für Bauleistungen geringen Umfangs und dann meist für „angehängte“ Stundenlohnarbeiten, d.h. bei Einheitspreisverträgen, vor. Selbstkostenerstattungsverträge sind im Bauwesen die Ausnahme. Weiter enthält Teil B Regelungen über Änderungen der Vergütung ( §§ 2 und 6). Diese können aus Mengenänderungen, Leistungsänderungen, zusätzlichen Leistungen oder aus Behinderungen des Bauablaufs resultieren, worauf im Abschnitt 15 noch einzugehen ist. Weitere wichtige Punkte des VOB-Vertrages sind Vereinbarungen über die Ausführungsunterlagen, die Ausführungsfristen, über Behinderung und Unterbrechung der Ausführung, über Vertragsstrafen bei Überschreitung der Ausführungsfristen, über Regelungen zur Kündigung des Vertrages, über die Abnahme der Leistungen des Auftragnehmers, über Mängelansprüche und die Zahlungsverein-

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

barungen (Abschlagszahlungen in regelmäßigen Abständen nach Baufortschritt im Gegensatz zum BGB-Vertrag, der keine Vorauszahlungen kennt). Da AG und AN über Art und Umfang der auszuführenden Leistungen, die hierfür zu entrichtende Vergütung, die Bauzeit, die Mängelbeseitigung und weitere Punkte häufig verschiedener Meinung sind, gehören Regelungen hierüber in den Bauvertrag. Ihr Zweck liegt darin, Streitigkeiten möglichst außergerichtlich und damit kurzfristig auszuräumen. Zur VOB/C: Wie schon erwähnt, enthält der umfangreiche Teil C der VOB in den DINVorschriften die technischen Regeln für die Ausführung der einzelnen Teilbauleistungen (Gewerke). Jeder dieser für einen bestimmten Teilbereich des Bauens entwickelten technischen „Standards“ ist einheitlich in die Abschnitte 0 1 2 3 4 5

Hinweise für das Aufstellen der Leistungsbeschreibung, Geltungsbereich, Stoffe, Bauteile, Ausführung, Nebenleistungen, besondere Leistungen, Abrechnung

gegliedert. Die Hinweise in den Abschnitten 0 beziehen sich auf § 9 des Teils A der VOB (Beschreibung der Leistung) und sind keine Vertragsbedingungen [3.22]. Im Abschnitt 4 sind jeweils die Nebenleistungen aufgeführt, die im Gegensatz zu den besonderen Leistungen mit den Preisen des Angebots abgegolten, also nicht eigens vergütet werden. Aus Abschnitt 5 gehen die Abrechnungsregeln für den Einzelfall hervor. Die generellen, für alle Gewerke und DIN-Vorschriften geltenden Teile der allgemeinen technischen Vertragsbedingungen für Bauleistungen sind als „Allgemeine Regelungen für Bauarbeiten jeder Art – DIN 18299“ den DIN-Vorschriften 18300 ff des Teils C der VOB vorangestellt. Der Einheitspreisvertrag war bis vor wenigen Jahren die Regel, vor allem dann, wenn die den Bietern für das Angebot zur Verfügung gestellten Unterlagen noch keine vollständige Planung enthielten, sodass eine abschließende Mengenermittlung vor Angebotsabgabe nicht möglich war. Auch behält sich der Auftraggeber nach § 1 Abs.3 das Recht vor, während des Bauablaufs Änderungen des Bauentwurfs vorzunehmen. Diesen besonderen Gegebenheiten der Bauproduktion wird der Einheitspreisvertrag am ehesten gerecht. Der Pauschalvertrag, der in den letzten Jahren nicht nur bei Generalunternehmerverträgen mehr und mehr zur Regel geworden ist, unterscheidet sich vom Einheitspreisvertrag darin, dass Mengenänderungen im Rahmen des Vertrags nicht berücksichtigt werden. Damit trägt der Auftragnehmer das Risiko von Abweichungen gegenüber den im Leistungsverzeichnis angegebenen Mengen, soweit solche überhaupt angegeben werden. Für den Unternehmer ist der Abschluss eines Pauschalpreisvertrages deshalb mit erheblichen Risiken behaftet, auch wenn sich die vereinbarte Pauschalvergütung nur auf die Leistungen beziehen kann, die zum

3.4 Die vertraglichen Regelungen zwischen den Projektbeteiligten

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Zeitpunkt des Vertragsabschlusses bekannt waren bzw. dem Auftragnehmer bekannt sein mussten. Verlangt dagegen der Auftraggeber während der Ausführung zusätzliche Leistungen oder ändert er die Ausführungsart, sind darüber auch bei Pauschalverträgen neue Preisvereinbarungen zu treffen [3.25]. In der Praxis werden bei Ausschreibungen mit Leistungsverzeichnis (LV) im Vertrag häufig die Teilleistungen, bei denen keine wesentlichen Mengenänderungen zu erwarten sind (bspw. Baustelleneinrichtung, Gerüst-, Stahlbeton-, Mauerarbeiten) pauschaliert. Die restlichen Teilbereiche, deren Mengen bei Vertragsabschluß noch nicht eindeutig ermittelt werden können wie bspw. Erdarbeiten, Wasserhaltung und Tagelohnarbeiten, werden nach den tatsächlichen Mengen mit den Einheitspreisen des LV abgerechnet. Allgemein sind nach heutigem Stand bei Pauschalverträgen 3 Wettbewerbsformen zu unterscheiden: − der Detail-Pauschalvertrag, − der einfache Global-Pauschalvertrag und − der komplexe Global-Pauschalvertrag (Bild 3.18, [3.26, 3.27]).

Bild 3.18: Vertragsarten von Bauverträgen [3.26]

Beim Detail-Pauschalvertrag werden, wie vorstehend erwähnt, die zu erbringenden Leistungen wie bei einem Einheitspreisvertrag detailliert beschrieben (differenzierte Leistungsbeschreibung). Über ihre Summe wird ein Pauschalpreis ver-

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

einbart. Diese vertraglich vereinbarte Vergütungspauschale ist fixiert, egal ob sich die Mengen der einzelnen Teilleistungen ändern. Beim einfachen Global-Pauschalvertrag werden die Leistungen ebenfalls wie in einem Detail-Pauschalvertrag detailliert beschrieben, jedoch mit GlobalElementen kombiniert (für diese Bereiche bspw. mit dem Zusatz „komplett und voll funktionstüchtig“). Diese „Komplettheitsklausel“ ist individuell zu vereinbaren. In einem komplexen Global-Pauschalvertrag werden die zu erbringenden Leistungen lediglich global (funktional) beschrieben (nicht in einer Leistungsbeschreibung differenziert). Der Leistungsumfang ist deshalb noch „vervollständigungsbedürftig“. Die dafür erforderlichen detaillierten Planungsleistungen wie das Festlegen von Baustoffen und Konstruktionen usw., die zur Vervollständigung des zu erbringenden Leistungsumfangs notwendig sind und deren Mengenermittlung werden dabei auf den Auftragnehmer verlagert. Die „Komplettheitsklausel“ kann hier in die Allgemeinen Geschäftsbedingungen des Auftraggebers integriert sein. Hinsichtlich der weiteren Problematik von Pauschalverträgen verweise ich auf die Spezialliteratur [3.21, 3.22, 3.25 bis 3.28]. Neben diesen Vertragsarten sind noch Mischformen möglich (Teilpauschalverträge). Bspw. können bei einem Bauvorhaben eines öffentlichen Auftraggebers die vom AN zu erbringenden Leistungen positionsweise in einem LV erfasst sein , mit Ausnahme einer (komplizierten) Wasserhaltung, die pauschal (und komplett) anzubieten ist. Da Pauschalverträge neuerdings immer häufiger verwendet werden, verweise ich hierzu besonders auf die aktuelle Literatur [3.47 bis 3.50]. 3.4.3 Das AGB-Gesetz (Gesetz zur Regelung des Rechts der Allgemeinen Geschäftsbedingungen, AGBG) Bei der Verwendung vorformulierter Vertragsbedingungen, wie sie von Bauherren sowie Architekten und Ingenieuren verwendet werden, ist seit 1976 ergänzend zur VOB das Gesetz zur Regelung des Rechts der Allgemeinen Geschäftsbedingungen (AGB-Gesetz) zu beachten [3.21, 3.22, Anhang 2]. Das AGBG hat neues Recht geschaffen und ist einer der stärksten Eingriffe in das private Vertragsrecht seit dem Inkrafttreten des BGB im Jahre 1900. Es beschränkt den bisher geltenden Grundsatz der Vertragsfreiheit und engt damit die Gestaltungsfreiheit von Verträgen erheblich ein. Dies gilt einmal im Hinblick auf das materielle Recht selbst; zum anderen ist das auf Antrag von Gerichten durchzuführende Prüfungsverfahren hinsichtlich Wirksamkeit oder Unwirksamkeit einzelner Bestimmungen in AGB ein Kontrollmechanismus, der dazu beiträgt, dass angemessene AGB im Bauwesen und anderen Wirtschaftsbereichen verwendet werden. Ursprünglich ging der Gesetzgeber nach dem Grundsatz der Vertragsfreiheit davon aus, dass die einzelnen Vereinbarungen zwischen den Parteien ausgehandelt werden. Wegen der Vielzahl täglicher Vertragsabschlüsse ist dies jedoch nicht mehr möglich. Im Interesse eines rationellen Geschäftsablaufs war es deshalb

3.4 Die vertraglichen Regelungen zwischen den Projektbeteiligten

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notwendig, für die maßgeblichen und gleichgelagerten Vertragsinhalte einzelner Wirtschaftsbereiche auch die Vertragsbeziehungen entsprechend zu vereinheitlichen. Durch die Verdingungsordnung für Bauleistungen (VOB) wurde bereits 1926 diesem Erfordernis Rechnung getragen. In den letzten Jahrzehnten der schnellen wirtschaftlichen Entwicklung hat sich jedoch gezeigt, dass AGB oft von den wirtschaftlich Stärkeren der Geschäftspartner aufgestellt werden, die in ihren Bedingungen häufig und überwiegend nur ihre eigenen Interessen berücksichtigen. Die Folge war, dass die Rechte der wirtschaftlich schwächeren Vertragspartner in AGB eingeengt und ihnen überwiegend einseitig alle Risiken aus dem Vertrag aufgebürdet wurden. In der Bauwirtschaft waren diese Auswirkungen besonders schwerwiegend. Sowohl öffentliche als auch private Auftraggeber haben durch zusätzliche oder besondere Vertragsbedingungen (AGB) oft eine Vielzahl von Risiken, die sich aus der Ausführung von Bauleistungen ergeben, einseitig auf den Unternehmer abgewälzt. So wurden bspw. Pauschalpreisverträge abgeschlossen, die jegliche Nachforderungen der Unternehmer, z.B. aufgrund geänderter oder zusätzlicher Leistungen, die sich während der Vertragszeit ergaben, ausgeschlossen haben. Die Forderung nach hohen Sicherheiten, das Festlegen erheblicher Vertragsstrafen für den Fall der Überschreitung der Bauzeit sowie das Hinauszögern des Abnahmetermins brachten Auftraggebern Vorteile. Auch das Wettbewerbsverfahren bei der Vergabe von Bauleistungen trägt mit dazu bei, dass die betroffenen Unternehmer meist keine Möglichkeit haben, auf unangemessene Vertragsbedingungen einzuwirken. Das hatte zur Folge, dass in Bauverträgen die Grundsätze der Vertragsgerechtigkeit häufig missachtet wurden. Da sowohl von öffentlichen als auch von privaten Auftraggebern oft einheitlich zu ihren Gunsten vorformulierte AGB verwendet wurden, bestanden für die Unternehmer in der Regel keine Möglichkeiten, ihre Leistungen bei anderen Auftraggebern unter für sie besseren Bedingungen anzubieten. Die Bedeutung des AGBG für das Bauwesen liegt darin, dass in AGB unangemessene Bedingungen, die die Risiken aus einem Vertrag einseitig auf einen Vertragspartner verlagern, unwirksam sind. Dies gilt sowohl für den öffentlichen als auch für den privaten Auftraggeber und ebenso für Bauunternehmer, die ihrerseits AGB verwenden. Gerade im Hinblick auf das bei der Vergabe von Bauleistungen übliche Wettbewerbsverfahren, welches dem Bieter in der Regel keine Möglichkeit lässt, auf die Vertragsbedingungen einzuwirken, kann das AGBG dazu beitragen, die Chancengleichheit der Auftragnehmer im Hinblick auf ihre Auftraggeber wieder in ein gerechteres Lot zu rücken. Voraussetzung ist allerdings, dass auch die Auftragnehmer ihrerseits „AGB-bewusster“ werden und sie unangemessen benachteiligende Bedingungen nicht mehr akzeptieren. Das AGBG bietet gerade durch die Verbandsklage zweckmäßige Eingriffsmöglichkeiten, die den Auftragnehmer von selbständigen Maßnahmen freistellen. Die Praxis zeigt immer wieder, dass die Übernahme eines Auftrages nicht allein betrachtet werden kann; maßgeblich ist stets, zu welchen Bedingungen der Vertrag abgeschlossen worden ist.

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

Typische Beispiele für Vertragsbedingungen, die nach dem AGB-Gesetz unwirksam sind, sind in [3.29, 3.30] dargestellt. Das AGB-Gesetz aus 1976 wurde 2002 im Rahmen der Schuldrechtsmodernisierung in das BGB integriert und modifiziert (nunmehr §§ 305 bis 310) [3.51]. 3.4.4 Die weiteren Verdingungsordnungen VOL und VOF Alle Lieferungen und Leistungen für öffentliche Auftraggeber, die keine Bauleistungen sind, unterliegen der VOL (Verdingungsordnung für Leistungen). Neben Warenlieferungen sind das bspw. die für ein Bauvorhaben erforderlichen Kommunikations- und EDV-Anlagen, wenn sie ohne Beeinträchtigung der Benutzbarkeit abgetrennt werden können und einem selbständigen Nutzungszweck dienen. Für die Vergabe von Leistungen, die im Rahmen einer freiberuflichen Tätigkeit erbracht (d.s. Dienstleistungen von Rechtsanwälten, Architekten, Ingenieuren, Steuerberatern, Wirtschaftsprüfern usw.) oder im Wettbewerb mit freiberuflich Tätigen angeboten werden, gilt die VOF (Verdingungsordnung für freiberufliche Leistungen). Ist die freiberufliche Leistung jedoch eindeutig und erschöpfend beschreibbar, gilt nach § 2 Abs. 2 S. 2 VOF allein die VOL. Anders als VOB und VOL, die grundsätzlich für alle Auftragsvergaben ohne Beschränkung auf einen bestimmten Wert gelten, gilt die VOF nur für Aufträge, deren Wert 200.000 € oder mehr beträgt. Aufträge nach VOF sind im Verhandlungsverfahren mit vorheriger Vergabebekanntmachung zu vergeben. 3.4.5 Der GMP-Vertrag Ein weiterer, neuer Vertragstyp für die Rechtsbeziehungen zwischen Auftraggeber (AG) und Bauunternehmung (AN) ist der GMP (guaranteed maximum price) -Vertrag. Diese Vertragsform „ist vom vertraglich geschuldetem Leistungsumfang her ein Pauschalvertrag mit bei Vertragsschluss festgelegtem Preis, der jedoch ein Maximum-Preis und nach „unten“ veränderbar ist. Der abgerechnete, tatsächliche Gesamtpreis liegt wie beim Einheitspreisvertrag erst mit der Schlussrechnung fest, wobei ein eventueller Vergabegewinn in einem individuell vereinbarten Verhältnis zwischen den Vertragsparteien aufgeteilt wird“ [3.31]. Bei dieser Vertragsform wird der Preis bereits in der Phase der Vorentwurfsoder Entwurfsplanung vereinbart, in der der AN sein Know-how einfließen lässt und mitarbeitet. Hinsichtlich Chancen und Risiken dieses Vertragstyps für AG und AN und die Anwendungsbereiche verweise ich auf die Literatur [3.26, 3.27, 3.32, 9.30].

3.5 Bauunternehmung und Bauproduktion im Projektablauf

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3.5 Bauunternehmung und Bauproduktion im Projektablauf 3.5.1 Die Bauunternehmung in der Projektorganisation Wie Projektorganisation und Projektablauf zeigen, ist Bauen eine Gemeinschaftsleistung im Team. Dabei ist die Bauausführung nach Abschluss der Planung, Konstruktion und Genehmigung die letzte, jedoch kostenintensivste Phase bei der Realisierung eines Projekts. Die nachstehende Darstellung beschränkt sich auf diesen Bereich der Projektabwicklung. Sie setzt rechtzeitige, möglichst fertigungsgerechte Planung und eine abgeschlossene Bauvorbereitung auf Auftraggeberseite voraus. Um Produktionsleistungen erbringen zu können, verfügte die traditionelle Rohoder Ausbauunternehmung über ein Potential an produktiven Faktoren. Es bestand zunächst aus gewerblichen Arbeitskräften - häufig eingearbeiteten Kolonnen-. Dazu kamen Betriebsmittel (Maschinen, Geräte, bspw. Schalung und Rüstung, Vorrichtungen) sowie Werkstätten und Lagerplätze. Häufig verfügte eine Bauunternehmung noch über zentrale (stationäre) Betriebsstätten (Schalungsvorbereitung), einen Fuhrpark oder ein Stahlbetonfertigteilwerk. Weiter gehörten zum Potential als dispositiver Faktor die Führungskräfte auf den verschiedenen Ebenen, deren Können und Spezialerfahrungen das „Knowhow“ einer Unternehmung bilden. Dieses Potential galt es mit Hilfe systematischer Einsatzplanung und angepasster Organisation bei der Bauausführung optimal einzusetzen. Auf den dritten produktiven Faktor, die Werkstoffe (im Bauwesen als Baustoffe bezeichnet), hatte der Baubetrieb in der Regel keinen Einfluss. Sie sind durch die Planung vorgegeben und werden in der vertraglich geforderten Qualität auf den Baustoffmärkten beschafft. Um nicht ausschließlich vom Preiswettbewerb abhängig zu sein, versuchen große Bauunternehmungen durch eigene Forschung und Entwicklung im Ideenwettbewerb bei Ausschreibungen über technische Sondervorschläge (Nebenangebote) Aufträge zu erhalten. Im Großbrückenbau ist dies in der Bundesrepublik seit Jahrzehnten die Regel. Insgesamt ist die Bauindustrie jedoch nach wie vor eine Bereitschaftsindustrie, bei der es darauf ankommt, dass ein Betrieb vor dem Auslaufen von Baustellen rechtzeitig Anschlussaufträge erhält, um sein Potential kontinuierlich und möglichst gleichmäßig einsetzen zu können. Andernfalls entstehen Leerkosten. Wie schon erwähnt, hat sich der Baumarkt verändert. Die traditionelle Bauunternehmung, die nahezu alle für ein Bauwerk erforderlichen Leistungen im eigenen Betrieb erbracht hat, muss sich dem Markt anpassen. Ich gehe in der Zusammenfassung (Abschn. 3.5.6) nochmals darauf ein.

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

3.5.2 Einflüsse auf die Bauproduktion Das operative Bauen, wie man es heute nennt, die Bauproduktion, unterliegt einer Reihe von Einflüssen. Sie lassen sich in vier Einflussbereiche zusammenfassen (Bild 3.19).

Bild 3.19: Einflussbereiche auf die Bauproduktion

Der erste Einflussbereich ist der Baumarkt. Darunter sind Art, Größe und Anzahl der Bauvorhaben zu verstehen, die von öffentlichen und privaten Bauherren mehr oder weniger laufend ausgeschrieben werden. Jede Ausschreibung, jede Anfrage eines Investors nach Angeboten für die kostengünstigste Erstellung eines Bauwerks ist ein Teilmarkt. Da auch bei Bauzeiten von mehreren Monaten eine Bauunternehmung immer wieder Anschlussaufträge braucht, um ihr Potential möglichst kontinuierlich einsetzen zu können, ergibt sich für jeden Teilmarkt je nach Unternehmens- und Konjunkturlage ein mehr oder weniger scharfer Wettbewerb um den Auftrag. Für die Bauausführung geben die Auftraggeber die Vertragsbedingungen vor. Sie bilden neben den Ausführungsunterlagen (Pläne, Leistungsbeschreibung) und den Standortverhältnissen der Baustelle wesentliche Rahmenbedingungen der Produktion. Das zweite Einflussfeld ist die technische bzw. technologische Entwicklung in den verschiedenen Bereichen des Bauwesens. Jede technologische Verbesserung bei der Bauausführung hat in der Regel Kosteneinsparungen zur Folge, die im Wettbewerb ausgespielt werden müssen, um den Auftrag zu erhalten. Die Beobachtung der technischen und technologischen Entwicklung, besser noch ihre Beeinflussung, ist für Bauunternehmungen eine ihrer wichtigsten Aufgaben. Der dritte Einflussbereich sind die Beschaffungsmärkte. Dies sind der Arbeitsmarkt, der Baustoffmarkt, der Baumaschinenmarkt und der Markt für Nachunternehmer. Der Arbeitsmarkt beeinflusst die verfügbare Anzahl von Arbeitskräften, ihre Qualifikation und ihre Kosten; der Baustoffmarkt stellt Bau-, Bauhilfs- und

3.5 Bauunternehmung und Bauproduktion im Projektablauf

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Betriebsstoffe bereit. Der Baumaschinenmarkt umfasst das Angebot an Baumaschinen, Geräten und weiteren Einrichtungen für eine rationelle Bauausführung nach Art und Größe, wobei Maschinenleistung, Verfügbarkeit, Lieferzeit und Kosten sowie der Reparaturservice das Marktverhalten der Käufer bestimmen. Da Großgerät inzwischen fallweise angemietet werden kann, entfallen die Investitionen in Baumaschinen. Da Bauunternehmungen die operativen Arbeiten zum Teil nur noch in Bereichen ihrer Kernkompetenz (Schalung, Betoneinbau) oder überhaupt nicht mehr ausführen, spielen darüber hinaus die für den Einzelfall erforderlichen Nachunternehmer eine immer wichtigere Rolle. Sie gehören, wie neuerdings auch Planungsund Ingenieurbüros, damit ebenfalls zum Beschaffungsmarkt einer Bauunternehmung. Ein weiterer (vierter) Einflussbereich resultiert aus staatlichen oder quasistaatlichen Regelungen und Eingriffen, d.s. Gesetze, Verordnungen und – nicht zuletzt – Regelwerke wie die DIN-Normen als technische Standards oder die Regeln zum Arbeitsschutz auf Baustellen. Dazu kommen tarifvertragliche Regelungen und Umweltbedingungen (Entsorgung), die in den Folgen staatlichen Eingriffen gleichzusetzen sind. Alle diese Einflussfaktoren bestimmen mehr oder weniger weitgehend Planung, Vorbereitung und Ausführung von Bauvorhaben. Sie werden darüber hinaus von den besonderen Bedingungen der Bauproduktion beeinflusst. 3.5.3 Besonderheiten der Bauproduktion Im Vergleich zur Fertigung in der stationären Industrie ist die Bauproduktion durch folgende Merkmale gekennzeichnet: 1. 2. 3. 4.

Fertigung auf Bestellung, Einzelfertigung, Baustellenfertigung, Langfristfertigung [3.33].

Zu 1.: Bauleistungen werden aufgrund von Aufträgen erbracht, die Auftraggeber (Investoren) anhand von Preisangeboten bauausführender Unternehmungen nach öffentlicher oder beschränkter Ausschreibung (oder freihändiger Vergabe) erteilen. Die Ausschreibung erfolgt in der Regel nach Abschluss der Bauwerksplanung (Ziff. 3.1.1, Bild 3.1 ). Den Aufträgen liegen Entwürfe und Ausführungspläne zugrunde, die nach individuellen Wünschen des Auftraggebers von betriebsfremden Architekten, Ingenieuren und sonstigen Fachleuten ausgearbeitet werden. Die Teilleistungen und die Baustoffqualität werden beim Einheitspreisvertrag und detailliertem Pauschalvertrag in Leistungsverzeichnissen, bei funktionaler Ausschreibung im Leistungsprogramm beschrieben. Dazu werden im Rahmen der Vertragsbedingungen Baubeginn und Baufertigstellung vorgegeben. Das Aufstellen eines optimalen Produktionsprogramms ist einer Bauunternehmung deshalb nur bedingt möglich. Die bauausführende Wirtschaft wird deshalb

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

als Bereitschaftsgewerbe bezeichnet. Sie ist in noch stärkerem Maße durch die Einflussnahme des Auftraggebers auf Produktgestaltung und Fertigungsprozess gekennzeichnet als andere Branchen, für die die Fertigung auf Bestellung ebenfalls kennzeichnend ist (Großmaschinen- und Schiffbau). Zu 2.: Innerhalb einer Bauunternehmung werden in der Regel zur gleichen Zeit mehrere, jedoch untereinander verschiedene Objekte erstellt. Diese Produktionsart (Einzelfertigung) erfordert für Vorbereitung und Durchführung eine besonders große Zahl an menschlichen Eingriffen (Primärimpulsen). Die Einmaligkeit der Objekte im Fall der Einzelfertigung schließt jedoch nicht aus, dass ein Objekt Teile enthält, die auch bei anderen Objekten verwendet werden können. Wenn dazu „das Kriterium der Gleichheit der Objekte nicht im Sinne völliger Identität ausgelegt wird, sondern im Sinne der Gleichartigkeit hinsichtlich Zweckbestimmung, Konstruktion und Fertigungstechnik sowie des Arbeitsumfangs aufgefasst wird, dann lassen sich im Zuge verstärkter Rationalisierung und Industrialisierung auch im Baugewerbe Beispiele für Serienfertigung anführen“. Zu 3.: Bauwerke können vorwiegend nur an ihrem vorausbestimmten Standort hergestellt werden. Die Unternehmungen müssen daher ihre Leistungen an stets wechselnden Orten mit ihren topographischen, technischen und wirtschaftlichen Gegebenheiten und unter saisonaler Witterungsabhängigkeit erstellen. Arbeitskräfte, Betriebsmittel sowie Bau-, Vorhalte- und Reparaturstoffe müssen an die jeweilige Baustelle transportiert werden (Ausnahme: bspw. Boden bei Erdarbeiten, vor Ort aufbereiteter Recyclingsplitt und -schotter aus Abbrucharbeiten). Die Produktionsstätte muss für jeden Auftrag dem geplanten Bauwerk entsprechend neu eingerichtet werden. Die Bauunternehmungen sind daher durch eine mehr oder weniger große Zahl von technisch und wirtschaftlich unterschiedlichen temporären Produktionsstätten gekennzeichnet, die sich nach Art, Lage, Umfang, Ausführungsbedingungen und Fertigstellungsstadium unterscheiden. Zu 4.: Die Herstellung vergleichsweise großer und häufig komplexer Objekte erfordert oft Fertigungszeiten über mehrere Monate. „Während der Fertigungsdauer ist das System der Produktionsfaktoren je nach der auszuführenden Arbeit sehr unterschiedlich strukturiert. Da sich in der Regel nicht nur ein einziges Objekt im Bau befindet, sondern meist mehrere, zu unterschiedlichen Zeitpunkten begonnene und in verschiedenen Fristen fertigzustellende Objekte und die Ansprüche der einzelnen Objekte an das Produktionspotential mit fortschreitender Bauzeit schwanken“, resultiert daraus ein Abstimmungsproblem für den Einsatz der technischen und personellen Betriebskapazität bzw. der Nachunternehmer. Zusammenfassend liegen die Besonderheiten der Bauproduktion somit in der ungleichmäßigen Beschäftigung, bedingt durch die Art der Auftragsvergabe und die Art der Bauleistungen, der Konjunkturabhängigkeit und der Witterungsein-

3.5 Bauunternehmung und Bauproduktion im Projektablauf

49

flüsse. Sie erfordern vor dem Hintergrund der Dynamik des technischen Fortschritts und der sozialen Entwicklung seitens der Unternehmensführung, der Arbeits- und Führungskräfte und der eingesetzten Betriebsmittel höchste Leistungseffizienz und Elastizität. Je nachdem, unter welchen Gesichtspunkten die Besonderheiten der Bauproduktion betrachtet werden, gibt es neben den v.g. Kriterien weitere Unterscheidungsmerkmale zur Einzelfertigung der stationären Industrie. Hierzu sind besonders die Hinweise von Pause aus der Sicht der Bauunternehmung [3.34] und die Kriterien von Schürings aus dem Blickwinkel der Fertigungssteuerung zu erwähnen [3.35], die z.T. auch die bereits genannten grundlegenden Unterschiede zur stationären Industrie ansprechen. Zwei Bemerkungen daraus, die den genannten branchentypischen Sachverhalt unterstreichen, sollen deshalb noch erwähnt werden: „Kennzeichen der Baustellenfertigung ist, dass in ihr die Kapazitäten bewegt werden und die Werkstücke (Bauwerksteile) ruhen“ [3.35]. Der Grund dafür, warum sonst als selbstverständlich für die industrielle Produktion anerkannte Gesichtspunkte im Baubereich immer noch und immer wieder auf Schwierigkeiten stoßen, liegt in der Tatsache, dass es sich hier um eine extreme Form von Einzelproduktion handelt, trotzdem aber rationelle, teilmechanisierte und organisierte Arbeitsverfahren zur Anwendung kommen. Wenn man von bestimmten Bereichen des einfachen Wohnungsbaus absieht, gibt es kaum zwei Bauwerke, die völlig deckungsgleich sind. Selbst wenn die Endprodukte, d.h. die fertigen Bauwerke, noch in sich gleich wären, liegen fast immer verschiedene Produktionsbedingungen vor, die letztlich die Kosten bestimmen [3.34]. 3.5.4 Planungsbereiche der Bauunternehmung Innerhalb einer Bauunternehmung, die wie jede Unternehmung als zielorientiertes Aktionszentrum zu sehen ist, lassen sich im Rahmen ihrer Gesamtplanung vier Teilplanungskomplexe unterscheiden. Dies sind [3.36] − − − −

die generelle Zielplanung, die strategische Planung, die operative Planung und die Ergebnis- und Finanzplanung.

Zielplanung, strategische Planung sowie Ergebnis- und Finanzplanung betreffen vorwiegend das nach außen gerichtete Operationsfeld einer Unternehmung, weshalb im Rahmen dieser Darstellung im Einzelnen darauf nicht einzugehen ist. Dagegen bezieht sich die operative Planung innerbetrieblich auf die Herstellung von Bauwerken. Sie besteht aus zwei Teilbereichen, der kurzfristigen Programmplanung (Angebotsplanung) und den einzelnen Projekt- (Baustellen-) planungen. Hiervon umfasst die kurzfristige Programmplanung das Hereinholen von Aufträgen und legt dafür die Grundsätze für das Bearbeiten von Angeboten fest. Sie ist aus der Sicht der Unternehmung ebenfalls nach außen, auf den Markt, gerichtet.

50

3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

Der zweite Bereich der operativen Planung, die Planung für Ablauf und Einrichtung der einzelnen Baustellen (Projektplanung), betrifft dagegen das innere, auf die Ausführung der Aufträge bezogene Operationsfeld einer Unternehmung. Hierbei handelt es sich um zielorientierte, zeitlich begrenzte Auftragsfolgen, die in der Regel sowohl komplex als auch einmalig sind. Ziel dieser Projektplanung ist die Kostenminimierung bei Unterstellung eines vereinbarten Erlöses. Die Projektplanung umfasst als Produktionsprozessplanung die zielorientierte Potential- und Verbrauchsfaktoreinsatzplanung, durch die Art, Einsatzort, Vorhaltezeit und Menge der Potentiale und Verbrauchsfaktoren bestimmt werden. Diese Detailplanung besteht aus − − − −

der Verfahrensplanung, der Kapazitäts- und Terminplanung, der Materialplanung (Bereitstellungsplanung) und der Baustelleneinrichtungsplanung.

Bild 3.20: Operative Programm- und Projektplanung in einer Bauunternehmung [3.36]

Sie wird bei der Bauausführung durch die Produktionskontrolle und -steuerung ergänzt (Bild 3.20). Um im Unternehmen die optimale Potentialbereitstellung zu erreichen, ist im Rahmen der aufgezeigten Teilbereiche der Projektplanung, vor allem für das je-

3.5 Bauunternehmung und Bauproduktion im Projektablauf

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weilige Engpasspotential, eine Abstimmung mit der zentralen Potentialbereitstellung aus dem strategischen Planungsbereich erforderlich. Die vorstehende Darstellung bezieht sich auf die traditionelle Bauunternehmung, die ihre Leistungen vorwiegend mit eigener Mannschaft und eigenem Gerät erbringt. Inzwischen geht, wie schon erwähnt, bei größeren Firmen der Trend dahin, im eigenen Haus nur noch eine kleine, vielseitig einsetzbare Kernmannschaft für die Kernkompetenz vor zu halten, die von Fall zu Fall erforderlichen Nachunternehmer auszuwählen, ggf. die notwendigen Maschinen und Geräte anzumieten, die Baustoffe zu beschaffen und für die Herstellung des Bauwerks das Management, die Logistik, das Controlling und die Risikobewältigung zu übernehmen [1.6, 1.7]. Auf die Terminplanung, in der Praxis als Ablaufplanung bezeichnet, gehe ich im Einzelnen im Kap. 11 ein. 3.5.5 Operationsfelder einer Bauunternehmung Wie schon erwähnt, sind innerhalb einer Bauunternehmung bzw. ihren für die Bauausführung maßgebenden betriebstechnischen Fertigungseinheiten (Niederlassungen) zwei Operationsfelder zu unterscheiden (Bild 3.21): der Unternehmensund der Produktionsbereich.

Bild 3.21: Operationsfelder im technischen Bereich einer Bauunternehmung

Der erstgenannte Bereich betrifft das Verhalten am Markt bzw. gegenüber den Auftraggebern. Hier geht es aufgrund der eigenen Zielsetzung und Strategie um Marktbeobachtung und Marktverhalten, d.h. das Beschaffen von Aufträgen (Aqui-

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

sition). Dieser Bereich ist wie der gesamte kaufmännische Bereich einer Unternehmung nicht Gegenstand der weiteren Darstellung. Das zweite Operationsfeld umfasst die Ausführung der übernommenen Aufträge, die rationelle Produktion. Dieser zweite, auftragsbezogene Bereich unterscheidet sich vom ersten dadurch, dass eine Reihe von Unsicherheitsfaktoren, die aus den Besonderheiten der Bauproduktion resultieren, bspw. diskontinuierlicher Auftragseingang und Konjunkturabhängigkeit, bei der Abwicklung eines übernommenen Auftrages für diesen nur noch bedingt wirksam sind, denn für hereingenommene Aufträge sind die Randbedingungen und das auftragsspezifische Risiko im Wesentlichen bekannt. Damit ist eine detaillierte Ablaufplanung (operative Planung bzw. Prozessoptimierung) möglich. Dieser Produktionsbereich einer Bauunternehmung, das zweite Operationsfeld, wird nachstehend als Baubetrieb bezeichnet. Er stellt die technisch-wirtschaftliche Fertigungseinheit dar, in der durch Kombination der eigenen oder fallweise herangezogenen fremden Produktionsfaktoren bzw. durch Einsatz von MenschMaschine-Systemen bei der Be- oder Verarbeitung von Stoffen Bauprodukte erbracht und damit Bauteile hergestellt oder Bauwerke errichtet werden. Während somit im ersten Operationsfeld einer Unternehmung erhebliche Unsicherheiten die Unternehmensplanung belasten, da nicht vorhersehbar ist, welche Aufträge unter den Bedingungen des Marktes wann übernommen werden können, ist der zweite Bereich, die Produktion, von diesen Unsicherheiten weitgehend frei. Für ein bestimmtes Bauvorhaben lässt sich dessen Ausführung durch Arbeitsvorbereitung – unter Berücksichtigung verbleibender Restrisiken – relativ sicher planen. Werden allerdings auftraggeberseitige Vorleistungen nicht rechtzeitig erbracht, Ausführungspläne unvollständig oder zu spät geliefert, Entscheidungen nicht rechtzeitig getroffen oder kommt es bspw. wegen unterlassener oder nicht hinreichend vorgenommener Bodenuntersuchungen zu Behinderungen oder Stillständen in der Bauausführung, sind Bauzeitverzögerungen und erhebliche Mehrkosten die Folge. Der Regelfall sollte jedoch der weitgehend ungestörte Bauablauf im Sinne industrieller Fertigung sein. Im effektiven Zusammenfügen der beiden Operationsfelder an der Nahtstelle, dem Zentrum der Unternehmung, wo mit Hilfe der erforderlichen Informationen und Aktivitäten sowie entsprechender Planung, Organisation und Kontrolle rechtzeitig die notwendigen Entscheidungen zu treffen und ihr Vollzug zu überwachen sind, besteht die Qualität einer Unternehmung und ihrer Leitung. 3.5.6 Zusammenfassung Im vorstehenden Abschnitt ist die Situation der bauausführenden Unternehmungen im Baumarkt dargestellt. Wie schon erwähnt, verändert sich der Markt. Als Stichworte hierzu werden das Ende der Universal-Bauunternehmung, alternative Vertragsmodelle statt Einheitspreisvertrag und das Risikomanagement genannt [1.7]. Die Strukturveränderungen tendieren zum Generalunternehmer mit Pauschalfestpreis und zu GMP-Modellen. Großbauunternehmungen verstehen sich darüber hinaus als Dienstleister für private und öffentliche Investoren, übernehmen die

Literatur zu Kapitel 3

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Entwicklung, Planung, Finanzierung und Realisierung von Bauobjekten sowie das Facility-Management. Das operative Bauen wird teilweise oder ganz den auf ihre jeweilige Kernkompetenz spezialisierten Nachunternehmen überlassen [1.20 bis 1.22]. Als abschließenden Überblick über die strategischen Möglichkeiten und den derzeitigen Stand der Marktanpassung traditioneller Bauunternehmungen verweise ich, ergänzend zu den Literaturangaben in den Abschnitten 1 und 3, noch auf die Veröffentlichungen [3.37] bis [3.45] und [3.52, 3.53].

Literatur zu Kapitel 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8

3.9 3.10 3.11 3.12 3.13

3.14

3.15

Handbuch für Städtisches Ingenieurwesen, Band I (1982), Darmstadt 1981, Teil 2, Rechtsfragen (Tiedemann), S. 2/142 ff. Wormuth, R., Knublauch, E., Öffentliches Baurecht (Begriffe), in Schneider, K.-J., Bautabellen, 8. Auflage, Düsseldorf 1988 (S. 1.1 ff.) Bauordnung für das Land Nordrhein-Westfallen (BauONW) vom 07.05.95 VOB – Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen, Teile A und B, Ausgabe 2002, Bundesanzeiger-Verlag, Köln, 2002 Verordnung über die Honorare für Leistungen der Architekten und Ingenieure (HOAI, Stand 01.01.96) Führer, H., Grief, M., Gebäudemanagement für Architekten und Ingenieure, Darmstadt 1997 Schub, A., Phasenweiser Projektablauf bei Bauvorhaben – Saynisch, Schelle, Schub, Projektmanagement, München 1979, S. 59-83 Müller, D., Grundlagen, Erfahrungen und Anforderungen an Projektinformationssysteme – Saynisch, Schelle, Schub, Projektmanagement, München 1979, S. 330 Olk, U., Entwicklung eines Struktur- und Ablaufmodells für industrialisiertes Bauen, Diss. Universität Dortmund 1980 Fleischmann, G. D., Wer muss was wann erledigen?, Baubeteiligte und Bauablauf, bpx 5/77, S. 10-12 Will, L., Die Rolle des Bauherren im Planungs- und Bauprozess, Europäische Hochschulschriften, Reihe V, Bd. 436, Frankfurt 1983 Brandenberger, J. und Rousch, E., Projektmanagement im Bauwesen, 2. Auflage, Zürich 1985 Dressel, G., Formen des Projektmanagements bei Großbauvorhaben im Wohnungsbau, Schriftenreihe „Bau- und Wohnungsforschung“ BMBau Nr. 04.045, Bonn 1978 Burger, R., Bauprojektorganisation, Modelle, Regeln und Methoden, Publikation Nr. 16 des Instituts für Bauplanung und Baubetrieb der ETH Zürich (IBETH) Pozzi, A., Einleitung zur Arbeitstagung der SIA-Fachgruppe für das Management im Bauwesen und des IBETH über Bauprojektorganisation am 20./21.03.1985 in Zürich, SIA-Dokumentation D 008 (Bauprojektorganisation), Zürich 1986

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

3.16 Mainka, Th., Die optimale baubetriebliche Abwicklung schlüsselfertiger Bauvorhaben hinsichtlich Organisation und Produktionstechnik, dargestellt am Beispiel der raumauskleidenden Ausbauarbeiten, Dissertation Universität Dortmund 1988 3.17 BW, Grafik des Monats, Subunternehmertätigkeit im Bauhauptgewerbe, BW 53/1999, H. 5/S. 10 3.18 Vliamos, N., Projektmanagement, Ber. Ing. 3-87, S. 34-40 3.19 Rösel, W., Baumanagement, Grundlagen, Technik, Praxis, Bauverlag Wiesbaden, 3. Auflage, 1994, Best.-Nr. 5250-9 3.20 Wischnewski, E., Aktives Projektmanagement für das Bauwesen, Eine Anleitung zur effektiven Unterstützung, Durchführung und Steuerung von Bauprojekten, 3. Auflage, Wiesbaden, Vieweg 2001 3.21 Heiermann, Riedl, Rusam, Schwaab, Handkommentar zur VOB, Teile A u. B, 10. Auflage, 3.22 Vygen, K., Bauvertragsrecht nach VOB und BGB, Handbuch des privaten Baurechts, neueste Auflagen, Wiesbaden 3.23 Heiermann, W., Ax, Th., Vergaberechts – Änderungsgesetz, Starnberg 1998 3.24 Kullack, A., Die neue Informationspflicht des Auftraggebers nach § 13 Vergabeverordnung, BW 6/2001 3.25 Lau, Th., Was pauschaliert ein Pauschalvertrag?, Zf BR 06/2000, S. 539 3.26 Gralla, M., Neue Wettbewerbs- und Vertragsformen für die deutsche Bauwirtschaft, Diss. Universität Dortmund 1999 3.27 Kapellmann, K. D., Komplexer Global-Pauschalvertrag – Vertragstypen, Festschrift [1.16], S. 141 3.28 Diederichs, C. I., Krudewig, N., Fink-Stauf, Global-Pauschalvertrag mit funktionaler Leistungsbeschreibung, Modeerscheinung oder dauerhaftes Vertragsmodell? B + B 12/2001 3.29 AGBG, §§ 3, 9-11 und 13, Unwirksame Allgemeine Geschäftsbedingungen eines Unternehmens das bundesweit Einkaufszentralen verwaltet, sich außerdem mit der Entwicklung, der Herstellung und der Umstrukturierung von Einkaufszentralen befasst und in diesem Rahmen Bauleistungen vergibt, Zf BR 1/1998, S. 35 3.30 Glatzel, Hofmann, Frikell, Unwirksame Bauvertragsklauseln, 9. Auflage 2000, Verlag E. Vögel, Stamsried 3.31 Čadež, I., Bauverträge mit garantierter Maximum-Preis-Vergütung, Ein Mix aus Chancen und Risiken, B + B 1/2000 3.32 Lögters, G., Innovation bei der Vertragsgestaltung – das Partnerschaftsmodell GMP-Vertrag, BW 53/1999, H. 5 3.33 Refisch, B., Probleme der Führung und Organisation von Bauunternehmungen, Sonderdruck aus Betriebswirtschaftliche Unternehmensführung (herausgeg. Von v. Kortzfleisch, G, und Bergner, H.) Verlag Duncker & Humblot, Berlin (ohne Jahresangabe) 3.34 Pause, H., Die Bedeutung der technischen und baubetrieblichen Randbedingungen für die Baudurchführung, für Ausschreibung, Baupreis, Bauvertrag und Vertragsabwicklung, Düsseldorf 1984

Literatur zu Kapitel 3

55

3.35 Schürings, F.-J., Entwicklung von Fertigungssteuerungsmodellen der Einzelfertigung für die Bauindustrie, Diss. Universität Köln 1977 3.36 Hahn, D., Planung und Kontrolle als Führungsaufgaben in Bauunternehmen, aus Planung, Steuerung und Kontrolle im Bauunternehmen, Referate der 19. Betriebswirtschaftlichen Jahrestagung der Wirtschaftvereinigung Bauindustrie NW, 1986, Wibau-Verlag, Düsseldorf 1987 3.37 Treuter, K., Schlüsselfertiges Bauen auf Basis Funktionalausschreibung und zum Pauschalfestpreis, Risiken und Verantwortlichkeiten des Generalunternehmers, 40 Jahre Institut für Baubetriebswesen an der TU Dresden, Kolloquium, Kurzfassung der Beiträge, 1995 3.38 Alfen, H. W., Projektentwicklung Infrastruktur als Geschäftsfeld der Bauindustrie, BW 1999, H. 4/5 3.39 Buysch, M., Schnittstellenmanagement bei der Abwicklung schlüsselfertiger Hochbauprojekte, in Festschrift [1.16], 50 Jahre Lehrstuhl für Baumaschinen und Baubetrieb – Festschrift / I. Dornbusch (Hrsg.), Aachen, Shaker, 2000, S. 53 3.40 Werner, M., Schnittstellenproblematik bei der Abwicklung von Nachunternehmerleistungen, in [1.16], S. 107 3.41 Jacob, D., Die Bauwirtschaft im Jahr 2010, B + B 5/2001 3.42 Hehenberger, F., Tunnel, Brücken und Gleisknoten, Bauen für den ICE in Ingolstadt (hier der Abschnitt Bauausführung und Management) B + B 5/2001 3.43 Haller, P., Baubetriebslehre und Facility Management – Ein Nebeneinander oder Integration – Festschrift 75 Jahre Baubetrieb an der TU Berlin, B. Kochendörfer (Hrsg.), TU Berlin 2002 3.44 Jacob, D., Stuhr, C., Finanzierungsinstrumente bei privatwirtschaftlicher Realisierung öffentlicher Hochbauvorhaben durch mittelständische Unternehmen, in [3.43] 3.45 Röthemeyer, A.-K. (BMWi), Einbezug mittelständischer Unternehmen in PPP-Modelle, in Kochendörfer/Jacob, TU Berlin/Tu Bergakademie Freiberg, 3. Europ. Symposium über Effizienzvorteile bei PPP-Modellen in der Bauwirtschaft, 26. Sept. 2002 Berlin, Tagungsunterlagen 3.46 Bücker, M., Projektabwicklungsform Construction Management, B + B 2/2005, S. 35 3.47 Quack, F., Teilpauschalverträge, Zf BR 2/2005, S. 107 3.48 Heddäus, I., Probleme und Lösungen um den Pauschalvertrag – Mischformen von Pauschalverträgen – Komplettheitsklauseln – Zf BR 2/2005, S. 114 3.49 Poetsch-Heffter, A., Global- und Detailpauschalvertrag in Rechtsprechung und Literatur, Zf BR 4/2005, S. 324 3.50 Leineweber, A., Kündigung bei Pauschalverträgen, Möglichkeiten und Problemlösungen für den Auftragnehmer im Zusammenhang mit der Abrechnung, Zf BR 2/2005, S. 110 3.51 BGB, Bürgerliches Gesetzbuch, Einführung, Sonderausgabe dtv München 2005, S. XXV bis VVVIII

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3 Die Projektabwicklung im Bauwesen

3.52 Kulle, B., Kooperation zwischen öffentlicher Hand und privaten Unternehmen (Public Private Partnership) – Erfahrungen aus unternehmerischer Sicht, Zf BR 2/2003, S. 129 3.53 Osebold, R., Strukturierung von PPP-Vertragsmodellen, B + B 7/8-2004, S. 32

4 Definitionen

4.1 Bauverfahren Wie bei der Produktion von Investitionsgütern in anderen Industriezweigen werden beim Errichten von Bauwerken natur- und ingenieurwissenschaftliche Erkenntnisse sowie technologische Regeln und Erfahrungen angewendet. War Bauen ursprünglich größtenteils Handwerk und häufig schwere körperliche Arbeit, wird durch die Entwicklung der Technik und der sie begleitenden gesellschaftlichen Veränderungen die Arbeit auf der Baustelle oder in stationären Fertigungsstätten heute mehr und mehr durch Maschinen verrichtet, die von Menschen nur noch bedient zu werden brauchen. Der Bauablauf wurde, je nach Art der Teilvorgänge, maschinisiert bzw. mechanisiert. In Zukunft werden Teilprozesse der Bauproduktion auch automatisch ablaufen. Die aktuellen Baumethoden erfordern Arbeitskräfte, Betriebsmittel und Energie, um entweder feste Stoffe oder Körper zu be- oder verarbeiten (Baustoffe wie Holz, Stahl, Mauerwerk) bzw. ihre Lage und Form zu verändern (Boden) oder durch Zustandsveränderungen flüssiger (selten gasförmiger) Stoffe standfeste Baukörper zu errichten (Mörtel und Beton) bzw. vor Ort überhaupt erst einen sicheren Arbeitsraum zu schaffen (Schildvortrieb, Baugrubenumschließungen und injektionen, Gefrieren). Der optimale Einsatz dieses Potentials erfordert eine dem jeweiligen Bauablauf und seinen Randbedingungen (Bauzeit) angepasste Organisation. In der stationären Industrie wird der Umgang mit festen Stoffen als Fertigungstechnik, die Zustandsveränderung flüssiger und gasförmiger Stoffe als Verfahrenstechnik bezeichnet. Da seit Jahren auch Bauvorgänge mit festen Stoffen oder Körpern als Bauverfahren bezeichnet werden [4.1], wird im folgenden hierfür ebenfalls diese Bezeichnung verwendet. Um aufzuzeigen, wie ein Baubetrieb nach dem heutigen Stand der Technik rationell, also kostenoptimal, produzieren kann, werden nachstehend beispielhaft die in der Bauproduktion vorwiegend angewendeten Verfahren dargestellt. Hierfür wurden Erdarbeiten, Beton- und Stahlbetonarbeiten in Ortbeton, der StahlbetonFertigteilbau und der Spezialtiefbau gewählt. Die Ausbauarbeiten im Hochbau werden ebenfalls erwähnt. Der Groß-Brücken- und Untertagebau sowie weitere Bereiche des Ingenieurbaus (Straßenbau, Schienenverkehrswege) mussten ausgeklammert werden, um die Darstellung in überschaubaren Grenzen zu halten. Hierzu sei auf die Spezialliteratur verwiesen [bspw. 4.2–4.7].

58

4 Definitionen

Da die Bauproduktion vorwiegend dort abläuft, wo ein Bauwerk errichtet wird, werden die Kriterien für die dafür erforderliche „Feldfabrik“, die Baustelleneinrichtung, ebenfalls kurz aufgezeigt.

4.2 Rationelle Fertigung Allgemein wird unter Rationalisierung die Summe der Änderungen und Maßnahmen verstanden, die Abläufe und Zustände in einem Unternehmen so verbessern, dass die Unternehmensziele schnell, sicher und mit möglichst geringem Aufwand erreicht werden. In diesem Sinne bezeichnet „rationell“ das mehr oder weniger stetige Anpassen von Fertigungsverfahren und Organisationsformen an die Entwicklung des Marktes und der Technik zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und Produktivität. Allgemein umfasst der technisch orientierte Teil von Rationalisierungsmethoden, um den es hier in erster Linie geht, die Planung oder Verbesserung von Arbeitsstätten und -plätzen, des Material- und Arbeitsflusses sowie Planung und Entwicklung von Arbeits- und Fertigungsverfahren mit Hilfe der dafür verfügbaren Maschinen und Geräte. Insgesamt versucht man damit höhere Produktivität, höhere Produktqualität, höhere Sicherheit am Arbeitsplatz, geringere Fertigungskosten und geringere physische und psychische Belastung der Menschen im Fertigungsprozess zu erreichen [4.8]. Die Rationalisierungsmöglichkeiten des „Industrial-Engineering“, auch Prozessoptimierung genannt, weisen demnach eine erhebliche Bandbreite auf. Auf eine kurze Formel gebracht bedeutet Rationalisierung die „zweckmäßige Gestaltung von Arbeitsabläufen zur Leistungssteigerung und Aufwandssenkung, Erhöhung der Arbeitsintensität und des Leistungsgrades.“ Als Rationalisierungsstufen sind sowohl Mechanisierung und Automatisierung als auch die Beschränkung der zu fertigenden Produkte und deren Gestaltung mit Hilfe von Wertanalysen zu unterscheiden. Als zentraler Rationalisierungsbereich galt lange Zeit die Rationalisierung der menschlichen Arbeit durch weitgehende Arbeitsteilung, Fließarbeit und Arbeitsstudien [4.9]. Bauen war dagegen und ist heute noch i.W. Gruppenarbeit. In diesem Sinne wird in der weiteren Darstellung unter rationeller Produktion der jeweils bestmögliche, wirtschaftlich optimale Einsatz der produktiven Faktoren eines Baubetriebes bei der Bauausführung verstanden.

4.3 Automatisierung von Bauprozessen Die Bestrebungen zur Automatisierung von Bauprozessen stehen noch am Anfang. Voraussetzung dafür war die Entwicklung der Informationstechnik, die Betriebsdatenerfassung und -verarbeitung bei Baumaschinen. Man versteht den Bauroboter als intelligente Arbeitshilfe, die vom Menschen gesteuert wird, seine

Literatur zu Kapitel 4

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Leistungsfähigkeit und Sicherheit erhöht, ohne ihn von der Arbeit zu befreien. Die weitere Entwicklung wird von der Wirtschaftlichkeit von Automatisierungslösungen bestimmt werden. Unter automatisierten Systemen bzw. Robotern wird im Bauwesen eine Technik verstanden, deren Steuerung durch einen Mikroprozessor erfolgt und von Sensoren beeinflusst wird. Teilautomatisierung gibt es bereits in der stationären Baustoffaufbereitung und -verarbeitung, bei Kranen, Betonverteilanlagen, Erdbewegungs-, Kanalbau-, Straßenbau-, Tunnelbaumaschinen und in stationären Bauteil-Vorfertigungswerken. Als Beispiele seien zusammengefasste Grabvorgänge bei Hydraulikbaggern, die Maschinensteuerung von Planierraupen und Gradern über Satelliten zur Herstellung eines Planums, Spritzbetonroboter und Tübbingversetzmaschinen im Untertagebau sowie Versetzgeräte für großformatige Mauerblöcke im Hochbau erwähnt. Diese Beispiele zeigen, dass selbst eine Teilautomatisierung derzeit nur für Teilvorgänge bzw. Vorgangsgruppen möglich ist, die von der Bauaufgabe und der Organisation des Bauablaufs her kontinuierlich ablaufen. Das sind i.W. maschinelle Bauabläufe bei Linienbaustellen im Ingenieur- und Tiefbau. Die vorwiegend handwerkliche Fertigung im Hochbau ist dafür (noch) nicht geeignet (Ausnahme: selbstkletternde Schalungen mit Kletterautomaten beim Bau von Hochhäusern). Für weitere Informationen und Beispiele verweise ich auf die Literatur [4.10– 4.15].

Literatur zu Kapitel 4 4.1

4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9

Reismann, W., Die Verfahrenstechnik im Baubetrieb und ihre Anwendung zur Ermittlung der Maschinenkosten, BMT 20/1973, S. 260-272 und 305315 Göhler, B., Brückenbau mit dem Taktschiebeverfahren, Reihe Bauingenieur-Praxis, Ernst & Sohn, Berlin 1999 Maidl, B., Herrenknecht, M., Anheuser, L., Maschineller Tunnelbau im Schildvortrieb, Ernst & Sohn, Berlin 1994 Maidl, B., Schmid, L., Ritz, W., Herrenknecht, M., Tunnelbaumaschinen im Hartgestein, Ernst & Sohn, Berlin, 2001 Girmscheid, G., Baubetrieb und Bauverfahren im Tunnelbau, Ernst & Sohn, Berlin, 2000 Eisenmann, I., Leykauf, G., Betonfahrbahnen, Reihe: Handbuch für Beton-, Stahlbeton- und Spannbetonbau, 2. Auflage, Ernst & Sohn, Berlin 2003 Breitbach, P., Drüschner, L., Asphalt im 21. Jahrhundert – was wird bleiben, was wird sich verändern?, Bitumen 65/2003, H. 4, S. 154 ff Lindemann, F. O. A., „Rationalisierung“, Management-Enzyklopädie, 5. Band, München 1971 Meyers Enzyklopädisches Lexikon, Band 19, S. 598, Bibliographisches Institut Mannheim/Zürich 1977

60

4 Definitionen

4.10 Kunze, G., Attribute bei der Neu- und Weiterentwicklung von Baumaschinen, BMT Heft 7-8/1996, S. 5 4.11 Babendererde, S. und L., Auswahl von Tunnelbohrmaschinen für den Vortrieb in nicht standfestem Gebirge, BMT Heft 3/1996, S. 19 4.12 Maidl, B., Wehrmeyer, G., Anwendungen von Robotern im Tunnelbau, BMT Heft 3/1996, S. 26 4.13 Schmidt, A. P., Blue Planet Team Network, Roboter werden im nächsten Jahrhundert zu den wichtigsten Baumaschinen, Dt. Baublatt Nr. 237/238, 07/1997 4.14 Volz, H. J., Baubranche setzt die meisten Bau-Roboter ein, Dt. Baublatt 247, 05/1998 4.15 Neue Spritzbüffel im Hochwald-Tunnel (WETKRET 103), Putzmeister Post, Heft 42, 1999 [6.45]

5 Bauverfahren im Erdbau

5.1 Bauaufgabe, Vorarbeiten, Begriffe 5.1.1 Die Bauaufgabe Unter Erdbau versteht man die Veränderung von Erdkörpern nach Form, Lage und/oder Lagerungsdichte, insbesondere Bodenabtrag (Herstellen von Einschnitten, Baugruben, Gräben) und Bodenauftrag (Dammschüttung). Dabei sind Längsund Querförderung zu unterscheiden (Bild 5.1). SAB bezeichnet den Schwerpunkt des Abtrags, SAuf den des Auftrags.

Bild 5.1: Längs- und Querförderung im Erdbau

Die Erdbauaufgabe besteht somit darin, Boden zu lösen, in Fördermittel zu laden, über eine bestimmte, möglichst minimale Entfernung zu transportieren und wieder abzulagern oder einzubauen und zu verdichten. Bei einfachen Erdbauaufgaben (kleinen Baugruben, Rohrgräben), aber auch bei Fernleitungen für flüssige oder gasförmige Medien (Pipelines) entfällt zunächst der Transport, der ausgehobene Boden wird nur seitlich zwischengelagert. Für den Transport großer Bodenmengen bei hohen Tagesleistungen werden in Sonderfällen, bei sehr großen Erdbewegungen, auch Förderbänder (Bandstraßen) eingesetzt. Reichen die innerhalb eines Baufeldes bzw. einer Trasse (Linienführung von Straßen und Bahnstrecken) anfallenden Abtragsmengen für die erforderlichen Dammstrecken nicht aus, kann der abzutragende Boden in den planmäßigen Schüttungen nicht untergebracht werden oder ist er als Schüttgut ungeeignet, sind zusätzliche Seitenentnahmen oder Kippen einzurichten. Das Schema eines derarti-

62

5 Bauverfahren im Erdbau

gen, für den Erdbau typischen Produktionssystems geht aus Bild 5.2 hervor [5.1, 5.2]. In besonderen Fällen und bei entsprechender Eignung wird der im Aushubbereich oder in der Nähe eines größeren Bauwerks (Staumauer) anstehende Boden durch Zerkleinern (Fels), Waschen (Kiessand) und Sieben als Baustoff aufbereitet. Kiessand bspw. zu Betonzuschlagstoff, Fels zu Brechsand, Splitt und Schotter für den Straßen- und Dammbau oder ebenfalls für Massenbeton. Die hierfür erforderlichen Aufbereitungsanlagen entsprechen Fabrikbetrieben; Planung, Bau und Betrieb solcher Anlagen gehen über den Rahmen von Erdarbeiten hinaus; sie gehören zur Materialaufbereitung. Neuerdings wird auch Betonabbruch durch kompakte, transportable Brech- und Siebanlagen vor Ort aufbereitet und zur Baugrundverbesserung oder als Betonzuschlagstoff verwendet [5.3].

Bild 5.2.1: Struktur der Massenumlagerung [5.1]

Bild 5.2.2: Beispiel [5.2] Bild 5.2: Produktionssystem einer Erdbauaufgabe

5.1 Bauaufgabe, Vorarbeiten, Begriffe

63

5.1.2 Vorarbeiten Unabdingbare Vorarbeiten für den Erdbau und die Gründung von Bauwerken sind Geländeaufnahmen, geologische, boden- und felsmechanische Untersuchungen zur Klassifizierung und Beurteilung der anstehenden Böden sowie die Erkundung des Grundwasserstandes. Derartige Bodenuntersuchungen sind in einfachsten Fällen Schürfgruben; darüber hinaus Aufschluss- (Probe-)bohrungen bzw. -rammungen, die mit dafür besonders entwickelten Geräten vorzunehmen sind (bspw. leichte und schwere Rammsonde, leichtes Kernbohrgerät auf LKW-Fahrgestell). Zu den Vorarbeiten gehören außerdem die Mengenberechnungen anhand der Entwurfspläne (Längs- und Querprofile [5.4]), das Aufstellen der Ausschreibungsunterlagen (Leistungsverzeichnis und Vertragsbedingungen), das Abstecken der Trasse/Baugrubenböschungen im Gelände [5.5] und das Freimachen des Baufeldes (Rodungsarbeiten). Dies wird entweder dem Erdbauunternehmer oder Spezialfirmen übertragen. Weitere Vorarbeiten im Rahmen der Bauvorbereitung (das gilt nicht nur für Erdarbeiten) sind − das Erschließen des Baufeldes (Anlegen von Zufahrten, Wasser-, Stromanschlüssen), − das Erkunden von Hindernissen im Baufeld (Kabel, Leitungen, alte Fundamente usw.) ggf. durch Anlegen von Probeschlitzen, − Verkehrsumleitungen und -sicherung, − Untersuchung und ggf. Sicherung der durch den Bau möglicherweise gefährdeten Gebäude (Beweissicherung) sowie − das Abstimmen der geplanten Arbeiten mit allen Beteiligten. Alle diese Vorarbeiten sind so rechtzeitig durchzuführen, dass die Daten der Bodenaufschlüsse – bspw. die Beschreibung und Einstufung von Boden und Fels in die Gewinnungsklassen der DIN 18300 [5.6] – in die Ausschreibungsunterlagen aufgenommen werden können und den anbietenden Firmen für ihre Verfahrensund Gerätedispositionen zur Verfügung stehen. Außerdem müssen, soweit erforderlich, im Baufeld angetroffene Leitungen oder Kabel verlegt werden, bevor mit den maschinenintensiven Arbeiten begonnen wird. Darüber hinaus sollten Planungs- oder Bauaufträge so rechtzeitig vergeben werden, dass statische Berechnungen und Ausführungspläne für Bauwerke und Hilfskonstruktionen (Baugrubenumschließungen, Hilfsbrücken) ohne Zeitdruck angefertigt und geprüft werden können, bevor lt. Terminplan mit den Hauptbauleistungen begonnen werden muss (d.h. ausreichend bemessener Planungsvorlauf). Für die Ausschreibung und Kalkulation von Erdarbeiten wird aus der Mengenermittlung der Massen- oder Mengenverteilungsplan entwickelt, aus dem sich die mittleren Transportentfernungen der einzelnen Teilmengen ergeben (Bild 5.3). Zur Ermittlung der Mengenverteilung längs der Trasse und der Förderweiten für die einzelnen Bauabschnitte unter Berücksichtigung des Auflockerungs- und Verdichtungsgrades der Böden verweise ich auf die Literatur [5.4, 5.5]. Da die Transportkosten durchwegs der größte Kostenfaktor im Erdbau sind, ist deren Minimierung

64

5 Bauverfahren im Erdbau

durch geringst mögliche Förderweiten eine wirtschaftliche Grundbedingung jeder Erdarbeit. Für große Erdbewegungen werden im Rahmen dieser Transportoptimierung besondere Transportpläne erstellt, auf die im Abschnitt Förderung (Teilbetrieb T3) noch einzugehen ist. 5.1.3 Begriffe Der Baustoff „Erde“ So groß das Feld des Erdbaus ist – von wenigen Kubikmetern Baugrubenaushub für ein Einfamilienhaus bis zu Dammbauten mit über 100 Millionen m³ Erdbewegung – so verschieden ist der Baustoff „Boden“, mit dem der Bauingenieur fertig werden muss. Die Skala der Bodenarten reicht von Schluffböden mit Korndurchmessern unter 0,06 mm bis zum schweren, gebankten Fels. Im Gegensatz zu Sand und Kies, die als rollige Böden bezeichnet werden, weisen bindige Erdbaustoffe wie Lehm und Ton (Schluffböden) häufig eine hohe Scherfestigkeit auf, die das Lösen und Einbauen erschwert. Für den Erdbau ist es außerdem nicht unerheblich, ob der zu bewegende Boden über Tage im trockenen Einschnitt, ggf. unter offener Wasserhaltung, gewonnen werden kann oder ob er unter Tage, im Tunnel, oder unter Wasser gelöst werden muss.

Bild 5.3.1: Schema

5.1 Bauaufgabe, Vorarbeiten, Begriffe

65

Bild 5.3.2: Längsschnitt einer Bautrasse (Straßenbau) mit Mengenverteilung, Hindernissen und Schwerpunkt-Abständen [5.1] Bild 5.3: Mengenverteilung im Erdbau

Erst genaue Kenntnisse der Materialeigenschaften gestatten zuverlässige Aussagen über das Lösen, Laden, Einbauen und Verdichten des anstehenden Bodens, seine Befahrbarkeit mit Transportfahrzeugen und die vorübergehende oder bleibende Standfestigkeit von Böschungen. Treffsichere Folgerungen für den Maschineneinsatz und den Ablauf der einzelnen Teilvorgänge sind deshalb nur bei Kenntnis dieser Materialeigenschaften und anhand mehrjähriger Erfahrungen möglich. Theoretische Kennwerte über Grab- und Schürfwiderstände, besonders aus Großversuchen, fehlen weitgehend; bodenmechanische Laborergebnisse sind nicht ohne weiteres zu übertragen [5.7, 5.8]. Hinsichtlich Gewinnen (Lösen und Laden), Bearbeiten und Verwenden wird der Baustoff „Boden“ im Erdbau vorwiegend nach der DIN 18300 [5.6] in 7 Bodenklassen eingeteilt. Weder diese Norm noch die allgemeine Bodenklassifizierung nach DIN 18196 [5.9] enthalten Angaben über Grabwiderstände. Bei unzureichenden Bodenaufschlüssen sollten für große Erdarbeiten diese Materialkennwerte daher durch Versuchsausführungen „in situ“ (Proberammungen, -baggerungen, -verdichtungen) bestimmt werden [5.10]. Zu diesem Punkt sei hinsichtlich der Bestimmung und Klassifizierung von Böden ergänzend der Entwurf der DIN ISO 14688 erwähnt [5.8]. Bodenzustände Im Erdbau sind folgende Bodenzustände zu unterscheiden [5.7]: − das Volumen in festem Zustand (gewachsener Boden in natürlicher Lagerung) und

66

5 Bauverfahren im Erdbau

Bild 5.4.1: Teilbetriebe/Betriebspunkte (Teil 1)

Bild 5.4.2: Schema der Teilvorgänge Bild 5.4: Teilvorgänge und Betriebsablauf im Erdbau

− das Volumen in losem Zustand (gelockerter oder loser Boden nach dem mechanischen Lösen aus der natürlichen Lagerung, wobei eine Volumenzunahme eintritt (Auflockerung). Aus dem Ansatz lm³ = fm³ (

100 + % Aufloc ker ung(A) ) 100

(1)

5.1 Bauaufgabe, Vorarbeiten, Begriffe

67

Bild 5.4.1: Teilbetriebe / Betriebspunkte (Teil 2)

ergibt sich die Auflockerung zu A=

lm ³ − 1 bzw. fm ³

A=

lm ³ × 100 − 100 in %. fm ³

(2)

Sinngemäß ergibt sich das Festvolumen zu fm³ = lm³ (

100 ) = lm³ × AF 100 + A

(3)

fm³ = feste Masse, lm³ = lose Masse Der Faktor 100 <1 100 + %A

(4)

wird als Auflockerungsfaktor (AF) bezeichnet (Anhang 3), in [5.7] als Ladefaktor LF. Das Gewicht des Bodens in festem Zustand ist das Raumgewicht oder die Rohdichte (kg/fm³), in losem Zustand das Schüttgewicht (kg/lm³). Der Anhang 3 enthält eine Tabelle über Raumgewichte, Auflockerung, Auflockerungsfaktoren und Schüttgewichte der wichtigsten Bodenarten, wobei die angegebenen Werte nur Anhaltspunkte sein können.

68

5 Bauverfahren im Erdbau

Verdichteter Boden ist der Bodenzustand nach der mechanischen oder sonstigen Bearbeitung (bspw. Spülen), die gegenüber der natürlichen Lagerung in der Regel eine Volumenverminderung zur Folge hat. Damit ergibt sich der Verdichtungsgrad zu δV =

Raumgewicht in kg / fm³ <1 Raumgewicht in kg / m ³ verdichtet

(5)

Erdbaumaschinen Erdbaumaschinen sind Maschinen, die über oder unter Tage für einen oder mehrere Teilvorgänge von Erdarbeiten (und zur Feststellung des Bodenzustandes) dienen. Leistungseinheit Die jeder Planung, Kalkulation und Abrechnung im Erdbau zugrunde liegende Leistungseinheit ist in der Regel definiert als „1 m³ gewachsenen (festgelagerten) Boden mit bestimmten Eigenschaften planmäßig (d.h. in vorgegebenen Quer- und Längsschnitten) zu lösen, in Fördergeräte zu laden, auf eine bestimmte Förderweite (oder auf Halde) zu fördern und planmäßig abzulagern oder einzubauen und zu verdichten“.

5.2 Teilvorgänge und Teilbetriebe Nach dieser Leistungseinheit bestehen Erdarbeiten ganz oder teilweise aus folgenden Teilvorgängen, die von entsprechenden Teilbetrieben an wechselnden Betriebspunkten vollzogen werden (Bild 5.4): Teilvorgang Teilbetrieb bzw. Betriebspunkt _______________________________________ T 1 Lösen T 2 Laden

┐ ├ ┘

T 3 Fördern ┐ ├ T 5 Verdichten ┘

Entnahme (Schacht) Transport

T 4 Einbauen

Kippe

Als Teilbetrieb wird das Gerät oder die Arbeitsgruppe bezeichnet, die einen Teilvorgang vollzieht. Sie besteht aus einer oder mehreren Erdbaumaschinen und der dazu gehörenden Bedienungs- und Ergänzungsmannschaft. Dazu kommen Hilfs- und Nebenbetriebe für Unterhaltung der Fahrwege, Betriebsstoffversorgung, ggf. Reparaturwerkstätte und Ersatzteillager.

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

69

Im Bild 5.4 ist die für Mitteleuropa häufigste Form des Ablaufs von Erdarbeiten dargestellt, der Bagger-LKW-Betrieb. Weitere Möglichkeiten bietet der Einsatz von Flachbaggern, worauf i.E. noch einzugehen ist.

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau Die wichtigsten Produktionsvarianten im Erdbau werden nachstehend nach den Teilvorgängen T1 bis T5 gegliedert. 5.3.1 Teilvorgänge T1 und T2, Lösen und Laden

5.3.1.1 Abtragsformen (-querschnitte) Die Verfahrenstechnik der Entnahme bzw. des gesamten Erdbaues wird neben dem anstehenden Boden von typischen Abtragsformen bestimmt. Hierbei sind zu unterscheiden (Bild 5.5): 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Anschnitt, Einschnitt, freie Baugrube mit natürlichen Böschungen (Regelfall im Hochbau), enge Baugrube, nicht verbaut (Graben), enge und tiefe Baugrube, verbaut, flacher Abtrag, unbegrenzt und flacher Abtrag, geometrisch begrenzt (Graben mit flachen Böschungen).

Anschnitte, Einschnitte und geometrisch begrenzte flache Abträge sind durch Böschungswinkel 1:m = tan α gekennzeichnet; ebenso freie Baugruben mit natürlichen Böschungen. Bei größeren Baugrubentiefen sind aus Sicherheitsgründen in Abhängigkeit von Tiefe und Bodenart Bermen anzulegen [5.11]. Nicht verbaute Baugruben und Gräben mit abgeböschten Kanten dürfen bei Materiallagerung neben dem Graben und wenigstens 60 cm Arbeitsraum nur bis 1,25 m, sonst bis 1,75 m unter Gelände ausgeführt werden; mit Teilsicherung bzw. Saumbohlen ebenfalls bis 1,75 m [5.11]. Gräben müssen auf der Sohle mindestens 0,40 m breit sein. Bei größeren Grabenlängen (bspw. für Fernrohrleitungen (Pipelines) mit Arbeitsfortschritten bis zu 1800 lfdm./Arbeitstag) werden zum Aushub Spezialgeräte (Grabenbagger, Grabenfräsen) eingesetzt; Voraussetzung ist eine standfeste Grabenböschung. Rohrgräben werden vorwiegend mit Verbaugeräten hergestellt. Diese sind so konstruiert, dass die mit den stählernen Verbauplatten gelenkig verbundenen Spindeln soweit auseinander liegen, dass zwischen ihnen genügend Platz für das Einführen des Baggerkorbes bzw. Tieflöffels und das Absenken der Rohrschüsse bleibt (Bild 5.6), Siehe hierzu auch die DIN 18303 „Verbauarbeiten“ in der VOB/C [5.13] und [5.14].

70

5 Bauverfahren im Erdbau

Bild 5.5: Abtragsformen im Erdbau

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

71

Zu Einzelheiten der Verbau- und Rohrverlegetechnik (Einstell-, Absenkverfahren-, Boxen-, Gleitschienen-, hydraulischer Press-Verbau) verweise ich auf Werksunterlagen der Hersteller [5.12]. Generell ist bei Erdarbeiten (ausgenommen standfester Fels) der Aushub so vorzunehmen, dass Wände von mehr als 1,25 m Höhe – soweit sie nicht verbaut sind – den Baugrubenverhältnissen, Grundwasserverhältnissen und Auflasten entsprechend standsicher abgeböscht werden.

Bild 5.6: Grabenverbau mit Verbaugerät [5.12]

5.3.1.2 Maschinen zum Lösen und Laden Die zu bewegende Erde wird durch Bagger unterschiedlicher Bauart abgetragen, die den anstehenden Boden lösen und laden oder seitlich zwischenlagern (Halde). Flachbagger übernehmen auch das Fördern und Einbauen des Bodens. Fels der Bodenklassen 6 und 7 DIN 18300 muss vor dem Laden durch Sprengen oder, soweit möglich, durch Reißen gelöst bzw. aufgelockert werden. Dieses Felsreißen geschieht mit schweren Planierraupen mit angebautem Reißzahn. Reißen und Sprengen lockern den anstehenden Fels soweit auf, dass er durch Bagger oder Lader aufgenommen werden kann, wobei Reißen weniger aufwendig ist als Bohren und Sprengen. Ausführliche Informationen zum Reißen von Fels sind in [5.7] und [5.18] enthalten. Auf das Bohren und Sprengen von Fels als Sonderfall für das Lösen des Bodens gehe ich im Rahmen dieser Darstellung nicht ein. Hierfür sei ebenfalls auf die Spezialliteratur verwiesen [5.15, 5.16]. Derartige Arbeiten werden i.d.R. von Spezialfirmen ausgeführt, die im Rahmen einer Erdbauaufgabe als Nachunternehmer tätig werden. Das gleiche gilt für Abbrucharbeiten, die häufig beim Freimachen eines Baufeldes anfallen.

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5 Bauverfahren im Erdbau

Bild 5.7: Konstruktionsformen der Trockenbagger (Teil 1)

Bei beengtem Bauraum kann Fels weder durch schwere (große) Bagger gelöst noch gerissen oder gesprengt werden. In diesem Fall werden schwere Abbauhämmer (Felsmeißel) eingesetzt, die an Hydraulikbagger angebaut werden. Auf diese Abbauvariante gehe ich bei den Sonderbauformen von Standbaggern (Abschn. 5.3.1.6) noch ein. Für Spreng- und Abbrucharbeiten gelten besondere Sicherheitsbestimmungen (s. Abschnitt 5.3.1.4). Trockenbagger Bagger und andere Lademaschinen werden in unterschiedlichen Größen und zahlreichen konstruktiven Varianten gebaut. Einen Überblick über die im Trockenen arbeitenden Geräte gibt Bild 5.7. Sie stellen die im Erdbau am häufigsten einge-

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

73

Bild 5.7: Konstruktionsformen der Trockenbagger (Teil 2)

setzten Maschinen dar. Die Bezeichnung der absatzweise arbeitenden Standbagger als Universalbagger ist inzwischen nicht mehr üblich. Wesentliche Unterscheidungsmerkmale der verschiedenen Varianten sind: 1. der Arbeitsvorgang (stehend oder fahrend), 2. das Grabwerkzeug (Hoch-, Tieflöffel, Ladeschaufel, Greifer, Schürfkübel, Planierschild, Kübel), 3. das Fahrwerk (Gleisketten- oder Radfahrwerk), 4. die Kraftübertragung (früher mechanisch durch Seil oder Gestänge; heute vorwiegend hydraulisch durch Zylinder, Kolben und Hydraulikmotoren), 5. die Antriebsart (Dieselmotor oder elektrisch).

74

5 Bauverfahren im Erdbau

Konstruktionsformen, Aufbau und Arbeitsweise der typischen, im Trockenen arbeitenden Standbagger sind in Bild 5.8–5.10 dargestellt. Im Einzelnen sind die Maschinendaten den auf den Bildern angegebenen Werksunterlagen zu entnehmen. Während Standbagger beim Lösen und Laden stehen und die Grabbewegung vom Oberwagen mit Ausleger und Grabgefäß ausgeführt wird, sind Fahrbagger durch die starre Verbindung von Grabwerkzeug und Fahrwerk gekennzeichnet. Zum Lösen und Laden bzw. Umsetzen des Bodens ist die Bewegung der gesamten Maschine erforderlich. Durch die Arbeitsweise der Bagger (kontinuierlich oder absatzweise) werden die Folgebetriebe, vor allem der Transport des gelösten Bodens, beeinflusst (Bsp.: Standbagger – LKW, Schaufelradbagger – Förderband). Nassbagger (Überblick) Bis zu einer Tiefe und Reichweite, die sich aus den technischen Daten der Maschine ergibt, kann auch von Land mit Trockenbaggern Boden unter Wasser gelöst werden (Tieflöffel, Schürfkübel, Greifer). Bei größeren Wassertiefen und -flächen sind jedoch schwimmende Geräte einzusetzen, die als Nassbagger bezeichnet werden. Hierbei sind zu unterscheiden: 1. Eimerketten-Schwimmbagger, 2. Saugbagger mit und ohne Schneidkopf und 3. Schwimmgreifer. Welche dieser Geräte im Nassen eingesetzt werden können, hängt davon ab, ob nur Boden zu gewinnen ist oder unter Wasser ein bestimmtes Profil (mit vorgegebener Toleranz) hergestellt werden muss. Eine Zwischenstufe zu den Nassbaggern bilden Trockenbagger, die auf Stelzen-Pontons gesetzt werden. Mit Hilfe eines elektronischen Unterwassersichtgerätes, das dem Baggerführer auf einem Farbmonitor die genaue Position der Arbeitsausrüstung und die Löffelstellung „visualisiert“, ist auch eine Profilbaggerung unter Wasser möglich [5.17, 5.75].

5.3.1.3 Konstruktionsmerkmale der Standbagger Der Standbagger als die am häufigsten eingesetzte Lademaschine besteht aus dem Grundgerät, an das unterschiedliche Arbeitsgeräte (Werkzeuge, Grabgefäße, Ausrüstungen) angebaut werden können (Bild 5.8 bis 5.10). Das Grundgerät besteht aus Unter- und Oberwagen. Der Unterwagen als Träger des Fahrwerks besteht aus einer verwindungssteifen Stahlkonstruktion in geschweißter Ausführung und dem Rad- oder Gleiskettenfahrwerk (Raupenfahrwerk). Der über einen Kugeldrehkranz auf dem Unterwagen gelagerte, um 360° drehbare Oberwagen trägt Antriebsmotor, Ausleger mit Grabgefäß, Hydraulikanlage (bei Seilbaggern das Windwerk), Ballast und Steuerkabine.

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

Bild 5.8.1: Hochlöffel (Klappschaufel)

Bild 5.8.2: Tieflöffel mit Monoausleger 6,3 m, R 942 [5.18] Bild 5.8: Arbeitsbereiche von Hoch- und Tieflöffelbaggern

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76

5 Bauverfahren im Erdbau

Bild 5.9: Arbeitsbereich eines Hydraulik-Greifbaggers A 316 [5.18]

Mit Kraneinrichtung (Kranhaken, Lastflasche bzw. Sicherheitshaken am Tieflöffel) können schwere Lasten sicher abgelassen und abgesetzt (z.B. Montage von Stahlbetonfertigteilen, Werksteinen, schweren Maschinenteilen, Rohrverlegung (Bild 5.11) oder Grabenverbauplatten gezogen werden. Seit etwa 30 Jahren hat im Baubetrieb der Hydraulikbagger den Seilbagger weitgehend, bei Hoch- und Tieflöffelausrüstung völlig verdrängt. Der Vorteil des Hydraulikantriebs liegt in der einfachen Kraftübertragung, der genauen, stufenlosen und automatischen Regelbarkeit der erforderlichen Bewegungen sowie in einer 20 bis 30% höheren Ladeleistung gegenüber Seilbaggern gleichen Grabgefäßinhalts. Der Antrieb der Hydraulikpumpe erfolgt durch einen Dieselmotor. Weitere Einzelheiten über Baggerantriebe, -ausrüstungen und Arbeitsbereiche sind von Fall zu Fall den Herstellerunterlagen zu entnehmen.

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

Bild 5.10.1: Schürfkübelbagger HS 853 HD Litronik

Bild 5.10.2: Greifbagger HS 872 HD Litronik Bild 5.10: Arbeitsbereiche von Seilbaggern [5.18]

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5 Bauverfahren im Erdbau

Bild 5.11.1: Rohrverlegung

Bild 5.11.2: Verbau-Ziehen Bild 5.11: Rohrverlegung und Verbau-Ziehen mit Tieflöffelbagger

5.3.1.4 Einsatz von Standbaggern für das Lösen und Laden Verfahrens- und Gerätewahl Im Erdbau wird Boden maschinell gewonnen. Für einen rationellen Baggereinsatz und aller weiteren Erdbaumaschinen gibt es eine Reihe von Kriterien, die aus der Arbeitsbewegung des einzelnen Gerätes, seiner Reißkraft, dem anstehenden Boden, den Standortbedingungen und z.T. aus dem Wettereinfluss resultieren. Maschinenführer und Bauleitung müssen alle diese Faktoren zu maximaler Wirkung bringen, ohne Mensch und Maschine zu überfordern. Das Ergebnis ist die stündliche Ladeleistung im Dauerbetrieb. Die für den optimalen Ablauf von Erdarbeiten im Einzelnen geltenden Regeln und Kriterien, vor allem die jeweils anzuwendende Einsatz- und Arbeitstechnik, können im Rahmen dieser Untersuchung nicht dargestellt werden. Dafür sei auf die Spezialliteratur verwiesen [5.1, 5.7, 5.18 u.a.]. Hier sollen nur die wichtigsten Einsatzarten, -bedingungen und -kriterien genannt werden, die den Potentialeinsatz eines Baubetriebes bei rationellem Arbeitsablauf kennzeichnen. Wie schon erwähnt, können Schürfkübel und Greifer durch einen Kranhaken (Lastflasche) bzw. weitere Ausrüstungen ersetzt werden (Bild 5.12).

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

Bild 5.12.1: Teleskop-Tiefenführung für hydraulische Schlitzwandgreifer

Bild 5.12.3: Bohrgerät

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Bild 5.12.2: Verrohrungsmaschine mit Rohrgreifer

Bild 5.12.4: Ramme (für senkrechte und Schrägrammung)

Bild 5.12: Baggeranbaugeräte an Seilbaggern [5.18]

Allgemein gilt, dass Verfahrens-, Maschinen- und Gerätewahl als wesentliche Bestimmungsfaktoren des Baubetriebs beim heutigen Stand der Technik nicht mehr vom Bauingenieur allein, sondern nur in Zusammenarbeit mit dem fachkundigen und erfahrenen Maschineningenieur getroffen werden können. Der Bauingenieur definiert die Produktionsaufgabe, der Maschineningenieur löst mit ihm

80

5 Bauverfahren im Erdbau

den optimalen Maschineneinsatz. Er ist auch für die vorbeugende Wartung und Pflege, die Durchführung erforderlicher Reparaturen und damit für eine hohe Verfügbarkeit des Maschinenparks verantwortlich. Für die Wahl der Größe und Ausrüstung eines Standbaggers für einen bestimmten Einsatz sind nachstehende Kriterien wichtig: 1. Lösbarkeit des anstehenden Bodens. Aus der Struktur des anstehenden Bodens und dem Grabwiderstand ergibt sich die Wahl der Grabausrüstung und die erforderliche Grab-, Reiß- bzw. Losbrechkraft der Maschine. 2. Abtragsform und -abmessungen. Sie beeinflussen die Abmessungen (Größe) des einzusetzenden Gerätes. 3. Umfang und Dauer der Erdbewegung. Abtragsmenge und verfügbare Bauzeit bestimmen ebenfalls Anzahl und Größe der Maschinen. 4. Die weiteren Standortbedingungen an der Entnahmestelle (Arbeit im Trockenen oder unter Wasser, verfügbarer Bauraum, mögliche Transportwege, Drehfreiheit des Oberwagens, freizuhaltende Lichtraumprofile usw.). 5. Ladevolumen und Bordwandhöhe der Transportfahrzeuge. Zu 1.: Erforderliche Grabkraft des Baggers und Wahl der Grabeinrichtung Leichter Boden (Sand und Kies) lässt sich leichter aus dem Zusammenhang, dem gewachsenen Zustand, lösen als schwerer Boden (Lehm, Ton), der eine große Reißkraft erfordert, um den Grabwiderstand zu überwinden. Zum Lösen und Laden von schwerem Boden und leichtem Fels kann deshalb nur schweres Gerät und eine Ausrüstung eingesetzt werden, mit der grobstückiges Gut aufgenommen werden kann und große Grabkräfte auf den Boden übertragen werden können. Dies sind der Hoch- und Tieflöffel. Das Grabwerkzeug ist starr geführt, ein Ausweichen bei der Grabbewegung nicht möglich. Hoch- und Tieflöffelbagger verfügen aus der Kinematik ihrer Arbeitsbewegungen über größte Reiß- und Vorstoßkräfte. Das Lösen von leichtem Fels erfordert sowohl große horizontale Grabkraft, um mit den Löffelzähnen in Klüfte einzudringen, als auch die Möglichkeit von Kippbewegungen mit dem Grabwerkzeug, um Felsstücke aus dem Verband heraus zu brechen (Bild 5.13). Die Klappschaufel ermöglicht gegenüber der Ladeschaufel kontrolliertes Beladen und kürzere Ladespiele; außerdem ist sie vielseitiger einzusetzen als die Ladeschaufel (Bild 5.14). Der Schürfkübel (Eimerseilbagger) kann nur bei leichtem bis mittelschwerem Boden eingesetzt werden (keine starre Führung des Grabgefäßes, Selbsteinschneiden des Grabgefäßes bei jedem Arbeitsgang). Sein Vorteil liegt darin, dass der Grundbagger − mit sehr langem Ausleger ausgestattet werden kann (große Grabweite und Ausschütthöhe, bspw. für das Abräumen von Felsböschungen bei Dammbauten oder für den Aushub unter Wasser), − bei Arbeiten mit verkürztem Ausleger mit einem größeren Grabgefäß als bei Normalausleger ausgestattet werden kann (konstantes Standmoment). Dadurch kann seine Leistung nicht unerheblich gesteigert werden [5.1].

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

Bild 5.13: Losbrechen von Fels mit Hydraulikbagger und Ladeschaufel [5.18]

Bild 5.14: Klappschaufeleinsatz [5.18]

81

82

5 Bauverfahren im Erdbau

Seilgreifer (geringste Leistung) können wirtschaftlich nur bei locker gelagertem Boden (Sand und Kies) eingesetzt werden. Sie sind jedoch ein ideales Gerät für das Umschlagen von Schüttgütern (Sand, Kies, frischer Beton), wenn der Greiferkorb an Stelle der Schneidezähne mit glatten Schneiden ausgestattet wird (Verladegreifer). Hydraulikgreifer mit starrer Korbführung, die größere Grabkräfte als der Seilgreifer aufweisen, können mit Tiefschachtausrüstung bis auf etwa 12 m Tiefe arbeiten. Zu 2.: Abtragsform und -abmessungen (-querschnitte) Neben dem anstehenden Boden werden Größe und Ausrüstung eines Standbaggers von den Abtragsformen und Abmessungen der zu verändernden Erdkörper bestimmt. Für kleine Einschnitte können keine großen Bagger, für flache Abträge weder Löffel- noch Greifbagger sinnvoll eingesetzt werden (Bereich der Fahr-/ Flachbagger). Für das Herstellen von Gräben mit (vorübergehend) standfesten Böschungen, d.h. bei mittelschweren und schweren Böden, werden Tieflöffelbagger (häufig mit Speziallöffeln) eingesetzt. Verbaute Gräben und Schächte können wegen der Steifen des Verbaugeräts häufig nur mit Greifern ausgehoben werden (in leichtem Boden Seilgreifer möglich, in schwerem Boden nur Hydraulikgreifer wegen der erforderlichen Vertikalkräfte zum Füllen des Greiferkorbes). Bei größeren Rohrdurchmessern und schwerem Verbaugerät (größeres Innenmaß zwischen den Spindeln) ist auch der Einsatz von Tieflöffelbaggern möglich (s. Bild 5.6). Bei beengtem Bauraum wird die Größe des einzusetzenden Gerätes durch den vorhandenen Arbeitsraum bestimmt. Zu 3.: Umfang und Dauer der Erdbewegung Neben Bodeneigenschaften und Arbeitsweise der Maschinen werden Art, Zahl und Größe der einzusetzenden Geräte von den zu bewegenden Mengen und der verfügbaren Bauzeit bestimmt. Je größer eine Erdbaumaschine ist, desto höher sind zwar die Aufwendungen für die Beschaffung sowie den jeweiligen An- und Abtransport; dafür sind durch die höhere Leistung die Ladekosten je m³ Erdbewegung niedriger als bei einem kleineren Gerät. Bei von Fall zu Fall angemietetem Gerät entfällt der Beschaffungsaufwand. Die erforderliche Stundenleistung einer Erdbaustelle im Dauerbetrieb, die Arbeitsgeschwindigkeit (vD), ist daher eine weitere Grundgröße für die Planung eines Erdbetriebes. Sie beträgt V [fm³/h] vD = (6) d⋅T Hierbei bedeuten V = Umfang der Erdbewegung in fm³, d = mögliche Betriebstage während der Produktionszeit, T = Schichtzeit je Betriebstag [h]. Die erforderliche Stundenleistung einer Erdbaustelle wird demnach umso kleiner, je länger die Bau- und Schichtzeit angesetzt werden können und umgekehrt.

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

83

Sie beeinflussen Anzahl und Größe der einzusetzenden Maschinen und damit die Kosten der Erdbewegung. Aus Gl. 6 ergibt sich die Anzahl der erforderlichen (gleich großen) Maschinen zu m=

vD Qn

[St.]

(7)

wobei Qn die Dauerleistung einer Maschine ausdrückt. Die möglichen Betriebstage sind aus der verfügbaren Bauzeit anhand des Kalenders zu bestimmen, wobei örtliche (Arabien, Rhamadan) sowie witterungs- und jahreszeitlich bedingte Ausfallzeiten zu berücksichtigen sind – Winterpause, Wasserführung und -stände von Gewässern, Niederschlagsmengen und -häufigkeiten aus den langjährigen Aufzeichnungen der Wetterämter (zehnjähriges Mittel). Die Ermittlung dieser Ausfallzeiten ist bei witterungsempfindlichen bindigen Böden besonders wichtig. Durch Schlechtwetter kommen im Allgemeinen jedoch nicht die Entnahme, sondern der Förderbetrieb und die Kippe (Teilbetrieb 3 und 4) zum Erliegen. Wegen unvorhersehbarer, häufig unvermeidbarer Betriebsstörungen bzw. -unterbrechungen muss die maximale Stundenleistung vmax einer Maschine oder Maschinengruppe größer sein als die Dauerleistung vD, um die erforderliche Schichtleistung im Dauerbetrieb (cD) zu erreichen. In Bild 5.15 ist dieser störungsbedingte mittlere Zeitanteil je Schicht mit ∆T bezeichnet. Für die gesamte Produktionszeit einer Baustelle gilt im Prinzip das gleiche, worauf im Rahmen der Ablaufplanung noch einzugehen ist. Zu 4.: Weitere Standortbedingungen an der Entnahmestelle Da Hochlöffelbagger nur auf dem Baggerplanum arbeiten können, sind sie für den Aushub enger und tiefer Baugruben (Steilrampen für den Abtransport) und für das Lösen unter Wasser nicht geeignet.

Bild 5.15: Maximal- und Dauerleistung einer Maschine bzw. Maschinengruppe

84

5 Bauverfahren im Erdbau

Bei Tieflöffelbaggern (in mittelschwerem und schwerem Boden) und Greifern ist bei Arbeiten unter Wasser die konstruktiv vorgegebene Grabtiefe zu beachten, jedoch kein genauer Profilaushub (Sohle) möglich. Um dem abzuhelfen, werden bei Tieflöffelbaggern für diesen Profilaushub Sichtanzeige-Geräte der Arbeitsbewegungen eingesetzt (s. Abschn. 5.3.1.2). Die möglichen Fahrwege sind ein weiteres Kriterium für die Wahl der Ausrüstung eines Baggers. Die Transportfahrzeuge, beim Abfahren über öffentliche Straßen häufig Sattelfahrzeuge, sonst Spezial-Lastkraftwagen mit Stahlmulde, sollten möglichst im Ringfahrbetrieb ladegerecht unter den Bagger fahren können. Um bei engen und tiefen Baugruben Steilrampen, die das An- und Abfahren der Fahrzeuge erschweren und verteuern, zu vermeiden, können für deren Aushub keine Hochlöffelbagger eingesetzt werden. In solchen Fällen ist es günstiger, den Bagger (Greifer) auf Geländehöhe an den Baugrubenrand oder auf ein Gerüst zu stellen und ihm in der Baugrube den Aushub mit einem Flach- oder Fahrbagger zuzuschieben (Planierraupe oder Kettenlader). Der Bagger (Greifer) arbeitet dann nur als Umschlaggerät zum Beladen der Fahrzeuge. Bei allen Aushubarbeiten ist auf Hindernisse im Aushubbereich Rücksicht zu nehmen (Leitungen, Kabel), auf die in der Ausschreibung hinzuweisen ist. Die bei unbehinderter Arbeit mögliche Maschinenleistung kann dadurch erheblich absinken (vorsichtiges Graben). Generell hat sich im Baubetrieb der Hydraulik-Tieflöffelbagger gegenüber dem Hochlöffel als universeller einsetzbar erwiesen. Weiteres Kriterium bei der Gerätewahl von Baggern sind die möglichen Baggerschnitte. Darunter versteht man den Teil eines Abtragsquerschnitts, der in einem Arbeitsgang des Baggers ausgehoben werden kann (Bild 5.16). Das Festlegen der Baggerschnitte ist ein wesentlicher Teil der Arbeitsvorbereitung im Erdbau. Sie sind stets im Zusammenhang mit dem Förderweg und ggf. weiterer Randbedingungen in Schnitt und Grundriss zu entwerfen (bspw. Baugrubenaushub bis zu einer bestimmten Ankerlage der Baugrubenumschließung).

Bild 5.16: Baggerschnitte für Hochlöffelbagger im Querschnitt (Bagger arbeiten in Längsrichtung)

Aus dem Grundriss von Einsatzskizzen ergibt sich der für die Baggerleistung wesentliche mittlere Schwenkwinkel (Bild 5.17).

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

85

Beim Entwerfen von Baggerschnitten sind folgende Punkte zu beachten: − Um eine optimale Spielzahl zu erreichen, sollten die konstruktiven Grundmaße A, D, E und G eines Baggers nur zu etwa 90% angesetzt werden (Bild 5.18).

Bild 5.17: Weitere Einsatzbeispiele von Hydraulikbaggern [5.18]

86

5 Bauverfahren im Erdbau

− Das Grundmaß G kann überschritten werden; hierzu sind jedoch die Unfallverhütungsvorschriften (UVV) für Bauarbeiten und Erdbaumaschinen zu beachten (bspw. kein Unterhöhlen einer Wand). − Baggerschnitte sind im Grundriss so anzulegen, dass bei minimalem Schwenkwinkel (<90°) die Förderfahrzeuge möglichst ohne Zurückstoßen ladegerecht unter den Bagger fahren können (Beispiele siehe Bild 5.17). Zu 5.: Ladevolumen der Transportfahrzeuge Für einen rationellen Erdbetrieb müssen der Grabgefäßinhalt des Baggers und das Ladevolumen der Transportfahrzeuge in einer bestimmten Relation zueinander stehen. Das Ladevolumen beeinflusst damit ebenfalls die Gerätewahl, worauf bei der Ermittlung der Ladeleistung noch einzugehen ist. Arbeitssicherheit Neben den genannten, vorwiegend technisch-wirtschaftlichen oder standortbedingten Kriterien sind bei der Planung von Baggereinsätzen wie überhaupt im Baubetrieb grundsätzlich Arbeitsschutzbestimmungen zu beachten. Für Erdarbeiten sind dies die Unfallverhütungsvorschriften der Tiefbau-Berufsgenossenschaft [5.19, 11.101, 11.102].

Bild 5.18: Festlegen der Abmessungen eines Baggerschnittes aus den konstruktiven Grunddaten eines Baggers (Lade-/Klappschaufel) (s.a. Bild 5.8.1)

5.3.1.5 Leistung von absatzweise arbeitenden Standbaggern Die Leistung von Standbaggern hängt von mehreren Einflussfaktoren ab. Sie lassen sich in 5 Einflussbereiche gliedern. Dies sind − − − −

die konstruktive Auslegung der Maschine, der Boden, der Maschinenführer (Bedienung) die Betriebsorganisation (Ausrüstung, Einsatztechnik,

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

87

Transportvolumen, Wartung) − das Wetter. Die wichtigsten Einflussfaktoren sind in Tabelle 1 zusammengestellt [5.20]. Bei der Leistungsermittlung von Baggern sind 4 Stufen zu unterscheiden − − − −

die theoretische Leistung, die Grundleistung, die technische Leistung, die Nutz- bzw. Dauerleistung.

Theoretische Leistung Q0 Die theoretisch mögliche Leistung eines Baggers resultiert aus den konstruktiv vorgegebenen Arbeitsgeschwindigkeiten für die einzelnen Teilvorgänge (Graben, Heben, Schwenken, Entleeren usw.). Da sich diese teilweise überlappen, lässt sich die theoretisch mögliche Dauer eines Arbeitsspiels tS nur durch Zeitstudien ermitteln (Bild 5.20). Es beginnt nach dem Entleeren des Grabgefäßes. Über die daraus abzuleitende theoretisch mögliche Spielzahl/h n=

3600 [s] [1/h] t S [ s]

Bild 5.19: Teilzeiten im Arbeitsspiel eines Baggers (t1 bis t6) [5.20]

(8)

88

5 Bauverfahren im Erdbau

Bild 5.20.1: Ladeschaufel

Bild 5.20.2: Tief- / Universal-Löffel

Bild 5.20.3: Hydraulik-Greifer

Bild 5.20: Nenninhalt VL der Grabgefäße von Standbaggern

und unter Berücksichtigung des Inhalts des Grabgefäßes (VL) ergibt sich – unter Normbedingungen – die theoretische Leistung eines Baggers zu Q 0 = VL ⋅ n [lm³/h]

(9)

Der Inhalt der verschiedenen Grabgefäße von Baggern (Bild 5.20) ist in den „Europäischen Richtlinien für Hydraulikbagger und ihre Einrichtungen“ des CECE (Europäisches Baumaschinen-Komitee) festgelegt [5.7, 5.18]. Grundleistung Qg Mit dem Füllungsgrad des Grabgefäßes fF (von der Bodenart abhängig, s. Tabelle 3) folgt aus Gl. 9 die Grundleistung zu Q g = Q 0 ⋅ f F = VL ⋅ n ⋅ f F

[lm³/h]

(10)

Für verschiedene Baggerausrüstungen können Spielzahlen und Füllungsgrade in Abhängigkeit von Grabgefäßinhalt und Bodenart aus Diagrammen bzw. Tabellen entnommen werden (Tabelle 2 und 3). Die Grundleistung ist wie die theoretische Leistung eine rechnerische Größe, die nur unter bestimmten Normbedingungen (ungestörter Einsatz; Entladen auf Halde; Schwenkwinkel 90°; pausenlose Arbeit, eingearbeiteter Baggerführer (Leistungsgrad 100%); günstige Abbauhöhe

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

89

bzw. Grabtiefe; guter Zustand des Baggers einschließlich der Zähne bzw. Schneiden) zu erreichen ist [5.20]. Tabelle 1: Einflussfaktoren auf die Baggerleistung 1. Art des Grabgefäßes (Ausrüstung) 2. Grabgefäß-Nenninhalt (VL) 3. Dauer eines Arbeitsspiels 4. Auflockerung des Bodens (A, AF) 5. Füllungsgrad (fF) 6. Schwenkwinkel (f1) 7. Grabtiefe bzw. Hubhöhe (f2) 8. Zustand und Form des Grabgefäßes und der Schneide bzw. der Zähne (f3) 9. Entladeart (f4) 10. Stellung des Auslegers (bei Verstellauslegern) 11. Volumenverhältnis zwischen Transportgerät- und Grabgefäß-Nenninhalt (f5) 12. Leistungsgrad des Baggerführers 13. Einsatzart, Organisation der Baustelle (f6) , Wettereinfluss

Technische Leistung Qt Jede Abweichung von diesen Voraussetzungen wird im Einzelfall vereinfacht durch 5 Einflussfaktoren (f1 bis f5) berücksichtigt. Damit ergibt sich die technische Leistung eines Baggers, d.h. die erreichbare Leistung bei störungsfreiem Betrieb, zu 5

5

1

1

Q t = Q g ⋅ ∏ f i = VL ⋅ n ⋅ f F ⋅ ∏ f i

[lm³/h]

(11)

Hierbei bedeuten (f1 bis f5 nach Tabelle 4): f1 = Einfluss des Schwenkwinkels, f2 = Einfluss der Grabtiefe bzw. Abbauhöhe, f3 = Zustand und Form des Grabgefäßes und der Schneide bzw. Zähne, f4 = Entladeart, f5 = Volumenverhältnis Transportgerät / Grabgefäß. Gegenüber Tabelle 1 wurde der Einflussfaktor 8 (hier mit f3 bezeichnet) mit 1,0 angesetzt und der Faktor 10 (Auslegerstellung) vernachlässigt. Werden Zähne oder Grabgefäße verwendet, die stumpf oder für den anstehenden Boden nicht geeignet sind, kann dies die Leistung des Baggers um bis zu 22% reduzieren [5.21]. Da für die Bedienung ein eingearbeiteter Maschinenführer mit dem Leistungsgrad 100% bzw. 1,0 angenommen wird, kommt in Tabelle 4 der menschliche Einflussfaktor (12) nicht vor. Er kann zwischen 1,10 (Sehr gut) und 0,70 (Anfänger) liegen. Der Begriff „Leistungsgrad“ stammt aus der Methodenlehre des Arbeitsstudiums nach REFA [5.22]. Danach wird die einer methodisch ermittelten SollZeit zugrunde liegende Leistung als Bezugsleistung bezeichnet und jede IstLeistung (Leistungsgrad) an dieser Bezugsleistung gemessen.

90

5 Bauverfahren im Erdbau

Tabelle 2: Spielzahlen von Hydraulikbaggern bei verschiedenen Bodenarten [5.20]

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

91

92

5 Bauverfahren im Erdbau

Tabelle 3: Füllungsgrade fF [%]von Hydraulikbaggern [5.7] Mischboden, feucht Fels und Erdboden, gemischt Fels, gut geschossen Fels, stark verkeilt, grobstückig Gebrochenes Material Sand, Kies, trocken Sand, Kies, feucht Ton, bündig, fest Ton, sandig, feucht

110 – 130 90 – 120 75 – 90 50 – 70 80 – 95 85 – 95 90 – 110 80 – 100 100 – 120

Tabelle 4: Faktoren für die Einsatzbedingungen zur Leistungsbestimmung von Hydraulikbaggern f1 – Berücksichtigung des Schwenkwinkels

f2 – Berücksichtigung der Grabtiefe bzw. -höhe

Die Angaben gelten für Grabgefäße mit einem Nenninhalt von 0,5 bis 1,0 m³. Bei Grabgefäßen größer 1,0 m³ ist die Leistung nur abzumindern, wenn die vorhandene Grabtiefe bzw. -höhe die günstige Grabtiefe oder -höhe unter- oder überschreitet. Als günstige Grabtiefe bzw. -höhe [m] gilt: (1 bis 2) × V (Grabgefäß-Nenninhalt) [m³].

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

93

Tabelle 4: (Fortsetzung) Faktoren zur Berücksichtigung des Arbeitsablaufes f3 – Zustand und Form des Grabgefäßes und der Schneide bzw. der Zähne Hierzu liegen bisher kaum Werte vor, bei gutem Zustand der Schneiden bzw. der Zähne und einer dem Boden angepassten Grabgefäßform bzw. -art ist f3 = 1,00 zu setzen. f4 – Art der Entleerung ungezieltes Entleeren gezieltes Entleeren in LKW auf Baggerplanum

1,00 0,90

f5 – Volumenverhältnis Transportgerät-Nenninhalt Grabgefäß-Nenninhalt f5

2

3

4

5

6

0,82

0,87

0,91

0,94

0,96

f6 – Verteil-, Erholungs- und Nebennutzungszeiten Unter Berücksichtigung von Verteil-, Erholungs- und Nebennutzungszeiten, z.B. Zeit für das Weiterrücken, Nacharbeiten der Sohle und Zeiten für kleinere, unvermeidbare Störungen (<5 min) und für persönlich bedingtes Unterbrechen der Nutzung, ergibt sich Faktor f6 zu: Behinderungsfreies Arbeiten, Entleeren auf Halde 0,82 Behinderungsfreies Arbeiten, Entleeren in LKW 0,76 Grabenaushub, Entleeren auf Halde 0,76 Grabenaushub, Entleeren in LKW 0,72 Aushub mit häufigem Umsetzen des Gerätes 0,60 Bei günstigen Bedingungen wird im allgemeinen mit einer 50-MinutenStunde gerechnet (f6 = 0,83); bei ungünstigen Bedingungen mit einer 45Minuten-Stunde (f6 = 0,75)

Nutz- oder Dauerleistung QN Neben der technischen Leistung einer Maschine bei ungestörter Arbeit, wie sie für das Beladen eines Fahrzeuges anzusetzen ist, muss im praktischen Betrieb noch der Grad ihrer zeitlichen Nutzung (f6 in Tab. 4) berücksichtigt werden. Er umfasst die Einsatzbedingungen, d.s. die Verteil-, Erholungs- und Nebennutzungszeiten. Daraus resultieren Ausfallzeiten, die im Dauerbetrieb die technische Leistung reduzieren (Bild 5.21). Die für die Ablaufplanung und Kalkulation maßgebende Dauer- oder Nutzleistung eines Baggers ergibt sich damit zu 6

Q N = Q t ⋅ f 6 = VL ⋅ n ⋅ f F ⋅ ∏ f i 1

f6 = zeitlicher Nutzungsgrad (Tabelle 4)

[lm³/h]

(12)

94

5 Bauverfahren im Erdbau

Bild 5.21: Vereinfachte Gliederung der Schichtzeit in der Bauproduktion

Der Faktor f6 aus Gleichung (12) ist in Bild 5.21 in der arbeitsablaufbedingten Ausfallzeit T21 enthalten; ein besonderer Wettereinfluss ggf. in T22. In der Praxis rechnet man vereinfacht mit der Spielzeit (Dauer eines Arbeitsspiels) ts = 3600/n [s], die sich für die technische Leistung einfach beobachten (messen) lässt. Da die beobachtete (mittlere) Spielzeit ts bereits die Faktoren f1 bis f5 berücksichtigt lautet die Gl. 11 dann Q t = VL ⋅

3600 ⋅ fF ts

[lm³/h]

(13)

In [5.7] wird diese Spielzeit als Arbeitstaktzeit (ATZ) bezeichnet. In den Werksunterlagen der Maschinenhersteller werden für typische Bodenarten und abhängig von leichten, mittelschweren und schweren Einsatzbedingungen Spieldauern zwischen 16 und 32 Sekunden angegeben [bspw. 5.18]. Da im Erdbau die Leistungseinheit in der Regel in fm³ ausgedrückt wird, sind abschließend nach Gleichung (3) die technische und die Dauerleistung eines Baggers mit dem Auflockerungsfaktor AF in fm³ (Fest-m³)umzurechnen. Hierfür gilt dann Qtf = Q tl ⋅ A F [fm³/h] bzw.

(14)

QNf = Q Nl ⋅ A F [fm³/h]

(15)

Ergänzend zu den v. g. Spielzeiten sind in Tabelle 5 weitere, aus Einsatzuntersuchungen an verschiedenen Baggertypen in unterschiedlichen Böden ermittelte

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

95

Ladespieldauern zusammengestellt. Die Bandbreite aus 29 Beobachtungen reicht hier von 15 bis 45 s/Spiel. Tabelle 5: Ladespielzeiten von Hydraulikbaggern [5.1]

Durch laufende Verbesserungen ihrer Geräte haben die Maschinenhersteller, die Bedienung vereinfacht und dadurch kürzere Ladespielzeiten erreicht. Dazu zählen bspw. eine verbesserte Ladeschaufel-Kinematik, die Automatisierung der Steuerung einzelner Teilvorgänge des Ladespiels und die elektronische Regelung, Steuerung, Koordination und Überwachung aller wichtigen Systeme der Maschine [5.23, 5.24].

96

5 Bauverfahren im Erdbau

Wie Tabelle 4 zeigt, liegt die Bandbreite der zeitlichen Nutzung eines Baggers (f6) zwischen etwa 0,83 (50'-Stunde) und 0,67 (40´-Stunde, [5.7]), hängt somit wesentlich von den Einsatzbedingungen ab. Ausfallzeiten infolge Maschinenstörungen sind in f6 nicht enthalten. Sie beeinflussen die Verfügbarkeit einer Maschine, d.i. das Verhältnis ihrer Einsatzbereitschaft, bezogen auf die Bauzeit. Bei dem heute üblichen Service in der Wartung und bei Reparaturen halte ich daraus resultierende Produktionsstörungen für ausnahmen. Sie wären im

i

Π fi 1

der Gleichung (12) durch einen weiteren Einflussfak-

tor und in Bild 5.21 unter den Ausfallzeiten T22 zu berücksichtigen. Abschließend sei die Leistungsermittlung von Hydraulikbaggern an zwei Beispielen erläutert (Anhang 4 und 5). Die Auswahl der richtigen Maschinen und ihrer Ausrüstung für eine bestimmte Aufgabe, ihre gegenseitige Abstimmung in der Arbeitskette (Bagger – SKW – Einbau- und Verdichtungsgeräte) und der möglichst störungsfreie Ablauf des gesamten Erdbetriebes entscheiden im Einzelfall über einen hohen zeitlichen Nutzungsgrad und damit über maximale Produktionsleistungen und minimale Produktionskosten [5.25]. Weitere Voraussetzung hierfür ist neben systematischer Einsatzplanung und Ablauforganisation die ständige Kontrolle des Betriebsablaufs im Sinne eines Regelkreises. Nur damit lassen sich die aus Störungen resultierenden negativen Einflüsse auf den Sollablauf so früh als möglich erkennen und durch Gegensteuern auffangen (Bild 5.22).

Bild 5.22: Das kybernetische Modell einer Erdbaustelle (Regelkreis [5.1])

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

97

Soweit Fels der Bodenklassen 6 und 7 nicht mehr durch schwere Bagger mit hoher Reißkraft, durch Planierraupen mit Reißzahn oder mit Abbruchhämmern an Hydraulikbaggern gelöst werden kann, bleibt nur das Lockern durch Bohren und Sprengen. Über erreichbare Leistungen für das Reißen von Fels liegen Erfahrungen vor [5.7, 5.18, 5.20], für Bohren und Sprengen sei nochmals auf die Spezialliteratur verwiesen [5.15, 5.16]. Die Leistung von Seilbaggern ergibt sich sinngemäß ebenfalls aus den in Gleichung (9) bis (15) dargestellten Ansätzen. Die hierfür im Einzelfall anzunehmenden Faktoren sind in der Literatur dargestellt und erläutert [5.18, 5.20]. Zusammenfassend sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Leistung von Baumaschinen nicht isoliert, auf das Einzelgerät bezogen, gesehen werden darf, sondern immer die Arbeitskette einschließen muss, in der das Gerät arbeitet. Die Ermittlung der Produktionsleistung im Dauerbetrieb ist somit erst nach sorgfältiger, am Produktionsablauf und dessen Randbedingungen orientierter Einsatzplanung möglich. Alle Daten aus Arbeitsstudien und Nachkalkulationen sind stochastische Größen und daher je nach Umfang der Beobachtungen und Aufzeichnungen mehr oder weniger mit Unsicherheit behaftet. Um das Restrisiko einzugrenzen, das deshalb auch bei sorgfältig durchgeführten Einsatzplanungen nicht auszuschließen ist, geht man noch einen Schritt weiter. So wurden für Großbaustellen unter extremen Bedingungen (Hochgebirge, Ausland) die zur Wahl stehenden Maschinen unter ähnlichen Arbeitsbedingungen wie im späteren Einsatz (und wo dies nicht möglich war an ähnlichen, stationären Einsatzstellen) hinsichtlich Leistung, Verfügbarkeit, Verschleiß und Energieverbrauch getestet. Die Investitionsentscheidung resultierte dann aus diesen Vorstudien, Preisvergleichen und Verhandlungsergebnissen [5.26]. Wenn Bagger (oder andere Lademaschinen) nicht als Leistungs-, sondern als „Arbeitsgerät“ eingesetzt werden, das betrifft i.d.R. kleinere Maschinen bei Arbeiten geringen Umfangs, können nur wesentlich niedrigere Maschinenleistungen erreicht werden. Die Stillstandszeiten sind dann erheblich größer; oft können die Maschinen in diesen Fällen nicht kontinuierlich eingesetzt werden.

5.3.1.6 Sonderbauformen von Standbaggern Als weitere Vertreter der Standbagger sind innerhalb dieser Gruppe von Lademaschinen noch Teleskop- ,Schaufelrad- und Grabenbagger zu nennen. Außerdem ist nochmals kurz auf das Lösen von Fels oder schwerem Boden und auf das Zerkleinern von Beton und Mauerwerk mit Abbruchhämmern an Trägergeräten einzugehen. Teleskopbagger Der absatzweise arbeitende Teleskopbagger ist mit einem teleskopierbaren, um seine Längsachse drehbaren Spezialausleger mit flacher Grabschaufel (Räumschaufel) ausgerüstet und damit in der Lage, maßgenaue Böschungsarbeiten durchzuführen. Er wird vorzugsweise bei großen Erdarbeiten zum Planieren der Böschung eingesetzt (Bild 5.23).

98

5 Bauverfahren im Erdbau

Bild 5.23.1: Teleskopbagger mit Grab- bzw. Räumschaufel

Bild 5.23.2: Teleskopbagger bei Einsatz unter Tage Bild 5.23: Teleskopbagger [5.27]

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

99

Mit Hochbockunterwagen kann er auch unter Tage eingesetzt werden; mit einem Hydraulikhammer an Stelle der Räumschaufel auch zum Abbruch von schwerem Boden und Fels. Schaufelradbagger Der kontinuierlich arbeitende Schaufelradbagger (Bild 5.24) ist eine Weiterentwicklung des Eimerkettenbaggers, der als Trockenbagger im Baubetrieb heute nicht mehr verwendet wird. Er kommt als Nassbagger nur noch für den Profilaushub unter Wasser und in wesentlich kleinerer Ausführung als Grabenbagger zum Einsatz. Der Schaufelradbagger ist durch Gleiskettenfahrwerk, Schaufelradausleger und Bandabsetzer gekennzeichnet. Die einzelnen Schaufeln (Eimer) des Schaufelrades entleeren in ihrer höchsten Stellung seitlich auf ein Förderband, das im Schaufelradausleger läuft; der elektrische oder hydraulische Antrieb erlaubt durch Drehzahlregelung die Anpassung an den Grabwiderstand des zu lösenden Bodens. Schaufelradbagger werden vorwiegend in Tagebaubetrieben – in der Bundesrepublik bspw. westlich von Köln im Hambacher Forst – bei der Gewinnung von Braunkohle eingesetzt (dort dann als Großgeräte mit Tagesleistungen bis über 200.000 m³). Im Baubetrieb kommen sie nicht vor. Ich gehe deshalb nicht weiter darauf ein.

Bild 5.24: Schema eines Schaufelradbaggers [5.28]

Grabenbagger Grabenbagger sind Sonderkonstruktionen, die entweder nach dem Eimerkettenoder Schaufelradprinzip arbeiten (Bild 5.25). Sie werden zum Aushub von (nicht ausgesteiften) Gräben für Versorgungsleitungen (Be- und Entwässerung, Kabelverlegung, Drainagerohre) sowie beim Bau von Fernleitungen für Öl und Gas über große Entfernungen (Pipelines) eingesetzt mit Tagesleistungen bis zu 2000 m. Voraussetzung für ihren Einsatz ist die Lösbarkeit des anstehenden Bodens und dessen Standfestigkeit bei steiler Grabenböschung. Grabenbagger mit Eimerkette können bedingt auch kleinstückig gesprengten Fels fördern.

100

5 Bauverfahren im Erdbau

Bei den größeren Geräten werfen Eimerkette und Schaufelrad den gelösten Boden auf ein rechtwinklig zur Baggerachse angeordnetes Austragsband, über das er seitlich des hergestellten Grabens auf Halde abgesetzt wird. In kleiner Ausführung für das Herstellen von Kabelgräben oder Gräben für kleine Rohrdurchmesser werden Grabenbagger nach Bild 5.25.2 als „Grabenfräsen“ bezeichnet. Als Sonderkonstruktionen übernehmen sie mit dem Ziehen des Grabens auch das Verlegen von Kabeln und Drainrohren. Bei den geringen Aushubquerschnitten von Gräben mit steilen Böschungen ist der Aushub nur bei kontinuierlichem Vorschub der Maschine möglich. In strengem Sinne sind Grabenbagger deshalb keine „Standbagger“, sondern bilden den Übergang zu den Fahrbaggern.

Bild 5.25.1: Schaufelradprinzip [5.29]

Bild 5.25.2: Eimerkettenprinzip [5.30] Bild 5.25: Grabenbagger

Abbruchhämmer an Hydraulikbaggern In Sonderfällen (neben Gebäuden und Straßen, zum Zerkleinern von Knäppern im Steinbruch, in engen Baugruben und im Kanalbau) können schwere und damit große Bagger für das Lösen und Laden von Fels und schwerem Boden (oder für

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

101

das Abbrechen von Beton) nicht eingesetzt werden. Auch das Reißen mit der Planierraupe ist nicht möglich. Für derartige Aufgaben können leichte bis schwere Abbruchhämmer an Hydraulikbaggern verwendet werden (Bild 5.26). Sie lassen sich relativ schnell gegen eine Bohr- und Ladeausrüstung (Löffel) austauschen. Hammer (Felsmeißel) und Bohrgerät werden mit der Hydraulikeinrichtung des Trägergerätes betrieben. Bei Arbeiten kleineren Umfangs kann der anstehende Fels mit demselben Gerät abwechselnd gelöst und geladen werden. Über Abbruchleistungen größeren Umfangs (Betonbauwerke) und im Fels liegen kaum Unterlagen vor. Für den größten Krupp-Hydraulikhammer HM 4000 an einem O&K-Hydraulikbagger RH 30 D, eingesetzt in einem Kalksteinbruch in Dalmatien, wird als maximale Stundenleistung 200 t gelöstes Material angegeben [5.31, S. 10]. Die technischen Daten der von verschiedenen Herstellern angebotenen Abbauhämmer und die Einsatzbedingungen sind den Werksangaben bzw. der Literatur zu entnehmen [5.3–5.34].

Bild 5.26: Abtragen mit Abbruchhammer am Hydraulikbagger [5.31]

5.3.2 Teilvorgang T3, Transport

5.3.2.1 Vorbemerkungen Boden kann mit gummibereiften Fahrzeugen, mit Bahnwagen (Normalspur), mit Förderbändern oder mit Schuten auf dem Wasserweg transportiert werden. Gleisbetrieb (Normalspur) und Bandstraßen sind nur für den Transport großer Mengen über große Förderweiten (Gleis) oder mit sehr hohen Tagesleistungen (Bandstraßen) wirtschaftlich. Der Regelfall im mitteleuropäischen Baubetrieb ist – je nach Lage und Umfang einer Bauaufgabe – die gleislose Bodenförderung mit für öffentliche Straßen zugelassenen Lastkraftwagen (LKW), mit knickgelenkten Muldenkippern (Dumper) oder mit schweren Starr-Rahmen-Muldenkippern. Diese Schwerlastwagen (SKW) werden größtenteils in Abmessungen gebaut, die für öffentliche Straßen nicht mehr zugelassen sind. Bei kurzen Förderweiten und geringen Transportmengen können auch Vorderkipper (Autoschütter) eingesetzt werden. Für großflächige Abträge sind Flach- oder Fahrbagger wirtschaftlicher, die neben dem Lösen und Laden auch den Bodentransport übernehmen (Abschn. 5.3.3).

102

5 Bauverfahren im Erdbau

5.3.2.2 Bauarten von Transportfahrzeugen Nach der Art der Fortbewegung unterscheidet man − selbstfahrende und − angehängte Geräte. Nach der Art des Fahrwerks (luftbereift) unterteilt man in − − − −

Straßen-Lastkraftwagen (LKW), geländegängige Straßen-LKW, (mit Allradantrieb), Geländefahrzeuge mit hohem Bodendruck und Geländefahrzeuge mit niedrigem Bodendruck. Nach der Entladeart sind

− Hinterkipper, − Seiten- und Dreiseitenkipper und − Vorderkipper (Autoschütter), zu unterscheiden. Im Erdbau sowie im Massenguttransport des Baubetriebes werden je nach Art und Umfang der Transportaufgabe die nachstehend im Überblick aufgeführten Fahrzeuge eingesetzt. 1. Normale und geländegängige Lastkraftwagen (LKW) Sie sind als Hinterkipper, Seitenkipper oder Dreiseitenkipper nach der Straßenverkehrs-Zulassungsordnung (StVZO) für den öffentlichen Straßenverkehr zugelassen und können auch im Anhängerbetrieb eingesetzt werden. Geländegängige LKW haben einen verstärkten, für den rauhen Baubetrieb konstruierten Rahmen, Ganzstahl- oder Leichtmetallaufbau (häufig Spezialmulden), drei- bis vierachsiges Fahrgestell sowie neben dem Schnellganggetriebe für öffentliche Straßen ein Zusatzgetriebe (Geländegänge) und in der Regel Allradantrieb (Bild 5.27). Das zulässige Gesamtgewicht, die Nutzlasten, die Motorleistung und das Volumen der Standardmulde betragen: − bei 3-Achs-Fahrzeugen (Iveco Trakker AD 260 T 45 W): 26,0 t / 16,04 t (einschl. Mulde), 331 kW/450 PS, 9,40 m3 (gestr.) − bei 4-Achs-Fahrzeugen (Iveco Trakker AD 410 T 45 W): 32,0 t / 21,3 t (einschl. Mulde), 331 kW/450 PS, 12,9 m3 (gestr.) [5.35]. Daimler Chrysler gibt für seine Kipper keine Nutzlasten an. Sie ergeben sich als Differenz aus dem zulässigen Gesamtgewicht und dem Gewicht aus Fahrgestell (einschl. Führerhaus) mit Kipperaufbau [5.35, 5.37]. Für 4-Achs-Fahrzeuge von Daimler Chrysler (Actros-Reihe) gibt die Fa. Meiller für Halfpipe-Hinterkippmulden bei Bordwandhöhen von 1,25 m bis 1,45 m ein Ladevolumen von ca. 14 bis ca. 17 m³ (gestrichen) an. Für 3- und 4-Achs-Fahrzeuge mit Anhänger beträgt das zulässige LastzugGesamtgewicht 40 t.

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

103

Bild 5.27.1: 3-Achs-LKW, Muldenkipper (Schema)

Bild 5.27.2: 4-Achs-LKW-Muldenkipper (Schema) Bild 5.27: Straßen- und geländegängige Lastkraftwagen für den Baubetrieb [5.36]

2. Großraumfahrzeuge (Sattelzüge) Als Ersatz für den Lastzug, der wegen beschränkter Manövrierfähigkeit am Ladegerät und auf der Kippe im Baubetrieb häufig nicht optimal eingesetzt werden konnte, haben sich Großraumfahrzeuge bewährt, die aus Sattelzugmaschine und Hinterkipp-Sattelanhänger bestehen (Bild 5.28). Mit 2 oder 3 Achsen des Sattelanhängers – je nach Muldeninhalt und Nutzlast – und einer 2- bzw. 3-achsigen Zugmaschine je nach erforderlicher Zugkraft (Straße oder Gelände) sind sie die heute für Boden und Schüttgut im Verkehr auf öffentlichen Straßen üblichen Transportfahrzeuge. Für das Befahren von Baustellen bzw. den Geländeeinsatz sollten die Zugmaschinen mit 2 angetriebenen Hinterachsen sowie Differentialsperre oder Allradantrieb ausgerüstet sein.

104

5 Bauverfahren im Erdbau

Bild 5.28.1: 2-Achs-Zugmaschine mit 3-Achs-Sattelanhänger

Bild 5.28.2: 3-Achs-Zugmaschine mit 2-Achs-Stattelanhänger Bild 5.28: Sattelzug-Hinterkipper [5.35, 5.37]

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

105

Die üblichen Sattelanhänger mit einem Ladevolumen bis zu 22 m³ (bei 29,4 t Nutzlast und einem maximalen Gesamtgewicht von 35 t) können mit Stahl- oder Aluminium-Mulde bestückt werden. Für den Transport von Sand und Kies auf Straßenbaustellen oder die Beförderung von Abbruch und Baugrubenaushub im harten Baustelleneinsatz ist die Stahlmulde der geeignete Aufbau; für den reinen Straßentransport von Schüttgütern die Aluminium-Kippmulde [5.37]. Großraumfahrzeuge haben sich deshalb durchgesetzt, als bei gleicher Entfernung die Transportkosten je m³ bzw. t umso niedriger werden, je größer die Nutzlast eines Fahrzeuges ist [5.38]. 3. Muldenkipper Diese Fahrzeuge sind die Standardgeräte für den Erdtransport im Baubetrieb über größere Förderweiten (ab etwa 300–500 m). Hierbei sind knickgelenkte und schwere Starr-Rahmen-Muldenkipper (SKW) zu unterscheiden. 3.1 Knickgelenke Muldenkipper Diese Knicklenker sind inzwischen die Standardgeräte für den Erdtransport im Baubetrieb (Bild 5.29). Diese Maschinen werden in verschiedenen Varianten mit einem Transportvolumen von 12 bis 22 m³ (SAE 2:1, gehäuft), einer maximalen Nutzlast von 20 bis 36 t und Motorleistungen von 170 kW (231 PS) bis 295 kW (401 PS) gebaut [5.39, 5.40]. Die kleinste Ausführung von Volvo (A 20 C) liegt mit einer Breite von nur 2,49 m im Zulassungsbereich für öffentliche Straßen (170 kW, Mulde 12,9 m³, max. Nutzlast 20,0 t). Wesentliche Merkmale sind die Knicklenkung über ein Rahmenknickgelenk, große Niederdruckreifen, kleine Wenderadien und eine relativ geringe Höhe bis zur Oberkante der Kippmulde. Dadurch sind diese Maschinen in hohem Maße ge-

Bild 5.29: Knickgelenkter Muldenkipper Caterpillar D 350 E-II (18,8 m³, Nutzlast 31,75 t, G = 61,9 t, 265 kW) [5.40]

106

5 Bauverfahren im Erdbau

ländegängig, auch auf Entnahmenstellen und Kippen. Die Höchstgeschwindigkeit liegt bei etwa 50 km/h. Als maximale Förderweiten gelten 1000 m für 2-Achs- und 3000 m für 3-AchsFahrzeuge [5.7]. Alle weiteren Einzelheiten sind den ausführlichen Prospekten der Hersteller zu entnehmen. 3.2 Starr-Rahmen Muldenkipper Die für den „großen“ Erdbau und stationäre Gewinnungsbetriebe (Steinbrüche, Tagebaue), d.h. für hohe Tagesleistungen in rauem Betrieb entwickelten großen Hinterkipper entsprechen in ihren Abmessungen und Achslasten nicht mehr der StVZO und sind Zweiachsfahrzeuge, die mit halbautomatischen lastschaltbaren Getrieben und Dauerbremsaggregaten ausgerüstet sind (Bild 5.30). Die Geländegängigkeit wird durch Sperrdifferentiale oder Allradantrieb erreicht, einige Konstruktionen haben Planetengetriebe in den Radnaben. Die Mulden sind Schweißkonstruktionen mit aussteifenden Hohlprofilen (teilweise mit Abgasbeheizung zur Erleichterung des Entleerens). Für besondere Einsätze gibt es gummigepanzerte Mulden, auch Leichtmetallmulden werden hergestellt. Über dem Fahrerhaus ist – als Teil der Mulde – ein Schutzdach angeordnet. Diese Fahrzeuge weisen eine höhere maximale Geschwindigkeit auf (bis etwa 70 km/h) als Knicklenker, die maximale Förderweite beträgt etwa 5000 m (unter der Annahme, dass die Fahrzeuge auf Pisten ihre Höchstgeschwindigkeit ausfahren können).

Bild 5.30: Muldenkipper Caterpillar 773 D (35,2 m³, Nutzlast 53,3 t, G = 92,5 t, 485 kW) [5.40]

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

107

Ein Nachteil ist ihre ungenügende Geländetauglichkeit. Starrrahmen-Muldenkipper werden deshalb vorwiegend über größere Förderweiten und in stationären Gewinnungsbetrieben zum Transport von gesprengtem Fels eingesetzt. Hinsichtlich Einzelheiten über Einsatzbedingungen und -kriterien großer Muldenfahrzeuge sei auf die Spezialliteratur verwiesen [5.1, 5.7, 5.39, 5.41]. 4. Vorderkipper (Autoschütter) Bei engem Bauraum, auf kleineren Baustellen und in flacher Spezialausführung unter Tage werden für den Transport von Boden und Schüttgütern über kurze Entfernungen Vorderkipper eingesetzt (Bild 5.31). Größere Geräte haben drehbare Fahrersitze und entsprechende Lenksäulen, so dass Wendezeiten entfallen. Kurze Radstände ergeben eine gute Manövrierfähigkeit. Die Nutzlasten betragen bis ca. 15 t, Fassungsvermögen 0,9 bis 8,0 m³ (gestrichen); Motorleistungen 7,5 bis 150 PS; wirtschaftliche Förderweiten etwa 30 bis 300 m.

Bild 5.31: Vorderkipper

5.3.2.3 Auswahlkriterien für Förderfahrzeuge Für die Auswahl von Förderfahrzeugen nach Art und Größe gelten folgende Kriterien: − die Einsatzbedingungen (Boden, Ladegerät, Transportentfernung, Transportstrecke (Fahrweg, Steigungen, Krümmungen), Kippe, Klima), − die Fahrzeugdaten (Motorleistung, Ladevolumen, Nutzlast, angetriebene Räder, Bremsen, Getriebe, Bereifung, erreichbare Geschwindigkeit, Steigfähigkeit, Betriebsstoffverbrauch), − der Wartungsaufwand einschl. Bereifung, − die Investitionskosten bzw. die Maschinenmiete, − die Transportkosten/t bzw. /fm³. Weitere Kriterien für einen rationellen Förderbetrieb sind − die Nutzlastfaktoren der Maschinen, − die möglichst exakte Ausnutzung der konstruktiven Nutzlast und − eine minimale Höhe bis O.K. Mulde.

108

5 Bauverfahren im Erdbau

Der Nutzlastfaktor ist das Verhältnis Nutzlast/Leergewicht. Je größer dieser Faktor ist, desto weniger Leergewicht schleppt die Maschine bei jedem Arbeitsspiel mit. Die Höhe bis O.K. Mulde beeinflusst die Hubhöhe des Ladegeräts [5.41]. Nach der Vorauswahl geeigneter Geräte (Abschn. 5.3.1.5) wird das günstigste durch Vergleichskalkulation bestimmt, worauf später noch einzugehen ist. Größere Fahrzeuge haben einen geringeren Anteil an Personalkosten; bei einem Geräteausfall entstehen in der Produktionskette jedoch höhere Leerkosten als bei kleineren Fahrzeugen. Für Störfälle dieser Art sollten ggf. Reservefahrzeuge vorgesehen werden. Durch vorbeugende Wartung, bspw. seitens fremder Servicestationen, lassen sich Maschinenstörungen weitgehend vermeiden. Die Transportkosten werden durch den Zustand der Förderstrecke (Erdweg, Schotter, Bodenvermörtelung, bituminöse Decke, Betondecke, Fahrwegunterhaltung) stark beeinflusst. Je besser der Fahrweg ist, desto größer ist die erreichbare Fahrgeschwindigkeit, desto weniger Fahrzeuge werden für die Transportaufgabe gebraucht und desto niedriger sind die Transportkosten je Mengeneinheit. Auf Großbaustellen werden für die laufende Unterhaltung der Fahrwege je ein Grader für 2 bis 3 km Förderstrecke und Spezialfahrzeuge zur Fahrbahnreinigung und gegen Staubbelästigung eingesetzt (Kehrbesen, Sprengwagen). Auch sei nochmals wiederholt, dass für einen wirtschaftlichen Transportbetrieb ein optimales Verhältnis zwischen Grabgefäßinhalt des Ladegerätes und Transportvolumen des Förderfahrzeuges bestehen muss. Wird die zum Beladen eines Fahrzeuges erforderliche Spielzahl des Ladegerätes zu groß, entstehen für das Fahrzeug hohe Stillstandskosten; bei zu geringer Spielzahl führt der häufige Wagenwechsel zum Leistungsabfall des Ladegerätes. Der optimale Bereich für das Verhältnis von Grabgefäßinhalt zum Ladevolumen des Fahrzeuges liegt etwa zwischen 1:7 und 1:5 [5.7, 5.18], bei großen Geräten (Radlader) auch darunter (bis etwa 1:3, Tabelle 6). Tabelle 6: Anzahl Ladespiele/SKW [5.7] Beladung kurze Entfernung bis 500 m mittlere Entfernung 1000 m lange Entfernung > 1000 m

Radlader 3 Ladespiele 4 Ladespiele 5 Ladespiele

Bagger 5 Ladespiele 7 Ladespiele 9 Ladespiele

Bei der Ermittlung des Personalbedarfs für den Förderbetrieb ist zu berücksichtigen, dass neben den Fahrern ggf. „Springer“ benötigt werden, die die Fahrer in Ruhepausen ablösen. Das Einweisen der Fahrzeuge auf der Kippe geschieht, soweit erforderlich, durch Aufsichtskräfte. Für den Förderbetrieb werden ein Tanklager sowie Werkstatt- und Tankwagen benötigt. Wenn bei abgelegenen Baustellen die Hersteller oder Reparaturbetriebe kurzfristig Ersatzteile liefern und Reparaturen ausführen können, wird auf Werkstätten verzichtet.

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

109

5.3.2.4 Motoren und Getriebe Hierzu nur einige Bemerkungen. Förderfahrzeuge werden ausschließlich durch Dieselmotoren angetrieben. Kleinere Fahrzeuge im Straßentransport haben synchronisierte mechanische Schaltgetriebe (Zahnradgetriebe). Sie haben einen hohen Wirkungsgrad, ermöglichen aber nur eine stufenweise Änderung der Übersetzung. Bei einer großen Zahl von Gängen (Getriebestufen) wird der Fahrer stark belastet und es entstehen lange Schaltzeiten. Größere Fahrzeuge, vor allem solche für den Einsatz im Gelände, sind zur optimalen Ausnutzung der Motorleistung mit Drehmomentwandlern (hydrodynamischen Getrieben) ausgerüstet. Die Umwandlung des Motordrehmoments erfolgt in Abhängigkeit von der jeweiligen Belastung. Der Motor läuft stets im günstigsten Leistungsbereich; der Drehmomentwandler steuert selbsttätig den Kraftbedarf. Da ein Wandler nur in einem bestimmten Bereich wirtschaftlich genutzt werden kann, muss bei Baumaschinen in der Regel ein mechanisches Getriebe nachgeschaltet werden. Bei Verwendung von Drehmomentwandlern können die nachgeschalteten Getriebe unter Last geschaltet werden (aus Sicherheitsgründen sehr wichtig). Von den Fahrzeugherstellern werden Nomogramme angegeben, woraus über das Gesamtgewicht des Fahrzeugs und die jeweiligen Fahrwiderstände in den einzelnen Teilstrecken des Transportweges die erreichbaren Geschwindigkeiten und Bremsleistungen abgelesen werden können (Bild 5.32). Damit wird in der Praxis die nachstehend dargestellte Berechnung der Umlaufzeit eines Fahrzeuges wesentlich vereinfacht.

Bild 5.32.1: Widerstands-Geschwindigkeits-Diagramm

110

5 Bauverfahren im Erdbau

Bild 5.32.2: Bremsleistung für unbegrenzte Gefällelänge Bild 5.32: Fahrdiagramme für Muldenkipper CAT 773 D [5.40]

Alle weiteren Daten über Konstruktion, Gesamt- und Nutzlasten, Fördervolumen, Motorleistung und Ausrüstung von Transportfahrzeugen sind den ausführlichen Werksunterlagen der Hersteller zu entnehmen.

5.3.2.5 Bestimmung des Wagenparks – Anzahl der Fahrzeuge Voraussetzung für die Bestimmung des Wagenparks ist die Ermittlung des Umfangs der Transportaufgabe und der erforderlichen Leistung je Zeiteinheit, der Mengenverteilung, der Transportwege, des Ladegerätes sowie der Art und Größe der einzusetzenden Fahrzeuge. Die Anzahl der bei voller Leistung des Ladegerätes erforderlichen Fahrzeuge lässt sich dann aus der Umlaufzeit eines Fahrzeuges, der Wagenfolgezeit und dem Ladevolumen bestimmen. Hierbei sind folgende Teilzeiten zu unterscheiden (Bild 5.33): tl = Ladezeit an der Entnahmestelle T = Rundfahrzeit (Teilzeiten für Vollfahrt, Leerfahrt, Kippen) tw = Wagenwechselzeit am Ladegerät Die Umlaufzeit eines Fahrzeuges beträgt somit t u = t l + T + t w [min]

(16)

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

111

Bild 5.33: Fahrzeugumlauf im Erdbau

Die Wagenfolgezeit setzt sich aus der Ladezeit und der Zeitspanne für den Wagenwechsel zusammen und beträgt t f = t l + t w [min]

(17)

Damit ergibt sich die Umlaufzeit nach Gl. 16 zu

t u = t f + T [min]

(18)

Für die Bestimmung der Ladezeit gilt allgemein tl =

VF ⋅ t s VL ⋅ 60

[min]

(19)

Hierbei bedeuten VF VL ts

= Ladevolumen des Fahrzeuges [lm³] = Grabgefäßinhalt des Ladegerätes [lm³] = durchschnittliche Ladespielzeit [s]

In Gl. (19) ist jedoch nicht berücksichtigt, dass das Ladegerät während des Fahrzeugwechsels einen weiteren Grabvorgang vollzieht und das Grabgefäß zum Entleeren anhebt. Sowie das leere Fahrzeug bereitsteht, kann das gefüllte Grabgefäß entleert werden. Für die Verweilzeit des Fahrzeuges am Ladegerät ist bei diesem Arbeitsablauf daher ein Arbeitsspiel weniger anzusetzen als dem Ladevolumen entspricht; dafür ist die Wagenwechselzeit zu berücksichtigen. Die Ladezeit eines Fahrzeuges ergibt sich dann zu t l = (n´−1) ⋅ t s [s] bzw.

(n´ −1) ⋅ t s 60

[min]

(20)

112

5 Bauverfahren im Erdbau

wobei n´ die Anzahl der Schaufelfüllungen/Fahrzeug und ts die Dauer eines Ladespiels ausdrückt. Damit beträgt die Verweilzeit des Fahrzeuges (Wagenfolgezeit) nach Gln. (17) und (20) tf = tl + tw =

(n´ −1) ⋅ t s +tw 60

[min]

(21)

Für den Wagenwechsel tw sind tw = 0 min (Kreisverkehr), tw = 0,40 bis 0,60 min für LKW/SKW, 1,0 min für Sattelfahrzeuge

– bei Vorstoßen – bei Rückstoßen

anzusetzen. Wie schon erwähnt, wird vereinfacht für die praktische Leistungsbestimmung die Ladespielzeit ts nach Tabelle 5 bzw. nach Herstellerangaben angesetzt [5.7, 5.18]. Aus der Umlaufzeit eines Transportfahrzeugs nach Gl. (18) und der Wagenfolgezeit nach Gl. (17) ergibt sich bei voller Leistung des Ladegerätes (technische Leistung) die für den laufenden Betrieb erforderliche Anzahl an Fahrzeugen zu z=

tu T + tf T = = + 1 [ −] tf tf tf

(22)

An weiteren Daten lassen sich noch die (maximale) Nutzladung und die Anzahl der Fahrten/Stunde bestimmen. Hierbei ist zu prüfen, ob bei der gewählten Anzahl von Ladespielen das Ladevolumen und die Tragfähigkeit des Fahrzeugs nicht überschritten werden (s. Beispiel). Die Nutzleistung eines Fahrzeuges (QFN) ergibt sich zu Q FN = VFN ⋅

60 ⋅ fN tu

[lm³/h]

(23)

Hierbei bedeuten

VFN das genutzte Ladevolumen des Fahrzeugs und fN der Nutzungsfaktor (Verfügbarkeit, s. Beispiel) Die auf der Baustelle vorzuhaltende Anzahl an Transportfahrzeugen errechnet sich damit zu zi =

vD + Δz > z (Gl. 22) Q FN

(24)

Hierbei bedeuten = Sollleistung des Erdbetriebs [fm³/h], Gl. 6 vD QFN = Fahrzeugleistung in fm³/h = lm³ · fA (s. Anhang A5) Δz = Anzahl an Reservegeräten. Ob man beim heutigen Stand schneller Reparaturmöglichkeiten (Netz von Servicestationen der Maschinenhersteller) noch Reservegeräte vorhält oder auf Transportfirmen zurückgreift, ist fallweise zu entscheiden.

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

113

Die Ermittlung der Produktionsleistung eines Erdbetriebes aus dem Zusammenspiel von Ladegerät und Transportfahrzeug ist im Anhang A4 dargestellt. Die Rundfahrzeit T eines Fahrzeuges errechnet sich aus der erreichbaren Geschwindigkeit bei Voll- und Leerfahrt in den einzelnen Teilstrecken sowie der Kippzeit zu: T = t voll + t leer + t k [min] (Bild 5.33).

(25)

Hierfür sind anzusetzen: t voll =

l voll v voll

[h],

t leer =

l leer v leer

[h].

(26)

Damit wird T=∑

l i voll l + ∑ i leer + t k (+ Δt ) [h] v i voll v i leer

(27)

Hierbei bedeuten: li = Länge einer Teilstrecke [km], vi = erreichbare Geschwindigkeit in der Teilstrecke [km/h]. Die Kippzeit tk ist nach Tabelle 7 anzusetzen. Längen und Krümmungen der einzelnen Teilstrecken (li) ergeben sich aus dem Lageplan der Transportstrecke. Steigungen und Gefälle aus dem Höhenplan, die erreichbaren Geschwindigkeiten (vi) aus den technischen Daten der Fahrzeuge und dem Zustand der Transportstrecke (Fahrwiderstände). Besondere Bedingungen des Transportbetriebes, wozu bspw. Wartezeiten bei Einbahnverkehr, Verzögerungen an Kreuzungen oder sonstige Geschwindigkeitsbegrenzungen aus den örtlichen Fahrbahnverhältnissen gehören, sind im Einzellfall durch einen weiteren Zeitzuschlag Δt in Gl. (27) zu berücksichtigen. Tabelle 7: Kippzeiten tk

Allgemein lässt sich die erreichbare Geschwindigkeit von Transportfahrzeugen ermitteln − durch Schätzen ungenau, nur anhand von Erfahrungen möglich, − durch Abfahren der im Stadtverkehr bzw. für den Transport auf Transportstrecke öffentlichen Straßen brauchbar; damit lassen sich Einflüsse von Ampeln, Bahnübergängen, des Stoßverkehrs erfassen, − nach den Regeln der Fahrdynamik. Diese werden nachstehend kurz dargestellt.

114

5 Bauverfahren im Erdbau

5.3.2.6 Fahrdynamische Grundlagen des Transportbetriebes Fahrwiderstände Die Fahrwiderstände sind vom Fahrzeugmotor zu überwinden. Seine Leistung ergibt die Felgenzugkraft des Fahrzeuges bzw. die zur Überwindung der Fahrwiderstände verfügbare Zugkraft. Die Fahrwiderstände bestehen aus − dem Getriebewiderstand ηges (alle mechanischen (hydraulischen) Verluste zwischen Motorschwungrad (Abtriebswelle) und Laufradlagerung, ausgedrückt durch den Gesamtwirkungsgrad), − dem Rollwiderstand wR [kg/t] bei Geradeausfahrt auf ebener Fahrbahn (resultiert i.W. aus der Reibung zwischen Reifen und Fahrbahn), − dem Krümmungswiderstand wK (10 bis 20% von wR), − dem Steigungswiderstand wS (aus Steigung bzw. Gefälle). Bei der relativ geringen Geschwindigkeit von Transportfahrzeugen kann der Luftwiderstand vernachlässigt werden. Der Gesamtfahrwiderstand ergibt sich damit zu W = w R + w K ± w S [kg/t]

(28)

Die Rollwiderstände verschiedener Fahrwege (wR) sind in Tabelle 8 zusammengestellt. Der jeweilige Steigungswiderstand wS ist aus dem Höhenplan der Transportstrecke zu entnehmen (Bild 5.33). Dabei sind für 1% Steigung 10 kg/t (0,010) bzw. 0,01 kN/t anzusetzen. Fahrgeschwindigkeit Die zur Überwindung des Fahrwiderstandes erforderliche Antriebskraft (Zugkraft) Zerf an den Triebrädern der angetriebenen Achse(n) eines Fahrzeuges beträgt Z erf =

3,6 ⋅ N ⋅ η ges v

[kN]

(29)

Hierbei bedeuten N = max. Motorleistung [kW], ηges = Gesamtwirkungsgrad (liegt zwischen 0,75 und 0,85), v = Fahrgeschwindigkeit [km/h]. Daraus ergibt sich die erreichbare Geschwindigkeit zu v err =

3,6 ⋅ N ⋅ ηges W ⋅G

wenn für Zerf der Gesamtfahrwiderstand W · G [kN] eingesetzt wird.

(30)

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau Tabelle 8: Rollwiderstandsbeiwerte wR für Geländefahrzeuge [5.1, 5.7]

wr 0,020 1 kg 1000 kp Gewicht G in t

=ˆ 20 kg/t =ˆ 1kp = 0,01 kN = 1000 · 0,01 kN = 10 kN = 10 G in kN

Tabelle 9: Geschwindigkeitskorrekturfaktoren k

115

116

5 Bauverfahren im Erdbau

Hierbei bezeichnen W = Gesamtfahrwiderstand nach Gl. 28 [kg/t], G = Gesamtgewicht des Fahrzeuges (voll bzw. leer) in [kN]. Zur Umrechnung der Dimensionen [kg/t] und G [t] in kN siehe Erläuterung in Tabelle 8 und das Beispiel in Anhang 6. Die Gl. (30) gilt für den Beharrungszustand (stationär gleichförmiger Zustand, d.h. konstante erreichbare Fahrgeschwindigkeit). Beim Anfahren und Beschleunigen eines Fahrzeuges sowie beim Verzögern und Bremsen ist bzw. wird die Fahrgeschwindigkeit reduziert. Für praktische Ermittlungen kann dies in erster Näherung durch einen Korrekturfaktor k nach Tabelle 9 berücksichtigt werden. Je kürzer eine Teilstrecke ist, desto kleiner ist dieser Faktor und umgekehrt. Damit ergibt sich die im praktischen Betrieb erreichbare Geschwindigkeit eines Transportfahrzeuges zu v err = k ⋅

3,6 ⋅ N ⋅ η ges W⋅G

[km/h]

(31)

Über die hiernach erreichbaren Geschwindigkeiten in den einzelnen Teilstrecken lässt sich nach Gl. (27) tabellarisch die Rundfahrzeit eines Fahrzeugs berechnen. Dabei ist zu beachten: 1. Die jeweils erreichbare Geschwindigkeit verr kann nicht größer als vmax nach dem Fahrdiagramm bzw. der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in den einzelnen Gängen (aus den Herstellerangaben) sein. Es ist also die jeweils niedrigere Geschwindigkeit anzusetzen. 2. Bei Berg- und Talfahrt gilt – vvoll bergab ≈ vvoll bergauf, – vleer bergab ≈ vleer bergauf. Nach der Erfahrung ist die Geschwindigkeit vvoll/leer bergab etwa gleich wie bergauf. Aus Sicherheitsgründen fährt kein schwer beladenes Fahrzeug mit Höchstgeschwindigkeit steil bergab. In der Literatur wird darauf keine Rücksicht genommen, wenn für Gefällestrecken der Steigungswiderstand wS kommentarlos negativ angenommen wird. Zutreffend lässt sich die Geschwindigkeit eines Fahrzeuges bei Talfahrt nur über seine Bremsleistung ermitteln. Dies gilt vor allem für schwere Erdbaufahrzeuge (SKW), die mit Dauerbremsaggregaten ausgerüstet sind (s. Bild 5.32.2 und [5.7] sowie Werksangaben der Hersteller über die technischen Daten ihrer Fahrzeuge [5.40]).

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

117

Übertragbare Zugkraft ZR (Reibung zwischen Rad/Achse und Fahrbahn) Für die vom Fahrzeug auf die Fahrbahn übertragbare Zugkraft gilt Z R = μ ⋅ G R ⋅ 10 −2 [kN]

(32)

Hierbei bedeuten μ = den Kraftschluss- (Haftreibungs-)beiwert [–] (Tabelle 10), GR = das für die Kraftübertragung wirksame Fahrzeuggewicht (Gewichtsanteil auf der (den) Antriebsachse(n) in [kg], im Einzelfall aus den Herstellerangaben zu ermitteln), GR ≤ Gesamtgewicht G Ein Schlupfbeiwert ist in Gl. (32) vernachlässigt.

Fahrbedingung Damit die angetriebenen Räder eines Fahrzeuges nicht durchdrehen, muss die durch Reibung übertragbare Zugkraft ZR eines Fahrzeugs größer sein als die zum Erreichen der jeweiligen (maximalen) Fahrgeschwindigkeit erforderliche Motorzugkraft Zerf, d.h. Z R ≥ Z erf

(33)

Z R = G voll (leer) ⋅ α ⋅ μ ⋅ 10 −2 [kN]

(34)

Z erf = G voll (leer ) ⋅ α ⋅ Wmax [kN]

(35)

Hierfür sind anzusetzen

Hierbei bedeuten α = Beiwert für das anteilige Maschinengewicht, bezogen auf die angetriebene(n) Achse(n) (GR /G aus Herstellerangaben) μ = Kraftschlussbeiwert Reifen (bzw. Gleiskette) / Fahrbahn (Tabelle 10). Soweit die Motorzugkraft nicht zur Überwindung der Fahrwiderstände erforderlich ist, wird mit dem Differenzbetrag das Fahrzeug beschleunigt. Dem mit der Steigung zunehmenden Fahrwiderstand wird die Antriebskraft durch größere Übersetzungen (Wechselgetriebe) angepasst. Die erreichbare Zugkraft eines Fahrzeugs bei einer bestimmten Geschwindigkeit bzw. die mögliche Geschwindigkeit bei gegebenem Fahrwiderstand ergibt sich aus dem Fahrdiagramm (Bild 5.32.1, A5, A6). Die tabellarische Ermittlung der Transportleistung großer Muldenkipper (SKW) ist in [5.20] i.E. dargestellt. Auf den Erdtransport über Bandstraßen (Förderbänder) gehe ich nicht ein. Er bildet einen Sonderfall für große Erdbewegungen.

118

5 Bauverfahren im Erdbau

Tabelle 10: Kraftschlussbeiwerte μ für Erdbaumaschine mit Rad- und Gleiskettenfahrwerk [5.7] Material Beton Steinbruchsohle toniger, trockener Lehm fester Boden toniger, nasser Lehm loser Boden nasser Sand Schotterweg trockener Sand fester Schnee Eis Kohle auf Halde

Reifen 0,90 0,65 0,55 0,55 0,45 0,45 0,40 0,36 0,20 0,20 0,12 0,45

Ketten 0,45 0,55 0,90 0,90 0,70 0,60 0,50 0,50 0,30 0,25 0,12 0,60

5.3.2.7 Stochastische Einflussgrößen und Transportsimulation im Erdbau In den vorhergehenden Abschnitten wurde, vom Ladegerät ausgehend, die Leistung einer Transportkette nach konventionellen Methoden ermittelt. Die beiden Maschinengruppen bilden mit den Einbau- und Verdichtungsmaschinen eine Arbeitskette. Wie die Erfahrung zeigt, ist mit konventionellen Methoden die Leistung einer Produktionskette jedoch nicht hinreichend genau zu bestimmen. Die Problematik ist in Bild 5.34 dargestellt. Bei einem Bagger mit einer Leistung von 500 m³ pro Stunde und 5 Schwerlastwagen mit je 100 m³ Stundenleistung müsste sich nach konventioneller Rechnung im Punkt A für diese 5 SKW eine Stundenleistung von ebenfalls 500 m³ ergeben (Leistungskurve 2). Tatsächlich wird sich jedoch für das Bagger-SKW-System etwa die Leistungskurve 3 einstellen.

Bild 5.34: Leistung eines Bagger-LKW-Systems [5.42]

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

119

Im Idealfall einer Arbeitskette müssten die Fahrzeuge in regelmäßigen Abständen (Wagenfolgezeit) am Ladegerät ankommen und abfahren (Bild 5.35.1). Unter diesen idealisierten Voraussetzungen werden Ladegerät und Wagenpark konventionell bemessen. In der Praxis lässt sich eine derart „starre“ Arbeitskette im Sinne eines Fließbandes nicht realisieren. Im Betrieb treten Störungen auf. Bspw. können wegen wechselnder Bodenbeschaffenheit, durch Witterungseinflüsse, nicht zutreffende Annahmen über Maschinenleistungen oder durch Maschinenstörungen die Ladespielzeit, die geplante Wagenwechselzeit, die Kippzeiten oder überhaupt die Umlaufzeit, d.h. die angenommenen Zeitvorgaben nicht erreicht werden. Die Folge ist, dass die Fahrzeuge nicht zeitgerecht am Ladegerät bereitstehen. Es bilden sich Warteschlangen, die die Transportleistung reduzieren (Bild 5.35.2). Die Transportleistung liegt dann unter dem theoretischen Sollwert, das Ladegerät und die Fahrzeuge arbeiten nicht optimal und die Kosten/Mengeneinheit sind höher als kalkuliert. Die Ursache liegt darin, dass eine Reihe von Daten, auf die sich die Bemessung der Maschinenleistungen stützt, Zufallsgrößen sind, die nach bestimmten Verteilungen um einen Mittelwert streuen. Sie lassen sich durch das mathematische Modell einer eingliedrigen geschlossenen Warteschlange mit begrenzter Besetzung (limitierter Population) beschreiben (Bild 5.36) und durch Variation der zunächst angenommenen Betriebsbedingungen mit Hilfe computerunterstützter Simulation berücksichtigen. Hierüber liegen Untersuchungen vor [5.42–5.44].

Bild 5.35.1: Theoretischer Idealfall einer Trans- Bild 5.35.2: Realfall (instationärer portkette (Fließband, stationärer Zustand) Zustand mit Warteschlange) Bild 5.35: Transportkette im Erdbau

Bild 5.36: Geschlossenes Warteschlangenmodell mit limitierter Population [5.43]

120

5 Bauverfahren im Erdbau

Der Unterschied zwischen der auf konventionelle Weise, unter Annahme konstanter Teilzeiten, für Bagger und Fahrzeuge berechneten Transportleistung und der tatsächlichen Förderung (bis zu 20%) kommt daher, dass aus den genannten Gründen zumindest zeitweise teils Fahrzeuge auf das Beladen, teils Ladegeräte auf Fahrzeuge warten. Der Leistungsabfall gegenüber den konventionell ermittelten Größen wird durch diesen diskontinuierlichen Ablauf umso größer, je mehr die Elementzeiten schwanken und je mehr Ladegeräte und Fahrzeuge eine „Fertigungsstraße“ bilden. Ein weiterer Nachteil der deterministischen Berechnung wird darin gesehen, dass die angesetzten Einflussfaktoren global auf die Maschinenleistung [m³/Stunde] bezogen werden, während die Betriebsbedingungen in Wirklichkeit zu Schwankungen der Elementzeiten führen und dadurch die Mittelwerte beeinflussen. Für die wirklichkeitsnahe Berechnung eines Erdbausystems müssen diese stochastischen Schwankungen der Elementzeiten berücksichtigt werden. Dazu sind stochastische Modelle notwendig, die dann auch Entscheidungshilfen zur Steuerung der Systeme liefern [5.42]. Bei der Ermittlung der Dauerleistung von Standbaggern nach Gl. (12) bzw. (13) und der Transportleistung nach Gl. (23) werden diese stochastischen Einflüsse in erster Näherung durch den zeitlichen Nutzungsgrad (Betriebszeitbeiwert) erfasst. In der Leistungsermittlung für SKW nach [5.20] wird hierfür ein Transportbetriebs- und ein Nutzleistungsfaktor eingeführt. Aus der Sicht der Praxis kann im oftmals sehr witterungsempfindlichen Erdbau wegen der großen Bandbreite der Bodeneigenschaften und der erheblichen Zahl leistungsbestimmender Faktoren daher nur die gemeinsame Auswertung praktischer Erfahrungen und theoretischer Erkenntnisse zu einer zutreffenden Einschätzung im Dauerbetrieb führen [5.45].

5.3.2.8 Fahrwegunterhaltung / Wettereinfluss Der Transportbetrieb ist in der Regel der aufwendigste Teilbetrieb im Erdbau und damit ein Leitbetrieb der Baustelle. Sein weitgehend ungestörter Ablauf ist eine wesentliche Voraussetzung für einen rationellen Baubetrieb. Die laufende Unterhaltung und Pflege der Pisten durch Grader, Kehrmaschinen und Sprengwagen hat entscheidenden Einfluss auf die Förderleistung. Auch die Wetterempfindlichkeit des Bodens beeinflusst die Förderung. Dabei sind zwei Grenzfälle zu unterscheiden: Betrieb in nicht wetterempfindlichem Boden Bei rolligen Böden und auf Fels ist durch Niederschläge keine Arbeitsunterbrechung zu erwarten. Mit größeren Maschinenschäden braucht ebenfalls nicht gerechnet zu werden. Trotzdem sollten, ggf. auf Abruf, die erwähnten Reservegeräte vorgehalten werden. Die Wintermonate Januar bis März sind i.d.R. als Ausfallzeit zu betrachten, da auch bei nicht wetterempfindlichem Boden durch Schnee und Frost der Fahrbetrieb behindert wird und gefrorener Boden nicht verdichtet werden kann.

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

121

Betrieb in wetterempfindlichem Boden Für einen Kurzeinsatz gilt bei günstiger Witterung das Gleiche wie bei wetterunempfindlichen Böden. Bei längerem Einsatz bleiben verschiedene Möglichkeiten. Zunächst sind bei Erdarbeiten in bindigen Böden schon in der Ablaufplanung witterungsbedingte Ausfallzeiten (bspw. Regenzeiten) zu berücksichtigen. Bei schlechtem Wetter muss der Förderbetrieb rechtzeitig eingestellt werden, da aufgeweichter bindiger Boden das Befahren nicht zulässt und das Abtrocknen wesentlich mehr Zeit beansprucht, als wenn der Betrieb vor dem Aufweichen des Bodens eingestellt wird. Soweit als möglich wird versucht, bei einsetzendem Regen auf nichtbindigen Boden auszuweichen, soweit es die Bauaufgabe zulässt. Dafür sollten in der Ablaufplanung Variationsmöglichkeiten (Einsatzpläne) vorgesehen werden. Im übrigen wird bei trockenem Wetter der Betriebsmitteleinsatz häufig verstärkt (bspw. 2-Schicht-Betrieb mit 2 x 10 h „rund um die Uhr“, in den verbleibenden 2 x 2 Stunden Wartungsarbeiten und Auftanken). Das Problem liegt darin, dass bei Niederschlägen die obere Schicht bindiger Böden aufgeweicht wird. Der Schlamm macht den Förderbetrieb unmöglich. Dieser Zeitpunkt ist etwa erreicht, wenn der Boden so viel an Niederschlagswasser (in mm) aufgenommen hat, wie seine Plastizitätsziffer angibt. In der Praxis wird bei einsetzenden Niederschlägen der Förderbetrieb früher eingestellt. Man vermeidet dadurch die Folgen zerwühlter Fahrbahnen. Tiefe Fahrspuren, in denen sich das Wasser ansammelt, erfordern nach der Regenperiode umfangreiche Planierarbeiten (das bedeutet verzögertes Wiederanlaufen des Transportbetriebes und zusätzliche Kosten). Die Fahrbahn sollte Dachprofil oder Quergefälle aufweisen, wobei Abflussmöglichkeiten für Oberflächenwasser zu schaffen sind. Die Kippe muss vor drohenden Niederschlägen mit einem Quergefälle ≥ 6% abgezogen und verdichtet werden [5.10]. Der die Leistung in bindigen Böden beeinflussende, witterungsbedingte zeitliche Nutzungsfaktor fW, der die Leistungsminderung aus den genannten Schwierigkeiten ausdrückt, hängt von der Niederschlagsmenge und -häufigkeit ab. Er sollte in der Bundesrepublik für normale Witterung wenigstens zwischen 0,85 und 0,95 berücksichtigt werden, soweit durch den o.g. Trockenwettereinsatz „rund um die Uhr“ nicht ein Ausgleich möglich ist. Weitere Einzelheiten, wie bei Schlechtwetter in bindigen Böden zu verfahren ist und die Möglichkeiten eventueller Bodenstabilisierung gehen aus der Spezialliteratur hervor [5.1]. 5.3.3 Fahr- und Flachbagger (Teilvorgang T1 bis T4) Das bisher dargestellte Verfahren für das Lösen, Laden und Transportieren von Erdbaustoffen, der Bagger-LKW-Betrieb, ist die in Mitteleuropa für die gängige Erdbewegung übliche Einsatzform. Für flache Abträge und kurze Transportentfernungen ist sie zu aufwendig bzw. nicht anwendbar.

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5 Bauverfahren im Erdbau

In den USA wurden für derartige Einsätze schon vor Jahrzehnten Spezialmaschinen entwickelt, die nach dem 2. Weltkrieg in größerem Umfang auch in Mitteleuropa eingesetzt wurden: die Fahr- und Flachbagger (Bild 5.7). Sie arbeiten teils absatzweise, teils kontinuierlich und vollziehen als Fahrbagger wie bei Standbaggern die Teilvorgänge 1 und 2, als Flachbagger die Teilvorgänge 1 bis 4. Je nach den Bodenverhältnissen bewirken sie durch Vorverdichtung des eingebauten Bodens teilweise auch den Teilvorgang 5. Über ihre Bauart, Arbeitsweise und Einsatzbedingungen gibt es umfangreiche Literatur [5.1, 5.7]. Sie sollen deshalb nur kurz dargestellt werden.

5.3.3.1 Fahrbagger Die Fahrbagger (Rad- und Kettenlader) sind verfahrenstechnisch die Zwischenstufe zwischen Stand- und Flachbaggern. Ihre Ladeschaufel führt ähnliche Grabbewegungen wie ein Hoch- oder Tieflöffelbagger aus. Der Unterschied zu diesen besteht darin, dass ein Standbagger beim Lösen und Laden nur den Oberwagen mit dem Grabwerkzeug bewegt, während Lader beim Arbeitsvorgang die gesamte Maschine bewegen müssen. Der Vorteil von Fahrbaggern liegt darin, dass sie Ortswechsel zwischen verschiedenen Einsatzstellen schnell vornehmen können. Dies gilt besonders für Radlader, die aber nur geringere Grabkräfte als ein Bagger aufweisen und deshalb als Löse- und Ladegerät nur bei leichtem bis schwerem Boden (Bodenklasse 5) eingesetzt werden können. Für Schüttgut bzw. vorgelockerten Boden, in Sonderfällen auch für Frischbeton, sind Radlader ein sehr brauchbares Lade- bzw. Umschlaggerät (bspw. zur Silobeschickung von Beton- und Asphaltmischanlagen aus der Deponie der Zuschlagstoffe). Bei den Fahrbaggern werden die Teilvorgänge 1 und 2 (lösen und laden) durch eine Kombination von Fahrbewegung und (hydraulischer) Bewegung des Grabgefäßes, der Ladeschaufel, vollzogen. Die Maschine lädt entweder auf Förderfahrzeuge, in den Aufgabetrichter eines Förderbandes (Silo) oder auf Halde. Wegen der geringen Hubhöhen dieser Maschinen gegenüber Baggern (Bild 5.37) sind die Ladebordwandhöhen der Fahrzeugmulden bzw. der Silo-Aufgabetrichter für das Zusammenspiel mit dem Lader maßgebend. Die gegenüber Kettenladern wesentlich beweglicheren Radlader können bei geringen Mengen den Boden auch über kurze Entfernungen bis etwa 250 m wirtschaftlich transportieren und vollziehen damit auch den Teilvorgang 3 (Transport [5.7]). Für Radlader bis etwa 30 t Einsatzgewicht mit Straßenzulassung ist ein Ortswechsel auf eigener Achse über öffentliche Straßen möglich [5.7]. Radlader Radlader werden in den Leistungsklassen von 28 bis 932 kW bei Schaufelinhalten von 0,7 bis 18,0 m³ gebaut (Großradlader mit 25 m³-Schaufel). Sie werden in der Regel als Frontlader (Bild 5.37), kleine Geräte auch als Schwenkschaufellader (Bild 5.38) gebaut und können mit Kombischaufel (für

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

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Planieren, Schürfen, Laden, Greifen) ausgerüstet werden. Als Zusatzausrüstung sind eine robuste Felsschaufel, Leichtgutschaufel, Siebschaufeln, Kranhaken, Gabelzinken, Holzladeschaufel und Heckaufreißer möglich. Das Radfahrwerk ist, je nach den Einsatzbedingungen, mit Allrad-, Hinterachsoder Vorderachsantrieb sowie mit Allrad-, Hinterachs- oder (heute meist) Knicklenkung mit bis zu 40° Einschlag nach beiden Seiten konstruiert. Die Kraftübertragung des Dieselmotors geschieht über Drehmomentwandler und Voll-Lastschaltgetriebe. Die wirtschaftliche Förderweite reicht bis 250 m. Mögliche Einsätze sind Bodenabtrag und Baugrubenaushub an häufig wechselnden Einsatzorten bei nicht zu schwerem Boden, Schüttgutumschlag und im Steinbruch bei gesprengtem Fels (hier häufig mit Kettenschutz für die Reifen). Ein wichtiges Kriterium für Radlader ist die Tragfähigkeit der Reifen [5.18, 5.47].

Bild 5.37: Radlader Typ L 522 [5.18]

Bild 5.38: Schwenkschaufellader [5.46]

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5 Bauverfahren im Erdbau

Baggerlader Der Baggerlader (Bild 5.39) ist aus einer Landmaschine (Ackerschlepper mit Anbaugeräten) entstanden. Er ist als selbständige, hydraulisch gesteuerte Mehrzweckbaumaschine (30 bis 70 kW Motorleistung) einsetzbar, ausgerüstet mit Frontschaufel (bis max. 1,2 m³ Inhalt) und seitenversetzbarem Hecktieflöffel (max. 0,3 m³ Inhalt) mit Abstützvorrichtung. Er gewinnt wegen seiner universellen Einsatzmöglichkeiten (verschiedene Anbaugeräte) für kleine Erdarbeiten und als Mehrzweckmaschine für kleinere Baustellen seit einigen Jahren bei Bauunternehmungen und Kommunalbetrieben zunehmend an Bedeutung [5.48].

Bild 5.39: Baggerlader [5.48]

Für den Baustelleneinsatz ist Allradantrieb und Knicklenkung (enger Wenderadius) unabdingbar. Als weitere Ausrüstungen sind Grabenlöffel, Greifer, Klappschaufel, Lasthaken, Staplereinrichtung, Kehrmaschine und Frontaufreißer möglich. Kettenlader (Laderaupen) Kettenlader werden in den Leistungsklassen von 53 bis 160 kW bei Schaufelinhalten von 1,0 bis 2,9 m³ gebaut.

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

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Als Ausrüstung kommen Frontlader mit Lade- und Klappschaufel (Bild 5.40), mit Schwenkaufreißer, und Lader mit Kombischaufel (Planieren, Laden, Greifen, Schürfen) vor. Als Zusatzausrüstung sind Felsschaufel, Abbruchschaufel und Heckaufreißer (meist Mehrzahnaufreißer) möglich, letzterer schwenkbar oder mit Parallelführung (s. Bild 5.42). Das Fahrwerk besteht aus Gleisketten auf Lauf- und Stützrollen (Traktorlaufwerk). Kraftübertragung vom Dieselmotor über Drehmomentwandler und VollLastschaltgetriebe wie bei Radladern. Die wirtschaftliche Förderweite ist mit max. 60 m geringer als beim Radlader. Mögliche Einsätze sind der Aushub enger Baugruben über steile Innen- oder Außenrampen, Abtrag in schwerem, nassem Boden, Abbrucharbeiten, im Steinbruch. Rad- und Kettenlader können bei nicht zu großem Arbeitsumfang auch zum Humusabtrag und für Planierarbeiten eingesetzt werden.

Bild 5.40: Laderaupe [5.18]

5.3.3.2 Flachbagger Im Gegensatz zu Stand- und Fahrbaggern führen Flachbagger während eines Arbeitsspiels mehrere Teilvorgänge aus (Lösen, Füllen (Laden), Transportieren, Einbauen und ggf. noch Vorverdichten). Flachbagger lösen (schälen) bei der Bewegung der Schürfwerkzeuge gegen den Boden das zu fördernde Material in 10 bis 40 cm dicken Schichten ab, transportieren es durch Schild oder Kübel und tragen es auf der Kippe lagenweise auf. Wesentlich für die Verwendbarkeit der Geräte ist das Verhalten bei den Teilvorgängen 1 und 2, dem Lösen und Füllen, da hierbei die größten Arbeitswiderstände auftreten (Roll-, Schürf- und Füllwiderstand). Die an der Schneide des Schürf-

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5 Bauverfahren im Erdbau

werkzeugs (Schild oder Kübel) wirksame Scherkraft hängt vom mechanisch erzeugten Vorschub des Trägerfahrzeugs und damit vom Kraftschluss zwischen Fahrwerk und Boden ab. Sie muss größer sein als die Scherfestigkeit des anstehenden Bodens. Unter den Flachbaggern sind Planierraupen, Radplanierer, Motorschürfwagen (Scraper), Schürfkübelraupen, Grader und Bandlader zu unterscheiden. Ihre Einsatzmöglichkeiten im Erdbau können nur kurz aufgezeigt werden. Auch ihre Leistungsermittlung soll nur in den Grundzügen dargestellt werden. Einsatzmöglichkeiten und Leistung hängen bei diesen Maschinen weit mehr als bei BaggerLKW-Betrieb vom anstehenden Boden, seiner Wetterempfindlichkeit, den Standortbedingungen der Baustelle, der Einsatztechnik, dem Können der Maschinenführer und den Erfahrungen einschließlich dem für derartige Einsätze erforderlichen Fingerspitzengefühl der Bauleitung ab, so dass treffsichere Prognosen nur anhand von Detailuntersuchungen möglich sind. Hierfür muss neben eigenen Erfahrungen die Spezialliteratur herangezogen werden [5.1, 5.7, 5.18, 5.20, 5.49]. Der folgende Überblick soll die möglichen Einsatzformen und Verfahren der genannten Maschinen bei flachen Abträgen im Erdbau aufzeigen sowie Hinweise zur Leistungsermittlung geben, die es gestatten, in erster Näherung Kennzahlen für die Verfahrenswahl, die Ablaufplanung, die Kostenberechnung und damit für Vergleichskalkulationen zu ermitteln. Planierraupen (Kettendozer) Planierraupen werden in den Leistungsklassen von 53 bis 634 kW gebaut [5.18, 5.49]. Als Ausrüstung sind Brustschild, Schwenkschild und U-Schild möglich (Bild 5.41). Weitere Grundausrüstung ist in der Regel ein Heckaufreißer (Ein- oder

Bild 5.41: Planierraupe mit Schwenkschild (links) und U-Schild (rechts) [5.18]

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

127

Bild 5.42: Heckaufreißer für Planierraupen (PR 751, [5.18])

Mehrzahnaufreißer, Bild 5.42). Schild und Heckaufreißer werden hydraulisch betätigt. Als Zusatzausrüstung sind Schubplatten, Seitenkraneinrichtung mit Gegengewicht (Rohrleger) sowie Front- und Heckwinde möglich. Das Fahrwerk besteht aus Gleisketten auf Roll- und Stützrollen (Traktorlaufwerk). Als Spezialausführung ist ein Moorkettenlaufwerk mit besonders breiten Gleisketten möglich (dadurch geringster Bodendruck). Die Kraftübertragung vom Dieselmotor geschieht mit Drehmomentwandler und Volllastschaltgetriebe (Schalten ohne Kuppeln unter Last). Die wirtschaftliche Förderweite beträgt maximal etwa 100 m. Typische Einsätze der Planierraupe sind flache Abträge in leichtem bis schwerem Boden (Ab- oder Zusammenschieben des Bodens), Humusabtrag, Moor- und Rodungsarbeiten, Auflockern und Aufreißen des Bodens (mit schwersten Geräten (D11R, 634 kW) auch im noch reißbaren Fels), Planum herstellen, Hinterfüllen von Bauwerken, Anlegen von Halden, Beschicken von Bunkern sowie als Schubraupe bei Scraper-Einsätzen. Beim Herstellen und Andecken von Böschungen (Mutterboden) können Neigungen bis etwa 1:2 (max. 1:1) befahren werden (Spandicke von Bodenart abhängig). An Teilvorgängen werden Lösen, Transportieren und Einbauen vollzogen (T1, T3 und T4); das Laden entfällt. Für das rationelle Herstellen großflächigen Planums können Planierraupen (wie auch Radplanierer, Bagger, Radlader und Grader) mit Lasersystemen zur exakten Höhen- bzw. Planumskontrolle ausgerüstet werden [5.49]. Ich gehe nachstehend unter Gradern noch kurz darauf ein. Radplanierer Radplanierer werden in den Leistungsklassen von etwa 110 bis 435 kW gebaut. Als Ausrüstung sind Brustschilde für Heben, Senken oder Kippen möglich, weiterhin Spezialschilde, leichte Heckaufreißer oder Schubplatten (Bild 5.43). Das Radfahrwerk ist mit einer Knicklenkung ausgestattet. Die Kraftübertragung vom Dieselmotor geschieht mit Drehmomentwandler und Volllastschaltgetriebe.

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5 Bauverfahren im Erdbau

Die wirtschaftliche Förderweite beträgt maximal etwa 100 m. Wegen der geringen Einsatzmöglichkeiten unter mitteleuropäischen Bedingungen werden die Kenndaten dieser Geräte nur in Stichworten angegeben. Mögliche Einsatzbereiche sind Bodeneinbau (Planum herstellen), Anlegen von Halden, Hinterfüllen von Bauwerken oder das Beschicken von Bunkern. Aufgrund des nur geringen Kraftschlussbeiwertes der Reifen ist der Einsatz beim Schürfen auf leichte bis mittelschwere Böden begrenzt. Der Straßentransport auf eigener Achse ermöglicht einen schnellen Standortwechsel. Bei sehr abrasivem Boden ist der Verschleiß eines Kettenlaufwerks sehr groß. Der Radplanierer ist dann der Planierraupe überlegen. Die einzelnen Teilvorgänge sind mit denen der Planierraupen identisch.

Bild 5.43: Radplanierer (Wheel Dozer 824 G) [5.49]

Motor-Schürfzüge (Scraper) Motorschürfzüge bestehen aus einem 1-achsigen Fronttraktor mit einem aufgesattelten, vorne und oben offenen liegenden Kübel, der hydraulisch angehoben und abgesenkt werden kann. Am unteren Rand des offenen Kübels sind Schneidmesser angebracht. Für den Bodentransport ist der Kübel vorne mit einer hochklappbaren Stirnwand (Schürze) und hinten mit einer längsverschieblichen Rückwand zum Entleeren (Ausstoßer) versehen. Zum Schürfen (Bodenabtrag) während der Fahrt wird der Kübel abgesenkt. Die Leistungsklassen von Motorschürfzügen liegen zwischen 140 und 470 kW bei Kübelinhalten von etwa 8,4 bis 34 m³ (vmax bis 50 km/h). Bauarten dieser Maschinen sind − Einachs-Zugmaschine (Standard-Schürfzug, Bild 5.44) Die Kraftübertragung erfolgt durch einen Dieselmotor mit Drehmomentwandler (im 1. und 2. Gang Volllastschaltgetriebe, der 3. Gang und die höheren Gänge sind direkt schaltbar). Zum Schürfen (max. Bewegungswiderstand) ist eine Schubraupe erforderlich (Bild 5.45). Ihre Einsatzmöglichkeiten sind dort dargestellt.

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

129

Bild 5.44: Motorschürfzug (Scraper) mit 1-Achs-Fronttraktor [5.49]

− Doppelmotor-Schürfzug Bei diesen Geräten ist zur Überwindung des Schürfwiderstandes ohne Schubraupe und größerer Steigungen im beladenen Zustand ein zweiter Motor über der Schürfkübelachse (Hinterachse) angeordnet (Allradantrieb, Bild 5.46). Gesamtmotorleistung bis zu 430 + 298 = 728 kW. − Selbstlade-Schürfzug (Elevator-Scraper) Durch den vor und über der vorderen Kübelöffnung angeordneten Elevator wird der Füllwiderstand wesentlich vermindert (Bild 5.47.1); dadurch ist ebenfalls keine Schubraupe erforderlich. Um einen größeren Füllungsgrad zu erreichen, kann als weitere Variante in den Kübel ein Schneckenrad auf einer vertikalen Welle eingebaut werden, das hydraulisch angetrieben wird (Bild 5.47.2, [5.49]) Für den kombinierten Einsatz von zwei Geräten ohne Schubraupe können Doppelmotor-Schürfwagen zusätzlich mit „Push-Pull“-Ausrüstung (Schubblock und hydraulisch betätigtem Bügel vorn, sowie Haken und verlängertem Schubrahmen hinten) ausgerüstet werden. Beim Schürfen wird das vordere Gerät zunächst vom (leeren) hinteren geschoben, das hintere dann über die Hakenverbindung vom (beladenen) vorderen gezogen. Die wirtschaftlichen Förderweiten liegen etwa zwischen 200 und 1500 m. Mögliche Einsätze sind großflächige flache Abträge in leicht lösbaren Böden mit großflächigen Kippen; in stark wasserhaltigen Böden ist ein wirtschaftlicher Einsatz nicht möglich. Die Schürftiefe erreicht etwa 45 cm, die Auftragshöhe etwa 60 cm. An Teilvorgängen werden Lösen (Schürfen), Füllen, Transportieren, Einbauen (T1 bis T4) und Vorverdichten vollzogen. Die genauen Maße und Kübelinhalte von Schürfzügen sind aus den jeweils gültigen Prospekten der Hersteller zu entnehmen [5.49].

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5 Bauverfahren im Erdbau

Allgemein gilt, dass bindiger Boden mit Scrapern mit geringerem Aufwand zu schürfen ist als rolliger Boden. Schubscraper sind erst bei Massenbewegungen ab 300000 fm³ wirtschaftlich.

Bild 5.45: Scrapereinsatz mit Schubraupe

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

131

Hinsichtlich besonderer Einsatzdetails und -voraussetzungen verweise ich auf die Literatur [5.7].

Motorleistung

Vorderachse (Traktor) Hinterachse (Scraper) Transportvolumen gehäuft gestrichen Nutzlast Gesamtgewicht (Standard) Geschwindigkeit bis Bild 5.46: Doppelmotor-Schürfzug CAT 657 E [5.49]

Bild 5.47.1: Selbstlade-Schürfzug mit Elevator

410 kW/550 PS 298 kW/400 PS 33,6 m3 24,5 m3 47 174 kg 68 860 kg 50 km/h

132

5 Bauverfahren im Erdbau

Bild 5.47.2: Selbstlade-Schürfzug mit Schneckenrad CAT 657 E Bild 5.47: Selbstlade-Schürfzüge [5.49]

Schürfkübelraupen Schürfkübelraupen werden in den Leistungsklassen 148 und 211 kW bei Kübelinhalten von 7,7 und 9,5 m³ gebaut. Als Ausrüstung sind Schürfkübel zwischen hydraulisch heb- und senkbaren Gleiskettenträgern, Brustschild und Brustaufreißer und Wateinrichtungen für Einsätze im Wasser möglich (Bild 5.48).

Bild 5.48.1 und 5.48.2: Schürfkübelraupe [5.51]

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

Bild 5.48.2

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5 Bauverfahren im Erdbau

Es werden Gleis- und Moorkettenfahrwerke gebaut. Die Kraftübertragung vom Dieselmotor geschieht mit Drehmomentwandler und Lastschaltgetriebe. Die wirtschaftliche Förderweite reicht bei Einsatz des Brustschildes bis etwa 30 m, bei Einsatz des Schürfkübels bis etwa 250 m. Mögliche Einsatzbereiche sind (flache) Abträge in leichtem bis mittelschwerem und besonders in weichem oder wasserhaltigem Boden (das Gerät arbeitet im Wasser bis zu 1,00 m, mit Wateinrichtung bis zu 1,80 m Tiefe). Auch bei Deich-, Damm- und Wasserbauten, im Kulturbau und bei Meliorationen, zur Gewässerreinigung und bei Flussbegradigungen sind die Geräte zu finden. Grader Grader werden in den Leistungsklassen von etwa 30 bis 380 kW bei Einsatzgewichten von 4 bis 60 t gebaut. Als Ausrüstung kommen 2,50 bis 7,20 m lange, raumbewegliche Pflugschare zum Einsatz. Die Scharsteuerung erfolgt kombiniert mechanisch und hydraulisch (Bild 5.49). Zusätzlich werden Heckaufreißer, leichte Frontaufreißer vor der Schar, Scharkübel und Frontschilde montiert. Der Sturz der Vorderräder kann um 15 bis 25° verstellt werden, die max. Geschwindigkeit beträgt ca. 50 km/h. Beim Radfahrwerk findet man vorherrschend Dreiachs-Fahrwerke mit Tandemantrieb (hinten), bei kleinen Geräten und Gradern mit Zweiachs-Fahrwerk Allradantrieb oder nur Hinterachsantrieb. Die Kraftübertragung vom Dieselmotor geschieht mit Drehmomentwandler und Volllastschaltgetriebe. Mögliche Einsätze sind beim Herstellen von Feinplanum, Herstellen u. Reinigen von Banketten, Schneiden von Böschungen und Gräben, Flachabtrag, Einbau von Frost- und Sauberkeitsschichten sowie von Beton- und Schwarzdeckenlagen im Straßen- und Flugplatzbau, Instandhaltung (Pflege) von Transportwegen auf Erdbaustellen, Aufreißen zu erneuernder Straßendecken und Wirtschaftswege. An Teilprozessen werden Lösen, Transportieren und Einbauen vollzogen; Laden entfällt (wie Planierraupe). Für das Herstellen von großflächigem Feinplanum ist – wie auch bei Planierraupen – über ein zusätzliches Steuergerät die automatische Scharsteuerung mit rotierendem Laserstrahl als Bezugsebene möglich (Höhen-, Planumskontroll- und Nivelliersysteme [5.49]). Inzwischen wurde – über den Lasereinsatz hinaus – für Erdarbeiten ein Funkübertragungssystem entwickelt (Global Positioning System GPS), das selbst bei Nebel, starker Staubentwicklung und Nachts eine zuverlässige Positionsbestimmung und Maschinenführung bietet. Absteckpflöcke und Leitdrähte entfallen. Dieses System erfordert einen Projektentwurf in digitaler Form, der zu Beginn des Projekts bzw. für einen neuen Projektabschnitt in den Bordcomputer geladen wird. Das System berechnet mit Hilfe des Entwurfs den an einem bestimmten Punkt erforderlichen Ab- oder Auftrag. Site Vision GPS verwendet eine GPSKalibrierung mit dem für das Projekt benötigten Koordinatensystem. Zusätzlich zum Entwurf und der Kalibrierung benötigt das System GPS-Daten für die Schildführung. Die GPS-Signale werden von den Antennen empfangen

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

135

und an den Empfänger übertragen. Gleichzeitig überträgt die Referenzstation Daten per Funk an den Empfänger. Diese Daten werden für die Berechnung der Schildstellung und der Querneigung des Schilds zusammengeführt und auf dem Bordcomputer graphisch dargestellt (Trimble Navigation Limited, Site Vision GPS, Ein Maschinenkontrollsystem für die Bauindustrie [5.50]).

Bild 5.49: Motorgrader (Straßenhobel) Cat 12H [5.49]

Bandlader Hierbei sind stationäre und mobile Geräte zu unterscheiden [5.1]. Ihr Vorteil liegt in sehr kurzen Ladezeiten für große Mengen. Mobile Bandlader schälen (lösen) den Boden (oder Humus) bei Vorwärtsfahrt ab. Über ein schräges Steigband hinter der Schneide wird er in neben dem Gerät fahrende Transportfahrzeuge geladen. Stationären Bandladern muss der Boden durch eine Planierraupe zugeschoben werden. Da Bandlader seit Jahren in der BRD nicht mehr eingesetzt werden, gehe ich nicht weiter darauf ein.

136

5 Bauverfahren im Erdbau

5.3.3.3 Grundlagen der Leistungsbestimmung von Fahrund Flachbaggern Allgemein ergibt sich die Stunden- bzw. Schichtleistung dieser Maschinen wie bei den Standbaggern aus dem Nenninhalt des Grab- bzw. Fördergefäßes – bei Planierraupen, Radplanierern und Gradern der Schildfüllung –, dem Materialgewicht, der Auflockerung des Bodens, dem Füllungsgrad, der Anzahl der Umläufe (Arbeitsspiele) pro Stunde bzw. Schicht und dem Nutzungsgrad. Für die typischen Maschinen (Radlader, Planierraupen, Grader und Motorschürfwagen) wird die Förderleistung im Dauerbetrieb nachstehend in erster Näherung abgeleitet. Die für den Bodentransport mit Muldenkippern sowie Fahr- und Flachbaggern mit Radfahrwerk ermittelten Leistungen setzen voraus, dass die Maschinen mit geeigneten Reifen bestückt sind. Für den Einsatz im Gelände gibt es verschiedene Spezialreifen, die nach den Einsatzbedingungen der einzelnen Maschinen auszuwählen sind [5.1, 5.7, 5.18, 5.49]. Die Standzeit der Reifen ist ein erheblicher Kostenfaktor.

5.3.3.4 Leistung von Radladern (Fahrbaggern) Einsatzart Der Einsatz von Fahrbaggern geht aus Bild 5.50 hervor. Die Maschine löst durch Vorstoßen und Kippen der abgesenkten Schaufel den Boden an der Wand oder nimmt ihn aus dem Haufwerk auf (1), fährt mit beladener Schaufel im Kreis zurück (2), dann gerade zum bereitstehenden LKW vor (3), entlädt (4), fährt gerade leer zurück (5) und im Bogen wieder vor die Wand (6), wo sich der Grab- oder Ladevorgang wiederholt.

Bild 5.50: Einsatz von Fahrbaggern für das Lösen und Laden

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

137

Leistung Das Arbeitsspiel eines Rad- oder Kettenladers umfasst demnach 6 Arbeitsschritte (Bild 5.50). Sie bestehen teils aus Füllen (Graben), Heben, Entleeren und Absenken des Grabgefäßes, teils aus Vor- und Rückwärtsfahrt, wobei sich Grabgefäßund Maschinenbewegungen überschneiden. Als Gesamtzeit ergibt sich die Spielzeit, auf die Stunde bezogen die Spielzahl (bei pausenloser Arbeit). Mit den sinngemäß wie bei Bagger – LKW – Beladung anzusetzenden weiteren Einflussfaktoren und unter Berücksichtigung maximaler Schaufelfüllung (sowie hinreichender Standsicherheit der Maschine bei angehobener Schaufel) ergibt sich bei vorgegebener Produktions- (Dauer-)leistung die Größe des Grabgefäßes und damit des Grundgeräts und in umgekehrter Reihenfolge die Grund- und Dauerleistung der Maschine. Füllungsgrad und Spieldauer werden beim Graben an der Wand von der Losbrech- und Hubkraft der Maschine beeinflusst. Die im Einzelfall anzusetzenden Daten sind aus Herstellerangaben und der Spezialliteratur zu entnehmen [5.7, 5.18, 5.49].

5.3.3.5 Leistung von Planierraupen, Reifenplanierern und Gradern Die Arbeitsweise dieser Geräte geht im Prinzip aus Bild 5.51 hervor. Die Förderweite beträgt 100 m (bei Großgeräten 120 bis 150 m).

Bild 5.51: Arbeitsweise von Planierraupen

Für die Förderleistung ist neben der Spielzeit die Schildfüllung VS maßgebend (Bild 5.52). Sie beträgt angenähert: VS =

1 2 ⋅ h ⋅ b [lm³] 2

(36)

Die Schildabmessungen b und h und die Schildkapazität sind aus den Werksunterlagen der Hersteller zu entnehmen.

138

5 Bauverfahren im Erdbau

Daraus ergibt sich die Dauerleistung in erster Näherung zu Q ′n =

VS f T k

VS ⋅ f ⋅ k ⋅ 60 [lm³] T

(37)

= Schildkapazität, = Füllungsgrad des Schildes, = Umlaufzeit der Maschine (Spielzeit) [min], = Betriebszeitbeiwert (0,50 bis 0,83).

Sie ist über den Auflockerungsfaktor AF in fm³ (Q) umzurechnen. Die Umlaufzeit T ergibt sich zu T = t c1 + t c 2 + t v [min]

(38)

Hierbei bedeuten tc = Zeitkonstante = tc1 + tc2 , tc1 = Schürfzeit bis zur vollen Schildfüllung, tc2 = Entleerungszeit, tv = Fahrzeit (variabel). Damit wird T = tc +(

wobei: tc tc l v

= = = =

l voll l + leer ) ⋅ 60 [min] v voll v leer

(39)

0,5 min für Planierraupen, 0,3 min für Reifenplanierer, mittlere Transportentfernung [km], mittlere Fahrgeschwindigkeit [km/h].

Die optimale Leistung wird erreicht, wenn eben oder bergab geschürft wird; bergauf sind auf längeren Strecken 15% Steigung möglich. Für die genaue Ermittlung der Leistung von Planierraupen, auch für das Felsreißen, sei auf die Spezialliteratur und Werksangaben verwiesen [5.7, 5.18, 5.20]. Das Verfahren nach [5.20] ist in Anhang 7 dargestellt.

Bild 5.52: Angenäherte Schildfüllung von Planierraupen

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

139

5.3.3.6 Leistung von Motorschürfzügen (Scrapern) und Schürfkübelraupen Die Arbeitsweise eines Motorschürfwagens im Ringfahrbetrieb geht aus Bild 5.53 hervor. Die Dauerleistung eines Scrapers bzw. einer Schürfkübelraupe beträgt demnach in erster Näherung Qn =

Vw ⋅ f ⋅ k ⋅ 60 [lm³] T

bzw.

Q n = Q′n ⋅ A F [fm³]

wobei: Vw = f = k = T =

(40)

(40a)

Kübelinhalt [m³], Füllungsgrad des Kübels, Betriebszeitbeiwert, Spielzeit [min].

Für eine genauere Leistungsermittlung, die sich auf eine Reihe von Bodenkennwerten stützen muss, sei wiederum auf die Spezialliteratur verwiesen [5.7].

Bild 5.53: Arbeitsweise von Schürfzügen

5.3.4 Teilvorgang T4, Einbauen des Bodens (Kippe)

5.3.4.1 Einbauformen Die Einbaustelle des Bodens wird im Erdbau als Kippe bezeichnet (Abkippen der gelösten und transportierten Erdbaustoffe, Bild 5.4). Hierbei sind 3 Fälle zu unterscheiden (Bild 5.54): − die Tiefkippe (Hangkippe) ohne Verdichtung, − die Hoch- oder Dammkippe (mit und ohne Verdichtung), − das Hinterfüllen von Bauwerken (einschl. Verdichtung).

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5 Bauverfahren im Erdbau

Der Regelfall im planmäßigen Bodeneinbau ist die Kippe mit schicht- bzw. lagenweisem Einbau der Erdbaustoffe und anschließender Verdichtung (Bild 5.54 b und d). Bei Erdstaudämmen müssen innerhalb einer Schüttlage sogar mehrere Bodenarten nebeneinander eingebaut werden [5.26].

Bild 5.54: Formen von Kippen im Erdbau

Bei der gleislosen Kippe können die Transportfahrzeuge i.d.R. an jeder Stelle anfahren und kippen. Es ist jede beliebige Kippenform möglich, bei hinreichend großem Bauraum auch das gleichzeitige Kippen mehrerer Fahrzeuge. Kippen sind möglichst im Ringfahrbetrieb anzuordnen. Die Kippleistung hängt von der eingesetzten Wagenzahl ab, soweit diese nicht durch den Bauraum begrenzt wird.

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

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Gleislose Kippen brauchen keine Kippmannschaft, höchstens einen Mann zum Einweisen der Fahrzeuge (Aufsicht) bzw. zur Kontrolle beim Einsatz fremder Transportunternehmer. Das lagenweise Verteilen des Schüttgutes, der Einbau, erfolgt durch Planierraupen (Regelfall), Radplanierer oder Rad- bzw. Kettenlader, wobei die für den Einzelfall festgelegten technischen Standards zu beachten sind (i.d.R. nach ZTVEStB in ihrer jeweils gültigen Fassung [5.10]). Wie Bild 5.55 zeigt, genügen für das Verteilen relativ kleine Geräte, da nur ein Teil des abgekippten Materials einzubauen ist. Bei geringen Kippleistungen kann die Planierraupe im Wechselbetrieb auch als Zugmaschine für das Anhänge-Verdichtungsgerät des nachfolgenden Teilvorgangs T5 eingesetzt werden. Beim Bodentransport durch Motorschürfzüge und Schürfkübelraupen ist für den lagenweisen Einbau auf der Kippe in der Regel kein Verteilgerät erforderlich. Für das Herstellen eines exakten Feinplanums verweise ich auf die in Abschnitt 5.3.3.2 unter „Planierraupen“ und „Grader“ erwähnten Planumskontroll- und Nivelliersysteme.

Bild 5.55: Lagenweiser Bodeneinbau mit Planierraupe

5.3.4.2 Sonderfälle von Kippen Sonderfälle von Kippen sind Absetzerkippe Dabei werden die abgekippten Massen mit Greifbagger, Lader o.ä. in die endgültige Lage umgesetzt. Absetzerkippen kommen vor − bei geringer Schichtdicke und schlechtem Boden (vorheriges Ausbreiten des Kippgutes in dünnen Lagen zum Abtrocknen vor dem Einbau), − wenn die Einbaustelle schwer zugänglich und unregelmäßig geformt ist (Dammkronen, Hinterfüllen im Hochbau), Spülkippe Die Spülkippe wird bei Gewinnung von Sand und Kies aus dem Nassen mit Hilfe von Saugbaggern angewendet, wenn der Boden als Sand-Wasser-Gemisch durch Rohrleitungen von der Gewinnungs- zur Einbaustelle transportiert (gespült) werden soll.

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5 Bauverfahren im Erdbau

5.3.4.3 Einbau nasser bindiger Böden Stark wasserhaltige, feinkörnige Böden (weiche bindige Böden) können wegen ihrer geringen Tragfähigkeit, wenn überhaupt, nur mit Raupenfahrzeugen befahren werden. Zur Beurteilung ihrer Befahrbarkeit, d.h. welcher Bodendruck des Geräts und welches Einsatzgewicht im Einzelfall möglich sind, gehen Anhaltspunkte aus einer Untersuchung hervor, bei der in Abhängigkeit von der Anfangsscherfestigkeit cu des (undrainierten und unkonsolidierten) Bodens Einsatzgrenzen für verschiedene Geräteklassen ermittelt wurden. Kriterien waren der Bodendruck und das Einsatzgewicht der Geräte. Das Ergebnis ist in Tab. 11 dargestellt [5.52]. Tab.11: Einsatzgrenzen für Raupengeräte auf weichen, bindigen Böden [5.52]

Damit ist es im Angebotsstadium möglich, zu beurteilen, welche Geräte für derartige Böden eingesetzt werden können. Häufig ist der Einbau nasser, bindiger Böden im Erdbau nur mit besonderen Stabilisierungsverfahren (z.B. Kalkstabilisierung) möglich, denen aber technische Grenzen gesetzt sind. Wegen gestiegener Kippgebühren für die Endlagerung nasser, bindiger Aushubböden als Folge beschränkter Deponieflächen und wegen ständig knapper werdender Kies- und Kiessandvorkommen hat es sich als notwendig und wirtschaftlich erwiesen, auch nasse, bindige Aushubböden wieder einzubauen. Hierfür wurde ein schon lange bekanntes Einbauverfahren wieder aufgegriffen, die Sandwichbauweise, d.h. der wechselweise Einbau nichtbindiger mit zwischendeponierten nassen bindigen Böden. Der nichtbindige Boden stellt jeweils die Stabilisierungsschicht dar (Bild 5.56). Bei Nachweis einer ausreichenden Sicherheit gegen Kontakterosion nach den Filterregeln von Terzaghi u.a. bietet diese Bauweise eine wirtschaftliche Alternative. Auf diese Weise können nasse bindige Aushubböden ohne besondere Baustelleneinrichtung wie Misch- oder Aufbereitungsanlagen wirtschaftlich eingebaut werden. Die jeweils erforderliche Lagerungsdichte kann mit herkömmlichen Erdbaugeräten (Raupen, Rüttler, Walzen) durch entsprechende Wahl der stabilisierenden, nichtbindigen Zwischenlagen in Kornverteilung und Schichtdicke erreicht werden [5.53]. Auf weitere Einbauverfahren derartiger Böden wie verzögerte Einbauzeit, Einbauen in dünnen Lagen und mit leichtem Gerät, Einbau in stark geneigten Schütt-

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

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lagen zur besseren Entwässerung sowie die Kalkstabilisierung kann i.E. nicht eingegangen werden.

Bild 5.56: Einbau nasser bindiger Böden im Sandwich-Verfahren [5.53]

5.3.5 Teilvorgang T5, Bodenverdichtung

5.3.5.1 Theoretische Grundlagen der Bodenverdichtung Um für verschiedenartige Nutzungen (Gründungssohlflächen von Hoch- und Ingenieurbauten; Unterbau von Straßen, Bahnen, Flugplätzen; Staudämme, Frostschutzschichten, Bauwerkshinterfüllungen) standsichere, weitgehend setzungsfreie Erdbaukörper zu erreichen, ist der auf der Kippe locker eingebaute Boden auf höchstmögliche Lagerungsdichte zu verdichten. Die Teilvorgänge Einbauen (T4) und Verdichten (T5) hängen dabei eng voneinander ab. Für die richtige Wahl der Verdichtungsgeräte und ihren optimalen Einsatz muss aus Laboruntersuchungen das Verdichtungsverhalten des Bodens bekannt sein. Allgemein gelten hierfür folgende Prinzipien: 1. Erreichen dichtester Kornpackung bzw. festester Lagerungsdichte unter Einsatz zweckmäßiger mechanischer (maschineller) Verdichtung in Abhängigkeit von der Verdichtungswilligkeit des Bodens und der Leistungsfähigkeit der eingesetzten Verdichtungsgeräte. 2. Mobilisierung des natürlichen Wassergehalts im nichtfelsigen Schüttgut bei der unerlässlichen Lagenschüttung im Sinne gleichmäßiger höchstmöglicher kapillarer Verspannung unter Anwendung des optimalen Wassergehaltes und Abstimmung der Schichtdicke auf die Tiefenwirkung des Gerätes. 3. Zertrümmerung unter intensiver Verklemmung felsiger, spröder, harter Schuttmassen durch zermalmende und verfestigende Verdichtungsgeräte zum Erreichen einer dauerhaften Verzwickung und Verspannung des Schüttgutes ohne

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5 Bauverfahren im Erdbau

Rücksicht auf den optimalen Wassergehalt bzw. die maximale Dichte des Korngefüges. Im Hinblick auf die Verdichtungswilligkeit des Schüttgutes sind 3 Bodengruppen zu unterscheiden [5.54, 5.55]: − Rolliger Boden Sand und Kies als typische rollige Böden sind bewegungsempfindlich, gegen Druckverdichtung sperren sie sich. Ihre Verdichtungswilligkeit ist am größten unter einrüttelnden Bodenerregungen, wobei Sand in die dichteste Kornpackung eingerüttelt wird. Dabei schließt die Auflast des Verdichtungsgerätes eine Wiederauflockerung aus (Ausnahme: enggestufter Sand). Diese Art der Verdichtung erfordert den geringsten Energieaufwand. − Bindiger Boden Alle feinstkörnigen, schwach bis stark bindigen Erdarten wie Lehm, Mergel, Ton und stark lehmiger Sand können sowohl durch Kneten und Walken mit schweren Gummirad- oder Stampffußwalzen als auch durch Vibration auf das dichteste Bodengefüge verdichtet werden, so dass wie bei rolligem Boden unter Verkehrserschütterungen keine Kornverlagerung und Gefügeveränderung möglich ist. Dabei ist für die gleichmäßige innere verspannende Verfestigung der optimale (Proctor-) Wassergehalt anzuwenden. Um zu feuchten Boden in den Bereich dieses günstigsten, optimalen Wassergehalts zu bringen, kann durch Kalk bzw. Zementzugabe in kleinen Mengen der Überschuss an Wasser beseitigt werden. Dies ist z.B. im Spätherbst bei Terminarbeiten und auch im Frühjahr üblich, um die Arbeit nicht abzubrechen und termingerecht zu beenden bzw. sie rechtzeitig aufzunehmen. − Fels Felsschüttungen wurden noch Anfangs der 60er Jahre durch Stampfbagger verdichtet. Da hierbei nur geringe Leistungen zu erreichen waren, wurde diese Art der Verdichtung mehr und mehr dadurch ersetzt, dass das Korngefüge (Kantenlänge) durch Sprengen oder Reißen nur so groß gewählt wird, dass es mit schweren Rüttelwalzen optimal verdichtet werden kann. Diese Art der Verdichtung erfordert den höchsten Energieaufwand. Unter Verdichtung versteht man somit die Erhöhung der Lagerungsdichte in der Kornstruktur des Bodens. Sie erfolgt bei nichtbindigen Böden durch Umlagerung und teilweise Zerkleinerung, bei bindigen Böden durch Verkleinerung der mit Luft oder Wasser gefüllten Porenräume. Verdichtungsunwillige Böden (z.B. stark plastische, wassergesättigte Böden) lassen sich nicht oder nur schlecht mechanisch verdichten. Sie müssen ausgetauscht oder durch andere Verfahren stabilisiert werden (Bodenverbesserung mit hydraulischen Bindemitteln bzw. mit Feinkalk oder Kalkhydrat [5.52, 5.53]). Als Prüfmaßstab der erreichten Verdichtung dienen i.W. die Proctordichte (Proctor-Versuch) und der Verformungsmodul (aus dem Plattendruckversuch). Die in der BRD geforderten Verdichtungswerte sind den ZTVE-StB 94 (Zusätzliche technische Vertragsbedingungen für die Ausführung von Erdarbeiten im Straßenbau) zu entnehmen [5.10].

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

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Die vorgenannten Bodengruppen sind durch folgende Korngrößenbereiche definiert [5.55]: Ton Schluff Sand Kies Steine Blöcke

< 0,002 mm 0,002 – 0,06 mm 0,06 – 2 mm 2 – 60 mm > 60 mm > 100 mm

bindiger Boden rolliger Boden Fels

Der Grad der erreichbaren Verdichtung hängt von der Bodenart, der Bauaufgabe, den Einbaubedingungen, der Schütthöhe, der Anzahl der Verdichtungsgänge und der Eignung der gewählten Geräte ab [5.56]. Bei der statischen Verdichtung wird mit einer über das Verdichtungsgut rollenden Walze Druck ausgeübt, wobei die Umlagerung der Materialteilchen lediglich durch Auflast bewirkt werden kann. Bei der dynamischen, der Vibrationsverdichtung, wird die Verdichtungswirkung dadurch erreicht, dass eingeleitete Schwingungen durch Verminderung der inneren Reibung die Scherfestigkeit des Bodens reduzieren. Im Gegensatz zur statischen Verdichtung findet ein schneller Wechsel der Spannungszustände statt. Durch Einwirken des Eigengewichts des Schüttgutes bei gleichzeitig wechselnder Druckbelastung durch das Verdichtungsgerät tritt eine Umlagerung des Kornverbandes in eine dichtere Lagerung ein. Diese Vibrationsverdichtung ist heute das Standardverfahren der Bodenverdichtung.

5.3.5.2 Verdichtungsgeräte Bei den Verdichtungsgeräten im Erdbau sind folgende Gerätegruppen zu unterscheiden: − − − − −

statische Walzen (selbstfahrend), schwere Anhängewalzen, Vibrationswalzen, Walzenzüge sowie leichte Geräte wie Rüttelstampfer, Rüttelplatten und Grabenwalzen.

Die durch Planierraupen gezogenen schweren Anhängewalzen wurden aus wirtschaftlichen Gründen in den letzten Jahren weitgehend durch Walzenzüge verdrängt. Statische Bodenverdichtung Als statisch wirkende Verdichtungsgeräte werden selbstfahrende oder Anhängewalzen eingesetzt, die zylindrische Walzenkörper mit hohem Gewicht aufweisen. Hierbei sind zu unterscheiden (Kurzfassung): − Glattwalzen Dies sind Walzen aus Stahl mit glatten Mantelflächen. Die Verdichtungswirkung hängt von der statischen Linienlast (Achslast kg / Bandagenbreite cm) ab.

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5 Bauverfahren im Erdbau

Der Bodendruck statischer Walzen nimmt sehr schnell mit der Tiefe ab. Die Auflast kann z.T. durch Ballastgewichte erhöht und damit dem jeweils zu verdichtenden Material angepasst werden. Um ein Ankleben des Materials zu verhindern, werden die Walzenkörper mit Wasserberieselungsanlagen ausgerüstet und mit Abstreifern sauber gehalten. Als Konstruktionsformen kommen (leichte) Einachs-, Tandem- Anhängewalzen und Walzenzüge vor. Tandemwalzen werden jedoch vorwiegend zur Asphaltverdichtung im Straßendeckenbau eingesetzt. Da im Erdbau statische Glattwalzen nur noch zur Oberflächenverdichtung von Kies und Sanden eingesetzt werden, wird auf eine Angabe technischer Daten verzichtet. Diese Aufgabe erfüllen auch Vibrationswalzen bei ausgeschalteter Vibration und neuerdings an Vibrationswalzenzüge angehängte Plattenrüttler. − Gummiradwalzen Gummiradwalzen verdichten durch hohen Flächendruck mit Knet- und Walkwirkung der Gummiräder (guter Oberflächenschluss, dadurch geringe Wasseraufnahme). Ihre Verdichtungswirkung ist abhängig vom Kontaktdruck zwischen Reifen und Boden, d.h. vom Walzengewicht und dessen Verteilung auf die Achsen, von der Anzahl der Reifen je Achse und deren Größe, vom Reifeninnendruck und von der Aufstandsfläche. Einsatzgebiete: Verdichten von Gründungssohlflächen, von mit Kalk oder Zement stabilisiertem Material, Oberflächenschluss bei bindigen Böden. Selbstfahrende Gummiradwalzen werden mit je 4 Rädern vorne und hinten (auf Lücke) in der Größenordnung von 10 bis 24 t Betriebsgewicht gebaut (Bild 5.57).

Bild 5.57: Selbstfahrende Gummiradwalze [5.57]

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

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− Stampffußwalzen Stampffußwalzen werden als Walzenzüge für die Verdichtung von stark bindigem Boden und mürbem, weichem Gestein eingesetzt. Die Verdichtung wird durch die Knet- und Zerkleinerungswirkung der Füße (Stollen) begünstigt. Im Gegensatz zum glatten Walzenkörper weisen Stampffußwalzenkörper pyramidenstumpfartige Füße auf. Diese sind so ausgebildet, dass die Berührungsfläche mit zunehmender Eindringtiefe größer wird, so dass die Verdichtungswirkung automatisch der Tragfähigkeit des zu verdichtenden Bodens angepasst wird. Bei Beginn der Verdichtung dringen Stampffüße weit in den Boden ein. Bei weiteren Übergängen steigen sie aus dem Boden auf, was eine Beurteilung des Verdichtungsgrades zulässt. Ein Walzenzug mit Stampffußbandage ist in Bild 5.58 dargestellt.

Bild 5.58: Walzenzug B 225 mit 150 Standardstollen (H = 100 mm) [5.57]

Bild 5.59: Müllverdichter [5.58]

148

5 Bauverfahren im Erdbau

Inzwischen werden auch Stampffußwalzen weitgehend mit Vibration ausgestattet. Für besondere Einsätze wie Verdichten von Geschiebemergel oder Verdichten und gleichzeitiges Nachzerkleinern von Tonsteinschiefer und stark quarzhaltigem Sandstein (aus einem Tunnelausbruch) wurden besondere Stollen entwickelt [5.57, 5.60]. − Müllverdichter Dies sind einem Schaufellader ähnliche Geräte, auf deren Rädern anstelle der Reifen Stampffüße angebracht sind (Bild 5.59). Die Verdichtungswirkung erfolgt nur in den beiden Walzenbahnen. Diese mit einem Planierschild oder einer Ladeschaufel ausgerüsteten Geräte sind für den Einsatz auf (Müll-) Deponien konzipiert. Dynamische Bodenverdichtung − Wirkungsweise Bei dynamischer Verdichtung wird die Energie der Erregerquelle an der Berührungsfläche zwischen Verdichtungsgerät und Verdichtungsgut in Wellen umgeformt, die im Verdichtungsgut weiterlaufen (Bild 5.60). Transversal-, schräg gerichtete und Longitudinalwellen erteilen den Bodenteilchen periodische Beschleunigungen und damit Verformungen. In den Grenzflächen zu den benachbarten Bodenteilchen entstehen dadurch Schubspannungen. Sind diese größer als die Scherfestigkeit im Boden, so werden Kohäsion und innere Reibung überwunden. Die unter dem Einfluss von Eigengewicht und Auflast erzeugten Hauptspannungen führen die gewünschte Umlagerung des Bodens herbei. Dem Bestreben, die Lage der Bodenteilchen zu verändern, wirken Massenträgheitskraft, Kohäsion und innere Reibung entgegen. Da das Umlagern bei kohäsionslosen Böden leichter als bei bindigen Böden vor sich geht, ist die Vibrationswirkung bei kohäsionslosen Böden (Sand, Kies, Fels) wesentlich wirkungsvoller. − Erzeugung der Vibration Vibrationswalzen und Plattenrüttler sind krafterregt. Die Vibration wird durch die vom Erregersystem stammende Kraft (Massenkraft – Fliehkraft) erzeugt. Dabei werden überwiegend rotierende Exzenter (Umwuchten), so genannte Kreisschwinger angewandt (Bild 5.60.1). Durch die vibrierende Walzenbandage wird der Boden zum Schwingen angeregt. Der Vorteil gegenüber einer statischen Walze besteht darin, dass bei gleichem Maschinengewicht eine höhere Verdichtungsleistung erreicht wird. Bei abgeschalteter Vibration können diese Maschinen als statische Walzen verwendet werden. Konstruktionsformen von Vibrationswalzen sind − Anhängevibrationswalzen Sie bestehen in der Regel aus einer Bandage, die in einem Rahmen mit Anhängegabel aufgehängt ist (Bild 5.61). Der Rahmen trägt den Antriebsmotor zur

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

149

Vibrationserregung. Als Zugfahrzeuge werden Planierraupen oder Reifenschlepper verwendet. Dieses Gerät eignet sich besonders zur Verdichtung von mittlerem und schwerem Fels sowie bindigen Mischböden bei großen Bauvorhaben [5.58].

Bild 5.60.1: Vibrationserzeugung durch rotierendes Exzentergewicht

Bild 5.60.2: Walzen-Geschwindigkeit und Vibrationsabstand Bild 5.60: Vibrationsverdichtung [5.56]

Bild 5.61: Anhängevibrationswalze Bomag BW 6 [5.58]

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5 Bauverfahren im Erdbau

− Walzenzüge Aus der Anhänge-(Vibrations-)walze und dem selbständigen Zugfahrzeug (Planierraupe) wurde durch Kombination dieser beiden Geräte der Walzenzug entwickelt. Er besteht aus einer einachsigen Walze und einem einachsigen, luftbereiften Traktor, der die Walze schiebt. Beide Teile sind durch ein Knickgelenk verbunden (Bild 5.62).

Bild 5.62.1: Walzenzug BW 213 D-3 [5.58]

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

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Bild 5.62.2: Walzenzug 3520 HT mit Hammtronic [5.59] Bild 5.62: Vibrations-Walzenzüge

Einsatzgebiete der (Vibrations-) Walzenzüge mit Glattmantel- oder Stampffußbandage sind alle Böden (Fels, bindige und rollige Böden), mit glatter Bandage auch im bituminösen Fahrbahndeckenbau. Walzenzüge werden in 4 Gewichtsklassen gebaut (5–7 t, 8–9 t, 10–15 t und 16–25 t) und sind derzeit die Standardmaschinen zur Bodenverdichtung. Zur Oberflächenverdichtung von Bodenvermörtelungen, ungebundenen Tragschichten, Frostschutzschichten und des Erdplanums wurde eine Gerätekombination aus einem 13t-Walzenzug mit angehängten Vibrationsplatten entwickelt. Damit lassen sich bei diesen Böden Auflockerungen an der Oberfläche vermeiden (Bild 5.63). Wegen der großen Walzenbreite (2,00 bis 2,50 m) und des Gewichts (16 bis 25 t) sind die Maschinen der höchsten Gewichtsklasse besonders für großflächige und schwere Verdichtungsarbeiten geeignet. − Tandem-Vibrationswalzen Tandem-Vibrationswalzen bestehen aus zwei gleichgroßen Walzenkörpern mit Glattmantelbandagen sowie Antrieb und Fahrerplatz (Bild 5.64). Ihr Einsatz erfolgt vorwiegend im Straßenbau für die Verdichtung von Frostschutzschichten sowie im bituminösen Deckenbau als statische Walzen für die Vorverdichtung, mit eingeschalteter Vibration für die Hauptverdichtung dicker Trag-, Binderund Verschleißschichten.

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5 Bauverfahren im Erdbau

− Kombiwalzen Diese Geräte sind eine Abwandlung der Tandem-Vibrationswalze. Die vordere Glattmantelbandage ist vibrationserregt, die hintere Stahlbandage durch Gummiräder ersetzt. Die vibrierende Glattwalze verdichtet in die Tiefe, die statischen Gummiräder verdichten und schließen die Oberfläche. Dadurch ergibt

Bild 5.63: Walzenzug mit Vibrationsplatten [5.58]

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

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Bild 5.64: Tandem-Vibrationswalze BW 154 AD-2 [5.58]

sich eine Kombination der knetenden und der Vibrationsverdichtung sowie eine bessere Steigfähigkeit. Anwendungsgebiete sind ebenfalls der bituminöse Straßendeckenbau und der Land- und Forstwirtschaftswegebau. − Hangwalze Anhänge- oder Tandemwalzen können auch zu Verdichtungsarbeiten an Böschungen verwendet werden. Die Walzen werden dabei von einem auf der Dammkrone fahrbaren Windwerk (Bagger) in der Falllinie auf und ab bewegt oder auf Parallelfahrt in der Höhenlinie gehalten. Zwei Walzen mit eigenem Fahrantrieb können über ein fahrbares Windwerk auf der Dammkrone im Pendelbetrieb arbeiten. Für den Deponie- und Dammbau können Walzenzüge mit

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5 Bauverfahren im Erdbau

stärkeren Antrieben und Anti-Schlupfkontrolle auf Steigungen bis nahezu 45° eingesetzt werden [5.58]. − Vibrationsplatten Vibrationsplatten (reversierbar) (Bild 5.65) eignen sich zur Verdichtung von nicht oder nur schwach bindigen Böden und Schotter bei geringem Leistungsumfang. Sie werden auch im bituminösen Deckenbau (z.B. bei Reparaturarbeiten) verwendet.

Bild 5.65: Vibrationsplatte [5.58]

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

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− (Vibrations-)Stampfer (Bild 5.66) Bei Stampfgeräten wird die kinetische Energie des auf den Boden zurückfallenden Gerätes zur Verdichtung ausgenutzt. Durch Verändern des Gewichtes, der Fallhöhe und der Aufschlagfläche lässt sich die Stampfwirkung an die Art des zu verdichtenden Materials anpassen. Sie eignen sich besonders für bindigen Boden.

Bild 5.66: Vibrations-Stampfer [5.58]

− Grabenwalzen (Mehrzweck-Verdichter) Diese Geräte werden zur Verdichtung von Mischböden in engen Baugruben eingesetzt (bspw. im Graben- und Kanalbau, bei Hinterfüllungen und bei Fundamentarbeiten) (Bild 5.67).

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5 Bauverfahren im Erdbau

Bild 5.67: Mehrzweck-Verdichter (Grabenwalze) [5.58]

Vibrationsplatten, Stampfgeräte und Grabenwalzen werden nur bei relativ kleinen Verdichtungsaufgaben eingesetzt, für die eine geringe Geräteleistung genügt.

5.3.5.3 Kontrolle der Bodenverdichtung Zur Kontrolle der Bodenverdichtung wurden elektronische Messeinrichtungen entwickelt, um die Verdichtungszunahme und den bestmöglichen Verdichtungsgrad von Erdbaustoffen während der Verdichtungsarbeit kontinuierlich und verlässlich zu bestimmen. Sie gestatten die flächendeckende Bestimmung des Verdichtungsgrades von Erdkörpern während des Verdichtungsvorgangs. Man erhält damit auf allen Böden eine sichere Anzeige des erreichten Verdichtungsgrades, kann den prozentualen Verdichtungszuwachs pro Übergang ablesen und feststellen, wann die Verdichtung zu beenden ist. Damit wird die Kontrolle der geforderten Verdichtungsarbeit auf der Baustelle erheblich erleichtert.

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

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Diese Entwicklung von Methoden zur flächendeckenden Messung der Verdichtungsarbeit während der einzelnen Walzübergänge war ein weiterer Schritt zur Prozessoptimierung in der Bodenverdichtung. Derzeitiger Stand sind das Variomatiksystem für Tandemwalzen und das Variocontrol-System für Walzenzüge. In beiden Fällen handelt es sich um Vibrationsverdichtungsmaschinen mit verstellbaren Amplituden und automatischer Verdichtungsregelung. Die für den Erdbau erforderlichen größeren Amplituden werden mit einem neuen verstellbaren Richtschwinger erreicht. Das System zeigt dem Walzenführer an, wann die Verdichtung beendet ist. Durch einen weiteren Entwicklungsschritt wurde es möglich, die flächendeckend gemessenen Verdichtungswerte zu dokumentieren (BCM Boma Compaction Management System). Eine Systemübersicht dieser flächendeckenden dynamischen Verdichtungskontrolle ist in Bild 5.68 dargestellt. Hinsichtlich weiterer Details sei auf die Literatur verwiesen [5.61 – 5.65]. Wie auch auf anderen Gebieten maschineller Bauproduktion ergab sich hier die optimale Lösung großer Bodenverdichtungsaufgaben durch die Zusammenarbeit zwischen Maschinenhersteller, Anwender (Bauunternehmung) und Wissenschaft.

Bild 5.68: Systemübersicht zur flächendeckenden dynamischen Verdichtungskontrolle mit dem BTM/BCM-System [5.65]

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5 Bauverfahren im Erdbau

5.3.5.4 Leistungsermittlung von Verdichtungsgeräten Wie bei den bisher genannten Erdbaumaschinen wird die Nutzleistung von Verdichtungsgeräten aus einer Grundleistung abgeleitet. Dabei sind die Flächenleistung QNA und die Mengenleistung QNV zu unterscheiden. Sie ergeben sich zu QNA = QGA ⋅ f =

b ⋅ v ⋅ 1000 ⋅ f [m²/h] z

Q NV = QGV ⋅ f =

(Flächenleistung) bzw.

(41)

b ⋅ v ⋅ h ⋅ 1000 ⋅ f [m²/h fest] (Mengenleistung) z

(42)

Hierin bedeuten: b = Arbeitsbreite des Verdichtungsgerätes [m] (ca. 0,8-fache Breite des Verdichtungskörpers zur Berücksichtigung der Überlappung) v = Arbeitsgeschwindigkeit des Verdichtungsgerätes [km/h] (nach Herstellerangeben i.a. 2,0 – 6,0 km/h) z = Zahl der Übergänge h = Schichtdicke des verdichteten Bodens [m] Nutzleistung f = Abminderungsfaktor = [5.20, 5.56]. Grundleistung Für die Ermittlung der Grundleistung QG werden vorausgesetzt: − − − − − −

guter Zustand des Gerätes, keine räumliche Arbeitsbegrenzung, eingearbeiteter Geräteführer, keine störungsbedingten Wartezeiten, keine rationalisierbaren Arbeitsunterbrechungen, keine Beeinträchtigung durch Witterung.

Zur Berechnung der tatsächlichen Nutzleistung wird auch hier die theoretische Grundleistung um den Abminderungsfaktor f abgemindert. Dieser berücksichtigt alle leistungsbeeinflussenden Größen aus Gerätezustand und -bedienung, Betriebsund Baustellenorganisation sowie Witterung. Im Erdbau wird üblicherweise mit einem Abminderungsfaktor von f = 0,75, im Asphaltbau mit f = 0,60 gerechnet. Für die Leistungsermittlung im Erdbau ist die Schichtdicke des verdichteten Materials von besonderer Bedeutung. Die optimale Schichtdicke hängt wesentlich von der Bodenart, der Verdichtungsanforderung und dem eingesetzten Verdichtungsgerät ab. Die in den nachstehend genannten Tabellen 5–7 enthaltenen Anhaltswerte haben sich aus Probeverdichtungen und Praxiseinsätzen ergeben. In vier bis acht Übergängen werden so unter gewöhnlichen Einsatzbedingungen die gestellten Verdichtungsanforderungen erfüllt. Angaben über die tatsächlichen Nutzleistungen von Vibrationsverdichtungsgeräten sind in den Tabellen 5 – 10 von [5.56] enthalten.

5.3 Verfahrenstechnik im Erdbau

Beispiel [5.56]: − Verdichten einer Kiessandschicht: Schichtdicke (verdichtet) h = 0,50 m (Tabelle 12) − Gerät: 10 t-Walzenzug BW 213 D − Arbeitsbreite b = 2,10 m − Arbeitsgeschwindigkeit v = 3,0 km/h − Ermittlung der Leistung: − Abminderungsfaktor f = 0,75 − Zahl der Übergänge z = 6 − Flächenleistung: 2,10 ⋅ 3,0 ⋅1000 = 790 m²/h QNA = 0,75 · 6 − Mengenleistung: 2,10 ⋅ 3,0 ⋅ 0,50 ⋅1000 = 395 m³/h. QNV = 0,75 · 6 Tabelle 12: Anhaltswerte für die Schichtdicke im Erdbau (aus [5.56], Tab.7)

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5 Bauverfahren im Erdbau

Zum Überblick sind die für die Wahl von Verdichtungsgeräten maßgebenden Daten und Kenngrößen in Tabelle 13 zusammengestellt. Für die Entscheidung stehen Computerprogramme zur Verfügung (bspw. Care, [5.58]). Tabelle 13: Schema zur Gerätewahl und Leistungsermittlung für Verdichtungsgeräte im Erdbau

5.4 Bau- und produktionstechnische Kriterien rationeller Produktion 5.4.1 Stand der Produktionstechnik im Erdbau Der moderne Erdbau ist durch Hochleistungsmaschinen gekennzeichnet. Ihre typische Einsatzform ist die Arbeitskette. Dabei sind im Sinne einer Fließfertigung die Teilvorgänge 1 bis 5 (Lösen, Laden, Transportieren, Einbauen und Verdichten) aufeinander abzustimmen, um Engpässe und Warteschlangen auf ein Minimum zu reduzieren. Noch vor 40 Jahren gab es in der BRD große Erdbaustellen mit Gleisbetrieb (1953/55 Kanaldurchstich Volkach mit 3,5 Mio. m³-Erdbewegung; 1961/64 Autobahndeckenlose F13-15 auf der Strecke Erlangen-Würzburg, Einbau von 60 km Frostschutzschicht mit 900 mm Spurweite). Heute ist das Vergangenheit. Der Erdbau ist durch gleislosen Förderbetrieb mit Großgerät gekennzeichnet. Nur dadurch konnten die Kosten von Erdarbeiten niedrig gehalten werden. Der Mangel an Arbeitskräften, steigende Löhne und lohnge-

5.4 Bau- und produktionstechnische Kriterien rationeller Produktion

161

bundene Kosten, hohe Qualitätsanforderungen an Erdbauwerke als Folge wissenschaftlicher Erkenntnisse in der Bodenmechanik und die Entwicklung der Baumaschinentechnik haben mit größer gewordenen Bauaufgaben und der Forderung nach kurzen Bauzeiten diese Entwicklung nachhaltig gefördert. Der Umfang von Erdarbeiten auf einer Baustelle reicht von wenigen Kubikmetern Baugrubenaushub für ein Einfamilienhaus bis zu Erdbewegungen von mehreren Mio. m³ auf Großbaustellen (beim Assuandamm am Nil waren es 41 Mio. m³, beim Tarbela-Damm in Pakistan 140 Mio. m³ Sand, Ton und Fels; beim 3Schluchten-Staudamm am Jangtse in China sind es nur für den Baugrubenaushub der Beton-Staumauer einschl. Kraftwerk 132 Mio. m³, vorwiegend harter Granitfels [5.66]). Weder der Bau von Wohnanlagen, Krankenhäusern, Schul-, Verwaltungs- und Industriebauten noch das Anlegen von Straßen, Autobahnen, Schnellbahnstrecken, Flugplätzen und Häfen ist ohne Erdarbeiten denkbar. Auch beim Bau von Speicherbecken für Bewässerungs- und Wasserkraftanlagen, bei denen der Erdstaudamm mit flachen Böschungen in Konkurrenz zur Staumauer aus Beton getreten ist, beim Auffahren von Stollen, Tunneln und Kavernen und beim Verlegen von Pipelines bilden die Erdarbeiten häufig den Leit- oder Schlüsselbetrieb des Bauablaufs. Das Merkmal industrieller Produktion gilt für den Erdbau ganz besonders: "Im modernen Erd- und Straßenbau ist eine vollkommen zu nennende Mechanisierung erreicht. Wir alle kennen den Umfang von modernsten Erdbaugeräten an Baggern jeder Größe und Leistung, Planierraupen, Großbaggern mit konzentriert erreichten Tagesleistungen bis zu 70.000 (100.000) m³ Förderung und Transport pro Arbeitstag in Europa" (beim Tarbela-Damm bis zu 260.000 m³ Tagesleistung). "Moderner Straßen- bzw. Autobahnbau muss sich, um wettbewerbsfähig zu bleiben, abspielen wie eine Fließbandarbeit und lückenloses Ineinander-sichverzahnen der aufeinander folgenden Arbeitsgänge" [5.67]. Dies war bereits vor über 30 Jahren Stand der Technik. Der Einsatz neuester technischer Erkenntnisse für die Konstruktion der Gewinnungs-, Transport- und Verdichtungsgeräte hat die menschliche Arbeitskraft vervielfacht, stellt allerdings hohe Anforderungen an das Bedienungspersonal dieser Maschinen. Nur noch wenige, hochqualifizierte Baumaschinenführer bestimmen heute das Bild einer gut organisierten Erdbaustelle. Dazu kommt erfahrenes Werkstattpersonal in den Servicestationen. Maschinen zur Oberflächenbearbeitung von Erdkörpern (Planierraupen, Grader), zum Herstellen des Feinplanums von Straßen-, Bahntrassen und Rollbahnen sowie die Einbaugeräte von Straßendecken und Flugplatzpisten lassen sich bereits teil- oder vollautomatisch steuern [5.49, 5.50]. Mit dem Fortschritt der Baumaschinentechnik ändern sich auch die Einsatzbereiche bzw. –grenzen von Bauverfahren. Ich habe deshalb bei den Muldenkippern, Fahr- und Flachbaggern die derzeitigen Einsatzbereiche genannt, jedoch auf Übersichten wie in der 2. Auflage (1995) verzichtet. Als weitere Informationen über den Stand der Technik im Erdbau habe ich in das Literaturverzeichnis noch einige Berichte bzw. Beispiele aus den letzten Jahren aufgenommen [5.70 bis 5.89].

162

5 Bauverfahren im Erdbau

5.4.2 Voraussetzungen rationeller Produktion − Vertragsgrundlagen Die baustoffgerechte Planung, Trassen- und Höhenpläne, Ab- und Auftragsprofile, die Mengen des zu bewegenden Bodens sowie Lage und Höhen eventueller Seitenentnahmen oder Aussatzkippen werden aus den jeweiligen Vertragsunterlagen als bekannt vorausgesetzt. Sie stellen die Grundlagen der Produktionsplanung dar. − Transportoptimierung Weiter wird vorausgesetzt, dass als Vorstufe der Produktionsplanung eine Transportoptimierung vorgenommen wird. Darunter ist die Ermittlung der minimalen Transportentfernungen und Förderhöhen für die einzelnen Teilmengen zu verstehen. Insgesamt ergibt sich daraus das minimale Transportmoment [tm4]. Bei großen Erdbewegungen von mehreren Millionen m³ für einen Erddamm steht „im Zentrum der Betriebsplanung die Dimensionierung des Transportapparates“, des Fahrzeugparks [5.68, 5.69]. Sie geht von der Optimierung der Transportleistungen aus, deren Ziel darin besteht, dass unter Berücksichtigung der Randbedingungen der Bauaufgabe das Transportmoment, die Summe aller Teilmengen multipliziert mit ihren Entfernungen zwischen Ab- und Auftrag, ein Minimum wird (Bild 5.69).

Bild 5.69: Matrix für den optimalen Gesamttransport einer Erdbaustelle [5.68]

Das Ergebnis ist der Transportplan (Bild 5.70). Über die tägliche Transportleistung eines Fahrzeuges in Abhängigkeit von der Transportentfernung (Bild 5.71) und die verfügbare Bauzeit ergibt sich dann die erforderliche Anzahl an Fahrzeugen. Optimierungsaufgaben dieser Art lassen sich heute mit EDV-Hilfe lösen.

5.4 Bau- und produktionstechnische Kriterien rationeller Produktion

Bild 5.70: Transportplan einer Erdbaustelle [5.68]

Bild 5.71: Tägliche Transportleistung eines Fahrzeuges [5.68]

163

164

5 Bauverfahren im Erdbau

5.4.3 Kenngrößen Die wichtigsten Einflussfaktoren im Erdbau sind 1. 2. 3. 4. 5.

die Bedingungen der Aufgabe, der Boden, das Wetter, die Maschinen, der Mensch.

Hierbei sind − Maschinenbedienung und − Führung (einschließlich Planung und Organisation) zu unterscheiden zu 1.: Bedingungen der Aufgabe Aus der Bauaufgabe sind vorgegeben − − − − −

die Abtrags- und Auftragsprofile und ihre Lage, die Mengenverteilung, die Topographie der Baustelle, die Bauzeit, die besonderen Randbedingungen (Abbauart, Schlechtwetterperioden, mögliche Transportwege, Zwischentermine, Risiken).

zu 2.: Boden − − − − − −

die Bodenbeschaffenheit die Abbautechnik und damit die Wahl des Abbaugeräts, die Lage und Befahrbarkeit der Transportwege (daraus Fahrwiderstände und Wettereinfluss), die Einbauart, die Art der Verdichtung.

zu 3.: Wetter Bei bindigem Boden verändert das Wetter die Bodeneigenschaften. Zu berücksichtigen sind: − der Einfluss von Regen und Frost auf den Zustand der Transportstrecke (Fahrwiderstände, Befahrbarkeit), − der Einfluss von Regen und Frost auf die Kippe (Ausbreiten weichen Bodens vor dem Einbau, Bodenstabilisierung, bei Schlechtwetter und Frost u.U. kein Einbau möglich) − der Einfluss von Regen und Frost auf die Verdichtung. zu 4.: Maschinen Aus dem anstehenden Boden, den Witterungsbedingungen und der Aufgabe ergibt sich die anzuwendende Technologie und damit die Art der einzusetzenden Ma-

5.4 Bau- und produktionstechnische Kriterien rationeller Produktion

165

schinen. Aus der Bauzeit folgt, welche Maschinen nach Größe und Leistung optimal eingesetzt werden können. Soweit möglich sind universell einsetzbare Maschinen vorzusehen; häufig muss von einem vorhandenen Maschinenpark ausgegangen werden. Wenn nur bestimmte, in einem eigenen Maschinenpark nicht vorhandene Maschinen zur rationellen Lösung einer Aufgabe brauchbar sind, für die eine anschließende Verwendung unwahrscheinlich ist, werden diese angemietet oder die Teilaufgabe wird an einen Nach- (Sub-) unternehmer vergeben. Beim Maschineneinsatz ist zu achten auf − das Erreichen minimaler Spieldauern und damit maximaler Spielzahlen an den einzelnen Betriebspunkten, − das Erreichen bzw. Überschreiten der vorgegebenen Mengenleistung (fm³/h, verr, Anzahl der Umläufe), − die Verfügbarkeit der Maschinen, − laufende Instandhaltung − die Betriebsorganisation (Schichtzeiten, Springer, maximaler Betriebszeitbeiwert, minimale Ausfallzeiten und Störungen). zu 5.: Der menschliche Einflussfaktor, dazu zählen − die Maschinenbedienung (Übung, Leistungsgrad und Leistungsbereitschaft der Mannschaft unter Beachtung der Sicherheitsregeln) und − das Management (Planung, Organisation und Leitung der Produktion auf allen Ebenen sowie die erforderliche Kontrolle). Der Produktionseffekt des Gesamtbetriebes (T1 bis T5) muss bei minimalem Aufwand das mögliche Maximum erreichen. Ablaufplanung, Organisation und Ablaufkontrolle müssen mögliche Störungen auf ein Minimum reduzieren. Dies wird erreicht durch − Arbeitsvorbereitung (systematische Verfahrens- und Gerätewahl, Risikoabschätzung, Einsatz- und Ablaufplanung), − laufende Kontrolle und Steuerung (Regelkreis Bild 5.22), − bestmögliche Organisation und − straffe Führung. Die vorgenannten Einflussfaktoren auf die rationelle Lösung von Erdbauaufgaben sind mit ihren Abhängigkeiten (Vernetzung) in Bild 5.72 dargestellt. Es zeigt im Überblick und vereinfacht die Struktur von Erdarbeiten, ihre Elemente und ihre Beziehungen auf.

166

5 Bauverfahren im Erdbau

Bild 5.72: Einflüsse auf die Produktionsleistung im Erdbau

Literatur zu Kapitel 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10

5.11 5.12 5.13

Kühn, G., Der maschinelle Erdbau, Stuttgart 1984 Schub, A., Projektplanung und -überwachung bei Bauvorhaben, in [3.7], S. 149- 172 oh, 10.000 t Material binnen 5 Tagen aufbereitet, Deutsches Baublatt Nr. 252, 10,98, S. 10 Osterloh, H., Erdmassenberechnung, Wiesbaden, 1985 Matthews, K., Vermessungskunde (2 Teile), Stuttgart, Teubner, 1996/97 Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen, VOB Teil C, DIN 18 300, Erdarbeiten (siehe [3.4]) Eymer, W., Grundlagen der Erdbewegung, Kirschbaum Verlag, Bonn, 1995 Wittmann, L., Beschreibung und Einstufung von Boden und Fels, BW 52/1998, H. 4 DIN 18 196, Erdbau, Bodenklassifikation für bautechnische Zwecke und Methoden zum Erkennen der Bodengruppen Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau, ZTVE – St B 94, Fassung 97, Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, Köln DIN 4124, Baugruben und Gräben, Böschungen, Arbeitsraumbreiten, Verbau, August 1981 Werksunterlagen Krings Tiefbautechnik, Hainsberg 8/2000 VOB/C, DIN 18 303, Verbauarbeiten, in [3.4]

Literatur zu Kapitel 5

5.14 5.15 5.16 5.17 5.18 5.19

5.20

5.21 5.22

5.23 5.24

5.25 5.26 5.27 5.28 5.29 5.30 5.31 5.32

5.33

5.34

167

Toepfer, A. C., Baugruben und Gräben sind in der Regel zu verbauen, BW 52/1998, H. 11 Thum, W., Sprengtechnik im Steinbruch und Baubetrieb, Bauverlag, Wiesbaden-Berlin 1978 Atlas Copco MCT GmbH, Essen, Leitfaden für das Bohren über Tage, 1998 „echo“, Kundenmagazin der O & K Orenstein &Koppel AG, 23. Ausgabe 3/1999 Liebherr – International AG, Unternehmensbereich Erdbewegung, Bulle (CH), Technisches Handbuch Erdbewegung, Ausgabe 1995 Tiefbauberufsgenossenschaft München; Unfallverhütungsvorschriften (UVV) Bauarbeiten (VBG 37) von 4/85 und Erdbaumaschinen – Bagger, Lader, Planiergeräte, Schürfgeräte und Spezialmaschinen des Erdbaus (VBG 40) von 4/87 Bundesausschuss Leistungslohn Bau, Fachgruppe Erdbau, Handbuch BML, Daten für die Berechnung von Baumaschinenleistungen, Erdbaumaschinen, 3. Auflage, 1983 Kotte, G., Die Gewinnungs- und Transportkette, TIS 8/87, S. 476-482 REFA, Verband für Arbeitsstudien, Fachausschuss Bauwesen; REFA in der Baupraxis, Zeit-Verlag Frankfurt/Main 1984 Berg, G., Teil 1, Grundlagen; Künstner, G., Teil 2, Datenermittlung; Künstner, G., Teil 3, Arbeitsgestaltung; Kassel-Sprenger, Teil 4, Lohngestaltung Litronic, Die Innovation in allen Bereichen, Werksunterlagen Liebherr – International AG Drüppel, C.-D., Maschinenbetrieb in Bauunternehmen – Neue Anforderungen, Vortrag bei 71. Erfahrungsaustausch für Maschineningenieure, Ausbildungszentrum der Bauindustrie Essen, 27.10.1998 Eichner, H., Baumaschineneinsatz, in Schub/Meyran, Praxiskompendium Baubetrieb, Bd. 2, Wiesbaden 1984 Hochtief AG, Essen; Der Staudamm Finstertal, Hochtief-Nachrichten 5/82 Werksunterlagen Eisenwerk Kaiserslautern Werksunterlagen Orenstein & Koppel, Berlin Werksunterlagen Barber Green Werksunterlagen Parsons Schneller Wechsel im harten Fels, O & K – Echo, Ausgabe 3/1997, S. 16 Granitschotter direkt aus der Wand genommen (Einsatz des Hydraulikhammers HM 4000 V, Stundenleistung im Mittel 400 t), Deutsches Baublatt Nr. 229, 11/96, S. 10 Buchberger, M., Ein scharfer Zahn ersetzt die Ladung Dynamit (CatHydraulikbagger 375 LME mit Fels-Tieflöffel und Reißzahn im KalkTagebau, mit Schnellwechsel-System, Brutto-Leistung 310 t/8h), Deutsches Baublatt Nr. 239, 09/97, S. 9 HHC, Betonabbruch 14 m unter Wasser (mit 5t-Hydraulikhammer HM 2500 Marathon und Hydraulikfräse ETH 50 (AC-Eickhoff) an einem Cat 375 mit Stielverlängerung), Deutsches Baublatt Nr. 269, 03/00

168

5.35 5.36 5.37 5.38 5.39 5.40 5.41 5.42 5.43

5.44 5.45

5.46 5.47 5.48 5.49 5.50 5.51 5.52 5.53 5.54 5.55 5.56 5.57 5.58 5.59 5.60 5.61

5 Bauverfahren im Erdbau

Werksunterlagen Iveco Magirus AG, Unterschleißheim, 2005 Werksunterlagen Daimler Chrysler AG, Stuttgart, 2000 Werksunterlagen F.X. Meiller GmbH, München 2000 KURT, Kostenorientierte unverbindliche Richtpreistabellen, Verlag Heinrich Vogel, München, 1998 Werksunterlagen Volvo Werksunterlagen Caterpillar Cohrs, H.-H., Nur die Besten überleben, Knicklenker- und StarrahmenMuldenkipper ..., bpz, Nr. 3/91, S. 8 Gehbauer, F., Stochastische Einflussgrößen für Transportsimulationen im Erdbau, Diss. Universität (TH) Karlsruhe, 1974 Danner, F., Warteschlangentheorie und Simulationstechnik – Hilfsmittel zur Leistungsbestimmung maschineller Produktionsketten im Baubetrieb, Diss. TH Wien, 1974 Bernold, L., Computersimulation und künstliche Intelligenz für Erdbauprojekte, IABSE Journal J – 37/88, Zürich Pröls, W., Leistungsermittlung für Erdbaumaschinen in der betrieblichen Praxis einer Bauunternehmung, aus dem Bericht der Tagung über Leistungsermittlung und -vermögen im maschinellen Erdbau, Essen 1979 Werksunterlagen Ahlmann, Rendsburg Zeppelin Cat Katalog 2000, Zeppelin Baumaschinen GmbH, München Werksunterlagen Schaeff, Langenburg/Württ. Werksunterlagen Zeppelin – Metallwerke GmbH, München Geschäftsbereich Caterpillar Werksunterlagen Trimble GmbH, Am Prine Parc 11, 65479 Raunheim, 2000 Werksunterlagen Nissha Bartels-Langweige, J., Befahrbarkeit bindiger Böden mit Raupenfahrzeugen, TIS 2/88, S. 53-57 Placzek, D., Mögliche Alternative für den Einbau nasser, bindiger Böden, TIS 10/87, S. 600-606 Keil, K., Materielle Festigkeitsgrundlage der Geotechnik, TIS 3/87, S. 150159 und TIS 4/87, S. 220-229 Grundlagen der Boden- und Asphaltverdichtung, Werksunterlagen BOMAG, 05/99 Kirschner, R., Kloubert, H.-J., Vibrationsverdichtung im Erd- und Asphaltbau, BOMAG GmbH, Boppard, 2. Auflage 1994 Kloubert, H.J., Verdichtungsverfahren und -geräte, Bomag, Boppard, Seminar am 02.11.2000 in Frankfurt Werksunterlagen Bomag, Boppard Werksunterlagen Hamm, Tirschenreuth Kloubert, H.-J., Anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung löst Verdichtungsprobleme im Erd- und Asphaltbau, TBG, Tiefbau, H. 12/1999 Bomag, Verdichtungsmess- und Dokumentationssysteme, 03/1998

Literatur zu Kapitel 5

5.62

5.63 5.64 5.65

5.66

5.67 5.68

5.69 5.70 5.71 5.72 5.73 5.74 5.75 5.76 5.77 5.78 5.79 5.80 5.81 5.82 5.83 5.84 5.85 5.86

169

Bomag, Anwendungsbeispiele der flächendeckenden, dynamischen Verdichtungskontrolle, 03/1998 (Autobahnbau, ICE-Neubaustrecke KölnRhein/Main, SL-Bahn-Sanierung Flughafen Düsseldorf) Bomag, Baustellenbericht Neubaustrecke Köln-Rhein/Main, Optimale Verdichtung für Feste Fahrbahn, 04/1999 Bomag Variocontrol, Höchste gleichmäßige Verdichtung im modernen Erd- und Verkehrswegebau, 04/1999 Floß, R., Kloubert, H.-J., Neueste Entwicklungen in der Verdichtungstechnik beim European Vorkshop Compaction of Soils and Granular Materials, Paris, 19.05.2000 (Bomag Sonderdruck mit weiteren Literaturangaben) Schneider, R., Jangtse – Drei-Schluchten-Staudamm, Chinesisches Jahrhundertprojekt nimmt Gestalt an, Deutsches Baublatt Nr. 257, 1999 und Steinbruch und Sandgrube, H. 4/1999 Bay, H., Gegen die Diskriminierung der Bauindustrie, BW H.10/1970, S. 292-295 Prenissl, W., Betriebs- und Ablaufplanung für einen großen Erddamm in Kenia, Vortrag bei den 16. Tschechoslowakischen Talsperrentagen Brünn, 1978 Prenissl, W., Der Masinga Damm in Kenia, Wasserwirtschaft 70/1980, Heft 3 Anforderungen an Schlüsselmaschinen im Gewinnungsbetrieb, St + S, H. 7/1995 Philipp Holzmann, Der Birecik-Staudamm, Deutsches Baublatt, 219220/1996, S. 9 Athen: Start frei für Flughafenneubau, O & K Echo 3/1996 Erdbewegung von 15000 m³ pro Tag, O & K Echo, 2/1996 Baugrubenaushub im Nassbaggerverfahren am Potsdamer Platz in Berlin, BMT 4/1996, S. 8 Die Schwerarbeiter von der Spree, Deutsches Baublatt 229/1996 Kotte, G., Technik und Einsatzmöglichkeiten von Gradern (Mehr als Feinplanierungsmaschinen beim Straßenbau); O & K Echo 3/1996 HHC, Das hohe C bei Kettenladern, Deutsches Baublatt 231-232/1997 Energie aus dem Jalong, Die Welt, 01.10.1997 Flughafen Dortmund startet in die Zukunft, O & K Echo 1/1998 Erdbewegung mit moderner Schubscraper-Flotte (am neuen Flughafen Hale/Leipzig), Deutsches Baublatt 248/1998 Oh, Großgeräte lösen jede Aufgabe, Deutsches Baublatt 254/1998 HHC, Überwachungssystem kontrolliert jede Bewegung der High-TechRiesen, Deutsches Baublatt 252/1998 Wirtgen GmbH, Homogenisierung für optimale Verdichtung, BW 7/1998 Volvo Baumaschinen Deutschland, Konz, Ein Bagger belädt täglich 200 Vierachser, BW H. 3/1999 Liebherr, Einsatz von Pontonbaggern am Main, St + S, H. 3/1999 Wasserkraft aus Thüringen (Pumpspeicherwerk Goldisthal), Steinbruch und Sandgrube (St + S), Heft 10/1999

170

5.87 5.88 5.89

5 Bauverfahren im Erdbau

HHC, Die Massenbewegung verlangt eine ausgefeilte Baustellenlogistik, Deutsches Baublatt 265/1999 HHC, Mit 300 km/h entlang der Autobahn, Deutsches Baublatt Nr. 269, 03/2000 Shain Wallis, Mohale Dam/7,5 Mio. m³ Steinschüttdamm), Lesotho Highlands Water Projekt, Volume 5 Laserline, 2000

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

6.1 Der Baustoff Beton 6.1.1 Begriffe und Definitionen Beton und Stahlbeton ist seit Jahrzehnten der vielseitigste Baustoff im Bauwesen. Neben hoher Druckfestigkeit, dichtem Gefüge, glatter Oberfläche, Wasserundurchlässigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen chemische Angriffe sowie hohem Abnutzungswiderstand ist er feuerbeständig. Außerdem lässt er sich nahezu beliebig formen und damit weitgehend an die Funktions- und Standortbedingungen einer bestimmten Bauaufgabe anpassen. Mit schlaffer Bewehrung zur Aufnahme von Zugspannungen (Stahlbeton) kommt er als tragendes Element bei nahezu jedem Bauvorhaben vor. Vorgespannt lassen sich mit ihm im Ingenieurbau größte Belastungen aufnehmen und große Spannweiten überwinden. Der Stand der Technik für Bemessung und Konstruktion, Herstellung und Ausführung von Beton und Stahlbeton ist in der Reihe DIN 1045 „Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton“ festgelegt. Sie besteht aus − Teil 1: Bemessung und Konstruktion − Teil 2: Beton – Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität – Anwendungsregeln zu DIN EN 206-1 − Teil 3: Bauausführung − Teil 4: Ergänzende Regeln für die Herstellung und Konformität von Fertigteilen [6.1 bis 6.4]. Eng verbunden mit dieser Reihe ist DIN EN 206-1 mit Festlegungen für die Betontechnik [6.5]. DIN EN 206-1 „Beton – Teil 1: Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität“ erlaubt nationale Anwendungsregeln in einer Reihe von Abschnitten, um unterschiedliche klimatische und geographische Bedingungen, verschiedene Schutzniveaus sowie gut eingeführte regionale Gepflogenheiten und Erfahrungen zu berücksichtigen. Die deutschen Anwendungsregeln sind in der DIN 1045-2 aufgeführt. Diese Deutsche Norm gilt zusammen mit DIN EN 206-1 für Beton, der für Ortbetonbauwerke, für vorgefertigte Bauwerke sowie für Fertigteile für Gebäude und Ingenieurbauwerke verwendet wird. Der nachstehende auszugsweise Überblick über wesentliche Begriffe und Definitionen zum Begriff Beton aus der Sicht der Bauausführung bezieht sich vorwiegend auf die deutsche Fassung der vorgenannten DIN EN 206-1/2000.

172

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Der Baustoff Beton ist in seinen Variationen als − unbewehrter und − bewehrter Beton (Stahl- und Spannbeton) der im Hoch- und Ingenieurbau am häufigsten verwendete moderne Baustoff. Er entsteht durch Erhärten des Zementleims als Gemisch aus − dem Bindemittel Zement, − den Betonzuschlägen Sand und Kies (Rundkorn), bzw. Splitt und Schotter (gebrochenes Korn) und − Wasser. Der Beton muss soviel Zement enthalten, dass die geforderte Druckfestigkeit und bei bewehrtem Beton ein ausreichender Schutz der Stahleinlagen vor Korrosion erreicht werden kann. Die Kornzusammensetzung des Betonzuschlags wird in Sieblinien dargestellt (Bild 6.1), wobei stetige und unstetige (Ausfallkörnung) zu unterscheiden sind. Häufig werden dem Beton noch Zusätze (Zusatzmittel und -stoffe) zugegeben, um bestimmte Eigenschaften zu erreichen, z.B. Betonverflüssiger (bei enger Bewehrung), Abbindeverzögerer (für lagenweisen Einbau frisch auf frisch bei großflächigen Bauteilen), Luftporenbildner (zur Tausalzbeständigkeit); für hochfesten Beton Fließmittel und Silikatstaub.

Bild 6.1.1: Sieblinien mit einem Größtkorn von 32 mm

6.1 Der Baustoff Beton

173

Bild 6.1.2: Sieblinien mit einem Größtkorn von 63 mm Bild 6.1: Sieblinien von Betonzuschlägen [6.2]

Nach der Rohdichte (ofentrocken) lassen sich − Leichtbeton (Rohdichte 800–2.000 kg/m³), − Normalbeton (Rohdichte zwischen 2.000 und 2.600 kg/m³), − Schwerbeton (Rohdichte über 2.600 kg/m³) unterscheiden, nach der Druckfestigkeit fck [N/mm²] die Klassen für Normal- und Schwerbeton sowie Leichtbeton (Bild 6.2). Beton mit einer Festigkeitsklasse über C 50/60 im Fall von Normal- oder Schwerbeton und einer Festigkeitsklasse über LC 50/55 im Fall von Leichtbeton wird als hochfester Beton bezeichnet. Dabei ist fck, cyl die charakteristische Mindestfestigkeit von Zylindern mit 150 mm Durchmesser und 300 mm Länge nach 28 Tagen, fck, cube die charakteristische Festigkeit von Würfeln mit 150 mm Kantenlänge nach 28 Tagen. Als charakteristische Festigkeit gilt der Festigkeitswert, den erwartungsgemäß 5% der Grundgesamtheit aller möglichen Festigkeitsmessungen der Menge des betrachteten Betons, z.B. im Beurteilungszeitraum, unterschreiten (5%-Quantil, Bild 6.3) Eine relativ wenig streuende, wenn auch nur gering über dem geforderten Wert liegende charakteristische Festigkeit bedeutet einen besseren Beton als große Festigkeitsschwankungen, auch wenn dabei der Mittelwert erheblich über der geforderten Festigkeit liegt.

174

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.2: Druckfestigkeitsklassen für Beton [6.5]

6.1 Der Baustoff Beton

175

Bild 6.3: 5%-Fraktile der Normalverteilung. Dies ist jener Merkmalswert auf der x-Achse, der nur in 5% aller Fälle unterschritten wird

Hinsichtlich der Verantwortung des Herstellers für die Betonqualität wird − Beton nach geforderten Eigenschaften und zusätzlichen Anforderungen (Beton nach Eigenschaften), − Beton nach (festgelegter) Zusammensetzung und − Standardbeton definiert. Dieser ist ein Beton dessen Zusammensetzung in einer am Ort der Verwendung des Betons gültigen Norm vorgegeben ist. Nach dem Ort der Herstellung oder der Verwendung unterscheidet man − Baustellenbeton: Beton, der auf der Baustelle vom Verwender des Betons für den Eigenverbrauch hergestellt wird; inzwischen kommen jedoch verwendereigene Betonmischanlagen nur noch bei Großbaustellen und in Fertigteilwerken vor, − Transportbeton: Beton, der in frischem Zustand durch eine Person oder Stelle geliefert wird, die nicht der Verwender ist. Transportbeton im Sinne dieser Norm ist auch − vom Verwender außerhalb der Baustelle hergestellter Beton, − auf der Baustelle nicht vom Verwender hergestellter Beton. Transportbeton wird hergestellt als − werkgemischter Transportbeton: Beton, der im Werk gemischt und in Fahrzeugen zur Baustelle gebracht wird, er ist heute die Regel, − fahrzeuggemischter Transportbeton: Beton, der während der Fahrt oder erst nach Eintreffen auf der Baustelle im Mischfahrzeug gemischt wird. Solange Beton verarbeitet werden kann (innerhalb ž 90 Minuten ab HerstelHerste lung), wird er als Frischbeton, nach dem Erhärten als Festbeton bezeichnet. Wird Frischbeton in Bauteile in ihrer endgültigen Lage eingebracht und erhärtet dort, wird er im Gegensatz zu Betonfertigteilen als Ortbeton bezeichnet.

176

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bei Frischbeton sind nach [6.5] 4 Konsistenzklassen zu unterscheiden (Setzmaß-, Setzzeit- Verdichtungsmaß- und Ausbreitmaßklassen); innerhalb der Ausbreitmaßklassen, die in der BRD vorwiegend zur Konsistenzbestimmung von Beton verwendet werden, 6 Konsistenzbereiche (F1a bis F6a, Bild 6.4). Da sich für die Konsistenzbestimmung von steifem Beton das Ausbreitmaß nicht eignet, ist in diesem Fall das Verdichtungsmaß zu bestimmen. Zu a) in Bild 6.4: Bei Ausbreitmaßen über 700 mm ist die DAfStb-Richtlinie Selbstverdichtender Beton zu beachten. Sie ist zurzeit in Vorbereitung. Bis zu ihrer Einführung bedarf es einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung oder einer Zustimmung im Einzelfall. Hochfester Ortbeton muss eine Konsistenzklasse F3 oder weicher haben. Beton, dessen Konsistenz außerhalb dieser Bereiche liegt, darf für tragende Bauteile nicht verarbeitet werden.

Bild 6.4: Konsistenzbereiche von Frischbeton [6.2]

Die Konsistenz des Frischbetons ist unter Berücksichtigung der Verarbeitungsbedingungen am Bau (Förderung, Einbau und Verdichtung) vor Baubeginn festzulegen. Heute gilt, „dass sicherer Betoneinbau, d.h. weicher, gut verarbeitbarer Frischbeton eine wesentliche Voraussetzung für gute Bauwerksqualität ist. Diese Tendenz zeigt sich auch im Betonieralltag. 70% des Frischbetons besitzen heute weiche Konsistenz“ [6.6].

6.1 Der Baustoff Beton

177

Als Stahl-Faserbeton werden zementgebundene Betone und Mörtel bezeichnet, denen kurze Stahlfasern beigemischt werden in der Absicht, einen Beton mit einer konstruktiv nutzbaren Zugfestigkeit zu erreichen (Bild 6.5). Beton mit anorganischer (Glasfaser) oder organischer (Kohlenstoff-Faser) Bewehrung ist in der Entwicklung [6.9].

Bild 6.5: Vergleich der Spannungs-Dehnungs-Linien von faserfreiem Spritzbeton und Stahlfaser-Spritzbeton aus Zugversuchen [6.8]

Stahlfaserbeton wird in üblichen Mischern durch Zugabe von Stahlfasern (0,2– 1,0 mm dick, 20–50 mm lang) hergestellt und entweder als Stahlfaser-Mixbeton in die Schalung eingebracht oder durch Spritzen aufgetragen. Das Einsatzgebiet des Stahlfaser-Mixbetons liegt vorwiegend im Untertagebau bei Schildvortrieb und bei der vorübergehenden oder bleibenden Sicherung des Gebirges, des StahlfaserSpritzbetons über Tage bei der vorübergehenden oder bleibenden Sicherung steiler Böschungen [6.10, 6.10a]. Der Baubetrieb, hier die Baustelle bzw. das Transportbetonwerk, muss die vom Konstrukteur aufgrund der statischen Berechnung und ggf. weiterer Vorgaben geforderte Qualität des fertigen Betons mit Sicherheit und möglichst gleichmäßig erfüllen. Diese Forderung wird durch Festigkeitsprüfungen überwacht. In stationären Stahlbeton-Fertigteilwerken oder an der Baustelle eingerichteten Feldfabriken mit einem entsprechenden Schutz vor Witterungseinflüssen hergestellte und erhärtet an die Bau- bzw. Einbaustelle gelieferte Elemente werden Betonfertigteile genannt. Sie brauchen häufig eine besondere Transport- bzw. Montagebewehrung. Soweit in Feldfabriken kein Schutz vor ungünstigen Witterungsbedingungen besteht, gelten für die Herstellung von Fertigteilen die Regeln für Ortbeton. Vorgefertigte Stahlbetonbauteile sind wesentliche Elemente eines Teilbereichs des industrialisierten Bauens (Abschnitt 7). Die Bauleistungseinheit im Beton- und Stahlbetonbau ist verdichteter Frischbeton mit einem Volumen von 1 m³ (Festbeton).

178

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

6.1.2 Baubetriebliche Einflussfaktoren auf Betoneigenschaften Nach den Regeln der Betontechnologie im Teil 2 der DIN 1045 kann Beton auf verschiedene Eigenschaften eingestellt werden [s. 6.6]. Von den Einflüssen auf die Qualität des Festbetons haben Lieferwerk bzw. Baustelle folgende Faktoren besonders zu beachten: − Zusammensetzung des Frischbetons Wasser- und Zementmenge (Wasserzementfaktor), Art und Anteil der einzelnen Komponenten der Zuschläge (Sieblinie) und die Betonzusätze bestimmen die Konsistenz und damit die Verarbeitbarkeit des Frischbetons (weicher und plastischer Beton sind leichter zur verarbeiten als steifer Beton). Bei dem heute relativ selten gewordenen Baustellenbeton bestimmen sie auch den Umfang des Zwischenlagers der Betonkomponenten an der Mischanlage und den Wärmebedarf im Winterbau. Steifer Beton mit Grobzuschlag > 63 mm kommt nur bei Massenbeton vor; bis 63 mm Korndurchmesser bei der Herstellung von Fahrbahndecken mit Gleitschalungsfertigern. − Verarbeitung des Frischbetons Dazu zählen der Transport, das Fördern des Frischbetons von der Baustellenanlage bzw. dem Anlieferpunkt der Liefermischer zur Einbaustelle, das Einbringen in die Schalung, die Rüttelverdichtung und das plangemäße Abziehen der Oberfläche. Art und Dauer der Verarbeitung beeinflussen die Qualität des fertigen Betons ebenso nachhaltig wie der Mischvorgang. Beim Einbringen in die Schalung darf sich der Beton nicht entmischen. − Nachbehandlung des Frischbetons bis zum Ende der Erhärtungsperiode Hierzu gehören bspw. das Abdecken der frischen Betonoberfläche zum Schutz gegen Regen und Sonneneinstrahlung, das Feuchthalten in den ersten Tagen, um zu frühes Austrocknen (unregelmäßige Schwindrisse) zu vermeiden und ein ausreichender Frostschutz im Winterbau. Welche Anforderungen heute an den Beton für ein großes Ingenieurbauwerk (200 m hoher Kühlturm für das Braunkohlekraftwerk Niederaußem) gestellt werden und welche Vorgaben sich daraus für die Bauausführung ergeben, ist dem Bericht von D. Busch, B. Haselwander, B. Hillemeier und I. Strauß anlässlich des Betontages 1999 zu entnehmen [6.11]. Der Teil 3 der DIN 1045 (Bauausführung) enthält im Einzelnen noch weitere Voraussetzungen und Anforderungen, die bei der Verarbeitung (Fördern, Einbau, Verdichten und Nachbehandlung) von Beton zu beachten bzw. zu erfüllen sind, damit aus dem angelieferten Frischbeton der Qualitätsbeton entsteht, den der Konstrukteur seinem Tragwerksentwurf zugrunde gelegt hat. Ich gehe darauf in den Abschnitten 6.3 bis 6.5 noch ein. (s. hierzu [6.12]).

6.2 Teilvorgänge und Teilbetriebe im Betonbau

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6.2 Teilvorgänge und Teilbetriebe im Betonbau Der Ablauf von Stahlbetonarbeiten hängt von Entwurf und Konstruktion des herzustellenden Bauwerks (Bauteils) ab. Zur Ermittlung der zeit- und kostenoptimalen Bauausführung ist deshalb schon in der Planungs- und Bauvorbereitungsphase die Zusammenarbeit des Tragwerks- und Fertigungs-(Baubetriebs-)ingenieurs unerlässlich. Im einzelnen sind dabei folgende Arbeitsschritte zu unterscheiden: in der Konstruktionsphase: − Wahl der Betonquerschnitte und -qualität in einem günstigen Verhältnis zum Bewehrungsanteil (Ermittlung des optimalen Verhältnisses der Stahl- zur Betonmenge unter Berücksichtigung der für das Bauvorhaben gültigen Baustoffpreise). − Ermittlung der günstigsten Bewehrungsart (bspw. Rippentorstahl-Baustahlmatten statt Stabstahl) und Bewehrungsform (auf die Gegebenheiten des Bauwerks abgestimmte Baustahlmatten bzw. vorgefertigte Bewehrungselemente). − insgesamt Wahl einer fertigungsgerechten Konstruktion. im Rahmen der Arbeitsvorbereitung: − Festlegen der Ablauffolge der einzelnen Bauteile, − Wahl eines wirtschaftlichen Schalsystems unter dem Gesichtspunkt minimaler Lohn- und Betriebsmittelkosten, mehrmaligen Einsatzes und ggf. späterer Wiederverwendung der Schalung, wobei das Umsetzen im Taktverfahren erfolgen sollte, − Wahl des optimalen Betoneinbauverfahrens, − Untersuchung der Liefermöglichkeit von Transportbeton (s. hierzu [6.6]). Die Bauausführung, das Einbauen von Beton, besteht aus folgenden Teilvorgängen: − nach dem Einmessen der Gebäudeachsen und Bauteile sowie Festlegen der Höhenpunkte Aufstellen der Rüstung und Schalung einschließlich erforderlicher Arbeits- und Schutzgerüste für den ersten Bauabschnitt. − Anlegen von Aussparungen und Versetzen von Einbauten (Anker, Halfenschienen, Leerrohre, Fugenelemente). − Verlegen der Bewehrung. − Betonieren des jeweiligen Bauabschnittes (Herstellen, soweit nicht Transportbeton verwendet wird, Fördern, Einbauen, Verdichten und Abziehen des Betons mit geeigneten Maschinen und Geräten). − Nachbehandlung des Betons (Feuchthalten, Abdecken mit Matten oder Planen, Aufrauen von Arbeitsfugen). − Ausschalen der Bauteile unter Berücksichtigung der Ausschalfristen nach DIN 1045-3 bzw. arbeitstechnischer Besonderheiten. − Umsetzen der Schalung (einschließlich Reinigung und Oberflächenbehandlung) in den folgenden Abschnitt (usw.). Von besonderer Bedeutung für die Menge der vorzuhaltenden Rüstung und Schalung und damit für einen wirtschaftlichen Baubetrieb sind die Ausschalfristen

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

nach DIN 1045-3 (Abschn. 5.6). Durch Verwendung hochwertigen (frühhochfesten) Zements und damit kürzeren Ausschalfristen lässt sich die auf der Baustelle vorzuhaltende Menge an Schalung und Rüstung auf ein Minimum reduzieren (Kostenvergleich). Die bei Beton- und Stahlbetonarbeiten in Ortbeton vorkommenden Teilvorgänge werden zunächst zu Vorgangsgruppen zusammengefasst (Bild 6.6). Sie stellen die technologische Grobstruktur von Beton- und Stahlbetonarbeiten dar. Für die Feinstruktur lassen sich diese Vorgangsgruppen weiter untergliedern, worauf i.E. noch einzugehen ist. Wie im Erdbau werden die Teilvorgänge bzw. deren Zusammenfassung zu Vorgangsgruppen durch Teilbetriebe vollzogen. Nach Bild 6.6 sind bei Betonarbeiten drei Vorgangsgruppen zu unterscheiden (T1 Schalung und Rüstung einschließlich Aussparungen und Einbauten, T2 Bewehren und Fugenausbildung, T3 Betoneinbau). Neben dem taktmäßigen Einsatz der Schalung ist die Betonverarbeitung, das Fördern, Einbauen und Verdichten des Betons, ein wichtiges Ablaufkriterium einer Betonbaustelle. Die Betonierfolge hängt von der Konstruktion eines Bauwerks sowie den besonderen Standortbedingungen einer Baustelle ab und bestimmt Anzahl, Größe und Reihenfolge der einzelnen Betonierabschnitte. Die Vorgangsgruppen des Beton- und Stahlbetonbaues bzw. die dabei angewendeten Verfahren werden deshalb nachstehend nicht in der tatsächlichen Ablaufreihenfolge T1–T3, sondern in der didaktisch geeigneter erscheinenden Folge T3, T1, T2 erläutert.

Bild 6.6: Vorgangsgruppen im Beton- und Stahlbetonbau (s.a. [6.12])

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau Diese Vorgangs- oder Prozessgruppe umfasst das Herstellen und Verarbeiten des Frischbetons. Soweit sie auf der Baustelle ablaufen, werden diese Vorgänge durch den Teilbetrieb T3 vollzogen. Beton wird heute überwiegend durch Fremdfirmen in stationären Transportbetonwerken hergestellt und als Frischbeton an die Baustellen angeliefert. Für Großbaustellen des Ingenieurbaus (Brücken, Tunnel, Verkehrswege), die weitab von Transportbetonwerken liegen und kontinuierlich große Einbaumengen qualitativ

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

181

hochwertigen Frischbetons erfordern, können stationäre Anlagen die von den Kunden gestellten Forderungen häufig nur schwer erfüllen. Dieser Bereich kann daher nur durch mobile Baustellen-Mischanlagen abgedeckt werden. Auch Betonwerke, die Beton- und Stahlbetonfertigteile herstellen, arbeiten mit eigenen Betonmischanlagen. Da hierbei wie bei Transportbetonwerken maschinen- und verfahrenstechnische Fragen im Vordergrund stehen, gehe ich auf das Herstellen von Frischbeton, den Teilvorgang 3.1, nur kurz (informativ) ein. 6.3.1 Betonherstellung (Teilvorgang T31)

6.3.1.1 Aufgabe Der für einen Bauteil (Betonierabschnitt) erforderliche Frischbeton ist nach den Regeln der Betontechnologie in der geforderten Qualität und Konsistenz herzustellen. Dazu werden Betonzuschläge, Zement, Wasser und Betonzusätze nach der vorgesehenen Rezeptur entweder chargenweise oder in Durchlaufmischern so lange gemischt, bis eine gleichmäßige (homogene) Mischung erreicht ist. Diese Forderung ist erfüllt, wenn jede aus der Mischung entnommene Probe die gleiche Zusammensetzung und räumliche Verteilung ihrer Bestandteile aufweist.

6.3.1.2 Mischanlage Für das Herstellen von Frischbeton sind bei chargenweiser Herstellung folgende Arbeitsschritte zu unterscheiden: − − − − − − −

Betonzuschläge dosieren, Bindemittel dosieren, Wasser dosieren, Betonzusätze dosieren, Mischer beschicken, Beton mischen, Mischer entleeren. Eine Betonmischanlage besteht deshalb aus folgenden Komponenten:

− dem Lager für Betonzuschläge, Bindemittel und Betonzusätzen, − den Dosier- und Beschickungseinrichtungen (Waagen), − dem Mischer. Dazu kommen ein Steuerungssystem der Anlage, der Anschluss für Wasser und Energie (Strom, ggf. Druckluft), die Entsorgung (Rest- und Rückbeton-Recycling, Abwasser) sowie Einrichtungen für das Vorwärmen des Wassers und (ggf.) der Zuschläge bei Winterbetrieb. Ein allgemeines Verfahrens-Fließbild einer Betonmischanlage ist in Bild 6.7 dargestellt. Da dieses noch keine Dosierung von Betonzusätzen enthält, zeigt ergänzend Bild 6.8 die Hauptfunktionsgruppen einer modernen Betonmischanlage.

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

1 Vorratssilo 2 Beschickerwaage 3 Zementeinblasung 4 Zementsilo 5 Abluftfilter 6 Zementförderschnecke 7 Zementwaage 8 Wasserdosierung 9 Kompressor/Druckluftanlage 10 Tellermischer 11 Steuerraum

Bild 6.7: Verfahrens-Fließbild einer Mischanlage [6.13]

6.3.1.3 Mischerbauarten An Mischerbauarten sind absatzweise und stetig arbeitende Mischer zu unterscheiden. Absatzweise arbeitende Mischer sind die Regel. Für Massenbeton (Betonpisten von Flughäfen, Tunnel, Fahrbahndecken von Autobahnen) werden inzwischen auch stetig arbeitende (Durchlauf-)Mischer eingesetzt [6.15]. Bei den in Mischanlagen absatzweise arbeitenden Betonmischern kommen nur noch Teller- und Trogmischer vor (Tab. 14). Stand der Technik und am weitesten verbreitet sind Ringtellermischer mit schnell drehenden umlaufenden Planetenrührwerken, die bei 30 Sekunden Mischdauer eine genügende Homogenität des Betons erzielen [6.14]. Fahrmischer sind dagegen Trommelmischer. Sie bestehen aus einer rotierenden Trommel mit innen schräg bzw. spiralförmig angebrachten Leitblechen. Diese heben bei der Umdrehung das Mischgut zunächst hoch und lassen es dann frei fallen, wodurch sich die einzelnen Komponenten miteinander vermischen.

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

183

Bild 6.8: Hauptfunktionsgruppen einer Betonmischanlage [6.14]

Trommelmischer entleeren entweder durch Kippen der Trommel, Umkehraustragung oder Öffnen einer (dann) 2-teiligen Trommel, Teller- und Trogmischer durch Bodenöffnungen. Die Fahrmischer werden mit 3 bis 5 Achsen als Umkehrmischer von 6 bis 15 m³ Nennfüllung (in m³ Festbeton) gebaut (Bild 6.9).

184

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Kipptrommelmischer wurden zuletzt nur noch bei großen Betonmischanlagen ab etwa 3,0 m³ Trommelinhalt eingesetzt (s. Bild 6.14).

Tabelle 14: Bauarten von Betonmischern (DIN 459, Teil 1 [6.16])

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

185

Das Entleeren des Mischers kann direkt oder über einen Auslauftrichter in Fahrmischer, LKW mit Stahlmulde (bei steifem Beton), Krankübel, Aufgabetrichter einer Betonpumpe oder auf ein Förderband erfolgen. Die Größe von Betonmischern wird nach ihrer Nennfüllung in m³ angegeben. Übliche Mischergrößen sind 0,5–0,75–1,0–1,25–1,5–2,0–2,25 m³, für große Mischanlagen ab 3,0m³. Für das Mischen von Mörtel werden kleinere Mischer mit 75, 150 und 250 l Nennfüllung gebaut.

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.9: 3-Achs Fahrmischer [6.17]

6.3.1.4 Bausysteme von Betonmischanlagen Mischanlagen werden nach dem Baukastenprinzip als Kompaktanlagen serienmäßig gebaut, wodurch sie relativ schnell auf- und abgebaut werden können. Variable Bauhöhen ermöglichen die Mischgutabgabe in Krankübel, LKW, Betonpumpen, Fahrmischer oder auf ein Förderband. Zur Beschickung eines Betonmischers sind drei Varianten zu unterscheiden: − der Kübelaufzug − die Beschickung über ein Förderband, − die Beschickung durch Schwerkraft Diese erfolgt durch das Eigengewicht der Betonzuschläge und des Zements aus den über dem Mischer angeordneten Silos und Waagen. Daraus haben sich 3 Standardsysteme von Betonmischanlagen entwickelt. Dies sind die Mischanlage mit Zuteilstern, die Reihenanlage und der Mischturm. Die Varianten 1 und 2 werden als Horizontalanlagen, Variante 3 als Vertikal- bzw. Turmanlage (Mischturm) bezeichnet. Ob sie die jeweils wirtschaftlichste Lösung darstellen, muss von Fall zu Fall untersucht werden. Welches Anlagenkonzept im Einzelfall zu wählen ist, hängt auch von den Standortbedingungen ab [6.14, 6.18]. − Mischanlage mit Zuteilstern Der Aktivvorrat über den Dosieröffnungen der Betonzuschläge im Zuteilstern wird durch einen manuell oder automatisch arbeitenden Ausleger-Schrapper beschickt. Die abgewogenen Zuschläge kommen mit einem Kübelaufzug in den Mischer. Die Zementsilos können über oder neben der Mischanlage aufgestellt werden. Der Zement wird über Steilförderschnecken direkt in die Waage über dem Mischer gefördert (Bild 6.10.1).

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

187

Die Zementsilos werden durch Silofahrzeuge mit losem Zement beschickt, der mit Druckluft eingeblasen wird. Sonderformen dieses Typs für geringe Betonleistungen (~ 30 m³ Festbeton/h) sind die Zuschlaglagerung im Taschen- oder Reihensilo (Bild 6.11).

Bild 6.10.1: mit Sternsilo (Zuteilstern)

Bild 6.10.2: mit Reihensilo

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.10.3: mit Rundsilo Bild 6.10: Horizontale Betonzentralen (bspw. Betonmix 0,5–3,0) [6.14])

− Reihenanlage Horizontale Betonzentralen mit Reihensilo nach Bild 6.10.2 sind wie Sternanlagen für Betonierleistungen von etwa 50 bis 100 (120) m³ Festbeton/h ausgelegt. Sie sind zweckmäßig, wenn − größere Mengen an Zuschlagstoffen auf der Baustelle gelagert werden müssen, − ein größerer Aktivvorrat als bei der Sternanlage verfügbar sein soll oder − über ein Förderband direkt aus den Vorratssilos einer Kies-Aufbereitungsanlage abgezogen werden kann. Die Silotaschen werden vom Zuschlagstofflager der Baustelle durch Radlader beschickt. Eine Anlage nach Bild 6.10.2 braucht jedoch mehr Platz als eine Sternanlage. Sowohl Stern- als auch Reihenanlagen sind im Winter nur schwer zu beheizen. Anstelle von Stern- und Reihensilos können bei horizontalen Betonanlagen mit Kübelaufzug die Zuschläge auch in einem Rundsilo gelagert werden (Bild 6.10.3, [6.14]).

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

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Bild 6.11: Betonzentrale Compact mix 0,5 für geringe Betonierleistungen [6.14]

− Vertikale Betonzentralen(Betonmischtürme) Anlagen dieser Art (Bild 6.12) sind nur für große Betonierleistungen im Dauerbetrieb oder für Transportbetonwerke wirtschaftlich. Sie werden für Stundenleistungen von 55 bis 150 m³ Festbeton serienmäßig gebaut (Betomat I–IV, mit 2 Zuschlagwaagen und 2 Fahrspuren bis 180 m³/h [6.14]). Statt mit SenkrechtBecherwerken können die Zuschlagsilos auch über Förderbänder beschickt werden (Bild 6.13). Der Vorteil eines Betonmischturms liegt im minimalen Platzbedarf. Bei allen Mischern werden Zuschläge und Zement über Waagen dosiert. Zementwaagen werden durch eine staubdichte Förderschnecke aus dem Zementsilo beschickt und entleeren staubdicht in den Mischtrog. Auf diese Weise und durch den nach oben abgeschlossenen Mischtrog wird Staubbelästigung weitgehend vermieden. Für die Zugabe von Wasser und Zusatzmitteln sind neben Waagen auch andere Varianten möglich (Bild 6.8), wobei in der Rezeptur des Betonlabors die Eigenfeuchte der feinen Betonzuschläge berücksichtigt werden muss, die im Vorratssilo zu messen ist. Durch eine entsprechende Steuerautomatik können laufend verschiedene Betonsorten gemischt werden. Ein Druckwerk druckt die Betonzusammensetzung auf die Lieferscheine der einzelnen Fahrzeuge (für die Baustellenkontrolle bei Transportbeton wichtig).

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.12: Betonmischturm (Schema) [6.14]

Bild 6.13: Beschickung der Zuschlagsilos über Förderband

Als Beispiel eines großen Betonmischturms für eine Massenbetonbaustelle sei der Mischturm für den Bau der Sperrmauer Zillergründl für die Tauernkraftwerke AG in den Österreichischen Alpen mit einer Gesamtbetonkubatur von 1,4 Mio. m³ erwähnt [6.18]. In diesem für eine Leistung von 360 m³ Festbeton/h ausgelegten Mischturm (Bild 6.14) sind "vier 4,5 m³ – Kipptrommelmischer installiert, die den Beton in entsprechende Frischbetonsilos von je 9 m³ Fassungsvermögen abgeben.

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

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Das Kiesvorratsvolumen im Mischturm beträgt 1.200 t, die beiden Zementsilos im Mischturm haben ein Fassungsvermögen von insgesamt 200 t. Der Mischturm arbeitet vollautomatisch und wird über eine zentrale Rechenanlage gesteuert. Von diesem Mischturm aus wurde auch der Kiestransport über ein langes Förderband von der Kiesaufbereitungsanlage her gesteuert, ebenso Abruf und Zugabe von Scherbeneis sowie der Abzug des Zements aus den Vorratsbehältern. Die Eigenfeuchte der Zuschlagstoffe wurde über Sonden in den Silos gemessen, in der zentralen Rechenanlage ausgewertet und im Mischrezept berücksichtigt," [6.18]. Die weiteren technischen Daten dieser Baustellenbetonanlage sind in Tab.15 zusammengefasst.

1 Zemententstaubung 2 Drehverteilerschurre 3 Zuschlagstoffsilos und Zementsilos 4 Wiegeeinrichtung mit Wasserdosierung 5 4 Freifallmischer á 4,5 m³ 6 4 Frischbetonsilos á 9 m³ 7 Steuerkabine

Bild 6.14: Betonmischturm der Sperrenbaustelle Zillergründl [6.18] Tabelle 15: Technische Daten der Baustellen-Betonanlage Sperre Zillergründl [6.18]

192

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Tabelle 15 (Forts.)

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

193

Die Entscheidung über Beschaffung und Einsatz von Betonmischanlagen kann neben den schon genannten Kriterien und ggf. Umwelteinflüssen nur anhand von Wirtschaftlichkeitsberechnungen getroffen werden (Vergleichskalkulation über die Kosten je m³ Beton in Abhängigkeit von der Nutzungsdauer der Anlage, ihrem Einsatzgrad, dem Bedienungs- und Betriebsstoffaufwand sowie den Auf- und Abbaukosten), wobei die Annahmen sorgfältig abzuschätzen sind. Zur größeren Betriebssicherheit bei Maschinenstörungen und besseren Leistungsanpassung bei wechselnder Abnahme werden Mischtürme häufig statt mit einem großen mit zwei kleineren Mischern ausgerüstet. Bei über längere Zeit laufenden Großbaustellen in Stadtzentren wie bspw. in den letzten Jahren in Berlin wurden – wie schon vor 40 Jahren im Autobahndeckenbau – Betonzentralen mit Gleisanschluss und eigenen Baustraßen (Berlin) für die Betonlieferungen an mehrere Baustellen mit Fahrmischern eingerichtet. Dadurch wurde eine ungestörte Versorgung der Baustellen mit Frischbeton möglich und der dichte öffentliche Straßenverkehr nicht behindert [6.19].

6.3.1.5 Leistung von Betonmischern und Mischanlagen Die theoretische Mischleistung absatzweise und stetig arbeitender Mischer ergibt sich aus Abschnitt 3 der DIN 459-1, Nr. 3.1.9 und 3.2.3. Für absatzweise arbeitende Mischer beträgt sie Qth = VNenn · n [m³/h Festbeton].

(43a)

VNenn = Nenninhalt des Mischers [m³ fest], n

= theor. Spielzahl/h = ts

3600 [s] /h ts [s]

= theor. Spielzeit [s]

Das Leistungsdiagramm der Mischanlage in Bild 6.15 zeigt, dass sich Teilzeiten der Spielzeit teilweise überlappen. Als Mischergröße wird jeweils der Nenninhalt in m³ Festbeton angegeben. Die Füllmenge/Arbeitsspiel an Zuschlägen, Bindemittel, Zusatzstoffen und Wasser muss daher um das Verdichtungsmaß (1,45) größer sein als das Volumen des verdichteten Frischbetons (Tab.14). Im Betrieb ist pro Arbeitsspiel noch eine Sicherheitszeit von weiteren 5 s zu berücksichtigen (Bild 6.15). Die maximale Leistung/h eines Mischers ergibt sich dadurch zu Qth = VNenn · n´ =

VNenn ⋅ 3.600 [s] [ m³/h fest]. ts + 5 [s]

(43b)

194

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Für das Einbauen des Betons ist die wegfahrbare bzw. abnehmbare Leistung der Mischanlage maßgebend. Sie ergibt sich bei Abnahme des Betons durch Fahrmischer und den Daten des Leistungsdiagramms in Bild 6.15 aus der − Anlaufspielzeit A, − der Spielzeit für m weitere Mischungen und − der um 3 s längeren Entleerzeit des Mischers beim letzten Spiel (für das vollständige Entleeren), d.h. aus der praktisch möglichen Spielzeit F = A + m · C + 3 [s]

(44)

Unter Berücksichtigung eines Nutzleistungsfaktors von 0,83 (50 min-Std.) ergibt sich daraus die wegfahrbare (einzubauende) Betonmenge/h zu QN = 0,83 · Beispiel:

3.600 [m³/h fest]. F

(45)

Horizontale Betonanlage mit Wiegeband und Kübelaufzug, Ringtellermischer Liebherr RIM 2,25 [m³], Teilzeiten nach Leistungsdiagramm in Bild 6.15, Fahrmischer HTM 904 (Nennfüllung 9 m³ Festbeton d.s. 4 Mischerspiele)

Anlaufspiel A = 32 + 28 + 18 + 18 + 30 + 35 = 161 s, Spielzeit für die weiteren Mischungen C = 5 + 18 + 30 + 35 = 88 s, m = 4–1 = 3. Daraus folgen 3.600 s F = 161 + 3 · 88 + 3 = 428 s, d.s. = 8,41 Fahrmischerladungen/h 428 s 60′ bzw. = 7, 14′ /Ladespiel 8,41 und 3.600 = 0,83 · 8,41 = 7 Fahrmischerladungen/h QN = 0,83 · F = 7 · 9 m3 = 63 m³/h fest. Die theoretische Mischerleistung beträgt 3.600 s = 98 m³/h fest, die theoretische Leistung der 83 s Fahrmischerbefüllung 8,41 Ladungen/h · 9m3 fest/Ladung = 76 m3/h fest.

Qth = VNenn · n = 2,25 m³ ·

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

Bild 6.15: Leistungsdiagramm einer Mischanlage [6.14]

195

196

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

6.3.1.6 Steuerung von Betonmischanlagen Betonmischanlagen sind mit hoch entwickelten Mikroprozesssteuerungen ausgerüstet und können daher von einem Mann bedient werden. Dabei lässt sich der Ablauf des Mischvorgangs am Steuerstand auf einem Tableau verfolgen und kontrollieren. Eine wesentliche Voraussetzung zum Einhalten der Vorgaben für die jeweils geforderte Betonqualität ist eine verlässlich arbeitende Feuchtemessung in den Zuschlagstoffen, vor allem im Sandbereich. Dabei sollen die kontinuierlich ermittelten Feuchtewerte der Zuschlagstoffe automatisch zu einer Korrektur der rezeptgemäßen Wassermenge in der betreffenden Charge führen. Eine in der Praxis bewährte Lösung dieser Aufgabe ermöglicht bspw. das Litronic-Feuchtemaß-System (FMS) im gemeinsamen Einsatz mit einer Mikroprozesssteuerung. Funktionen, Leistung und weitere Möglichkeiten derartiger Steuerungssysteme (bspw. zur Dokumentation) sind den Werksangaben der Hersteller zu entnehmen [6.20, 6.21].

6.3.1.7 Betonrecycling Der Rück- und Restbeton aus Fahrmischern ist zur Wiederverwendung aufzubereiten. Das Funktionsschema einer Recyclinganlage ist in Bild 6.16 dargestellt. Durch Auswaschen des noch nicht erhärteten Frischbetons entsteht ein rieselfähiges Zuschlaggemisch und Recyclingwasser, das aus Wasser und feinen Feststoffen aus Zement, Zusatzstoffen und Zuschlag besteht. Der ausgewaschene Restbetonzuschlag wird wieder der Korngruppe 16/32 zugegeben, das Restwasser als Anmachwasser verwendet [6.14].

6.3.1.8 Mobile Betonmischanlagen Neben den Merkmalen moderner stationärer Betonanlagen wie große Mengenleistung, hohe Betonqualität und große Zuverlässigkeit gelten für Baustellenanlagen folgende weitere Anforderungen: − − − −

Schnell einsetzbar, Niedrige Fundamentkosten, Einfache Montage und Niedrige Betriebskosten.

Mobile Anlagen werden mit Mischergrößen von 1,0 bis 2,25 m³ Festbeton bzw. einer theoretischen Festbetonleistung von 55 bis 100 m³/h eingesetzt. Die kleineren Anlagen (1,0/1,5 m³ Mischergröße) werden vorwiegend mit Ringtellermischern, die größeren mit Doppelwellen-Trogmischern (2,0/2,25 m³) ausgerüstet. Für die Herstellung hydraulisch gebundener Tragschichten und von Beton im Verkehrswegebau sowie bei der Verwendung von Grobkorn über 60 mm sind diese Mischer besonders geeignet. Mobile Anlagen werden als Module gebaut und auf Sattelzuganhängern transportiert.

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

197

Um Beton gleich bleibender Qualität herstellen zu können, gehören auch zu einer mobilen Anlage eine vollautomatische Anlagensteuerung und ein EchtwertFeuchtemaß- und Feuchtekorrektursystem. Weitere Einzelheiten zu mobilen Mischanlagen (Minimal- oder Maximalausführung, Bauweise, Montagedauer, Leistungsumfang der Hersteller u. ä.) sind den Werksangaben der Hersteller zu entnehmen [6.22].

Bild 6.16: Funktionsschema einer Recyclinganlage [6.14]

6.3.1.9 Transportbeton / Mobile Baustellenanlage Unter Transportbeton versteht man Beton, dessen Bestandteile außerhalb der Baustelle in einer stationären Anlage zugemessen werden (s. Abschn. 6.1.1). Er kann − in dieser Anlage entweder fertig gemischt und mit Fahrmischern zur Einbaustelle transportiert werden (werk gemischter Transportbeton) oder − Zuschläge und Zement werden nur trocken in den Fahrmischer dosiert und mit diesem zur Einbaustelle transportiert. Gemischt wird durch Wasserzugabe während des Transports oder an der Baustelle (Fahrzeug gemischter Transportbeton). Eine Zugabe von Zusatzmitteln ist dabei nicht möglich, da Fahrmischer darauf nicht eingerichtet sind. In Europa hat sich werk gemischter Beton durchgesetzt, auch wenn hierbei die Kosten etwa 15% höher als bei Fahrzeugmischung liegen. Sie werden durch die erzielbare größere Homogenität des Betons aufgewogen. Fahrzeuggemischter Beton wird nur dort verwendet, wo durch besondere Umstände der Einbau des fertig

198

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

gemischten Betons innerhalb von 90 Minuten nach der Herstellung nicht gewährleistet ist. Die Anforderungen an Transportbetonwerke, die Güteüberwachung und das Befördern des Betons sind in der DIN 1045, Teil 2 und 3, festgelegt [6.2, 6.3]. In Transportbetonwerken darf Beton aller Festigkeitsklassen hergestellt werden. Jede zur Lieferung vorgesehene Betonsorte ist in einem Betonsortenverzeichnis nach Festigkeitsklasse, Konsistenz und Zusammensetzung eindeutig zu beschreiben. Für jede Lieferung sind Aufzeichnungen (Werkstagebuch) zu führen; außerdem sind den Lieferungen Lieferscheine beizugeben. Frischbeton steifer Konsistenz darf mit Fahrzeugen ohne Rührwerk befördert werden, muss dann allerdings spätestens 45 Minuten nach Wasserzugabe vollständig entladen sein. Frischbeton anderer als steifer Konsistenz darf nur in Fahrmischern zur Verwendungsstelle befördert werden. Die Fahrmischer sollten spätestens 90 Minuten nach Wasserzugabe vollständig entladen sein [6.3]. Die Arbeits- und Verantwortungsbereiche zwischen Lieferwerk und Baustelle bei Verwendung von Transportbeton gehen aus Bild 6.17 hervor. Gegenüber Baustellenbeton weist Transportbeton folgende Vorteile auf [6.13]: − Auf der Baustelle muss keine eigene Betonanlage eingerichtet werden (bei Baustellen mit beengten Platzverhältnissen sowie diskontinuierlichem Betonbedarf ein wesentlicher Faktor), − geringerer Überwachungsaufwand (keine Eignungsversuche auf der Baustelle oder im firmeneigenen Labor, weniger betontechnisches Personal und Laboreinrichtungen bei den Baufirmen),

Bild 6.17: Arbeits- und Verantwortungsbereiche bei Transportbeton [6.23]

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

199

− große Betoneinbaumengen möglich, besonders bei großen Baukörpern (Fundamentplatten), dadurch erhebliche Zeit- und Kostenersparnis. Dieser Punkt kommt besonders bei Betoneinbau über Schüttrohre(-rinnen) oder Betonpumpen zum Tragen [6.6]. Die Verlagerung der Betonherstellung in baustellenunabhängige Mischanlagen entspricht dem Trend der Rohbauunternehmen, aus Gründen der Kostensicherheit Teilleistungen und -lieferungen durch spezialisierte Nachunternehmer erbringen zu lassen. Nachteilig war zunächst, dass Transportbeton wenigstens 2 Tage, bei großen Mengen 3–8 Tage vor dem Einbau bestellt bzw. abgerufen werden musste. Heute gilt (nur noch), dass bei Verarbeitung von hochfestem Beton der Betoniertermin dem Transportbetonwerk und dem Auftraggeber oder dessen Beauftragten mindestens 2 Arbeitstage im voraus mitzuteilen ist, damit die Ausgangsstoffe sowie die Geräte und Einrichtungen bereitgestellt bzw. geprüft werden können [6.3, Ziffer 8.4.3]. Die bei Bestellung und Abruf von Transportbeton dem Werk mitzuteilenden Angaben sind der DIN EN 206-1 und der DIN 1045-2, jeweils Ziff. 7, die wesentlichen Punkte von Betonlieferverträgen der Literatur zu entnehmen [6.23, 6.24]. Bei der Standortwahl von Baustellenanlagen sind die Transportkosten ein wichtiger Faktor. Damit diese sowohl für die Transportphase Kieswerk-Betonanlage als auch für die Phase Betonanlage-Einbaustelle minimal werden, sollten mobile Anlagen verkehrsgünstig an der Strecke zwischen Zuschlaggewinnung und Baustelle stationiert werden.

Bild 6.18: Kostenvergleich Baustellen / Transportbeton (Schema)

200

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Neben den genannten Gründen wird die Entscheidung, auf größeren Baustellen eine eigene Betonanlage einzurichten, anhand einer Wirtschaftlichkeitsberechnung getroffen. Trägt man dazu über den zeitlich verteilten Betonmengen die aus den einmaligen Kosten für die Einrichtung und den laufenden Betriebs- und Vorhaltekosten bestehenden Gesamtkosten der Betonherstellung auf, ergibt sich – bezogen auf den m³ Festbeton – eine ähnlich wie in Bild 6.18 verlaufende hyperbelförmige Kostenkurve. Durch Eintragen der Kosten für Transportbeton (Preisliste) erhält man aus dem Schnittpunkt der Kurven die kritische Menge Vx, von der an Baustellenbeton kostengünstiger als Transportbeton ist. Im einzelnen gehe ich auf diesen kalkulatorischen Verfahrensvergleich später ein. 6.3.2 Betonverarbeitung (Teilvorgang T32)

6.3.2.1 Aufgabe Der vom Transportbetonwerk angelieferte (oder auf der Baustelle hergestellte) Frischbeton ist an die jeweilige Einbaustelle zu fördern, in die Schalung einzubringen (zu verteilen) und zu verdichten. Dabei darf sich der Beton nicht entmischen. Das im Einzelfall erforderliche Bearbeiten der Betonoberfläche (Abziehen, Glätten) schließt den Betoneinbau ab. Die Produktionsstruktur der Betonverarbeitung ist in Bild 6.19 dargestellt.

Bild 6.19: Produktionsstruktur Betoneinbau (T3)

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

201

6.3.2.2 Einbauverfahren Für das Fördern von Beton als ersten Arbeitsgang der Betonverarbeitung (T 321) gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die wichtigsten sind − − − −

Schütten, mit Kran und Kübel, Pumpen, Bandförderung.

Beim Schütten des Betons (Fall 1) wird die Wirkung der Schwerkraft ausgenützt, um Frischbeton durch direktes Abkippen bzw. über Schüttrinnen in die Schalung einzubringen. Das unmittelbare Abkippen des Betons vom Förderfahrzeug in die Schalung ist das einfachste und billigste Förderverfahren (Bild 6.20). Es lässt sich immer dann anwenden, wenn der Beton mit Fahrmischern oder Radladern beigefahren werden kann und die freie Fallhöhe weniger als 1,50 m beträgt (sonst Entmischungsgefahr). Auf diese Weise sind in der Regel nur relativ geringe Einbauleistungen möglich (Ausnahme: mit 7 Schüttrohren bei fließfähiger Konsistenz des Betons i.M. 280 fm³/h [6.6]). Die Praxis verlangt jedoch maschinenintensive Einbauverfahren mit großen Förderleistungen bei einem Minimum an manueller Arbeit (industrielle Fertigung). Diese Forderung kann i.W. nur durch die anderen Einbauverfahren erfüllt werden, d.i. mit Kran und Kübel, durch Pumpen und durch Bandförderung.

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.20: Betoneinbau durch Schütten

Bei Kraneinsatz (Fall 2) sind je nach den Baustellenbedingungen Turmdrehkräne (Regelfall), Portal-, Brückenlauf- und Kabelkräne, in Sonderfällen Seilbagger und Autokräne mit Verladegreifer zu unterscheiden. Der Beton wird hierbei aus Fahrmischern in einen Kübel entleert, der mit dem Hebezeug an die jeweilige Einbaustelle gebracht wird. Dabei bleibt der Kübel am Kranhaken. Die Kübel weisen am unteren Ende einen Siloverschluss auf, der bei kleinen Kübeln von Hand, bei größeren durch Druckluft geöffnet wird. Sehr große Betonkübel werden zum Entleeren abgerollt, um das schlagartige Entlasten des Kranseils zu vermeiden. Im Schema ist dieser Fördervorgang in Bild 6.21 dargestellt. Um das minimale Lastmoment zu erreichen, steht der Kran an der Baugrubenböschung. Beim Betonieren enger, bewehrter Querschnitte (Stützen, dünne Wände) ist unter dem Siloverschluss des Krankübels ein Kunststoffschlauch von etwa 150– 200 mm ∅ angebracht, um die maximal zulässige freie Fallhöhe des Betons von 1,50 m nicht zu überschreiten. Das Einbauen von Frischbeton mit Krankübeln weist gegenüber Schüttbeton folgende Vorteile auf: − große Reichweite und Reichhöhe, − Minimum an Verteilarbeit – der Kübel wird genau dort entleert, wo der Beton gebraucht wird, − geringe Fallhöhe – damit wird verhindert, dass sich der Beton beim Einbringen in die Schalung entmischt. Das Fassungsvermögen der Krankübel ist durch die Tragfähigkeit der Hebezeuge (Krane) begrenzt. Im Hochbau sind 0,5–0,75–1,0–1,5 m³ – Kübel die Regel im Ingenieurbau bis 4,0 m³. Bei Massenbetonbaustellen (Betonstaumauern) werden Kübel bis etwa 10 m³ Inhalt verwendet. Ein Beispiel für den Einsatz eines Seilbaggers mit 2,5 m³ (Verlade-)greifer bei Massenbeton (Kaimauer) ist in [6.25] erwähnt. Bei der Betonförderung durch Pumpen und Rohrleitungen (Fall 3) kann der Beton über stationäre (Verteilermast) und mobile Ausleger (Autobetonpumpe) verteilt werden. Die kontinuierliche Pumpförderung mit Rohrdurchmessern von 100 und 125 mm ist ein optimales Einbringverfahren für plastischen und weichen Beton (Konsistenz F2 und höher).

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

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Bild 6.21: Betonförderung mit Kran und Kübel

Für Pumpförderung muss der Frischbeton eine gleichmäßige plastisch bis weiche Konsistenz aufweisen; der Zementgehalt soll bei etwa 300 kg/m³, der Betonzuschlag im besonders guten (oberen) Bereich der Sieblinien liegen. Ggfs. sind dem Beton plastifizierende Zusätze beizugeben. Bei Inbetriebnahme der Pumpe empfiehlt sich das Durchpumpen einer Mischung mit erhöhtem Feinmörtelanteil, um die Rohrwandungen zu benetzen und spätere Verstopfungen zu vermeiden. Bei auf der Baustelle verlegten Förderleitungen soll die Leitungsführung zügig und mit möglichst wenig Krümmern erfolgen. Der Förderstrom darf nicht abreißen. Bei der Förderung mit Autobetonpumpen (Pumpe und ausklappbarer Verteilermast auf LKW-Fahrgestell) brauchen in der Regel keine Rohrleitungen auf der

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Baustelle verlegt zu werden. Der hydraulisch bewegte, mehrteilige Ausleger bringt das Ende der Förderleitung an jeden Punkt innerhalb seines Aktionsbereiches (Bild 6.22).

Bild 6.22: Pumpen von Beton (Schema)

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

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In Verbindung mit Transportbeton stellt diese Methode eine sehr wirtschaftliche Lösung der Betonförderung dar, die auf kleineren und mittleren Baustellen heute die Regel ist, aber auch auf Großbaustellen – mehrere Pumpen fördern Beton in einen Bauteil (bspw. Fundamentplatte) – weite Einsatzbereiche findet [6.26]. Eine Weiterentwicklung der Betonförderung im unteren Leistungsbereich ist die Kombination Fahrmischer – Autobetonpumpe. Die Reichhöhen dieser Maschinen – derzeit 3 Größen – betragen 21 m (Förderleitung DN 100), 24 m (DN 125) und 26 m (DN 100). Die Reichweiten der letztgenannten 2 Größen betragen 19,8/21,7 m, die maximale Fördermenge 62 m³/h bei max. 48 bar. Die Mischtrommel hat eine Nennfüllung von 7 m³ (Bild 6.45 [6.44]). Als Sonderzubehör kann in den Endschlauch ein pneumatisches Sperrventil eingebaut werden. Es verschließt sicher den Endschlauch beim Umsetzen. Bei turmartigen Gebäuden ist Pumpbeton die bevorzugte (rationellste) Betonförderung, wie Beispiele aus aller Welt beweisen [6.27–6.29]. Bei Bandförderung (Fall 4) soll die Bandgeschwindigkeit wegen Entmischungsgefahr beim Abwurf etwa 1,0 m/s nicht überschreiten. Außerdem ist am Band ein Abstreifer für Zementleim vorzusehen. Der Beton sollte in einen Trichter (ggf. mit angehängten Hosenrohren) abgeworfen werden, um Entmischung zu vermeiden. Für geringe Förderleistungen (Hochbau) sind Fahrmischer mit aufgebautem Förderband auf dem Markt [6.13]. Für größere Einbauleistungen haben sich – auch bei steifem Beton – Geräte bewährt, die aus einem Radlader-Fahrgestell als Grundgerät mit einem darauf montierten, etwa 80 cm breiten Förderband bestehen. Damit sind bei Ufermauern von großen Flusskraftwerken Einbringleistungen von etwa 50–80 fm³/h erreicht worden. Insgesamt gesehen stellt das Fördern von Beton über Bänder jedoch nicht den Regelfall dar. Ein modernes Gerät für das Fördern von Schüttgütern (Kies, Sand, Erde) und Beton ist der Telebelt von Putzmeister. Grundgerät ist ein 4-achsiges LKWFahrgestell. Das aufgebaute Förderbandsystem verfügt über ein teleskopierbares Zuführband und einen teleskopierbaren Förderbandausleger mit 32 m Reichweite. Beim Aufbringen der 14 cm starken Filter-Tragschicht aus Schotter der Körnung 2/40 auf die Böschungen des Oberbeckens für das Pumpspeicherwerk Goldisthal wurden damit täglich bis 3.600 m² eingebaut [6.30]. An weiteren Einbauvarianten ist, wie schon erwähnt, das Fördern des Betons durch Radlader und in Grabgefäßen von Baggern möglich; die Aufzählung ist nicht vollständig.

6.3.2.3 Kriterien zur Verfahrenswahl Neben der Betonkonsistenz hängt die Wahl des Förderverfahrens von den besonderen Standortbedingungen der Baustelle ab. Dazu zählen die Baustellengeometrie, die Verteilung der Betonmengen im Bauwerk (Betonierabschnitte), die Betonierfolge – etwa gleichmäßiges Einbringen ungefähr gleicher Betonmengen (stetig oder in kurzen regelmäßigen Intervallen)

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

oder Betonieren relativ weniger großer Baukörper in größeren Zeitabständen – und der Betonförderweg Mischer – Bauteil bzw. Anlieferpunkt – Bauteil. Dieser ergibt sich aus den Abmessungen des herzustellenden Bauwerks (Bild 6.23). Dabei sind Horizontal- und Vertikaltransport zu unterscheiden, wobei sich die Transportentfernungen nach dem Baufortschritt verändern können (Bild 6.24). Im übrigen ist die Wahl der Betonförderung von den Liefer- und Einbaugeschwindigkeiten abhängig, die sich aus Art und Größe der jeweils zu betonierenden Bauteile, der maximalen Steiggeschwindigkeit des Frischbetons in der Schalung bzw. dem maximalen Schalungsdruck ergeben. Stützen und Wände können als feingliedrige Bauteile nicht zügig mit Beton gefüllt werden, da dieser nach dem Einbringen in die Schalung lagenweise verdichtet werden muss. Bei Decken, besonders aber bei Stützmauern, Brückenpfeilern und großflächigen, dicken Fundamentplatten kann die Einbringleistung wesentlich größer sein, ggf. ist das Fördern des Betons im Parallelbetrieb, d.h. gleichzeitig an mehreren Einbaustellen, die im Einzelfall rationellste Lösung [6.6, 6.26]. Die Arbeitskosten der Betonförderung hängen i.W. von der Einbringleistung ab. Je nach Bauteil und Einbaumenge können auf einer Baustelle auch verschiedene Förderverfahren zum Einsatz kommen [6.25].

Bild 6.23.1: Hochbau

Bild 6.23.2: Ingenieurbau Bild 6.23: Betonförderwege

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

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Bild 6.24: Wahl des Förderverfahrens nach den Standortbedingungen der Baustelle

Wie im Erdbau hängt auch für das Fördern von Beton die Verfahrens- und Gerätewahl neben den Baustellenbedingungen von den Kosten ab, die im Einzelfall über einen kalkulatorischen Verfahrensvergleich zu ermitteln sind. Um sie so gering wie möglich zu halten, sind – analog zum Erdbau – die Förderwege zu minimieren, d.h. der Beton ist möglichst nahe am Fördergerät herzustellen oder bereitzustellen. Das Fördergerät (Kran, Autobetonpumpe) ist so dicht als möglich neben den jeweiligen Betonierabschnitt zu stellen (Bild 6.25). Während es sich beim Pumpen und der Bandförderung um reine Betonfördermittel handelt, ist im Gegensatz dazu der Kran ein universelles Transportgerät einer Baustelle. Das Fördern von Beton mit Kübeln stellt deshalb oft nicht den für die Gerätewahl maßgebenden Lastfall dar.

Bild 6.25: Kosten von Baustellentransporten

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

6.3.2.4 Einsatz der Förderverfahren nach der Betonkonsistenz Steifer Beton (F1 bzw. C0, C1) Steifer Beton für unbewehrte oder gering bewehrte Bauteile und als Massenbeton ist – das gilt für alle Konsistenzbereiche – bei Transport und Einbau vor Entmischung und schädlichen Witterungseinflüssen (Regen, starke Sonneneinstrahlung) zu schützen; die Förderwege sollen möglichst kurz sein. Die Gefahr der Entmischung ist bei steifem Beton jedoch am geringsten. Für den Horizontaltransport können − Fahrzeuge ohne Mischer oder Rührwerk, wobei die Gefahr des Entmischens durch Erschütterungen möglichst vermieden werden soll, − Fahrmischer − und Radlader eingesetzt werden (letztere jedoch nur in Sonderfällen bei geringen Fördermengen). Horizontal- und Vertikaltransport sind mit Kran und Kübel möglich. Beim Fördern von steifem Beton soll wegen Entmischungsgefahr die freie Fallhöhe 1,50 m, bei Rutschen die Gesamthöhe max. 5,0 m, bei Fallrohren (Hosenrohre) max. 10,0 m nicht überschreiten. Plastischer und weicher Beton (F2, F3) Plastischer und weicher Beton sind die Regelkonsistenzen für gering bis stark bewehrten Beton. Für den Horizontaltransport können neben Fahrmischern − Autobetonpumpen, − stationäre Betonpumpen mit Rohrleitungen und − Bandförderung (bei plastischem Beton) eingesetzt werden. Horizontal- und Vertikaltransport sind − mit Kran und Kübel und − mit Betonpumpe und Rohrleitungen möglich. Das Standardgerät für Rohrförderung ist die Autobetonpumpe. Die Betonkübel (-silos) können je nach Art des zu betonierenden Bauteils (Fundament, Stütze, Wand, Decke) oder Bodenschalung im Fertigteilwerk besonders ausgebildet sein (Bodenentleerung, seitliche Entleerung, Schlauch). An größeren Betonkübeln ist häufig eine Plattform für den Bedienungsmann (Personalaufnahmekorb) zum Öffnen des Kübels angebracht. Auch das Öffnen mit Reißleine oder Funkfernsteuerung ist möglich (Bild 6.26 [6.31]). Um Entmischung zu vermeiden, sollte bei Betonkonsistenzen von F2 und größer die freie Fallhöhe nicht voll ausgenutzt werden (< 1,50 m). Beim Einbringen mit Kran und Kübel ist dieser direkt über die Einbaustelle zu führen. Die Endstücke von Rohrleitungen (Kunststoffschlauch) sollen beim Einbauen des Betons direkt über der Betonierstelle enden.

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

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Bild 6.26.1: Betonsilo mit geradem Auslauf

Bild 6.26.2: Betonsilo mit Personenaufnahmekorb

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.26.3: Betonsilo mit Funkfernsteuerung Bild 6.26: Betonsilos [6.31]

Mit Fließmitteln kann weicher Beton gepumpt werden. Er ist neben der Förderung mit Kran und Kübel heute der Regelfall im Hoch- und Ingenieurbau. Sehr weicher Beton und Fließbeton (F4, F5 und höher) Wegen der großen Entmischungsgefahr ist auch Beton dieser Konsistenzen nur mit Fahrmischern zu transportieren. Einen Sonderfall stellt der Fließbeton dar (F5, F6), der im Ausbreitmaß über F4 liegt. Seine Fließfähigkeit wird durch Zusätze (Betonverflüssiger) erreicht. Bei Verwendung von „Superverflüssigern“ lässt sich auch Beton mit einer Konsistenz zwischen F3 und F5 als Fließbeton verarbeiten. Beim Einbauen ist dann jedoch darauf zu achten, dass kein Entmischen eintritt. Fördern und Einbauen erfolgt i.d.R. mit Betonpumpen.

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

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6.3.3 Maschinen und Geräte zur Betonförderung Die für das Fördern von Beton verfügbaren Maschinen und Geräte sind in Bild 6.27 zusammengestellt. Danach sind für die vorgenannten Förderverfahren i.W. − Hebezeuge (Krane), − Betonpumpen und Betonverteiler, − Förderbänder zu unterscheiden. Da letztere kaum mehr verwendet werden, gehe ich nicht weiter darauf ein. Innerhalb der Hebezeuge (Krane) sind 1. 2. 3. 4. 5.

Turmdrehkrane, Portalkrane, Brückenlaufkrane, Kabelkrane und Autokrane zu unterscheiden.

6.3.3.1 Hebezeuge (1) Turmdrehkrane In der Gruppe der Turmdrehkrane sind Unten- und Obendreher zu unterscheiden. Zu den Untendrehern zählen die leichten Schnelleinsatzkrane, zu den Obendrehern die größeren Krane mit Laufkatzen- und Nadelausleger. Untendreher drehen über dem Unterwagen Turm und Ausleger, Obendreher auf dem Turm nur den Ausleger und die Getriebebühne. Großkrane mit Nadelausleger sind ebenfalls Unterdreher. Aus Kostengründen werden Turmdrehkrane, wenn möglich, stationär aufgestellt, sind jedoch in der Regel gleisfahrbar und können, wenn sie mit Kurvenfahrwerk ausgestattet sind, auch enge Radien befahren. Für besondere Einsätze (häufige Ortsveränderungen auf Flächenbaustellen) können Turmdrehkrane auch auf ein LKW-Fahrgestell montiert oder mit Raupenfahrwerk ausgerüstet werden. Die wichtigsten Einsatzdaten eines Kranes sind Hakenhöhe, Ausladung und Tragkraft sowie die Arbeitsgeschwindigkeiten für Heben und Senken der Last, Katzfahren und Drehen; im Gleisbetrieb die Fahrgeschwindigkeit. Die Kenngröße ist das maximale Lastmoment in [mt]. Die Kranbewegungen und die Sicherheitseinrichtungen (Lastbegrenzung) werden inzwischen weitgehend elektronisch gesteuert. Größere Krane können mit Betriebsdatenerfassung, -speicherung und Teleservice ausgestattet werden [6.32]. Für die Einsatzplanung (Beurteilung, welcher Kran für welchen Einsatz am besten geeignet ist) werden die wichtigsten Merkmale der verschiedenen Krantypen kurz dargestellt. Auf Einzelheiten der maschinentechnischen Ausrüstung, Steuerung sowie die Sicherheitseinrichtungen gehe ich nicht ein. Dazu sei auf die Herstellerangaben verwiesen.

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.27: Betonfördergeräte und Varianten

Die im Baubetrieb einzuhaltenden Regelungen zur Arbeitssicherheit sind in der Baustellenverordnung, den dazu gehörenden Regeln zum Arbeitsschutz auf Baustellen und in den Unfallverhütungsvorschriften der Berufsgenossenschaften zusammengefasst [11.101, 11.102]. Sicherheitsabstände im Kranbetrieb und die Böschungswinkel, die beim Verlegen von Krangleisen an Baugrubenrändern und bei der Kranaufstellung mit Einzelabstützung einzuhalten sind, gehen auch aus der Kurzfassung der Sicherheitsbestimmungen in [6.33] hervor. Als universelles Transportgerät einer Baustelle übernimmt der Turmdrehkran den gesamten Transport aller umzuschlagenden Güter in vertikaler und horizontaler Richtung. Alle übrigen Transportmittel (LKW, Betonpumpe, Material- und Personallifte, Gabelstapler) können nur spezielle Aufgaben lösen. Aus den baustellenspezifischen Anforderungen haben sich folgende Turmdrehkranbauarten entwickelt [6.32]: 1. (leichte) Schnelleinsatzkrane mit Katzausleger (unten drehend), 2. Kletterkrane mit Katzausleger (oben drehend), 3. Kletterkrane mit Nadelausleger (oben drehend), 4. Großkrane mit Nadelausleger (unten drehend), 5. Sonderausführungen (Auto-, Mobilkrane). Zu 1.: Schnelleinsatzkrane mit Katzausleger Krane dieser Gruppe werden bis 120 mt Lastmoment gebaut und sind von allen Turmdrehkranarten nach der Stückzahl die am meisten verwendeten Geräte. Die weitaus größte Zahl liegt jedoch im Nennlastbereich bis etwa 60 mt. Innerhalb dieser Gruppe lassen sich 3 Baureihen unterscheiden:

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

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− besonders leichte Schnelleinsatzkrane von 13 bis 26 mt Lastmoment (bspw. der 13 HM mit Hakenhöhe bis zu 20,7 m, einer max. Ausladung von 20 m und der Minimaltraglast von 1.200 kg), − Schnelleinsatzkrane mit einem Lastmoment von 30 bis 57 mt (doppelt teleskopierbar) und − weitere Schnelleinsatzkrane mit Hakenhöhen von 11,7 bis 32,7 m bei waagrechtem Ausleger (bei Auslegersteilstellung von 30° bis zu 53,2 m), Ausladung von 25,5 bis 45,0 m, einer maximalen Traglast von 2,075 bis 8,0 t und Lastmomenten von 32 bis 120 mt. Diese Krane können sich nach Herstellung des Stromanschlusses selbst aufstellen und den Ballast selbst auflegen. Bei guter Organisation kann auch ein größerer Schnelleinsatzkran innerhalb eines halben Tages einsatzfähig auf der Baustelle aufgebaut werden. Ein weiterer Vorteil dieser Krane liegt darin, dass sie als Zweiachsanhänger oder Sattelauflieger auf der Straße schnell von einer Baustelle zur anderen transportiert werden können. Soweit als möglich wird der stationäre Einsatz bevorzugt, auch dann, wenn dafür ein Typ mit größerer Ausladung erforderlich wird, um die kostenaufwendige und Platz verbrauchende Gleisanlage auf der Baustelle einzusparen. Wegen Einhaltung der STVZO-Vorschriften für den Turmdrehkrananhänger hinsichtlich Abmessungen, Gewicht und Achslast sind die Schnelleinsatzkrane in ihrer Größenordnung begrenzt. Als Beispiel aus der vorgenannten dritten Baureihe ist in Bild 6.28 ein Kran vom Typ 34 K dargestellt.

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Neuere Entwicklungen innerhalb dieser Baugruppe sind der 13 HM und der 2-fach teleskopierbare 32 TT-Kran (Bild 6.29). Bei diesem Kran ist der 18 m lange Ausleger um jeweils 2,0 m bis zu 30 m Ausladung teleskopierbar, der Turm von 14,5 auf 19 und 24 m Hakenhöhe. Bei einer Auslegerneigung von 20° beträgt die größte Hakenhöhe 31,5 m (bei 28,5 m Ausladung). Weitere Krandaten zur Einsatzplanung enthält der Anhang 28.1. Diese TT-Krane sind durch eine besondere Montagekinematik in kürzester Zeit betriebsbereit (Bild 6.30) und bieten dadurch große Kranleistung im Kompaktformat. Mit Transportachse und LKW bzw. Sattelauflieger kann auch dieser Kran in zusammengeklapptem Zustand mit 80 km/h über öffentliche Straßen transportiert werden.

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

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Bild 6.28: Schnelleinsatzkran mit Katzausleger [34 K, 6.32]

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.29: Schnelleinsatzkran 32 TT [6.32]

Bild 6.30: Aufstellvorgang für den 32 TT

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

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Zu 2: Kletterkrane mit Katzausleger Diese oben drehenden Kletterkrane schließen hinsichtlich ihres Einsatzspektrums an die Schnelleinsatzkrane an. Sie werden überall dort eingesetzt, wo große Hakenhöhe, große Ausladung und/oder große Tragkraft gefordert sind und werden ebenfalls in verschiedenen Baureihen hergestellt. Die maximalen Lastmomente dieser Krane reichen inzwischen bis 500 mt und darüber hinaus. Zum Überblick und als Beispiele aus der Bandbreite dieser Großgeräte ist in Bild 6.31 ein Kran mit 140 mt Lastmoment und in Bild 6.32 mit 280 mt Lastmoment dargestellt. Die weiteren Krandaten enthält der Anhang A 28.2 und 28.3.

Bild 6.31: Kletterkran mit Katzausleger (140 EC-H6 [6.32])

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.32: Kletterkran mit Katzausleger (280 EC-H12 Litronic)

Dazwischen liegen Krane ohne Turmspitze (Biegebalken) mit einem Lastmoment von 80–180 mt, einer Tragkraft von 6,0–10,0 t bei einer Ausladung bis zu 60 m und einer Hakenhöhe bis zu 68 m (Bild 6.33). Auf die Lastmomentkurve 2 mit um 20% größerer Tragkraft kann der Kranführer durch Knopfdruck umsteuern. Der Vorteil des Kletterkrans liegt darin, dass der Turm nach der Grundmontage durch Einschieben von Turmschüssen mit Hilfe einer hydraulischen Klettereinrichtung auf große Hakenhöhen aufgebaut werden kann. Dabei sind − außen kletternde und − innen kletternde Kräne zu unterscheiden.

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

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Beim außen kletternden Kran wird dieser außerhalb des Gebäudes aufgestellt und kann dann selbst auf größere Hakenhöhe klettern (Regelfall). Wenn die freistehend mögliche Höhe überschritten wird, kann der Turm über eine Verankerung gegen das zu errichtende Gebäude abgestützt werden, so dass bspw. bei turmartigen Bauwerken über die freistehende Höhe hinaus größere Hakenhöhen erreicht werden können. Der Abbau des Krans geschieht nach dem gleichen Prinzip wie der Aufbau (er baut sich selbst bis auf eine Grundhakenhöhe ab). Ein Kletterkran im Inneren eines Gebäudes klettert ebenfalls Stockwerk über Stockwerk mit, sollte jedoch nicht im (einzigen) Fahrstuhlschacht vorgesehen werden, denn dort würde er die Fahrstuhlmontage bis zu seinem Abbau behindern. Wegen der günstigeren Anordnung (im Bauwerk) kann häufig ein kleinerer Krantyp als beim Außenkletterer gewählt werden. Dieser Krantyp wird inzwischen als EC-B Flat-Top-Baureihe in 14 Varianten von 50 bis 280 mt Lastmoment gebaut. Der Ausleger enthält einen Kompaktkopf, in den das Drehwerk, die Kugeldrehkreuz-Auflage, der Schaltschrank und die Krankabine integriert sind [6.89].

Bild 6.33: Kletterkran ohne Turmspitze (Biegebalken)

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Nachteilig ist das schwierige Transportieren von Kletterteilen und Führungseinrichtungen innerhalb des Gebäudes von Stockwerk zu Stockwerk und der spätere Abbau des gesamten Krans über Dach. Zu 3: Nadelauslegerkrane Krane mit Nadelausleger sind für den Einsatz auf besonders engem Raum, auf Baustellen mit höherer Krandichte oder für die Arbeit an besonders hohen Gebäuden konzipiert. Mit Nadelauslegerkranen können Hubhöhen erreicht werden, die erheblich über dem Anlenkpunkt des Auslegers liegen. Als Beispiel eines Nadelauslegerkrans aus der neuen Generation ist in Bild 6.34 ein Kran der Baureihe 355 HC-L 12/24 dargestellt. Seine besonderen Merkmale sind: − der horizontale Lastweg. Eine speicherprogrammierbare Steuerung ermöglicht das Fahren der Last (Bewegen des Auslegers) wie bei einem Obendreher mit Katzausleger. Beim Bewegen des Auslegers regelt die Steuerung das Hubwerk so nach, dass der Lasthaken auf horizontalem Weg bewegt wird, − stufenlose Hochleistungsantriebe, − kleiner Drehkreisradius, − praxisgerechte Montage. Die Drehbühne ist in mobilkrangerechte MontageKolli teilbar. Dazu kommt, dass die Nadelauslegerkrane der Baureihe HC-L für den Einsatz als Kletterkran im Gebäude entwickelt wurden. Die Türme können bei rasch wachsenden Projekten in Aufzugsschächten bzw. kleinsten Nischen eingesetzt werden (Turmsystem mit Abmessungen von 1,90/1,90 m). Die Kletterhydraulik befindet sich geschützt im Inneren des Turmstücks. Die weiteren Daten des Krans sind im Anhang A 28.4 dargestellt. Einsatzbeispiele von Kletterkranen gehen aus Bild 6.35 hervor. Zu 4: Großkrane mit Nadelausleger Diese unten drehenden Krane haben eine max. Tragkraft von 45 und 110 t bei 107 m und 160 m Hakenhöhe, ein Lastmoment von 660 / 1.000 bzw. 1.500 tm und eine Ausladung von 40–80 m [A-Reihe, 6.32]. Sie werden in Sonderfällen eingesetzt, wenn derartige Kranleistungen gefordert werden. Im Hoch- und Ingenieurbau kommen sie nicht vor. Auf Sonderausführungen (Ziffer 5), gehe ich nicht ein. Autokrane werden im Abschnitt 7 "Bauen mit Stahlbetonfertigteilen" erwähnt. Die vorstehend dargestellte Produktpalette von Baukranen eines international führenden Herstellers zeigt naturgemäß nur einen Ausschnitt aus dem gesamten Markt. Für einen Gesamtüberblick verweise ich auf die Marktübersicht von Sonnenberg 2002 [6.35].

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

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Bild 6.34: Kletterkran mit Nadelausleger [355 HC-L 12/24, 6.32]

Zusammenfassend sei daraus noch erwähnt, dass von der technischen Weiterentwicklung „die Antriebssysteme von Hub-, Dreh- und Katzfahrwerk durch die Verwendung von Frequenz geregelten Antriebsmotoren“ profitieren. „Die feinfühlige und stufenlose Drehzahlsteuerung dieser Antriebstechnik ermöglicht ruckfreie und präzise Bewegungsabläufe“. Weiter wird berichtet, dass sich (aufgrund rückläufiger Verkaufszahlen) bei den Herstellern von Turmdrehkranen die Aktivitäten stark auf das Vermietgeschäft

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.35: Einsatzbeispiele für Kletterkrane [6.34]

konzentriert haben. Der Mietanteil reicht teilweise bis 90% der eingesetzten Krane“. Als weitere Dienstleistungen der Vermieter werden neben der reinen Vermietung noch die werksseitige Prüfung und Wartung der Mietkrane, der An- und Abtransport und der termingerechte Auf- und Abbau auf der Baustelle übernommen. Außerdem werden die Krane bei Störungen über Ferndiagnosesysteme vom Werk betreut. Zur Logistik des Einsatzes von Turmdrehkränen Eine wirtschaftliche Kranmontage ist nur zu erreichen, wenn der Montageablauf vorher durchdacht und die Montage entsprechend vorgenommen wird. Voraussetzung dafür ist die Klärung folgender Punkte: − − − − − −

Energieversorgung, Zufahrt zur Baustelle, Standort des Turmdrehkrans, Stellung des Autokrans, Anfahrposition der Transportfahrzeuge, Richtige Beladung im Sinne des Montagefortschritts und richtige Transportfolge der Fahrzeuge, − Montageablauf, d.h. Zeitfolge der Zulieferfahrzeuge mit entsprechenden Zeitabständen, um Wartezeiten auf der Baustelle sowohl für die Transportfahrzeuge wie für den Montagevorgang zu vermeiden. Für den reibungslosen Montageablauf ist die Kontrolle der verladenen Teile auf dem Lagerplatz wichtig, da ein einzelnes vergessenes Teil auf der Baustelle zu Störungen und Unterbrechungen führt. Dies versucht man durch weitgehend vormontierte Baugruppen zu vermeiden.

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

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(2) Portalkrane Neben Turmdrehkranen werden für das Fördern von Beton, das Führen schwerer Rüttler, das Umsetzen schwerer Schalungen und weitere Transportaufgaben auch Portalkrane eingesetzt. Sie bieten sich bei lang gestreckten Baustellen (Stützmauern, U-Bahntunnel in offener Baugrube u.ä.) und beengten Platzverhältnissen an, wenn für einen Turmdrehkran neben dem Baufeld entweder kein Platz ist oder auf ein aufwendiges Krangleis verzichtet werden soll (Bild 6.36).

Bild 6.36: Portalkran [6.36]

224

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

In erster Linie werden Portalkrane im Baubetrieb jedoch nicht als allgemeines Fördergerät, sondern zum Umschlagen schwerer Lasten auf Lagerplätzen von Baustellen oder in Betonfertigteilwerken verwendet (Abschnitt 7). (3) Brückenlaufkrane Brückenlaufkrane (Bild 6.37) werden als Transportgerät und zum Fördern des Betons vorwiegend in stationären Fertigteilwerken verwendet; auf Baustellen kommen sie nicht zum Einsatz (Abschnitt 7).

Bild 6.37: Brückenlaufkran [6.37]

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

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(4) Kabelkrane Das Einsatzgebiet des Kabelkrans ist die breite, lang gestreckte Baustelle in unwegsamem Gelände, wenn dabei große Lasten zu bewegen sowie große Entfernungen und Höhenunterschiede zu überwinden sind. Typische Einsatzbedingungen bieten Großbaustellen mit Massenbeton (Flusskraftwerke) sowie gerade oder gekrümmte Staumauern aus Beton. Die Antriebs- und Stützpunkte eines Kabelkrans werden häufig fahrbar angeordnet, damit er relativ große Flächen bestreichen kann. Der Einsatz eines Kabelkrans für den Bau der Sperrmauer Zillergründl geht aus Bild 6.38 hervor. Die Krankübel hatten hier ein Fassungsvermögen von 9 m³. Der Beton wird vom Mischturm in einem Silowagen mit Schrägauslauf an den Betonkai gefahren. Hier entleert der Silowagen in den Kübel des Kabelkrans, der den Beton zur jeweiligen Einbaustelle bringt. Kabelkrane übernehmen auf derartigen Baustellen neben der Betonförderung den gesamten Transport außerhalb der Reichweite normaler Kräne, vor allem das Umsetzen der Betoneinbaugeräte (kleiner Kettenlader zum Verteilen, kleine Planierraupe mit angebauten Rüttelflaschen zum Verdichten des Betons) und des Autokrans zum Hochziehen der großflächigen Kletterschalungselemente in den einzelnen Betonierblöcken. Auf der Kraftwerksbaustelle Itaipu am Rio Paranà (Südamerika) waren gleichzeitig 7 Kabelkräne nebeneinander im Einsatz. Hinsichtlich weiterer Einsätze sei auf die Literatur verwiesen [6.38]. Bei Großbauvorhaben wie Itaipu treten große Turmdrehkrane auch gegenüber Kabelkranen erfolgreich in Konkurrenz (Bild 6.39).

Bild 6.38: Kabelkran für die Sperre Zillergründl [6.18]

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.39: Turmdrehkrane beim Einsatz in Itaipu. Kranposition mit Schnittbild des Hauptdammes [6.34]

(5) Sonderfälle der Betonförderung in Kübeln Als solche seien beispielhaft Hängebahnen, Autokrane und Hubschrauber erwähnt. − Hängebahnen Neben dem Betontransport relativ geringer Mengen in Stahlbetonfertigteilwerken können auch zur Betonförderung sehr großer Mengen auf weiträumigen Großbaustellen voll- und teilautomatisch steuerbare Transferwagen mit angehängten Betonkübeln an Hängebahnen eingesetzt werden. Für die damals größte Baustelle der Welt in den 70-er und 80-er Jahren, den o.g. Staudamm Itaipu im Rio Paranà, wurde zum Betontransport zwischen jeweils 2 bzw. 3 Betonmischtürmen mit einer Leistung von zusammen 900 m³/h und verschiedenen Abnahmestellen (7 Kabelkrane und weitere Turmdrehkrane) an beiden Flussufern jeweils eine bis zu 1,9 km lange Hängebahn eingesetzt. Die am Transferwagen mit Elektro-Fahrwerk hängenden Betonkübel mit hydraulisch betätigtem Verschluss hatten ein Transportvolumen von 18,5 t = 6 m³ Festbeton. Mit diesen Einschienen-Hängebahnen wurden bei einer Wagenfolge von 40 s in täglich 20 h an 600 Tagen zusammen 13,2 Mio. m³ Beton gefördert [6.39, 6.40].

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

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− Autokrane Beim Herstellen von Großbohrpfählen im Spezialtiefbau können die geringen Betonmengen für einen Pfahl auch von den ohnehin für die Pfahlbohrung auf der Baustelle vorhandenen Autokranen eingebracht werden. Im Regelfall sind jedoch sowohl Autokran als auch Bagger für das Betonieren zu aufwendig. − Hubschrauber Ein weiterer Sonderfall, der Betontransport bzw. die allgemeine Versorgung einer Baustelle mit Hubschraubern, für kleine Baustellen in der Alpenregion häufig unvermeidlich, sei nur am Rande erwähnt [6.41].

6.3.3.2 Betonpumpen und -verteiler zur Rohrförderung von Beton Vor- und Nachteile Der Vorteil des Pumpens von Beton liegt darin, dass im Gegensatz zur absatzweisen Förderung ab bestimmten Mengen ein kontinuierlicher Förderprozess immer leistungsfähiger und kostengünstiger ist als jede andere Fördermethode. Das Pumpen von Beton entlastet die Baustellenkräne, so dass die anderen Transportvorgänge (Umsetzen der Schalung, Transport von Bewehrung, Mauerziegeln und weiteren Einbauteilen) unabhängig vom Betonieren weiterlaufen können. Die Kräne können dadurch häufig kleiner bemessen werden, wodurch sich die Krankosten der Baustelle reduzieren. Betonpumpen haben geringen Platzbedarf und können auch abseits vom Bauwerk aufgestellt werden. Vor allem können fahrbare Betonpumpen – Autobetonpumpen mit Verteilermast, wie sie heute verwendet werden – an verschiedenen Punkten einer Baustelle eingesetzt werden, wenn dafür Zufahrtsmöglichkeiten geschaffen werden. Mit Betonpumpen lassen sich wesentlich größere Förderhöhen, -weiten und Einbauleistungen erreichen als mit Kränen. Durch die Entwicklung immer leistungsfähigerer Maschinen und der Betontechnologie ist heute fast jeder Beton pumpfähig (Ausnahme: Betone nach Ausbreitmaßklasse F1). Die Einsatzrisiken des Pumpens von Beton liegen darin, dass − der einzubauende Beton pumpfähig ist, − alle Glieder der Produktionskette aufeinander abgestimmt sein müssen, − durch die höhere Förderleistung (Steiggeschwindigkeit in der Schalung) deren Stabilität größer sein muss als bei Kranförderung, − bei unsachgemäßem Einsatz die Gefahr von Produktionsstörungen (Verstopfern) besteht. Im Einzelfall ist es Aufgabe der Arbeitsvorbereitung, die Vorteile und Risiken der verschiedenen Förderverfahren (Kran bzw. Pumpe) gegeneinander abzuwägen und für die gewählte Variante die einzelnen Systemkomponenten richtig zu bemessen. Häufig ist es sinnvoll, die kleinen Betonierabschnitte mit dem Kran, die großen mit einer Autobetonpumpe oder mit Kran und Autobetonpumpe zu betonieren.

228

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Durch die Strukturveränderungen in der Bauwirtschaft in den letzten Jahren ist neben der Frischbetonlieferung auch das Fördern (z. Tl. auch das Einbauen) von Beton schon zu einer typischen Nachunternehmerleistung geworden, die vom Betonhersteller übernommen wird [6.42]. Fördervarianten für das Pumpen von Beton Für die Rohrförderung von Beton sind 3 Varianten zu unterscheiden (Bild 6.22): 1. Betonpumpe – Förderleitung – Verteilerschlauch bzw. Rutsche oder Deckenverteiler, 2. Autobetonpumpe mit ausklappbarem Verteilermast, 3. Betonpumpe – Förderleitung – stationärer, mitkletternder oder umsetzbarer Verteilermast. Einen Sonderfall (Variante 4) bilden Verteilermaste auf Turmdrehkran-Spezialauslegern und Brücken-Vorschubgerüsten. Das Fördersystem besteht somit aus der Betonpumpe mit Aufgabetrichter, der Förderleitung und der Betonverteilung. Eine Betonpumpe kann sowohl von einer Baustellenmischanlage als auch von Fahrmischern beschickt werden. Die sehr arbeitsaufwendige Variante 1 nach Bild 6.22 kommt nur noch in Sonderfällen bei Rohrdurchmessern NW 100/125 vor. Bei NW 150 ist eine Betonverteilung nur über Rutschen möglich. Bei Variante 2 sind die Betonpumpe und ein hydraulisch ausklappbarer Verteilermast, an dem die Förderleitung geführt ist, auf ein LKW-Fahrgestell montiert (Autobetonpumpe). Als Endstück der Leitung dient ebenfalls ein Kunststoffschlauch, der aus Sicherheitsgründen nicht länger als 4 m sein darf [6.33]. Da er im Gegensatz zu Variante 1 frei herabhängt, kann er beim Betoneinbau von einem Mann geführt werden. Der Beton wird damit wie bei Kübelbeton an die jeweilige Einbaustelle gebracht und braucht in der Schalung nicht mehr von Hand verteilt zu werden. Die Autobetonpumpe muss beim Betonieren durch ausklappbare Spreizfüße abgestützt werden. Diese Variante ist heute der Regelfall für die Rohrförderung von Beton. Da mit zunehmender Bauwerkshöhe die Reichweite des Auslegers auf dem LKW-Fahrgestell und damit sein Aktionsradius immer kleiner wird, was bei größeren Bauwerksabmessungen sehr nachteilig ist, wird bei Variante 3 ein Verteilermast in oder neben das Bauwerk gestellt, wo er wie ein Turmdrehkran dem Baufortschritt entsprechend mitklettert oder umgesetzt wird. Als Unterstützung können ballastierte Grundrahmen oder Kransäulen(-türme) und Rahmenstützen von Lehrgerüsten dienen, die dann auf Fundamenten zu verankern sind. Bei größeren flächigen Baustellen hat sich diese Lösung bewährt. Sie wird auch im Stahlbeton-Brückenbau bei feldweiser Herstellung der Überbauten angewendet. An der Vorschubrüstung ist beidseitig je ein Betonverteilermast angebracht; beide zusammen können ein Überbaufeld bestreichen. Diese Verteilermaste werden durch Autobetonpumpen beschickt, die den Beton durch Fahrmischer zugeführt bekommen [6.43].

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

229

Um hohe zeitliche Nutzungsgrade zu erreichen, sollte eine Betonpumpe so aufgestellt werden, dass sie gleichzeitig von zwei Fahrmischern angefahren werden kann. Bauarten von Betonpumpen Bei den Betonpumpen sind hydraulisch angetriebene Zweizylinder-Kolbenpumpen und Rotorpumpen zu unterscheiden. Bei der am häufigsten verwendeten Doppel-Kolbenpumpe (Bild 6.40.1) wird der Beton beim Saughub aus einem Aufgabebehälter wechselweise in einen der beiden Zylinder gesaugt und beim Druckhub über das Hosenrohr und ein Reduzierstück in die Förderleitung gedrückt. Dabei wird durch einen Steuerschieber beim Saughub der Zylinder zum Aufgabetrichter hin geöffnet und gegen die Förderleitung geschlossen, gleichzeitig drückt der Kolben des anderen Zylinders den angesaugten Beton in die Förderleitung und umgekehrt. Diese Steuerung des Förderstroms ist ein wesentliches Merkmal einer Betonpumpe und den Herstellern patentiert. In Bild 6.40.1 ist das System eines Herstellers schematisch dargestellt. Bei einem anderen Hersteller wird das an die Zylinder anschließende Rohrstück wechselweise vor den jeweils gefüllten Zylinder gedreht (Bild 6.40.2). Für steifere Mischungen gibt es auch Pumpen mit Flach-

Bild 6.40.1: Zwillings-Kolbenpumpe Schwing (Schema) [6.44]

Bild 6.40.2: ZwillingsKolbenpumpe Putzmeister (Schema) [6.45] Bild 6.40: Pumpensteuerungen

230

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

schiebern. In den Werksunterlagen der Hersteller sind diese Steuerungen dreidimensional farbig dargestellt [6.44, 6.45]. Der Aufgabetrichter der Pumpe enthält ein Rührwerk, um den Beton pumpfähig zu halten. Bei der heute kaum noch eingesetzten Rotorpumpe wird der Beton nach dem Ansaugen in einen Spezialgummischlauch gedrückt, der sich auf ein Schlauchbett abstützt. Ein hydraulisch angetriebener Rotor quetscht den Beton durch diesen Schlauch und bewirkt damit den Förderstrom (Bild 6.41).

Bild 6.41: Funktionsschema einer Rotorbetonpumpe [6.45]

Förderleitung Von der Betonpumpe führt eine Förderleitung zur jeweiligen Einbaustelle des Betons. Dazu dienen > 4 mm dicke Stahlrohre mit dichten Schalenspann-Kupplungen. Als Rohrdurchmesser sind NW 100 und 125 üblich. Am Ende der Leitung ist zur Betonverteilung ein Kunststoffschlauch angebracht. Das Verlegen und Umlegen dieser Förderrohre von Hand ist relativ aufwendig, auch wenn für „normale“ Einsätze die Rohr-∅ von NW 180 bzw. 150 auf 125 bzw. 100 mm zurückgegangen sind. Um dies zu vermeiden, werden bis zu etwa 60 m Reichweite Autopumpen eingesetzt. Zum Reinigen der Förderleitungen, was unmittelbar nach dem Ende des Betonierens geschehen muss, werden weiche und harte Gummibälle bzw. Molche mit Druckwasser bzw. Druckluft durch die Förderleitung gedrückt. Darüber gibt es genaue Anweisungen der Hersteller [6.43]. Autobetonpumpen Wie schon erwähnt, ist bei Förderweiten bis ~ 60 m die Autobetonpumpe das Standardgerät für die Betonförderung, wenn nicht mit dem Turmdrehkran betoniert werden kann. Bei dieser Maschinenkombination kann der Ausleger, an dem die Förderleitung geführt ist (Verteiler), hydraulisch ausgefahren und zusammengeklappt werden. Pumpe und Ausleger sind auf ein LKW-Fahrgestell montiert, das im Einsatz abgestützt werden muss (Bild 6.42.1-3).

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

231

Die drei- bis fünfteiligen Ausleger von Autobetonpumpen weisen Reichhöhen bis zu 58 m, Reichweiten bis zu 53/48 m und Reichtiefen bis zu 42 m auf [6.44, 6.45]. Damit sind Aktionsradius bzw. Einsatzmöglichkeit von einem Standort aus vorgegeben (Tab. 16). Autobetonpumpen können nur vom Baugrubenrand her arbeiten. Mit zunehmender Bauwerkshöhe wird ihr Aktionsradius jedoch immer kleiner, bis sie bei Nutzung ihrer maximalen Reichhöhe nur noch als vertikale Betonförderleitung verwendet werden können.

Bild 6.42.1: Autobetonpumpe mit Teleskop-Verteilmast S 31 HT

232

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

Bild 6.42.2: Autobetonpumpe S 42 SX

233

234

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.42.3: Autobetonpumpe S 58 SX Bild 6.42: Schema und Arbeitsbereiche von Autobetonpumpen [6.44]

Verteilermaste Ein weiterer Schritt in der Rationalisierung des Betoneinbaus waren die BetonVerteilermaste. Sie werden dort eingesetzt, wo Autobetonpumpen nicht mehr an die zu betonierenden Bauteile heranfahren können (bspw. Stützen, Wände und Decken von großflächigen Industriehochbauten oder Hochhäusern). Sie stehen wie ein Kletterkran im Zentrum der einzubringenden Betonmengen auf einem eigenen Unterbau, wobei die Reichweite wichtiger ist als die Reichhöhe. Durch entsprechende Kinematik ist auch bei dieser Anordnung die gesamte, in der Reichweite liegende Fläche zur Betonverteilung erreichbar (Bild 6.43). Bei großflächigen Bauwerken müssen diese Verteilermaste umgesetzt werden. Sie werden dafür auf einen Grundrahmen montiert, mit dem bei entsprechender Verankerung die Vertikal- und Horizontalkräfte an jedem Standort sicher aufgenommen und abgeleitet werden können.

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

235

Tabelle 16: Baureihen von Betonpumpen und Verteilermasten [6.45]

Generell werden Verteilermaste (Rohrsäule mit hydraulischer Dreheinrichtung) auf das vorgenannte, umsetzbare Untergestell gesetzt. Bei Bauwerken mit größeren Abmessungen können so mit serienmäßigen Verteilermasten Reichweiten von 20 bis 60 m erreichet werden. Damit ist auch beim Betonieren großflächiger Bauwerke eine Betonverteilung ohne Handeinbau möglich. Weitere Varianten sind Stationärmasten auf Kletterrahmen und Gleitschalungen (Bild 6.44) [6.45, Putzmeister Post Nr. 42, PM 3058, 1999]. Die Baureihen für Pumpen und Verteilermaste eines Herstellers sind in Tabelle 16 dargestellt [6.45]. Zur Wirtschaftlichkeit des Pumpens von Beton sei noch erwähnt, dass bei einem Einsatz von Betonpumpe und Verteilermast der Arbeitsaufwand für das Betonieren wesentlich geringer ist als mit Kran und Kübel (s. Abschnitt 6.3.4.2)

236

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.43: Stationärer Betonverteilermast [6.45]

Bild 6.44: Stationärmaste auf Kletterrahmen und Gleitschalung [6.76]

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

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Fahrmischer-Betonpumpen Für den rationellen Einbau kleiner Betonmengen auf ständig wechselnden Baustellen wurden Fahrmischerpumpen entwickelt (Bild 6.45). Ähnlich wie bei

Bild 6.45.1: Technische Daten

Bild 6.45.2: Arbeitsbereiche Bild 6.45: Fahrmischerpumpe FBP 600 RK KVM 24-125 [6.44]

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

der Ausrüstung eines Fahrmischers mit einem Förderband sind bei diesem Gerät Trommelmischer, Pumpe und Verteiler auf einem 4-achsigen LKW-Fahrgestell angeordnet. Voraussetzungen für die Rohrförderung von Beton Abschließend sollen die Voraussetzungen für eine störungsfreie Rohrförderung von Beton nochmals zusammengefasst werden: Pumpbeton erfordert: 1. einen Mindestmehlkorngehalt von ca. 400 kg/m³ bei Beton mit einem Größtkorn von 32 mm; 2. einen Mindestzementgehalt von 240 kg/m³ bei Beton mit einem Größtkorn von 32 mm; 3. einen Wasser/Zement-Wert von 0,42–0,65; 4. eine mit dem Ausbreitmaß messbare Konsistenz in den Bereichen F2 bis F4; 5. eine Kornzusammensetzung nach den Sieblinien der DIN 1045-2 im oberen Bereich zwischen den Grenzlinien 5 und 4 (Bild 6 .1.1). Weitere Voraussetzungen für das störungsfreie Pumpen von Beton sind − das Anpumpen mit einer Vormischung zum Erreichen eines Schmierfilms in der Förderleitung und − das Reinigen der Leitung unmittelbar nach dem Pumpen. Um den Schmierfilm in der Leitung zu erreichen, muss bei stationär verlegten Förderleitungen zunächst ein Zement-Wasser- bzw. ein Zement-Feinsand-Wassergemisch in den Aufgabebehälter der Pumpe gefüllt werden, bevor Beton der geforderten Konsistenz gepumpt wird. Auch soll die erste Mischung etwas weicher sein als die Regelkonsistenz, was bei konstantem Wasser-Zement-Faktor eine etwas höhere Zement- (oder Feinsand-)Zugabe erfordert als für die Standardmischung. Die Menge dieser Anfahrmischung hängt vom Durchmesser der Förderleitung und deren Länge ab. Dafür gibt es Tabellen der Hersteller [6.43]. Autobetonpumpen brauchen wegen ihrer relativ kurzen Förderleitung keine besondere Anfahrmischung. Kurze stationäre Förderleitungen werden bei geringen Förderhöhen mit Druckwasser und Schwammgummibällen gereinigt, lange Leitungen mit großen Förderhöhen mit Druckluft. Dabei muss aus Sicherheitsgründen am Rohrende ein Fangkorb für den Reinigungsmolch angeordnet werden. Bei sehr großen Förderhöhen (Hochhausbaustellen) wird der Beton zurückgepumpt und dann die Leitung von oben nach unten gereinigt. Der am unteren Ende der Steigleitung auslaufende Restbeton kann entweder direkt oder über einen Verteilermast in einen Fahrmischer entleert und anderweitig weiterverwendet, bei relativ geringen Mengen einer Recyclinganlage zugeführt werden (Abschnitt 6.3.1.7) [6.44, 6.45, PM 261-25]. Auf weitere für ein störungsfreies Pumpen von Beton wesentliche Einzelheiten kann ich nicht eingehen. Hierfür sei auf die Spezialliteratur verwiesen [6.43-6.45]. Darüber hinaus gehen die weltweiten Erfahrungen der Betonpumpenhersteller bei Großbaustellen und unter z. Tl. extremen Bedingungen aus ihren Objektberichten hervor [6.27–6.29].

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

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6.3.4 Betonförderleistung Im Rahmen der Ablaufplanung und der Arbeitsvorbereitung einer Baustelle ist die Förderleistung zu bestimmen, die mit den v.g. Förderverfahren erreicht werden kann. Hierbei sind absatzweise (Kran und Kübel) und kontinuierliche Förderung (Pumpen) zu unterscheiden. Die Leistungsbestimmung aller weiteren Möglichkeiten lässt sich auf diese beiden Varianten zurückführen.

6.3.4.1 Förderleistung mit Kran und Kübel Die Ermittlung der Betoneinbauleistung mit Kran und Kübel ist relativ einfach. Sie ergibt sich aus der Dauer eines Kranspiels und dem Inhalt des Kübels. Die Aufgabe ist jedoch umfassender zu sehen. Da der Kran das allgemeine Transportgerät einer Baustelle ist, sind zunächst Größe und Anzahl der für eine Baustelle insgesamt erforderlichen Kräne zu bestimmen. Erst aus dem gesamten Transportumfang, der verfügbaren Zeit und dem aus den Randbedingungen einer Baustelle oder aus wirtschaftlichen Gründen möglichen Kraneinsatz lässt sich beurteilen, ob und in welchem Umfang Beton mit dem Kran überhaupt eingebaut werden kann. Bevor die Kranleistung für die Betonförderung bestimmt werden kann, soll deshalb kurz auf die Ermittlung der Krankapazität einer Baustelle eingegangen werden. Sie gehört zur Planung der Baustelleneinrichtung. Kranbestimmung aus den Kennzahlen eines Bauvorhabens In einfachster Form lässt sich die Anzahl der für ein Bauvorhaben erforderlichen Kräne aus der Zahl an produktiven Arbeitskräften ableiten, die für eine bestimmte Aufgabe – bei einem Minimum an Kranstillstand und Wartezeiten der Arbeitsgruppen – zu bedienen sind. Aus Baustellenbeobachtungen sind hierfür Erfahrungswerte bekannt [6.46, 6.47], die jedoch fortlaufend zu kontrollieren bzw. fortzuschreiben sind. Diese überschlägige Ermittlung ist jedoch mit Unsicherheiten behaftet; für die Ablaufplanung und Kalkulation ist sie zu ungenau. Ähnlich einfach kann die Krankapazität einer Baustelle − aus der mit einem Kran zu erreichenden Bauleistung in m³ u.R. (Bruttorauminhalt BRI) je Monat bzw. − aus der Förderleistung eines Krans an Bau- und Bauhilfsstoffen (Schalung, Bewehrung, Beton, Fertigteile) in t/Mt ermittelt werden. An Kennzahlen sind hierfür − die Kranaufwandswerte je m³ BRI, − die Kranaufwandswerte je t Bau- und Bauhilfsstoffe und hierzu − die Baustoff-Einbaugewichte / m³ BRI erforderlich. Die Krangröße ergibt sich auch hier aus der Bauwerksgeometrie (erforderliche Ausladung), dem größten Transportgewicht und dem daraus resultierenden Lastmoment. Da die Hub- und Senkgeschwindigkeit der Krane in den vergangenen Jahren erheblich gesteigert werden konnten, sind auch für diese Ermittlung aktuelle Kennzahlen erforderlich.

240

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Für die Ablaufplanung und Kalkulation ergibt die Bestimmung der Krananzahl auf diese Weise ebenfalls nur Überschlagswerte. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, für das gesamte Bauvorhaben oder wesentliche, typische Bauabschnitte das gesamte Transportvolumen innerhalb der dafür vorgesehenen Produktionszeit zu ermitteln (m³ Mauerwerk, m² Schalung, t Stahl, m³ Beton usw.). Über Aufwandswerte an Kranstunden/Mengeneinheit der einzelnen Transportarten, die aus eigener Erfahrung bekannt oder über Arbeitsstudien zu bestimmen sind, lässt sich die Anzahl der erforderlichen Kräne relativ genau ermitteln. Nach diesem Verfahren, das an einem Beispiel erläutert wird, läuft die für einen rationellen Bauablauf erforderliche, genauere Dimensionierung von Turmdrehkränen in drei Stufen ab [6.47]. In der ersten Stufe werden die für ein Bauvorhaben oder einen Bauabschnitt zu transportierenden Mengen an Bau- und Bauhilfsstoffen ermittelt. Über Kranaufwandswerte werden daraus die erforderlichen Kranstunden berechnet. Dieser Kranaufwand für die einzelnen Transportvorgänge (Tabelle 17) bezieht sich jedoch nur auf die Betriebsmittel-Grundzeit tgB. Durch Addition der Zuschläge für zusätzliche Nutzungszeiten (Kraneinsatz für nicht vorhersehbare notwendige Tätigkeiten) und Brachzeiten (Bild 6.46, 6.47) ergibt sich die gesamte Betriebsmittelzeit tB. Aus diesem Wert und der verfügbaren Produktionszeit erhält man die erforderliche Anzahl an Kränen (Tab. 18).

Bild 6.46: Zeitarten im Kraneinsatz, Reduzierung auf Grundzeit tgB, zusätzliche Nutzungszeit tBZ und Brachzeit tBB [6.47]

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

241

Bild 6.47: Bereinigte Zuschläge für Brachzeit und zusätzliche Nutzungszeit [6.47]

Bild 6.48: Bau eines Krankenhauses, gewählte Kranstellungen [6.47]

Werden in Tabelle 18 auch die Aufwandswerte der Arbeitskräfte für die einzelnen Teilleistungen aufgenommen, erhält man die Zahl der erforderlichen Arbeitspersonen. In der zweiten Stufe werden die möglichen Aufstellungsorte der Kräne und die zu bestreichenden Bauwerksflächen festgelegt (Bild 6.48), wobei auf die Verteilung der Transportmengen im Bauwerk zu achten ist. Daraus lassen sich dann in der dritten Stufe aus dem jeweils erforderlichen Lastmoment der einzelnen Kräne (notwendige Ausladung x max. Hubgewicht) die Krangrößen bestimmen.

242

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Als Kontrollrechnung kann in einem vierten Schritt aus den o.g. Kennzahlen die Zahl der Arbeitskräfte/Kran bzw. die Bauleistung in m³ BRI/Kran und Monat ermittelt werden. In einem weiteren (fünften) Schritt wird die Bereitstellungszeit der einzelnen Kräne in Abhängigkeit vom geplanten Baufortschritt festgelegt. Sie wird i.d.R. der für den Bauablauf erforderlichen Anzahl an Arbeitskräften angepasst (Bild 6.49).

Bild 6.49.1: Kraneinsatz während der Bauzeit [6.47]

Bild 6.49.2: Anzahl der Krane in Abhängigkeit von Beschäftigtenzahl und Bauzeit [6.46] Bild 6.49: Kraneinsatz während der Bauzeit eines Bauvorhabens (Abstimmung auf die erforderliche Belegschaft der Baustelle)

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau Tabelle 17: Ober- und Untergrenzen von Kranaufwandswerten [6.47]

243

244

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Wie die Tabelle 17 und Bild 6.47 zeigen, weisen die angegebenen Kenngrößen z. T. erhebliche Bandbreiten auf. Da, wie schon erwähnt, heutige Baustellenkrane durch elektronische Steuerungen relativ große Hub-, Dreh- und Senkgeschwindigkeiten aufweisen, sind die angegebenen Grenzwerte nicht mehr realistisch.

Tabelle 18: Ermittlung der erforderlichen Kräne für einen 2-Wochen-Abschnitt eines Bauvorhabens (EG und 1.OG) [6.47]

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

245

In einer neueren Darstellung (aus etwa 1988) wird der Zuschlag auf die Krangrundzeit tgB für zusätzliche Kranleistung und Brachzeiten (tBZ und tBB) mit rund 45% angegeben; an zusätzlichen Arbeitskräften, die den Kran nicht ständig in Anspruch nehmen, werden rd. 30% genannt [6.48]. Im Einzelfall kann deshalb nur von betrieblichen Erfahrungswerten ausgegangen werden. Eine weitere Möglichkeit der Kranbemessung ergibt sich aus der erforderlichen Spielzeit. Kraneinbauleistung bei Betonförderung über die Spielzeit Für die Betonförderung mit Kran und Kübel ergibt sich die erforderliche Kranleistung zu QN = QG · z · k [m³ fest/h]. Hierbei bedeuten: = QG z k

(46)

Grundleistung je Arbeitsspiel (Fassungsvermögen des Kübels in m³ fest), theoretisch mögliche Spielzahl / h Betriebszeitbeiwert des Krans (Mittelwert für das Verhältnis von reiner Betriebszeit zur Schichtzeit, i.M. 0,85)

= =

Wird in Gleichung (46) die Spielzahl z durch die Dauer eines Arbeitsspiels t [min] ausgedrückt, so folgt daraus QN = Q G ·

60 · k [m³ fest/h]. t

(47)

Die Dauer eines Arbeitsspiels t ergibt sich als Summe der einzelnen Teilzeiten ti zu 12

t=

∑t

i

[min].

1

Diese Teilzeiten sind 1. Anschlagen der Last (Kübel füllen) 2. Heben 3. Kranfahren 4. Schwenken 5. Katzfahren (bei Laufkatzenausleger) 6. Absenken der Last aus einem Sicherheitsabstand 7. Last abschlagen (Kübel entleeren) 8. Heben (auf Sicherheitsabstand) 9. Rückschwenken 10.Katzfahren (wie bei Ziff. 5) 11.Kranfahren 12.Senken.

(48)

246

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Da sich diese Teilzeiten z.T. ganz oder teilweise überlappen, sollte bei der Ermittlung der Kranzeiten wie bei der Baggerleistung im Erdbau nur von beobachteten Spieldauern unter verschiedenen Einsatzbedingungen (Hubhöhe, Katzfahren, Fahrweg, Schwenkwinkel, An- und Abschlagen der Last) ausgegangen werden. Im einfachsten Fall (kein Kranfahren und Schwenken erforderlich) setzt sich bei Laufkatzenauslegern das Kranspiel aus drei Zeitanteilgruppen zusammen (Bild 6.50): − der Fixzeit (Füllen und Entleeren des Kübels bzw. An- und Abschlagen der Last (t1 und t7), − dem Heben, Katzfahren und absenken (t2, t5, t6), − dem Wiederanheben, Katzfahren und Senken (t8, t10, t12). Häufig beanspruchen Fahren und Schwenken jedoch weitere Zeitanteile. Über die so ermittelte Spielzeit ergibt sich bei pausenloser Arbeit die Grundleistung QG. Für die Dauerleistung QN ist bei der Betonförderung, wie schon erwähnt, mit einem Abminderungsfaktor k von 15%, zu rechnen (Gl. 46–48). Die Ermittlung der Kranleistung für das Betonieren ist somit relativ einfach. Zur Kranbemessung ganzer Baustellen ist, wie erwähnt, dieses Verfahren jedoch nicht geeignet. Warteschlangenmodelle können wegen der dafür erforderlichen großen Anzahl von Parametern „keinen praktisch verwertbaren Beitrag zur Auswahl der Anzahl der Turmdrehkräne liefern“ [6.47].

Bild 6.50: Diagramm zur Ermittlung der theoretischen Leistung eines Betonierkranes Form 300 [6.49]

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

247

6.3.4.2 Förderleistung bei der Rohrförderung von Beton Für die Rohrförderung von Beton ist von den Angaben der Maschinenhersteller auszugehen, die sich auf jahrelange Einsatzerfahrungen (weltweit) stützen. Sie sind sinngemäß auf die im Einzelfall vorliegende Aufgabe anzuwenden. Die zueinander in Relation stehenden Größen werden in Nomogrammen dargestellt. Für Kolbenbetonpumpen verschiedener Hersteller sind diese in Bild 6.51 angegeben. In den Nomogrammen wird von der theoretischen Förderleistung QG in m³/h ausgegangen. Diesem Wert liegt die Fördergeschwindigkeit der betreffenden Pumpe bei pausenlosem Betrieb zugrunde. Da im Baubetrieb durch den Fahrzeugwechsel der Fahrmischer und die Einbaubedingungen (Verdichten des Betons bei lagenweisem Einbau) zwangsläufig Unterbrechungen des Förderstroms eintreten, liegt die Einschaltzeit einer Betonpumpe i.d.R. bei maximal 45 Minuten/h. Bei Anwendung des Nomogramms ist deshalb als theoretische Förderleistung die effektiv während der Einschaltzeit durch zu pumpende Betonmenge einzusetzen. Sie beträgt bei dem o.g. Betriebszeitbeiwert von k = 0,75. QN =

QG = 1,33 · QG [m³/h]. k

(49)

Für die Leistungsermittlung von Betonpumpen gilt: P = Q · p = const.

(50)

Hierbei bedeuten: P Q p

= Antriebsleistung der Pumpe [kW] = Betonfördermenge [m³/h] = Förderdruck [bar].

Das Produkt Q · p wird als „Technische Kenngröße“ [TK] einer Betonpumpe bezeichnet. Aus der Umrechnung der Faktoren Q und p und einem Gesamtwirkungsgrad der Anlage von ~ 0,7 ergibt sich für die Ermittlung der Pumpleistung eine Konstante von 1/25 und damit die erforderliche Antriebsleistung zu P=

TK m ³ / h ⋅ bar = [kW]. 25 25

(51)

In den technischen Unterlagen der Hersteller werden neben der Antriebsleistung einer Betonpumpe der maximale Förderdruck und die maximale Fördermenge als Eckwerte angegeben. D. h., dass sich bei einer festgelegten Antriebsleistung bei maximalem Förderdruck eine geringere Fördermenge als die maximale ergibt, während die maximale Fördermenge nur bei niedrigem Förderdruck zu erreichen ist. Der erforderliche Förderdruck hängt ab von − der Fördermenge, − der Leitungslänge,

248

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.51.1: Fa. Schwing [6.44]

Bild 6.51.2: Fa. Putzmeister [6.45] Bild 6.51: Leistungsdiagramme von Betonpumpen

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

− − − −

249

den in die Rohrleitung eingebauten Rohrbögen, dem Leitungsdurchmesser, der Betonkonsistenz und der Förderhöhe.

Die Rohrbögen werden der Leitungslänge zugeschlagen. Beides zusammen ergibt den Leitungswert. Hierbei sind − für Rohrbögen (mit R = 1,0 m) von 90° 3,0 m Rohrlänge, − für Rohrbögen (mit R = 1,0 m) von 30° 1,0 m Rohrlänge und − für jeden Krümmer in den Verteilermasten ebenfalls 1,0 m Rohrlänge anzusetzen. Ein Beispiel zur Ermittlung des Förderdrucks und der erforderlichen Antriebsleistung einer Betonpumpe aus [6.43] ist als Anhang A8 beigefügt. Nach zurück liegenden Erfahrungen waren im Hochbau je Einbaukolonne mit Kran und Kübel i.M. 20 m³/h Festbeton an realer Beton-Einbauleistung zu erreichen, mit Betonpumpe unter sonst gleichen Bedingungen etwa 40 m³/h, also das Doppelte. Bei Bauwerkshöhen von 50 m und mehr liegt die Betonierleistung mit Betonpumpe und Verteilermast noch wesentlich höher als mit Kran und Kübel. So betrug bspw. bei Einsatz einer Baustellenbetonpumpe mit Deckenverteilermast der Arbeitsaufwand bei 7 Mann 0,3 h/m³ (209 m³ Beton wurden von 7 Mann in 9 h eingebaut) [6.44]. Wie schon erwähnt, werden beim Betonieren sehr großer Bauabschnitte (bspw. Fundamentplatten von Hochhäusern) mehrere Autobetonpumpen gleichzeitig eingesetzt [6.26]. Aus der Literatur seien noch nachstehende Grenzwerte erwähnt, die nach Herstellerangaben bei Rohrförderung von Beton erreicht worden sind: Förderleistung von Betonpumpen Mögliche Pumpdrücke Förderweite Förderhöhe

bis 550 m³/h, bis 260 bar, 2015 m, 532 m [6.50].

Bei einem Kraftwerksbau in Brasilien (Xingó) wurde Beton bis zu 100 mm Größtkorn durch Pumpen mit Flachschieber und Rohr-∅ 150 mm gefördert [6.51]. 6.3.5 Verdichten von Beton Nach dem Einbringen in die Schalung muss der Beton (noch) verdichtet werden, da die geforderten Eigenschaften des Festbetons (Festigkeit, wasserundurchlässig, glatte Sichtflächen) nur durch einwandfreie Verdichtung des Frischbetons erreicht werden (Ausnahme: selbstverdichtender Beton, Abschnitt 6.3.7.4). Bei dem bisher üblichen Stahlbeton ist eine sorgfältige Verdichtung für die vollständige (korrosionssichere) Umhüllung der Bewehrung besonders wichtig.

250

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Die Verdichtungsart richtet sich nach der Konsistenz des Frischbetons. Rationelle Betonverarbeitung ist auf der Baustelle und im Fertigteilwerk nur mit Rüttelverdichtung möglich. Dabei darf sich der Frischbeton nicht entmischen. Unter Rütteln ist das Übertragen periodischer Stöße auf den Beton mit Frequenzen von möglichst 200 Hz zu verstehen. Dadurch werden die Zuschlagkörner in Schwingungen versetzt. Dabei ordnen sie sich, ähnlich wie im Erdbau, zu dichtest möglicher Lage unter gleichzeitigem Verdrängen von Luftblasen und des überschüssigen Zementleims. Das Erscheinen der Zementschlämme an der Betonoberfläche sowie das Nachlassen des Aufsteigens von Luftblasen lassen die Verdichtung des Betongefüges erkennen.

6.3.5.1 Verdichtungsgeräte Man unterscheidet Innen-, Außen-, Oberflächenrüttler und Rütteltische. Innenrüttler, auch Tauchrüttler genannt, geben die von ihnen erzeugten Schwingungen unmittelbar an das zu verdichtende Betongemisch ab, in das sie eingetaucht werden. Diese Schwingungen werden von einer Unwucht erzeugt, die in der Rüttelflasche umläuft. Durch die senkrecht zur Flaschenachse verlaufenden ungerichteten Schwingungen wird kreisförmig um die Eintauchstelle eine Verdichtung des Betons erreicht. Die Rüttelflasche soll möglichst schnell 30–70 cm tief eingetaucht und so langsam nach oben gezogen werden, dass sich das durch den Rüttler entstandene Loch wieder schließen kann. Der Abstand der einzelnen Rüttelstellen ist so zu wählen, dass sich die Wirkungskreise des Rüttlers überschneiden (Abstand normalerweise ca. 10-facher ∅ der Rüttelflasche). Bei schichtweisem Betonieren (Regelfall) ist der Innenrüttler 10–20 cm tief in die noch nicht abgebundene, untere Betonschicht einzutauchen (Bild 6.52). Innenrüttler weisen Flaschendurchmesser von 24–140 mm, Flaschenlängen von 320 bis 900 mm und Frequenzen von 7000 bis 20000 Schwingungen pro Minute auf. Im Hoch- und Ingenieurbau werden normalerweise Geräte bis zu 65 mm ∅ eingesetzt (Tabelle 19). Bis zu dieser Größe kann der Rüttler während einer Schicht noch von einem Mann bedient werden. Bei schwereren Rüttlern ist eine Aufhängevorrichtung erforderlich [6.25]. Der Antrieb der Unwucht ist mit Druckluft oder elektrisch möglich. Bei EAntrieb wird dem Rüttler ein Spannungs- und Frequenzwandler vorgeschaltet, damit das Gerät mit einer Schutzspannung von 42 V betrieben und die Rüttelfrequenz je nach der Verdichtungswilligkeit des Betons variiert werden kann. Schalungsrüttler sind Außenrüttler, die direkt an der Schalung bzw. deren Unterstützungskonstruktion befestigt werden. Sie versetzen die Schalung und damit den dahinter liegenden Beton in Schwingungen. Die Verwendung von Schalungsrüttlern empfiehlt sich bei schlanken Bauteilen mit starker Bewehrung, bei Stahlschalungen in Fertigteilwerken und bei Bauteilen, die wegen beengten Arbeitsraums oder Unzugänglichkeit mit Innenrüttlern nicht verdichtet werden können (bspw. Betonieren der Tragringe von Untertagebauten im Ulmen- und Kalottenbereich bei Einsatz von Schalwagen).

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

251

Bild 6.52: Rüttelverdichtung von Beton [6.52] Tabelle 19: Technische Daten von Innenrüttlern [6.53]

Der Antrieb von Außenrüttlern erfolgt ebenfalls elektrisch oder mit Druckluft. Oberflächenrüttler werden in schmaler, langgestreckter Form als Rüttelbohlen, mit quadratischem Grundriss als Rüttelplatten bezeichnet. Sie werden vor allem zur Verdichtung größerer Betonflächen geringer Dicke verwendet, da die Verdichtungswirkung der meist gerichteten Schwingungen mit zunehmender Tiefe der Betonschicht rasch abnimmt. Sie bewirken sowohl das Verdichten des Betons als auch das Abziehen und Glätten der Betonoberfläche. Auf Schienen oder über

252

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Lehren geführte Rüttelbohlen werden zum Herstellen von Stahlbetondecken, Betonböden und Estrichen verwendet. Im Straßenbau werden die dafür entwickelten Geräte als Gleitschalungsfertiger bezeichnet. Tischrüttler (Rütteltische) werden bei der Herstellung von Betonfertigteilen eingesetzt. Die auf dem Rütteltisch liegende (Stahl-) Schalungsform wird durch Schwingungen hoher Frequenz in Vibration versetzt. Der Tisch ist über Federn oder Gummipuffer auf ein Fundament abgestützt. Die Schalungsform kann fest oder lose auf der Tischplatte stehen (liegen). Rütteltische eignen sich besonders zur Verdichtung von sehr steifem Beton in Stahlformen. Damit lassen sich hohe Betonfestigkeiten erreichen.

6.3.5.2 Leistung von Beton-Verdichtungsgeräten Neben der Mischer- und Förderleistung hängt die Einbauleistung einer Betonkolonne von Anzahl und Durchmesser der eingesetzten Rüttelgeräte ab. Die Verdichtungsleistung QN von Innenrüttlern kann nach folgendem Ansatz ermittelt werden [11.1]: QN = nT · n · t · F [m³/h]

(52)

Hierbei bedeuten: nT

= die mögliche Anzahl der Tauchvorgänge eines Rüttlers/h (etwa 90 Tauchvorgänge / h), n = die Anzahl der Rüttler, t = die Tauchtiefe des oder der Rüttler, nach DIN 4235, Teil2 zwischen 0,30 m und 0,50 m, F = der Wirkbereich [m2] des Rüttlers, bei plastischem Beton (F2) etwa das 10fache des Flaschendurchmessers. Die Vibratorenwahl (Ø) hängt ab von − der Bewehrung (Abstand), − der Einbauleistung der Rüttelflasche (n) (theoretisch 5–50 m3/h, praktisch 2,5–25 m3/h), − dem Wirkbereich des Rüttlers (für plastischen Beton (F2) etwa das 10fache des Flaschen-Ø, − den Tauchabständen (wg. der erforderlichen Überschneidung der Wirkbereiche). Beispiel Für einen Innenrüttler mit 65 mm Flaschen-Ø, einer Eintauchtiefe von 0,50 m und einem Wirkbereich von 10 x Flaschen-Ø ergibt sich folgende Einbauleistung bei plastischem Beton: QNerr. = QNtheor.⋅f = nT ⋅ t ⋅ F ⋅ f [lm3/h] t = 0,50 m, d = 65 mm, nT = 90/h (Annahme) F = 0,652 ⋅ Π/4 = 0,4225 ⋅ 0,785 = 0,332 m2, das ergibt bei t = 0,50 m einen Wirkbereich von

(53)

6.3 Vorgangsgruppe T3 – Betoneinbau

253

V = F ⋅ t = 0,332 m2 ⋅ 0,50 m = 0,166 m3 Beton. Daraus folgen bei 90 Tauchvorgängen/h (Annahme): QNtheor.⋅= 90 ⋅ 0,166 m3 ≅ 15,0 lm3/h und Rüttler und bei einer Abminderung von ∼ 20 % (f) wg. Überschneidung der Wirkbereiche QNerr. = QNtheor.⋅f = 15,0 ⋅ 0,8 ≅ 12,0 [lm3/h] 6.3.6 Nachbehandlung des Betons Bis zum ausreichenden Erhärten ist Beton gegen schädigende Einflüsse zu schützen (z.B. starkes Abkühlen oder Erwärmen, Austrocknen der Oberfläche, Regen, strömendes Wasser, mechanische Beschädigung u.a.m.). Um das Schwinden zu verzögern und die Erhärtung auch an der Oberfläche zu garantieren, ist der Beton lange genug feucht zu halten oder gegen Austrocknen zu schützen (Abdecken mit Kunststofffolien, Planen, Aufspritzen eines Kunststofffilms, Feuchthalten). Dafür genügen im allgemeinen 7 Tage. Bei Feuchthalten ist zu beachten, dass durch Kalkausscheidungen helle Flecken auf den Sichtflächen entstehen können.

6.3.6.1 Wärmebehandlung Das Erhärten des Betons kann durch Wärmezufuhr beschleunigt werden, wobei auf ausreichende Feuchtigkeit zu achten ist. Es empfiehlt sich daher, eine Wärmebehandlung mit Wasserdampf vorzunehmen. Sie wird vor allem in Stahlbetonfertigteilwerken angewendet, um durch rasches Ausschalen kurze Taktzeiten für den Schalungs- (Formen-)umlauf zu erreichen.

6.3.6.2 Arbeitsfugen Arbeitsfugen entstehen bei Unterbrechung des Betoniervorgangs, wenn konstruktiv vorgegebene große Bauabschnitte in Schicht- oder Tagesleistungen unterteilt werden müssen. Da an ihnen Risse und Undichtigkeiten auftreten können, müssen sie so ausgeführt werden, dass alle auftretenden Beanspruchungen schadenfrei aufgenommen werden können. Arbeitsfugen sind daher an Stellen zu legen, die weniger hoch beansprucht sind, möglichst an Stellen reiner Druckbelastung. Die einzelnen Betonierabschnitte sind im Rahmen der Arbeitsvorbereitung festzulegen. Die Flächen, an die anbetoniert werden soll, müssen aufgeraut werden; Verunreinigungen, Zementschlamm und lose Betonteile sind zu entfernen. Trockener älterer Beton ist vor dem Anbetonieren längere Zeit feucht zu halten. Das Aufrauen waagerechter Arbeitsfugen erfolgt unmittelbar nach dem Abbinden des Betons durch Druck-Wasserstrahl; von vertikalen oder schrägen (geschalten) Arbeitsfugen nach dem Ausschalen durch Bearbeitung mit dem Stockhammer. Hierfür werden Druckluftgeräte verwendet. Für die Betonierzone, die an die

254

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Arbeitsfuge anschließt, soll ein Beton mit höherer Zementdosierung (10–20%) verwendet werden. Bei Bauwerken aus wasserundurchlässigem Beton sind auch die Arbeitsfugen wasserundurchlässig auszubilden. Dies geschieht durch Einbau von Fugenbändern aus Spezialgummi, die in verschiedenen Typen auf dem Markt angeboten werden [6.54]. Ihre Lage und Ausbildung ist sorgfältig mit der Bewehrungsführung abzustimmen; sie muss daher durch das Konstruktionsbüro (Tragwerksplaner) vorgegeben werden. Da heute durch Transportbeton relativ große Frischbetonmengen eingebaut werden können, lassen sich bei Hoch- und Ingenieurbauwerken Arbeitsfugen reduzieren bzw. weitgehend vermeiden. 6.3.7 Sonderbetonverfahren

6.3.7.1 Betonieren bei niedrigen Temperaturen Betonieren bei kühler Witterung und Frost ist wegen der Erhärtungsverzögerung und der Gefahr bleibender Beeinträchtigung der Betoneigenschaften nur mit einer Mindesttemperatur des Frischbetons möglich. Bei Lufttemperaturen zwischen +5°C und -3°C darf die Temperatur des Betons beim Einbringen +5°C nicht unterschreiten; liegt der Zementgehalt unter 240 kg/m³, muss die Betontemperatur mindestens +10°C betragen. Bei Lufttemperaturen unter -3°C muss die Betontemperatur beim Einbringen mindestens +10°C betragen und soll wenigstens 3 Tage gehalten werden [6.2]. Wenn nötig, sind das Wasser und – soweit erforderlich – auch die Betonzuschläge vorzuwärmen. Wasser mit einer Temperatur von mehr als 70°C ist zuerst mit dem Zuschlagstoff zu mischen, bevor Zement zugegeben wird. Bei feingliedrigen Bauwerken empfiehlt es sich, den Zementgehalt zu erhöhen oder Zement höherer Festigkeitsklassen zu verwenden. Die Wärmeverluste des eingebrachten Betons sind gering zu halten, z.B. durch Abdecken der luftberührten frischen Betonoberflächen, Verwendung wärmedämmender Schalung, spätes Ausschalen, Umschließen des Arbeitsplatzes mit beheizten Winterbauhallen und Zuführen von Wärme. Es ist darauf zu achten, dass dabei dem Beton das zum Erhärten notwendige Wasser nicht entzogen wird.

6.3.7.2 Betonieren unter Wasser Unter Wasser geschütteter Beton kommt in der Regel nur für unbewehrte Bauteile in Betracht. Er kann über Trichter mit der Autobetonpumpe eingebracht werden. Der Zementanteil muss mindestens 350 kg/m³ Beton betragen, der Wasserzementwert darf 0,60 nicht überschreiten. Unter Wasser soll nur Beton der Konsistenz F2, F3 verwendet werden. Durch ein am unteren Ende des Einbaurohrs angebrachtes tellerförmiges Endstück lässt sich, wenn dieses vertikal sowie horizontal längs und quer geführt wird,

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

255

eine relativ ebene Betonoberfläche erreichen. Als mögliche Einbauleistung mit Autobetonpumpen werden bis zu 200 m³/h genannt [6.42, 6.55].

6.3.7.3 Spritzbeton Bauteile, die nur sehr schwierig und mit erheblichem Aufwand geschalt werden können, weil sie beispielsweise räumliche Krümmungen aufweisen, werden vorwiegend in Spritzbeton hergestellt, ebenso wird Spritzbeton außerhalb des Untertagebaus zur Sicherung von steilen Baugrubenwänden verwendet (s.a. Ziff. 6.1.1). Da es sich hierbei um ein Spezialverfahren des Betonbaus handelt, das vorwiegend im Untertagebau eingesetzt wird, sei zur weiteren Information auf die Spezialliteratur verwiesen [4.3, 4.5, 6.56].

6.3.7.4 Selbstverdichtender Beton „Nach der Entwicklung von Hochleistungssystemen für besondere Anwendungsgebiete Anfang der 90-er Jahre erfährt der Betonbau derzeit eine weitere, nahezu revolutionäre Modifikation. Durch besondere Zusätze und ausgewählte Zusammensetzungen kann der Frischbeton so eingesetzt werden, dass er über weite Strecken frei fließen kann und sich dabei praktisch selbst verdichtet. Diese besondere Eigenschaft kann selbstverdichtendem Beton den Einstieg nahezu über die gesamte Breite des Betonbaus öffnen“ [6.57]. Die Entwicklung dieses Baustoffs ist im Gange. An ihrem Ende wäre ein Beton verfügbar, der ohne Rüttelverdichtung mit Pumpen eingebaut werden kann. Ich verweise hierzu ebenfalls auf die Spezialliteratur.

6.3.7.5 Weitere Sonderbetonverfahren Im Rahmen der Sonderbetonverfahren sollen Hochleistungsbeton, Sichtbeton, das Betonieren bei heißer Witterung, wasserdichter Beton, faserbewehrter Beton, Vakuumbeton, Massenbeton sowie die Herstellung und Verarbeitung von Leichtbeton nicht unerwähnt bleiben. Leichtbeton kann – wie Baustellenversuche gezeigt haben – nur unter bestimmten Voraussetzungen (wässern der Leichtzuschläge) mit hinreichender Sicherheit störungsfrei gepumpt werden [6.43]. Da aus der Zielprojektion dieser Darstellung i.E. auf diese und weitere besondere Betonverfahren nicht eingegangen werden kann, sei auf die Spezialliteratur verwiesen [6.58].

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung 6.4.1 Bedeutung der Schalarbeiten im Stahlbetonbau Nach der aktuellen Literatur weisen Schalarbeiten im Stahlbetonhochbau (Industrie-, öffentlicher Hochbau und industrieller Wohnungsbau) mit etwa einem Viertel

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

den größten Anteil an den Rohbaukosten auf. Die Lohnkosten der Schalung liegen mit knapp der Hälfte der Gesamtlohnkosten im Anteil noch höher [6.59, 6.60]. Diese Zahlen bestätigen die baupraktische Erfahrung, dass die Schalarbeiten im Betonbau ein wesentlicher Kostenfaktor sind und den Bauablauf nachhaltig beeinflussen. Nach wie vor gilt deshalb, dass die Auswahl des am besten geeigneten und kostengünstigsten Schalverfahrens im Vordergrund aller baubetrieblichen Überlegungen stehen muss mit dem Ziel, die Produktivität durch Senkung des Lohnaufwandes zu steigern. Schließlich stellen Schalung und Rüstung einen der wenigen Freiräume dar, in dem Können und Phantasie qualifizierter Ingenieure in Zusammenarbeit mit Schalungsherstellern den Erfolg im Wettbewerb, die Bauzeit und das finanzielle Ergebnis einer Baustelle wesentlich beeinflussen können. Die Schalung ist deshalb der zentrale Punkt einer rationellen Fertigung im Stahlbetonbau. Seit über 30 Jahren bestimmen industriell vorgefertigte Schalungen die Schalungstechnik. Die Verwendung dieser Systemschalungen hat den hohen Lohnaufwand klassischer Holzschalungen erheblich reduziert. Durch die seit 1995 anhaltende Rezession auf dem Baumarkt sind von den Bauunternehmungen bei Stahlbeton(hoch)bauten derzeit kaum kostendeckende Preise zu erzielen. Deshalb wird häufig das Schalgerät nur gemietet, werden darüber hinaus die gesamten Schalarbeiten einschließlich Schalungsplanung, Arbeitsvorbereitung, Mitarbeiterausbildung, Logistik und Instandhaltung des Geräts unter Einbindung in den Bauablaufplan der bauausführenden Unternehmung ausgelagert, d.h. an Nachunternehmer (Schalungshersteller, Spezialfirmen) vergeben [6.61, 6.62] oder man lässt – noch weitergehend – die gesamten Betonarbeiten durch Fremdfirmen ausführen [6.42, 6.64]. Über Betonschalungen liegen inzwischen umfangreiche Veröffentlichungen vor. Ich gehe deshalb auf diese für den Baubetrieb wichtigen Hilfskonstruktionen nur im Überblick und insoweit ein, als sie den rationellen Bauablauf beeinflussen [6.59, 6.60, 6.65, 6.66]. 6.4.2 Umfang der Schalarbeiten (Teilvorgänge) Die Vorgangsgruppe T1 umfasst die gesamten Schalarbeiten für das Herstellen von Betonbauwerken einschließlich der erforderlichen Rüstungen (Bild 6.6). Dazu gehören, soweit die Schalung nicht montagefertig von betriebsfremden Herstellern bezogen wird, das Vorbereiten in einer zentralen Schalungswerkstätte oder auf dem Werkplatz der Baustelle, das Einschalen (Aufstellen) einschließlich erforderlicher Einbauten (Aussparungen, Halfenschienen, Fugenbänder, Anker für Kletterschalungen u.ä.), das Ausschalen und Umsetzen nach dem Erhärten des Betons einschließlich Reinigen und ggf. erforderlicher Instandsetzung sowie bei Unterzug- und Deckenschalungen der Auf-, Ab- und Umbau der erforderlichen Rüstung (Bild 6.53). Alle diese Teilvorgänge bzw. Arbeitsgänge werden durch den Teilbetrieb T1, die Schalkolonne bzw. den Schalungsbetrieb, vollzogen.

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

257

Bild 6.53: Produktionsstruktur Schalung und Rüstung (T1–T4)

Zur Unterscheidung zum Einschalen (T1) wird in Bild 6.53 das Ausschalen als weiterer Teilvorgang (T4) bezeichnet, da er erst nach dem Bewehren und Betonieren eines Bauteils und der darauf folgenden Ausschalfrist abläuft. Nach dem erstmaligen Einsatz eines Schalelements gehen jedoch Ausschalen und (Wieder-) Einschalen (Umsetzen der Schalung) Hand in Hand, da die Schalung aus wirtschaftlichen Gründen so oft wie möglich eingesetzt werden muss. Die Teilvorgänge Einschalen und Ausschalen werden deshalb durch dieselbe Arbeitsgruppe (Schalkolonne) vollzogen. 6.4.3 Aufgabe und konstruktiver Aufbau der Schalung

6.4.3.1 Aufgabe Eine rationelle Schalung hat folgende Forderungen zu erfüllen: − Formgebung des Betons bis zur Erstarrung, − Gewährleistung der verlangten Betonoberfläche und Maßgenauigkeit,

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

− sichere Aufnahme und Ableitung der während des Betonierens auftretenden Kräfte (Frischbetondruck) und Lasten (Wind, Betriebslasten), − Verwindungssteifigkeit der Elemente beim Ein- und Ausschalen, − Stabilität für mehrfachen Einsatz, − Möglichkeit der Vorfertigung von Schalungseinheiten bzw. Verwendung vielfach einsetzbarer, seriell hergestellter Einzelteile, − geringer Arbeitsaufwand (einfache Handhabung, schnelles Einschalen, Ausschalen und Umsetzen), − sicheres Arbeiten, − minimale Investitionskosten (bzw. Miete oder Angebotspreis bei Ausführung durch Nachunternehmer).

6.4.3.2 Konstruktiver Aufbau Die Schalung besteht in der Regel aus der Schalhaut, die dem Beton die geplante Form (Maßgenauigkeit) und der Oberfläche das gewünschte Aussehen gibt, der stützenden Unterkonstruktion (Träger und Gurte) und der Abstützung (Steifen, Rüstung) bzw. Verankerung. Unterkonstruktion, Anker, Absteifung und Rüstung sind so zu bemessen, dass sie vom Aufstellen bis zum Ausschalen alle auftretenden Kräfte sicher aufnehmen können. Besonderes Augenmerk ist bei Wand- und Stützenschalungen auf den Schalungsdruck und damit auf Steiggeschwindigkeit und Verdichtung des Betons zu richten, da die daraus resultierenden Kräfte erhebliche Größen erreichen können. Die Wahl der Schalhaut hängt von Form und Zweck der Betonkonstruktion, der geforderten Betonsichtfläche sowie der Anzahl der Wiederverwendung (Einsätze) ab. Sie kann aus massivem Holz (Bretter, Bohlen, Kantholz (gehobelt)), Sperrholz, verleimtem Schichtenholz (naturbelassen oder kunststoffbeschichtet), Kunststoff (glasfaserverstärkt) oder Stahlblech angefertigt sein. Teilweise wird auch Betonschalung (Elementschalung) verwendet. Holz ist sehr anpassungsfähig, leicht zu verarbeiten, hat geringes Gewicht und geringe Investitionskosten. Seine Verarbeitung erfordert jedoch hohen Lohnaufwand (weitgehend durch Facharbeiter). Es wird durch Einsatz und Verschnitt schnell verbraucht und kann deshalb nur wenige Male verwendet werden. Durch Kunststoffbeschichtung wird die Einsatzhäufigkeit einer Holzschalung (Schalhaut) wesentlich gesteigert. Wenn überhaupt kommt Holzschalung daher nur noch bei einmaligem Einsatz und für Passflächen vor. Stahlschalung hat dagegen eine nahezu unbegrenzte Einsatzhäufigkeit und ist hoch zu beanspruchen, weist jedoch hohe Investitionskosten und hohes Gewicht auf und ist mit vertretbarem Aufwand kaum anpassungsfähig. Die Vor- und Nachteile der anderen vorgenannten Schalungsmaterialien liegen zwischen diesen Kriterien von Holz und Stahl. Die ausgeschalte Betonoberfläche ist der Abdruck, das Spiegelbild der Schalhaut. Die Betonoberfläche soll geschlossen und gefügedicht (porenarm) sein und gleichmäßig aussehen, soweit nicht weitergehende Anforderungen gestellt werden.

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

259

Um die Schalhaut zu schonen und das Ausschalen zu erleichtern, wird vor jedem Einsatz ein Trennmittel aufgesprüht. Allgemeine Auswahlkriterien für die Schalhaut sind: − die Qualität und Art der damit zu erreichenden Betonoberflächen, − die Einsatzbedingungen (Einsatzhäufigkeit und Vorhaltedauer), − die Schalungskosten (die Schalungsplatte ist ein wesentlicher Kostenfaktor der Schalung). Für Betonflächen mit Anforderungen an das Aussehen (bis 1997 allgemein als Sichtbeton bezeichnet) ergeben sich aus dem Merkblatt „Sichtbeton“ des Deutschen Beton- und Bautechnik-Vereins, Ausgabe 1997, mögliche Einflüsse verschiedener Schalhautarten auf die Ansichtsfläche des Betons [6.67, 6.68]. Werden bspw. porenarme Betonflächen gefordert, sind Schalungsplatten zu verwenden, die das Oberflächenwasser des Betons aufsaugen („saugende Schalung“). Die Hersteller industriell gefertigter Schalungen geben in ihren Handbüchern für die von ihnen verwendeten Schalungshautarten deren Eignung für bestimmte Anforderungen und die Einsatzhäufigkeit an [6.59, 6.60, 6.65, 6.66].

Bild 6.54.1: Vollwandträger

260

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.54.2: Gitterträger Bild 6.54 Holz-Schalungsträger [6.60]

Die Schalhaut allein kann den Druck des Frischbetons nicht aufnehmen; sie braucht zur Ableitung der auftretenden Kräfte eine Unterkonstruktion. Deren Ausführung ist abhängig − vom Schalungsdruck bzw. Gewicht des frischen Betons, − von der Biegefestigkeit der Schalhaut, − von den Abmessungen eines Schalelements. In der Regel wird die Schalhaut durch Schalungsträger und Gurtungen unterstützt. Bei der für glatte Wände häufig verwendeten Rahmenschalung fallen Schalungsträger und Gurtungen weg.

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

261

Als Schalungsträger werden vorwiegend − geleimte Holzvollwand- und gitterträger (Bild 6.54), daneben auch − Aluminiumprofile verwendet. Ihre Standardhöhe beträgt bei Holzvollwandträgern 20 cm, bei Holzgitterträgern 24 cm. Gurtungen unterstützen die Schalungsträger der Wandschalungen und leiten die Kräfte in die Auflagerpunkte weiter. Standard für die übliche GroßflächenTrägerschalung ist eine Stahlgurtung aus Doppel-U100-Profilen bei 15 mmAnkern (90 kN, Bild 6.55). Stärkere Anker erfordern stärkere und dadurch schwerere U-Profile.

Bild 6.55: Stahlgurtung mit Bolzenlöchern [6.59]

Bei Träger-Wandschalungen (Bild 6.56) werden die auftretenden Kräfte i.d.R. durch senkrecht stehende Schalungsträger aufgenommen, die von quer davor liegenden Gurtungen unterstützt werden. Von diesen Gurtungen werden die Lasten durch Wandstreben, Anker oder Abstützböcke abgetragen. Auch andere Varianten sind möglich (querliegende Schalungsträger und senkrechte Gurtungen bei hohen Wänden). Bei beidseitiger Wandschalung bestehen die Anker, die den Betondruck aufnehmen, aus Ankerstab, Ankerverschluss, Ankerplatte und Abstandhalter; wobei Abstandhalter und Ankerstab eine Einheit bilden können.

262

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.56.1: Längenverstellbare Elementabstützungen erleichtern die Einrichtarbeit

Bild 6.56.3: Mögliche Elementgrößen

Bild 6.56.2: Schnitt durch GroßflächenWandschalung mit Richtstütze, Konsolgerüst und Verankerung (Schema)

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

263

Bild 6.56.4: Eckausbildung Bild 6.56: Träger-Wandschalungen (Großflächenschalung, [6.59])

Je nach Gurtung, Belastung und System werden verschiedene Ankerverschlüsse verwendet (Bild 6.57). Im Grundwasser (wasserdichter Beton) müssen Anker mit Wassersperren eingebaut werden.

Bild 6.57.1: Übliche Ankerstelle mit Hüllrohr und Konen

Bild 6.57.2: Im WU-Beton mit Wassersperre Bild 6.57: Wandschalungsanker [6.59]

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bei einhäuptiger Schalung muss der Schalungsdruck durch Abstützböcke aufgenommen werden, die entweder in der rückseitigen Wand (Felsanker) oder in einem Betonfundament (Betonsohle des Bauwerks) verankert werden (Bild 6.58).

Bild 6.58: Abstützbock für einhäuptige Schalung [6.60]

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Für eine Deckenschalung werden als unmittelbare Unterstützung ebenfalls Schalungsträger verwendet, die je nach Belastung im Abstand von etwa 0,30–0,80 m verlegt werden. Quer darunter werden Schalungsträger mit größerer Tragkraft angeordnet (Jochträger). Diese werden durch Bau-(Rüst-) stützen mit Kopfgabeln gehalten (Bild 6.59 und 6.60).

Bild 6.59: Deckenschalung mit Schalungsträgern und Baustützen (Schema [6.59])

Bild 6.60: Baustütze aus Stahl mit Ausziehvorrichtung und Kopfgabel nach DIN EN 1065, 12.98 [6.59]

266

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Um den Schalungsaufwand weiter zu reduzieren, wurden für das Schalen von Wänden die Rahmenschalungen, für Decken anstelle der (klassischen) Trägerschalung Modulschalungen entwickelt. Diese bestehen aus leichten Paneelen in wenigen Standardabmessungen (Aluminiumprofile mit eingelassener Schalhaut), Aluminiumträgern und Fallkopfstützen. Mit besonderen Ausgleichsträgern und blechen lassen sich alle Deckengrundrisse schalen. Ich gehe darauf noch ein. In Sonderfällen (schwere Decken und Unterzüge, größere Spannweiten) besteht die zweite Lage der Unterstützungskonstruktion aus − Stahlprofilträgern (bis etwa 12 m Spannweite), − Rüstträgern mit Unterspannung oder − Rüstbindern (schwere Stahl-Fachwerkkonstruktionen im Baukastensystem) mit Bauhöhen von etwa 1,80 m bis 3,50 m für Spannweiten bis 30 m, die von besonderen Rüst- oder Rahmenstützen (Rüst- bzw. Lasttürmen) gehalten werden (Bild 6.61). Die auftretenden Durchbiegungen sind zu berücksichtigen und ggf. durch Überhöhungsleisten auszugleichen. Mit den erwähnten Schalelementen können auch gekrümmte bzw. kreisförmige Bauteile geschalt werden [6.59, 6.60, 6.65, 6.66].

Bild 6.61.1: Deckenschalung auf Profilträgern und Rahmenstützen

Bild 6.61.2: Rahmenstützen

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Bild 6.61.3: Unterzüge mit TRIO auf Lasttürmen und VT 20 Trägern

Bild 6.61.4: Randunterzug mit Stapelturm ST 100 und MULTIFLEX-Träger-Deckenschalung Bild 6.61: Decken- und Unterzugschalung auf Profilträgern und Rahmenstützen[6.60]

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

6.4.4 Schalverfahren

6.4.4.1 Vorbemerkungen Wie schon erwähnt, ist die für Ortbeton erforderliche Schalung sehr lohnintensiv und weist einen erheblichen Anteil an den Gesamtkosten von Betonarbeiten auf. Ablauf und wirtschaftlicher Erfolg einer Betonbaustelle werden vom Arbeitsaufwand für die Schalarbeiten und dem möglichst häufigen, taktmäßigen Einsatz der Schalung und Rüstung bestimmt. Die Schalarbeiten sind deshalb der Leitprozess einer Betonbaustelle. Bei hohen Arbeitslöhnen wie in der BRD muss der Arbeitsaufwand für die Schalarbeiten deshalb so niedrig wie möglich gehalten werden. Die Entwicklung ging daher zu vorgefertigten Schalungssystemen, die vielseitig verwendbar sind und mit minimalem Arbeitsaufwand montiert und umgesetzt werden können. Sie werden als Systemschalungen bezeichnet. Mit fortschreitender Rationalisierung im Betonbau wurden schon in den sechziger Jahren großflächige Schalungselemente entwickelt. Je größer ein Schalelement ist, desto niedriger wird der spezifische Stundenaufwand je m² Schalung. Neben dem Einarbeitungseffekt, gemessen an der Einsatzhäufigkeit einer Schalung, ergab sich ein weiterer Rationalisierungseffekt aus der Größe eines Schalelements. Durch die Weiterentwicklung der Systemschalungen (und der Baukräne) liegen die Aufwandswerte in [h/m²] heute z.T. erheblich unter den damaligen Angaben. Die Schalung besteht aus Holz, Stahl bzw. Aluminium oder Holz und Stahl. In diesem Fall bestehen die Belag-Träger aus Holz die Gurtungen aus Stahl, während für die Schalhaut oberflächenbehandeltes oder kunststoffbeschichtetes Holz verwendet wird (s. Abschnitt 6.4.3.2). Nach der Verwendung werden im Stahlbetonhochbau Systeme für Stützen, Wände, Unterzüge und Decken unterschieden. Tunnel-(Raum-)schalungen kommen nicht mehr vor. Auf die relativ einfachen Fundamentschalungen gehe ich nicht weiter ein. Grundsätzlich lassen sich nahezu alle Schalungsaufgaben auf zwei typische bauteilabhängige Grundschalungsarten zurückführen: die Wand- und die Deckenschalung. Während für die Bemessung einer Wandschalung der vom Frischbeton ausgeübte Schalungsdruck maßgebend ist, wird die Deckenschalung neben ihrem Eigengewicht durch das Gewicht des Frischbetons, der Bewehrung und den Belastungen aus dem Betoneinbau (Betriebslasten) bestimmt. Bei hohen und großflächigen Schalungen sind noch Windlasten anzusetzen. Die Beanspruchung einer Wandschalung aus dem Schalungsdruck des frischen Betons kann das vier- bis sechsfache einer Deckenschalung betragen. Bei den nachstehend im Überblick dargestellten Schalverfahren sind zunächst − Stützen-, − Wand-, − Balken- (Unterzug-) und − Deckenschalungen zu unterscheiden.

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

269

Neben diesen vorwiegend stationären, d.h. für jeden Betonierabschnitt auf- und abzubauenden Schalungen lassen sich unter bestimmten Voraussetzungen „bewegliche“ Schalungen rationell einsetzen. Darunter sind − Fahr-, − Kletter- und − Gleitschalungen zu verstehen. Nach den vorgenannten Schalverfahren werden die für die Unterzug- und Deckenschalungen erforderlichen Rüstungen dargestellt und abschließend Einsatzbereiche und -kriterien für rationellen Schalungseinsatz genannt. Die aufblasbare Gummischalung stellt einen Sonderfall für Rohrleitungen dar und wird hier nicht weiter betrachtet.

6.4.4.2 Stützenschalung Die einfachste Lösung einer Stützenschalung bei kleineren Bauvorhaben bieten Stahlzwingen, die jede Art von Holz-Schalung zu einer Säulenschalung für Rechteckquerschnitte zusammenfügen. Die Anzahl der Kränze (Stahlzwingen) hängt vom Stützenquerschnitt und dem Schalungsdruck ab. Beim Umsetzen wird auch diese Stützenschalung in zwei winkelförmige Elemente – bei Rundsäulen in zwei Halbschalen – getrennt. Eine weitere Variante für eckige Stützen sind vorgefertigte Säulenelemente von Rahmenschalungen. Dabei werden vier Tafeln windmühlenförmig miteinander verschraubt. Beim Umsetzen werden die Verschraubungen zweier diagonal gegenüberliegender Kanten gelöst, so dass nur zwei winkelförmige Elemente mit dem Kran zu transportieren sind (Bild 6.62.1 und 2). Eine dritte Schalmöglichkeit, vor allem für größere und hohe Stützen (ab etwa 60/60 cm und 8,00 m Höhe) sind Holzschalungsträger mit winkelförmigen Stahlgurten oder Elementen aus Aluminium (Bild 6.62.3). Alle genannten Systeme müssen durch Richtstützen abgestützt bzw. beim Betonieren in ihrer Lage gehalten werden. Runde Stützen können durch eine biegsame Schalhaut eingeschalt werden. Dafür kommen dünnwandige Sperrholzplatten, Kunststoffbahnen oder Alubleche in Betracht, die aufgrund der geringen Eigenfestigkeit eine entsprechende Unterkonstruktion benötigen. Wie bei der Stützenschalung für rechteckige Querschnitte werden zwei Schalungshälften (Halbschalen) vorgefertigt und an Ort und Stelle zusammengesetzt. Als Unterkonstruktion werden Säulenkränze angeordnet, die so geschnitten sind, dass äußerlich ein eckiger Grundriss erscheint, der wie bei eckigen Stützen abgestützt werden kann (Bild 6.62.4). Für weitere Lösungsvarianten, bspw. Stahl-Halbschalen, sei auf die Literatur und die Herstellerangaben verwiesen.

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.62.1: Windflügeliger Einsatz von Säulenelementen, im 5-cm-Raster verstellbar

Bild 6.62.2: Stützenschalungen für den flexiblen Einsatz eignen sich besonders für Sichtbetonflächen, weil jede beliebige Schalungshaut eingebaut werden kann

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Bild 6.62.3: Stützenschalung auf Basis einer Holzträgerschalung

Bild 6.62.4: Eckige Stützenschalung als Basis für eine Rundsäulenschalung Bild 6.62: Stützen-(Säulen-)schalungen [6.59]

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

6.4.4.3 Wandschalung Bei Wandschalungen sind Träger- und Rahmenschalungen zu unterscheiden. Bei der Trägerschalung besteht der Unterschied gegenüber konventioneller Wandschalung in den erheblich größeren Abmessungen und der höheren Tragfähigkeit der einzelnen Schalelemente. Sie wird deshalb auch als Großflächen (Wand-)schalung bezeichnet. Die Schaleinheiten werden auf der Baustelle oder in besonderen Schalungswerkstätten vorgefertigt und mit dem Kran versetzt. Die aus wirtschaftlichen Gründen erforderlichen hohen Einsatzzahlen dieser Schalung bedingen eine langlebige Schalhaut (Mehrschichtenplatte). Ihr rationeller Einsatz wird vor allem durch − − − − −

die Wandabmessungen, die Einsatzhäufigkeit, die Größe der Elemente, die Anzahl der Ankerungen und die Anzahl der Ecken, Aussparungen und Einbauteile

bestimmt. Die großflächigen Elemente ergeben kurze Schalzeiten. Träger-Wandschalungen werden als Großflächen- und als Elementschalung eingesetzt. Bei der Großflächenschalung sind die Abmessungen der Schalung innerhalb der Randbedingungen der Bauaufgabe (Bauteilabmessungen, Krantragfähigkeit bzw. transportfähige Längen und Breiten) und die Ankerlagen frei wählbar. Elementschalung wird aus vorgefertigten Elementen zusammengesetzt. Diese Trägerschalungen bestehen aus der Schalhaut, den Vollwand- oder Gitter-Schalungsträgern (in Holz), den unterstützenden Gurtungen, den Ankern und den erforderlichen Wandstreben bzw. Richtstützen. Die sehr tragfähigen Unterkonstruktionen ermöglichen große Ankerabstände, d.h. wenige Anker je Element und damit kurze Aufstell- und Ausschalzeiten sowie niedrige Aufwandswerte. Zum Überblick ist die Träger-Wandschalung eines Herstellers einschließlich wesentlicher Bestandteile in Bild 6.63, die Elementschalung in Bild 6.64 dargestellt. Alle weiteren Details sind den Aufbauanleitungen der Hersteller zu entnehmen. Die Kenngrößen der am häufigsten verwendeten Dywidag-Schalungsanker mit gewalztem Gewinde sind in der Tabelle 20 dargestellt. Bei der Verwendung von Ankern mit 15,0 mm Durchmesser ergeben sich im Mittel 0,55–0,65 Anker/m² Wandfläche [6.59]. Bei der dargestellten Trägerschalung kommt bspw. 1 Anker auf 1,6 m² Schalfläche, d.s. 0,625 St./m². Weitere Hersteller bieten ähnliche Schalungsprogramme an. Einsatzbereiche für Großflächen-Trägerschalungen sind komplizierte Grundrisse, viele gleichförmige Einsätze, gleiche Wandhöhen und/oder hohe Qualitätsanforderungen an die Betonoberflächen, die mit gerasterten Träger- und Rahmenschalungen nicht wirtschaftlich abzudecken sind. Die Investitionskosten für Träger-Wandschalungen sind relativ hoch und können nur durch große Einsatzhäufigkeit bei allerdings geringem Lohnaufwand aus-

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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geglichen werden. Deshalb ist durch die Arbeitsvorbereitung einer Bauunternehmung oder des Schalungsherstellers eine Einsatzplanung mit Kostenvergleichen verschiedener Varianten vorzunehmen, um die zeit- und kostengünstigste Variante zu finden und damit einen rationellen Einsatz dieser großflächigen Elemente zu gewährleisten. Bei der Rahmenschalung bilden die Schalhaut und die Tragkonstruktion aus Stahl- oder Aluminiumprofilen eine Einheit. Die Rahmentafeln weisen eine ausreichende Eigenstabilität auf. In den kleineren Abmessungen (und damit geringerem Gewicht) können sie ohne Kran montiert und umgesetzt werden (leichte kranunabhängige Schalung).

Tabelle 20: Zulässige Traglasten von Ankerstäben [6.59] Ankerstabdurchmesser

Zul. Belastung nach DIN 18 216

15,0 mm 20,0 mm 26,5 mm

90 kN 150 kN 250 kN

Bild 6.63.1: Überblick

Zul. Belastung bei 1,6-facher Sicherheit 120 kN 220 kN 350 kN

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.63.2: Grundausstattung

Bild 6.63.3: Einsatzbereite Elementverbindung nach dem Eintreiben der Kupplungskeile

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

Bild 6.63.4: Ausführung von Passtafeln Bild 6.63: Thyssen-Hünnebeck – Großflächenwandschalung GF 24 [6.66]

Bild 6.64.1: Überblick

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.64.2: Grundausstattung

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

Bild 6.64.3: Stirnabsperrung

Bild 6.64.4: Wandstreben und Strebenspreizen

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.64.5: Laufkonsole Bild 6.64: Thyssen-Hünnebeck – Elementschalung ES 24 [6.66]

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Rahmentafeln werden aber auch in größeren Abmessungen angeboten. Sie lassen sich zu größeren Schaleinheiten zusammenfassen, die nur mit Kranhilfe montiert und versetzt werden können (schwere kranabhängige Rahmentafelschalung). Insgesamt sind 3 Kategorien von Rahmenschalungen zu unterscheiden: 1. Schwere Rahmenschalungen aus Stahl, 2. Leichte Rahmenschalungen aus (Stahl), Aluminium- oder Blechprofilen und 3. Kleinflächen- Rahmenschalungen aus Blech- und Hohlprofilen. Deren Merkmale sind: Zu 1.: Elementgrößen bis zu 8 m² und etwa 400 kg Gewicht, Aufnehmbarer Frischbetondruck bis etwa 80 kN/m², Rahmenstärke 10–14 m, Elementhöhe von 2,65 bis 3,30 m, 2 Ankerlagen auf 3,30 m Elementhöhe. Zu 2.: Elementgrößen bis zu 2,5 m² und etwa 85 kg Gewicht, Aufnehmbarer Frischbetondruck bis etwa 60 kN/m², Rahmenstärke etwa 10 cm, Elementhöhen 2,50 bis 2,70 m, 2 Ankerlagen auf Elementhöhe. Zu 3.: Handschalungen mit max. Elementgrößen bis 1,35 m² und 45 kg Gewicht, Aufnehmbarer Frischbetondruck bis 40 kN/m², vom Gewicht her kranunabhängig, aber auch großflächiges Umsetzen mit dem Kran möglich, bei Aufstockung mit kleineren Elementen auf Raumhöhe sind 3 Ankerlagen erforderlich [6.59]. Der Aufbau einer Rahmen- Schalungstafel ist in Bild 6.65 dargestellt.

Bild 6.65: Rahmendetail mit verschraubter Schalungsplatte und versiegelter Fuge der Doka-Rahmenschalung Framax [6.65]

Ein wesentliches Merkmal aller Rahmenschalungen sind die Verbindungsmittel der Rahmentafeln. Mit besonderen Richt- und Verbindungszwingen (Richtschlössern, -spannern) werden in einem Arbeitsgang die Stoßfugen dicht geschlossen

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

und die Tafeln versatzfrei fluchtend ausgerichtet. Die Rahmentafeln sind beliebig stehend oder liegend zu kombinieren und ohne zusätzliche Aussteifungsgurte großflächig (bis etwa 25 m²) mit dem Kran umsetzbar (Bild 6.66, 6.67). Zum Ausschalen weisen die Innenecken ein Ausschalspiel auf. Die Schalung kann rasterartig zusammengesetzt und einfach verankert werden. Abweichungen vom Rastermaß können durch Ausgleichselemente berücksichtigt werden. Von den Schalungsherstellern werden ebenfalls Lösungen für Ausgleiche, Eckausbildungen, Stirnabschalungen sowie Laufkonsolen und Absteifungen angeboten.

Bild 6.66.1: Richtzwinge

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

Bild 6.66.2: Sicher ausgesteifte Elemente können großflächig eingesetzt werden Bild 6.66: Verbindung der Rahmentafeln mit Richtzwingen (-spannern) [6.66]

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.67: Großflächiges Umsetzen mit sicheren Transporthaken [6.66]

Eine schwere kranabhängige Rahmenschalung zeigt Bild 6.68 (Bild 6.68.1–4). Bei diesem großflächigen Wandschalungssystem (Doka Framax) bestehen die Tafeln aus feuerverzinkten Stahlrahmen mit 12,3 cm Bauhöhe und einer bis zu 21 mm starken Schalhaut. Die Tafeln, die in Höhen von 2,70 m, 3,30 m und als 1,35 m hohe Aufsatztafeln zur Verfügung stehen, sind in verschiedenen Breiten lieferbar (1,35, 0,90, 0,60, 0,45, 0,30 m). Dazu gibt es Großtafeln mit 2,40 m Breite und Sonderelemente. Durch die größeren, dadurch aber schwereren Tafeln ergeben sich weniger Tafelstöße und damit weniger Kranspiele. Die Bauhöhe von 12,3 cm gewährleistet hohe Tragfähigkeit (80/60 kN/m²), so dass bei eingeschossiger Schalung bis 3,30 m Höhe Betondruck und Betoniergeschwindigkeit unberücksichtigt bleiben können. Ein Schnell- bzw. Uni-Spanner zur Verbindung zweier Tafeln beschleunigt (wie auch bei der leichten Rahmenschalung) die Schalarbeiten. In einem Arbeitsgang werden mit einem rüttelsicheren Knebel die Stoßfugen absolut dicht geschlossen und die Tafeln versatzfrei fluchtend ausgerichtet. Alle weiteren Einzelheiten dieser schweren Rahmenschalung sind den Herstellerangaben zu entnehmen. Als mittlerer Zeitaufwand werden etwa 0,2–0,5 h/m² angegeben. Im Überblick wurden die derzeit auf dem Markt angebotenen schweren Rahmenschalungen mit ihren wesentlichen Kenndaten (Schalungshöhe, aufnehmbarer Frischbetondruck und Durchbiegung) vom Güteschutzverband Betonschalungen (GSV) in einer Tabelle zusammengefasst (Tabelle 21 [6.59]).

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

Bild 6.68.1: Framax-Rahmenelemente

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.68.2: Framax Spanner

Bild 6.68.3: Betonier- und Zwischenbühnen

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Bild 6.68.4: Ankerung bei schwerer Rahmenschalung (hier Peri Trio 330 [6.60]) Bild 6.68: Schwere kranabhängige Rahmenschalung (Doka Framax [6.65])

In Bild 6.69 ist eine leichte Rahmenschalung im Überblick dargestellt (Peri Domino). Die 2,50 m hohe und 1,00 m breite Basistafel wiegt 84 kg. Die weiteren Einzelheiten (Tafelabmessungen, Aufstockungen, Zubehör, Aufwandswerte – für Ein- und Ausschalen werden als Mittelwert 0,3–0,5 h/m² genannt – Abschreibungs- bzw. Mietsätze, Belastung) sind den ausführlichen Werksunterlagen und Kalkulationsrichtwerten des Herstellers zu entnehmen. Die neuerdings häufig verwendete kleinflächige Rahmenschalung ist eine Weiterentwicklung der Rahmenschalung in Richtung kleiner, kranunabhängig und möglichst vielseitig einsetzbarer Elemente. Sie ist eine Standardschalung für kleinere und mittlere Baustellen. Im Aufwand liegt sie unter sonst gleichen Bedingungen über den Lohnkosten einer leichten Rahmenschalung. Als mittlerer Aufwandswert werden für „normale“ Grundrisse 0,4 bis 0,6 h/m² angegeben. Die Investitionskosten sind niedriger als für leichte Rahmenschalung. In Bild 6.70 ist auszugsweise ein System dargestellt. Die Tafeln sind 120 cm hoch. Die verschiedenen Tafelbreiten erlauben von 0,90 m bis 0,30 m eine Anpassung im 15 cm – Raster. Die einzelnen Tafeln werden durch Zwingen verbunden. Die 14 mm dicke Schalhaut ist beidseitig kunststoffbeschichtet und umlaufend durch das feuerverzinkte Randprofil der Tafel geschützt. Durch die Abmessungen der Tafeln bietet diese Schalung eine große Anpassungsfähigkeit an kleine und mittlere Bauvorhaben und ist dort universell einsetzbar.

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Tabelle 21: Mögliche Lastaufnahmen der verschiedenen Schalungen nach DIN 18 202, Ermittlung durch den GSV [6.59]

Da die größte Tafel 90 x 120 cm nur 38 kg wiegt, lassen sich alle Teile ohne Kran bewegen und aufbauen. Trotz des geringen Gewichtes beträgt der zulässige Schalungsdruck 60 kN/m². Hinsichtlich weiterer Einzelheiten derartiger Schalungen wird wiederum auf die Aufbauanleitungen und die Kalkulationsrichtwerte der Hersteller verwiesen.

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

Bild 6.69.1: Ansicht

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.69.2: Elemente

Bild 6.69.3: Richtschloss Bild 6.69: Leichte Rahmenschalung (Peri, Domino [6.60])

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

Bild 6.70.1: Takko-Schalung Überblick

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.70.2: Bauteile

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

Bild 6.70.3: Verbindungsteile

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.70.4: Elementverbindung

Bild 6.70.5: Konsolen und Abstützungen Bild 6.70: Kleinflächige Rahmenschalung (Hünnebeck-Takko [6.66])

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Als Vorteile der Rahmenschalung werden genannt − − − − −

geringerer Lohnaufwand gegenüber konventioneller Schalung, Einsatz qualifizierter Arbeitskräfte (Facharbeiter) nicht erforderlich, einfacher Transport und Lagerung, hohe Einsatzhäufigkeit, für glatte Wandschalungen besonders geeignet. Als Nachteile werden angeführt

− − − −

geringere Anpassungsfähigkeit als Träger-Schalung, schlechtere Sichtbetonqualität (Fugen), Gefahr des Ausblutens des Betons an den Stößen. große Anzahl an Elementen, Ankern und Kleinteilen. Wandschalungsarbeiten laufen in folgender Reihenfolge ab (Bild 6.53):

− − − − − −

Einmessen der Wand (soweit erforderlich), 1. Wandseite stellen und absteifen, Aussparungen einbauen, Leerrohre verlegen usw., Wand bewehren, 2. Wandseite stellen und absteifen, Schalungsanker einbauen.

Der mit zunehmender Größe eines Schalelementes abnehmende Arbeitsaufwand geht aus Bild 6.71 hervor. Wenn beim Betonieren gegen senkrechte Baugrubenwände eine Verankerung der Wandschalung nicht möglich ist, muss – wie schon erwähnt – die einhäuptige Schalung durch Stützböcke abgesteift werden, die den vollen Betondruck aufnehmen können (Bild 6.58). Durch besondere Gurte (Gelenkriegel) können auch gekrümmte Wandflächen relativ einfach geschalt werden. Für derartige Aufgaben werden von den Schalungsherstellern Sonderkonstruktionen angeboten. Als Überblick über die Kosten von Wandschalungen und damit als Hilfe für die Wahl von Schalverfahren ist in Tabelle 22 ein Kostenvergleich zwischen Rahmenund Trägerschalung dargestellt. Das Ergebnis zeigt, dass im Einzelfall von betriebsinternen Erfahrungswerten bzw. Herstellerangaben (Mietrechnungen, Auf- und Abbaukosten, Reinigungsaufwand) auszugehen ist, wobei die Lohnkosten (Arbeitsaufwand) sowie die monatlichen und die insgesamt möglichen Einsatzzahlen den Ausschlag geben. Die Tabellenwerte bestätigen, dass auf der Baustelle, auch wegen des Einarbeitungseffektes (Bild 6.72), mit einem Minimum an Schalung die größtmögliche Einsatzzahl angestrebt werden muss. Das arbeitsorganisatorische Prinzip, das diese Forderung erfüllt, ist Taktarbeit, worauf im Abschnitt 11 (Ablaufplanung) noch einzugehen ist.

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.71: Stundenaufwand für Rahmentafelschalung [6.70]

Bild 6.72: Einarbeitungskurve für Schalarbeiten [6.71]

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung Tabelle 22: Kostenvergleich Rahmen- Trägerschalung [6.59]

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

6.4.4.4 Deckenschalung Bei Deckenschalungen sind − − − − − − − −

konventionelle Schalung mit Schaltafeln und Schalungsträgern Flex- und Flex-Raster-Schalungen (für den flexiblen Handeinsatz), Unterstellungen für Elementdecken, Alu- Modul-Schalungen (Hand-Deckenschalungen mit Alu-Elementen im vorgegebenen Raster), Flex-Tische (montierte Großmodule aus Einzelteilen der Flex-Schalungen), Alu-Unterstellungsgerüste (Alu-Unterstellungen zur leichten Montage, Einzelstützen oder Rahmen mit Verstrebungen), Deckentische (Unterstellungen mit Rahmen-Strebenkonstruktionen aus Stahl) sowie Lasttürme (wie vor, jedoch mit höherer Lastaufnahme)

zu unterscheiden. Auf Turmschalungen und Lehr- bzw. Traggerüste für den Brückenbau gehe ich nur im Überblick ein. Bei Kassettenschalung für Plattenbalkendecken werden die Schalkörper aus Kunststoff oder Stahlblech auf eine ebene Decken(spar)schalung aufgelegt. Analog zur Wandschalung hängt die Wahl eines Deckenschalverfahrens von der Bauwerksgeometrie, der Einsatzhäufigkeit, der Unterstellungshöhe, der abzutragenden Last und den Kosten des Schalverfahrens ab, die wiederum von der Einsatzhäufigkeit und dem Arbeitsaufwand abhängen. Im Einzelfall ist daher auch hier zu untersuchen, inwieweit höhere Investitionskosten durch geringere Lohnkosten ausgeglichen werden. Im Vergleich zu Wandschalungen (Länge, Höhe) müssen Deckenschalungen in 3 Richtungen anpassungsfähig sein (Höhe, Breite, Länge). Ein Ausschalen der Decken mit Kranhilfe von oben ist nicht möglich. Mit dem Baukran können Schalungselemente und Deckentische nur umgesetzt werden, wenn sie aus der betonierten Decke herausgefahren sind [6.59]. Konventionelle Deckenschalung Bei nur einem Bauabschnitt, unregelmäßigen Bauteilabmessungen und beengten Platzverhältnissen kommen immer noch konventionelle, örtlich hergestellte Deckenschalungen zum Einsatz. Die Schalhaut besteht hierbei – soweit möglich – aus etwa 50 x 150 cm großen hölzernen Schaltafeln, die auf einer Unterkonstruktion aus Kanthölzern oder Schalungsträgern (Belags- und Jochträgern) aufliegen. Diese werden durch Stahl- oder Aluminiumrohrstützen im erforderlichen Abstand unterstützt (Rüstung). Durch Verwendung größerer Schalungsträger, die als Joche quer unter den Belagträgern angeordnet werden, lässt sich die Zahl der Abstützungen verringern. Zur Aufnahme von Horizontalkräften wird die Rüstung verschwertet, soweit die Kräfte nicht durch Verkeilen in bereits hergestellte Wände abgeleitet werden können. Passflächen werden (aus verbrauchten Schaltafeln) zugeschnitten oder durch Ausgleichsbleche geschlossen.

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Da der Arbeitsaufwand hierfür relativ hoch ist, wurden mit steigenden Löhnen und Sozialaufwendungen auch für Deckenschalungen Systeme entwickelt, die durch Verwendung industriell hergestellter Elemente die Lohnkosten reduzieren. Flex- bzw. Flex-Raster-Schalung Wie bei Trägerwandschalungen werden bei diesen Systemschalungen leichte Träger aus verleimtem Holz mit geringen Bauhöhen (16 bis 24 cm) als Belags- und Jochträger verwendet (Bild 6.59). Die Abstützung erfolgt mit längsverstellbaren Stahlrohrstützen mit Gabel- oder Klauenkopf (Bild 6.59, 6.73). Der Stützenkopf ermöglicht es, die Jochträger verschiebbar nebeneinander aufzulagern. Dadurch sind sie in der Länge stufenlos ausziehbar und können sich den geometrischen Bauwerksbedingungen anpassen. Die Kopfgabel stabilisiert die Träger gegen Kippen. Durch die Absenkautomatik der Stützen (Fallkopf) ist ein schnelles Ausschalen und das Umsetzen der Stützen ohne Abspindeln möglich (Bild 6.73). Das Schema einer derartigen Deckenschalung ist in Bild 6.74 dargestellt.

Bild 6.73: Stahlrohrstütze, Trägerauflager und Fallkopf

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.74: Schema der Flex-Deckenschalung

Die Belags- und Jochträger bilden mit Stützen, Stützenkopf und Schaltafeln das Deckenschalsystem. Das Abspindeln der Stützen beim Ausschalen und Aufspindeln beim Wiedereinsatz entfallen. Durch Herausschlagen des Keiles im Fallkopf senkt sich die Schalkonstruktion um 6 cm ab. Durch anschließendes Kippen der Belagträger steht insgesamt ein Freiraum von 18 cm zur systematischen und Material schonenden Entnahme aller Schalmaterialien zur Verfügung. Die Stahlrohrstützen, die zur Unterstützung der Joch-Träger dienen, sind innen und außen feuerverzinkt, wobei das Innenrohr eine Ausfallsicherung aufweist. Belastungstabellen des Herstellers erleichtern die Bemessung. Das Ein- und Ausschalen zeigt Bild 6.75, eine Absturzsicherung Bild 6.76. Bemessungstabellen, ein Beispiel und Kalkulationsrichtwerte einer VariomaxDeckenschalung sind im Anhang A9 dargestellt [6.66]. Ähnliche Systeme werden auch von anderen Schalungsherstellern angeboten. Als weiteres Beispiel sei die Flex-Raster-Schalung von Doka erwähnt. Dabei verhalten sich der Abstand der Belagträger, der Stützenabstand und der Jochträgerabstand im Verhältnis von 1 zu 2 zu 4. Dafür sind auf den Schalungsträgern alle 50 cm Marken angebracht, so dass für das Einschalen weder Schalungsplan noch Zollstock erforderlich sind (Bild 6.77). Damit konnte der Arbeitsaufwand nun mehr als 20% reduziert werden. Diese Einsparung führt jedoch zu einem höheren Materialeinsatz, der von Fall zu Fall dagegen abzuwägen ist [6.59].

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

Bild 6.75.1: Einschalvorgang

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.75.2: Ausschalen Bild 6.75: Ein- und Ausschalen einer Flex-Deckenschalung (Variomax) [6.66]

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

Bild 6.76: Absturzsicherung

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.77: Dokaflex-Rasterschalung 1-2-4 (bedarf keiner Bemessung) [6.59]

Die Vorteile dieser Träger- und Stützensysteme liegen in der Einfachheit und universellen Einsatzbarkeit, außerdem kann die Schalung kranunabhängig aufgestellt werden. Gegenüber Rahmentafelsystemen sind die Investitionskosten erheblich niedriger; der Arbeitsaufwand je m² Deckenschalfläche aber noch relativ hoch. Bei hoch belasteten, weit gespannten Decken und großer Raumhöhe reicht diese relativ einfache Rüstung mit Deckenstützen oft nicht mehr aus. Die dafür anzuwendenden Unterstützungsarten werden im Abschnitt 6.4.5 (Rüstungen) erläutert. Rahmentafelsysteme Vergleichbar mit den Rahmentafelsystemen für Wandschalungen werden auch für die Herstellung von Ortbetondecken Rahmentafelschalungen eingesetzt (auch als Modul- oder Paneelschalung bezeichnet). Die leichten Rahmentafeln aus Aluminiumprofilen mit eingelassener hochwertiger Schalhaut werden entweder in leichte Deckenträger eingelegt, die an den Fallköpfen der Stahlrohrstützen eingehängt werden (Fallkopf-Träger-Element-Methode) oder direkt auf besondere Kopflager

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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der Stützen aufgelegt (Element-Methode). Restflächen werden mit Ausgleichstafeln geschlossen. Ausgeschalt wird meist durch Absenken der Fallköpfe, wodurch die Decken- bzw. Kopfträger abgesenkt werden und die Rahmentafeln ausgehängt werden können. Der Fallkopfkern mit der Kopfplatte ist nicht absenkbar und stützt nach dem Absenken der übrigen Schalung direkt den Beton. Nach dem Abbau der Rahmentafeln und Deckenträger (Ausschalen) verbleiben die Stahlrohrstützen mit den Fallköpfen bis zur ausreichenden Erhärtung des Betons als Hilfsstützen an Ort und Stelle [6.59]. Ein System mit direkter Lagerung der Decken-Rahmentafeln auf den Kopflagern der Stützen ist im Bild 6.78 dargestellt (Topec-Deckenschalung [6.66]). Der Aufwand für das Ein- und Ausschalen wird mit weniger als 0,4 h/m² (0,20 bis 0,40 h/m² je nach Passanteil) angegeben. Ein weiteres System mit Deckenträgern zwischen den Stützen zeigt Bild 6.79 (Skydeck-Deckenschalung von Peri) [6.60]. In diesem Fall haben bei „frühem“ Ausschalen die Stützen das Eigengewicht der Decke zu tragen. Dies kann beim Betonieren der nächsten Decke zu einer wesentlichen Erhöhung der Stützenlast führen, worauf die Stützen i.d.R. nicht ausgelegt sind [6.59]. Die Investitionskosten von Alu-Modul-Schalungen sind relativ hoch. Mit zunehmendem Anteil an Passflächen ist der Arbeitsaufwand gegenüber FlexSchalungen jedoch erheblich größer (Bild 6.80). Ob diese Systeme im Einzelfall die wirtschaftlichste Lösung darstellen, kann nur über Verfahrensvergleiche verschiedener Lösungen ermittelt werden.

Bild 6.78.1: Übersicht

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.78.2: Randausgleich Bild 6.78: Alu-Modul-Schalung Topec von Thyssen-Hünnebeck [6.66]

Bild 6.79.1: Fallkopf-Träger-Element-Methode

Bild 6.79.2: Bei Alu-Modul-Schalungen sind im Ausgleichsbereich mehr Stützen zu stellen

Bild 6.79: Alu-Modul-Schalung Skydeck der Firma Peri [6.60]

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Bild 6.80: Aufwandswerte von Alu-Modul- und Flex-Deckenschalungen bei Passflächen [6.59]

Deckenschaltische Analog zu großflächigen Wandschalungen wurden großflächige Deckenschalungen entwickelt, die als Deckentische bezeichnet werden. Sie lassen sich wirtschaftlich einsetzen, wenn sich gleiche Schalflächen und Belastungen mehrfach wiederholen. Weitere Voraussetzung ist, dass die Schaltische möglichst oft auf einer Ebene verfahren werden können, bevor sie mit dem Kran auf die nächste umgesetzt werden. Das Bauwerk sollte dafür wenigstens an einer Stelle offen sein. Deckentische sind eine kranabhängige Deckenschalung. Ein Standard-Schaltisch besteht aus der Schalfläche (Schalhaut), der Unterkonstruktion (Quer- und Längsträger) und den höhenverstellbaren Stahlrohrstützen. Diese Stützen, die in den an der Unterkonstruktion befestigten Klappköpfen – auch als Schwenkköpfe bezeichnet – gehalten und geführt werden, übernehmen auch bei voller Auszugslänge die Lasten ohne Aussteifungen (Bild 6.81). Zum Umsetzen werden, wenn Brüstungen überfahren oder Unterzüge unterfahren werden müssen, die Stützen hochgeklappt (Bild 6.82). Durch Deckentische wird der Bauablauf beschleunigt und die Schalzeiten werden reduziert. Ein wirtschaftlicher Tischeinsatz hängt jedoch von folgenden Randbedingungen ab: − − − − − − − −

möglichst hohe Einsatzzahlen möglichst wenig wechselnde Geometrien und Belastungen möglichst wenig unterschiedliche Tischgrößen und Tischformen möglichst geringe Beischalbereiche geeignete Umsetzgeräte für den Horizontal- und Vertikaltransport ungehinderte Ausfahrwege für die Deckentische ausreichende Kranverfügbarkeit und Krantragkraft wirtschaftliche Montage vor Ort oder überschaubare Frachtkosten [6.59]

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Die Verwendung von Deckentischen (oder Lasttürmen) kann im Einzelfall auch bei hohen Lasten oder großen Unterstellungs-(Rüstungs-)höhen wirtschaftlich sein, selbst wenn nur wenige Einsätze realisiert werden können [6.59].

Bild 6.81.1: mit 4 Stützen [6.65]

Bild 6.81.2: mit 6 Stützen

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Bild 6.81.3: Schwenkköpfe Bild 6.81: Deckentische [6.66]

Wie bei Wandschalungen sind Standard- und maßgeschneiderte Deckentische (Sonderformen) zu unterscheiden: Flextische (Standardtische), auch als Großmodule bezeichnet, werden fix und fertig montiert in Standardabmessungen zu günstigen Mietsätzen angeboten. Die Tischlängen betragen 4,00 m und 5,00 m, die Tischbreiten je nach Hersteller 2,50 m bzw. 2,15 m und 2,65 m. Daraus ergeben sich Schalflächen von 8,60 bis 13,25 m². Randtische werden mit Schutzgerüst geliefert und montiert (Bild 6.83). Die Tische werden auf der Baustelle aneinander gereiht; bei entfernter Randschalungshaut bieten sie zugleich die Auflagerfläche für einen größeren Passbereich (Bild 6.84).

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.82: Klapp-Schaltisch bei vertikalem Umsetzen [6.66]

Bild 6.83: Randtisch mit Abspannung [6.59]

Von den Herstellern werden auch die erforderlichen Umsetzgeräte angeboten. Dies sind für horizontales Umsetzen (Absenken und Verfahren) Umsetzwagen, für vertikales Umsetzen mit dem Kran Umsetzgabeln (auch Entenschnabel genannt). Damit der Schaltisch mit diesen Umsetzgeräten bewegt werden kann, sind der Trägerrost und die Stützkonstruktion zugfest verbunden. Bei der Kranbemessung ist das Gewicht der Umsetzhilfen zu berücksichtigen.

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Bild 6.84: Anordnung der Tische [6.59]

Der horizontale Umsetzvorgang mit Umsetzwagen für Absenken und Verfahren geht aus Bild 6.81.2 hervor. Vertikal werden die Deckentische mit einer Krangabel umgesetzt. Diese greift unter den Trägerrost, unterstützt ihn beim Herausfahren aus dem Bauwerk und hebt ihn dann auf die nächste Ebene (Bild 6.82 und 6.85).

Bild 6.85: Vertikales Umsetzen der Tische [6.59]

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Maßgeschneiderte Flextische (Sonderformen) bieten freie Wahl im konstruktiven Rahmen, sind jedoch besonders anzufertigen. Sie sind von Vorteil, wenn die wesentlichen Randbedingungen hinsichtlich der Unterstellungsgerüste, Montageund Demontagekosten, Vorhaltmengen für einen kontinuierlichen Bauablauf (bspw. Vorlauf für die Bewehrungsarbeiten) und die Auswahlkriterien erfüllt sind. Ein allgemeiner Kostenvergleich zwischen Standardtischen und Sonderformen ist in Bild 6.86 dargestellt. Sonderformen werden bis etwa 25 m² Schalfläche verwendet. Als Zeitaufwand für Deckentische werden für die Grundmontage 0,15 bis > 1,0 h/m², für das Ein- und Ausschalen 0,2–0,3 h/m² angegeben (abhängig vom Kran und von der Bauwerksform). Der Trend geht zu kleineren Tischeinheiten, die sich vielseitiger den wechselnden Grundrissen anpassen als überdimensionierte Tische. Bei großen Höhen und Belastungen bestehen die Unterstellungsgerüste der Deckentische aus Stahlkonstruktionen (Rahmenstützen, Lasttürmen). Hinsichtlich aller weiteren für einen rationellen Einsatz dieser Schalelemente erforderlichen Detailinformationen verweise ich auf die jeweiligen Herstellerunterlagen und die Spezialliteratur [6.59, 6.60, 6.65, 6.66].

Bild 6.86: Kostenvergleich zwischen Standardtischen und Sonderformen [6.59]

Deckenschalung aus Stahlbetonfertigteilen (Elementschalung) Bei regelmäßigen Grundrissen ist es häufig wirtschaftlich, die Deckenschalung durch großformatige, 5 bis 7 cm dicke Betonplatten zu ersetzen (Bild 6.87). Die Tragwirkung für den Bauzustand entsteht durch einbetonierte Mattenbewehrung und leichte, fachwerkartige Stahlträger (Filigranträger), die bei der Bemessung der Deckenbewehrung mit herangezogen werden.

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Bild 6.87: Fertigbetonplatten, Übersicht [6.72]

Zum Aufbringen des Ortbetons erfordern diese Elementdecken quer zur Tragrichtung eine Unterstellung (Rüstung) aus Jochträgern und selbst stehenden Stützen. Der Abstand der Jochträger liegt – je nach werkseitig eingebauter Bewehrung – zwischen 2,00 und 3,00 m. Die zur Abstützung für Eigengewicht und Betonierlasten erforderlichen Hilfsjoche und -stützen (Unterstellungen) sind weniger aufwendig als die Rüstung einer normalen Deckenschalung. Die Elementplatten können im Fertigteilwerk in Längen von 3,0 bis etwa 10 m hergestellt werden Aus Transportgründen werden sie in der Regel 2,50 m breit und bis zu 6,0 m lang nach einem vom Werk erstellten Verlegeplan gefertigt (d.s. etwa 12,5 bis 15 m² Schalfläche). Angeliefert werden sie „just in time“ auf LKW´s. Das Verlegen – möglichst ohne Zwischenlagerung – erfordert einen Kran mit ausreichender Tragfähigkeit (g = 125 bis 175 kg/m² bei d von 5,0 bis 7,0 cm). Dabei sind Ausfahrwege für die Unterstellung freizuhalten.

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Nach dem Verlegen der Bewehrung über den Fugen und – bei durchlaufenden Platten – der oberen Zusatzbewehrung sowie der Installationsleitungen wird der Beton aufgebracht und verdichtet. Die Stöße der Deckenplatten (zum Teil auch die Flächen) sind zu spachteln. Auflagerdetails gehen aus Bild 6.88, 6.89 hervor. Alle weiter zu beachtenden Punkte sind den ausführlichen Werksunterlagen der Plattenhersteller zu entnehmen [6.72].

a cm

Bild 6.88: Montageunterstellung, Querschnitt [6.72]

Bild 6.89: Montagestützweiten a [6.72]

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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6.4.4.5 Balken-/Unterzugschalung Aus schaltechnischer Sicht ist der Idealfall einer Stahlbetondecke die Flachdecke. Auch für Hochbauten mit abgehängten Decken (Bürogebäude mit hochwertiger Gebäudetechnik) werden bevorzugt unterzuglose Decken hergestellt, um im Ausbau das Verlegen der gebäudetechnischen Installationen zu erleichtern. Größere Spannweiten und höhere Lasten erfordern aus statischen oder wirtschaftlichen Gründen Balkendecken. Diese Balken oder Unterzüge können in einer Richtung verlaufen oder kreuzweise angeordnet sein. Um die hohen Schalzeiten für Unterzüge, die zusammen mit Decken herzustellen sind, zu reduzieren, sind besondere Unterzugschalungen bzw. -zwingen verfügbar (Bild 6.90). Damit können Unterzüge mit Abmessungen bis zu etwa 80 cm

Bild 6.90.1: Holzträger-Unterzugschalung [6.66]

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.90.2: Peri-Unterzugschalung [6.60]

Bild 6.90.3: Doka-Balkenzwingen [6.65] Bild 6.90: Unterzugschalung

Bild 6.91: Typischer Schnitt durch die Schalung und Unterstützung bei integrierten Randund Mittelunterzügen [6.60]

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Bild 6.92: MULTIPROP Tische mit Unterzugschalung sind als Kompletteinheit umzusetzen [6.60]

Bild 6.93: Randunterzug in 4,53 m Höhe mit Stapelturm ST 100 und MULTIFLEX TrägerDeckenschalung. Der Einsatz von Diagonalen macht den ST 100 zugfest; dadurch sind große Höhen liegend vormontiert in einem Kranhub aufzustellen [6.60]

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Höhe und 1,35 m Breite hergestellt werden. Damit lassen sich die bei konventioneller Schalung erforderlichen Schalzeiten (bis zum 5-fachen Aufwand gegenüber Deckenschalung) erheblich reduzieren, ebenso der Materialaufwand. Beispiele hierzu zeigen die Bilder 6.91 bis 6.94 aus den Werksunterlagen der Hersteller, hinsichtlich weiterer Details sei auf die ausführlichen Herstellerangaben bzw. -prospekte verwiesen. Auch für die Randabschalung von Decken stehen besondere Abschalwinkel zur Verfügung (bis zu 40 cm Höhe). Auf den Sonderfall „Schalungskörper für Rippen- und Kassettendecken“ gehe ich nicht ein (siehe hierzu [6.59].

Bild 6.94: Unterzüge mit Trio-Rahmenschalung auf Lasttürmen und VT 20 Trägern [6.60]

6.4.4.6 Raum- / Tunnelschalung Im Wohnungsbau kommen Raum- bzw. Tunnelschalungen nicht mehr vor. Für Sonderfälle (große Abwasser-Kanalquerschnitte aus wasserdichtem Beton) wurden Schalungen entwickelt, die das abschnittsweise Herstellen des gesamten Querschnitts (Sohle, Wände und Decke) ohne Anker in einem Zuge ermöglichen.

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Derartige (Projekt-)Schalungen werden als Schalungsmaschinen bezeichnet. Da sie i.d.R. längs verfahrbar sind, zählen sie zu den Fahrschalungen (Schalwagen) nach Abschnitt 6.4.4.8.

6.4.4.7 Mischbauweisen Im Einzelfall kann es sich als wirtschaftlich erweisen, Nebenunterzüge nicht in Ortbeton herzustellen, sondern dafür Stahlbetonfertigteile zu verwenden, die in die Schalung des Hauptunterzuges einbinden. Um die Unterkonstruktion der Deckenschalung und deren Rüstung damit nicht zu belasten, sind diese Fertigteile entsprechend abzustützen. Mit derartigen Mischbauweisen lässt sich die Bauzeit von Ortbetonkonstruktionen häufig verkürzen.

6.4.4.8 Sonderschalungen Weitere Rationalisierungsmöglichkeiten im Stahlbetonbau liegen in der Anwendung „beweglicher Schalungen“. Dabei sind Fahr-, Kletter- und Gleitschalung zu unterscheiden. Wie normale Schalungen müssen auch Sonderschalungen folgende Kriterien erfüllen: − − − − −

Minimaler Handhabungsaufwand (Einsparung an manueller Arbeit), Schnelles Ausschalen und Umsetzen, Mehrfacher Einsatz, Rationeller Zusammenbau aus weitgehend industriell vorgefertigten Elementen, Kosteneinsparung gegenüber anderen Schalverfahren.

Fahrschalung (Schalwagen) Für Bauwerke mit horizontaler Folge gleicher oder nahezu gleicher Betonierabschnitte (Stützmauern, Kai- und Schleusenkammermauern, Brückenüberbauten, Kanalprofile, Tunnel in offener Bauweise, Stollen- und Tunnelauskleidungen) werden fahrbare Schalungen verwendet (Bild 6.95 und 6.96). Sie bestehen aus dem Schalwagen als stützendes Grundelement, auf den die aussteifende Unterkonstruktion und die Schalhaut aufgesetzt sind. Zum Ausschalen wird die Schalung abgesenkt bzw. seitlich von der Betonoberfläche abgezogen oder abgeklappt. Diese Hub-, Senk-, Horizontal- oder Klappbewegungen werden bei kleinen Schalwagen durch Spindeln, bei großen durch Hydraulikantriebe vorgenommen. Die Schalwagen sind fahrbar, bei kleinen Querschnitten werden zum Umsetzen auch Hubwagen oder Rollen verwendet. In der Regel stehen fahrbare Schalungen beim Betonieren auf Spindeln und tragen damit die volle Last ab. Zum Ausschalen und Verfahren wird die Schaleinheit auf Rollen oder Gleitflächen abgesenkt. Die Schalwagen (Fahrschalungen) werden nach dem Ausschalen in den nächsten Betonierabschnitt vorgezogen. Muss bei lang gestreckten Bauwerken (UBahntunnel) und knappen Terminen ein zweiter Schalwagen eingesetzt werden, bleibt zwischen beiden wenigstens ein Abschnitt frei. Die Betonierfolge ist dann

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

für den ersten Schalwagen Block 1-3-5-7 usw., für den zweiten 2-4-6-8 (Bild 6.96.2). Tunnelquerschnitte mit Mittelunterstützung erfordern geteilte Schalwagen.

Bild 6.95: Fahrbare Wandschalung für eine Kaimauer eines Kanalhafens (Stahl)

Bild 6.96.1: Sohle-Wand-Schalwagen in einer Baugrube ohne Arbeitsraum [6.73]

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Bild 6.96.2: Arbeitsablauf bei Einsatz von 2 Tunnelschalwagen in offener Baugrube zur Herstellung des Tunnel-Querschnitts [6.74] ohne Arbeitsfugen (Schema ) Bild 6.96: Beispiele fahrbarer Schalungen

Die Länge der Betonierabschnitte ergibt sich aus dem wirtschaftlichen Kriterium nach oftmaligem Einsatz der Schalung und technologisch aus der Forderung, Schwindrisse im Beton zu vermeiden. Die Abschnittslängen liegen im Tunnel bei

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

10–16 m, in offener Bauweise zwischen 8 und 30 m, bei Brückenüberbauten auch darüber. Die Schalung ist jeweils auf die herzustellenden Bauteile zugeschnitten und besteht weitgehend aus Systemteilen. Wenn der Beton-Schalungsdruck durch Anker oder Steifen aufgenommen werden kann, können die Abstützkonstruktionen (Rüstung) relativ einfach ausgeführt werden. Gegenüber Wandschalungen im Hochbau sind Stirnabschalungen von Bauteilen im Grundwasser schwieriger herzustellen, da hierbei die Arbeitsfugen wasserdicht auszubilden sind. Neben der Fugenbandführung muss die Schalung häufig auch das Durchführen von Energieleitungen, Drainagerohren oder Spannkabeln berücksichtigen. Bei Tunnelprofilen kann bspw. vor dem Schalwagen ein fahrbares Bewehrungsgerüst eingesetzt werden, um Schalungs- und Bewehrungsarbeiten zu entkoppeln und dadurch die Bauzeit zu verkürzen. Nach dem Ausschalen und Vorziehen(-fahren) des Schalwagens in den nächsten Abschnitt, der bereits bewehrt ist, kann dort sogleich betoniert werden.

Bild 6.97: Schalungsmaschine [6.60]

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Schalwagen mit teleskopierbarer Schalung können sich bspw. im Kanalbau, Brückenbau und bei Tunnelaufweitungen im U-Bahnbau den wechselnden Querschnitten anpassen (Bild 6.97). Wird das Aus- und Einfahren derartiger Schalungen zentral gesteuert, spricht man, wie schon erwähnt, von Schalungsmaschinen. Im Untertagebau bestehen Schalwagen nur aus der Innen- und Stirnschalung. Diese Schalwagen sind so konstruiert, dass das für den allgemeinen Transport im Tunnel erforderliche Lichtraumprofil freigehalten wird. Als Taktzeit für das Umsetzen von Fahrschalungen werden 2 Tage bis 2 Wochen genannt. Sie hängt i.W. von der erreichbaren Frühfestigkeit des Betons ab. Beim Bau von Stützmauern, Kaimauern und Schleusenwänden verzichtet man auf Fahrschalungen, wenn größere Kräne zur Verfügung stehen. Es wird dann mit Großflächenschalung gearbeitet, die mit dem Kran umgesetzt werden kann, soweit bei großen Höhen nicht Kletterschalung verwendet wird. In Bild 6.98 sind aus Werksunterlagen der Hersteller nochmals Beispiele fahrbarer Schalungen dargestellt. Hinsichtlich weiterer Details sei auch hierzu wieder auf Herstellerinformationen und die Literatur verwiesen [6.59, 6.60, 6.65, 6.66].

Bild 6.98.1: Brücken-Lehrgerüst

Bild 6.98.2: Deckenschalung in 15 m Höhe

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.98.3: Tunnelschalung (Taktlänge 20,0 m)

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

Bild 6.98.4: Schalung für Brückenüberbau (Hohlkasten)

Bild 6.98.5: Gesimskappenwagen Bild 6.98: Weitere Beispiele fahrbarer Schalungen [6.60]

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Kletterschalung - Prinzip Kletterschalungen sind höhenversetzbare Schalungssysteme. Dabei sind kranabhängige ein- und zweihäuptige Wandschalungssysteme, Sperrenschalungen (einhäuptig) und die kranunabhängige Selbstkletterschalung zu unterscheiden. Das Prinzip einer einhäuptigen Kletterfahrschalung für senkrechte Wände ist in Bild 6.99, einer einhäuptigen Sperrenschalung in Bild 6.100 und einer senkrechten Selbstkletterschalung in Bild 6.101 dargestellt. Eine Kletterschalung besteht aus biege- und verwindungssteifen, großflächigen Schalelementen von etwa 2,50–6,50 m Breite; die Höhe richtet sich nach den Abmessungen der Betonierabschnitte (max. ca. 5,40 m). Die Schalelemente (Trägeroder Rahmenschalung) stehen auf einem Kletterkonsolgerüst, das an einbetonierten Vorlauf-Ankern am darunter liegenden, bereits erhärteten Betonierabschnitt hängt. Mit Kletterschalung können senkrechte sowie vor- und rückwärts geneigte schräge Wandflächen geschalt werden. Die zunächst an der Schalung befestigten Anker haben an der Betonoberfläche einen Gewindestoß, auf den erst ein Vorlaufkonus mit dem Anker und nach dem Ausschalen der Aufhänge-Ankerkopf aufgeschraubt wird (Einhängering bzw. Gerüstschuh, in den die an der Gerüstkonsole angebrachte massive Klaue eingehängt und durch Steckbolzen gesichert wird Bild 6.102). Bei zweihäuptiger Schalung geschieht das Umsetzen in den nächsten Schalungsabschnitt wechselweise links und rechts, bei einhäuptiger Kletterschalung nacheinander. Kletterschalungseinheiten aus 2 Konsolen (2 Punkt-Aufhängung) werden entweder mit einem Hebezeug (Kran) oder neuerdings durch hydraulisch gesteuerte Kletterautomaten umgesetzt. Bei diesen kranunabhängigen Kletterautomaten wird die Hubhöhe in den nächsten Betonierabschnitt in mehreren Kletterschritten überwunden. Die Konzeption einer Kletterschalung hängt von Rahmenbedingungen ab. Dies sind − die Konstruktion des Bauwerks (Wandneigung, Wanddicke, Aussparungen (bspw. Fensteröffnungen), Lastabtragung aus den Gerüstkonsolen, Bewehrungsführung), − die Konstruktion der Kletterschalung (maximale Einflussbreiten und Abstände der Kletterkonsolen, Lastannahmen zur Bemessung aus Eigengewicht, Betriebslasten und Wind, Ableitung der Gerüstlasten in vorhandene Bauwerksteile) sowie − die baubetrieblichen Rahmenbedingungen (geforderte Bauzeit, Taktzeiten [6.59]). - Einsatzbereiche Typische Einsatzfälle von Kletterschalungen sind turmartige Bauwerke (Kühltürme, Kamine, Fernsehtürme, Silos, Brückenpfeiler, Faulbehälter), Schleusenkammerwände und -häupter, Staumauern, Industriebauten sowie Treppenhaus-, Installationskerne und Wände mehrgeschossiger Hochbauten (besonders Hochhäuser).

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Sie wird überall dort angewendet, wo − ein oftmaliger Einsatz der einzelnen Kletterschalungs-Einheiten möglich ist und − das Bauwerk eine ausreichend stabile Verankerung der einzelnen Elemente ermöglicht. Im Gegensatz zu Gleitschalung ist bei Kletterschalung jede Sichtbetonqualität möglich. - Systeme Während ursprünglich nur Eigenentwicklungen von Bauunternehmungen angewendet wurden, gibt es im Bereich der Systemschalungen seit Jahren einen Markt für industriell hergestellte Kletterschalungselemente. Nachstehend sind einige typische Beispiele dargestellt. Kletterfahrschalung Thyssen-Hünnebeck Das System dieser Kletterschalung ist in Bild 6.103 dargestellt. Sie besteht aus − − − − − −

dem Vorlaufanker, der Schalung und Ergänzungen (Diagonalstrebe), der Transportvorrichtung, der Kletterkonsole mit Abrückvorrichtung, der Konsolverankerung und der Nachlaufbühne [6.66].

Häufig wird über der Schalungsebene noch eine Arbeitsplattform für das Bewehren angeordnet, die ebenfalls mitklettert [6.65]. Der Arbeitsablauf beim Einsatz einer (einhäuptigen) Kletterschalung ist schematisch in Bild 6.104 dargestellt. Während hier zum Ausschalen die Schalung noch mit einer Spindel abgeklappt wird, entsteht bei der Kletterfahrschalung nach dem waagerechten Abziehen von der Betonoberfläche ein 0,75 m breiter Arbeitsraum. Dadurch ist auch bei größeren Arbeitshöhen über Gelände ein gefahrloses Einbauen der Vorlaufanker an der Schalung und der Bewehrung des folgenden Arbeitsabschnitts möglich. Zum Umsetzen in den nächsten Abschnitt wird das Schalelement mit dem Kran aus seiner Verankerung im vorletzten Betonierabschnitt gehoben und in die in den zuletzt betonierten Abschnitt eingebauten Ankerelemente eingehängt und gesichert (s. Ankerdetail, Bild 6.102). Bei zweihäuptiger Schalung wird die Innenschalung der Wand entweder unabhängig von der Außenschalung umgesetzt oder an einen Galgen der Außenschalung angehängt und mitgezogen. Der Einsatz kranabhängiger Kletterschalungen ist bis etwa 100 m über Gelände möglich. Für das Herstellen von Gebäudekernen bzw. -schächten werden spezielle Schachtschalungen angeboten. Sie stützen sich auf eine Bühne ab, die auf Klappkonsolen aufgelagert ist (Bild 6.99).

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.99: Kletterfahrschalung (Kranabhängig) [6.60]

DOKA-Sperrenschalung Die Sperrenschalung ist ebenfalls eine einhäuptige Kragschalung mit Aufhängung im vorhergehenden Betonierblock. Als Sperrenschalung wurde sie von DOKA für den Bau von Beton-Staumauern und Schleusenkammerwänden entwickelt. Sie be-

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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steht aus einem Schalungssystem, das über ein Gelenk und eine Spindelstrebe mit den Sperrenkonsolen zu einer Einheit verbunden ist. Die Aufhängung erfolgt mit Hilfe eines speziellen Schalungsankersystems an Kletterkonen auf Wellenankern. Schalelement und Gerüsteinheit sind voneinander trennbar und damit unabhängig für Sondereinsätze zu verwenden. Der Umsetzvorgang geht in folgenden Schritten vor sich (siehe Bild 6.100): 1. Abklappen der Schalung durch Abspindeln mit der Spindelstütze, 2. Herausschrauben der Vorlaufkonen und Einschrauben der Kletterkonen an der Ankerstelle, 3. Umsetzen der Klettereinheit in den nächsten Betonierabschnitt mit dem Kran, 4. Einspindeln des Schalelementes (Ausrichten), 5. Reinigen und Einsprühen der Schalhaut, 6. Einsetzen der Vorlaufanker an der Schalung. Anschließend kann – soweit vorgesehen – die Bewehrung verlegt und der Beton eingebaut werden. Das Anpassen an die Gewölbeform von Staumauern kann durch Gelenk und Spindelstütze in jedem Betonierabschnitt vorgenommen werden. Die Schalungseinheiten sind nach allen Richtungen schnell und einfach justierbar.

Bild 6.100: Einhäuptige Kletterschalung PERI SSC (Single-Sided-Climbing) [6.60]

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.101: Selbstkletterschalung (kranunabhängig) [6.60]

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

Bild 6.102: Verankerung der Kletterkonsolen [6.66]

Bild 6.103: Hünnebeck Kletterfahrgerüst KK 230 [6.66]

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.104: Umsetzvorgang einer Kletterschalung (Schema)

Beim Bau von Gewölbestaumauern lässt man die Blockfugenschalung an der Ecke überstehen, während die luft- und wasserseitigen Schalungselemente dazwischen auf genaues Maß angepasst werden. Der Anschluss an der Ecke erfolgt mit Hilfe von Ausgleichsschienen (Minimum an Passflächen). Für die Verankerung der Schalung werden wie erwähnt Wellenanker verwendet (Bild 6.105), die mit Hilfe von Vorlaufkonen eingebaut werden. In die vorbereitete Ankerstelle wird beim Umsetzen der Schalung der Kletterkonus mit nur wenigen Umdrehungen eingebaut.

Bild 6.105: Ankerausbildung der DOKA-Kletterschalung [6.65]

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Selbstkletterschalung Der letzte Stand der Schalungstechnik in der Entwicklung höhenversetzbarer Schalungssysteme ist die Selbstkletterschalung. Sie wurde von Bauunternehmungen entwickelt und dann durch die Hersteller industriell vorgefertigter Schalungssysteme verbessert [6.60, 6.65, 6.66]. Das System Thyssen-Hünnebeck kann bspw. alle auftretenden Kräfte unter einer Vertikallast von 150 kN/Konsole aufnehmen und ableiten. Bei einer maximalen Einflussbreite von 8,50 m pro Konsole sind bei 2-Punkt-Aufhängung Schalungsflächen bis zu 5,50 m Höhe oder 17 m Breite einsetzbar [6.66]. Der Klettervorgang (Aufstieg bzw. Umsetzen) läuft über Kletterschienen ab, an der je Konsole eine hydraulische Klettervorrichtung die Klettereinheit nach oben schiebt und im nächsten Kletterschuh fixiert. Dieser Klettervorgang ist in Bild 6.106 dargestellt. Beim Bau von 97 m hohen Brückenpfeilern mit Abmessungen von je 4,00 × 2,80 m waren bspw. nur 4 Aufhängekonsolen an der Längsseite erforderlich. Die Schalungen der Stirnseiten waren an der Schalung der Längsseiten aufgehängt und wurden mitgezogen. Die Betoniertakte waren 4,10 m hoch. Mit Selbstkletterschalung kann über 100 m Höhe geklettert werden. Nach der Herstellung des letzten Betonierabschnitts baut sich die Schalung selbsttätig wieder auf Geländehöhe ab. Einzelheiten, Bemessungen und Einsatzbeispiele dieser Schalungen sind den Aufbau- und Verwendungsanleitungen der Hersteller zu entnehmen.

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.106: Klettervorgang einer selbstkletternden Schalung [6.66]

Das Kletterprinzip – Kletterkonus mit Aufhängekopf – hat zu einer erheblichen Reduzierung der Schalzeiten von Kletterschalungen geführt. - Taktzeiten Die Taktzeiten von Kletterschalungen hängen vom Umfang der Schal-, Bewehrungs- und Betonarbeiten in den einzelnen Betonierabschnitten, den erforderlichen Nebenarbeiten, der Frühfestigkeit des Betons, dem Grad der Einarbeitung der Mannschaft, einer sorgfältigen Arbeitsvorbereitung und – nicht zuletzt – vom eingesetzten Kletterschalungsverfahren ab [6.59]. Nach Literaturangaben liegen die Taktzeiten / Abschnitt je nach Arbeitsumfang zwischen 1 (Kühltürme) und 5 (Wochentakt), häufig bei 3 oder 4 Arbeitstagen [6.59, 6.60, 6.65, 6.66]. Gleitschalung - Prinzip Das Prinzip einer Gleitschalung für senkrechte Bauteile ist beispielhaft in Bild 6.107 dargestellt. Auf horizontale Gleitschalungen, wie sie im Straßendeckenbau

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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(Gleitschalungsfertiger) und in Stahlbetonfertigteilwerken eingesetzt werden, gehe ich nicht ein. Das Gleitschalungsgerät besteht aus vertikalen, in bestimmten Abständen angeordneten Jochen (Kletterböcken), die die beidseitige Schalung im erforderlichen Abstand halten, mit den darauf montierten Hebern. An den Jochen ist die vertikale Brett- oder Stahl-Schalung befestigt. Die Heber stützen sich auf Kletterstangen ab, werden hydraulisch betätigt und zentral gesteuert. In Sonderfällen (Schachtbau) ist auch Gleiten mit einhäuptiger Schalung möglich.

Bild 6.107: Regelschnitt einer Gleitschalung [6.59]

Der Gleitvorgang geschieht dadurch, dass an den in der Wandachse stehenden Kletterstangen die Heber hydraulisch nach oben bewegt werden. Die Bewegung ist abhängig vom Hebersystem und liegt etwa zwischen 2 und 6 cm je Hub. Im Bereich der Schalung werden um die Kletterstangen Mantelrohre geführt, die an den Jochen befestigt sind. Sie verhindern, dass die Kletterstangen einbetoniert werden. Die 3-6 m langen Kletterstangen bzw. -rohre werden während des Gleitens durch Schraubverbindungen verlängert und nach dem Ende des Gleitvorgangs, nach Erreichen der erforderlichen Bauwerkshöhe, zur Wiederverwendung gezogen. Während des Gleitens werden eine innere Arbeitsbühne, ein äußeres Konsolgerüst und darunter angeordnete Hängegerüste, die alle dicht abgedeckt und mit Seitenschutz versehen werden müssen, mit nach oben genommen. Von diesen Büh-

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

nen aus werden die Bewehrung, Aussparungen und der Beton eingebaut. Außerdem werden vom unteren Hängegerüst aus der frei gezogene Beton nachbehandelt, Aussparungen gezogen und erforderliche Nebenarbeiten getätigt. - Einsatzbereiche Neben dem Silobau, Schornsteinen und Türmen jeder Art können Gleitschalungen für die Herstellung von Brückenpfeilern, Ölbohrplattformen, Hochhauskernen, Schächten unter Tage, Bühnenhäusern, Kläranlagen (Faulbehälter), auch für freistehende Mauern in größeren Abmessungen, eingesetzt werden. - Merkmale (Vorteile, Voraussetzungen, Randbedingungen) Das rationelle Prinzip beim Einsatz einer Gleitschalung liegt im kontinuierlichen Arbeitsfortschritt. Bei der Gleitbauweise wird das arbeitsorganisatorisch optimale Prinzip der Fließfertigung angewendet. Die Vorteile sind ein Minimum an Arbeitsaufwand bei einem Minimum an Bauzeit; die mögliche Arbeitsgeschwindigkeit beträgt etwa 4–6 m Höhe je Kalendertag. Auch die Gleitbauweise erfordert eine sorgfältige Arbeitsvorbereitung, da alle Teilvorgänge planmäßig ablaufen müssen. Dazu gehören der Einbau der Bewehrung, das Einsetzen von Aussparungen, das Einbringen des Betons mit Kran oder Kübelaufzug, die Rüttelverdichtung, das Ziehen der Schalung und das Verlängern der Kletterstangen. Die Bewehrung wird in relativ kurzen Längen verlegt (horizontale Verteiler liegen außen); die Stöße der Vertikalstäbe werden um etwa ž der Länge versetzt. Um die Reibung der Schalung am Beton zu verringern, verjüngen sich die beiden Schalungshäupter um etwa 4–7 mm nach oben. Man vermeidet damit ein Aufreißen des Betons und eine Überlastung der Hubvorrichtungen. Im Schlussbereich des Gleitens ist auf eine einwandfreie Betonqualität zu achten. Der Gleitvorgang geschieht ununterbrochen in Tag- und Nachtschicht (2 × 12 oder 3 × 8 Std.); wenn irgend möglich auch an Wochenenden. Soweit das von der Gewerbeaufsicht in bewohnten Gebieten nicht zugelassen ist (Arbeit nur an Werktagen zwischen 7.00 und 20.00 Uhr möglich), muss die Schalung am Schichtende frei gezogen werden, was sich auf den Arbeitsablauf und die Kosten nachteilig auswirkt. Bei zu großem Bewehrungsanteil, d.h. zu großem Zeitaufwand für das Einbauen der Bewehrung (begrenzter Arbeitsraum), ist ein Gleiten nicht mehr möglich. Die Steiggeschwindigkeit der Schalung wird dann zu gering, der Beton haftet an der Schalung. In diesem Fall kann nicht mehr geglitten werden. Die mögliche Herstellungstoleranz, bezogen auf die (vertikale) Achse des Bauwerks, beträgt bei der Gleitbauweise etwa ±1,5 cm. Gleitschalungsarbeiten wurden schon bei Bauwerkshöhen von wenigen Metern ausgeführt (8–10 m Höhe), besonders dann, wenn bspw. eine ringförmige, wasserdichte Behälterwand größeren Durchmessers auf diese Höhe ohne Arbeitsfugen hergestellt werden musste. Das wesentliche Kriterium bei der Anwendung von Gleitschalungen liegt darin, dass einerseits der Beton beim Gleitvorgang (Ziehen) am unteren Ende der Scha-

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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lung noch nicht erstarrt ist, da er sonst an der Schalung haftet und ein Gleiten nicht mehr möglich ist; andererseits aber schon eine derart hohe Anfangsfestigkeit aufweist, dass die Kletterstangen gegen Ausknicken gesichert sind. Gleit- und Kletterschalungen werden vornehmlich dort eingesetzt, wo ein in die Höhe gerichtetes Bauwerk erstellt werden soll. Eine der Voraussetzungen für die Entscheidung, ob Gleit- oder Kletterschalung eingesetzt werden kann, ist die gewünschte Sichtfläche. Während mit Kletterschalung fast alle Sichtbetonwünsche erfüllt werden können, ist das mit Gleitschalung nur beschränkt möglich [6.59]. Durch die Entwicklung selbstkletternder Schalungen kommen Gleitschalungsarbeiten nur noch bei besonders dafür geeigneten Bauvorhaben vor. Ein sehr instruktives Beispiel aus der Literatur (Erstellung des 62 m hohen Turms für das World Trade Center in der Innenstadt von Dresden) informiert ausführlich über das Arbeiten mit einer Gleitschalung (bspw. patentierter Schneckenkübel für den Betoneinbau) und gibt Hinweise über den Baufortschritt und die eingesetzte Mannschaft [6.75]. Einer der beiden Emirates Tower in Dubai (305 und 350 m hoch), der OfficeTower, wurde ebenfalls mit Gleitschalung errichtet. Dabei wurde mit dem verstärkten Gleitschalungsgerüst ein Betonverteilermast mitgezogen [6.76, 6.77]. 6.4.5 Rüstungen Wegen ihrer Bedeutung für Standsicherheit und Kosten von Deckenschalungen sind über die Unterstützung horizontaler bzw. schräger Schalungen, die Rüstung, noch Erläuterungen sowie Hinweise auf Arbeits- und Schutzgerüste anzufügen. Unter Rüstungen – von den Schalungsherstellern Unterstellungen genannt – sind sowohl Traggerüste für Baukonstruktionen und damit auch für Betonschalungen nach DIN 4421 als auch Arbeits- und Schutzgerüste nach DIN 4420 zu verstehen.

6.4.5.1 Traggerüste Aufgabe Die zur Unterstützung horizontaler (oder geneigter) Schalungen erforderlichen Traggerüste werden bei normalen Spannweiten (Decken) als Rüstung, bei weitgespannten Bauteilen (Brücken) als Lehrgerüst bezeichnet. Sie sind ein wesentlicher Zeit- und Kostenfaktor bei der Herstellung von Tragkonstruktionen aus Stahlbeton, bei Brücken oft das Hauptproblem. Horizontale und geneigte Trägerschalungen bestehen aus der Schalhaut, den Schalungs- und den Jochträgern. Die für die weitere Ableitung der auftretenden Lasten erforderliche Unterstützung wird als Rüstung bezeichnet. Bei kranunabhängigen Paneelschalungen entfallen die Jochträger, z.T. auch die Schalungsträger. Die Trägerwandschalung besteht dagegen aus der Schalhaut, den Schalungsträgern und Gurtungen, die Rahmenschalung aus zusammengesetzten Rahmentafeln. Die Standsicherheit von Wandschalungen wird durch Richtstützen und –streben

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

erreicht. Dazu kommen bei zweihäuptiger Schalung die Verankerung, bei einhäuptiger die Stützböcke. Rüstungen werden zur Aufnahme des Gewichts von Schalung, Bewehrung und Beton (bis zur Erhärtung), der Betriebslasten während des Betonierens (Betoniereinrichtung, Mannschaft) und der Windkräfte benötigt (DIN 1045-3, Abschn.5, Gerüste und Schalungen [6.3]; DIN 4421, Traggerüste [6.79]). Sie können aus konventionellen Baustoffen (Kant-/Rundhölzer, Stahlprofile), die individuell zusammengebaut werden, Stahlrohrgerüstelementen (Rohre und Kupplungen) oder besonders entwickelten Rüstungssystemen hergestellt werden. Im wesentlichen bestehen sie heute aus Rüststützen und -trägern. Die von der Schalung aufzunehmenden Lasten werden durch die Rüstung punktförmig abgetragen. Dafür gibt es lastabhängig drei Möglichkeiten: − bei kranunabhängigen Paneel-(Modul-)Schalungen stehen (Fallkopf-) Rüststützen unter den Ecken der Paneele (Bild 6.78). Diese haben Regel-Abmessungen von etwa 0,90 × 1,80 m. Der Trend geht zu möglichst großen Tafeln (1,80/1,80 m), um mit weniger Stützen auszukommen. Um Gewicht zu sparen, wurden dafür Aluminium-Paneele und –stützen entwickelt − bei Trägerschalung liegen die hölzernen Jochträger in den Kopfgabeln von Einzel- oder Rahmenstützen (Bild 6.108) oder − die Schalungsträger liegen auf Stahlprofil- oder Stahlfachwerkträgern, die von Schwerlaststützen unterstützt werden (Bild 6.109). Um die Stabilitätsanforderungen zu erfüllen, müssen Rüstungen z.T. räumlich ausgesteift oder an bereits fertigen Bauteilen verankert werden. Einzelstützen können Lasten bis zu 30 kN aufnehmen, Rahmen- und Schwerlaststützen bis zu etwa 200 kN (etwa 50 kN/Stiel, Schwerlaststützen z.T. bis zu 400 kN). Detailangaben sind den Werksunterlagen der Hersteller zu entnehmen. Besondere Aufmerksamkeit erfordert die Gründung von Schalungs- und Lehrgerüsten, die als vorübergehende Hilfskonstruktion ebenfalls kostenoptimal auszuführen ist. Die Unterlagen der Stützen müssen unverrückbar gesichert sein. Ein Nachgeben der Schalung während des Betonierens (bspw. durch ungleichmäßige Setzungen) birgt nicht nur Gefahr für Mannschaft und Gerät, sondern hat unverhältnismäßig hohe Kosten zu Folge. Bauelemente − Rüststützen Zum Abstützen von Schalungen stehen Stahlrohr-, Rahmenstützen (Lasttürme) und Drei- oder Mehrgurt-Schwerlaststützen zur Auswahl. − Rüstträger Bei den Rüstträgern sind besondere Jochträger für Schwerlaststützen, Stahlprofilträger und Rüstbinder zu unterscheiden. Rüstbinder werden bei sehr großen Belastungen und Stützweiten verwendet. Sie bestehen vorwiegend aus Stahlfachwerkelementen. Je nach System können diese zu unterschiedlich langen Bindern zusammengesetzt werden. Wegen der

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großen Binderhöhe sind sie durch Queraussteifungen gegen Kippen zu sichern. Dieses schwere Gerät wurde ausschließlich im Industrie- und Brückenbau eingesetzt. Bei normalen Belastungen (Hochbau) werden i.d.R. Rüststützen aus Stahl oder Aluminium eingesetzt. Sie bestehen, wie schon im Abschnitt 6.4.4.4 erwähnt, aus teleskopierbaren Rohrkonstruktionen verschiedener Durchmesser und Längen mit Kopf- und Fußplatten. Die grobe Höheneinstellung erfolgt mit Steckbolzen, die Feinregulierung über innen- oder außenliegende Gewinde (Bild 6.73). Zur Aufnahme von Schalungsträgern dienen Kopfgabeln, in die die Jochträger eingelegt werden. Mit Faltstützenfuß sind diese Stahlrohrstützen standfest (Anhang A9). Ausgeschalt wird durch eine Schnellabsenkung und Fallkopf. Wenn sich Schalabschnitte mehrfach wiederholen, werden statt Einzelstützen Schaltische verwendet (Bild 6.110).

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.108: PERI Stapelturm ST 100 [6.60]

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Bild 6.109: Komplettes Schwerlastgerüst aus PERI HD 200 Systemteilen [6.60]

Bild 6.110: Im Anschluss an Standardtische werden Randtische mit rückwärtiger Verspannung gestellt [6.59]

Tragfähiger, stabiler und wirtschaftlicher als Stahlrohrstützen sind Rahmenstützen. Die übliche Form ist eine vierstielige Konstruktion mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt, die diagonal versteift ist (Bild 6.108). Diese Rahmenstützen werden vorwiegend für Einrüstungen relativ hoher und weitgespannter Deckenschalungen und für Brückenlehrgerüste eingesetzt. Bei entsprechender Aussteifung sind damit Höhen bis zu 25 m und mehr möglich (Bild 6.111–6.113).

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Die Höhenregulierung kann sowohl durch Kopf- als auch durch Fußspindeln vorgenommen werden. Bei großen Belastungen und Höhen wird die Höhenregulierung am Stützenkopf vorgenommen, damit das Eigengewicht der Stütze die Spindeln nicht belastet. Bild 6.114 zeigt die Schalung für einen Randunterzug. Wie das Diagramm in Bild 6.115 zeigt, waren Rahmenstützen schon vor 30 Jahren eine sehr wirtschaftliche Lösung von Traggerüsten im Schalungsbau. Schwerlaststützen aus Stahlrohren sind in Schüssen verschiedener Länge lieferbar, die sich bis zu Gesamtlängen von etwa 25 m zusammensetzen lassen. Sie eignen sich i.d.R. für Belastungen bis etwa 200 kN/Stütze. Diese Stützen können zu Stützentürmen oder -jochen kombiniert werden (Bild 6.109, 6.116, 6.117).

Bild 6.111: Hünnebeck Rahmenstütze ID 15 Aufbauanleitung [6.66]

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Bild 6.112: Hünnebeck Rahmenstütze ID 15 Aufbauanleitung im Tiefbau [6.66]

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.113: Hünnebeck Rahmenstütze ID 15 Aufbauanleitung im Brückenbau [6.66]

Umfangreiche bzw. schwierige Lehr- und Vorschubgerüste, wie sie im Massivbrücken- und Tunnelbau verwendet werden, sind im Detail nicht Gegenstand dieser Darstellung (siehe hierzu [6.59]).

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

Bild 6.114: Stapeltürme ST 100 für Randunterzug [6.60]

Bild 6.115: Kostenfaktoren von Lehrgerüsten

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.116: Elemente für Jochträger und Schwerlaststützen [6.60]

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

Bild 6.117.1: Ansicht

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.117.2: Belastungstabelle

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Bild 6.117.3: MODEX-Laststützen in Verwendung als Jochreihe, Lastturm Bild 6.117: MODEX-Laststütze [6.66]

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

6.4.5.2 Arbeits- und Schutzgerüste Aufgabe Arbeits- und Schutzgerüste dienen als vorübergehende, absturzsichere Arbeitsflächen bei der Errichtung von Bauwerken oder – als Fanggerüste – zur Sicherung gegen Absturz von Arbeitspersonen. Sie bestehen aus leichten Stahl- oder Alu-Elementen, haben bei gleicher Tragfähigkeit ein weitaus geringeres Eigengewicht als die früher verwendeten Holzkonstruktionen und können von ungelernten Arbeitskräften (durch einen Mann) in kurzer Zeit auf- und abgebaut werden. Gerüstarten Eine Struktur der Arbeits- und Schutzgerüste ist in Tabelle 23 dargestellt. Im wesentlichen werden nur noch Systemgerüste eingesetzt. Sie bestehen vorwiegend aus horizontalen und geschosshohen vertikalen Rahmen sowie Diagonalstäben, die mit Steckverbindungen zusammengesetzt werden. Ebenso werden die Belagbohlen, das Schutzgeländer und die Bordbretter meist ohne Kupplung oder Schraubverschluss baukastenartig zusammengesteckt. Je nach Belastung (Arbeitsoder Schutzgerüst), können verschiedene Rahmen und Bordprofile gewählt werden. Der Aufbau geht wesentlich schneller als bei Rohrkupplungsgerüsten, da nur bei Montagebeginn die ersten Rahmen ausgerichtet werden müssen. Mit zusätzlichen Elementen können auch Fahrgerüste, Gerüsttreppen und Winterbauhallen errichtet werden.

Tabelle 23: Struktur der Traggerüste sowie der Arbeits- und Schutzgerüste [6.59]

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Fassadengerüste sind mit dem Gebäude zu verankern, da sie wegen ihrer geringen Tiefe nicht standfest sind. Werden Gerüste zum Schutz gegen Witterungseinflüsse mit Planen oder Folien bespannt, müssen die Verankerungen wegen der großen Windangriffsflächen nachgewiesen werden. Werden dagegen Fassadengerüste in Regelausführung verwendet und festgelegte Lastgrenzen nicht überschritten, ist ein statischer Nachweis nicht erforderlich. Die verschiedenen Konstruktionen sind den einzelnen Herstellern patentiert. Als Beispiel ist in Bild 6.118 das Rahmengerüst BOSTA 70 von Thyssen Hünnebeck, in Bild 6.119 das Rahmengerüst UP 70/100 aus dem Gerüstbaukasten von PERI dargestellt. Das Rahmengerüst BOSTA 70 kann als − Arbeitsgerüst in der Gerüstgruppe 3 (200 kg/m²), − Fanggerüst (für Absturzhöhe ž 2,00 m) und als − Dachfanggerüst eingesetzt werden. Bei Regelausführung beträgt die maximale Aufbauhöhe 24 m. Die Systembreite beträgt 0,74 m. Sie kann durch Konsolen vergrößert werden. Mit 5 verschiedenen Feldlängen zwischen 1,25 und 3,00 m ist dieses Gerüst sehr anpassungsfähig. Allgemein gilt, dass der Aufbau, Umbau und die Benutzung des Gerüstes nur unter sachkundiger Aufsicht und durch Personen erfolgen darf, die mit der Aufbauanleitung und dem gültigen BOSTA 70 Zulassungsbescheid vertraut sind. Das Rahmengerüst UP 70 von PERI ist 0,72 m breit und für Gerüstgruppe 4 (3,0 kN/m²) zugelassen. Es unterscheidet sich bspw. darin, dass das Geländer der nächsten Ebene bereits von der unteren, gesicherten Ebene aus zusammen mit dem T-Rahmen montiert werden kann. Konsolgerüste (Bild 6.120) lassen sich für offene und geschlossene Fassaden verwenden. Sie können mit Stahlgerüstrohren zu größeren Elementen verbunden werden, die dann mit dem Kran umgesetzt werden können. Die Befestigung am Gebäude ist druck- und zugfest auszubilden. Auch an großflächigen Schalelementen lassen sich Konsolgerüste als Arbeitsgerüste anbringen. Neben Konsolgerüsten werden als weitere rationelle Arbeitshilfen fertige Fahrund Montagegerüste in verschiedenen Abmessungen, mobile Hebebühnen und Treppentürme angeboten. Einzelheiten sind den ausführlichen Angaben der Hersteller zu entnehmen [6.59, 6.60, 6.65, 6.66, 6.78]. Diese Arbeitshilfen können wie Betonschalungen zum Teil auch angemietet werden. Stahlrohrgerüste (Rohrkupplungsgerüste) bestehen aus verzinkten Stahlrohren verschiedener Längen und Kupplungen (Normal-, Dreh-, Zugkupplungen). Sie sind vielseitig verwendbar, da eine Anpassung an fast alle Grundriss- und Fassadenformen möglich ist. Nachteilig ist der hohe Montageaufwand. Über Berechnung, Aufstellen und Benutzen von Arbeits- und Schutzgerüsten gibt es neben den einschlägigen DIN-Normen strenge Vorschriften der Berufsgenossenschaften und eine umfangreiche Literatur, auf die hier nur hingewiesen werden kann [6.33, 6.59].

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.118.1: Überblick

Bild 6.118.2: Vertikalrahmen

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Bild 6.118.3: Beginn Aufbau

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Bild 6.118.4: Gerüsttreppe

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Bild 6.118.5: Verankerung

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Bild 6.118.6: Beispiel für Regelausführung

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Bild 6.118.7: Dachfanggerüst

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Bild 6.118.8: Materialermittlung Beispiele Bild 6.118: Rahmengerüst BOSTA 70 [6.66]

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Bild 6.119.1: Schema

Bild 6.119.2: Ansicht mit Absturzsicherung

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.119.3: Anwendergerechte Detaillösungen (Querschnitt mit Konsole) Bild 6.119: Rahmengerüst PERI UP 70 [6.60]

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Bild 6.120: Arbeits- und Schutzgerüst (ASG 160) in Form einer Konsolbühne [6.60]

6.4.6 Bemessung der Schalung und Rüstung

6.4.6.1 Frischbetondruck auf lotrechte Schalung Lotrechte Schalungen (Wand- und Stützenschalungen) werden maßgebend durch den horizontalen Druck des noch nicht abgebundenen Betons (Flüssigkeitsdruck des Frischbetons) belastet. Dieser Schalungsdruck hängt von mehreren Faktoren ab. Aus den bekannten theoretischen Ansätzen und Versuchsergebnissen wurde in der DIN 18218 ein auf der sicheren Seite liegendes Verfahren zu seiner Ermittlung entwickelt [6.59]. Der im Einzelfall maßgebende Frischbetondruck ergibt sich danach zu p = x · vb + y [kN/m²]

(54)

Die Größen x und y variieren mit der Betonkonsistenz (Bild 6.121). Für Beton der häufig verwendeten Konsistenz K3 ist x = 14 und y = 18. Die wichtigsten Einflussgrößen auf den Frischbetondruck sind: − die Steiggeschwindigkeit vb des Frischbetons in der Schalung (Betoniergeschwindigkeit), − die Betonkonsistenz, − die Frischbetonrohwichte b als Quotient aus Eigenlast G und Volumen V des verdichteten Frischbetons (für Normalbeton ist b = 25 kN/m³), − die hydrostatische Druckhöhe als Höhenunterschied hs [m] zwischen der Betonoberfläche und der Stelle, an der der Frischbetondruck den Wert p erreicht (d.h. der Beton erstarrt), − das Rüttelverfahren Bei der Ermittlung des Frischbetondrucks geht man davon aus, dass der Beton durch Innenrüttler verdichtet wird (bei Außen- bzw. Schalungsrüttlern muss mit dem hydrostatischen Betondruck im Rüttelbereich gerechnet werden). Die Rütteltiefe hr ist der Höhenunterschied zwischen der Frischbetonoberfläche und dem unteren Ende der Rüttelflasche.

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

− die Temperatur Frischbeton- und Außentemperatur haben Einfluss auf die Erstarrungszeit des Betons und damit auch auf den Frischbetondruck. Hierfür werden in der DIN 18 218 Richtwerte angegeben. − Betonzusatzmittel Betonverflüssiger, Luftporenbildner und Erstarrungsverzögerer müssen bei der Bestimmung des Frischbetondrucks berücksichtigt werden. Bei Verwendung von Erstarrungsverzögerern sind bspw. aus einer Tabelle in der DIN 18218 Faktoren zu entnehmen, mit denen p und h zu multiplizieren sind. Unter Beachtung der vorgenannten Einflüsse kann nach Bild 6.121 der Frischbetondruck p in Abhängigkeit von der Steiggeschwindigkeit vb und der Konsistenz bestimmt werden. Bei der Bemessung der Stützkonstruktion einer Schalung ist neben der Tragfähigkeit auch die Durchbiegung zu berücksichtigen, damit unzulässige Verformungen der Schalform und damit der Betonoberfläche vermieden werden.

Bild 6.121: Frischbetondruckdiagramm aus DIN 18 218, 09.80 [6.59, Nachtrag]

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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6.4.6.2 Belastung waagerechter Schalungen Deckenschalungen werden vertikal durch das Eigengewicht und das Gewicht des frischen Betons, der Bewehrung, der Betoniereinrichtung (Rüttelbohle und ggf. Fördergerät) und der Einbaumannschaft belastet. Horizontale Belastungen ergeben sich aus Wind, Seilzug, Schub aus Schrägstützen und dem Seitendruck des Frischbetons bei abschnittsweisem Betonieren. Im Bereich der Betonierflächen ist deshalb nach DIN 4421 [6.79] zum Eigengewicht der Schalung und dem Gewicht des Frischbetons aus dem Betonierbetrieb noch eine lotrechte Ersatzlast zu berücksichtigen. Diese muss mit 20% der planmäßig aufzubringenden Frischbetoneigenlast (jedoch nicht weniger als 1,5 kN/m² und höchstens 5 kN/m²) auf einer Fläche von 3 x 3 m sowie 0,75 kN/m² auf der restlichen Betonierfläche angesetzt werden. Zur vereinfachten Bemessung standardisierter Schalung und Rüstung geben Hersteller auf ihr System abgestellte Belastungstabellen heraus, soweit nicht im Einzelfall statische Nachweise erforderlich sind [Anhang A9].

6.4.6.3 Belastung schräger Schalflächen Da Flüssigkeitsdruck nach allen Richtungen gleich groß ist, wäre theoretisch der hydrostatische Frischbetondruck auf schräge Schalflächen in voller Höhe rechtwinklig zur Schalung anzusetzen. Die Schalung ist dann durch Verankerung nach unten gegen Auftrieb zu sichern. Das gleiche gilt für Hohlkörper in Brückenfahrbahnplatten. Nach Erfahrung und aus Versuchen wird der Betondruck auf geneigte Schalungen jedoch i.w. von Reibungsbeiwerten bestimmt. Schmitt verweist hierzu in [6.59] auf Scheer, C., Holzbau-Taschenbuch, 9. Auflage, Band 1, Ernst & Sohn, Berlin 1996, S. 894.

6.4.6.4 Ausschalfristen Für das Ausrüsten und Ausschalen sind die Richtlinien der DIN 1045-3, Abschn. 5.6, Ausrüsten und Ausschalen zu beachten [6.3]. 6.4.7 Voraussetzungen, Einsatzkriterien und -bereiche rationeller Betonschalung Im Rahmen rationeller Produktion müssen alle Überlegungen für eine wirtschaftlich optimale Schalung und Rüstung zu einem auf die Gegebenheiten des Bauvorhabens und die Möglichkeiten des Unternehmens abgestimmten Schalungsplan mit den zugehörigen Materialbedarfslisten führen. Das Entwerfen von Schalung und Rüstung ist jedoch kein ausschließlich technisches, sondern auch ein arbeitsorganisatorisches Problem und damit eine wesentliche Aufgabe der Arbeitsvorbereitung einer Unternehmung.

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Wie im Abschnitt 6.4.1 schon erwähnt, wird inzwischen von den Bauunternehmungen die Schalung und Rüstung häufig an Nachunternehmer vergeben. Dies sind entweder die Hersteller von Betonschalungen oder Spezialfirmen. Der Umfang dieser Fremdvergabe einer Hauptleistung des Beton- und Stahlbetonbaus reicht vom Ausarbeiten der einzusetzenden Schalungsvarianten einschließlich Materialbedarf und Kosten – der Stofflieferung – über die weitere Übernahme der Schalarbeiten bis zum Einbauen des Betons [6.42]. In den meisten Fällen wird jedoch die „Stoffleistung“ der Schalung für den von den Bauunternehmungen vorgegebenen Bauablauf übernommen. Bei den Kosten dieser Leistungen sind die Mietsätze/Monat für Systemteile, die weiter verwendet werden können und die Kosten für Sonderbauteile zu unterscheiden, die bauspezifisch anzufertigen sind. Aus den Mietsätzen ergeben sich die Stoffkosten/m² Schalung über die monatliche Einsatzhäufigkeit (Tabelle 22). Je größer der Anteil an Systemschalung für eine Schalungslösung ist und je geringer die Sonderanfertigung, desto günstiger stellen sich die gesamten Stoffkosten. Da hierüber ausführliche Informationen vorliegen, gehe ich nicht weiter darauf ein [6.59]. Dass eine optimale Lösung dieser Aufgabe nur durch kooperative Zusammenarbeit von Schalungsbauern und Anwendern gelingt, sei nur am Rande erwähnt. Abschließend sollen noch kurz die konstruktiven und betrieblichen Voraussetzungen für die Anwendung moderner Schalverfahren sowie ihre Einsatzkriterien und -bereiche genannt werden.

6.4.7.1 Konstruktive und betriebliche Voraussetzungen für die Anwendung großflächiger Schalungen Da die ausführende Unternehmung noch relativ selten in der Planungsphase eines Bauvorhabens beigezogen wird, besteht die Kunst der Schalungsbauer nach wie vor darin, Schalungen mit einem möglichst großen Anteil an Systemschalungselementen den Bauwerksentwürfen anzupassen. Konstruktive Voraussetzungen Große Serie Großflächige Schalelemente verursachen erheblich höhere Fixkosten als herkömmliche Schalung. Sie resultieren aus dem hochwertigen Material und der Vorfertigung im Werk oder auf dem Reißboden. Diese hohen Fixkosten werden zwar durch geringeren Lohnaufwand beim Ein- und Ausschalen kompensiert, doch müssen sie sich davon unabhängig auf möglichst viele Einsätze verteilen, um den Fixkostenanteil je Quadratmeter Schalfläche zu senken. Das gelingt umso besser, je schneller und häufiger dasselbe Schalelement zum Einsatz kommt, d.h. je weniger Schalelemente für ein Bauvorhaben vorzusehen sind. Bei der Taktfertigung von Hochhäusern mit Selbstkletterschalung konnte bspw. mit umgekehrter Ablauffolge (die Decken werden vor den Wänden betoniert) der Bauablauf beschleunigt werden [6.59, S. 621].

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Störungsfreie Flächen Freie Feldöffnungen oder möglichst niedrige Brüstungen in den Fassaden sind Voraussetzung für die optimale Verwendung von Deckenschaltischen. Grundsätzlich lassen sich großflächige Schalelemente umso rationeller einsetzen, je einfacher die zu betonierenden Formen gestaltet und je weniger deren Flächen unterbrochen oder anderweitig gestört sind. Pfeilervorlagen, Konsolen, Gesimse und Versprünge verursachen erhebliche zusätzliche Schalungskosten. Einfache Bewehrungsführung Die Bewehrung ist möglichst einfach zu gestalten. Schwierige Bewehrungsbereiche sollten vorgefertigt werden; denn der schnelle Umsatz der Großflächenschalung setzt voraus, dass sich die Zeit für das Verlegen der Bewehrung innerhalb der kurzen Taktzeit unterbringen lässt. Vorgefertigte Bewehrungskörper für Fundamente, Stützen und Unterzüge, die lediglich in die aufgestellte Schalung eingesetzt werden, passen sich kurzen Taktzeiten am besten an. Betriebliche Voraussetzungen Im Gegensatz zu den konstruktiven liegen die betrieblichen Voraussetzungen zur Anwendung von Großflächenschalung im Bereich der Unternehmung. Arbeitsvorbereitung Grundvoraussetzung ist eine weitgehende Arbeitsvorbereitung für den gesamten Schalungsbereich. Sie umfasst folgende Aufgaben: − die Auswahl des geeigneten Schalsystems − die Abstimmung zwischen Bauwerk und Schalung einschließlich der Aufteilung des Bauwerks in Schalungsabschnitte (ggf. zusammen mit Tragwerksingenieur und Planer) − das Aufstellen eines Taktplans für die Schal- und Betonarbeiten im Rahmen der Bauablaufplanung − die Berechnung und Konstruktion der Schalelemente einschließlich erforderlicher Rüstungen und Abstützungen, soweit nicht Systemschalung verwendet wird − Aufstellen detailierter Schalungseinsatzpläne (Montagepläne) (Bild 6.122– 6.125) − Aufstellen von Stücklisten für die Anlieferung des benötigten Materials und des gesamten Zubehörs − Erarbeiten von Zeitvorgaben für die Herstellung der Schalelemente, die Erstmontage und das Ein- und Ausschalen einschließlich Reinigung und evtl. Änderungsarbeiten − Betreuung und Beratung der Baustelle beim Einsatz der Schalelemente − Abstimmen der Baustelleneinrichtung (Hebezeuge) auf das Schalverfahren und Einplanen ausreichender Zwischenlagerflächen Diese Aufgaben werden heute mit EDV-Hilfe gelöst ([6.59], Abschnitt 16/17 – Planung und Bereitstellung von Schalungen – ).

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.122: Beispiel für einen Materialauszug [6.66]

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

Bild 6.123: Einschalvorgang für Deckenschalung [6.66]

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.124: Einschalbeispiel für Deckenschalung [6.66]

Tragfähigkeit der Hebezeuge Großflächige Schalelemente lassen sich nicht mehr von Hand bewältigen (es sind kranabhängige Schalungen). Sie müssen mit dem Kran bis an die Einbaustelle transportiert und meist auch mit Kranhilfe montiert werden.

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Bild 6.125: Einsatzplan für Wandschalungen mit Elementbemaßungen [6.59]

Bei der Kranbemessung ist zu beachten, dass eine Anzahl von Arbeitsgängen nicht flächen-, sondern stückabhängig ist, so das An- und Abschlagen am Hebezeug, der Transport, die Montage, das Ausrichten. Es ist daher sinnvoll, die Schalelemente möglichst groß zu wählen und den Kran entsprechend anzupassen. Reichweite der Hebezeuge Deckenschaltische erfordern, dass der Turmdrehkran nicht nur das Bauwerk selbst und entsprechende Lagerplätze bestreichen muss, sondern zusätzlich einen Bereich außerhalb der Fassadenöffnungen, der sich aus der halben Länge der Tische ergibt. Auch größere Wandschalungselemente setzen voraus, dass die Kräne das gesamte Bauwerk ohne „tote Ecken“ bestreichen. Für die Auswahl eines Kranes ist nicht nur die größte, sondern auch die geringste Reichweite ausschlaggebend (d.h. Laufkatzen- oder Knick- statt Nadelausleger). Hebezeug als Montagegerät Großflächenschalung erfordert bei allen Kränen eine Feinsenkeinrichtung. Der Einsatz eines Kranes nicht nur als Transportmittel, sondern auch als Montagegerät verändert den Arbeitstakt. Während früher im Stahlbetonbau das Betonieren die Hauptaufgabe des Kranes war und alle sonstigen Transporte weitgehend auf Betonierpausen verteilt wurden, steht heute die Schalung im Vordergrund. Auf jeder im Taktverfahren arbeitenden Baustelle schalen Spezialkolonnen ohne Unterbrechung ein und aus. Zum Einbauen des Betons werden deshalb Autobetonpumpen mit ihren beweglichen hydraulisch gesteuerten Betonierauslegern oder stationäre Pumpen und Verteilermaste eingesetzt. Dadurch kann der Schalbetrieb als Leitbetrieb geplant werden. Die Kosten moderner Schalsysteme lassen ein Brachliegen der Schalung

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

nicht zu. Der gesamte Bauablauf richtet sich nach dem exakt vorgeplanten Schalungstakt (Wochentakt und Schalungsabschnitte, Bild 6.126 und 6.127). Ihm haben sich alle anderen Teilbereiche anzupassen und unterzuordnen; die Schalung ist der Leitbetrieb (siehe auch [6.59], Bsp. Bauablaufplanung S. 518).

Bild 6.126: Wochentakt [6.59]

Bild 6.127: Beispiel Wandtakte aus Tipos-Doka [6.59]

Einsatz weiterer Transportgeräte Der ununterbrochene Einsatz eines Kranes für Transport und Montage von großflächigen Schalelementen kann dazu führen, für leichtere Elemente, z.B. Stützenschalungen, andere Montagehilfen zu suchen. Hier bieten sich mit gutem Erfolg speziell ausgerüstete Gabelstapler an. Sonstige betriebliche Voraussetzungen Der vorgeplante Schalungstakt erfordert, die damit verbundenen Ausschalfristen einzuhalten. Die Baustelle muss deshalb in der Lage sein, bei kalter Witterung entweder vorgewärmten Beton einzubauen, den frisch eingebrachten Beton in der Schalung zu beheizen oder beide Maßnahmen zu kombinieren. Folgerungen Der mit der Anwendung der dargestellten Schalverfahren verbundene Wandel im Einsatz der Turmdrehkräne ist ein Grund dafür, dass zunehmend größere Kräne entwickelt und auf Baustellen eingesetzt werden.

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

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Im Gegensatz zu den betrieblichen liegen die konstruktiven Voraussetzungen nicht in der Hand der Bauunternehmung. Sie resultieren aus einem integrierten Planungsablauf, der sich über zwei oder drei getrennte Entscheidungsbereiche erstreckt: Bauherr, Planer, und Tragwerksingenieur. Ob und inwieweit der Unternehmer in der Planungsphase beigezogen wird und damit seine Erfahrungen einbringen kann, hängt von der beabsichtigten Vertragsform für die Bauausführung ab (s. Abschn. 3.4).

6.4.7.2 Einsatzkriterien und -bereiche rationeller Betonschalung System- und Sonderschalungen Bei der Auswahl von Schalverfahren für bestimmte Bauvorhaben ist zunächst zu entscheiden, ob objektunabhängige Systemschalungen oder projektbezogene Sonderschalungen eingesetzt werden sollen. Unter Systemschalungen sind alle objektunabhängigen Schalsysteme zu verstehen. Dazu zählen − − − − − −

Trägerschalungssysteme, Rahmenschalungen, Schaltische, Modul-Deckenschalungen, Rahmenstützen, (Lasttürme) und Klettergerüste.

Die wichtigsten Merkmale von Wand- und Deckenschalungssystemen und ihre Einsatzbereiche sind stichwortartig nochmals in den Tabellen 24 und 25 dargestellt. Kosten von Schalungen Vorbemerkungen Bei der Entscheidung, welches Verfahren für die Herstellung eines Produkts eingesetzt werden soll, sind die Stückkosten der entscheidende Faktor. Sie resultieren aus Stoff- und Lohnkosten. Da Schalungen nur Hilfsmittel für das Herstellen von Betonkonstruktionen sind, ist die für ein Bauvorhaben erforderliche Menge ein weiterer Kostenfaktor. Sie hängt von der Einsatzhäufigkeit einer Schalung ab. Diese ergibt sich neben weiteren Einflussgrößen aus den Schalzeiten. Schalzeiten und -mengen sind daher Grundgrößen der Kostenermittlung für eine Schalung. Zum Zeitvergleich von Schalzeiten Einen Überblick über die Problematik gibt das nachstehende Zitat aus der Sicht von Schalungsdienstleistern: „Eine wirtschaftliche Baustellenabwicklung und gute Ergebnisse stehen und fallen mit den Grundmontagezeiten, den Schalzeiten, den Demontagezeiten und letztendlich mit den Reinigungszeiten. Es kommt bei den heutigen Lohnkosten in Mitteleuropa nicht so sehr darauf an, Materialkosten einzusparen, sondern das Schalungsgerät muss schnell sein und sich über die Lohnkostenreduzierung amor-

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

tisieren. Selbst wenn Nachunternehmer zu günstigeren Stundensätzen die Schalungsleistung einbringen, werden auch sie ihren Festpreis daran orientieren, wie schnell mit dem Gerät gearbeitet werden kann. Die Bauwerksgeometrie wird aufwändiger und die zur Verfügung stehende Bauzeit immer kürzer. Ein solcher Termindruck lässt sich nicht nur durch eine Erhöhung kostengünstiger Personalressourcen kompensieren, sondern auch das Gerät auf der Baustelle muss funktional sein.“ [6.59] Die vorgenannten Schalzeiten werden von folgenden, sehr unterschiedlichen Faktoren, maßgeblich beeinflusst: − − − − − − − − − −

Witterungseinflüsse Bauwerksgeometrie Krankapazität Nutzung von Transportgeräten Anzahl der Ankerstellen Raum- oder Wandhöhe Passflächenanteil fehlende Arbeitsvorbereitung fehlendes oder falsches Werkzeug Leistungsgrad des Personals

Aussagen über Schalzeiten sind daher nur aus Nachkalkulationen abgewickelter Baustellen zu gewinnen. Der Schalzeitkreis in Bild 6.128 zeigt, woraus sich die Schalzeiten zusammensetzen.

Tabelle 24: Wandschalungssysteme [nach 6.59]

Wandschalungssysteme Trägerschalung

-

-

Rahmenschalung

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-

-

fertig montierte Elemente (Großflächenschalung), kranabhängig aufnehmbarer Frischbetondruck bis 120 kN/m², sehr anpassungsfähig an die statischen Gegebenheiten, aber erst bei hohen Einsatzzahlen wirtschaftlich zur individuellen Montage (Elementschalung), kranabhängig für kurzfristige und nur wenige Einsätze mit Sichtbetonqualität schwere Rahmenschalung, kranabhängig wird am häufigsten eingesetzt, die Rahmentafeln können einfach aufeinandergesetzt und mit zusätzlicher Aussteifung bis 15 m Schalhöhe aufgestockt werden leichte Rahmenschalung, bedingt kranabhängig nicht so häufig eingesetzt wie schwere Rahmenschalung, leichte AluRahmen, Elemente von Hand zu versetzen, bis 9 m Betonierhöhe, mit schwerer Rahmenschalung kompatibel Kleintafel-Rahmenschalung Für Handschalung (Fundamente), bis 3 m Betonierhöhe

Der Marktanteil von Rahmenschalungen beträgt derzeit bis zu 80%, allgemein die ideale Lösung für übliche Bauaufgaben ohne Anforderungen an die Betonoberfläche.

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Tabelle 25: Deckenschalungssysteme [nach 6.59]

Deckenschalungssysteme Wichtigstes Unterscheidungsmerkmal ist die Art der Umsetzung. Kriterien für kranabhängige oder kranunabhängige Deckenschalung sind die Unterstellungshöhe (Rüstung), die Einsatzhäufigkeit, die Belastung der Schalung die Bauwerksgeometrie. Kranunabhängige Deckensysteme

-

-

-

Flex-Raster-Schalung Flexible Schalung bis 30 cm Deckenstärke ohne Planungs- oder Statikaufwand einsetzbar, maximale Unterstellhöhe bis unter 6,0 m (besser hmax ž 3,50 m). sehr anpassungsfähig, wenig Einzelteile, jede Schalhaut möglich Alu-Modul-Schalung Leichte Aluminiumpaneele mit fixen Elementgrößen, Elementraster, relativ hoher Preis (erheblich teurer als Flex-Schalung), zum Ausgleich jedoch Reduzierung des Lohnaufwands möglich Rüstung aus Alu/Hand Mit Alu-Einzelstützen oder Rahmen-Streben-Konstruktion, maximale Höhen 8- 10 m, Stiellast bis zu 60 kN, Handschalung, als räumliche Tragwerke jedoch nur mit Verfahrgeräten oder Kranhilfe zu bewegen

Einsatzbereiche dieser kranunabhängigen Deckensysteme: Einfamilienhäuser und unzugängliche Bereiche von Großprojekten, auch bei großen Höhen und schweren Lasten für einmalige Einsätze in geschlossenen Räumen Kranabhängige Decken-Systeme

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-

Flex-Tische können fertig montiert (ohne Stützen) in Normabmessungen auf die Baustelle geliefert werden. Stiellasten 40 -60 kN, Höhenbereiche bis etwa 4 m. Optimaler Einsatz, wenn große Bereiche des Bauwerks mit den Tischen abzudecken sind. Restflächen sind mit Hand-Deckenschalung zu schließen. Umsetzen auf Decken mit Umsetzwagen, Höhenversatz mit Umsetzgabeln. Ab 4–6 Einsätze sehr wirtschaftlich. Rüstung aus Alu-Kran Varianten: - Alu-Spindelstützen mit Aussteifungsrahmen Bis 13 m Höhe, - Grundrahmen aus Alu, die mit steckbaren Strebenkreuzen verbunden werden (ebenfalls bis etwa 13 m Höhe) Rüstungen aus Stahl D.s. Rahmenstützen bzw. Lasttürme. Stiellast bis etwa 60 kN (z. Tl. noch höher). Diese Lasttürme können bis zu 100 m Höhe aufgebaut werden.

Bei normalen Deckenschalungen geht der Trend vom Schaltisch zu Modulschalungen mit Fallkopfstützen oder zur Elementschalung aus Stahlbeton-Halbfertigteilen.

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6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.128: Gliederung der Schalzeit [6.59]

Zum Mengenvergleich Die Ermittlung der Schalmengen ist Aufgabe der Arbeitsvorbereitung. Ausgehend von der gesamten Schalfläche ergibt sich die Menge der einzelnen Schalungsvarianten aus der Bauzeit, den Zwischen- und Endterminen, den Taktgrößen, der Taktzeit, den Einsatzzahlen und der Personal- und Kranverfügbarkeit (Tabelle 26). Die Schalungs-Taktzeit besteht aus den Teilzeiten für das Schalen, Bewehren und Betonieren, der Ausschalfrist, dem Ausschalen und Reinigen und für das Umsetzen in den nächsten Taktabschnitt. Die Einsatzzahlen ergeben sich aus der Anzahl der Takte und ggf. erforderlicher Parallelarbeit (s. hierzu Abschnitt 11).

Tabelle 26: Ermittlung der Vorhaltemenge [6.59]

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

373

Zum Kostenvergleich Die Schalungskosten bestehen aus etwa 25% Stoffkosten und 75% Lohnkosten. In der Reduzierung der Lohnkosten liegen somit die größten Rationalisierungsreserven. Neben der Mengenermittlung sind im Rahmen der Arbeitsvorbereitung unter Berücksichtigung der jeweiligen Randbedingungen und Einflussfaktoren die Stückkosten der Schalung zu ermitteln. Dazu gehören mit den getroffenen Annahmen auch die oberen und unteren Grenzkosten. Ich gehe darauf im Abschnitt 11 noch ein. Für Materialkosten von Rahmenschalungen gibt Tabelle 27 einen aktuellen Überblick (Kauf-Listenpreise). Das Gerät wird heute jedoch weitgehend gemietet, wobei Mietkauf möglich ist. Der Mietanteil liegt inzwischen bei 75-85% mit steigender Tendenz. Die Lohnkosten von Schalungen werden – trotz fallender Tendenz – nach wie vor von der Geometrie des Gebäudes (wird seit Jahren immer „anspruchsvoller“), der Anzahl der Einsätze, der Deckenstärke oder der Wandhöhe bestimmt, „Schalzeiten unter 0,4 h/m² bedürfen einer Optimierung in Planung und Organisation der Baustelle und ihrer Kolonnen“. Tabelle 27: Preis-, Gewichts- und Ankervergleich bei Rahmenschalungen [6.59]

Dazu kommen i.d.R. Randstunden für nachstehende Leistungen, die die Schalzeit „um bis zu 50% erhöhen können“ [6.59]. − Grundmontage der Schalelemente − Ver- und Entladearbeiten

374

− − − − − − −

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Einarbeitungszuschläge Kosten für Aussparungen und Abschalungen Kosten für Hilfsgerüste und Sicherungsmaßnahmen Wartezeiten auf den Kran Planungsänderungen Erholzeiten Schlechtwetterzuschläge

Die daraus insgesamt resultierenden Aufwandswerte sind dann mit dem (beaufschlagten) Mittellohn zu multiplizieren. Einen Kostenvergleich zwischen Rahmen- und Trägerschalung zeigt die Tabelle 22. Allgemein lassen sich die Einzelkosten einer Schalung nach folgendem Ansatz ermitteln: K=

Km + wA ⋅ Ks [€/m²] E

(55)

Hierbei bedeuten K Km E wA Ks

= = = = =

Gesamt(Einzel)kosten für den Einsatz der Schalung je m², Stoffkosten für Schalung einschl. Verbrauchsstoffen [€/m²], Einsatzzahl, Arbeitszeitaufwand in h/m² (Aufwandswert), Verrechnungssatz je Arbeitsstunde [€].

Auf weitere Details zur Kostenberechnung von Schalungen verweise ich auf die Literatur [6.59]. Darstellung des Schalungseinsatzes Das Ergebnis der Untersuchungen über einzusetzende Schalverfahren und die erforderliche Schalungsmenge wird, wie schon erwähnt, in Einsatzplänen (Montageplänen) und daraus abgeleiteten Stücklisten dargestellt. Sie enthalten alle Angaben über Anzahl, Größe und Lage der einzelnen Schalelemente, Innen- und Außenecken, Passflächen und die erforderlichen Kleinteile (Anker). Ggf. werden sie für die Baustelle durch Arbeitsanweisungen ergänzt. In Bild 6.122 bis 6.125 sind Einsatzpläne für Wand- und Deckenschalungen dargestellt. Die Schalungshersteller geben hierfür Planungs- und Montageanleitungen heraus. Zur Kontrolle während der Bauausführung werden die Ergebnisse einer detailierten Taktplanung abschließend in einem Bauablaufplan dargestellt (Bild 6.129).

6.4 Vorgangsgruppe T1 – Schalung und Rüstung

375

Bild 6.129: Beispiel für eine Bauablaufplanung [6.59]

Zielkriterien für rationellen Schalungseinsatz Abschließend lassen sich unter dem Gesichtspunkt rationellen Bauens die Zielkriterien für rationellen Schalungseinsatz folgendermaßen zusammenfassen:

376

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

− kurze Bauzeit, das bedingt "schnelle" Schalungen, − kostenoptimaler Einsatz von Schalung und Rüstung, − EDV-gestützte Schalungsvorbereitung mit CAD-Anwendung, heute vielfach durch die Dienstleister, − Planung, Steuerung und Kontrolle des Bauablaufs, vor allem im Hinblick auf taktmäßigen Einsatz der Schalung und Rüstung, − laufender Soll-Ist-Vergleich zwischen kalkulierten und erreichten Aufwandswerten und Taktzeiten (Einarbeitungseffekt); worauf im Abschnitt Ablaufkontrolle i.E. noch einzugehen ist.

6.5 Vorgangsgruppe T2 – Bewehrung 6.5.1 Aufgabe Die Bewehrung hat die im Beton unter Lasteinwirkung entstehenden Zugkräfte aufzunehmen. Außerdem können durch Stahleinlagen in der Druckzone auch Druckkräfte aufgenommen werden. Dazu ist es notwendig, die Bewehrung exakt nach den aus der statischen Berechnung abgeleiteten Bewehrungsplänen zu verlegen. Eine hinreichende Betonüberdeckung muss den Korrosionsschutz gewährleisten. Der Bewehrungsstahl darf keinen losen Rost aufweisen. Er ist vor Schmutz, Fett, Eis, Farbe usw. zu schützen, da sonst der Verbund mit dem Beton verloren geht. Die Sorten und Abmessungen von Betonstahl, seine Eigenschaften, seine Verwendung, die zulässigen Spannungen, die konstruktiven Gesichtspunkte und seine Prüfung sind in der DIN 488 [6.80], der europäischen Vornorm DIN ENV 10080, den Zulassungsbescheiden für die einzelnen Stahlsorten und der DIN 1045 [6.1– 6.4] festgelegt. Die DIN ENV 10080 gilt nur für schweißgeeigneten gerippten Betonstahl B 500. Für eine Vorspannbewehrung (Spannglieder und Anker) gilt die DIN pr EN 10138. 6.5.2 Teilvorgänge Die Bewehrungsarbeiten für schlaffe Bewehrung (Bild 6.6) lassen sich nach Bild 6.130. in die Teilvorgänge Stahl lagern, Schneiden, Biegen und Verlegen unterteilen. Früher wurde der Betonstahl auf der Baustelle geschnitten und gebogen. Heute wird die Bewehrung durch einen Biegebetrieb einbaufertig zur Baustelle geliefert und i.d.R. durch einen darauf spezialisierten Nachunternehmer verlegt. Bei Spanngliedern zur Betonvorspannung tritt an die Stelle des Biegens und Verlegens der Zusammenbau im Werk, die Anlieferung und der Einbau. Nach dem Erhärten des Betons folgt das Vorspannen und – bei Vorspannung mit nachträglichem Verbund – das Verpressen der Hüllrohre mit Zementmörtel.

6.5 Vorgangsgruppe T2 – Bewehrung

377

Bild 6.130: Teilvorgänge bei Bewehrungsarbeiten

6.5.3 Bewehrungselemente für schlaffe Bewehrung Die schlaffe Bewehrung besteht aus einzelnen geraden oder gebogenen Stäben, quer dazu verlegten Verteilern, Bügeln oder aus Baustahlgewebematten. Diese werden in den Größen 5,00 x 2,15 m oder 6,00 x 2,15 m angeliefert. Vorgefertigte Spannglieder werden in Ringen, länglichen Schleifen oder auf Trommeln transportiert. Statt der herkömmlichen Schubbewehrung aus Bügeln werden neuerdings andere Bewehrungsformen angewendet (Dübelleisten, Doppelkopfanker). Diese können als Durchstanzbewehrung für den Stützenbereich hochbelasteter Flachdecken, für Fundamente aus Stahl- bzw. Spannbeton und bei Schubbeanspruchung infolge Querkraft in Platten und Balken eingesetzt werden. Sie erlauben eine einfache und schnelle Montage auf der Baustelle, müssen aber besonders bauaufsichtlich zugelassen sein. Beispiele zeigen die Bilder 6.131 bis 6.134 [6.81]. Sowohl für diese Dübelleisten als auch für die Kopfbolzendübel sind die Maße der Betondeckung nach DIN 1045 einzuhalten.

378

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.131: Dübelleiste mit angeschweißtem Flachstahl

Bild 6.132: Doppelkopfanker (Fa. Halfen, Typ HDB-N)

Bild 6.133: Doppelkopfbolzen-Dübelleiste, verschiedene Varianten (Fa. DEHA)

6.5 Vorgangsgruppe T2 – Bewehrung

379

Bild 6.134: Doppelkopfbolzen-Dübelleiste (Fa. Schöck, System Bole)

6.5.4 Betonstahl-Verbindungen Eine weitere Erleichterung des Arbeitsablaufs von Schal- und Bewehrungsarbeiten sind Verbindungselemente der einzelnen Stäbe (Gewindestäbe, GEWI-Stahl). Sie ermöglichen bei Arbeitsfugen eine Anschlussbewehrung durch geschraubte bzw. Fließpress-Muffenstöße (Bild 6.135–6.138). Durch das aufgewalzte Gewinde können die Stabquerschnitte voll beansprucht werden. Damit lassen sich an der Arbeitsfuge weit herausragende Bewehrungsstäbe für den späteren Verbund mit weiteren Bauteilen vermeiden. Daneben sind mit GEWI-Stahl auch Endverankerungen und Anschweißungen an Stahlprofile möglich [6.81].

Bild 6.135: GEWI-Muffenstoß „Sechskant“ als Zug- bzw. Druckstoß (gekontert)

Bild 6.136: GEWI-Anschlussbewehrung

Bild 6.137: GEWI-Endverankerung (gekontert) mit Ankerstück

380

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.138: GEWI-Anschweißmuffe (gekontert)

Neben diesen Verbindungselementen sind von anderen Herstellern ähnliche Lösungen entwickelt worden. Art, Abmessungen und Belastungen sind der Literatur zu entnehmen [6.81]. Zur Vereinfachung des Bauablaufs werden darüber hinaus zunehmend vorgefertigte Bewehrungsanschlüsse verwendet. Hierbei wird die Anschlussbewehrung in Verwahrkästen abgebogen in die Schalung eingebaut. Nach dem Ausschalen und Abnehmen der Abdeckungen dieser Kästen wird die Bewehrung in die endgültige Lage zurückgebogen (Bild 6.139). Hinsichtlich weiterer Details und Varianten verweise ich auf die Literatur [6.81].

Bild 6.139: Verwahrungskasten mit Anschlussbewehrung und Rückbiegewerkzeug (Fa. HALFEN)

6.5 Vorgangsgruppe T2 – Bewehrung

381

6.5.5 Spannglieder zur Vorspannung Bei weitgespannten und hochbelasteten Decken, Hallenbindern oder Behältern kommen auch im konstruktiven Hochbau vorgespannte Bauteile vor. Die dafür erforderlichen Spannglieder für nachträglichen Verbund oder externe Vorspannung bestehen aus festen Ankern und Spannankern, bei großen Längen noch aus Koppelankern. Sie werden zwischen der unteren und oberen schlaffen Bewehrung eines Bauteils verlegt. Über Art und Aufbau dieser Spannglieder, das Verlegen und Fixieren, die Montage der Anker an der Schalung, das Vorspannen gegen den erhärteten Beton, den dafür erforderlichen Arbeitsraum und ggf. das Verpressen der Hüllrohre mit Zementmörtel (bei nachträglichem Verbund) enthalten die Werksunterlagen der Hersteller alle weiteren Informationen [6.82]. Zum Überblick sind in Bild 6.140 und 6.141 Litzen-Spannglieder dargestellt, wie sie im konstruktiven Hochbau verwendet werden. Darüber hinaus sei hier nur erwähnt, dass Spannbeton vorwiegend im Brückenbau angewendet wird. Die Literatur über die Möglichkeiten dieses hochwertigen Baustoffs findet sich daher vorwiegend unter diesem Oberbegriff. Ich gehe auf dieses Gebiet des konstruktiven Ingenieurbaus nicht weiter ein, nenne jedoch abschließend einige Literaturhinweise über den derzeitigen Stand der Technik aus Herstellerunterlagen [6.83–6.86]. 6.5.6 Zur Rationalisierung und Qualitätssicherung im Bewehrungsbereich Die Baustelle ist so einzurichten, dass der Lagerplatz für den gebogenen Stahl unmittelbar an der Zufahrtsstraße zur Baustelle liegt. Die einzelnen Positionen sind übersichtlich zu lagern. Kranstandort oder Kranbahn sind so anzuordnen, dass neben der Abladestelle die gesamte Lagerfläche und die Einbaustellen vom Kran bedient werden können. Die Bewehrung ist nach geprüften Bewehrungsplänen (Prüfingenieur) so zu verlegen, dass sich ein steifes, unverschiebliches Stahlgerüst ergibt. Die Kreuzungspunkte zwischen den Bewehrungsstäben werden mit Bindedraht verknüpft, in Sonderfällen verschweißt. Die Stahleinlagen werden durch Abstandhalter im vorgeschriebenen Abstand von der Schalung gehalten. Diese Abstandhalter werden je nach Verwendungsstelle und -art in unterschiedlichen Abmessungen und aus verschiedenen Materialien (Beton, Metall oder Kunststoff) hergestellt. Bei großen Bauteilen können weitere Hilfsmittel erforderlich werden, um die schlaffe Bewehrung bzw. die Spannglieder vor und während des Betonierens in ihrer Lage zu halten. Sie reichen von Tragbügeln für die obenliegende Bewehrung (bei Unterzügen und Decken) und Unterstützungskörben für Baustahlgewebe bis zu besonderen Rund- oder Winkelstahlkonstruktionen bei Stützmauern und Brückenüberbauten, deren Kosten in den Bewehrungspreis einzurechnen sind. Das einwandfreie Verlegen der schlaffen Bewehrung aus geraden und gebogenen Einzelstäben, Dübelleisten, Doppelkopfankern oder Baustahlgewebematten und der Spannglieder nach dem Bewehrungsplan erfordert Fachpersonal an der Baustelle.

382

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Bild 6.140: SUSPA-Monolitzen-Spannverfahren ohne Verbund

6.5 Vorgangsgruppe T2 – Bewehrung

Bild 6.141: mit nachträglichem Verbund

383

384

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

Die Vorfertigung der Bewehrung in stationären Biegebetrieben trägt erheblich zur Kostenreduzierung und damit zur Rationalisierung von Stahlbetonarbeiten bei. So werden bspw. auch Bewehrungskörbe für Bohrpfähle, Stützen, Unterzüge und Wände – in Sonderfällen für ganze Bauteile (Segmente von Brückenüberbauten, Tunnelabschnitte) – in besonderen Biegebetrieben oder an der Einbaustelle vorgefertigt und im ganzen transportiert und versetzt. Diese Biegebetriebe können, da sie witterungsunabhängig und computerunterstützt mit modernen Maschinen und eingearbeitetem Personal arbeiten, kostengünstiger fertigen als entsprechende Teilbetriebe auf Baustellen. Um die Transportkosten des Stahls vom Lieferwerk zur Baustelle zu minimieren, werden auch auf Großbaustellen durch fremde Biegebetriebe eigene temporäre Fertigungsstätten für Betonstahl eingerichtet. Die Bewehrungspläne und Stahllisten werden i.d.R. mit Computerhilfe (CAD) erstellt, wie überhaupt große Firmen bzw. Ingenieurbüros intern das Erstellen von Schal- und Bewehrungsplänen durch detaillierte Arbeitsanweisungen geregelt und rationalisiert haben. Der hierzu eingeschlagene Weg ging dahin, zunächst die Bewehrungsstäbe, Zulagen, Bügel und Matten in den Grundrissen und Schnitten der Bewehrungspläne vereinfacht darzustellen. Danach wurden die Biegeformen reduziert und standardisiert, um in weiteren Schritten den Computereinsatz sowohl zum Erstellen der Bewehrungspläne und Stahllisten als auch für das Schneiden und Biegen der Bewehrungselemente durch NC-gesteuerte Maschinen zu ermöglichen. Als zusätzliche Leistungen beim Verlegen der Bewehrung kommen häufig − − − − −

Abstellungen für Arbeitsfugen, Abstellungen für Bewehrungsfortführungen, Abstellungen mit Fugenbandführungskörben und Fugenblechen, Aussparungen (aussteifungsfrei) oder Köcher-Schalungen u.ä. vor.

Hierfür gibt es einbaufertige Schalelemente aus verstärktem Streckmetall, die im Beton verbleiben und deshalb nicht mehr kostenaufwendig entschalt und entsorgt werden müssen. Ich verweise hierzu auf die Spezialliteratur [6.87]. Ein weiterer Rationalisierungseffekt liegt vermutlich auch in automatisch vorgefertigten, ausrollbaren Bewehrungsteppichen anstelle herkömmlicher Baustahlgewebematten. Für das Verlegen dieser Bewehrungselemente werden ungewöhnlich niedrige Aufwandswerte genannt [6.88]. Abschließend weise ich noch darauf hin, dass sich die Bewehrungsarbeiten dem Arbeitsablauf der Schal- und Betonarbeiten anpassen müssen. Bei großen Einbaumengen je Betonierabschnitt (Fundamentplatten von Industriebauten, Kraftwerken, Hochhäusern; Brückenüberbauten) kann daher die Bewehrung den Baufortschritt bestimmen. Die Bewehrungskolonne wird dann zum Leitbetrieb der Betonarbeiten. Die Kapazitätsabstimmung der Bewehrungskolonne auf wechselnde Einbauleistungen in den einzelnen Bauabschnitten – die Anpassung an den Bauablauf des Hauptunternehmers – und eine Garantie für die rechtzeitige Lieferung der erfor-

6.6 Entwicklungslinien rationeller Produktion im Beton- und Stahlbetonbau

385

derlichen Bewehrung sind neben dem Preis wesentliche Bestandteile eines Nachunternehmervertrages für Bewehrungsarbeiten.

6.6 Entwicklungslinien rationeller Produktion im Betonund Stahlbetonbau Die Vorgangsgruppen zur Herstellung von Betonbauwerken und ihre Einflussfaktoren auf rationelle Produktion sind in Bild 6.142 nochmals zusammengestellt. Die Produktion gliedert sich in die Phasen − Schalung und Rüstung (T1, T4), − Bewehrung (T2) und den − Betoneinbau (T3). Ähnlich wie im Erdbau lassen sich bei Betonarbeiten vier Einflussbereiche unterscheiden: 1. 2. 3. 4.

Planung und Konstruktion Nachunternehmer (Vorbetriebe) innerbetriebliche Einflüsse und außerbetriebliche Einflüsse (außer den Einflussfaktoren nach Ziff.1).

Der erste Einfluss- und damit Rationalisierungsbereich umfasst die Planung und Konstruktion des Bauwerks sowie die rechtzeitige Übergabe der vollständigen

Bild 6.142: Einflussfaktoren auf die Produktionsleistung im Beton und Stahlbetonbau

386

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

und geprüften Schal- und Bewehrungspläne an die ausführende Unternehmung, soweit ihr die technische Bearbeitung (Ausführungsplanung) nicht übertragen wird. Das ist heute nicht mehr die Regel. An die Stelle des technischen Büros der Bauunternehmung tritt dann ein fremdes Ingenieurbüro. Schon hier kommt es darauf an, möglichst fertigungsgerecht zu planen und die Ergebnisse den Firmen vollständig und mit dem erforderlichen Vorlauf zur Verfügung zu stellen. Der zweite Einflussbereich betrifft die Nachunternehmer, die für das Vorbereiten der Schalung, die Bewehrung, für die Betonlieferung und evtl. für weitere Einbauteile oder Teilleistungen (bspw. die gesamte Schalung oder die gesamten Betonarbeiten) beauftragt werden. Auch hier kommt es auf die Qualität und Kapazität dieser Nachunternehmerleistungen und die rechtzeitige Lieferung bzw. Ausführung an. Die innerbetrieblichen Einflüsse als dritter Bereich umfassen die unternehmerische Disposition (Führung, Kontrolle, Planung und Steuerung der Produktion). Die Planung und Organisation dieses Bereichs zu dessen Aufgaben die Ablaufplanung, die Wahl der kostengünstigsten Produktionsverfahren, die Ermittlung der Mengenleistung der einzelnen Teilbetriebe, die rechtzeitige Bereitstellung der produktiven Faktoren und deren Kontrolle gehören, sind Gegenstand der Arbeitsvorbereitung. Ein anderer wesentlicher Einflussfaktor des dritten Bereichs ist die Qualifikation der Mannschaft und der Führungskräfte. Die qualitativ einwandfreie und termingerechte Bauleistung wird in diesem Bereich, vor Ort, erbracht. An weiteren außerbetrieblichen Einflussfaktoren sind viertens die Standortbedingungen der Baustelle, der Witterungseinfluss und ggf. besondere Risiken zu nennen, auf die bereits bei der Ablaufplanung Rücksicht genommen werden muss. Wie Bild 6.143 zeigt, sind die Schalung und Rüstung die arbeitsaufwendigsten Vorgänge. Es kommt somit darauf an, hier den manuellen Arbeitsaufwand weiter zu reduzieren. Aus technologischer Sicht sind wegen des oft nur bedingt verfügbaren Arbeitsraums und wegen der Vielfalt der Bauvorhaben und Standortbedingungen dem Betonbau hinsichtlich weiterer Rationalisierung (bspw. automatischer Betoneinbau) Grenzen gezogen. In der konsequenten Anwendung von Taktarbeit (im Sinne einer Fließfertigung) liegen jedoch neben weiterer Verbesserung der Bauverfahren immer noch Rationalisierungsmöglichkeiten, die bis heute oft nicht voll ausgeschöpft werden. Um die Störfaktoren aus Standort und Witterung weitgehend auszuschließen und noch weitere Rationalisierungsmöglichkeiten zu nutzen, bietet es sich an, ähnlich wie im Stahlbau die Fertigung einzelner Bauteile und Bauelemente in stationäre Werke oder Feldfabriken zu verlegen, dadurch zeitlich aus der Produktionslinie zu entkoppeln und an der Baustelle nur noch zu montieren. Im nächsten Abschnitt werden diese Produktionsform und ihre Vorteile und Voraussetzungen kurz dargestellt. Wenn die gesamte Betonerstellung ausgegliedert, d.h. an Nachunternehmer vergeben wird, entfallen für den Hauptunternehmer die Einflussfaktoren aus den Bereichen 2 bis 4. Dadurch verlagert sich sein Risiko, da er gegenüber seinem Auftraggeber für die qualitativ einwandfreie und termingerechte Betonerstellung haftet.

6.7 Beispiele

387

Bild 6.143: Kosten einer Stahlbetonwand mit d = 0,30 m [6.60]

6.7 Beispiele Abschließend werden noch die nachstehenden Betonbauwerke als weitere Beispiele zum Stand der Technik genannt: aus dem allgemeinen und Ingenieurhochbau: − Doka-Plattform SPC funktioniert wie ein Präzisionsuhrwerk (280 t Hubkraft für die Diax-Towers in Zürich-Oerlikon, Schalung aktuell, doka, Ausgabe 1/2003 − Krüger, G.; Der Post-Tower – Das höchste Bürogebäude Nordrhein-Westfalens, beton 11/2002, S. 524 − Müller, A.; Das Projekt „Lehrter Bahnhof“ in Berlin, BAU-BG aktuell, 2/2002 − Starling-Tower in Chicago, Ein Hochhaus im 3-Tages-Takt, Schalung aktuell, doka, Ausgabe 2/2001 − Pobst, H.; Errichtung des MAIN Tower in Frankfurt am Main, Vorträge Betontag 1999, Ernst & Sohn, Berlin 2000, S. 419 aus dem Ingenieurbau − Talsperre Leibis/Lichte, Massenbeton-Bauwerk wächst planmäßig mit dokaSperrenschalung, Schalung aktuell, Ausgabe 3/2004 − Neue Bogenbrücke für die „Autovia de la Plata“, Mit vier doka-Schalwagen im Wochentakt über den Rio Almonte, doka-Schalung aktuell, Ausgabe 2/2004

388

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

− Brückenschlag zwischen Schweden und Norwegen, Bilfinger Berger und dokaknow-how halten die Termine bei der neuen Svinesund-Brücke, Deutsche doka Schalungstechnik GmbH, 82216 Maisach, Schalung aktuell, Ausgabe 1/2004, S. 10/11 − Schalungstechnik für 146 m hohen Büroturm, B + B 12/2003, S. 52 − Schaper, R.; Die längste Kanalbrücke der Welt, Das neue Elbe-Wasserstraßenkreuz, BAU-BG aktuell, 1/2003 − Koch, A.; Auf 23 Pfeilern über das Thüringer Becken (Gera-Talbrücke der ICE-Strecke München-Berlin), BW 6/2001 − Krumbach, G.; Jenssen, D.; Öresund-Querung, Die Brücke am Seil, BAU BG aktuell, 3/2000 und [7.7] − Neue Wege im Freivorbau von Rundbogen, Die Talbrücke über die Wilde Gera, doka, Ausgabe 4/99 − Errichtung der Restmüllverbrennungsanlage Köln, Philipp Holzmann AG Frankfurt, 99.06 − Balance-Akt, Die Kylltalbrücke in der Eifel, doka, Ausgabe 1/97

Literatur zu Kapitel 6 6.1

DIN 1045-1, Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton, Teil 1 Bemessung und Konstruktion, Ausgabe 07/2001 6.2 DIN 1045-2, Teil 2 Beton-Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität, Ausgabe 07/2001 6.3 DIN 1045-3, Teil 3 Bauausführung, Ausgabe 07/2001 6.4 DIN 1045-4, Teil 4 Ergänzende Regeln für die Herstellung und Konformität von Fertigteilen, Ausgabe 07/2001 6.5 DIN EN 206-1, Beton, Teil 1: Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität Deutsche Fassung EN 206-1, 2000 6.6 Kern, E.; Entwicklung der Betontechnik (in [6.73], S. 218) 6.7 Deutsche Beton- und Bautechnik-Verein, Vorträge auf dem Deutschen Betontag 1999, Ernst & Sohn Berlin 2000 6.8 Leonhard, F.; Vorlesungen über Massivbau, Teil 1, 3. Auflage, Berlin 1984 6.9 Curbach, M.; Textilbewehrter Beton – Entwicklung eines innovativen Verbundwerkstoffs (in [6.7], S. 443) 6.10 Hoffmann, R.; Rothschuh, H.; Einsatz und Weiterentwicklung von Stahlfaser-Pumpbeton bei Tunnelinnenschalen, Tunnelbau; neue Chancen aus europäischen Impulsen, Vorträge der STUVA-Tagung 1991 6.10a „Stahlfaserbeton – ein unberechenbares Material?“, Bauseminar über Stahlfaserbeton am Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz der TU Braunschweig am 14./15.11.2002 6.11 Busch, D.; Haselwander, B.; Hillemeier B.; Strauß, J.; Innovative Betontechnologie für den Kühlturmbau (in [6.73], S. 661) 6.12 Breitenbücher, R.; Güteüberwachungssystem von gestern – morgen noch zeitgemäß? (in [6.73], S. 559)

Literatur zu Kapitel 6

6.13 6.14 6.15

6.16 6.17 6.18 6.19

6.20 6.21 6.22 6.23 6.24 6.25 6.26 6.27 6.28 6.29

6.30 6.31 6.32 6.33 6.34 6.35 6.36 6.37

389

Werksunterlagen Liebherr – Mischtechnik GmbH, Bad Schüssenried Siefert, F.; Mischtechnik – Neuester Stand der Technik, zu einem Arbeitsseminar für Mischmeister 02/2000 aus [6.13] Gehbauer, F.; Die prämiierten Innovationen auf dem Deutschen Baumaschinentag 1989 (Ziff. 2, Betonmischanlage „Combimix“), BMT 1989, S. 184 ff DIN 459-1 und 459-2, Mischer für Beton und Mörtel, Teil1 (Begriffe, Leistungsermittlung, Größen), Teil 2, 11/1995 Fahrmischer aus [6.13], 08/2000 Arbeitsgemeinschaft Sperre Zillergründl, Projektinformation, 1983 Zentrale Mischanlage für Verkehrsbauten in Berlin Mitte, Konsortium Baustellenlogistik Spreebogen, Neue Wege auf dem Bau (Fa. Hafemeister u.a., 10117 Berlin), 1995-2002 Steuerungssysteme für Betonmischanlagen, aus [6.13] Feuchtemessung der Zuschlagstoffe – Neuester Stand der Technik und Feuchtemesssystem Litronic-FMS, aus [6.13] Siefert, F.; Mischanlagen in mobiler Konzeption, Referat zum VDBUMSeminar 02/1999 in Braunlage, aus [6.13] Maltry, Th.; Mischen oder mischen lassen?, Baumarkt 6/1982, S. 268-271 Bayer, E.; Kampen, R.; Moritz, H.; Beton-Praxis. Ein Leitfaden für die Baustelle, Düsseldorf, neueste Auflage Roth, K.; Die Kaimauer für das Verrebroekdok in Antwerpen (in [6.7], S. 196 Objektbericht Nr. 23,11 Auto-Betonpumpen im störungsfreien Einsatz über 14 Stunden [6.44] Objektbericht Nr. 26, 300 m – Stahlbeton-Hochhaus (Chicago) mit nur einer Pumpe und einem Verteilermast festiggestellt [6.44] Objektbericht Nr. 36, Beton bis 385 m für die Petronas Tower in Kuala Lumpur hoch gepumpt [6.44] Reuters, W.; Ostbrücke über den Großen Belt, beton 7/95 (Sonderdruck Hochtief Ag, Essen) und Objektbericht Fa. Schwing, Nr. 35, 1996 Betonförderung über eine bis zu 300 m lange Rohrleitung bis zur 254 m hohen Pylonspitze für die Ostbrücke über dem Großen Belt in Dänemark [6.44] Telebelt fördert und verteilt 28.000 m³ Schotter am Oberbecken Goldisthal, Putzmeister-Post Nr. 44 Putzmeister AG, Aichtal, 2000 Florian Eichinger GmbH, Baugeräte (Baugerätekatalog 01/2003) Postfach 64, 92332 Berching Werksunterlagen Liebherr, Werk Biberach Berufgenossenschaften der Bauwirtschaft, Taschenbuch Sicherheit am Bau, Ausgabe 1999, Abruf-Nr. 602 Werksunterlagen Peiner AG, Peine Sonneberg, R.; Turmdrehkrane, Entwicklung und Tendenzen, beton H. 11/2002, VBT-Verlag, Düsseldorf Werksunterlagen Aumund Förderbau GmbH, Rheinberg 1 Werksunterlagen Mannesmann Demag Fördertechnik, Wetter 1

390

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

6.38

Beitzel, H.; Wüst, G.; Der Kabelkran als wirtschaftliches Fördergerät im Talsperrenbau, BMZ 5, Mai 1977, S. 340-344 Translift – Realisation; Beispiel: Betontransport beim Bau des größten Staudammes der Welt, Werksunterlagen Translift, Grenzach – Wyhlen Kurzinformation über den Betontransport in Itaipu, beton 5/1979, S. 155 Kreitmair; Der Bau der neuen Tutzinger Hütte, Hochbau 5/99 Betonpumpenlogistik am Ems-Sperrwerk, beton 9/2001, S. 506 K. E. V. Eckardstein, Pumpbeton und Betonpumpen, Handbuch für das Pumpen von Beton, Schwing GmbH Herne, 2. Auflage 1983 Werksunterlagen Schwing/Stetter, Herne2/Memmingen Werksunterlagen Putzmeister, Aichtal Drees, G., Repmann, G.; Kennzahlen für den Einsatz von Turmdrehkranen im Hochbau, BMT 10 Okt. 1977 Drees, G., Sommer, H., Eckert, G.; Zweckmäßiger Einsatz von Turmdrehkranen auf Hochbaustellen, BMT 12/1980, s. 822-843 Eichner, H.; Baumaschinen II, Vorlesungsskript Universität Dortmund, 3. Auflage Seeling, R.; Auswahl und Kombination der Hauptfördermittel auf Betonbaustellen, BMT 1/1979, S. 21-22 Putzmeister Post Nr. 44, 2000 (aus 6.45) Objektbericht Nr. 30, Schwing beim Kraftwerksbau in Brasilien: Beton mit 100 mm Größtkorn gepumpt, 1992 (aus [6.44]) Walz, K., Wischers G.; Über Aufgaben und Stand der Betontechnologie, beton 10/1976, S. 403-408 Wacker-Werke München, Grundlagen der Betonverdichtung, Kap. 8, 3. Aufl., 1998 Riesenber, W.; Abdichtung von Bauwerksfugen mit Fugenbändern, TIS 6/1989, S. 357-360 Freie Fahrt nach Hamburg-Fuhlsbüttel (Erweiterung des Krohnstiegtunnels, Deutsches Baublatt Nr. 240, 10/97 Putzmeister Anlagentechnik, Wetkret-Mobil WKM 102 und 103 (Spritzbeton-Manipulatoren für den Tunnelbau – Spritzbüffel – ) aus [6.45] 2001 (PM 261-25 und PM 3058) Breitenbücher, R.; Selbstverdichtender Beton, Chancen und Voraussetzungen, beton 9/2001 Betonkalender, Richtlinien und Merkblätter des Deutschen Beton- und Bautechnikvereins (Berlin), Zeitschrift beton u.ä. Schmitt, R.; Die Schalungstechnik (Systeme, Einsatz und Logistik), Ernst & Sohn Berlin 2001 Werksunterlagen PERI, Weißenhorn (Handbuch 2000 Schalung und Gerüste sowie Handbuch 2002 Schalung und Handbuch 2002 Gerüste) Runge, M.; Material- und Lohnleistungen bei Schalungsarbeiten im internationalen Wettbewerb in [6.63] Muggenthaler, S.; Stoffleistungsverträge für Schalungsarbeiten in [6.63] Schalungen und Gerüste, Tagung Baden-Baden, Okt. 1997, VDI-Gesellschaft Bautechnik Düsseldorf, VDI-Berichte: 1348, VDI-Verlag 1997

6.39 6.40 6.41 6.42 6.43 6.44 6.45 6.46 6.47 6.48 6.49 6.50 6.51 6.52 6.53 6.54 6.55 6.56

6.57 6.58 6.59 6.60 6.61 6.62 6.63

Literatur zu Kapitel 6

6.64 6.65

6.66 6.67 6.68

6.69

6.70 6.71 6.72 6.73 6.74 6.75 6.76 6.77 6.78 6.79 6.80 6.81 6.82 6.83

6.84 6.85

391

Thyssen Hünnebeck Schalung GmbH, Ratingen, Neue Messehalle Frankfurt am Main 165 m freitragend, BW 7-8/2001, S. 62 Werksunterlagen Deutsche Doka Schalungstechnik Meisach (DokaProdukt- und Service-Katalog) Ausgabe 1998 und „Schalung aktuell“, 3 Ausgaben/Jahr Werksunterlagen Thyssen Hünnebeck Ratingen, Perspektiven, Die Welt des Bauens, Systems Services, Ausgabe 2001, Schalung und Gerüst Hoffmann, F.H.; Grundlagen und Voraussetzungen für Schalungsqualitäten bei Betonflächen und Anforderungen an das Aussehen in [6.63] Ogniwek, D.; Zusammensetzung und Verarbeitung des Betons bei Betonflächen mit Anforderungen an das Aussehen – DBV-Merkblatt „Sichtbeton“ 1997 in [6.63] VDI; Tagungsbericht der VDI-Gesellschaft Bautechnik, Schalung und Rüstung, Rationalisierungspotential im Ingenieurbau, VDI-Bericht 788, Düsseldorf 1989 Hoffmann, F.H.; Wirtschaftliche Schalverfahren durch Einflussnahme auf die Planung, Referat aus [6.69] Grupp, P.; Rahmenschalungen kranabhängig – großflächiger Einsatz auch für Sichtbeton, Referat aus [6.69] Werksunterlagen fdn Vertriebs- und Planungsgesellschaft, Georgsmarienhütte 2006 Baldauf, H., Timm, U.; Betonkonstruktionen im Tiefbau, Handbuch für Beton-, Stahlbeton- und Spannbetonbau, Band 3, Berlin 1988 Bericht über die Tieferlegung einer Bundesbahnstrecke in Düsseldorf, Werksunterlagen Holzmann, Frankfurt/Main 1982 Muckefuß, J. U.; Gleitschalung im Einsatz (MST Gleitschalung, MSTBAU, Fussach Österreich) BMT 5/1995 Stationär-Verteilermast auf Gleitschalung, Putzmeister-Post Nr. 42, 1999 (PM 3058) Schneller fertig als geplant, die Emirates Towers in Dubai, Deutsches Baublatt Nr. 276, 10/2000 Werksunterlagen Layer (Gerüste) DIN 4421, Traggerüste, Berechnung, Konstruktion und Ausführung (08/82) DIN 488, Betonstahl, Teil 1 (06/84) und 2 bis 7 (06/86) Bertram, D.; Betonstahl, Verbindungselemente, Spannstahl, Beton-Kalender 2001, Teil 1, Ernst & Sohn Berlin, S. 145-204 Werksunterlagen Suspa Spannbeton GmbH, Langenfeld/Rhld. Beispiele von Vorspannbewehrung im konstruktiven Hochbau: - Suspa-Report Parkpalette Technologiepark Raderborn - Suspa-Report Parkdecks Centro Oberhausen - Suspa-Report Behälter für die Gruppenkläranlage Wallmenroth-Muhlau Schütt, K.; Entwicklung und Anwendung eines Spannglieds für extreme Vorspannung, Beton- und Stahlbetonbau, H. 4/1991 Spannglieder für die Talbrücke Berbke [6.82]

392

6 Bauverfahren im Beton- und Stahlbetonbau

6.86

Krautwald, W., Thormälen, U., Schütt, K.; Talbrücke Berbke – Taktschiebebrücke mit externer Vorspannung, Sonderdruck aus Spannbetonbau in der BRD 1987-1990, Deutscher Betonverein Wiesbaden, 1990 PECA – Verbundtechnik GmbH Dingolfing, Stemaform 3000, Verschweißte Verbundsysteme mit Streckmetall und Bewehrung Bamtec, Einbau von Flächenbewehrungen, das bauzentrum/spezial 6/2000, Nr. 6043, S. 85 Meier, O., Marktübersicht Turmkrane, B + B 7/2006, S. 45

6.87 6.88 6.89

Nachtrag Das Diagramm in Bild 6.121 enthält noch die frühere Bezeichnung der Konsistenzklassen von Frischbeton (K1 bis K3). Die seit 2001 geltende neue DIN 1045, Teil 2, enthält in ihren Tabellen 5 und 6 – hier in Bild 6.4 dargestellt – neue Bezeichnungen für diese Konsistenzbereiche. Durch einen Vergleich der Verdichtungsmaße aus Tabelle 5 mit den in Bild 6.121 ebenfalls eingetragenen Verdichtungsmaßen ergeben sich für die früheren Bezeichnungen K1 bis K3 angenähert die neuen Bezeichnungen F1 für steifen Beton, F2 für plastischen Beton, F3/F4 für weichen bis sehr weichen Beton.

7 Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

7.1 Bedeutung und Aufgabe In den Zeiten angespannter Baukonjunktur, vor allem während der Wiederaufbauphase der Nachkriegsjahre, wurde immer wieder versucht, die hochentwickelte Fertigungstechnik der stationären Industrie sinngemäß auf die Bauproduktion zu übertragen. Hohe Lohn- und Sozialkosten, der Mangel an qualifizierten Arbeitskräften, kurze Bauzeiten, hohe Qualitätsansprüche an die Bauvorhaben, der Wunsch witterungsunabhängig fertigen zu können und der ständige Zwang des Wettbewerbs zu weiterer Rationalisierung haben diese Entwicklung gefördert. Im Hochbau waren es Typenbauten wie Industrie- und Lagerhallen, Bürogebäude, Krankenhäuser, Schulen, Universitätsbauten, Einkaufszentren und der mehrgeschossige Wohnungsbau, die aus vorgefertigten Elementen errichtet wurden. Repräsentationsbauten (Kirchen, Museen, Theater) sowie anspruchsvolle Einund Mehrfamilienhäuser sind für den Bau mit vorgefertigten Elementen weniger geeignet, obwohl auch hier für einzelne Bauteile eine Typisierung und damit Serienbildung möglich ist. Im Ingenieurbau wird seit Jahrzehnten überall dort vorgefertigt, wo sich damit signifikante Kostensenkungen gegenüber überkommenen Bauverfahren ergeben bzw. aufgrund der Standortbedingungen die Errichtung eines Bauwerks dadurch erst möglich wird. Sowohl im Grund- und Brückenbau, im Wasser- und Tunnelbau als auch im städtischen Ingenieurbau werden für anderweitig mit vertretbarem Aufwand nicht lösbare Bauaufgaben Stahlbetonfertigteile verwendet. Der Bau von Verkehrswegen über oder unter Flüssen, Hafenbecken und Meeresarmen ist häufig nur unter Verwendung von Stahlbetonfertigteilen möglich. Im Großbrückenbau waren es vor wenigen Jahren (1991-1995) die Unterbauten der Pylone, Ankerblöcke und Rampenpfeiler der Ostbrücke über den Großen Belt, mit deren Herstellung und Positionierung der industrialisierte Stahlbetonfertigteilbau seine Leistungsfähigkeit bewiesen hat. Diese Gründungskörper wurden in eigens dafür hergestellten Trockendocks an der Küste fabrikmäßig hergestellt, dann 60 km weit von Hochseeschleppern an ihren endgültigen Standort gezogen und dort in ihrer exakten Position abgesetzt. Diese Fertigteile für die Rampenpfeiler wiegen bis zu 3.200 t, für die Pylone und Ankerblöcken 32.000 t bzw. 52.000 t [6.29]. Das größte schwimmende Bauwerk der Welt aus Stahl und Beton war 1997 die 600.000 t schwere Hibernia-Ölplattform. Dieses Ingenieurbauwerk hat 2 Bohrtürme und ist 224 m hoch. Es wurde an der Küste Neufundlands hergestellt, dann von Schleppern 315 km in den Nordaltantik gezogen und in 80 m Tiefe auf den Meeresboden gesetzt [7.1].

394

7 Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

Bauwerke dieser Größenordnung sind jedoch die Ausnahme. Die tägliche Praxis des Stahlbeton-Fertigteilbaus ist nach wie vor die Herstellung von Bauelementen (Stützen, Unterzügen, Wänden und Decken, auch Köcherfundamenten) in einem (Beton-) Fertigteilwerk und ihre anschließende Montage auf der Baustelle. Nach einer Untersuchung des Informations-Zentrums Beton von mehr als 1.300 Bauobjekten im Jahr 2002 liegt der Anteil der Fertigteile bei Wand- und Deckenbaustoffen von Betriebsgebäuden bei 32%, im Eigenheimbau bei 14% und bei Mehrfamilienhäusern bei 17% [7.2]. Auch bei Mischbauweisen von Großobjekten im Hochbau (Hochhäusern, Mehrzweckbauwerken für Sport-, Konzert-, Theater- und Show-Veranstaltungen), die aus Stahl und Beton errichtet werden, kommen Stahlbetonfertigteile vor. Die seit 1995 rückläufige Baukonjunktur hat aber auch dazu geführt, dass firmeneigene Beton-Fertigteilwerke geschlossen wurden. Im übrigen hat die technische Entwicklung im Schalungsbau (Abschnitt 6) den Wettbewerb zwischen Ortbetonbauten mit Elementschalungen und der Verwendung von Stahlbetonfertigteilen verschärft. Worin liegen nun die Vorteile, die die Bauwirtschaft und Bauunternehmungen damals dazu bewegt haben, erhebliches Kapital in Fertigteilwerke und schweres Montagegerät zu investieren und damit ein hohes Kapitalrisiko einzugehen ?

7.2 Teilvorgänge im Fertigteilbau Beim Bauen mit vorgefertigten Stahlbetonelementen sind drei Herstellungsphasen zu unterscheiden [7.3]: − die Vorbereitung, − die Produktion (Herstellung im Werk), wobei zwischen stationären Werken und Feldfabriken zu unterscheiden ist, die am Verwendungsort der Fertigteile oder in dessen Nähe errichtet werden, − die Montage. Die Vorbereitung (1. Phase) umfasst das Erstellen der für die Produktion erforderlichen technischen Planunterlagen. Dazu gehören − − − − − −

die statische Berechnung, Schalpläne, Bewehrungspläne, Vorspannprotokolle, Stücklisten für Stahl und Einbauteile, Mengenermittlungen.

Diese Planunterlagen werden entweder vom technischen Büro der Fertigteilwerke oder von Ingenieurbüros angefertigt. Die Produktion (2. Phase) gliedert sich in drei Abschnitte (Bild 7.1). Der erste Abschnitt (Arbeiten der Nebenbetriebe) umfasst:

7.2 Teilvorgänge im Fertigteilbau

Bild 7.1: Abschnitte der Produktionsphase im Stahlbeton-Fertigteilbau [7.3]

− − − −

die Beschaffung oder Anfertigung der Schalungselemente, die Beschaffung oder Anfertigung der Einbauteile, die Vorfertigung der Bewehrung, das Herstellen des Betons. Zum zweiten Abschnitt (Arbeiten an der Fertigungsstelle) zählen

− − − − − − − −

der Zusammenbau der Schalung (Form), das Einbringen der Bewehrung, das Einsetzen der Einbauteile, das Einziehen und Anspannen der Spanndrähte, das Einbringen, Rütteln und Glätten des Betons, eine eventuelle Wärmebehandlung, das Ausschalen und das Trennen der Spanndrähte, der Transport der Fertigteile (Bauteile) aus der Werkshalle. Der dritte Fertigungsabschnitt (Nacharbeiten, Einlagern) besteht aus

− − − −

Oberflächenbehandlungen (Waschen, Sandstrahlen u.ä.) der Qualitätskontrolle, Nacharbeiten (Ausbesserungen) und der Einlagerung auf dem Lagerplatz. Bei der dritten, der Montagephase, sind

− der Transport zur Baustelle und − die Montage zu unterscheiden.

395

396

7 Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

Analog zur Herstellung eines Bauwerks in Ortbeton sind bei der Herstellung von Stahlbetonfertigteilen somit ebenfalls Formenbau (Schalung), Bewehrung und Betonieren zu unterscheiden. Dazu kommt zum schnelleren Ausschalen häufig eine Wärmebehandlung. Bei der Großtafelfertigung im Wohnungsbau laufen in der Produktionsphase bspw. folgende Arbeitsgänge nacheinander ab: 1. Vorbereiten der Schalung (Reinigen, Zusammensetzen, Einsprühen), 2. Einbau von Aussparungen und Verlegen von Leerrohren für die Elektroinstallation, 3. Einsetzen der vorbereiteten Bewehrung, 4. Einbringen und Verdichten des Betons auf dem Rütteltisch, 5. Erhärten bzw. Wärmebehandlung, 6. Ausschalen, Abheben, Transport aus der Halle, 7. Endkontrolle, 8. Lagern. Die Formen werden für Serienelemente aus Stahl, für Kleinserien aus Holz oder Kunststoff hergestellt. Der Beton wird, um ständig in der gewünschten Qualität verfügbar zu sein, in einer eigenen Mischanlage hergestellt und in Kübeln mit Staplern, Hängebahnen oder Brückenlaufkränen zur Einbaustelle transportiert. Durch Vorfertigung der Formen und der Bewehrung sowie durch Wärmebehandlung nach dem Betonieren wird für das Herstellen der Stahlbetonfertigteile ein Tages- oder Halbtagestakt angestrebt. Mehrschalige Wandelemente werden horizontal auf Kipptischen gefertigt, die zum Abheben hydraulisch in eine steile Schräglage hochgeklappt werden. Großflächige einschalige Wandplatten werden in Batterieschalungen hergestellt, wobei gleichzeitig mehrere gleichartige Elemente stehend gefertigt werden können. Für tragende Bauteile größerer Spannweite (Unterzüge, Hallenbinder) werden besondere Spannbahnen (Pisten) eingerichtet. Die Spanndrähte bzw. Litzen werden vor dem Betonieren vorgespannt (direkter Verbund). Für alle Transportvorgänge und zum Lagern der Fertigteile werden Hebezeuge eingesetzt. In der Fertigungshalle sind das i.d.R. Brückenlaufkräne, außerhalb Portalkräne, soweit nicht die Kranbahn über die Halle hinaus auch den Lagerplatz bestreicht. Die Teilvorgänge und der Arbeitsablauf im Stahlbeton-Fertigteilbau sind in der Literatur ausführlich beschrieben [7.3-7.6], weshalb ich nur kurz darauf eingehe. Sie gehen aus Bild 7.2 und Bild 7.3 hervor.

7.2 Teilvorgänge im Fertigteilbau

Bild 7.2: Einzelheiten zur Produktion in Stahlbeton-Fertigteilwerken [7.4]

397

398

7 Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

Bild 7.3.1: Arbeitsgänge und -stufen bei Standfertigung [7.4]

Bild 7.3.2: Fließfertigung im Kreislaufsystem [7.3]

Bild 7.3.3: Fließfertigung mit Zwischenlager [7.3] Bild 7.3: Arbeitsablauf bei der Herstellung von Stahlbeton-Fertigteilen

7.3 Vorteile und Voraussetzungen der Stahlbetonfertigteilbauweise

399

7.3 Vorteile und Voraussetzungen der Stahlbetonfertigteilbauweise Gegenüber konventionellem Bauen weist die Vorfertigung von Stahlbetonfertigteilen in stationären Werken oder Feldfabriken folgende Vorteile auf: − Senkung der Lohnkosten − Verkürzung der Bauzeit durch Vorfertigung der Elemente im stationären Betrieb − Gleichbleibende Qualität − Hohe Maßgenauigkeit − Weitgehende Witterungsunabhängigkeit. Die Verkürzung der Bauzeit ergibt sich aus der Entkopplung der Elementfertigung aus dem Arbeitsablauf gegenüber Ortbeton. Während die Baugrube ausgehoben und gesichert wird und die Fundamente hergestellt werden, produziert ein Fertigteilwerk bereits Stützen, Unterzüge usw. Auch bei Großprojekten wird dieses allgemeine Prinzip zur Reduzierung der Bauzeit angewendet [7.7]. „Die Praxis zeigt, dass die genannten und eventuell noch weitere Vorteile des Fertigteilbaus sich nicht automatisch einstellen. Vielmehr garantieren nur eingespielte Teams in Planung, Arbeitsvorbereitung, Herstellung der Fertigteile und Montage, dass die angestrebten Ziele auch erreicht werden.“ [7.8]. Im einzelnen ergeben sich diese Vorteile aus folgenden Merkmalen [7.9]: 7.3.1 Fabrikmäßige Fertigung Beim konventionellen Stahl- oder Spannbetonbau müssen Bau- und Bauhilfsstoffe zum Bauwerk gebracht und dort verarbeitet werden. Außerdem ist die Baustelleneinrichtung, die „wandernde Fabrik“, auf und abzubauen. Der Arbeitsablauf erfordert ständiges Anpassen an die örtlichen Umstände der Baustelle, wozu häufig aufwendige Rüstungen gehören. Im Gegensatz dazu können in einem stationären Werk alle Vorteile einer fabrikmäßigen Fertigung ausgenützt, d.h. die herzustellenden Bauteile in die bequemste Lage, gewissermaßen auf die Werkbank, genommen werden. Der Arbeitsablauf kann dadurch weitgehend entstört und rationalisiert werden, ist außerdem frei von Witterungseinflüssen und ermöglicht kontinuierlichen Betrieb (keine Winterpause). Diese Möglichkeiten der Rationalisierung des Arbeitsablaufes im stationären Werk kommen jedoch erst voll zum Tragen, wenn zwei weitere Voraussetzungen für eine optimale stationäre Fertigung erfüllt werden können. Dies sind Serienfertigung und genormte Bauteile. 7.3.2 Serienfertigung Bei der Forderung nach Serienproduktion wird häufig angenommen, dass Vorfertigung nur bei großen Bauvorhaben angewendet werden kann. Dabei wird überse-

400

7 Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

hen, dass sie verschiedene Möglichkeiten bietet, um zu größeren Serien im Arbeitsablauf zu kommen. 1. Die Elemente können in beliebiger zeitlicher Reihenfolge hergestellt werden. 2. Die Elemente lassen sich auch über größere Entfernungen (wirtschaftlich bis zu etwa 200 km z. Tl. auch weiter) transportieren. Dadurch können gleichartige Elemente für verschiedene Bauwerke in einer Serie zusammengefasst werden. Die Grenze wird jeweils durch die Bauteilabmessungen beim Transport über öffentliche Straßen und die Eisenbahn und die Transportkosten gezogen. 3. Eine weitere Vereinfachung besteht darin, dass Stützen und Wände durch Drehen "auf der Werkbank" in horizontaler Lage und dadurch wesentlich einfacher als auf der Baustelle hergestellt werden können. Der zeitliche Freiheitsgrad nach 1. erlaubt vor allem, dass Bauteile, die auf der Baustelle in einer bestimmten Reihenfolge hergestellt werden müssen, hintereinander als Serie hergestellt werden können. Voraussetzung sind die rechtzeitige Ausführungsplanung und ein entsprechend großer Lagerplatz im Fertigteilwerk. 7.3.3 Normung durch Kombination Eine weitere Voraussetzung für industrielle, kostengünstige Fertigung wäre eine gewisse Normung der Querschnitte und Abmessungen der Bauteile. Damit hätten Bauherrn bzw. ihre Architekten und Ingenieure die Möglichkeit, aus einem Normenkatalog die gewünschten Bauteile auszusuchen, was im Werk zu einer größeren Stückzahl einzelner Elemente führen würde. Ansätze hierfür liegen vor [7.9-7.12]. Diese Normung von Bauteilen hätte vor allem den Vorteil, dass die aufwendigen Schalungen (Formen) entsprechend oft eingesetzt werden könnten. 7.3.4 Anwendung der Spannbett-Technik Die Vorfertigung bietet die Möglichkeit, vorgespannte Stahlbetonfertigteile im Spannbett herzustellen. Dabei entfallen gegenüber der Vorspannung auf der Baustelle alle verlorenen Verankerungen, die Hüllrohre und die Injektionsarbeiten. Außerdem steigen die Kosten des Vorspanndrahtes (Litzen) nicht linear mit seiner höheren Festigkeit an. 7.3.5 Werkbeton Die Herstellung des Betons im stationären Werk ist zwar nicht wesentlich billiger als auf der Baustelle, man hat aber die Möglichkeit, mit demselben Aufwand eine höhere Betonqualität zu erzielen. Die Ursachen hierfür sind − alle Betonkomponenten stammen von permanenten Quellen und können im eigenen Labor sorgfältig untersucht und optimal zusammengesetzt werden,

7.4 Wirtschaftlichkeit im Stahlbetonfertigteilbau

401

− der Aufbereitungs-, Verarbeitungs- und Abbindeprozess kann den Zufälligkeiten der Witterung entzogen werden, − die Betonverdichtung lässt sich mit hochfrequenten Schalungsrüttlern erheblich steigern, so dass praktisch trockene Betonmischungen noch verarbeitet werden können, − die Qualitätsüberwachung lässt sich im stationären Werk straffer organisieren und konsequenter durchführen als auf der Baustelle. Der letztgenannte Effekt kann auch bei Betonlieferung durch ein Transportbetonwerk erreicht werden. Durch die gleichmäßigere Festigkeit und die höheren Betonfestigkeiten können vorgefertigte Elemente leichter ausfallen als bei der Herstellung in Ortbeton. 7.3.6 Differenzierte Formgebung Eine größere Stückzahl an Elementen erlaubt den Einsatz sorgfältig gearbeiteter Schalungen, die durch differenzierte Formgebung den Baustoff besser auszunützen gestatten als dies in Ortbeton möglich ist (kleine Querschnitte können durch die intensive Vibration auch bei enger Bewehrung noch einwandfrei hergestellt werden). Die bei größerer Serie mögliche Verwendung von Stahlformen führt außerdem zu einer hohen Maßgenauigkeit bzw. engeren Toleranzgrenzen. Bei diesem Punkt ist inzwischen an die Verwendung sich selbst verdichtenden Betons zu denken, der eine Verdichtung erübrigt [6.57].

7.4 Wirtschaftlichkeit im Stahlbetonfertigteilbau Die wesentlichen Kostenelemente eines am Ort betonierten und vorgefertigten Bauteils gehen aus Tabelle 28 hervor. Bei beiden Herstellverfahren sind jeweils der Arbeitsaufwand und die Stoffkosten für die Teilvorgänge Schalung und Rüstung, Bewehren und Betonieren zu unterscheiden. Bei der Vorfertigung entfällt die Rüstung, dafür kommen Transport und Montage der Fertigteile dazu. Derart pauschal ist ein Kostenvergleich der einzelnen Teilvorgänge beider Verfahren jedoch nicht möglich. Bei Vorfertigung ist der Arbeitsaufwand sowohl für das Schalen als auch das Bewehren und Betonieren geringer als bei Ortbeton, da die Elemente im Werk in bequemer Lage hergestellt werden können. Bei den Stützen entfällt außerdem eine Schalungsseite, bei Wänden die zweite Wandschalung. Der Schalungsbau ist einfacher als auf der Baustelle. Die Bewehrung lässt sich im Werk besser vorfertigen und als Korb in die Form einsetzen als auf der Baustelle. Durch diese Möglichkeiten reduzieren sich gegenüber Ortbeton die Lohnkosten. Bei den Stoffkosten ist die Schalung (Form) teurer, wenn sie aus Stahl gefertigt wird; diese Schalungskosten sinken jedoch mit zunehmender Einsatzhäufigkeit. Die Bewehrung kann durch Anwendung der Vorspannung kostengünstiger wer-

402

7 Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

den. Wo dies nicht möglich ist, ist sie aufwendiger als bei Ortbeton, da bei Fertigteilelementen häufig keine Durchlaufwirkung zum Tragen kommt [7.13]. Investitions- und Arbeitskosten für die Rüstung entfallen, dafür kommen Transport und Montagekosten hinzu. Die Transportkosten werden reduziert, wenn beim Vergleich zwischen Ortbeton und Vorfertigung der Umstand zu Buche schlägt, dass bei Ortbeton die Betonzuschläge und der Zement auf dem gleichen Weg transportiert werden müssen wie die vorgefertigten Elemente. Tabelle 28: Gegenüberstellung der wichtigsten Kostenträger eines am Ort betonierten und vorfabrizierten Bauteils [7.9]

7.5 Fertigungsverfahren Die Herstellung von Stahlbeton-Fertigteilen im Werk ist grundsätzlich in Standund Fließfertigung möglich ([7.3-7.5, 7.14], Bild 7.3). Bei Standfertigung (Bild 7.3.1) werden alle Arbeitsgänge für ein Element am gleichen Ort vollzogen. Die verschiedenen Arbeitskolonnen wandern von Fertigungs- zu Fertigungsstelle (Schalungsstandort). Ein besonderes Standverfahren ist die Herstellung von vorgespannten Fertigteilen mit direktem Verbund im Spannbett. Im Gegensatz dazu werden bei Umlauf- bzw. Fließfertigung die Formen im Takt von Arbeitsstation zu Arbeitsstation bewegt (Bild 7.3.2 und 7.3.3). Einen Sonderfall der Fließfertigung bildet der Einsatz von Gleitschalungsfertigern, bspw. für das Herstellen von leichten Deckenträgern oder Hohldeckenelementen [6.72, 7.5, 7.15]. Der Stand der Technik war schon vor etwa 15 Jahren durch folgende Merkmale gekennzeichnet [7.15]: „Die Methoden der Werksfertigung haben sich in den vergangenen Jahren weiter zu industrialisierten, d.h. mechanisierten Verfahren entwickelt. Dabei wird großer Wert auf flexible Einrichtungen gelegt, da die Großserien vielfach der Vergangenheit angehören.“ An industrialisierten Fertigungsmethoden für die Herstellung von konstruktiven Betonfertigteilen im Hochbau werden im wesentlichen

7. 5 Fertigungsverfahren

403

− Umlauffertigung und − Fertigung auf langen Bahnen angewendet. Beide Verfahren erfordern jedoch einen gewissen (kritischen) Mengenausstoß. Beim Umlaufverfahren (Bild 7.3.2, 7.3.3, 7.4) werden die Elemente auf Paletten oder Kipptischen durch das Werk von einem Arbeitsgang zum anderen auf Rollenförderern oder Schiebebühnen befördert. Dieses System ist das typische Verfahren für flächenhafte Elemente wie Wand- und Deckentafeln des Großtafelbaus. Umlaufsysteme sind heute schon so ausgelegt, dass eine große Flexibilität möglich ist.

Bild 7.4: Palettenumlaufanlage zur Herstellung von Gitterträgerdecken [7.15]

404

7 Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

Die Fertigung im Umlaufsystem hat vor allem zwei wesentliche Vorteile: − bessere Organisation des ganzen Produktionsablaufs. Die notwendigen Materialien können ohne innere Transporte bereit gestellt werden und der einzelne Arbeiter verrichtet die gleiche Arbeit an der gleichen Stelle. − reduzierte Anlagekosten, da die einzelnen Arbeitsgänge an dafür speziell eingerichteten Stationen optimal durchgeführt werden können. Bspw. müssen die Rüttler oder die Kipphydraulikausrüstung nur einmal, dafür aber komfortabler ausgestattet, vorgehalten werden. Neben dem üblichen horizontalen Umlauf mit Längsbändern und Querschiebebühnen zur Wärmebehandlung in Härtekammern findet man mehr und mehr den platzsparenden vertikalen Umlauf mit Längsbändern in einer oberen und unteren Ebene, die mit Hub- und Absenkstationen verbunden sind. Die eigentliche Fertigung erfolgt auf dem oberen Band, während die Nachbehandlung in tunnelartigen Bändern in der unteren Ebene durchgeführt wird. Während schlaff bewehrte Deckenhohlplatten ausschließlich auf Paletten in Umlauffertigung produziert werden, werden Spannbetonhohlplatten fast nur auf langen Bahnen hergestellt. Dabei ist zwischen zwei grundsätzlich verschiedenen Fertigern zu unterscheiden: − Der Gleitfertiger wird mit einer Winde wie eine Gleitschalung über die Fertigungsbahn gezogen. Die aufgesetzte Beschickeinheit arbeitet mit drei Einfüllund Verdichtungsstufen (Bild 7.5.1). Die untere Maschineneinheit kann bei unterschiedlichen Querschnittsformen ausgewechselt werden. − Der Extruder arbeitet nach dem Rückstoßprinzip (Bild 7.5.2). Er drückt sich an dem von ihm gefertigten Betonstrang ab und schiebt sich damit selbsttätig vor. Dabei wird ein sehr steifer Beton verarbeitet, der durch Schnecken in die profilbildenden Zonen gepresst wird unter gleichzeitiger Anwendung von Hochfrequenzrüttlung. Der Beton erhält dadurch eine für das Verfahren nötige Frühstandfestigkeit und eine hohe Endfestigkeit. Die Produktion nach diesem Verfahren stellt auch heute noch einen hohen Mechanisierungsgrad im Betonfertigteilbau dar. Die Bahnen werden maschinell gereinigt, die Spannlitzen automatisch verlegt und die Platten mit einer verfahrbaren vollautomatischen Betonsäge voneinander getrennt. Mit diesem Verfahren wurden z.B. 40.000 Deckenplatten für die Universität in Riyadh produziert. Die eingesetzten Maschinen sind der Spezialliteratur zu entnehmen [7.16, 7.17].

7. 5 Fertigungsverfahren

405

Bild 7.5.1: Gleitfertiger

Bild 7.5.2: Extruder Bild 7.5: Industrielle Produktionsprozesse für Hohlplatten [7.15]

„In langen Bahnen werden außerdem TT-Platten, T- und I-Binder sowie VSheds hergestellt. Diese Bahnen sind dann meist mit Spannbahnen kombiniert. Die Entwicklung geht hier zum hydraulischen bzw. elektromechanischen Verstellen der Schalung.“ Als Beispiel für flexible Schalungen (Formen) ist in Bild 7.6 ein stufenlos verstellbares Randschalungssystem für Kipptische und Paletten dargestellt. Bild 7.7 zeigt eine in Längsrichtung verfahrbare Binderschalungsmaschine mit elektrisch verstellbarer Seiten- und Obergurtschalung. Inzwischen ist in Betonfertigteilwerken eine weitgehend automatisierte Decken- und Wandfertigung möglich. Im einzelnen werden hierfür von den Maschinenherstellern angeboten: − eine computerunterstützte Elementdeckenfertigung mit Palettenumlauf (Transport und Palettenstapelung automatisch), − eine Doppelwand- und Massivwandfertigung, − eine Fassaden- und Stützenfertigung,

406

7 Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

Bild 7.6: Stufenlos verstellbares Randschalungssystem für Kipptische und Paletten (Fa. Avermann, [7.15])

Bild 7.7: In Längsrichtung verfahrbare Binderschalungsmaschine mit elektrisch verstellbarer Seiten- und Obergurtschalung (Fa. Gärtner, [7.15])

7.7 Transport

407

− eine automatisierte Hohldeckenfertigung, − eine Ziegelelementfertigung für Wand- und Deckenelemente mit Palettenumlauf, − Rohrtransportanlagen im automatischen Umlauf, − Schwellenfertigungsanlagen im Umlauf und − Tübbingfertigungsanlagen mit Formenumlauf und automatischem Transport einschließlich Härtekammer (für den Untertagebau) [7.18]. Welche Verfahren im Einzelfall angewendet werden, hängt von mehreren Faktoren, vor allem vom Produktionsprogramm und der längerfristigen Auftragslage ab. Es wird über einen kalkulatorischen Verfahrensvergleich ermittelt.

7.6 Anordnung und Ausrüstung von Fertigteilwerken Stahlbetonfertigteile können in stationären Anlagen (Fertigteilwerken) oder unmittelbar an der Baustelle (Feldfabriken) hergestellt werden. Stationäre Werke können entweder für ein bestimmtes Fabrikationsprogramm, mit dem sie einen festen Abnehmerkreis beliefern oder für die Fertigung auf Bestellung eingerichtet werden. Ihre Lage hängt von der Entfernung zu den potentiellen Abnehmern ab, da die Transportentfernung die Kosten erheblich beeinflusst [7.13]. Heute ist die zweite Variante die Regel. Die Werke haben sich durch ausgereifte Bausysteme und flexible Produktionseinrichtungen darauf eingestellt. Feldfabriken sind auftragsgebunden und werden dort errichtet, wo in begrenzter Zeit an einer Stelle eine große Anzahl von Fertigteilen hergestellt und montiert werden muss, der Umfang des Bauvorhabens somit die Einrichtung rechtfertigt. Sie haben den Vorteil kurzer Transportentfernungen. Ihre Ausstattung ist i.d.R. mit geringeren Mitteln als für ein stationäres Werk möglich. Je nach Produktionsumfang und qualitativen Anforderungen an die herzustellenden Elemente ist aber auch das Gegenteil möglich [7.7]. Die strukturelle Anordnung der einzelnen Produktionsbereiche von Fertigteilwerken in Grundriss und Schnitt geht aus Bild 7.8-7.11 hervor, Querschnitte aus Bild 7.12. Die Hakenhöhe des Hallenkranes sollte nicht unter 8 m liegen.

7.7 Transport Beim Transport sind innerbetrieblicher (im Werk) und außerbetrieblicher Transport (vom Werk zur Baustelle) zu unterscheiden. Auf Einzelheiten des innerbetrieblichen Transports gehe ich nicht weiter ein. Er wird im Einzelfall durch den Materialfluss bestimmt (Bild 7.8-7.12). Der außerbetriebliche Transport umfasst das Verbringen der Elemente vom Werkslagerplatz zur Montagestelle. Transporte sind stets ein erheblicher Kostenfaktor, auch beim Bauen mit Fertigteilen. Hierfür ist ein Lieferplan aufzustellen, der mit der Fertigung und Montage

408

7 Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

abgestimmt ist. Dabei müssen das Transportmittel (LKW, Bahn) und der Transportweg, i.d.R. öffentliche Straßen, unter Berücksichtigung von Durchfahrtshöhen, Belastbarkeit von Brücken und engen Kurven festgelegt und die Umlaufzeit der Transportfahrzeuge ermittelt werden. Das Be- und Entladen hat so zügig zu erfolgen, dass keine unnötigen Wartezeiten für die Fahrzeuge entstehen. Großelemente befördert man meist aufrechtstehend, Binder, TT-platten und Deckenelemente liegend auf Tiefladern.

Bild 7.8: Schema eines permanent installierten Vorfabrikationswerkes [7.9]

Bild 7.9: Anordnung der Hilfsbetriebe, Fertigung und Lagerung eines kleinen und größeren Fertigteilwerkes

7.7 Transport

Bild 7.10: Fertigteilwerk für Betonfertigteile im Skelettbau [7.10]

Bild 7.11: Schema eines modernen Fertigteilwerkes in Bagdad/Irak (Feldfabrik, [7.19])

409

410

7 Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

Bild 7.12: Querschnitte von Fertigteilwerken [7.14]

Ob an der Montagestelle ein Zwischenlager für Fertigteile anzulegen und damit ein Puffer für unvorhergesehene Störungen im Transportablauf zu schaffen ist, kann nur im Einzelfall anhand eines Kostenvergleichs entschieden werden. Beim Transport und Lagern der Fertigteile ist darauf zu achten, dass diese stets in sicherer Lage gehalten werden und keine unzulässigen Beanspruchungen auftreten können.

7.8 Montage Die horizontale oder vertikale Montage (Bild 7.13) hat genau nach einem Montageplan unter Beachtung der Montageanweisung zu erfolgen. Sie ist gekennzeichnet durch den Einsatz leistungsfähiger Hebezeuge. Diese müssen ein ruckfreies Heben und Verfahren der Last gestatten (Feinhubwerk). Neben maximaler Ausladung und größter Hakenhöhe als Kenngrößen für den Arbeitsbereich eines Kranes wird die Leistungsfähigkeit durch das maximale Lastmoment bezeichnet. Die

7.8 Montage

411

Auswahl des richtigen Hebezeuges entscheidet über den störungsfreien Ablauf der Montage.

Bild 7.13: Montagearten [7.15]

Zur Justierung der Elemente eignen sich Unterlagsplatten aus Stahl, Blei oder Zink. Besonders schnell lassen sich Justierungen mit Schraubenbolzen vornehmen, die vor der Montage der Elemente auf Sollhöhe gebracht werden. Nach Justierung und Sicherung mit Richtstützen und Montagestreben werden die Befestigungsstellen mit Zementmörtel bzw. Beton vergossen. Soweit Fertigteile demontierbar sein sollen, sind die Befestigungen ohne Verguss aus nichtrostendem Material (Edelstahl) auszuführen. Der Vorteil ständiger Regulierbarkeit und die Möglichkeit einer Demontage muss allerdings mit höheren Kosten erkauft werden. Zur Montage von Stahlbetonfertigteilen werden bei geringeren Gewichten Turmdrehkrane, bei größeren vorwiegend Mobilkrane verwendet. Tragfähigkeit, Reichweite und Hakenhöhe müssen jeweils dem Gewicht der einzubauenden Fertigteile und dem Montagestandort des Hebegerätes angepasst sein. Um nicht sehr große und damit teure Autokrane einsetzen zu müssen, wird versucht, mit minimaler Ausladung zu arbeiten. Das setzt voraus, dass die Montagestellen für die schweren Geräte und die Transportfahrzeuge zugänglich sind (Baustraßen). An Fahrzeugkranen stehen hinsichtlich Traglast, Ausladung und Hakenhöhe und damit auch der Kosten Geräte in großer Bandbreite zur Verfügung (Tabelle 29 und Bild 7.14). Aus der Produktreihe dieses Herstellers (Liebherr) sind in Bild 7.15-7.18 auszugsweise die Arbeitsbereiche der Typen LTF 1030-3 und LTM 1080-1 in Abhängigkeit von Ballast und Auslegerspitze dargestellt. Die Hubgeschwindigkeit dieser Fahrzeugkrane liegt stufenlos zwischen 0 und 130 m/min für einfachen Strang, die Drehgeschwindigkeit liegt – ebenfalls stufenlos – zwischen 0 und 2,0 min-1. Alle weiteren Einzelheiten über die aktuelle Ausstattung dieser Hochleistungsgeräte zur Einsatzplanung von Fertigteilmontagen sind den ausführlichen Produktinformationen des Herstellers zu entnehmen [7.20].

412

7 Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

Tabelle 29: Mobil- und Autokrane – Übersicht [7.20]

7.8 Montage

413

Bild 7.14: Auslegersysteme T = Teleskopausleger, V = Verlängerter Teleskopausleger, K = Klappspitze, F = Feste Gitterspitze, N = Wippbare Gitterspitze, AY = Teleskopausleger abgespannt, L = Hauptausleger leicht, S = Hauptausleger schwer, N = Wippbare Gitterspitze leicht, W = Wippbare Gitterspitze schwer, D = Derrickausleger, B = Schwebeballast

Wenn die Baustelle bspw. wegen ihrer Ausdehnung das Anlegen befestigter Fahrwege nicht zulässt, können Krane mit Raupenfahrwerk eingesetzt werden (Tabelle 30 und Bild 7.19). Zum Abschlagen der Lasten werden hydraulisch bewegte, straßenfahrbare Hubsteiger (-bühnen) verwendet.

414

7 Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

Transport und Montage von Fertigteilen werden häufig an Nachunternehmer vergeben, jedoch sollte jedes Werk dafür über eine jederzeit verfügbare Mindestkapazität verfügen.

Bild 7.15: Autokran LTF 1030-3 (max. Traglast 30 t) [7.20]

7.8 Montage

Bild 7.16: Traglasten für LTF 1030-3, T 26 m, Klappspitze 14,4 m

415

416

7 Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

Bild 7.17: Mobilkran LTM 1080-1 (max. Traglast 80 t) [7.20]

7.8 Montage

Bild 7.18: Traglasten für LTM 1080/1 mit 48 m Tele, 19 m Klappspitze

417

418

7 Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

Tabelle 30: Kompaktkran, Mobilbaukran und Raupenkrane – Übersicht [7.20]

7.8 Montage

419

Bild 7.19: Auslegersysteme T = Teleskopausleger, K = Klappspitze, TA = Teleskopturm mit wippbarem Ausleger, L = Hauptausleger leicht, S = Hauptausleger schwer, F = Feste Gitterspitze leicht, V = Feste Gitterspitze schwer, N = Wippbare Gitterspitze leicht, W = Wippbare Gitterspitze schwer, D = Derrickausleger, B = Schwebeballast, BW = Ballastwagen

420

7 Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

7.9 Fertigungsplanung Wie bei anderen Bauvorhaben ist die Fertigungsplanung auch bei Vorfertigung der zentrale Punkt rationeller Produktion. In einfacher Form wird hierfür die Auslastung der Fertigungsplätze und Montagegeräte als Balkendiagramm dargestellt (Bild 7.20). Genauere Verfahren sind in der Literatur genannt [7.3]. Dafür sind Computerprogramme verfügbar.

Bild 7.20.1: ohne Berücksichtigung von Kapazitätsgrenzen

Bild 7.20.2: unter Berücksichtigung einer maximalen Kapazität der Fertigungsplätze Bild 7.20: Belegungsplan im Fertigteilwerk [7.3]

Entwurf, Planung und Ausführung von Bauwerken aus Stahlbeton-Fertigteilen sind – wie schon erwähnt – nur durch Zusammenarbeit aller an einem Bauvorhaben Beteiligten zu lösen [7.7]. Die konstruktive und organisatorische Durcharbeitung aller Einzelheiten der Konstruktion, Fertigung und Bauausführung (Transport und Montage) in weitgehend industriellem Sinne erfordert eine wesentlich engere Vor- und Zusammenarbeit aller Beteiligten als beim konventionellen Stahlbetonbau. Dabei lassen sich folgende Teilvorgänge unterscheiden (siehe auch Abschnitt 7.2):

7.9 Fertigungsplanung

421

Vorbereitende Maßnahmen − Wahl eines geeigneten Systems für das zu erstellende Gebäude (z.B. Stützen-, Wandtafel-, Deckensystem) und eines möglichst symmetrischen Rasters in Verbindung mit dem Innenausbau. − Festlegung möglichst großer Stückzahlen gleicher Fertigteile unter Berücksichtigung der wirtschaftlichsten Abmessungen und des Höchstgewichtes. − Wahl kostensparender Verbindungen (Minimum an Einbau- und Montageteilen). − Beschreibung des Transport- und Montagevorganges mit statischem Nachweis der Zwischenbauzustände. − Aufstellung der Positionslisten mit Kurzbeschreibung. − Festlegung des gesamten Fertigungs- und Montageablaufs, d.h. eingehende Arbeitsvorbereitung. Im Rahmen der Arbeitsvorbereitung werden aufgrund der verfügbaren Produktionszeit zunächst die Anzahl der Grundschalungen und daraus die Terminfolge der Planlieferung festgelegt. Die Produktionsfläche wird in einzelne Fertigungsplätze aufgeteilt. Für jede Fertigteilposition werden Produktionsplatz und -tag bestimmt. Die Terminkontrolle dann hat zu gewährleisten, dass spätestens eine Woche vor dem jeweiligen Produktionstag der vom Prüfingenieur freigegebene Fertigungsplan vorliegt [7.21]. Die Montagestandorte der Hebezeuge werden ebenfalls im Rahmen der Arbeitsvorbereitung in einem Baustelleneinrichtungsplan festgelegt (Bild 7.21).

Bild 7.21: Baustelleneinrichtungsplan (Ausschnitt) [7.21]

422

7 Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

Fertigung und Montage − Vorarbeiten an der Baustelle (Einmessen des Gebäudes, Erdarbeiten, Entwässerungsarbeiten, Fundamente, ggf. Ortbetonkern, Baustraße), − Herstellen der Fertigteile nach genauem Ablauf- und Belegungsplan der verfügbaren Fertigungsflächen, (i.d.R. weitgehend zeitgleich mit den Vorarbeiten an der Baustelle), − Transport, ggf. Zwischenlagerung (wenn möglich jedoch „just in time“), − Montage lt. Montageplan sowie die − Verguss- und Nacharbeiten. Die kurzen Ausführungszeiten – ein wesentlicher Vorteil – bedingen eine sorgfältige Planung und den erforderlichen Vorlauf für Arbeitsvorbereitung und Herstellung der Elemente. Nach der Freigabe der Ausführungspläne zur Produktion im Werk sind Planänderungen, wenn überhaupt noch möglich, mit hohen Kosten verbunden. Ein Schema der Fertigung und Montage eines Skelettbaus aus Stahlbetonfertigteilen ist in Tabelle 31 dargestellt.

Tabelle 31: Zeitplan für Fertigung, Transport und Montage eines Skelettbaus aus Stahlbetonfertigteilen [7.10]

7.11 Zusammenfassung und Beispiele

423

7.10 Sicherheit im Fertigteilbau Im Rahmen der Arbeitssicherheit sind vor allem die Lastanschlüsse (ausreichende Bemessung und Verankerung der Stahlschlaufen bzw. Aufhängevorrichtungen), die Standsicherheit der Elemente im Montagezustand (Alu-Justierstützen,, Hilfsund Montageverbände, Abspannungen) sowie die Verwendung von Höhensicherungsgeräten für die Mannschaft (Absturzsicherungen, Anseilen, mobile Arbeitsbühnen) von Bedeutung. Für die Montage jedes Fertigteiltyps muss an der Baustelle eine Montageanweisung vorhanden sein, in der die Art des Anschlagens an den Kranhaken, das Transportieren, Abstützen im Einbauzustand, Befestigen und die endgültige Sicherung (z.B. Verguss) eindeutig beschrieben ist. Dabei sind die einzelnen Tätigkeiten der Montagekolonne zu nennen und die Sicherungsmaßnahmen für die Arbeitskräfte (z.B. Verwendung von Haltegurten) vorzuschreiben. Derartige Montageanweisungen werden von den Berufsgenossenschaften verlangt (SiGe-Plan). Beim Anschlagen von Fertigteilen muss Schrägzug vermieden werden. Für die Befestigung von Stützen-, Wand- und Fassadenelementen während des Montagevorgangs werden die o.g. Justierstützen benutzt. Diese haben am Kopfund Fußpunkt drehbare Platten, sind in der Länge regulierbar und zur Aufnahme von Zug- und Druckkräften geeignet (siehe Abschnitt 7.11, Beispiele). Bei den Montagearbeiten sind ebenfalls die Auflagen der Berufsgenossenschaften zu beachten [7.8, 7.22, (Sicherheitsplan)].

7.11 Zusammenfassung und Beispiele Im Rahmen dieses Überblicks sollten Problematik, Möglichkeiten und Besonderheiten des Bauens mit Stahlbeton- und Spannbetonfertigteilen im Sinne rationeller Bauproduktion dargestellt werden. Auf Planung, Entwurf und Konstruktion von Fertigteilbauten und -elementen gehe ich nicht ein, hierzu sei auf die bereits genannte Literatur und die nachstehend aufgeführten Beispiele verwiesen. Sie zeigen, wie die gestellten Aufgaben mit Stahlbeton-Fertigteilen gelöst worden sind. Sie zeigen aber auch, dass mit Stahlbetonfertigteilen architektonisch ansprechend gebaut werden kann. Über Kosten im Fertigteilbau finden sich Hinweise in der genannten Literatur [7.9]. Wie die Beispiele zeigen, ist das Bauen mit Stahlbeton-Fertigteilen heute Standard. In der Regel entscheiden die Art der Bauaufgabe, die verfügbare Bauzeit und die Kosten darüber, ob Bauwerke ganz oder zum Teil- in Mischbauweise – aus Stahlbeton-Fertigteilen errichtet werden. Abschließend sei noch erwähnt, dass seit einigen Jahren bei größeren Bauvorhaben die Stahlverbundbauweise mit dem Stahlbetonfertigteilbau konkurriert [7.23]. An eindrucksvollen oder typischen Beispielen aus dem Stahlbetonfertigteilbau seien auszugsweise erwähnt (chronologisch geordnet):

424

7 Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

1. Flexible Spannbett-Schalung, B + B 4/2003, S. 56 2. Eurex-60-Stützen für einfache Montage der Beton-Fertigteile (beim Neubau des Bochumer Kongress- und Veranstaltungszentrums) B + B 10/2002, S. 56 3. Moderne Sportarena für Leipzig, über 6.000 Betonfertigteile für Stützen, Träger, Treppen und Sitzplatzelementen, Baustelle 6/2002, S. 5 (Fertigteilpuzzle auf „Silberstützen“) 4. Taiwans schneller Zug (Fertigteilbrücken für die 345 km lange Bahnstrecke zwischen Taiwans Hauptstadt Taipeh und der Industriestadt Kaohsiung), Bilfinger Berger Magazin 02/2002, S. 6 5. Die Tombia Bridge in Nigeria, in 4, S. 29 6. Die Ringstraße Abuja, standardisierter Brückentyp für 18 Straßen-Brücken in 27 km Straße (Kombination von vorgespannten Fertigteilen und Ortbeton), in 4, S. 34 7. Brux, G.; Einschaliger Tunnelausbau mit Stahlbetontübbingen (mit weiterführenden Literaturangaben), BW 6/2000 8. Brockmann, Ch., Rogendorfer, H., Industrialisierter Brückenbau, Das Fertigteilwerk Bang Po, Thailand, BW 3/2000, S. 50 9. Wenn von der Fassadenschalung der Baufortschritt abhängt – doka-Schalung aktuell – 1/2000 10. Stenzel, G., Oefele, M.; Einsatz von Fertigteilen für die Neue Lackieranlage der AUDI AG in Ingolstadt, Vorträge Betontag 1999, Ernst & Sohn Berlin 2000, S. 365 11. Homes, J.; Neubau des Zwischenlagers Nord als zentraler Baustein des Entsorgungskonzeptes der Energiewerke Nord (Kombination von Ortbeton und Fertigteilen, Vorträge Betontag, 1999, Ernst & Sohn Berlin 2000, S. 557 12. Zell S.; Die Stahlbetontübbings für die 4. Röhre des Elbtunnels - Besonderheiten bei der Konstruktion und Herstellung, Vorträge Betontag 1999, Ernst & Sohn Berlin 2000, S. 312 (Herstellung der 5,20 m langen, 2,00 m breiten und 0,70 m dicken Tübbings (G ~ 18 t) in Maschinenbaugenauigkeit) 13. Maßkonfektion statt Plattenbau, Deutsches Baublatt 251, 09/1998, S. 35 14. Verlängerung Flugsteig A (Terminal 1) des Flughafens Frankfurt am Main, Mischbauweise mit Betonfertigteilen für Decken und Nebenunterzüge, BW 8/1998 15. Spektakuläre Wasserbaustelle, Großfertigteile für die Fischereihafenschleuse Bremerhaven, Deutsches Baublatt 240, 10/1997 16. Mischbauweise für den Freizeitpark Centro in Oberhausen, Deutsches Baublatt 237/238, 07/08/1997 17. Schneller und rationeller (Bauen mit Spannbeton-Hohlplattendecken), Deutsches Baublatt 236, 06/1997, S. 14 18. Acker, A.V.; Automated Produktion of Precast Architektural Elements, Structural Engineering International, 2/96, S. 113

Literatur zu Kapitel 7

425

Literatur zu Kapitel 7 7.1 7.2 7.3

7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 7.10

7.11 7.12 7.13 7.14 7.15 7.16 7.17 7.18 7.19 7.20 7.21 7.22

7.23

Das größte schwimmende Bauwerk der Welt, DIE WELT, 30. Mai 1997, S. 14 Betonfertigteile auf dem Vormarsch, beton 11/2002, S. 519 Kuhne, V.; Produktionsplanung in Fertigteilwerken auf der Grundlage der Kostenoptimierung durch eine Dringlichkeitsfunktion, Wiesbden/Berlin 1972 Bernzott, E.; Grundsätze des Betriebs und der Planung von Fertigteilwerken, Wiesbaden/Berlin, 1969 Weller, K.; Industrielles Bauen, Stuttagrt 1985 (Bd. 1) und 1989 (Bd. 2) Nachts arbeitet der Beton alleine, Die Produktion von Fertigteilen bei der imbau, Philipp Holzmann Journal, Heft 3/98, S. 14/15 Krumbach, G.; Der Bau der Öresundbrücke zwischen Dänemark und Schweden, Vorträge Betontag 1999, Ernst & Sohn Berlin, 2000 Kammerer. H.; Fertigteilbau, Hochbau, Mitteilungsblatt der Bayer. Bauberufsgenossenschaft, 71/1983, S. 78-84 Basler, E.; Allgemeine Merkmale der Vorfabrikation, Techn. Forschungsund Beratungsstelle der Schweiz, Zementindustrie, Wildegg 1963 Rösel, W., Stöffler, I.; Beton – Fertigteile im Skelettbau, Fachvereinigung Betonfertigteilbau im Bundesverband Deutsche Beton- und Fertigteilindustrie, 1982 Brandt, Rösel, Schwerm, Stöffler; Beton-Fertigteile im Industrie-Hallenbau, Herausgeber wie [7.10], 1984 Koncz, T.; Bauen industrialisiert, Wiesbaden/Berlin, 1976 Olshausen, H.G.; Verfahrens- und Kostenvergleiche von Ortbeton mit Fertigteil-System-Bauweisen, Diss. TU Braunschweig, 1977 Koncz, T.; Handbuch der Fertigteil-Bauweise, Band 1, Grundlagen, Wiesbaden/Berlin 1973 Steinle, A., Hahn, V.; Bauen mit Betonfertigteilen im Hochbau (Sonderdruck aus dem Betonkalender 1988), Berlin 1988 Schwarz, S.; Praktische Hohlplattenproduktion unter 85 dB (A), Betonwerk und Fertigteil-Technik (B + F) 1984, S. 807-813 Schwarz, S.; Moderne Maschinen und Anlagen zur Herstellung unterschiedlicher Deckenelemente, B + F 1985, S. 4-20 und 96-106 Werksunterlagen Vollert, Maschinenfabrik, Weinsberg (1992) Koncz, T.; Industrialisierte Bauart für ein großes Bauvorhaben in Bagdad/Irak, Beton- Stahlbetonbau 1985, S. 42-45 Werksunterlagen Liebherr-Werk EHINGEN GmbH, 89582 Ehingen Schmidt, W.; Fertigung und Montage der Bauvorhaben der AEG in Ulm, Fertigteilforum 22/1989, S. 22-25 Jüngling; Eine bemerkenswerte Baustelle: Neubau Papierfabrik Plattling, hochbau Mitteil.-blatt der Bayer. Bau-Berufsgenossenschaft 1988, S. 156158 Ring-Center II Berlin, Frankfurter Allee, Sondervorschlag Stahlverbundbauweise, Philipp Holzmann AG, Sonderdruck 02/98

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

8.1 Vorbemerkungen Eine weitere Gruppe von Bauvorgängen, deren Umfang in den letzten 30 Jahren erheblich zugenommen hat, charakterisieren den Spezialtiefbau. Dazu gehören − − − − − − −

Tiefgründungen, der Baugrubenverbau (Baugrubensicherung), die Ankertechnik, die Grundwasserabsenkung, Abdichtungen, Injektion des Baugrundes, der Rohrvortrieb unter Tage.

Aus diesem weiten Bereich des Spezialtiefbaus gehe ich nachstehend nur auf die Verfahren für das Herstellen von Baugrubenumschließungen im Trockenen und im Grundwasser ein. Im Abschnitt 8.3.6 gebe ich noch einen Überblick über Injektionen, Dichtwände und die in Bild 8.1 aufgeführten Sonderbauweisen zur Baugrubensicherung. Darüber hinaus verweise ich auf die umfangreiche Spezialliteratur aus den letzten Jahren [8.1 bis 8.4] und die Werksunterlagen der Maschinenhersteller.

8.2 Aufgabe und Möglichkeiten In den vergangenen Jahren hat das Verlegen von innerstädtischen Verkehrsströmen unter die Erde (Schnell- und U-Bahnen, Hauptverkehrsstraßen) und die höhere Nutzung der teuren Grundstücke in den Stadtzentren durch mehrere Untergeschosse (Tiefgaragen) zu einer Reihe von Bauverfahren für Baugrubenumschließungen geführt. In Gebieten dichter Bebauung ist es wegen des beengten Bauraums und zur Aufrechterhaltung des Oberflächenverkehrs nicht möglich, Baugrubenböschungen anzulegen. Die Herstellung steilgeneigter oder senkrechter Baugrubenumschließungen ist dann eine weitere Teilgruppe von Bauvorgängen. Häufig liegen auch Baugruben im Grundwasser. Wenn es zur Gründung eines Bauwerks nicht temporär abgesenkt werden kann, muss die Baugrubenumschlie-

428

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

ßung – auch Baugrubensicherung genannt – wasserdicht sein, um das Wasser abpumpen zu können. Zum Teil muss dafür die Baugrubensohle abgedichtet werden. Nach den auftretenden Verformungen der Baugrubenwand unterscheidet man biegeweichen Verbau, deformationsarmen Verbau und Sonderbauweisen (Bild 8.1). Welche Verbauart zu wählen ist, ergibt sich aus − − − − −

den Baugrundverhältnissen, den Grundwasserverhältnissen, der Nachbarbebauung, auftretenden Verkehrslasten und dem verfügbaren Arbeitsraum.

Bild 8.1: Baugrubensicherungsarten [8.5]

Ein biegeweicher Verbau kann überall dort angewendet werden, wo unmittelbar neben der Baugrube geringfügig auftretende Verformungen des Verbaus keine Schäden an Nachbargebäuden, Leitungstrassen, Verkehrswegen oder anderen baulichen Anlagen hervorrufen. Ein deformationsarmer Verbau ist dagegen dort vorzusehen, wo die Verformungen (Setzungen) neben der Baugrube so gering wie möglich gehalten werden müssen. Bohrpfahl- und Schlitzwände, aber auch Stahlspundwände können außerdem als tragende Konstruktionen in das spätere Bauwerk einbezogen werden. Die Sonderbauweisen liegen im Verformungsverhalten etwa zwischen dem biegeweichen und dem deformationsarmen Verbau. Aufgelöste Elementwände haben sich in bindigen Böden bewährt. In nichtbindigen Böden (Sand und Kies) mit einem Schluffgehalt bis zu 20% können durch Injektionen unmittelbar neben oder unter Gebäuden Bodenkörper auch so verfestigt werden, dass sowohl Erddruckkräfte als auch vertikale Lasten abgetragen werden können [8.5]. Die wichtigsten Arten von Baugrubensicherungen nach Bild 8.1 sind − − − −

Trägerbohlwände (Berliner Verbau), Spundwände, Bohrpfahlwände und Schlitzwände.

Wenn eine Kombination von Böschung und senkrechtem Verbau möglich ist, wobei der geböschte Teil stets oberhalb des Grundwasserspiegels liegt, lassen sich die Kosten der aufwendigen Baugrubensicherungen reduzieren (Bild 8.2).

8.3 Bauverfahren

429

Bild 8.2: Kombination von Böschung und senkrechtem Verbau [8.1]

8.3 Bauverfahren 8.3.1 Trägerbohlwand Als wirtschaftlichste Lösung einer senkrechten Baugrubenwand gilt die Trägerbohlwand (Bild 8.3). Sie besteht aus senkrechten Stahlträgern und einer Ausfachung aus Rundholz, Kantholz oder Spritzbeton (Bild 8.4). Die Stahlprofilträger

Bild 8.3: Beispiel für eine Trägerbohlwand [8.3]

430

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

werden gerammt oder eingerüttelt. Wegen der je nach Bodenart mehr oder weniger auftretenden Erschütterungen und der Lärmbelästigung sowie der Wahrscheinlichkeit von Fehlrammungen bei nicht hinreichend bekanntem Baugrund (Felsbänke) werden bei größeren Baugrubentiefen die Träger in vorgebohrte Löcher gestellt. Nach dem Einstellen eines Trägers wird der verbleibende Hohlraum mit Granulatbeton o.ä. gefüllt. Beide Verfahren können auch so kombiniert werden, dass erschütterungsempfindliche Böden zunächst mit oder ohne Verrohrung durchbohrt werden. Dann erst werden die Stahlträger maßgenau gesetzt und auf Solltiefe gerammt. Trägerbohlwände sind nicht wasserdicht. Bei Grundwasserabsenkung können sie jedoch auch für Baugruben ausgeführt werden, wenn der abgesenkte Grundwasserhorizont unter der Baugrubensohle liegt. Sie sind deshalb universell anwendbar und gehören zu den häufigsten Verbauarten.

Bild 8.4.1: Bohlträgerverbau mit Holzausfachung

Bild 8.4.2: Bohlträgerverbau mit senkrechter Ausfachung aus Kanaldielen

Bild 8.4.3: Ausfachung mit Ort- bzw. Spritzbeton Bild 8.4: Ausfachungen [8.2]

8.3 Bauverfahren

431

Eine Spritzbetonausfachung (bewehrt oder unbewehrt) hat neben einer aussteifenden Scheibenwirkung den Vorteil, dass der Kontakt zum dahinterliegenden Erdreich lückenlos ist. Dadurch wird der Trägerverbau verformungsärmer. Je nach den örtlichen Bedingungen (Baugrubenbreite) werden die Trägerbohlwände entweder gegeneinander ausgesteift (U-Bahn, Leitungsbau, Bild 8.5) oder bei größeren Baugruben nach rückwärts verankert. An Stelle der Träger werden dann Doppel-U-Profile verwendet und die Gurtungen entfallen (Bild 8.6). Die rückwärtige Verankerung bietet den Vorteil, dass der Baubetrieb in der Baugrube nicht durch Steifenlagen behindert wird. Sind Steifen unumgänglich – wobei stets versucht werden sollte, mit möglichst wenig Steifenlagen und relativ großen Abständen auszukommen –, sind diese so anzuordnen, dass die Herstellung der Fundamente, Wandanschlüsse und der einzelnen Bauabschnitte ohne Umsteifen möglich ist (Bild 8.7).

Bild 8.5: Anordnung der Steifen

Da die Steifen in der Regel wieder zurückgebaut werden, sollten sie nach Möglichkeit nicht verschweißt werden. Im allgemeinen genügen angeschweißte Laschen.

Bild 8.6: Bohlträger aus ][-Profilen

Bei der Herstellung einer Trägerbohlwand fallen folgende Arbeitsgänge an: − Aufbrechen und Abtragen der Fahrbahndecke (ggf. zunächst nur als Bohrschlitz) bzw. Vorabtrag, − Bohren der Löcher (soweit erforderlich mit Verrohrung, ggf. durch Meißelarbeit), − Einsetzen der Träger, Verfüllen der Bohrlöcher mit Zement-Sand-Gemisch, Kalkmörtel oder Granulatbeton und Ziehen der Verrohrung (Bild 8.8),

432

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

− Baugrubenaushub mit gleichzeitigem Wandverbau bis etwa 0,40–1,00 m unter die erste Steifen- (Anker-)lage (freie Wandhöhe je nach Bodenart max. 0,5– 1,0 m), − Einbauen der ersten Steifenlage, bei Rückverankerung mit Injektionsankern Bohren, Einbauen, Verpressen und nach Erhärten der Injektionsstrecke Vorspannen der ersten Ankerlage (Bild 8.9), − Aushub und Wandverbau bis zur zweiten Steifen- (Anker-)lage usw.

Bild 8.7: Einbau und Rückbau von Steifenlagen [8.1]

8.3 Bauverfahren

Bild 8.8: Einbau der Träger in vorgebohrte Löcher [8.6]

433

434

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Bei Rückverankerung der Wand wird der Aushub zunächst als vorauseilender Schlitz rings um die Baugrube vorgenommen, um Zeit für das Erhärten der Injektion und Vorspannen der Anker zu gewinnen. Dieser Schlitz ist so breit anzulegen, dass das in Bild 8.9.1 dargestellte Ankerbohrgerät mit dem erforderlichen Arbeitsraum parallel zur Wand fahrend eingesetzt werden kann. Das Prinzip eines Injektionsankers ist in Bild 8.9.2 dargestellt.

Bild 8.9.1: Arbeitsphasen bei der Ankerherstellung [8.2]

8.3 Bauverfahren

435

Bild 8.9.2: Verpressanker Bild 8.9: Verpressanker

Der Rückbau erfolgt (ebenfalls) parallel mit der Hinterfüllung des Bauwerks. Abschließend können die Wandträger gezogen werden. Wird die Holzverbohlung als verlorene Schalung verwendet, gegen die das Bauwerk betoniert wird, so müssen die baugrubenseitigen Flansche der Träger mit einem Schutzblech versehen oder mit Kunststoffwellplatten überzogen werden, damit die Träger wiedergewinnbar sind (Bild 8.10 [8.1]). Die Bohrungen für das Einstellen der Träger wurden zunächst mit Baggeranbaugeräten im Trockendrehbohrverfahren niedergebracht. Der an Seil- oder Hydraulikbaggern als Trägergerät angebaute, höhenverstellbare Drehkopf wird an einer Lafette geführt (Bild 8.11.1). Alle Arbeitsbewegungen der Bohreinrichtung werden vom Antrieb des Trägergerätes betätigt und vom Geräteführer gesteuert.

436

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Bild 8.10: Verbau als äußere verlorene Schalung [8.1]

Bild 8.11.1: Bauer-Drehbohrgerät auf Sennebogen-Seilbagger-Grundgerät Typ S 670 R-HD

8.3 Bauverfahren

Bild 8.11.2: Großdrehbohrgerät BG 20H (905.621.1 2/06) Bild 8.11: Trockendrehbohrgeräte [8.7]

437

438

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Die Bohreinrichtung für Trockendrehbohrungen besteht im Prinzip aus einer Dreh-, Vorschub- und Führungsvorrichtung für die Bohrstange, an der auswechselbar verschiedene Bohrwerkzeuge (Schnecken, Schlammbüchsen, Meißel) sowie Kopfstücke für Bohrrohre angebracht werden können. Beim Einbau einer Verrohrung kann damit das Bohrrohr gedreht und der für das Abteufen erforderliche Andruck aufgebracht werden. Inzwischen ist für Kelly- und weitere Bohrverfahren eine Reihe moderner Bohrgeräte verfügbar. Mit dem Gerät BG 20H (Bild 8.11.2) sind bspw. Bohrdurchmesser bis zu 1500 mm und Bohrtiefen bis zu 53,30 m zu erreichen. Die Grenze wird jeweils durch das Drehmoment des Drehkopfes gezogen, das den Spitzenwiderstand und die Mantelreibung des Bohrrohres überwinden muss. Beim Ziehen der Verrohrung müssen zum Überwinden des Anfangswiderstandes besondere hydraulische Hubvorrichtungen eingesetzt werden, wenn die Gerätezugkräfte dafür nicht hinreichen. Die im Spezialtiefbau angewendeten Bohrverfahren und die bis vor einigen Jahren dafür verfügbaren Maschinen und Geräte sind mit ihren Einsatzbereichen in [8.2] dargestellt. Weitere Bohrverfahren (Saug-, Lufthebe- und Rotarybohren) sind der Literatur und Herstellerangaben zu entnehmen. Die Schichtleistungen der Bohrgeräte für Träger- und Ankerbohrung hängen vom anstehenden Boden (Lockergestein bis Fels), dem Grundwasserstand (Trockenbohrverfahren mit Schnecke schneller als Schlammförderung mit Büchse), dem Bohrdurchmesser, der Bohrtiefe, vom Mitführen einer Verrohrung zum Stützen der Bohrlochwand bzw. von der Ankerlänge ab. Dazu kommen die Zeitspannen für Rüstzeiten und das Umsetzen der Geräte. Allgemein gültige Leistungsangaben sind wegen der großen Variationsbreite der Herstellungsbedingungen nicht möglich. Aktuelle Angaben über erreichte Bohr- und Einbauleistungen mit Beschreibung der jeweiligen Arbeitsbedingungen sind daher von den Maschinenherstellern abzufragen, wenn sie aus deren Erfahrungsberichten nicht hervorgehen. Am zuverlässigsten sind die Ergebnisse von Nachkalkulationen. 8.3.2 Spundwände Stahlspundwände können waagerecht wirkenden Erd- und Wasserdruck sowie lotrechte Lasten aus Kranbahnen oder vertikalen Komponenten schräg angeordneter Anker aufnehmen und in den Baugrund ableiten. Sie bilden eine wasserdichte Baugrubenwand und werden hauptsächlich in gut rammbaren Böden bei hohem Grundwasserstand eingesetzt, wenn die Standort- und Umweltbedingungen Rammarbeiten zulassen. Die Problematik des wirtschaftlichen Rammens von Stahlspundbohlen liegt in der optimalen Abstimmung zwischen Rammgerät, Rammverfahren, Rammgut und anstehendem Boden. Das Rammgut ist durch Profilquerschnitt, Länge und Gewicht, der Boden durch seine bodenmechanischen Eigenschaften definiert (rollig, bindig, gebrächer Fels; Kornverteilung, Lagerungsdichte, Steife, Grundwasserstand usw.). Aus der Gesamtheit der maßgebenden gerätebedingten und bodenab-

8.3 Bauverfahren

439

hängigen Einflussfaktoren resultiert der „dynamische Eindringwiderstand“ eines Bodens, eine theoretische Größe, über die bislang keine allgemein gültigen Aussagen vorliegen. Um jedoch Bestimmungsgrößen für die Einsatzdimensionierung von Rammbären zu erhalten, wurden bereits vor etwa 30 Jahren Großversuche durchgeführt [8.8]. Soweit für den Einzelfall keine Kennwerte vorlagen, konnte sich bis vor wenigen Jahren die Beurteilung einer Rammarbeit nur auf Hersteller- und Firmenerfahrungen stützen. Häufig lassen wegen des auftretenden Lärms und möglicher Schwingungsübertragung auf Gebäude die örtlichen Umstände den Einsatz langsam schlagender Rammbäre, von Schnellschlaghämmern oder (älterer) Vibrationsrammen nicht zu. Allerdings können Spundwände auch weitgehend lärm- und erschütterungsfrei in den Boden gepresst werden, wenn auch mit erheblich höherem Aufwand. Der aus den genannten Gründen resultierende Trend zu erschütterungs- und lärmarmen Ramm- und Ziehverfahren und die wirtschaftliche Forderung nach universeller Einsatzmöglichkeit der Geräte, d.h. Rammen und Ziehen mit einem Gerät, hat seit den 80-iger Jahren den Einsatzbereich eines Gerätetyps, der Vibrationsramme, stetig erweitert. Zusätzlich wurde der Wirkungsgrad der erzeugten Vibrationsenergie durch mäklergeführte Vibratoren erhöht (Bild 8.12). Auch für Rammarbeiten sind neben Baggeranbaugeräten inzwischen moderne Spezialgeräte verfügbar [8.9]. Das Einbringen von Stahlspundwänden mit Rammen, Vibrationsbären oder verschiedenen Einpressverfahren bei fallweise erforderlicher Unterstützung durch Vorbohren, Bodenaustausch, Spülhilfen oder Vorspaltsprengen ist in der Literatur dargestellt. Dabei wird auf den Einfluss von Führungszangen für die Bohlen, auf eine Mäklerführung des Rammgeräts und das gestaffelte Rammen besonders hingewiesen (Bild 8.13, 8.14 [8.2]). Neuerdings werden zum Einbringen von Spundbohlen dieselelektrisch oder dieselhydraulisch angetriebene Vibrationsbären mit variablem statischen Moment eingesetzt (Bild 8.15). Kenngrößen dieser Geräte sind eine stufenlos regelbare Drehzahl und ein während des Betriebs verstellbares statisches Moment (Schwingmoment). Diese Maschinen können dadurch resonanzfrei angefahren werden. Erst nach Erreichen der vorgewählten Drehzahl werden die Umwuchten verstellt und eingeregelt. Diese Möglichkeit, das statische Moment während des Betriebes zu ändern, erlaubt es, sich sowohl den geologischen Verhältnissen als auch den örtlichen Gegebenheiten optimal anzupassen. Damit hat man seit einigen Jahren ein Instrument zur Hand, das sich sowohl auf die Umweltbelange als auch auf ein wirtschaftliches Einbringen der Spundbohlen einstellen lässt.

440

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Bild 8.12.1: Delmag-Mäkleranbausysteme – links: für Seilbagger – rechts: für Hydraulikbagger [8.2]

8.3 Bauverfahren

441

Bild 8.12.2: Teleskopmäkler – Rammgerät RG 16T [8.9]

Bild 8.12: Rammvorrichtungen und -geräte

442

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Bild 8.13: Führungszangen und Mäklerführungen [8.2]

Bild 8.14: Gestaffeltes Rammen [8.2]

8.3 Bauverfahren

443

Bild 8.15: Vibrations-Rammsystem: Typische Bauart [8.10]

Als Hilfsmittel zum Einbringen des Rammgutes (Einbringhilfen), d.h. Zusatzmaßnahmen zur Unterstützung des Einbringens, werden auch hierfür − − − −

Lockerungsbohrungen, Bohrungen mit Bodenaustausch, Spülhilfen (Nieder- und Hochdruckspülen) über Spüllanzen und Lockerungs- bzw. Vorspaltsprengen

genannt. Ein weiterer wesentlicher Punkt ist der Einsatz der Mess- und Regeltechnik. „Heute werden mit Hilfe von modernen Datenerfassungsgeräten die wichtigsten Rütteldaten aufgezeichnet und ausgedruckt. Der Fahrer oder Operateur am Gerät hat die Möglichkeit, alle diese Daten während des Arbeitsvorgangs zu beobachten und für die Optimierung der Rammung einzusetzen.“ Durch Auswerten dieser Rüttelprotokolle ist es möglich, an einem vorhandenen Bohrloch „die Geologie rammtechnisch zu kalibrieren“ [8.10]. Hinsichtlich der beim Rammen auftretenden Erschütterungen und Schwingungen ist es mit den erwähnten Hochfrequenzgeräten mit verstellbaren Momenten und mit den notwendigen Rammhilfen ebenfalls möglich, in den Bereichen zu arbeiten, die die DIN 4150, Teil 2 und 3, als zulässig für Gebäude und Menschen vorgibt [8.10, 8.12]. Eine weitere Variante der Spundwandtechnik ist seit einigen Jahren auch das Einhängen einer Stahlspundwand in einen im Einphasenverfahren hergestellten Dichtungsschlitz (Bild 8.16, 8.17). Wie Beispiele zeigen, können auf diese Weise auch bei innerstädtischen Bauvorhaben und schwierigen Baugrundverhältnissen Stahlspundwände mit Erfolg eingesetzt werden [8.14, 8.15].

444

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Bild 8.16: Systemschnitt Verbauwand im Bereich „Friedrichstraße“ [8.14]

Bild 8.17: Kostenanteile von Einzelleistungen für Verbausysteme (Anteile in Prozent, bezogen auf das System Spundwand) [8.14]

Einzelheiten über Spundwandprofile, Rammen und Mäkler, Trägergeräte, Hinweise zur Rammtechnik und zum Ziehen der Spundbohlen, die einzuhaltenden Sicherheitsvorschriften sowie Leistungen von Ramm- und Ziehgeräten, sind der Spezialliteratur und den einschlägigen Herstellerangaben zu entnehmen.

8.3 Bauverfahren

445

Ein Überblick über die Eignung verschiedener Böden für Ramm- und Vibrationsverfahren geht aus Tabelle 32 hervor.

Tabelle 32: Rammeignung verschiedener Bodenarten [8.2]

Beispiele für Kostenberechnungen von Baugrubenumschließungen sind in [8.1] aufgeführt. Als Richtwert für das Rammen von 13 m langen Spundbohlen Larssen 24 für eine 10 m tiefe Baugrube mit Diesel-Explosionsramme und einer Rammkolonne von 3 Mann werden bspw. 0,7 h/Doppelbohle (1 m breit) genannt, d.s. 8h/(0,7 h/D.-Bohle) = 11 Doppelbohlen/Schicht. Für das Ziehen mit Vibrationsbär wird der gleiche Aufwandswert angegeben. Für einen abschließenden Überblick über den Stand der Spundwandtechnik am Ende des vergangenen Jahrhunderts verweise ich auf nachstehende Literatur [8.16, 8.17]. 8.3.3 Bohrpfahlwände Bohrpfahlwände werden angewendet, wenn größere horizontale und/oder vertikale Lasten abzutragen sind und wegen angrenzender Bebauung die Verformungen des Verbaus klein bleiben müssen. Dabei sind

446

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

− aufgelöste, − tangierende und − überschnittene Bohrpfahlwände zu unterscheiden (Bild 8.18).

Bild 8.18: Grundrisse von Bohrpfahlwänden [8.1]

Da sich Pfähle relativ genau herstellen lassen, werden Pfahlwände häufig als Bestandteil des Bauwerks herangezogen. Während aufgelöste und tangierende Wände nicht wasserrückhaltend sind, kann die überschnittene Wand im Grundwasserbereich eingesetzt werden, wenn der Grundwasserspiegel bei der späteren Baugrube nicht abgesenkt werden darf. Das Herstellen einer Bohrpfahlwand, i.d.R. nur noch im Drehbohrverfahren, besteht aus den nachstehenden Arbeitsgängen ([8.1, 8.2] und Bild 8.19): − Herstellen einer Bohrschablone aus Beton, − Abteufen der Bohrung und Aushub mit Schneckenbohrer oder Rohrgreifer (je nach anstehendem Boden mit oder ohne Verrohrung), − Meißeln von anstehendem Felserung (soweit erforderlich), − Herstellen der Pfahlfußverbreitung (soweit erforderlich), − Einstellen des Bewehrungskorbes, − Betonieren des Pfahles mit Ziehen der Verrohrung, im Grundwasserbereich im Kontraktorverfahren. Bei der Herstellung einer überschnittenen Bohrpfahlwand werden zunächst die unbewehrten Pfähle (1 – 3 – 5 usw.) gebohrt und betoniert. In den eben erst erhärteten Beton werden dann unter Verwendung von Bohrrohren und Schneidschuhen die bewehrten Pfähle (2 – 4 – 6) überschnitten abgeteuft. Die im zweiten Durchgang hergestellten Pfähle erhalten eine Bewehrung nach statischen Erfordernissen [8.2]. Bei Bohrpfählen mit Durchmessern bis zu 600 mm spricht man von VdW = Vor-der-Wand-Pfählen. Sie werden zur Sicherung von unmittelbar an der Grundstücksgrenze stehenden Nachbargebäuden, also bei engen Platzverhältnissen bis zu einer Tiefe von 15 m, gesetzt ([8.2, 8.18]; Bild 8.20). Für die Herstellung größerer Pfahlbohrungen hinsichtlich Durchmesser und Tiefe, in schweren Böden (große Mantelreibung), bei hoher Richtungsgenauigkeit, wie sie für Pfahlwände gefordert wird, sowie für Schrägbohrungen werden bei den im Bauwesen üblichen Teufen je nach Bodenart entweder Drehbohrgeräte oder hydraulische, oszilierend arbeitende Verrohrungsmaschinen eingesetzt. Diese wer-

8.3 Bauverfahren

447

den ebenfalls als Baggeranbau- oder -zusatzgeräte gebaut (Bild 8.21). Mit Drehbohrgeräten können verrohrte Bohrungen bis 300 cm ø auch in Böden mit hoher Mantelreibung bis zu 80 m Tiefe niedergebracht werden [8.2, 8.19].

Phase 1 Bohrgerät in Position bringen, Bohrrohranfänger aufnehmen und mit dem Kraftdrehkopf so weit wie möglich eindrehen. Phase 2 Fördern des Bohrgutes mit Bohrschnecke bzw. Bohreimer und Nachsetzen der Bohrrohre, evtl. Meißelarbeit. Phase 3 Nach säubern der Bohrlochsohle mit Bohreimer (glatte Schneide ohne Schneide-Pilot) Einsetzen des Bewehrungskorbes. Phase 4 Einbau des Betoniertrichters mit Führungsrohr bei trockener Bohrung, Einlassen der durchgehenden Betonierrohre für das Kontraktorverfahren, Betonieren des Bohrpfahls bei gleichzeitigem Drehen, Ziehen und Abbauen der Bohrrohre. Phase 5 Fertigstellung des Pfahles und nach Betonabbindung, Kappen des Pfahles auf Soll-Höhe. Bild 8.19: Herstellen einer Bohrpfahlwand im Drehbohrverfahren [8.2]

448

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Phase 1 Abteufen der Bohrung mit Doppelkopfanlage, Innenschnecke, Gestänge mit Bohrkrone oder Verdränger-Bohrschnecke bei kontinuierlicher Bohrgutförderung. Phase 2 Bohren bis zur vorgesehenen Endtiefe Phase 3 Schnecke bzw. Gestänge ausbauen, den Bewehrungskorb oder Tragglied in das Bohrrohr einbauen. Phase 4 Einbau des Betons und Ziehen des Bohrrohrs. Phase 5 Fertiggestellter Pfahl, Kapparbeiten nach Freilegung des Pfahlkopfes. Bild 8.20: Drehbohren im VdW-Verfahren [8.2]

Der Aushub für den herzustellenden Pfahl wird im Lockergestein durch Schneckenbohrer oder Bohrgreifer vorgenommen, im Grundwasser auch mit der Schlammbüchse. Fels muss i.d.R. durch Meißeln gelöst werden, die Förderung des Bohrgutes geschieht wieder mit dem Bohrgreifer. Neben Geräten dieser Art werden bei Pfahlbohrungen für das Niederbringen der Mantelrohre auch Druckluftschwingen eingesetzt (Bild 8.22). Als zusätzliche Hebezeuge für das Ansetzen der Rohre, das Abteufen, Bewehren und das Betonieren sind Bagger oder Radlader beizustellen. Allerdings werden diese Geräte weniger für Pfahlwände, sondern i.W. für das Herstellen von Großbohrpfählen bis zu 2,5 m ∅ und etwa 19 m Tiefe für Bauwerksgründungen eingesetzt. Mit geneigten Bohrpfahlwänden können auch schwierige Gebäudeunterfangungen sicher hergestellt werden. Hinsichtlich aktueller Aufwandswerte bzw. Produktionsleistungen gilt das Gleiche wie unter Abschnitt 8.3.2 (Spundwände) erwähnt.

8.3 Bauverfahren

449

Bild 8.21: Oszillierende Verrohrungsanlagen an Drehbohrgeräten [8.18] (Drehmoment von 450 bis 2780 kNm, Gewicht von 3,7 bis 17,0 t)

450

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Phase 1 Setzen des Führungsrohres mit einer speziellen Rammvorrichtung Phase 2 Absenken des eingestellten Bohrrohres durch Greiferaushub (soweit erforderlich, mit Meißeleinsatz) bei schlagender Schwinge. Phase 3 Einbau des Bewehrungskorbes, Einbringung des Betons mit Fallrohr bei trockener Bohrung. Bei Wasserandrang wird der Beton über eine Druckluftschleuse oder mit Betonierrohr im Kontraktorverfahren eingebracht. Verschließen des Betonierrohres mit einem Sicherheitsdeckel, Beaufschlagung mit Druckluft und Rückgewinnung des Bohrrohres bei gleichzeitiger Betätigung der Schwinge. Der unter Luftdruck stehende Beton tritt kontinuierlich am Rohrende aus und drückt das Bohrrohr hoch, das vom Bagger gehalten wird. Somit wird sichergestellt, dass die Betonsäule nicht abreißt und bei guter Verdichtung des Betons eine innige Verzahnung mit dem Boden erreicht wird. Phase 4 Nachdem der Pfahl fertig gestellt ist, erfolgt nach dem Abbinden des Betons das Kappen und schließlich das Umsetzten der Geräte auf den nächsten Bohrpunkt. Bild 8.22: Pressbetonpfähle nach dem HW-Verfahren (Hochstrasser-Weise) [8.2]

8.3 Bauverfahren

451

8.3.4 Schlitzwände Schlitzwände bestehen aus einzelnen Elementen (Lamellen, Bild 8.23). Deren Herstellung läuft im Regelfall in folgenden Arbeitsschritten ab (Bild 8.24, [8.1; 8.2]): 1. Herstellen 1.00–1,50 m hoher Leitwände in Ortbeton oder aus Stahlbetonfertigteilen, 2. Schlitzaushub für eine Wandlamelle (2,5–15,0 m lang) mit Spezial-Schlitzgreifer, -meißel oder -fräse, 3. Einstellen von Abschalungsrohren, 4. Einbringen des vorgefertigten Bewehrungskorbes mit Autokran, 5. Betonieren der Lamelle im Kontraktorverfahren, 6. Ziehen der Abschalungsrohre. Um die Standfestigkeit der Schlitze zu gewährleisten, werden sie während des Aushubs mit einer Stützflüssigkeit (Bentonitsuspension) gefüllt, die beim Betonieren abgepumpt wird. Die einzelnen Lamellen einer Schlitzwand werden nacheinander oder feldweise versetzt hergestellt. Das Ausheben der Wand wird erleichtert, wenn im Lamellenabstand, der mindestens der Breite des geöffneten Greifers entsprechen muss, bis auf Solltiefe vorgebohrt wird (Positionsbohrungen). Die Greiferbreite entspricht der Wanddicke (0,60–1,50 m). Die Abschalungsrohre werden mit einem Autokran versetzt und vor dem Ziehen durch eine hydraulische Hubeinrichtung so weit gelockert, dass sie anschließend mit dem Autokran wieder gezogen werden können.

Bild 8.23: Schlitzwandelemente und Leitwand [8.2]

452

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Bild 8.24: Herstellen einer Schlitzwand [8.1; 8.2]

In der Praxis wurden Schlitzwände, deren Bedeutung wie bei Pfahlwänden in ihrer Eigenschaft als „verformungsarmer Baugrubenverbau“ liegt, mit Greifern bis zu 35 m (60 m) tief hergestellt (mit Fräsen bis zu 150 m Tiefe möglich [8.18]). Sie können im Bereich von lockeren Böden bis zu gebrächem Fels ausgeführt werden, wobei für Bohr- oder Meißelarbeit jedoch mit einem erheblich höheren Aufwand als bei Greiferarbeit oder Fräsen gerechnet werden muss. Gegenüber Bohrpfahlwänden ist der Fugenanteil einer Schlitzwand wesentlich geringer. Deshalb eignen sich Schlitzwände besonders für Bauvorhaben im

8.3 Bauverfahren

453

Grundwasserbereich, wo das Absenken des Grundwasserspiegels außerhalb der Baugrube nicht möglich ist. Im Hinblick auf Lärm und Erschütterungen bringt die Schlitzwandbauweise keine größere Belästigung der Umwelt mit sich als übliche Erdarbeiten [8.5]. Auch bei unterirdischen Bauwerken im Grundwasser ist es möglich, die Schlitzwand der Baugrubenumschließung als endgültige Bauwerkswand heranzuziehen. Schon in den 60-er Jahren haben sich Schlitzwände bei der Herstellung von innerstädtischen Bauvorhaben in Deckelbauweise bewährt. Hierfür wird nach dem Abteufen von Schlitzwänden für die Baugrubenumschließung und von Primärstützen innerhalb des Bauwerks auf Geländehöhe bzw. von einem Planum über dem Grundwasserspiegel aus abschnittsweise eine Stahlbetonplatte als Deckel über der künftigen Baugrube hergestellt. Unter dieser Platte werden dann gleichzeitig die Untergeschosse des Bauwerks von oben nach unten und darüber die Obergeschosse von unten nach oben gebaut. In Deutschland wurde dieses zeitsparende und umweltschonende Verfahren erstmals in großem Maßstab 1966 beim S- und U-Bahnbau in München unter dem zentralen Karlsplatz (Stachus) angewendet. Für ein innerstädtisches Gebäude in Düsseldorf ist der Bauablauf in Bild 8.25 dargestellt. Die für die Herstellung von Schlitzwänden erforderlichen Spezialgreifer, -meißel oder fräsen arbeiten i.W. ungeführt an schweren Seilbaggern (oder geführt an Mäklern von Hydraulikbaggern, Bild 8.26). Zur Herstellung Aufbereitung, Regenerierung und Zwischendeponierung der thixotropen Stützflüssigkeit sind entsprechende Aufbereitungsanlagen vorzusehen (Bild 8.27). Für das Einführen der Bewehrungskörbe sind geeignete Hebezeuge (Autokran) und für den Abtransport

Bild 8.25.1: Schlitzwandkopf

454

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Bild 8.25.2: Baufolgen (Bauphasen) (Teil 1)

8.3 Bauverfahren

Bild 8.25.2: Baufolgen (Bauphasen) (Teil 2)

455

456

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Bild 8.25.2: Baufolgen (Bauphasen) (Teil 3) Bild 8.25: Deckelbauweise [8.20]

des Bodens sowie der verbrauchten thixotropen Flüssigkeit (Entsorgen) entsprechende Transportfahrzeuge einzusetzen. Bei beschränktem Bauraum wird auf die Regeneration der Stützflüssigkeit häufig verzichtet; ihre Entsorgung ist nicht unproblematisch [8.5; 8.14; 8.15]. Die Leistung eines Schlitzgreifers (bei inhomogenem Boden) beträgt bei Greiferarbeit je nach Schlitztiefe und -breite etwa 5 bis 10 m³/h [8.8], bei Schlitzwandfräsen 25–40 m³/h [8.2]. Die Hauptprobleme des Schlitzwandaushubs liegen im Lösen von festem Boden, im absolut senkrechten Abteufen des Schlitzes, in der Standfestigkeit der Schlitzwand, im Steigern der Aushubleistung sowie im Trennen von Feststoffen und Suspensionen. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten und Spezialgeräte sei auf die umfangreiche Literatur, auf Hersteller-Informationen und auf Ausführungsbeispiele verwiesen [8.1; 8.3; 8.4, besonders 8.2, 8.21, 8.22 und 8.36].

8.3 Bauverfahren

Bild 8.26.1: Hydraulik-Schlitzwandgreifer System Leffer Typ HSWG [8.2]

457

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8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Bild 8.26.3: Bauer-Schlitzwandfräsen Auszug, siehe auch [8.18 und 8.36]

Bild 8.26.2: Schlitzaushub [8.18] Bild 8.26: Schlitzwandgreifer, Schlitzaushub und Schlitzwandfräsen

Bild 8.27: System einer Betonitmisch- und Regenerierungsanlage [8.1]

8.3 Bauverfahren

459

8.3.5 Rückverankerung von Baugrubenwänden Verpressanker zur Rückverankerung von Baugrubenwänden wurden 1935 erstmals im Fels verwendet. Hauptanwendungsgebiete waren der Talsperrenbau, die Sicherung von Felsböschungen und der Tunnelbau. Seit 1958 werden Verpressanker auch in Lockerböden eingesetzt, vor allem zur Sicherung von Baugrubenumschließungen. Die Baugruben werden dadurch frei von störenden inneren Aussteifungen [8.1]. Diese Verpressanker (Bild 8.9.2 und 8.28) leiten Zugkräfte in den Baugrund ab. Die Ankerlänge ergibt sich aus erdstatischen Berechnungen (Bild 8.29). Die zuläs-

Bild 8.28: Verpressanker; oben: Verbundanker – unten: Druckrohranker [8.2]

460

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

sigen Ankerkräfte richten sich nach den Bodenverhältnissen und dem Ankersystem. Durch ein- oder mehrlagige Rückverankerung ergeben sich kleine Biegemomente der Verbauträger und wirtschaftliche Abmessungen der Wandsicherung. Bei Verbundankern (Bild 8.28 oben) besteht zwischen dem Ankerstahl und dem Verpresskörper ein Verbund auf der gesamten Länge der Krafteintragungsstrecke. Da der Verpresskörper beim Anspannen auf Zug beansprucht wird, entstehen Risse, welche die Korrosion des Stahles begünstigen. Dieser Ankertyp wird daher vorwiegend für temporäre Zwecke verwendet (Baugrubenwände bis zu 2 Jahren). Bei Druckrohrankern (Bild 8.28 unten) wird die Kraft in das hintere Ende des Verpresskörpers eingeleitet. Das Stahlzugglied hat keinen Verbund mit dem Verpresskörper. Zur Kraftübertragung dient ein Druckrohr (Duplex-Rohr). Der Verpresskörper wird auf Druck beansprucht, so dass eine Rissbildung nicht zu befürchten ist. Dieser Typ wird vorwiegend bei Dauerankern eingesetzt. Je nach Bodenart werden in Lockerböden Ankerkräfte von etwa 60 bis 2750 kN pro Anker in den Baugrund abgetragen. Die Lasteintragung erfolgt in einer etwa 5–8 m langen Verpressstrecke am Bohrlochende des Ankers. Der Verpresskörper wird durch eine Zementinjektion hergestellt.

Bild 8.29: Untersuchung der Sicherheit einer Schlitzwand gegen Geländebruch [Betonkalender 1974]

Vom Stahlzugglied her sind Einstab-, Mehrstab- und Litzenanker zu unterscheiden (Bild 8.30, [8.2]. Bei Einstabankern (Bild 8.30.1) übertragen Stahlzugglieder je nach Stab-∅ (16–63,5 mm) Ankerkräfte von 58–1004 kN (GEWI-Stahl); Spannstahl-Litzen-

8.3 Bauverfahren

461

anker (0,6“, Bild 8.30.2) nehmen Ankerkräfte von 126 kN (1 Litze)–2763 kN (22 Litzen) auf. (Suspa Spannbeton GmbH Langenfeld, Techn. Daten Ankertechnik, 04/2000). Durch beliebig wiederholbares und genau gezieltes Nachverpressen können auch in weniger tragfähigen Böden hohe Ankerkräfte erzielt werden. Die Herstellung von Verpressankern, oft in mehreren Lagen, ist ein wesentlicher Teilvorgang beim Bau senkrechter Baugrubenwände. Auch für liegenden Verbau ist eine Verankerung ein wesentliches Konstruktionsmerkmal.

Bild 8.30.1: Aufbau und Variationsmöglichkeiten des Dywidag-Einstab-Verpressankers – temporär

Bild 8.30.2: Temporär-Litzenanker System Bauer (Mehrstabanker nicht dargestellt). Bild 8.30: Beispiele von Verpressankern [8.2]

Die Arbeitsvorgänge für das Herstellen der Anker richten sich nach dem verwendeten System (Herstellerangaben). Im wesentlichen ergibt sich die in Bild 8.9.1 dargestellte Reihenfolge:

462

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

1. Herstellen eines in der Regel verrohrten Bohrloches in erforderlichem ø und vorgeschriebener Lage (Grundriss, Neigung und Länge). Je nach anstehendem Boden (standfest oder nicht) wird das Bohrloch durch Rammen, Schlag- oder Drehbohren hergestellt, wobei beim Drehbohren mit Wasserspülung gearbeitet wird. Um eine zusätzliche Bodenverdichtung zu erzielen, wird beim Rammen mit verlorener Spitze gerammt. 2. Auffüllen der Bohrung mit Zementsuspension und Einbau des vorbereiteten Ankerzuggliedes. 3. Verpressen der Haftstrecke durch das Bohrgestänge bei gleichzeitigem Ziehen der Außenrohre. 4. Nachverpressen des Ankers 5. Anspannen und Prüfen des Ankers nach der erforderlichen Abbindezeit (Bild 8.31). 6. Festlegen des Ankers auf die gewünschte Ankerkraft durch Vorspannen (Festsetzen der Segmentkeile bei Litzenankern). Für das Herstellen der Anker werden durchwegs druckluftbetriebene selbstfahrende Lafettenbohrgeräte eingesetzt, die sowohl den Einsatz von Ramm- als auch Bohrhämmern zulassen (Bild 8.9.2, 8.32). Dazu gehören neben einem Wasseranschluss für das Spülen des Bohrlochs ein Diesel-Kompressor, eine Mörtelpumpe, die Zieheinrichtung für das Gestänge, die Injektionseinrichtung und die Pressen für die Vorspannung. Die Geräteleistung bei Verankerungsarbeiten hängt von einer Reihe von Einflussgrößen wie dem anstehenden Boden, dem Bohrdurchmesser und der Ankerlänge ab. Bei guter Organisation des Arbeitsablaufs (eingespielte Mannschaft) lassen sich im Durchschnitt etwa 70–100 lfdm/Tag und Gerät erreichen, d.s. bei normalen Ankerlängen vier bis sieben Anker.

Bild 8.31: Messanordnung für das Prüfen und Spannen von Ankern [8.2]

8.3 Bauverfahren

463

Bild 8.32: Bohrgeräte für kleine Durchmesser (max. 300 mm) [8.18]

Da für die Herstellung von Hilfsbauwerken, wie sie Baugrubenwände darstellen, häufig nur wenig Zeit zur Verfügung steht, sind für die Herstellung der Anker hohe Tagesleistungen (bis zu 300 lfdm Anker/Tag), d.h. ggf. mehrere Bohrgeräte vorzusehen und die Erhärtungszeit der Injektionen durch Abbindebeschleuniger auf wenige Tage (max. 1 Tag) zu verkürzen. Bei 30 m langen Ankern stellt ein Abstand von nur 1,5 m sehr hohe Anforderungen an die Zielgenauigkeit einer Bohrung, für die Toleranzen von nur 5 %o gefordert werden (d.s. ± 15 cm). 8.3.6 Sonderverfahren Nachstehend werden noch einige Sonderverfahren zur Herstellung von Baugrubenwänden und zur Gründung von Bauwerken in schwierigen Böden, bei beengten Platzverhältnissen und im Grundwasser genannt. Zusammen mit Fortschritten in der Erdstatik haben diese Verfahren schwierige Gründungen und Baugrubensowie Bauwerksabdichtungen in kürzerer Zeit als früher ermöglicht.

8.3.6.1 Injektionen Die Injektionstechnik wird den Verfahren zur Baugrundverbesserung zugeordnet. Durch die Weiterentwicklung der Einpressmedien von Zement über feststoffreie

464

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Silikatlösungen bis zur Verwendung spezieller Kunststoffe konnte die Anwendungsgrenze von Injektionen bis zum Grobschluff erweitert werden (Bild 8.33). Mitte der fünfziger Jahre wurde die chemische Bodenverfestigung zum selbständig tragenden Baukörper entwickelt, der statisch bemessen und in geeigneten Bodenarten auch mit hinreichender Genauigkeit hergestellt werden kann. Anwendungsgebiete der Injektionstechnik im Bauwesen sind bspw. [8.2, 8.23]: − Gebäudeunterfangungen (Bild 8.34.1) − Fundamentverstärkungen (Bild 8.34.2) − Bodenverfestigungen über Tunnelröhren oder neben U-Bahn-Schächten zur Verminderung von Setzungen der darüberliegenden Bebauung oder für vorübergehende Trag- und Abdichtungsfunktionen (Bild 8.34.3)

Bild 8.33: Anwendungsgrenzen für die Injektionsverfahren [8.2]

Bild 8.34.1: Unterfangung von Fundamenten durch Bodenverfestigung [8.24]

Bild 8.34.2: Fundamentverbreiterung zur Aufnahme von Zusatzlasten [8.24]

8.3 Bauverfahren

Bild 8.34.3: Schirminjektion zur Abdichtung und Verfestigung im Tunnelbau [8.24]

465

Bild 8.34.4: Zwickelinjektion bei Bohrpfahlwänden

Bild 8.34.5: Dichtungsschürze (Injektionsschleier) eines Staudammes [8.25]

Bild 8.34.6.1: Herstellung einer Injektions-Dichtsohle, Schema [8.2]

466

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Bild 8.34.6.2: Herstellen einer Injektionssohle mit Voraushub (Beispiel [8.26]) Bild 8.34 Anwendungsgebiete der Injektionstechnik

− Abdichtung von Schlosssprengungen bei Spundwänden oder Rieselschutz bei aufgelösten Bohrpfahlwänden oder anderen Verbauarten (Bild 8.34.4). − Dichtungsschürzen bei Staudämmen (Bild 8.34.5) − horizontale Abdichtungen im Grundwasser (auftriebssichere Injektionssohlen, Bild 8.34.6.1 und .6.2) Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Herstellung vertikaler Dichtungswände im Soilcret- oder Jettingverfahren (Bild 8.35 und 8.36). Durch Anwendung hoher Injektionsdrücke ist diese Hochdruckinjektionstechnik (HDI) in den Bodenarten von Kies bis Ton verwendbar [8.27, 8.28].

8.3 Bauverfahren

Bild 8.35: Herstellen einer Dichtungswand im Soilcret-Verfahren [8.2, 8.27]

Bild 8.36: Weitere Anwendungsgebiete des Jettings [8.28]

467

468

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

8.3.6.2 Dichtwände Dichtwände sind ein spezielles Anwendungsgebiet der Schlitzwandtechnik, das alle Vorteile dieses Verfahrens ausnutzt: − − − − − −

hohe Maßgenauigkeit sicheres Erreichen großer Tiefen variable Wanddicken nachweisbare Mindestwanddicken in jeder Tiefe Möglichkeiten der sicheren Durchörterung von Hindernissen Wasserdichtigkeit. Einsatzgebiete der Dichtwände sind

− − − − −

Herdmauern Fangedämme im Wasserbau temporäre vertikale Abdichtung von Baugruben Abdichten von Deponien Gewässerfassungen.

Der grundsätzliche Unterschied zum Schlitzwandverfahren liegt in der Verwendung von selbsterhärtenden Dichtwandmassen aus Bentonit, Zement und Wasser (siehe hierzu Abschn. 8.3.2, Spundwände). Herstellung und Kontrolle dieser Baugruben- und Bauwerksabdichtungen sind in der Literatur ausführlich beschrieben [8.2, 8.29]; ich gehe deshalb nicht weiter darauf ein.

8.3.6.3 Weitere Sonderverfahren Als weitere Sonderverfahren sind die in Bild 8.1 noch genannten Bauweisen zu nennen (Elementwand, Bodenvernagelung, bewehrte Erde). Außerdem sind hierzu die sog. Schmalwände zu erwähnen, die zur Stauraumabdichtung von Flusskraftwerken angewendet werden (Bild 8.37). Konstruktionsprinzip und Herstellung werden in der Literatur ausführlich dargestellt [8.2]; ich gehe deshalb auch darauf nicht weiter ein. 8.3.7 Kosten von Baugrubensicherungen Am Beispiel einer 10 m tiefen Baugrube sind in der Literatur Kostenermittlungen und Kolonnenleistungen von Baugrubensicherungen angegeben [8.1]. Das Ergebnis ist für die wichtigsten Verfahren in Tab.33 dargestellt. Anhand dieser Richtwerte und der zugrunde gelegten Randbedingungen können für den Einzelfall überschlägige Berechnungen erstellt werden.

8.3 Bauverfahren

469

Bild 8.37: Schematische Darstellung für die Herstellung der Schmalwand [8.2]

Danach ist die Trägerbohlwand die kostengünstigste Lösung einer senkrechten Baugrubenwand. Während die Stahlspundwand und die Spritzbetonsicherung nur wenig darüber liegen, sind Schlitz- und Bohrpfahlwände wesentlich aufwendiger. Bei Kostenvergleichen für ein gesamtes Bauvorhaben ist jedoch zu berücksichtigen, dass in diesen Fällen die Baugrubensicherung die Stahlbetonwände der Umfassungsmauern ersetzt, sodass deren Kosten von den Aufwendungen für die Pfahl- bzw. Schlitzwände abzuziehen sind.

470

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Tabelle 33: Kosten von Baugrubensicherungen [8.1] 1.

2.

3.

4.

5.

6.

Spritzbetonsicherung: 10 m hohe Böschung mit 10° Neigung gegen die Vertikale, 10 cm Spritzbeton, mattenbewehrt 1 Nagel/m² (∅ 25 mm, 7 m lang injiziert) (Leistung: 15 bis 25 m² fertige Wand in 2 10 h mit 4 Mann – 2,0 h/m )

127,- €/m2 116,5% (ohne Berücksichtigung von Mehraushub)

Trägerbohlwand: 10 m tiefe Baugrube, gerammte Stahlträger IPB 400 alle 2,50 m (13 m lg.), Kantenholzverbau d = 14 cm (ohne Verankerung)

100% 109,- €/m² sichtbarer Verbau

Stahlspundwand: 10 m tiefe Baugrube, Stahlspundbohlen Larssen 24, 13 m lang (ohne Verankerung)

105% 114,- €/m² sichtbarer Verbau

Bohrpfahlwand: 10 m tiefe Baugrube, 13 m lang überschnittene Bohrpfähle (∅ 88 cm, Überschneidung 13 cm, Herstellung mit Kompaktbohranlage), (ohne Verankerung)

363,- €/m² 334% sichtbarer Verbau

Schlitzwand: 10 m tiefe Baugrube, 13 m tiefe, 60 cm starke Schlitzwand mit 2,80 m Lamellenlänge einschl. 1,50 m hoher Leitwand (0,20 m st., ohne Verankerung)

231% 251,- €/m² sichtbarer Verbau

Verankerung (zu Ziff. 2 bis 5) 10 m tiefe Baugrube, 2-fach verankert, Ankerabstand horizontal 2,50 m, Ankerlänge 12 m, Tragkraft/Anker 500 kN, Einstabanker ∅ 32 mm

53,- €/m Anker bzw. 51,- €/m² Wand Verbau

Die genannten Kosten enthalten nur die Einzelkosten der Teilleistungen (Preisbasis 1989/90). Alle weiteren Zuschläge wie Gemeinkosten der Baustelle, Allgemeine Geschäftskosten sowie Wagnis und Gewinn sind nicht berücksichtigt.

8.4 Wasserhaltung Eine Wasserhaltung (WH) ist notwendig, wenn die Gründungssohle eines Bauwerks unterhalb des ruhenden Grundwasserspiegels liegt oder durch besondere geo-hydrologische Verhältnisse Entwässerungsmaßnahmen getroffen werden müssen, um Sohl- und Bodenaufbrüche in Baugruben zu vermeiden. Dabei sind offene WH, geschlossene Grundwasserabsenkung mit Brunnen, Unterdruckentwässerung und das Herstellen einer wasserdichten Baugrube zu unterscheiden [8.2, 8.30]. In Kiesböden kann bei geringen Absenktiefen (0,5–1,0 m) offene WH angewendet werden (Bild 8.38–8.40). Sie hat den Nachteil, dass sich das Wasser stän-

8.4 Wasserhaltung

471

dig auf der Baugrubensohle bewegt und Ausspülungen von Bodenfeinteilchen möglich sind. Es kann auch die Gefahr von hydraulischem Grundbruch bestehen. Nach Erreichen der endgültigen Baugrubensohle wird dem Pumpensumpf das Wasser über Drainagen zugeführt, die an der Baugrubenwand oder auch im Bereich unter der Baugrubensohle liegen können und auf diese Weise eine trockene Baugrubensohle ermöglichen (Bild 8.38.2 c/d).

Bild 8.38.1: Schema [8.1]

Bild 8.38.2: Fassung des zuströmenden Wassers [8.30] Bild 8.38: Offene Wasserhaltung

Bild 8.39: Beispiel für eine richtig angelegte offene Wasserhaltung [8.2]

472

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

In allen anderen Fällen ist eine geschlossene Wasserhaltung anzuwenden. Hierfür sind die Grundwasserabsenkung durch Schwerkraftentwässerung und durch Unterdruckentwässerung des anstehenden Bodens zu unterscheiden. Eine Schwerkraftentwässerung mit Saugbrunnen ist in Mittel-, Grobsanden und Kiesen bis zu einer Saughöhe der Pumpen von etwa 7 m möglich. Bei größeren Absenktiefen sind Filter-Tiefbrunnen mit Tauchpumpen vorzusehen (Bild 8.41, 8.42). Bei zu geringer Wasserdurchlässigkeit des Bodens (k-Wert < 10-6) ist eine Schwerkraftentwässerung nicht mehr möglich. Daher wird mit Vakuumpumpen zusätzlich Unterdruck erzeugt. Mit Vakuum-Kleinfiltern, die eingespült werden, sind ebenfalls Absenktiefen von 5–7 m zu erreichen (Bild 8.43); durch VakuumTiefbrunnen mit eingehängter Tauchpumpe jedoch nahezu beliebige Absenktiefen (Bild 8.42). Bei weichen und fließempfindlichen Böden ergibt sich bei Vakuumabsenkung ein zusätzlicher Stabilisierungseffekt. Die Wahl des Absenkverfahrens hängt vom anstehenden Boden (k-Wert) ab (Bild 8.44). Die möglichen Varianten einer Grundwasserabsenkung gehen aus Tab.34 hervor.

Bild 8.40: Anordnung des Pumpensumpfes [8.30]

Bild 8.41: Grundwasserabsenkung mit Brunnen (geschlossene Wasserhaltung, [8.1])

8.4 Wasserhaltung

Bild 8.42: Tiefbrunnen mit eingehängter Tauchpumpe [8.3]

Bild 8.43.1: System [8.2]

473

474

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Bild 8.43.2: Anordnung von Vakuum-Anlagen bei Leitungsgräben [8.30] Bild 8.43: Vakuum-Absenkung

Bild 8.44: Anwendungsbereiche der Wasserhaltungsverfahren Bei den Osmose-, Unterdruck- und Schwerkraftverfahren sind die jeweils günstigen Bereiche besonders hervorgehoben [8.3]

8.4 Wasserhaltung Tabelle 34: Möglichkeiten der Grundwasserabsenkung (Teil 1) [8.31]

475

476

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Tabelle 34: Möglichkeiten der Grundwasserabsenkung (Teil 2) [8.31]

8.4 Wasserhaltung

477

478

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Zur Bemessung einer Wasserhaltung (Art, Größe und Anzahl der Pumpen, Leitungen, Absperrschieber usw.) verweise ich auf die Spezialliteratur [8.2, 8.30, 8.32]. Im übrigen sind bei jeder Grundwasserabsenkung und Einleitung des abgepumpten Wassers in Kanäle oder Vorfluter die wasserrechtlichen Vorschriften zu beachten [8.2, 8.3]. Bei Untersagung einer Grundwasserabsenkungsanlage oder langer Bauzeit wird man nach dem Grundsatz Abdichten statt Absenken handeln und eine wasserdichte Baugrube wählen, für die u.a. Spundwände, Schlitzwände, Bohrpfahlwände in Verbindung mit Unterwassersohle oder Sohlinjektionen zum Einsatz kommen.

8.5 Sicherheitsprobleme Baugrubensicherungsarbeiten erfordern sorgfältiges und sicheres Arbeiten, um Unfälle mit schwerwiegenden Folgen zu vermeiden. Treten durch fehlerhaftes Arbeiten oder vermeintliche Einsparungen bei Anwendung ungeeigneter Verfahren Schäden auf, sind diese i.d.R. nur mit hohen Kosten zu beseitigen. Sie führen neben dem direkten Schaden oft zu erheblichen Bauzeitverzögerungen mit weiteren Folgekosten. Der beabsichtigte Rationalisierungseffekt schlägt dann in das Gegenteil um. Die Vielzahl, Verschiedenartigkeit und unterschiedliche Herkunft der an Bauprojekten beteiligten Planer, Behörden und Firmen sowie eine große Zahl von Schnittstellen bei der Bauabwicklung kann bei der klassischen Bauplanung und -ausführung mit Einzelleistungsträgern zu Problemen und zu Fehlern im technischen, organisatorischen und menschlichen Bereich führen. Treten sie bei Baugrubensicherungsarbeiten auf, sind die Folgen oft besonders gravierend. Aus diesem Grund sind an meinem früheren Lehrstuhl für Baubetrieb an der Universität Dortmund unter Mitarbeit des Lehrstuhls für Grundbau im Rahmen einer Dissertation eine große Anzahl von Schäden aus den Bereichen Baugruben-, Graben-, Unterfangungs-, Gebäudesicherungs- und Gründungsarbeiten analysiert und quantitativ ausgewertet worden. Dabei wurden für 12 Bereiche die Schadensursachen, ihre Vermeidbarkeit, in Kauf genommene Risiken, die Eignung des gewählten Verfahrens für die Aufgabe, Fehler beim technischen Ablauf, die Vorteile und Erschwernisse des jeweiligen Verfahrens und Maßnahmen zur Verhinderung, Verringerung und Beseitigung von schadensauslösenden Einflüssen untersucht und dargestellt [8.33]. Anhand dieser aus der Praxis der Unfallverhütung entstandenen Analysen lassen sich Fehler bei der Ausführung von Baugruben-, Sicherungs- und Gründungsarbeiten vermeiden. Auch damit wird wesentlich zu einem rationellen Bauablauf beigetragen.

8.6 Zusammenfassung

479

8.6 Zusammenfassung Für die Sicherung von Baugruben, das Herstellen senkrechter oder steil geneigter tiefer Baugrubenwände und für damit zusammenhängende Gebäudesicherungsarbeiten in unmittelbarer Umgebung einer Baugrube stehen je nach Aufgabe und Standortbedingungen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Die am häufigsten angewendeten Methoden wurden mit den dafür entwickelten Maschinen und Geräten im Überblick dargestellt. Für die Wahl der jeweils geeigneten Verbauart zeigt Bild 8.45 ein Schema. Da Arbeiten dieser Art mit hohen Risiken behaftet sind und deshalb Erfahrung voraussetzen, werden sie seit Jahren nur noch von darauf eingerichteten Spezialunternehmungen ausgeführt. Im Regelfall, das ist bei ausgesteiften oder rückverankerten Baugruben, laufen die Erd- und Baugrubensicherungsarbeiten phasenverschoben , jedoch weitgehend parallel zueinander ab. Da sie von verschiedenen Spezialfirmen ausgeführt werden, erfordert der rationelle Gesamtablauf eine darauf abgestellte Ablaufplanung und laufende gegenseitige Abstimmung [8.34]. In der sorgfältigen Auswahl des Nachunternehmers für die Baugrubensicherungsarbeiten nach Können, Leistungsvermögen, Zuverlässigkeit und Erfahrung im Rahmen des Wettbewerbs und dem vertraglichen Einbinden in den eigenen Bauablauf in Abstimmung mit den Erdarbeiten des Baugrubenaushubs liegt bei dieser Vorgangsgruppe der Bauproduktion der Rationalisierungseffekt. Aus der Sicht der für die gesamten Rohbauarbeiten beauftragten Bauunternehmung wird der Ablauf der Baugrubensicherungsarbeiten somit vom damit beauftragten Nachunternehmer bestimmt. Wie im Abschnitt 8.3.4 (Schlitzwände) im Zusammenhang mit der Deckelbauweise erwähnt, hängen besonders bei innerstädtischen Bauvorhaben die Herstellung der Baugrubenumschließung und des Bauwerks technisch und baubetrieblich voneinander ab. Dies vor allem dann, wenn die Bauausführung von Infrastrukturvorhaben oder turmartigen Bauwerken (Hochhäuser) über mehrere Monate die innerstädtische Umwelt nur so wenig wie möglich belasten soll. Hinsichtlich typischer Beispiele aus dem Spezialtiefbau sei auf die nachstehende Literatur verwiesen. Weitere Beispiele möglicher Individuallösungen bei der Ausführung eines Großprojekts, der S-Bahn Zürich (1983-1990), sind in einer sehr instruktiven Darstellung ihrer einzelnen Teilprojekte enthalten, auf die im Rahmen dieser Darstellung ebenfalls nur hingewiesen werden kann [8.35]. Abschließend verweise ich noch auf die nachstehend aufgeführten Beispiele bzw. Veröffentlichungen aus den letzten Jahren: 1. Losansky, G.; Baugrubenumschließungen, Teil 1 und 2, Hochbau 3 und 4/94 2. han – Neuer Terminal CT III in Bremerhaven übergeben, Dt. Baublatt 237/238, 07/08 1997, S. 8 3. Resonanzfreie Vibrationstechnik zum Einbau von Spundwänden, Sonderdruck Bauer Spezialtiefbau, Schrobenhausen, 09/97 4. Verlängerung Predöhlkai in Hamburg, Sonderdruck Philipp Holzmann 05/98 5. Kanalbrücken im Leinetal, Neubau der Leinestrombrücke und der Leineflutbrücke für die 2. Fahrt des Mittellandkanals im Leinetal, Sonderdruck Philipp Holzmann 08/98

480

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Bild 8.45: Wahl einer geeigneten Verbauart für Baugruben [8.1]

Literatur zu Kapitel 8

481

6. Wildner, H.; Kleist, F.; Strobl, Th.; (TUM) Das Mixed-in-Place-Verfahren für permanente Dichtungswände im Wasserbau, Wasserwirtschaft 89 (1999) 5, Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden 7. Gründungsmaßnahmen, Baugrubenumschließung und Wasserhaltung für die Doppelsparschleuse Hohenwarthe, Sonderdruck Bauer Spezialtiefbau, 9/99 8. Bauer, Sebastian, Entwicklung und Einsatz neuer Gerätetechniken im Spezialtiefbau, Felsbau 17/1999, Nr. 4, S. 264ff., Verlag Glückauf Essen 9. Der „Audi-Tunnel“ – Trassenführung der ICE-Neubaustrecke München – Nürnberg (Übersicht und Leistungsumfang, Sonderdruck Bauer Spezialtiefbau 9/99 10. Wenk, G.; Bohrpfähle – Mehr Tragfähigkeit für den Anfänger-Verdrängungs(VS)-pfahl, bd-baumaschinendienst 5/2000 11. Wenk, G.; Bohren im Doppelkopf-System (mit Leistungsangaben), bdbaumaschinendienst 5/2000 12. Wasserstraßen – Neubauamt Magdeburg/Arge Schleuse Hohenwarthe, Doppelsparschleuse Hohenwarthe, Sonderdruck, 08/2001 13. Hanke, E.; Hüttl, Th.; Gollub, P.; Holdenried, E.; Wiegand, R.; IMAX Nürnberg, Herstellung und Sicherung einer tiefen Baugrube im innerstädtischen Bereich, Bautechnik 78 (2001), H. 11, S. 761ff., Ernst & Sohn Berlin 14. Flughafenerweiterung: Voll verrohrte Bohrung in einem Stück hergestellt, Allgemeine Bauzeitung – 16.02.01 15. tis, Tiefgarage am Hauptbahnhof von Nîmes, Tiefbau, Ingenieurbau, Straßenbau, 9/2001 16. Kranenberg, I., Europa-Passage in Hamburg: Unkonventioneller Betonbau unter erschwerten Bedingungen, B + B 2/2005, S. 57

Literatur zu Kapitel 8 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9

Schnell, W.; Verfahrenstechnik zur Sicherung von Baugruben, Teubner Stuttgart 1990 Buja, H.-O.; Handbuch des Spezialtiefbaus – Geräte und Verfahren, Düsseldorf Werner 1998 Hettler, A.; Gründung von Hochbauten, Ernst & Sohn Berlin, 2000 Smoltczyk, U.; Grundbau-Taschenbuch, Teil 2 Geotechnische Verfahren, Teil 3 Gründungen, 6. Aufl. 2001, Ernst & Sohn, Berlin Range, R.; Methoden der Baugrubenumschließungen, BMT 1985, S. 273-281 Krimmer, H.; Technische Entwicklung der Baugrubenwände beim Frankfurter U-Bahnbau, BMT 1972, S. 136-144 Werksunterlagen Bauer Maschinenbau GmbH, Schrobenhausen Kühn, G.; Optimierung der Rammarbeiten, Forschungsreihe der Bauindustrie Bd. 1, Hauptverband der deutschen Bauindustrie, 1971 Werksunterlagen RTG Rammtechnik GmbH, Schrobenhausen (905.600.1, 6/04)

482

8.10

8.11 8.12 8.13 8.14

8.15 8.16 8.17 8.18 8.19 8.20 8.21

8.22 8.23 8.24 8.25 8.26 8.27 8.28 8.29 8.30 8.31 8.32 8.33

8.34

8 Spezialtiefbau/Baugrubenumschließungen

Hudelmeier, K.; Entwicklung der Rammtechnik und Rammhilfen in den letzten Jahren: Optimierung der Arbeitsabläufe durch Steuerung und moderne Regeltechnik, S. 47 in [8.11] Dokumentation „Stahlspundwände – Planung und Anwendung“, 1. Aufl. 1995, Stahl-Informations-Zentrum, Breite Straße 69, Düsseldorf Mattarsch, K.R.; Die Anwendung moderner Vibrationsrammen im Tiefbau, S. 57 in [8.13] Dokumentation 542 „Stahlspundwände (2) – Planung und Anwendung“, 1. Auflage 1997, Stahl-Informations-Zentrum Breite Straße 69, Düsseldorf Jörger, R.; Wieners, A.; Stahlspundwände als Baugrubenverbau im innerstädtischen Bereich von Wiesbaden: Bewältigung schwierigster Baugrundprobleme, S. 27 in [8.11] Itzek, H.; Herstellung von Baugruben durch gefräste Einphasendichtwände mit eingestellter Spundwand, S. 25 in [.8.13] Floss, R.; Vorwort, S. 5 in [8.11] Wind, H.; Wieners, A.; Stahlspundwände – Entwicklung und Anwendung, S. 5 in [8.13] Bauer Spezialtiefbau GmbH, Geschäftsbereich Maschinen, Geräteprogramm 1998 (Drucksache 905.019.1) Bauer Spezialtiefbau GmbH, Werksunterlagen Baugruben Pause, H.; Umweltfreundliches Bauverfahren für tiefe Baugruben in Städten, Tiefbau-BG 1983, S. 678-684 Pabst, H.; Errichtung des Main Tower in Frankfurt am Main, S. 419 in Dt. Beton- und Bautechnik-Verein, Vorträge Betontag 1999, Ernst & Sohn Berlin, Weber, E.-F.; U-Bahn Taipeh/Taiwan – Bahnhöfe, S. 151 in Dt. Betonund Bautechnik-Verein, Vorträge Betontag 1999, Ernst & Sohn Berlin Kirsch, K.; Abdichtung mittels Injektionen, Herstellung von Dichtungssohlen für Baugruben, TIS Mai 1982 Bauer Spezialtiefbau GmbH, Werksunterlagen Injektionen Werksunterlagen GKN Keller GmbH, Offenbach, Injektionen Holzmann, Philipp AG, Frankfurt, Planen und Bauen für den technischen Umweltschutz, Techniker Bericht, November 1987 Werksunterlagen GKN Keller GmbH, Offenbach, Injektionen?? Werksunterlagen Stump Bohr GmbH, Zürich, Stump Jetting Werksunterlagen Hochtief AG, Köln, Dichtwände Weißenbach, A.; Baugruben, Teil 1–3 Konstruktion und Bauausführung, Berlin 1975 Bauer Spezialtiefbau GmbH, Werksunterlagen Wasserhaltung Schnell, W.; Verfahrenstechnik der Grundwasserabsenkung, TeubnerVerlag, Losansky, G.; Analyse und quantitative Beurteilung von Personen- und Sachschäden bei Baugruben-, Graben-, Unterfangungs- und Gebäudesicherungsarbeiten, Diss. Universität Dortmund, 1989 Hawellek, P.; Spezialtiefbauarbeiten am Justizgebäude Frankfurt, TeerbauVeröffentlichungen Nr. 32, 1986, S. 123-128

Literatur zu Kapitel 8

8.35 8.36

483

Fechtig, R.; Glättli, M. (Herausgeber); Projektsteuerung und Bau der SBahn Zürich, Stäubli Verlag Zürich, 199 Bauer Maschinen GmbH, Schrobenhausen, Information „Das Bauer-Frässystem“ (~2005)

9 Ausbauarbeiten im Hochbau

9.1 Definition und Aufgabe Der Ausbau ist neben dem Rohbau und der technischen Gebäudeausrüstung ein weiterer Produktionsbereich des Baubetriebes. Er umfasst alle Produktionsleistungen und Konstruktionsteile, die den Rohbau eines Bauwerks bis zur Gebrauchsfertigkeit vervollständigen. Im Vergleich zu den Rohbauarbeiten, die in der Herstellung der Baugrube, der Gründung und der Tragkonstruktion eines Gebäudes bestehen und nur relativ wenige Teilvorgänge umfassen, weisen die anschließenden Ausbauarbeiten eine große Zahl weiterer verschiedenartiger Teilvorgänge auf. Gegenüber den Vorgangsgruppen der bisher dargestellten und weiterer ähnlicher Bereiche der Bauproduktion wie dem Straßen-, Brücken- und Tunnelbau sind die Ausbauarbeiten anders strukturiert. Sie bestehen in wesentlichen Teilen aus voneinander abhängigen Montagen vorgefertigter Bauelemente mit zum Teil erheblichem Anpassungsaufwand und aus Bearbeitungsvorgängen (Beschichtung, Oberflächenveredelung). Als Überblick ist in Bild 9.1 mit einem Grobnetzplan der Ausbauarbeiten für das Bürogebäude einer Bank ein einfaches Beispiel über Struktur und Ablauf von Ausbauarbeiten dargestellt. Die einzelnen Teilvorgänge sind in der Reihenfolge ihres Ablaufs in Tabelle 35 nochmals aufgelistet. Im Ausbau wird überwiegend lohnintensiv, handwerklich gefertigt. Viele Teilleistungen werden von kleinen bis mittleren Handwerksbetrieben vollzogen. Die Produktionsstruktur derartiger Arbeiten entspricht einem Ablauf mit Einzelleistungsträgern nach Bild 3.11.1 und 2. Auftraggeber dieser Teilleistungen sind entweder private Bauherren (bei relativ kleinen bzw. einfachen Bauvorhaben, besonders im Wohnungsbau), öffentliche Auftraggeber (Kommunen, Länder, Bund u.a.) und für etwa 80% des Hochbauanteils an gewerblichen und industriellen Bauvorhaben private Investoren. Diese setzen, da sie i.d.R. nicht über eigene Bauabteilungen verfügen, für die schlüsselfertige, funktionsbereite Errichtung ihrer Bauvorhaben Generalunternehmer (GUs) ein. Diese übernehmen die gesamten Bauarbeiten, häufig nur nach einer Funktionalausschreibung, zu einem Pauschalfestpreis und einem fest vereinbarten Fertigstellungstermin [9.1]. Während ursprünglich ein GU die Rohbauarbeiten durch seine Unternehmung ausgeführt hat, gibt es inzwischen GUs die alle für ein Bauvorhaben erforderli-

486

9 Ausbauarbeiten im Hochbau

chen operativen Arbeiten an Nachunternehmer vergeben (s. Kap. 1 und Abschn. 3.3.1). Ich gehe darauf im Abschn. 9.6 näher ein. Die Aufgabe rationeller Produktion besteht zunächst darin, im Ablauf der Ausbauarbeiten alle Vorgangsgruppen und Teilvorgänge, die von verschiedenen Firmen bzw. Betrieben vollzogen werden, zu einem nahtlos ineinander greifenden

Bild 9.1: Grobnetzplan der Ausbauarbeiten für ein Verwaltungsgebäude (Ausschnitt)

9.1 Definition und Aufgabe

487

Produktionsprozess zu koordinieren. Darüber hinaus kommt es darauf an, die Teilvorgänge der einzelnen Gewerke – wie die Ausbauvorgänge auch bezeichnet werden – zu rationalisieren. Während bei den Teilleistungen der Abschnitte 5–8 Rationalisierungseffekte vorwiegend durch die Anwendung moderner Bauverfahren und -maschinen erreicht werden, erfordert der zeit- und kostenoptimale Ablauf von Ausbauarbeiten eine Koordination und straffe Organisation im Einsatz der einzelnen Nachunternehmer. Diese sollen auch die bei ihren Gewerken möglichen Rationalisierungseffekte in den Bauablauf einbringen.

488

9 Ausbauarbeiten im Hochbau

Tabelle 35: Teilvorgänge der Ausbauarbeiten nach Bild 9.1 Grobinstallation Grobinstallation Heizung Grobinstallation Lüftung Grobinstallation Elektro+ Natursteinfassade Metallbau Geländer Fenster ab 1.OG. Fassade Zwischengeschoss Putzarbeiten F90-Verkleidung Estrich Naturwerkstein +)

Start 18.11 28.11 28.11. 11.01. 15.02. 22.02. 22.02. 01.03. 01.03. 28.03.

Trennwände Schlosserarb. Stahlbau Fliesen Decken Doppelboden Oberboden Konvektorverkleidung Sonnenschutz Feininstallation Elektro EDV bauseits+)

Start 28.05 05.07 18.07. 01.08. 03.08. 03.08. 03.08. 05.10. 08.10. -

Malerarbeiten Feininstallation Heiz. Außenanlagen Feininstalla. Sanitär Feininstalla. Lüftung Sprinkler (Feininsta.) Gebäudereinigung Schlussabnahme

Start 08.10 08.10. 28.10. 05.11. 05.11. 08.11. 04.12. 17.12.

nicht dargestellt

In der Ablaufplanung von Ausbauarbeiten sind vor allem die Schnittstellen zwischen den einzelnen Gewerken eindeutig festzulegen. Dazu kommt, auch bei komplexen Bauvorhaben, häufig ein sehr enger Terminrahmen [9.2].

9.2 Vorgangsgruppen und Teilvorgänge Als Merkmale zur Gliederung der Ausbauarbeiten bieten sich die Funktionserfüllung, die Ausführenden, die Ausführungstechnik und die zeitliche Reihenfolge an. Da von diesen Merkmalen allein die Funktionen, die ein Gebäude- oder Bauteil zu erfüllen hat, keinem kurzfristigen Wandel unterliegen, von technischen Systemen unabhängig sind und eine klare Zuordnung der Teilleistungen gestatten, stellt zunächst die Funktionserfüllung ein brauchbares Kriterium für die Gliederung der Ausbauvorgänge dar [9.3]. Danach lassen sich die Ausbauarbeiten im Hochbau in 3 Leistungsbereiche und mehrere Leistungsgruppen gliedern (Tabelle 36). Neben dieser funktionalen Gliederung ist unter dem Gesichtspunkt rationeller Produktion der zeitliche Ablauf der einzelnen Teilvorgänge von Bedeutung. Dabei lassen sich 4 Vorgangsgruppen unterscheiden (Ausbaustufen 1 bis 4 [9.4]). Ausbaustufe 1: Die Ausbaustufe 1 umfasst die Dacheindeckung, den Einbau gebäudeabschließender Elemente (Fassaden, Fenster, Außentüren) in das tragende Gerüst des Rohbaus sowie den Einbau von Zwischenwänden in Mauerwerk oder Leichtbauweise (Trockenbau, Ständerwände) als Raumabschluss und zur Aufnahme gebäudetechnischer Installationen. Die gebäudeabschließenden Elemente bewirken den Witterungsschutz für den ungestörten Ablauf der weiteren Teilvorgänge. Häufig werden die Teilvorgänge der Stufe 1 ganz oder teilweise dem Rohbauunternehmer übertragen (bspw. die Fassaden in Massivbauweise [9.5], die Zwischenwände in Mauerwerk und die Dacheindeckung). Die Herstellung von Glas- und Metallfassaden ist eine weitere Vorgangsgruppe (1a), die an die Rohbauarbeiten anschließt [9.5, 9.6].

9.2 Vorgangsgruppen und Teilvorgänge

489

Ausbaustufe 2: Die folgende Ausbaustufe 2 umfasst alle gebäudetechnischen Installationen. Dies sind bspw. die vertikalen und horizontalen Haupt- und Verteilungsleitungen für die Ver- und Entsorgung eines Gebäudes mit den verschiedenen Medien, die Heizkörper und Klimageräte, die Zentralen und Unterverteilungen des gesamten technischen Ausbaus, alle Einbauten für Förderanlagen (Aufzüge), Nachrichtenübermittlung und Gebäudeautomation sowie die Klempnerarbeiten (Regenwasserableitung u.ä.). Dabei handelt es sich vorwiegend um Montagearbeiten. Der Leistungsbereich Haustechnik wird inzwischen als Gebäudetechnik bezeichnet [9.7, 9.8]. Tabelle 36: Funktionale Gliederung der Ausbauarbeiten im Hochbau [9.3]

490

9 Ausbauarbeiten im Hochbau

Ausbaustufe 3: Zur nächsten Stufe der Ausbauarbeiten, der Ausbaustufe 3 (allgemeiner Ausbau), zählt die gesamte gebrauchsfertige Auskleidung der Räume, Flure und Treppenhäuser wie Putz, Montagedecken, Wandverkleidungen, Estrich, Bodenbeläge und Malerarbeiten einschließlich der Innentüren und Treppengeländer. Dies sind teils Montage-, teils Bearbeitungsvorgänge. Ausbaustufe 4: Als letzte Vorgangsgruppe umfasst die Ausbaustufe 4 die Endmontage aller Einbauobjekte (Waschbecken, WC's, Lampen, Schalter), den Einbau aller festen Einrichtungen (medizintechnische Ausstattung von Krankenhäusern und Arztpraxen, Laborgeräte, Küchen, Einbauschränke) und die eventuelle Voll- oder Teilmöblierung. Badewannen sind vor den Fliesen einzubauen, dann jedoch gegen Beschädigung und Verschmutzung zu schützen. Den Schwerpunkt der Ausbaukosten und damit etwa auch der Ausbauarbeiten bildet in der Regel der technische Ausbau der Stufe 2. Allerdings hängt der Umfang der gesamten Ausbauarbeiten und der Kostenanteil der einzelnen Gewerke von Art und Ausstattungsgrad eines Gebäudes ab. Bei Bauvorhaben mit hochwertiger technischer Ausstattung (klimatisierte Verwaltungsgebäude, Hotels, Theater, Krankenhäuser, Laboratorien) kann der Anteil der Stufe 2 erheblich höher liegen als bei Wohnbauten und einfacheren Bürogebäuden. Beispiele sind in Tabelle 37 und 38 aufgeführt. Das Beispiel in Tabelle 37 liegt 35 Jahre zurück, während jenes in Tabelle 38 einer aktuellen Veröffentlichung entnommen ist. Vergleicht man die Rohbaukosten der beiden Beispiele, liegen diese in Tabelle 38 erheblich unter dem Ansatz der Tabelle 37 (35,7% < 52,5%). Das liegt vorwiegend darin, dass inzwischen durch den Einsatz moderner Schalungssysteme die Rohbauabläufe erheblich rationalisiert worden sind. Der aktuelle Anteil der Bausparten im schlüsselfertigen Hochbau geht aus Bild 9.2 hervor. Die prozentuale Aufgliederung des Beispiels der Tabelle 38 ist in Tabelle 39 dargestellt. In der Praxis wird häufig eine vereinfachte Gliederung der Hochbauleistungen verwendet: Rohbau, technische Gebäudeausrüstung (TGA), allgemeiner Ausbau. Dazu kommen die Außenanlagen. Bei Hochhäusern sind die Tiefgründung, die Fassade und die Aufzugsanlagen weitere Vorgangs- und Kostengruppen [8.21]. Da öffentliche Auftraggeber die Baukosten nach der DIN 276 gliedern, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, auch bei Aufträgen für Generalunternehmer im Schlüsselfertigbau diese Kostengliederung anzuwenden (siehe hierzu [9.1]).

9.2 Vorgangsgruppen und Teilvorgänge Tabelle 37: Ausbaukosten von Terrassenhäusern einer großen Wohnanlage [9.4]

Bild 9.2: Anteil der Bausparten im schlüsselfertigen Hochbau [9.1]

491

492

9 Ausbauarbeiten im Hochbau

Tabelle 38: Baukostenermittlung für ein Bürogebäude [9.1]

9.3 Materialfluss und Geräteeinsatz

493

Tabelle 39: Gliederung der Gebäudekosten nach Tabelle 38 in (%)

Baukosten Rohbau Fassade TGA Ausbau

700 + 3.393 + 170 2.130 + 200

= = = =

4.263 TDM 35,7% 2.330 TDM 19,6% 2.880 TDM 24,2% 20,5% 2.444 TDM 11.917 TDM 100,0% Außenanlagen 94 TDM Baunebenkosten 450 TDM 12.461 TDM AGK, W+G 8,69% 1.082 TDM 13.543 TDM « 6.920 T€ Zieht man von den Rohbaukosten der Tabelle 38 die Kosten für die Baustelleneinrichtung und den Erdaushub ab, ergeben sich die Rohbaukosten zu 3.563 ×100 = 31,8% 11.217

9.3 Materialfluss und Geräteeinsatz Die für den Ausbau von Hochbauten benötigten Baustoffe, Bauelemente und Einbauteile müssen zum erforderlichen Zeitpunkt angeliefert und an den jeweiligen Einbauort im Bauwerk verbracht werden. Neben den Bearbeitungs- und Montagevorgängen sind diese Baustellentransporte ein wesentlicher Bestandteil der Ausbauarbeiten. Um sie kostenoptimal auszuführen, werden je nach Arbeitsumfang und Bauwerksbedingungen dafür verschiedene Verfahren und Geräte eingesetzt. In Bild 9.3 und 9.4 sind 2 typische Transport- bzw. Montagevarianten dargestellt.

Bild 9.3: Ausbaumontage - Variante 1 [9.9]

494

9 Ausbauarbeiten im Hochbau

Bild 9.4: Ausbaumontage – Variante 2 [9.9]

Zum Vertikaltransport werden bei Ausbauarbeiten wegen der hohen Kosten nur schwere Bauelemente mit Kränen bewegt. Ein häufig eingesetztes, kostengünstiges Transportgerät ist der Bauaufzug. Wesentliche Merkmale dieser Geräte, die als reine Materialaufzüge oder kombinierte Material- und Personenaufzüge geliefert werden, sind die Tragfähigkeit der Lastbühne, deren Abmessungen, die Fördergeschwindigkeit und die maximale Förderhöhe. Leichte Aufzüge weisen einen Mast, schwere z.Tl. 2 Masten auf. Die Aufzüge bestehen aus der Lastbühne, dem Mast (bzw. 2 Masten), dem Hubwerk (vorwiegend Zahnstangenantrieb), den Be- und Entladestellen sowie den Steuerund Sicherheitseinrichtungen. Der Antrieb erfolgt elektrisch. Die Ladebühne ist mit Dach (zum Teil) und Schubtoren versehen; am Boden ist eine über 2 m hohe Umwehrung installiert. Der Ausstieg ist als etwa 2 m hohes Gerüstladestellentor mit elektro-mechanischer Verriegelung ausgebildet. Der Mast kann von der Ladebühne aus vorgestreckt (aufgebaut) werden. Als Tragfähigkeit werden von den Herstellern 200 – 300 – 500 – 850 kg (leichte Bauaufzüge), darüber hinaus 1000 – 1500 – 2000 – 2400 kg (schwere Geräte) angegeben. Die Abmessungen der Ladebühne betragen bspw.: − für leichte Geräte (200, 300 kg) etwa 1,40 × 0,75 m, − für 500 kg-Geräte etwa 1,60 × 1,40 m, − für 650 – 1000 – 1500 – 2000 kg-Geräte bei 2 Moduln 1,70 × 3,00 m, bei 3 Moduln 1,70 × 4,50 m parallel zum Gebäude, − für das 2400 kg-Gerät (Bild 9.7) 1,50 × 3,20 m. Als Höhe der Ladebühnen (Umwehrung) werden etwa 2,10 m angegeben. Als Geschwindigkeit werden für Geräte bis 2000 kg 25–30 m/min genannt, für das 2400 kg-Gerät 57 m/min (bei Personenförderung 15/30 m/min). Die Förderhöhen betragen für normale Einsätze max. 100 m, für das Gerät mit 2400 kg Tragfähigkeit max. 150 m.

9.3 Materialfluss und Geräteeinsatz

495

Für Hochhäuser werden Bauaufzüge auch mit größeren Förderhöhen gebaut. Alle weiteren technischen Daten sind den Werksunterlagen der Hersteller zu entnehmen. Zum Überblick sind in den Bildern 9.5 bis 9.7 schematisch Bauaufzüge von verschiedenen Herstellern dargestellt. Einsatzbeispiele enthält die Literatur [9.13, 9.14].

Bild 9.5: GEDA-Zahnstangenaufzug [9.10]

Für Reparaturen an Fassaden oder in großen Höhen (bspw. Windkraftanlagen), die ohne aufwendige Gerüste durchgeführt werden sollen, werden auch Hubarbeitsbühnen und mastgeführte Klettergerüste verwendet [9.15, 9.16].

496

9 Ausbauarbeiten im Hochbau

Bild 9.6: Steinweg – Personen- und Materialaufzug Superlift 7/600 PM [9.11]

9.3 Materialfluss und Geräteeinsatz

497

Bild 9.7: Alimak-Bauaufzug mit Personenbeförderung Scando FC 24/32 TD [9.12]

Für den Horizontaltransport in das Gebäude können bei Kraneinsatz in den einzelnen Geschossen auskragende, umsetzbare Arbeitsbühnen eingesetzt werden (Plattformen mit Schiebebühnen). Im ausgefahrenen Zustand (außerhalb des Gebäudes) werden die Paletten vom Kran auf der Schiebebühne abgesetzt; nach dem Einfahren in das Bauwerk werden sie von Gabelstaplern abgenommen und auf der Rohdecke an die jeweilige Einbaustelle gebracht. Im Schema ist eine solche umsetzbare Schiebebühne in Bild 9.8 dargestellt. Die möglichen Grund- und Dauerleistungen von Bauaufzügen lassen sich sinngemäß wie bei Turmdrehkränen, von Gabelstaplern wie bei Radladern ermitteln.

498

9 Ausbauarbeiten im Hochbau

Bild 9.8: Schema einer umsetzbaren Schiebebühne für Ausbauarbeiten

Die Anlieferung der Ausbaustoffe und -elemente und ihr Transport an die Einbaustellen im Bauwerk erfordern wegen der begrenzten Lagermöglichkeiten an der Baustelle eine sorgfältige Planung, Koordination und Steuerung (Logistik). Die Liefermengen und Anlieferzeiten (just-in-time) ergeben sich aus der Ablaufund Bereitstellungsplanung [8.21].

9.4 Merkmale und Probleme von Ausbauarbeiten Ausbauarbeiten weisen folgende Merkmale auf, die zu Störfaktoren rationeller Produktion werden können [9.3]: 1. 2. 3. 4.

verschiedene technische Bedingungen der einzelnen Ausbauteilsysteme, enge Verflechtung mit anderen Gewerken (Bild 9.1), Umplanungen noch während der Ausführung (bei baubegleitender Planung), mangelhafte Koordination der Ausführenden infolge ungenügender Ablaufplanung und -kontrolle, 5. Kapazitätsengpässe bei den ausführenden Firmen, 6. Witterungseinflüsse. Diese Merkmale lassen sich teils nicht ohne weiteres (Ziff.1), teils bedingt (Ziff.2 und 6), teils jedoch ganz oder größtenteils eliminieren (Ziff.3 bis 5). Infolge unzureichender Verbreitung und Anwendung wissenschaftlicher Erkenntnisse, unvollständiger oder verzögerter Detailplanung sowie ungenügender Koordination und Ablaufplanung ist der Ausbau von Hochbauten häufig noch

9.4 Merkmale und Probleme von Ausbauarbeiten

Bild 9.9: Zeichnungsstammbaum für Modernisierungsvorhaben [9.17]

499

500

9 Ausbauarbeiten im Hochbau

Bild 9.10: Durchführung der Modernisierung in 4 Schritten [9.17]

9.5 Möglichkeiten der Rationalisierung

501

durch geringen Vorfertigungsgrad, niedrige Arbeitsproduktivität, subjektive Prozessgliederung, fehlende analytisch-exakt ermittelte Vorgaben für Arbeits- und Fertigungszeiten und damit durch instabile Produktion und relativ lange Produktionszeiten gekennzeichnet. Bei Neubauten, aber auch bei der immer mehr an Bedeutung und Umfang gewinnenden Sanierung und Modernisierung älterer Hochbauten, kommt es daher darauf an, durch vollständige und rechtzeitige Ausführungsplanung, maßgenaueres Arbeiten (d.h. weniger Anpassungsaufwand) und einen optimalen Arbeitsablauf (Entflechtung und optimales Ineinandergreifen der Arbeiten) die Minimierung von Ausführungszeit und Kosten zu erreichen [9.1, Abschn. 2.2.1; 9.3]. Bei der Modernisierung von Altbauten ist die Bestandsaufnahme vor Beginn der Planung ein wesentlicher Faktor. Da Modernisierungsvorhaben mehr und mehr an Bedeutung zunehmen, aber auch wegen ihrer im Vergleich zu Neubauvorhaben andersartigen Struktur in Planung und Ausführung sind in Bild 9.9 und 9.10 anhand eines „Zeichnungsstammbaums“ die 4 Planungs- und Realisierungsschritte von Modernisierungsvorhaben dargestellt und erläutert [9.17].

9.5 Möglichkeiten der Rationalisierung Aus den genannten Gründen liegen die Rationalisierungsmöglichkeiten im Ausbau 1. bei den Ausbauverfahren (moderne Baustoffe, weitgehende Vormontagen bei engen Rohbautoleranzen), 2. in der Ablaufplanung und -steuerung (eindeutiges Festlegen der Schnittstellen zwischen den Gewerken), 3. in der optimalen Koordination der Ausführungsplanung und der Ausbauarbeiten. zu 1. Bauverfahren Von den Bauverfahren her liegen Rationalisierungsmöglichkeiten des Ausbaus immer noch in den umfangreichen Anpassarbeiten, die vorwiegend in Handarbeit bestehen und durch engere Toleranzen bei den Arbeiten anderer Gewerke reduziert werden könnten. Weiter zählt dazu die Montage vorgefertigter Einbauteile, auch im Bereich der gebäudetechnischen Arbeiten (Heizung, Lüftung, Sanitärinstallation). Möglichkeiten weiterer Bauzeitverkürzung bietet außerdem der vermehrte Einsatz von Trocken- anstelle von Nassbauverfahren (bspw. Zwischenwände im Trockenbau) sowie das Eliminieren von Verlustzeiten durch Schwachstellenuntersuchungen [9.18]. Besonders verweise ich hierzu auf die Entwicklung im großformatigen Mauerwerksbau und die dafür entwickelten Geräte. An einschlägiger Literatur seien hierzu erwähnt [9.19 bis 9.26]. zu 2. Ablaufplanung und -steuerung Hier liegt das Rationalisierungsproblem darin, dass einmal der Umfang der einzelnen Ausbauarbeiten je nach Gebäudeart und Ausstattung variiert und zum an-

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9 Ausbauarbeiten im Hochbau

deren jeder Ausbauunternehmer, jedes Gewerk, daran interessiert ist, seine Arbeiten ohne Unterbrechung durchführen zu können (Bild 9.11). Im Einzelfall sollte „die Abstimmung ... unter Berücksichtigung der Gesamtkosten eines Projekts und in Bezug auf die Belange der einzelnen Handwerker das Optimum ergeben“ [9.27]. In der Ablaufplanung und in den Nachunternehmer(NU)-Verträgen sind deshalb die Schnittstellen zwischen den einzelnen Gewerken eindeutig zu definieren.

Bild 9.11: Abstimmungsprobleme bei Ausbauarbeiten [9.27]

Wie die Praxis zeigt, können auch beim Ausbau von Hochbauten durch sorgfältige Planung aller wesentlichen Teilvorgänge auf der Basis realistischer Aufwandswerte die einzelnen Arbeitsabläufe straff koordiniert und rationelle Produktionsformen wie modifizierte Takt- und Fließfertigung angewendet werden. Hierfür sollten Fachingenieure für Ausbauarbeiten mit Kenntnissen und Erfahrungen auf dem Gebiet der Ablaufplanung und -steuerung von Hochbauvorhaben he-

9.5 Möglichkeiten der Rationalisierung

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rangezogen werden. Der klassisch ausgebildete Bauplaner, ob Architekt oder Bauingenieur, ist damit zum Teil auch heute noch überfordert. zu 3. Optimale Koordination der Ausführungsplanung und Ausbauarbeiten Für den Ablauf von Ausbauarbeiten im Rahmen des Gesamtablaufs einer Baustelle gibt es grundsätzlich drei Möglichkeiten (Bild 9.12). Im Fall 1 beginnt der Ausbau um Zf1 später als der Rohbau, wenn dieser einen Vorlauf von wenigstens drei, besser vier Geschossen erreicht hat. Die Ausbauarbeiten der Stufen 1 bis 3, hier als Synchrongruppe dargestellt, laufen langsamer als der Rohbau ab. Da der Aufwand für die Teilvorgänge der Stufe 4 geringer ist als für jene der Stufen 1 bis 3 und es sich dabei vorwiegend um hochwertige, leicht zu entwendende Einbauteile handelt, setzt Stufe 4 als Nachläufergruppe erst wesentlich später als die Synchrongruppe ein. Dieser Zeitpunkt ist so zu wählen, dass die Bauzeit Z1 eingehalten wird.

Bild 9.12: Möglichkeiten des Ablaufs von Ausbauarbeiten

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9 Ausbauarbeiten im Hochbau

Im Fall 2 ist es umgekehrt. Hier läuft der Rohbau um ΔZR langsamer als im Fall 1. Der Ausbau setzt um ΔZA später ein als im Fall 1 und läuft schneller. Unter der Voraussetzung, dass die kritische Annäherung Zf1 zwischen Roh- und Ausbauarbeiten nicht unterschritten werden darf, um gegen Ende der Rohbauarbeiten gegenseitige Behinderungen der Vorgangsgruppen zu vermeiden, ergibt sich bei unveränderter Gesamtbauzeit eine größere Arbeitsgeschwindigkeit aller Ausbauarbeiten als im Fall 1. Welche der beiden Lösungen günstiger ist, hängt von den örtlichen Umständen, dem Schwierigkeitsgrad des Bauvorhabens, dem Umfang der Teilarbeiten und den Kosten der einzelnen Teilvorgänge ab. Im Fall 3 laufen die Roh- und Ausbauarbeiten im Sinne einer Fließfertigung bzw. Taktarbeit parallel zueinander ab. Gegenüber Fall 1 läuft der Rohbau wie im Fall 2 um ΔZR langsamer, erfordert also weniger Potential als im Fall 1; gegenüber Fall 2 sind die Ausbauarbeiten A1 bis 3 wieder um ΔZA gestreckt und brauchen ebenfalls nicht mehr Potential als im Fall 1; trotzdem bleibt die Gesamtbauzeit unverändert. A4 läuft wieder mit der gleichen Geschwindigkeit wie im Fall 1. Der Fall 3 kann somit als Idealfall gelten. Auf die theoretischen Grundlagen gehe ich im Abschnitt Ablaufplanung (11) noch ein. Die kürzestmögliche Bauzeit Zk < Z1 ergibt sich bei einem Ablauf der Rohbauarbeiten nach Fall 1 und der folgenden Ausbauarbeiten nach Fall 2, erfordert jedoch mehr Potential und damit höhere Potentialeinsatzkosten als für die Bauzeit Z1. Von praktischer Bedeutung für den optimalen Ablauf von Ausbauarbeiten ist eine weitere (vierte) Möglichkeit (Bild 9.13). Sie führt bei gleicher Arbeitsgeschwindigkeit der Roh- und Ausbauarbeiten wie im Fall 3 nach Bild 9.12 zwar zu einer um Z2 längeren Gesamtbauzeit. Der Vorteil liegt jedoch darin, dass die Nachläufergruppe A4 das Gebäude nicht von unten nach oben, sondern von oben nach unten fertig stellt. Unmittelbar nach den jetzt von oben her ablaufenden Restarbeiten kann das Gebäude gereinigt werden; Flure und Treppenhäuser werden nicht mehr von Handwerkern betreten. Um wie in den Abläufen nach Bild 9.12 auch bei dieser Variante die bspw. vorgegebene Bauzeit Z1 einzuhalten, müssten alle Vorgangsgruppen des Roh- und Ausbaus um den Faktor (Z1 + Z2) / Z1 schneller arbeiten. Häufig werden auch im Erdgeschoss Ausbauarbeiten bis zuletzt zurückgestellt, da es als Durchgangsgeschoss zu den oberen Geschossen dient. Ein wesentlicher Grund, weshalb es relativ schwierig ist, die verschiedenen Ausbauarbeiten auf ein Taktverfahren abzustimmen, liegt in ihrer unterschiedlichen Struktur hinsichtlich Zeit-, Material- und Vorbereitungsaufwand (Bild 9.14) und darin, dass man es im Gegensatz zu den Rohbauarbeiten bei der Vergabe an Einzelleistungsträger nicht mit einem Unternehmen, sondern mit einer ganzen Reihe zu tun hat. Bei Ausbauvorgängen überwiegt teils der Lohnanteil auf der Baustelle, teils der Anteil der Vorfertigung in stationären Betriebsstätten, oder die Lieferzeit seitens fremder Hersteller, während bei den umfangreichen gebäudetechnischen Einrichtungen der Planungsaufwand einen weiteren Unsicherheitsfaktor darstellen kann. Dies kann den Beginn der Ausbauarbeiten auf der Baustelle

9.5 Möglichkeiten der Rationalisierung

505

nachhaltig verzögern, wenn unter Berücksichtigung der erforderlichen Ausschreibungs- und Vergabefristen sowie Vorlaufzeiten für Lieferung und Werkstattvorbereitung mit der Ausführungsplanung nicht rechtzeitig begonnen wird (Bild 9.14). Darüber hinaus wird der Ablauf von Ausbauarbeiten erschwert, wenn nahezu alle Gewerke einzeln vergeben werden und von der Projekt- bzw. Bauleitung in ihrem Einsatz aufeinander abgestimmt werden müssen. Diese Abstimmung im Rahmen der Ablaufplanung ist Aufgabe der Logistik. Bei umfangreichen Ausbauarbeiten, die 60 und mehr Gewerke aufweisen können, ist das keine einfache Aufgabe. An den Ausbauarbeiten für ein großes Krankenhaus waren bspw. einschließlich Röntgen- und Medizintechnik 215 Firmen und Lieferanten beteiligt [9.28].

Bild 9.13: Fall 4 – Ablauf der Ausbau-Restarbeiten A4 von oben nach unten

Bild 9.14: Vorlaufzeiten für Planung, Ausschreibung, Vergabe und Vorleistungen gebäudetechnischer Ausbaugewerke (Schema)

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9 Ausbauarbeiten im Hochbau

Das ist – wie schon erwähnt – mit der Grund, weshalb in der Praxis gerade bei den Ausbauarbeiten die meisten Schwierigkeiten im Ablauf auftreten, die die Fertigstellung eines Bauvorhabens verzögern und dadurch zu erheblichen Mehraufwendungen führen können. Eine Abhilfe und damit eine Rationalisierungsmöglichkeit liegt in diesem Fall in der Vergabe von strukturell ähnlichen Vorgangsgruppen wie der gesamten Fassadenarbeiten (Werkstein-, Metall-. Glasfassaden und Fenster) oder der gesamten Gebäudetechnik an Arbeitsgemeinschaften von Ausbaufirmen. Diese haben dann aus eigenem Interesse – ähnlich wie ein Generalunternehmer für den Gesamtbereich des Ausbaus – innerhalb ihres Bereichs und innerhalb des vorgegebenen Terminrahmens selbst für die Detailabstimmung ihrer Teilvorgänge zu sorgen. Außerdem hat die Projektleitung bzw. -steuerung für diese zusammengefassten Leistungsbereiche dann nur einen statt mehrerer Ansprechpartner. Die Endstufe dieser Entwicklung ist – wie schon erwähnt – der Generalübernehmer sowie darüber hinaus die gesamte Projektentwicklung, Planung, operatives Bauen und das Facility-Management in einer Hand. Gerade bei Großbauvorhaben des Hochbaus und bei Infrastrukturprojekten geht deshalb der Trend zu Komplettangeboten der Bauunternehmungen (Systemanbieter). „Aufgrund seines Komplett-Angebots mit dem Teilbereich der Bauwerkserstellung ist der Auftragnehmer weniger ein bauausführendes Unternehmen als vielmehr Anbieter eines Gesamtsystems. Die Bauausführung ist zwar weiterhin – ggf. auch wesentlicher – Bestandteil der vertraglichen Vereinbarungen, das Vergabekriterium allerdings ist nunmehr weniger der Preis als ein wettbewerbsfähiges Systemangebot“ [9.29]. Großprojekte im Hochbau (über etwa 500 Mio. €) werden vorwiegend auf diese Weise und mit GMP-Verträgen abgewickelt. Ich verweise auch hierzu auf die Literatur [9.30]. Natürlich wird auch die Rationalisierung von Ausbauarbeiten schon seit langem betrieben [9.27, 9.31], findet häufig aber nur als schrittweise Weiterentwicklung einzelner Arbeitstechniken, Baustoffe und Einbauelemente statt. Ein Vergleich der Ausbauproduktion mit hoch entwickelten Fertigungsbetrieben der stationären Industrie zeigt, dass dort mit wesentlich größerer Effektivität gearbeitet wird [7.5]. Kennzeichen dieser industriellen Produktionsverfahren sind weitgehende Fertigungsvorbereitung, Arbeitsteilung und Leistungsstetigkeit (Fließ- und Taktarbeit), Maschineneinsatz (Mechanisierung), Verwendung montagefähiger Einzelteile, Entlastung des Menschen von schwerer körperlicher Arbeit und hohe Produktionsauflagen. Die Besonderheiten der Bauproduktion verhindern zwar eine direkte Übertragung dieser Verfahren, jedoch nicht der Prinzipien industrieller Produktion auf den Ausbau bzw. die gesamte Baustellenfertigung. Die prinzipiellen Grundlagen der Industrialisierung und der modernen Konstruktions- und Produktionstechnik gelten allgemein. Die Fertigung in der stationären Industrie hat damit – wenn auch nur in modifizierter Form – Modellcharakter für eine rationelle Bauproduktion [9.2, 9.32].

9.5 Möglichkeiten der Rationalisierung

507

Zusammenfassend ergeben sich aus heutiger Sicht für die Ausbauarbeiten somit folgende Rationalisierungsmöglichkeiten: 1. Rechtzeitige Ausführungsplanung unter Berücksichtigung fertigungstechnischer Anforderungen, 2. Entflechtung der Arbeiten der einzelnen Gewerke, 3. Weitgehende Vorfertigung von Einbauteilen im Werk, auf der Baustelle nur noch Montage mit Spezialwerkzeugen und -geräten, 4. Genauer Einbau der Ausbauteile (Fassaden, Fenster) mit Hilfe schon in den Rohbau (Beton) eingesetzter Befestigungselemente, 5. Einbau komplett vorgefertigter Ausbauelemente (Fassadenelemente, Wände, Fenster), 6. Trocken- statt Nassverfahren, 7. Abstimmung der Ausbauarbeiten auf Taktarbeit; d.h. Zusammenfassen der Arbeiten mehrerer Gewerke in zeitgleiche Ausbauabschnitte, ggf. verteilt auf mehrere Bauteile bzw. Geschosse (Bild 9.15).

Bild 9.15: Ausbauablauf in den Normalgeschossen von 2 Gebäuden (B6, D) einer Wohnanlage in Fließfertigung (Taktarbeit)

508

9 Ausbauarbeiten im Hochbau

Für eine weitere Möglichkeit halte ich die intensivere Nutzung des Rationalisierungspotentials der Ausbaufirmen und der Hersteller von Ausbauelementen als das bisher geschehen ist, was jedoch nur in engem Kontakt mit den Planern und dem jeweiligen Projektmanagement zum Ziel führen kann. Zum Ziel weiterer fachübergreifender Rationalisierung gehört allerdings – auch das ist nicht neu – eine umfassende Ausbildung der Planer und Fertigungsingenieure in der Fertigungstechnik des Ausbaus und dem Baumanagement an den Universitäten und Fachhochschulen, die bisher vielfach nicht ernst genug genommen wird. Abschließend sei noch auf eine Veröffentlichung der Bundesfachabteilung Schlüsselfertiges Bauen im Hauptverband der Deutschen Bauindustrie verwiesen. Diese geht unter dem Blickwinkel „Qualitätssicherung im Schlüsselfertigen Bauen“ ausführlich auf die Problematik der Vorbereitung und des optimalen Ablaufs von Hochbauten und dabei besonders auf die fach-, sach- und termingerechte Planung, Koordinierung und Ausführung von Ausbauarbeiten ein [9.33].

9.6 Schlüsselfertigbau Wie schon mehrfach erwähnt, hat die Situation auf dem Baumarkt dazu geführt, dass Rohbaufirmen als Generalunternehmer auch die Ausbauarbeiten und damit die Koordination aller beteiligten Firmen übernehmen (Schlüsselfertiges Bauen mit Generalunternehmer). Als Vorteile für den Bauherrn bei Einsatz eines Generalunternehmers werden neben der Übernahme der Gesamtkoordination der Ausbauarbeiten die vertragliche Zusicherung eines festen Fertigstellungstermins genannt, der durch Konventionalstrafen abgesichert wird; dazu kommen ein Pauschalfestpreis und die Gewährleistung und Haftung in einer Hand [9.18]. Voraussetzung dafür sollte eine weitgehend abgeschlossene Ausführungsplanung sein. Änderungen der Gebäude- und Ausbauplanung während der Ausführung können Mehrkosten verursachen, die durch den Pauschalfestpreis und den fixen Fertigstellungstermin nicht abgedeckt sind. Dieser deckt für den Auftraggeber nur Mengenänderungen aber keine Leistungsänderungen ab. Kommt es durch Planänderungen während der Bauausführung zu Bauzeitverschiebungen, ist auch der Fertigstellungstermin gefährdet. Übernimmt ein Generalunternehmer (GU) darüber hinaus noch weitere Leistungen für die Realisierung eines Projektes (bspw. die gesamte Ausführungsplanung), wird er als Generalübernehmer (GÜ) bezeichnet (s. Bild 3.11.4). Abschließend soll nicht unerwähnt bleiben, dass in der Praxis bis heute bei der Kooperation zwischen GU bzw. GÜ und den Nachunternehmern und bei dem Koordinieren der einzelnen Leistungsträger Versäumnisse und Fehler vorkommen, die häufig die Ursache für unbefriedigende Baustellenergebnisse sind. Sie resultieren teils aus der baubegleitenden Planung, teils aus dem Termindruck. Im einzelnen sind hierzu die Erfahrungen der Nachunternehmer, die Ursachen aus der Sicht

9.6 Schlüsselfertigbau

509

von General- und Nachunternehmern und die Sichtweise der Generalunternehmer in der Literatur dargestellt [9.34]. Ich gehe darauf nicht weiter ein. Dennoch gilt, dass „ein Diversifikationsprozess vom Rohbauunternehmer zum Generalunternehmer oder, sofern keine eigene wesentliche Bauleistung erbracht wird, zum Generalübernehmer nur erfolgreich sein wird, wenn es gelingt, eine förderliche Zusammenarbeit mit Nachunternehmern zu gestalten“ Schließlich sind „kostengünstige Nachunternehmerleistungen bei Schlüsselgewerken eines Bauvorhabens oftmals entscheidend für die Aquisition des Projekts. In der Phase der Bauausführung ist die ausgeprägte Koordinationsfähigkeit und Kooperationswilligkeit des Nachunternehmers mitentscheidend für die erfolgreiche Projektdurchführung. Unter dem Gesichtspunkt des wirtschaftlichen Erfolges kommt dieser Kooperation und der Koordinierung von Nachunternehmern entscheidende Bedeutung zu, da in diesem Bereich noch ein erhebliches Optimierungs- und damit auch Kosteneinsparpotential besteht“ [9.29, 9.34]. Zur allgemeinen Problematik des schlüsselfertigen Bauens verweise ich ergänzend noch auf folgende Literatur [9.35-9.38] und auf die Abschnitte über die Kalkulation im Schlüsselfertigbau in [12.3] und [12.7]. Darin klingt mehrfach an, dass nicht alle Objekte, die in den letzten Jahren durch Generalunter-/-übernehmer realisiert wurden, für alle Beteiligten erfolgreich abgeschlossen werden konnten. Ich gehe deshalb noch kurz auf eine Untersuchung ein, die erst vor kurzem veröffentlicht worden ist. Ziel dieser Arbeit war, Verfahren und Instrumente zu entwickeln, „mit denen die erforderlichen Aufgaben zur Vorbereitung der schlüsselfertigen Ausführung im Hochbau mit tragbarem Aufwand, methodisch und damit sicher, projektbezogen und zu einem möglichst frühen Zeitpunkt vollständig erkannt, bestimmt und gemäß den bestehenden Abhängigkeiten in ihrer zeitlichen Abfolge geplant werden können [9.39]. Wie schon erwähnt, wird im Schlüsselfertig-(SF)-Bau dem Auftraggeber (AG) die gesamte Bauleistung zur Erstellung eines kompletten Bauvorhabens von einer einzigen Unternehmung geschuldet. Deren Leistungsspektrum umfasst die optimale Kombination und Koordination der einzelnen Leistungsbereiche, das Veranlassen und Durchführen erforderlicher Planungsleistungen, die Analyse und Beherrschung der zu übernehmenden Risiken bis zur richtigen Preisfindung für das Erstellen eines kompletten und funktionsfähigen Objekts. Dieser Unternehmer – nachstehend als AN (GÜ) bezeichnet – übernimmt, wie bereits im Abschnitt 1, 3.3.1 und 3.4 erwähnt, nicht nur die gesamte Bauleistung für ein Objekt, sondern z. Tl. auch die im Rahmen eines komplexen Global-Pauschalvertrages erforderlichen Management-(Bauherren-) und Planungsleistungen. Dazu gehört im Regelfall die Ausführungsplanung. Zur Lösung dieser Aufgabe wird der Projektablauf in Prozessstufen und -elemente gegliedert. Diese werden, nach Projektarten geordnet und logisch verknüpft, zu Prozesselementekatalogen zusammengefasst. Daraus werden dann für den jeweiligen Fall die erforderlichen Handlungsrahmen gebildet. Diese Systematik wird dokumentiert und ist damit für weitere Projekte verfügbar.

510

9 Ausbauarbeiten im Hochbau

In Bild 9.16 ist die grundlegende Methodik dieses Verfahrensmodells dargestellt. Zum Überblick sind nachstehend einige weitere Abbildungen und Tabellen aus dieser Untersuchung wiedergegeben:

Bild 9.16: Grundlegende Methodik des Verfahrensmodells [9.39, Abb. 29]

9.6 Schlüsselfertigbau

511

Bild 9.17: Charakter des Schlüsselfertigbaus [9.39, Abb. 3] Tabelle 40: Aufgabenbereiche des Übernehmers zur Vorbereitung der Ausführung der Bauleistungen [9.39, Tabelle 12]

Das Bild 9.17 zeigt nochmals das Prinzip des Schlüsselfertigbaus auf im Vergleich zur Vergabe von Fachlosen an einzelne Unternehmungen (s. auch Bild 3.11). Die Prozesshierarchie ist, wiederum im Vergleich zur Gliederung eines Ablaufs in Ablaufabschnitte nach REFA, in Bild 9.18 dargestellt. Weiter zeigt die Tabelle 40 die Aufgabenbereiche des AN (GÜ) zur Vorbereitung der Bauausführung; das Bild 9.19 enthält Beispiele der schon erwähnten Schlüsselleistungen. In Tabelle 41 sind typische Merkmale verschiedener Projektarten aufgelistet. Die

512

9 Ausbauarbeiten im Hochbau

Tabelle 42 enthält Beispiele wesentlicher Projektinformationen, die zur Vorbereitung eines SF-Projektes von besonderer Bedeutung sein können. Das Bild 9.20 gibt einen Überblick über die Risikokategorien der Projektdurchführung beim GÜ, während Bild 9.21 dessen Risikomanagement in der Wettbewerbsphase zeigt. Im letzten Abschnitt seiner Untersuchung zeigt der Verfasser auf, wie und in welchem Umfang die EDV zur Projektvorbereitung und für die Projektsteuerung eingesetzt werden kann.

Bild 9.18: Gewählte Prozesshierarchie zur Gliederung des Prozesses „Projektdurchführung“ beim Übernehmer [9.39, Abb. 18]

9.6 Schlüsselfertigbau

Bild 9.19: Schlüsselleistungen: Eigenschaften und Beispiele [9.39, Abb. 25]

513

514

9 Ausbauarbeiten im Hochbau

Tabelle 41: Projektarten [9.39, Tabelle 19]

9.6 Schlüsselfertigbau Tabelle 42: Projektinformationen im Verfahrensmodell [9.39, Tabelle 25]

Bild 9.20: Risikokategorien der Projektdurchführung beim Übernehmer [9.39, Abb. 35]

515

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9 Ausbauarbeiten im Hochbau

Bild 9.21: Risikomanagement des Übernehmers in der Wettbewerbsphase [9.39, Abb. 36]

9.7 Zusammenfassung Nach der aktuellen Literatur beträgt seit mehreren Jahren der Anteil des Bauvolumens im Hochbau, der schlüsselfertig von Generalunternehmen ausgeführt wird, mehr als 50% [9.40]. Die Ausbauarbeiten im Hochbau sind jedoch anders strukturiert als der Rohbau. Dieser umfasst nur relativ wenige Elementarprozesse (Schalen, Bewehren, Betonieren) bzw. das Versetzen von (vorgefertigten) Mauerwerksblöcken oder die

Literatur zu Kapitel 9

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Montage großer vorgefertigter Elemente aus Stahlbeton. Diese Leistungen sind Kernprozesse traditioneller Bauunternehmungen. Im Gegensatz dazu bestehen gebäudetechnische und allgemeine Ausbauarbeiten vorwiegend aus kleinteiligen Montagen und Oberflächenbearbeitungen mit verschiedenen werkstoffbedingten Arbeitstechniken, die nacheinander durch mehrere „Gewerke“ ausgeführt werden. Diese Leistungen werden größtenteils von handwerklich organisierten Firmen erbracht, deren Einsatz hinsichtlich Terminen, Kosten und Qualität zu koordinieren und zu kontrollieren ist. Dazu gehören Fachkenntnisse. Die Problematik des Schlüsselfertigbaus liegt deshalb zum Teil immer noch darin, dass Bauingenieuren auch heute noch während ihrer Ausbildung zu wenig Fachkenntnisse aus den Ausbaugewerken vermittelt werden. Das Betriebswirtschaftliche Institut der Bauindustrie in Düsseldorf versucht allerdings seit einigen Jahren, durch Lehrgänge für in der Praxis stehende Ingenieure diese Situation zu entspannen [9.40]. Das andere Problem sehe ich in den komplexen Pauschalverträgen, deren Risiken, wie die Literatur zu Abschnitt 3.4.2 zeigt, nicht ernst genug genommen werden können.

Literatur zu Kapitel 9 9.1 9.2

9.3

9.4 9.5

9.6

9.7 9.8

Gossow, V.; Schlüsselfertiger Hochbau, Verlag Vieweg, Braunschweig/ Wiesbaden 2000 Gebaute Superlative, Hebel Projektbau realisiert Europas modernstes automobiles Sicherheitszentrum – schlüsselfertig in nur 14 Monaten, Das Bauzentrum/Baukultur (BzBk) 1-2001, S. 56 Bauer, H.; Kurz, J.; Optimaler Ablauf der Ausbauarbeiten, Kriterien für den optimalen Ablauf der Ausbauarbeiten im Hoch- und Wohnungsbau, Schriftenreihe „Bau- und Wohnforschung“ des BM Bau Nr. 04.006, Bonn 1974 Bauer, H.; Kriterien für Planung und Ablauf der Ausbauarbeiten im Hochbau; baupraxis 3/72, S. 41-45 Wendker, H.; Zunehmende Projektgrößen – abnehmende Ausführungszeiten (Großflächige Fassadenfertigbauweise als Lösungsmöglichkeit), Baukultur, Heft 5/1998, Fassaden; S. 32 – und weitere Berichte über Glas- und Metallfassaden Toepfer, W.; Gottwald, G.; Berichte über Glas-, Metallfassaden an einem Allianz-Hochhaus in Berlin sowie über Fassadentechnik vom Feinsten, das „Eurotheum“ in Frankfurt, das Bauzentrum 4/2000, S. 6 und 8 Schönfeld, J.; Gehört die Haustechnik zur Architektur?, das Bauzentrum (bz) 1/1998, S. 4 Sauer, J.; Generalunternehmer Gebäudetechnik, A + T, das letzte Großprojekt am Potsdamer Platz, bz 3/1999, S. 38

518

9 Ausbauarbeiten im Hochbau

9.9

Heinicke, G.; Technologie des Ausbaus, VEB Verlag für Bauwesen, Berlin 1978 Werksunterlagen GEDA-Dechentreiter Maschinenbau GmbH, AsbachBäumenheim Werksunterlagen H. Steinweg GmbH, Werne Werksunterlagen Alimak-HEK-Intervect GmbH, Postfach 247, 75021 Eppingen Transportbühneneinsatz in Warschau, B+B 6/02, S. 48 (Geda-Geräte) Steinweg, Superlift XL 2080 am höchsten Bürogebäude in München, B+B 11/03, S.57 Blaasch, G.; Hubarbeitsbühnen, BW 3/97, S.32 Kotte, G.; Technik der Hubarbeitsbühnen, B+B 8/02, S.40 Wiechmann, H. H.; Modernisierungshandbuch für Architekten, Schriftenreihe „Bau- und Wohnforschung“ des BM Bau Nr. 04.064, Bonn 1981 Mainka, Th.; Die optimale baubetriebliche Abwicklung schlüsselfertiger Bauvorhaben hinsichtlich Organisation und Produktionstechnik, dargestellt am Beispiel raumauskleidender Ausbauarbeiten, Diss. Universität Dortmund, 1988 (s. a. [9.1]) Peters, H.; Planziegelsysteme, B+B 2/02, S. 68 Schlötzer, B.; Baukosten und die EnVO (u.a. elektrische Arbeitsbühnen mit angebautem Versetzgerät und Bandsäge), B+B 2/02, S. 79 Niebuhr, B.; Wirtschaftlicher Hausbau (mit KS-Quadro), B+B 3/02, S. 77 Gonzalez, A.C.; Schadenfreies Bauen (mit großformatigen Kalksandsteinen wie KS-Quadro und KS plus), B+B 5/02, S. 72 (Fa.) Steinweg, Mauertechnik senkt die Baukosten (Geräteübersicht), B+B 5/02, S. 87 Niebuhr, B.; Kostenoptimierung am Bau (KS-Quadro), B+B 11/02, S. 56 Niebuhr, B.; Doppelhaus in Bremen: Systemlösungen vor, während und nach der Bauphase (Wandbausystem KS-Info), B+B 5/03, S. 64 Zobel, Elke, H.; Durch Vorproduktion Kosten senken, B+B 5/02, S. 75 Schönberg, G.; Kley, R.; Arbeitstechnische Untersuchungen beim Ausbau von Wohnbauten, Veröffentlichung der Forschungsgemeinschaft Bauen und Wohnen (FBW) Stuttgart, Heft 87, 1970 Krankenhausleitung und Bezirksamt (Hochbauamt) von Neukölln; Krankenhaus Neukölln – Der Neubau, Berlin 1986 Helmus, M.; Weber, A.; Zusammenarbeit von General- und Nachunternehmer im schlüsselfertigen Hochbau, B+B 2/03, S. 20 Batel, H.; Der Guaranteed Maximum Preis Bauvertrag (GMP-Vertrag), Teil 1–3, B+B 4-6/2003 (s. a. Abschnitt 3.4.5) Götz, L.; Einige Gedanken zum technischen Ausbau und Rohbau, rationeller bauen, Nr. 10/1972, RG Bau, Frankfurt/Main Ollesky, K.; Kaiser, J.; Würsching, B.; Ist Lean Thinking auf die Bauindustrie übertragbar?, B+B 3/03, S. 30

9.10 9.11 9.12 9.13 9.14 9.15 9.16 9.17 9.18

9.19 9.20 9.21 9.22 9.23 9.24 9.25 9.26 9.27

9.28 9.29 9.30 9.31 9.32

Literatur zu Kapitel 9

9.33

9.34 9.35 9.36 9.37 9.38 9.39 9.40

519

Bundesfachabteilung Schlüsselfertiges Bauen im Hauptverband der Deutschen Bauindustrie (Herausgeber); Qualitätssicherung im Schlüsselfertigem Bauen, Schwerpunkte Bauausführung, Klärner F.; Schwürer A.; Ausgabe 1992 Helmus, M.; Höllrigl, M.; Problemorientierte Gewerkekoordination im SFBau, B+B 3/03, S. 18 Pfeiffer, P.; Neumann, D.; Malkwitz, A.; Horvath, St.; Partnerschaften am Bau – Wer kann sich das leisten?, B+B 3/02, S. 42 von Ende, S.; u.a.; Cash-Flow-Untersuchungen für GU´s, B + B 4/02, S. 38 Kullack, A.; Der Nachunternehmereinsatz (bei VOB-Verträgen), B+B 5/02, S. 36 Kullack, A.; Zur Zulassung von Generalübernehmern bei der Vergabe von Bauleistungen (bei VOB-Verträgen), B+B 2/03, S. 17 Koch, M.; Die Vorbereitung für die schlüsselfertige Ausführung im Hochbau, 1. Auflage, Berlin, Bauwerk, 2003 Bodenmüller, E.; 40 Jahre BWI-Bau: Aus Tradition in die Zukunft (Abschnitt „Kooperationsfeld Schlüsselfertiges Bauen“), B + B 11/2004, S. 34

10 Betriebswirtschaftliche Grundlagen der Bauproduktion

10.1 Fertigungstechnische Merkmale beim Einsatz von Bauverfahren Nach Abschnitt 4 werden Bauteile bzw. Bauwerke durch technisch und wirtschaftlich optimalen Einsatz von Arbeitskräften, Maschinen und Geräten, Baustoffen sowie der dafür benötigten Energie unter Anwendung naturwissenschaftlicher oder technologischer Regeln und Erfahrungen (Verfahren) hergestellt bzw. errichtet. Beispiele typischer Bauverfahren aus dem gesamten Spektrum der Bauproduktion sind in den Abschnitten 5 bis 9 dargestellt. Rückblickend stellt sich nun die Frage nach ihrem „gemeinsamen Nenner“ aus verfahrenstechnischer Sicht. Darunter sollen die bei allen Verfahren eingesetzten Faktoren verstanden werden, die den zeit- und kostenoptimalen Ablauf der Produktion bewirken und damit deren Rationalisierungsmöglichkeiten beeinflussen. Anders ausgedrückt, welche Mittel oder Maßnahmen sind für den Einsatz technologischer Verfahren zur Fertigung eines bestimmten Bauprodukts oder zum Erreichen eines bestimmten Bauzustands notwendig, wie lassen sie sich messen, vergleichen und ggf. verbessern bzw. weiter rationalisieren? Aus dieser Sicht weisen die dargestellten Bauverfahren zusammenfassend folgende Merkmale auf: Im Erdbau dominiert der Einsatz großer Maschinen. Die Teilvorgänge Lösen, Laden, Transportieren, Einbauen und Verdichten laufen kontinuierlich im Sinne einer Fließfertigung ab. Alle Erdbauleistungen werden von Maschinen vollzogen, die von qualifizierten Maschinenführern bedient werden. Erdarbeiten weisen deshalb einen hohen Maschinisierungsgrad auf. Ihr produktionstechnischer Schwerpunkt liegt im Einsatz von Maschinen und Geräten und damit in den für diese geltenden Einflussfaktoren (Bild 5.72). Im Beton- und Stahlbetonbau bestimmt der taktmäßige Schalungseinsatz den Ablauf der Produktion, bei Massenbeton ist es die Betonherstellung und -förderung. Mit Ausnahme von Großbaustellen oder Sonderfällen wird der Baustoff Beton von fremden Lieferwerken bezogen; die Schalung weitgehend aus industriell gefertigten Elementen kombiniert. Der Bewehrungsstahl kommt größtenteils fertig geschnitten und gebogen (einbaufertig) auf die Baustelle; die Bewehrungsarbeiten (Verlegen) werden durch Nachunternehmer ausgeführt, häufig ganz oder teilweise auch die Schalarbeiten, die Betonförderung und der Betoneinbau. Als Hebezeuge stehen leistungsfähige Kräne zur Verfügung. Neben der

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10 Betriebswirtschaftliche Grundlagen der Bauproduktion

Einsatzplanung firmeneigener Arbeitskolonnen und Maschinen ist die Leistung relativ weniger Nachunternehmer so auf die eigenen Arbeiten abzustimmen, dass sich insgesamt ein rationeller Bauablauf ergibt. Die Fertigung im Betonbau ist somit durch Maschinen- und Geräteeinsatz mit dazu gehörender Ergänzungsmannschaft (Schal-, Betonkolonne und Nachunternehmer bzw. Lieferanten) gekennzeichnet. Der Maschinisierungsgrad ist niedriger als bei Erdarbeiten. Wesentliche Einflussfaktoren einer ungestörten Produktion sind die rechtzeitige Bereitstellung geprüfter Schal- und Bewehrungspläne und der erforderlichen Bau- und Bauhilfsstoffe (Bild 6.142). Die Verwendung vorgefertigter Elemente, der Fertigteilbau, stellt im Betonbau einen wesentlichen Schritt in Richtung auf industrielle Produktion dar. Die Herstellung der Elemente wird wie im Stahlbau in stationäre Werke oder Feldfabriken verlegt und dadurch rationeller möglich als auf der Baustelle, der Witterungseinfluss dadurch weitgehend eliminiert. Auf der Baustelle wird nur montiert und vergossen. Herstellung und Montage der Elemente sind räumlich, z.T. auch betrieblich getrennt, wenn die Fertigteile von fremden Herstellern bezogen werden. Ein weitgehend störungsfreier Bauablauf erfordert deshalb eine entsprechende organisatorische Vorbereitung (Logistik). Mehr als bei anderen Bauverfahren ist die frühzeitige Planung der (Serien-)Elemente bis ins Detail eine wesentliche Voraussetzung für eine kurze Gesamtbauzeit. In der Fertigung und Montage werden ebenfalls Maschinen mit dazu gehörender Ergänzungsmannschaft eingesetzt. Der Trend zu mechanisierten und automatisierten Fertigungsabläufen ist naturgemäß größer als im Ortbetonbau. Für das Herstellen trockener Baugruben ohne Gefährdung der Nachbarbebauung und des daneben aufrecht zu erhaltenden Verkehrs und für die Ausführung von Pfahlgründungen, Pfahl-, Spund- und Schlitzwänden oder Wasserhaltungen werden vorwiegend Nachunternehmer aus dem Spezialtiefbau eingesetzt. Diese sind auf derartige Arbeiten spezialisiert und können deshalb kostengünstiger und sicherer arbeiten als ein Betrieb, bei dem Arbeiten dieser Art nur hin und wieder vorkommen. Wie im Stahlbetonbau geht es damit auch hier um die Koordination der Nachunternehmer mit der eigenen Produktion (bspw. um die Abstimmung zwischen der eigenen Maschinengruppe für den Baugrubenaushub und dem parallel dazu mitlaufenden Einbau der Baugrubenwände und -verankerungen durch den Nachunternehmer oder umgekehrt). Werden einer Bauunternehmung Hochbauvorhaben als Generalunter- oder übernehmer zur schlüsselfertigen Ausführung übertragen, führt sie wenn überhaupt nur die Rohbauarbeiten ganz oder teilweise mit eigener Mannschaft und eigenem oder angemietetem Gerät aus (Maschinen- und Geräteeinsatz mit Ergänzungsmannschaft und Nachunternehmer). Die gesamten Ausbauarbeiten, die häufig 50-60% und mehr der Gesamtbauleistung umfassen, werden von Ausbaufirmen, d.h. mehreren Nachunternehmern und Lieferanten ausgeführt, deren Einsatz optimal aufeinander abzustimmen ist. Hier dominiert die Organisation, die Koordinationsaufgabe (Projektsteuerung). Dabei kommt es darauf an, durch ein zielorientiertes Management die Kapazitäten der Ausbaufirmen zu einem straffen, stetigen Produktionsablauf der Ausbauarbeiten im Sinne einer Takt- oder Fließfertigung zusammenzufassen.

10.2 Produktionsfaktoren im Baubetrieb

523

In allen Produktionsbereichen ist die Baustelleneinrichtung, auf die noch einzugehen ist, auf die einzelnen Teilleistungen abzustimmen. Dabei dominiert der Materialfluss als wesentlicher Zeit- und Kostenfaktor. Wie schon mehrfach erwähnt, übernehmen seit einigen Jahren große Bauunternehmungen als Generalübernehmer bzw. Systemanbieter weitergehende Leistungen für die Entwicklung, Planung und das Betreiben großer Bauprojekte im Hoch, Industrie- und Ingenieurbau. Da diese Aufgaben über den Rahmen einer rationellen Bauproduktion hinausgehen, gehe ich darauf nicht weiter ein und verweise auf die Literatur [Abschnitt 1, 3, hier bes. 3.37-3.45, 9.35, 9.39, 10.5, 10.6].

10.2 Produktionsfaktoren im Baubetrieb Allen vorgenannten wie auch den nicht dargestellten weiteren Bauverfahren aus anderen Bausparten ist gemeinsam, dass bei ihrer Anwendung, zum Ablauf technologischer Prozesse, Mittel einzusetzen sind, die eine bestimmte Produktion oder die erwünschte Zustandsänderung ermöglichen. Sie stellen die Produktionsfaktoren bzw. produktiven Faktoren dar. Dabei sind Elementar- und dispositive Faktoren zu unterscheiden [10.1]. Zu den Elementarfaktoren zählen 1. die objektbezogenen, durch Arbeitspersonen zu verrichtenden Tätigkeiten, die unmittelbar mit der Leistungserstellung und -verwertung im Zusammenhang stehen, ohne dispositiv-anordnender Natur zu sein, 2. die Arbeits- und Betriebsmittel, d.h. alle Einrichtungen (Maschinen, Geräte und Anlagen), welche die technische Voraussetzung betrieblicher Leistungserstellung, insbesondere der Produktion bilden, sowie alle Hilfs- und Betriebsstoffe (Energie), die notwendig sind, um den Betrieb arbeitsfähig zu machen und zu erhalten, 3. die Werkstoffe, in unserem Fall die Bau- und Bauhilfsstoffe, Halb- und Fertigerzeugnisse, die als Ausgangs- und Grundstoffe für die Herstellung von Bauprodukten dienen. Nach der Vornahme von Form- und Substanzänderungen oder nach dem Einbau in das Fertigerzeugnis werden sie Bestandteil des neuen Produkts, hier des Bauwerks oder einzelner Bauteile. Neben diesen Elementarfaktoren stellt die Person oder Personengruppe, die die Verbindung (Kombination) der vorgenannten Elementarfaktoren zu einer produktiven Einheit vollzieht, das ist die Geschäfts- und Betriebsleitung, das Management, einen vierten produktiven Faktor dar. Von seiner Leistungsfähigkeit ist der Erfolg der Faktorkombination nicht weniger abhängig als von der Beschaffenheit der Elementarfaktoren selbst [10.1, 10.2]. Dieser vierte „dispositive Faktor“ stellt des Zentrum betrieblicher Aktivität dar, das planend und gestaltend das gesamtbetriebliche Geschehen steuert. Im Rahmen dieser Aktivität haben als davon abgeleitete Funktionen die Planung (als planendes Vordenken aller Betriebsvorgänge) und die Organisation (d.h.

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10 Betriebswirtschaftliche Grundlagen der Bauproduktion

das Durchsetzen und Verwirklichen der Planung im Betrieb durch einen betrieblichen Lenkungsapparat, die Betriebsorganisation) weiteren Einfluss auf eine rationelle Produktion. Die produktiven Faktoren bestehen demnach aus den drei Elementarfaktoren Arbeitspersonen, Betriebsmittel und Werkstoffe und dem vierten dispositiven Faktor, der Geschäfts- und Betriebsleitung. Dazu kommen die von diesem abgespaltenen Faktoren Planung und Betriebsorganisation. Insgesamt lassen sich somit sechs Produktionsfaktoren unterscheiden (Bild 10.1). Dieses allgemeine System gilt sinngemäß auch für die Bauproduktion. Hinsichtlich der Voraussetzungen optimaler Ergiebigkeit manueller Arbeit im Betrieb, von Betriebsmittelbeständen und des Werkstoffeinsatzes sei auf die Spezialliteratur verwiesen. Das gleiche gilt für den Einfluss der Geschäfts- und Betriebsleitung sowie der Planung und Betriebsorganisation auf die Produktivität des Faktoreinsatzes [10.1 bis 10.4].

Bild 10.1: Produktionsfaktoren im Baubetrieb

10.3 Potential und Kapazität eines Baubetriebes Die zur Herstellung von Bauprodukten eingesetzten Produktionsfaktoren stellen das Potential eines Betriebes dar. Je nach Größe und Produktionsbreite besteht es aus einzelnen Teilpotentialmengen, die häufig nicht oder nicht ohne weiteres austauschbar sind. Jede sinnvolle Kombination dieser Produktionsfaktoren innerhalb eines Baubetriebes weist auf die Zeiteinheit, die Arbeitsstunde bezogen, ein bestimmtes Arbeits- (Produktions-)vermögen auf. Wird es mit seiner Einsatzzeit multipliziert, ergibt sich die mögliche Kapazität eines Betriebes (Bild 10.2). Aus Bild 10.2 geht zunächst nur die theoretisch vorhandene Kapazität hervor. Wie aus den Ansätzen zur Bestimmung von Maschinenleistungen zu ersehen ist, fehlt zur effektiven quantitativen Bestimmung noch eine weitere Größe, die die erreichbare zeitliche Nutzung des von einem Betrieb vorgehaltenen Potentials und damit seine tatsächliche Produktivität bzw. Effizienz ausdrückt. Erst durch Berücksichtigung dieses effektiven Nutzungsgrades ergibt sich die im Einzelfall nutzbare Kapazität eines Betriebes oder einer Arbeitsgruppe.

10.4 Zusammenfassung

525

Analog zu den bisher dargestellten Gleichungen zur Bestimmung von Maschinenleistungen wird dieser zeitliche Nutzungsgrad eines Produktionsapparates, der in einer Arbeitskette aus mehreren Maschinen bzw. Produktionseinheiten besteht, mit e bezeichnet. In der Literatur wird dafür auch die Bezeichnung „Betriebsgüte“ verwendet. Wie schon erwähnt, wird unter dem Begriff „Baubetrieb“ im Sinne der Zielsetzung dieser Darstellung vorwiegend die technisch-wirtschaftliche Einheit verstanden, die durch Kombination der vorgenannten Produktionsfaktoren sowie durch Einsatz der dispositiven Faktoren Bauwerke und deren Teilprodukte erstellt. Die nutzbare Kapazität einer Produktionseinheit, die einen Teilvorgang oder eine Vorgangsgruppe vollzieht, oder eines Gesamtbetriebes ergibt sich somit zu K n = P ⋅ Z ⋅ e (Bild 10.2)

(56)

Auf die Dimension der Kapazität eines Betriebes gehe ich im folgenden Abschnitt über die Ablaufplanung ein.

Bild 10.2: Potential und Kapazität eines Baubetriebes

10.4 Zusammenfassung Die in der Bauproduktion eingesetzten Verfahren sind neben naturwissenschaftlich-technischen Voraussetzungen durch Einsatz von Potential gekennzeichnet, das aus einer Kombination der elementaren und dispositiven Produktionsfaktoren besteht. Unter Potential sind Menge und Arbeitsvermögen der produktiven Fakto-

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10 Betriebswirtschaftliche Grundlagen der Bauproduktion

ren eines Betriebs pro Zeiteinheit zu verstehen. Mit der Tätigkeitszeit multipliziert ergibt sich daraus unter Berücksichtigung des zeitlichen Nutzungsgrades (Effizienz) seine Kapazität. Es geht somit darum, dieses Potential rationell, d.h. wirtschaftlich optimal einzusetzen. Zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit seines Einsatzes bedarf es weiterer Kenngrößen. Dies sind neben dem effektiven Arbeitsvermögen, das z.T. aus den Verfahrensbedingungen resultiert, der zeitliche Einsatz und die Kosten. Sie werden in den folgenden Abschnitten dargestellt.

Literatur zu Kapitel 10 10.1 10.2

10.3

10.4

10.5 10.6

Gutenberg, E.; Grundlagen der Betriebswirtschaftlehre, Erster Band, die Produktion, 22. Auflage, Berlin – Heidelberg - New York 1976 Burkhardt, G.; Numerische Ablaufplanung einer Baustelle, Schriftenreihe des Bayerischen Bauindustrieverbandes Nr. 4, Bauverlag Wiesbaden – Berlin, 2. Auflage 1968 Refisch, B.; Probleme der Führung und Organisation von Bauunternehmungen, Sonderdruck aus Betriebswirtschaftliche Unternehmensführung (herausgeg. von v. Kortzfleisch, G. und Bergner H.), Verlag Duncker & Humblot, Berlin (ohne Jahresangabe) Hahn, D.; Planung und Kontrolle als Führungsaufgaben in Bauunternehmen, aus Planung, Steuerung und Kontrolle im Bauunternehmen, Referate der 19. Betriebswirtschaftlichen Jahrestagung der Wirtschaftsvereinigung Bauindustrie NW, 1986, Wibau-Verlag, Düsseldorf 1987 Darüber hinaus sei nochmals an aktueller weiterführender Literatur erwähnt: Leimböck, E., Iding, A.; Bauwirtschaft, 2. Auflage, Teubner Stuttgart, 2004 Bubb, Chr.; „Vom Bauleiter zum Dienstleister“, Baufirmen auf der Suche nach neuen Geschäftsfeldern, Zschokke Holding AG, CH-8153 Dictikon, in Bauen, Bewirtschaften, Erneuern – Gedanken zur Gestaltung der Infrastruktur, Festschrift zum 60.Geburtstag von Prof. Dr. Hans-Rudolf Schalcher, vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich, 2004

11 Ablaufplanung

11.1 Abgrenzung zur Produktionsplanung in der stationären Industrie Allgemein besteht das Ziel einer Produktionsplanung darin, „das von der Unternehmensleitung Gewollte in rationale Formen betrieblichen Vollzugs umzugießen“. Die Produktionsplanung industrieller Unternehmen umfasst dafür drei Stufen: − die Planung des Produktionsprogramms, − die Planung der Bereitstellung jener Produktionsfaktoren, die zur Herstellung der Erzeugnisse des Unternehmens benötigt werden (Bereitstellungsplanung) und − die Planung des Produktionsprozesses. Produktionsprozesse bestehen aus einer Abfolge von manuellen und/oder maschinellen Arbeitsoperationen, die auf Form- oder Lageänderungen der Roh- oder Werkstoffe oder auf eine Änderung der Stoffeigenschaften gerichtet sind [11.1]. In der auftragsorientierten Bauunternehmung ist das Produktionsprogramm durch die Aufträge vorgegeben. Die Produktionsplanung besteht deshalb in der Planung und Koordination des Ablaufs der übernommenen Bauvorhaben. Sind dafür die Termine bestimmt, können die erforderlichen Produktionsfaktoren nach Art, Anzahl, Einsatzzeit und Liefermengen ermittelt sowie die notwendige Baustelleneinrichtung, die „Baufabrik“, festgelegt werden. Im einzelnen sind für jeden Bauablauf die Produktionsverfahren zu wählen, die Vorgänge zu ermitteln, deren logische Reihenfolge unter Berücksichtigung technischer, technologischer und produktionsbedingter Abhängigkeiten festzulegen und ihre Dauern zu bestimmen. Mit diesen Daten kann das erforderliche eigene und fremde Potential (Nachunternehmer) ermittelt, die Baustelleneinrichtung festgelegt und das Ablaufmodell terminiert werden. Die Produktionsplanung in Baubetrieben, die nachstehend wie in der Praxis als Ablaufplanung bezeichnet wird, läuft deshalb in einer anderen als der o.g. Reihenfolge ab, die für marktorientierte Unternehmen der stationären Industrie mit lagerfähigen Erzeugnissen gilt. Eine weit vorausschauende Planung des Produktionsprogramms ist nicht möglich. Der jeweilige Produktionsumfang ist durch die erhaltenen Aufträge vorgegeben, die unter Berücksichtigung aller Randbedingungen kostenoptimal auszuführen sind. Die Ablaufplanung besteht somit im Festlegen des optimalen räumlichen, kapazitiven und zeitlichen Ablaufs aller Produktionsvorgänge (Verfahrens-, Kapazitäts-, Termin- und Bereitstellungsplanung).

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11 Ablaufplanung

Daraus ergeben sich das erforderliche Potential, der Zeitraum seiner Bereitstellung und die für den reibungslosen Ablauf erforderliche Baustelleneinrichtung (s. a. Abschn. 3.5.4). Dabei kommt es in der Unternehmung neben der Planung der einzelnen Aufträge darauf an, den Einsatz des gesamten Potentials an Arbeits- und Führungskräften, Maschinen und Geräten über alle Produktionsstätten so zu disponieren, dass es ohne Engpässe möglichst stetig und gleichmäßig eingesetzt werden kann. Diese übergeordnete Aufgabe wird durch sinnvolles Aneinanderreihen der für die einzelnen Aufträge gebundenen Teilkapazitäten gelöst. Daraus folgt, dass sich Störungen im Ablauf einzelner Produktionen auf die nachfolgend geplanten auswirken. Wird der Ablauf einer Baustelle gestört (verzögert) und dadurch das dort eingesetzte Potential länger gebunden als geplant, steht es für den vorgesehenen weiteren Einsatz bei anderen Aufträgen nicht rechtzeitig zur Verfügung. Ist dagegen eine Verzögerung im Arbeitsablauf durch zusätzlichen Potentialeinsatz aufzuholen, gilt im Prinzip das gleiche, nur mit umgekehrtem Vorzeichen. Durch Zeit- und Kapazitätsreserven in der Planung können unvorhersehbare Störungen nur bedingt aufgefangen werden, da in Reserve gehaltene Kapazität erhebliche Kosten verursacht, die der Markt nicht erstattet. Aus der Sicht der Bauunternehmung sind im Hinblick auf ein optimales wirtschaftliches Gesamtergebnis somit zwei Stufen der Produktionsplanung zu unterscheiden. Dies sind − die Ablaufplanung für die einzelnen Bauvorhaben und − die übergreifende Koordination des Potentialeinsatzes in der Unternehmung. Die Lösung der Koordinationsaufgabe der zweiten Stufe besteht darin, für jede Arbeitsaufgabe (Baustelle) ebenfalls das erforderliche Potential auszuwählen und unter den gegebenen Randbedingungen (End- und Zwischenfertigstellungstermine) die Reihenfolge seines Einsatzes auf den einzelnen Baustellen festzulegen. Für diese bisher i.W. durch Erfahrung gelöste Aufgabe wurden theoretische Ansätze entwickelt. Sie gehen davon aus, dass dem aus der Einzelfertigung resultierenden charakteristischen Produktionsablauf aus Einsatz, Stillstand, Umsetzen, Rüsten und ggf. zweckentfremdetem (nicht optimalem) Einsatz des Potentials als Zielvorstellung das theoretische Ideal einer Fließfertigung gegenüberstehen sollte. Da für das optimale Gesamtergebnis einer Unternehmung optimale Ergebnisse der einzelnen Produktionsstätten eine elementare Voraussetzung sind, stelle ich nachstehend i. W. nur die Planung des rationellen Ablaufs einer Baustelle dar. Zur Lösung der Koordinationsaufgabe in der zweiten Stufe sei auf die Spezialliteratur verwiesen [11.1].

11.2 Aufgabe der Ablaufplanung Da Auftraggeber und Unternehmer unterschiedliche Anforderungen an eine Ablaufplanung stellen, sind bei der Planung von Bauproduktionsvorgängen zwei Aufgabenbereiche zu unterscheiden.

11.2 Aufgabe der Ablaufplanung

529

Schwerpunkt der Ablaufplanung des Auftraggebers ist die zeitliche Koordination aller Vorbereitungs- und Planungshandlungen, Bereitstellungen, Genehmigungen usw., um einen störungsfreien Projektablauf zu gewährleisten. Sie ist durch eine Koordination der Bauarbeiten zu ergänzen und gibt dann Informationen über − Termine für Ausschreibung, Vergabe und Fertigstellung einzelner Bauabschnitte, − Termine für Ausbau- und Zulieferfirmen, − Dauer des Gesamtvorhabens, − Bedarf an Führungskräften, − Kosten in Abhängigkeit vom Projektfortschritt. „Die Ablaufplanung des Bauherrn ist also eine Generalplanung. Sie dient der Koordination und Überwachung des Bauvorhabens von der Konzeption der Bauidee bis zur Ingebrauchnahme des Werkes“ [11.1]. Die Planungsaufgabe des Unternehmers beschränkt sich dagegen auf die eigentliche Bauproduktion. Jede größere Baustelle verlangt eine Produktionsplanung, welche i.W. folgende Teilgebiete umfasst: − die Verfahrenswahl (Wahl der zweckmäßigsten (wirtschaftlichen) Arbeitsweise). Dazu dient ein Kostenvergleich verschiedener Produktionssysteme, worauf i.E. noch einzugehen ist, − die Betriebspunktplanung (Bestgestaltung der jeweiligen Arbeitsbedingungen für Mensch und Maschine), − die Leistungsberechnung zur Bestimmung des erforderlichen Potentials an Arbeitskräften, Betriebsmitteln und Werkstoffen, − die Planung der Baustelleneinrichtung und − die Ablaufplanung, d.h. die zeitliche, räumliche und kapazitive Koordination aller Teilbauvorgänge. Den Schwerpunkt der Planungsaufgabe bildet die Ablaufplanung, da sich in ihr die Ergebnisse der übrigen Teilaufgaben niederschlagen. Sie ist eine Vollzugsplanung mit dem Ziel, Bauzeit, Potential und den weiteren finanziellen Aufwand vernünftig aufeinander abzustimmen. Häufig sind der Planungsfreiheit durch − − − −

vorgeschriebene Bauzeiten, Kapazitätsgrenzen, Zwischentermine aus der übergeordneten Planung des Auftraggebers, Bauzeitbeschränkungen aus Witterungsgründen

Grenzen gezogen. Aus der Sicht der Unternehmung hat die Planung von Bauvorgängen somit folgende Forderungen zu erfüllen: − die Bestimmung der Dauer der Teilvorgänge und der Gesamtbauzeit aufgrund zur Verfügung stehender Produktionskapazitäten,

530

11 Ablaufplanung

− die Koordinierung der Teilvorgänge zu technisch-logisch verträglichen Bauvorgangsketten, − die Optimierung des Bauvorganges, vor allem der wirtschaftlich oder technisch maßgebenden Bauleistungen [11.1]. Wenn die Gesamtbauzeit nicht frei gewählt werden kann, sind aus der verfügbaren Zeit die erforderlichen Kapazitäten zu ermitteln. Die Qualifikation der Arbeits- und Führungskräfte und die Art der einzusetzenden Betriebsmittel ergeben sich aus den gewählten Bauverfahren für die einzelnen Teilvorgänge. Der Baustoffbedarf ist in der Regel eine konstante Größe und von der Bauzeit unabhängig. Dagegen sind die Anzahl der Arbeitskräfte und die Kapazität der Betriebsmittel der Bauzeit umgekehrt proportional. Beispiel: Für die Errichtung eines Bauwerks nach bestimmten Verfahren seien 100.000 Arbeitsstunden (12.500 „Tagewerke“ bei 8 h-Schicht) aufzuwenden. Allgemein gilt bei konstanter täglicher Arbeitszeit: A · d = konstant, A d

(57)

= Anzahl an Arbeitskräften, = Produktionszeit in Betriebstagen [AT]

Für das Beispiel gilt A · d = 12.500 Tagewerke, daraus folgt: A d

= 12.500 / d [Arbeitskräfte] oder = 12.500 / A [AT].

Die Funktion A = f(d) oder umgekehrt für A · d = konstant ist eine Hyperbel (Bild 11.1).

Bild 11.1: Zusammenhang zwischen der Anzahl an Arbeitskräften und erforderlichen Betriebstagen für eine bestimmte Bauleistung

11.2 Aufgabe der Ablaufplanung

531

Da Grenzwerte wie d = 0 und d = ∞ keine praktische Bedeutung haben, wird die Bandbreite, innerhalb der A und d variiert werden können, durch Randbedingungen begrenzt. Dazu kommt die verschiedene Interessenlage der an einem Bauvorhaben Beteiligten. Ein Bauunternehmer will bspw. sein Potential stetig und gleichmäßig, d.h. ohne zeitliche Unterbrechung und ohne Kapazitätsspitzen einsetzen (Kapazitätsverlauf A3 in Bild 11.2). Für Planungsbüros gilt sinngemäß das gleiche.

Bild 11.2: Formen des Potentialeinsatzes im Baubetrieb (Anzahl an Arbeitskräften während der Bauzeit)

Der Auftraggeber fordert dagegen häufig eine Produktion nach speziellen Wünschen wie kürzestmögliche Bauzeit, raschen Baubeginn nach Vertragsabschluss oder verlangt Zwischentermine in Abhängigkeit von nachfolgenden Gewerken. Zusammenfassend besteht das Ziel der Ablaufplanung einer Bauunternehmung somit im wirtschaftlich optimalen Einsatz der produktiven Faktoren zur Errichtung eines Bauwerkes bzw. (allgemein) zum Erbringen von Bauleistungen unter gegebenen Randbedingungen. Zu den produktiven Faktoren einer Bauunternehmung, dem Potential, zählen (Bild 10.1): − die Arbeitskräfte verschiedener Qualifikation für Handarbeit und Maschinenbedienung, − die Betriebsmittel (Maschinen, Geräte, Aggregate, Vorrichtungen und Einrichtungen), − die Bau-, Bauhilfs- und Betriebsstoffe.

532

11 Ablaufplanung

Bild 11.3: Aufgabe und Ziel der Ablaufplanung einer Bauunternehmung

Dazu kommen als vierter, dispositiver Faktor die Unternehmensleitung, die Aufsichts- und Führungskräfte, das Verwaltungspersonal (technische und kaufmännische Angestellte) sowie Patente, Lizenzen und Spezialerfahrungen. Außerdem gehören zum dispositiven Faktor die davon abgeleiteten Bereiche der Planung und Organisation. Im Überblick sind Aufgabe und Ziel der Ablaufplanung einer Bauunternehmung in Bild 11.3 im Schema dargestellt. Durch die Ablaufplanung sollen somit: − alle relevanten Vorgänge und ihre logischen Verknüpfungen im Hinblick auf die vorgegebenen Projektziele erfasst und − die für jede hierarchische Stufe angepassten Informationen für die Planung und Überwachung (bezüglich Ablauf, Terminen, Kapazitäten und Kosten) dargestellt werden [11.1]. Wie im Abschn. 3.3.1 erwähnt, sind seit etwa 20 Jahren zwischen der ständig verfügbaren Grundlast einer Unternehmung an produktiven Faktoren (bspw. für

11.3 Grundlagen und Randbedingungen

533

das Kerngeschäft) und der Vergabe aller operativen Bauleistungen aus einem Bauvertrag an Nachunternehmer verschiedene Varianten möglich. Beispiele hierfür sind − der Einsatz von fremden Arbeitskolonnen (Nachunternehmer) als Teilgrundlast A, − das Anmieten von Großgerät (Baumaschinen, Betonschalung) als Teilgrundlast B und − die Vergabe von Teilleistungen wie Erd-, Spezialtiefbau-, Schal-, Bewehrungs-, Beton- oder Ausbauarbeiten an Spezialfirmen im Rahmen der Grundlast A + B. Für öffentliche Auftraggeber haben Bauunternehmungen bei VOB-Verträgen (immer noch) einen nicht unerheblichen Anteil an Eigenleistungen zu erbringen (ž bis ½ der Gesamtauftragssumme [11.2]).

11.3 Grundlagen und Randbedingungen 11.3.1 Grundlagen Die der Ablaufplanung für ein Bauvorhaben zugrunde liegenden Ausgangsdaten und Informationen gehen aus den Ausschreibungsunterlagen hervor. Sie bestehen aus − den Ausführungs- und sonstigen Bauwerksplänen, − dem Leistungsverzeichnis (LV); es enthält die Beschreibung der einzelnen Teilleistungen, die Fertigungsmengen und – soweit erforderlich – besondere Abrechnungsvorschriften, − den Vertragsbedingungen. Unter diesen sind in den Besonderen Vertragsbedingungen die Standortbedingungen und Besonderheiten der Bauaufgabe beschrieben (s. Abschn. 3.4.2). Insgesamt sollten die Ausschreibungsunterlagen Angaben enthalten über − − − − − − − − − −

das Bauwerk und seine Gliederung, Art und Umfang der Teilleistungen (Fertigungsmengen), die Bauzeit, den Baubeginn, geforderte Zwischentermine, die Standortbedingungen der Baustelle wie Zugang, Platz für die Baustelleneinrichtung, Grundwasserstand, Wasserführung von Gewässern, Wasser- und Stromanschlüsse, Vorfluter, Klima- und Witterungsverhältnisse usw., die Abrechnung bzw. Zahlungsbedingungen, Vertragsstrafen bei Terminüberschreitung, die besonderen Risiken der Bauaufgabe (bspw. aus dem Baugrund), weitere Randbedingungen der Produktion wie bspw. Aufrechterhaltung des Verkehrs bei Arbeiten an öffentlichen Verkehrswegen u. ä.

534

11 Ablaufplanung

Über welche Punkte einer Bauaufgabe der Bieter zu informieren ist, geht aus § 10, Ziff.4 der VOB/A [3.4], den allgemeinen Hinweisen für das Aufstellen von Leistungsbeschreibungen der DIN 18299 (VOB Teil C) sowie den weiteren DINVorschriften des Teils C der VOB hervor. Fehlen die vorgenannten Informationen, sind sie durch eine Begehung des Baugeländes und/oder Rückfragen bei der ausschreibenden Stelle zu beschaffen. Die vorstehend genannten Ausschreibungsunterlagen beziehen sich auf VOB(Einzelleistungs-) Verträge nach Abschn. 3.4.2. Private Auftraggeber (Investoren) sind an diese Vertragsform nicht gebunden. Bei Pauschalverträgen enthalten die Ausschreibungsunterlagen auch kein Leistungsverzeichnis und keine Mengenangaben. In diesem Fall haben die Bieter für ihre Preisermittlung anhand der Pläne und der Baubeschreibung ein Leistungsverzeichnis selbst aufzustellen und die Teilmengen zu ermitteln. Weitere Grundlagen einer Ablaufplanung sind die technischen Regelwerke wie die allgemeinen technischen Vertragsbedingungen für Bauleistungen des Teils C der VOB und die Sicherheitsbestimmungen der Bauberufsgenossenschaften1 (s. a. Abschn. 11.6.2). 11.3.2 Randbedingungen Wesentliche Randbedingungen einer Ablaufplanung sind: − die Bauzeit Sie ist häufig vorgegeben und wird oft durch Vertrags- (Konventional-)strafen erzwungen (pauschalierter Schadensersatz). Typische Beispiele für Bauvorhaben mit Vertragsstrafen sind − Kaufhäuser: − Wohn- und Bürobauten: − Kraftwerksbauten:

Ihre Bauzeit wird nach „Verkaufskampagnen“ festgelegt (bspw. Fertigstellung vor dem Weihnachtsgeschäft oder dem Winterschlussverkauf). Hier tritt bei verspäteter Fertigstellung ein Mietausfall gegenüber dem Finanzierungsplan ein. Durch Ausfall von Energielieferung bei verspäteter Fertigstellung entstehen dem Auftraggeber ebenfalls Mehrkosten gegenüber dem Finanzierungsplan.

Die Höhe von Vertragsstrafen in AGB ist durch die BGH-Urteile vom 20.01.2000 und 23.01.2003 auf 0,2% je Werktag, höchstens jedoch 5% des Werklohns begrenzt [11.3]. − der Bauraum Innerhalb eines Bauabschnitts bestimmt der verfügbare Bauraum die Abmessungen der einsetzbaren Maschinen und Geräte und die Anzahl an Arbeitskräften. Er muss so groß sein, dass sich Arbeiter und Maschinen nicht gegenseitig behindern. 1

Die Baustellenverordnung – BaustellV – des BMWA und die dazu gehörenden Regeln zum Arbeitsschutz auf Baustellen (RAB)

11.4 Planungsschritte

535

Im Untertagebau hängt bspw. die Maschinengröße vom Lichtraumprofil ab; im Betonbau die Anzahl an einsetzbaren Arbeitskräften häufig von der Fläche des Bauabschnitts. − konstruktiv und technologisch bedingte Zwangspunkte Die Reihenfolge, in der Bauteile und Bauabschnitte hergestellt werden können, hängt auch davon ab, ob ein Baukörper statisch stabil oder instabil ist (an anderen Bauteilen hängt). Die stabilen Baukörper sind zwangsläufig vor den instabilen herzustellen. Häufig sind Bauabschnitte durch Konstruktionsfugen begrenzt oder müssen wegen ihrer Größe unterteilt werden. Vom Erhärten des Betons hängt es ab, wann ausgeschalt werden kann usw.. − vom Bauherrn oder den Standortbedingungen vorgegebene Zwangspunkte wie − das Freiwerden von Grundstücken, − der Planvorlauf (rechtzeitige, vertraglich festzulegende Planbeistellung), − Zwischentermine für nachfolgende Maschinenmontagen, − Start von Ausbauarbeiten, − Übergabe von Bauteilen an den Nutzer (bei umfangreichen Hochbauten, Straßenbauten oder als Teilstau bei Staudämmen), − Besondere Risiken (bspw. aus dem Baugrund, Wasserständen an Flüssen, der Witterung). − das verfügbare Potential einer Unternehmung Bei nicht hinreichendem Potential müssen Arbeitsgemeinschaften eingegangen oder Nachunternehmer eingesetzt werden, wenn zusätzliche Arbeitskräfte nicht beschafft werden können. − das Kostenminimum Da für einen Bauablauf häufig verschiedene Kombinationen produktiver Faktoren möglich sind, besteht ein wesentliches Kriterium der Ablaufplanung im Festlegen der einzusetzenden Verfahren. Unter dem Wettbewerbsdruck wird jede Unternehmung versuchen, für die einzelnen Teilprozesse das kostengünstigste Verfahren zu wählen, soweit nicht Qualitätsanforderungen oder Kapazitätsgrenzen bestimmte Kombinationen oder Methoden ausschließen oder wegen begrenzter Liquidität vorhandene Maschinen und Geräte eingesetzt werden müssen. Ich gehe auf diesen Punkt in den Abschn. 12.4, 12.7 und 12.8 noch ein.

11.4 Planungsschritte 11.4.1 Planungstiefe (Grob-, Feinplanung) Wie bei jeder Planung sind auch bei der Bauablaufplanung verschiedene Informationsgrade möglich bzw. notwendig. Hierfür sind i.a. 3 Stufen zu unterscheiden [11.1]:

536

11 Ablaufplanung

1. der Grobablauf- oder Rahmenterminplan, der als Übersichtsplan für die wichtigsten Bauabschnitte Rahmentermine festlegt (Zeiteinheit 1 Monat), 2. der Koordinationsablaufplan. Er umfasst ebenfalls das gesamte Projekt und dient der Steuerung und Kontrolle des Bauablaufs (Zeiteinheit 1 Arbeitstag), 3. Feinablaufpläne; damit werden im Zuge der Bauausführung die einzelnen Arbeitsabschnitte detailliert (Zeiteinheit 1 AT). Der Genauigkeitsgrad der geplanten Daten sinkt mit dem Abstand vom Planungszeitpunkt ab. Jeder Praktiker weiß aus Erfahrung, „dass langfristige Feinpläne keinen Vorteil gegenüber Grobplänen haben, da die zahlreichen während der Bauzeit auftretenden inner- und außerbetrieblichen Einflüsse einen über längere Zeiträume aufgestellten Feinplan schnell unrealistisch werden lassen“ [11.1]. Der Grobplan über die gesamte Bauzeit (Rahmenterminplan) dient als langfristiges Steuerungsinstrument des Bauablaufs. Der Koordinationsablaufplan bildet das Modell für die Kontrolle und Steuerung des Bauablaufs durch die Bauleitung. Die im folgenden Abschn. 11.4.2 dargestellten Planungsschritte beziehen sich auf diesen Koordinationsablaufplan. Im Gegensatz dazu „beschränkt sich die Feinplanung auf einzelne Ausführungsabschnitte, geht jedoch hier in die Einzelheiten bis zu den Arbeitsvorgängen und legt deren Ausführungszeiten fest“. Dabei sind − Feinpläne zur Untersuchung von Sonderproblemen innerhalb des Bauablaufs (Taktpläne ohne Ausführungstermine für repräsentative Taktabschnitte) sowie − Feinpläne mit einer Terminierung der Arbeitsvorgänge zu unterscheiden. Diese stellen detaillierte Arbeitsanweisungen dar, die für kurzfristig übersehbare Zeiträume ausgearbeitet werden. Mit diesen Feinplänen wird der Bauablauf in seinen Einzelheiten gesteuert. 11.4.2 Planungsschritte (Schritt 1 bis 9) Im einzelnen wird mit der Ablaufplanung versucht, „die komplexen Zusammenhänge bei der Abwicklung einer Bauaufgabe in einem Modell zu erläutern“. Dieses Modell wird – wie nachstehend dargestellt – „in mehreren Schritten erzeugt und modifiziert“, um auch den Einfluss von nacheinander eingefügten Relationen zu erkennen [11.1]. Aus den Informationen nach Abschn. 11.3 wird hierfür eine Bauaufgabe zunächst in Bauteile und Bauabschnitte gegliedert (Projektstruktur). Dann werden im ersten Planungsdurchgang die Bauverfahren festgelegt. Daraus ergeben sich die Teilproduktionsvorgänge. Aus den hierfür angesetzten Aufwands- und Leistungswerten für die Maschinen und Arbeitsgruppen und dem verfügbaren Potential kann die Dauer jedes Vorgangs ermittelt werden; umgekehrt ergibt sich über zunächst geschätzte Vorgangsdauern im Rahmen der verfügbaren Bauzeit das erforderliche Potential. Werden jetzt die einzelnen Vorgänge – nach Gewerken und Produktionsgruppen gegliedert – und das dafür erforderliche Potential unter Berücksichtigung ihrer technischen und technologischen Abhängigkeiten in der Reihenfolge ihres Ablaufs

11.4 Planungsschritte

537

im Zeitmaßstab aufgetragen, ergibt sich der vorläufige Ablaufplan. Da dieser die genannten Optimierungskriterien (Ziffer 11.2) in der Regel (noch) nicht erfüllt und mit der angestrebten oder geforderten Bauzeit nicht übereinstimmt, wird durch Einführen gewünschter Produktionsbedingungen, über eine Leistungs- und Kapazitätsabstimmung und einen Verfahrens- und Variantenvergleich daraus in weiteren Planungsdurchgängen der optimale Bauablauf – das Ablaufsystem – entwickelt. Dafür stehen heute Computerprogramme zur Verfügung [11.4]. Parallel dazu wird die Baustelleneinrichtung den einzelnen Planungsdurchgängen angepasst.

Bild 11.4: Schema der Bauablaufplanung (Planungsschritte)

538

11 Ablaufplanung

Der Ablauf eines Bauvorhabens wird somit in mehreren Durchgängen geplant, bis alle Randbedingungen und Optimierungskriterien hinreichend erfüllt sind. Aus dem endgültigen Ablaufplan und der darauf abgestimmten Baustelleneinrichtung geht dann i.E. hervor, wann, wo und wie lange das erforderliche Potential nach Art und Menge bereitgestellt werden muss. Im einzelnen lässt sich auf diese Weise die Aufgabe der Bauablaufplanung in 9 Planungsschritten lösen, die nachstehend erläutert werden. Sie sind mit den erforderlichen Rückkopplungen in Bild 11.4 dargestellt.

11.4.2.1 Schritt 1: Gliederung eines Bauwerks in Bauteile und Bauabschnitte (Projektstruktur) Im ersten Schritt der Ablaufplanung wird die Bauaufgabe in Bauteile und Bauabschnitte gegliedert (Bild 11.5). Daraus ergeben sich Art und Umfang der einzelnen Teilbauleistungen. Diese Gliederung wird nach den Ausführungsplänen mit Hilfe des Leistungsverzeichnisses (LV) vorgenommen. Art, Anzahl, Umfang und Abmessungen der Bauteile- und -abschnitte gehen aus den Ausführungsplänen hervor. Soweit die Baukörper und Konstruktionsfugen ein Bauwerk nicht hinreichend in fertigungstechnisch sinnvolle Bauabschnitte gliedern, müssen diese durch Arbeitsfugen festgelegt werden.

11.4.2.2 Schritt 2: Verfahrensplanung Für eine Angebotskalkulation werden Bauablauf und Baustelleneinrichtung häufig nur grob geplant, da offen ist, ob die Unternehmung den Auftrag erhält. Allerdings müssen auch derartige Pläne alle wesentlichen Vorgänge enthalten und in sich schlüssig sein. Nach Auftragserteilung wird durch die Arbeitsvorbereitung dieser Grobplan aktualisiert und daraus ein genauer Ablauf (Koordinationsplan) erarbeitet (s. auch Abschn. 12.4.7). Dafür werden zunächst die einzusetzenden Bauverfahren bestimmt. Aus der gewählten Verfahrenstechnik ergeben sich die einzelnen Vorgänge. In der Regel versucht eine Bauunternehmung die in den Ausschreibungsunterlagen geforderten Bedingungen (Qualität, Mengenleistung, Termine) mit vorhandenem Potential (Mannschaft und Gerät) zu erfüllen (soweit sie nicht alle operativen Arbeiten an Nachunternehmer vergibt). Um jedoch bei einem Angebot Aussicht auf Erfolg zu haben, müssen schon bei dieser Grobplanung für die Hauptleistungen die kostengünstigsten Produktionsverfahren (und die dafür erforderliche Baustelleneinrichtung) bestimmt werden. Sie ergeben sich über einen kalkulatorischen Verfahrensvergleich möglicher Varianten. Im einzelnen gehe ich darauf im Abschnitt Baukalkulation ein (Ziffer 12.2.2, 12.7 und 12.8).

11.4.2.3 Schritt 3: Festlegen der Teilvorgänge nach Art, Reihenfolge und Ablaufbedingungen (Ablaufstruktur) Im dritten Schritt werden die einzelnen Arbeitsvorgänge, die Reihenfolge ihres Ablaufs und ihre Ablaufbedingungen festgelegt. Dies ergibt die Ablaufstruktur.

11.4 Planungsschritte

539

Bild 11.5: Gliederung eines Bauwerkes in Bauteile, Bauabschnitte und Teilbauleistungen

540

11 Ablaufplanung

Dieser Schritt besteht aus 4 Teilschritten: 1. 2. 3. 4.

der Ermittlung der Vorgänge für die einzelnen Teilaufgaben, dem Festlegen ihrer Reihenfolge, dem Festlegen der Ablaufbedingungen (Anordnungsbeziehungen), der Kontrolle der Fertigungsmengen.

Art, Reihenfolge und die gegenseitigen Abhängigkeiten (Anordnungsbeziehungen) der Vorgänge ergeben sich aus den Prozessstufen der Verfahren (Bild 11.6, 11.7) sowie den technischen und technologischen Bedingungen der Bauaufgabe (siehe hierzu Ziffer 11.8.4). Die bisher vorwiegend verwendeten Begriffe „Vorgang“, „Teilvorgang (-prozess)“, „Prozessstufe“ können, abhängig von der betrachteten Produktionsstufe, verschiedene Bedeutung haben. Bei der Betrachtung eines Hochbaus nach Bild 11.5 sind die Erd-, Rohbau-, die gebäudetechnischen und die Ausbauarbeiten Teilvorgänge, die jeweils aus einer Reihe weiterer Detail- Produktionsvorgänge bestehen. Bei der Brücke sind die Erdarbeiten, die Pfahlgründungen, die Pfeiler und Widerlager und die Überbauabschnitte Teilvorgänge der Gesamtbauleistung, wobei diese ebenfalls weitere Produktionsschritte (Teilverrichtungen) erfordern. REFA gliedert die Produktionsvorgänge für Bauleistungen in Arbeitssysteme, die (ebenfalls) aus einzelnen Ablaufschritten bestehen (4 Makro-Ablaufabschnitte für die Baustellenführung, 3 weitere für Arbeitsstudien; Bild 11.7.1). Weitere Beispiele zeigen die Bilder 11.7.2 und 11.7.3. Welche Vorgänge in die Ablaufplanung aufgenommen werden, hängt von der Planungstiefe ab. Bei vorgegebener Bauzeit ist zunächst eine überschlägige Planung der Hauptarbeiten anhand von Erfahrungswerten, Schätzungen oder Kennzahlen vorzunehmen, um einen Überblick über den Bauablauf, den Potentialeinsatz und die erforderliche Baustelleneinrichtung zu erhalten [11.1].

Bild 11.6: Gliederung eines Bauablaufs in Vorgänge (Teilprozesse)

11.4 Planungsschritte

541

Bild 11.7.1: Gliederung des Arbeitssystems „Bauwerk erstellen“ in Ablaufschritte

Bild 11.7.2: Ablauforganisation des Arbeitssystems „Auswahl Fertigungsverfahren“, einem Teilablauf des Arbeitssystems Arbeitsvorbereitung

542

11 Ablaufplanung

Bild 11.7.3: Ablauforganisation des Arbeitssystems „Baustelleneinrichtung“, einem Teilablauf des Arbeitssystems Arbeitsvorbereitung Bild 11.7: Gliederung von Arbeitssystemen nach REFA [11.5]

Erfahrungsgemäß sollten in einem Ablaufplan während eines Kontrollzeitraums von 1 bis 2 Monaten nicht mehr als etwa 30 Vorgänge liegen. Darüber hinaus lassen sich die Aktivitäten nicht mehr gleichzeitig überblicken und realitätsnah kontrollieren. Ggf. sind dafür mehrere Vorgänge zu Arbeitspaketen zusammenzufassen. Beispiel: Das Herstellen einer Baugrube mit senkrechten Wänden aus einer rückverankerten Trägerbohlwand läuft in folgenden Vorgängen ab (Abschn. 8): − − − −

Träger bohren und setzen, Aushub und Einbau des Verbaus bis zur 1. Ankerlage, Anker bohren, setzen und verpressen, Aushub und Einbau des Verbaus bis zur 2. Ankerlage usw.

Dieser weitere Aushub kann jedoch erst vorgenommen werden, wenn die Anker der 1. Lage nach ausreichendem Erhärten den Zugversuch bestanden haben. Aushub mit Verbau und Ankereinbau sind in der Baugrube somit nur versetzt mit einer Zeitdistanz von einigen Tagen möglich, woraus sich die Ablaufbedingungen ergeben.

11.4 Planungsschritte

543

Für das Herstellen von Stahlbetonbauteilen ist die logische Reihenfolge Schalen-Bewehren-Betonieren-Ausschalen, wobei minimaler Schalungseinsatz unter Berücksichtigung der Ausschalfristen den Arbeitsablauf bestimmt (Abschn. 6.4). Für die Ablaufbedingungen, die gegenseitige Verknüpfung von Teilvorgängen, gibt es verschiedene Varianten. Die wichtigsten (ohne Sprungfolge) sind in Anhang 10 zusammengestellt. Allgemein gilt, dass innerhalb eines Bauabschnittes (Arbeitsbereich einer Fertigungsgruppe) immer nur ein Vorgang abläuft, damit sich die Arbeitskräfte oder Maschinen nicht gegenseitig behindern. Ein allgemeines Beispiel über Möglichkeiten des Ablaufs von drei Vorgängen ist in Bild 11.8 dargestellt. Auf die Voraussetzungen für Fließ- und Taktarbeit gehe ich im Abschn. 11.5 noch ein. Die minimale Folgezeit zwischen einzelnen Teilvorgängen wird als kritische Annäherung bezeichnet. Bei Synchronablauf der einzelnen Teilvorgänge in Stufenprozessen (Taktarbeit) entspricht sie der Taktzeit. Die in den einzelnen Bauabschnitten ablaufenden Vorgänge werden in der Reihenfolge ihres Ablaufs mit ihren Ablaufbedingungen in eine Vorgangsliste (Jobliste, Arbeitsverzeichnis) eingetragen. Dabei werden die Vorgänge nicht nach den Positionen des LV, sondern firmen- oder objektspezifisch nach Leistungspositionen gegliedert, die die einzelnen Teilleistungen fertigungstechnisch abgrenzen (Bild 11.9). Der Leistungsumfang eines Vorganges oder einer Vorgangsgruppe (Job) wird hierbei so gewählt, dass er mit vertretbarem Aufwand im Rahmen der späteren Ablaufkontrolle und Nachkalkulation noch eindeutig bestimmt werden kann. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten: Bei einfachen Bauvorhaben (geringer Produktionsumfang, relativ wenig verschiedene Vorgänge) werden die Positionen des LV fertigungstechnisch nach einem Bauarbeitsschlüssel (BAS) in Leistungspositionen gegliedert (Bild 11.9). Enthält ein LV Positionen gleicher Teilleistungen in verschiedenen Bauteilen, werden sie zu einer Leistungsposition (bspw. Fundamentbeton) zusammengefasst. Umgekehrt kann zur einfacheren Nachkalkulation eine Sammelposition im LV (bspw. Stahlbetondecken einschl. Schalung und Rüstung) entsprechend aufgegliedert werden [11.1]. Bei umfangreichen Bauvorhaben (großer Produktionsumfang, mehrere Hundert LV-Positionen) werden – wie schon erwähnt – für eine übersichtliche und einfache Ablaufkontrolle mehrere Teilleistungen (LV-Positionen) zu Arbeitspaketen (Basispositionen, Jobs) zusammengefasst. Die Kontrolleinheit ist dann diese Basisposition. Unter diesem Begriff, auch als Makrotätigkeit oder technologischer Bauabschnitt bezeichnet, ist „ein zeitlich, räumlich oder sachlich abgegrenzter Teil der Bauaufgabe“ zu verstehen (bspw. ein Bauabschnitt einer U-Bahnstrecke mit allen dafür erforderlichen Teilprozessen). In diesem Fall sind die Aufwandswerte und Teilkosten der ganz oder teilweise in solchen Basispositionen enthaltenen LVPositionen prozentual auf diese aufzuteilen [11.1]. Abschließend werden aus den Bauwerksplänen die Fertigungsmengen je Leistungs- bzw. Basisposition ermittelt (und mit den Angaben im LV verglichen).

544

11 Ablaufplanung

Bild 11.8: Beispiel für den Ablauf von 3 Vorgängen

Da die tatsächlichen Mengen eine wesentliche Planungs- und Kalkulationsgrundlage bilden, ist – wie schon erwähnt – zumindest die Mengenkontrolle der Hauptpositionen des Leistungsverzeichnisses auf Übereinstimmung mit den Bauwerksplänen unerlässlich. Praktisch laufen der 2. und 3. Planungsschritt parallel zueinander ab. Aus den Verfahren ergeben sich die einzelnen Vorgänge und die dafür erforderliche Baustelleneinrichtung. Die Vorgänge werden in einer Vorgangsliste zusammengefasst.

11.4 Planungsschritte

545

Bild 11.9: Fertigungstechnische Gliederung der Vorgänge in Leistungspositionen nach einem Bauarbeitsschlüssel [11.1]

11.4.2.4 Schritt 4: Festlegen der Aufwands- und Leistungswerte Mit dem 3. Schritt ist die (zunächst vorläufige) Ablaufstruktur bestimmt. Im 4. Schritt werden die Aufwands- und Leistungswerte der einzelnen Vorgänge festgelegt. Aufwandswerte bezeichnen den Verbrauch an Arbeitsstunden/Mengeneinheit, Leistungswerte die stündliche Produktionsleistung von Arbeitskräften und Maschinen. Aufwandswerte lassen sich auf verschiedene Weise ermitteln:

546

11 Ablaufplanung

− durch Nachkalkulation (Erfahrungswerte aus betrieblichen Aufzeichnungen, möglichst über einen längeren Zeitraum), − durch Arbeitsstudien (Stichproben), − durch Schätzung des Arbeitsablaufs, der Zusammensetzung der Arbeits- oder Maschinengruppe und ihrer Mengenleistung, − aus Literaturangaben (bspw. Arbeitszeit- Richtwerte, Zeittechnikverlag ztv). Nachkalkulationen und Arbeitsstudien ergeben die sichersten Werte; Literaturangaben sind am unsichersten. Erfahrene Kalkulatoren, Arbeitsvorbereiter und Bauleiter können Arbeitsabläufe und Aufwandswerte relativ genau schätzen. Beim Rückgriff auf Nachkalkulationen ist zu berücksichtigen, inwieweit die Produktionsbedingungen der Baustellen, deren Aufzeichnungen verwendet werden, mit den Bedingungen der zu schätzenden Vorgänge übereinstimmen. Bei Großbauvorhaben, sehr kurzen Bauzeiten oder für Einsätze im Ausland sind Arbeitsstudien an Modellen im Maßstab 1:1 oft wertvolle Hilfen. Beispiel für die Ermittlung von Aufwandswerten aus Nachkalkulationen: 400 m² Deckenschalung (Raumhöhe 3,0 m, Schaltische) wurden in 5 Arbeitstagen (1 Woche) mit 8 Mann bei 8,5 h-Schicht ein- und ausgebaut. Gefragt ist nach dem Aufwandswert wA (Arbeitsstunden/m²) und dem Leistungswert lA (Stundenleistung/Arbeiter). Allgemein gilt: wA =

A⋅d⋅T [Ah / VE] V

1A = 1/wA [VE/Ah] A = Ah = d = T = V = VE =

(58)

(59)

Anzahl der Arbeitspersonen Arbeitsstunden Arbeitstage [AT] tägliche Arbeitszeit [h/AT] Produktmenge Mengeneinheit (m³, m², m, t)

Eingesetzt ergibt sich damit der Aufwandswert zu 8 Mann ⋅ 5 AT ⋅ 8,5 h / AT 340 Ah wA = = 0,85 [Ah/m²] = 400 m ² 400 m ² und der Leistungswert zu 1 Mann lA = = 1,18 [m²/Ah] 0,85 Ah / m ² Die Leistungswerte von Maschinen in Mengenleistungseinheiten/h oder AT ergeben sich aus ihrer Grundleistung und den Produktionsbedingungen. Für den Erdbau ist die Leistungsermittlung von Maschinen in den Abschn. 5.3.1, 5.3.2,

11.4 Planungsschritte

547

5.3.3, 5.3.5 und im Anhang A4 bis A7; für den Betonbau in 6.3.1, 6.3.4, 6.3.5 und im Anhang A8 dargestellt. Die angesetzten Aufwands- und Leistungswerte werden abschließend in die Vorgangsliste aus Schritt 3 eingetragen.

11.4.2.5 Schritt 5: Ermittlung des verfügbaren Potentials Im 5. Schritt wird das im Betrieb für den Auftrag verfügbare Potential an Arbeitskräften und Maschinen ermittelt. Damit können im nächsten Schritt die Vorgangsdauern berechnet werden.

11.4.2.6 Schritt 6: Berechnung der Vorgangsdauern Hierzu sind zunächst einige weitere Grundbegriffe der Ablaufplanung zu erläutern. Baufortschritt und Arbeitsgeschwindigkeit Der Baufortschritt ist die mittlere Tagesleistung einer Arbeits- oder Maschinengruppe in Mengeneinheiten. Er ergibt sich zu cm =

V d

[VE/AT]

(60)

V = Produktmenge eines Vorganges in Mengeneinheiten d = Betriebstage Daraus ergibt sich die mittlere Arbeitsgeschwindigkeit (Stundenleistung) zu vm =

cm V [VE / h ] , = T d⋅T

T = tägliche Arbeitszeit [h]

(61)

Gliederung der Schichtzeit Infolge äußerer (Standort- und Umweltbedingungen einer Baustelle, Witterung) und innerbetrieblicher Einflüsse (Organisationsmängel, größere Maschinenstörungen) mit z.T. stochastischem Charakter lassen sich Schwankungen des Baufortschritts bzw. der Arbeitsgeschwindigkeit nicht vermeiden. Die erforderlichen Leistungen der Maschinen und Arbeitsgruppen sind deshalb auf eine Arbeitsgeschwindigkeit vmax auszulegen, die größer ist als jene, die sich aus der nach Gl. 61 errechneten mittleren Arbeitsgeschwindigkeit ergibt. Diese kann als Dauerleistung über einen längeren Zeitraum bzw. über die gesamte Bauzeit nur erreicht werden, wenn diese Schwankungen pauschal als Betriebszeitbeiwert (k) in der Ablaufplanung berücksichtigt werden (Bild 11.11). Wie aus Bild 11.10 und 11.11 hervorgeht, setzt sich die Schichtzeit einer Baustelle oder eines Teilbetriebes aus verschiedenen Teilzeiten zusammen. Innerhalb der Schichtzeit sind zunächst die Produktionszeit und Rüstzeiten zu unterscheiden,

548

11 Ablaufplanung

die vereinfacht am Anfang und Ende der Schicht dargestellt sind. Die Produktionszeit besteht aus der Leistungszeit sowie stochastisch auftretenden endogenen und exogenen Ausfallzeiten. Die volle Produktionsleistung des Potentials wird nur während der Leistungszeit erbracht, in der die einzelnen Vorgänge ungestört ablaufen. Um die der Ablaufplanung zugrunde zu legende Soll-Leistung im Dauerbetrieb zu erreichen, muss die mögliche Leistung einer Arbeitsgruppe, Maschine oder Maschinengruppe auf die Arbeitsgeschwindigkeit vp, ihre Maximalleistung bei störungsfreiem Betrieb auf vmax ausgelegt werden. In Bild 11.11 entspricht dies der Ablaufgeraden BC. In den Leistungsgleichungen der Maschinen bei den einzelnen Bauverfahren ist dieser Sachverhalt dadurch berücksichtigt, dass für die Dauerleistung die technische Leistung um einen Betriebszeitbeiwert (k) abgemindert wird. Dieser berücksichtigt die unvermeidbaren Rüstzeiten und die Ausfallzeiten T2 und T3 im Dauerbetrieb. Dabei sind T2 und T3 wie vm, vp und vmax als Mittelwerte über die gesamte Produktionszeit eines Teilbetriebes aufzufassen.

Bild 11.10: Vereinfachte Gliederung der Schichtzeit in der Bauproduktion (1)

11.4 Planungsschritte

549

Bild 11.10: Vereinfachte Gliederung der Schichtzeit in der Bauproduktion (2)

Beim Ablauf der Vorgänge ist es deshalb sehr wichtig, die Rüstzeiten und die Ausfallzeiten T2 und T3 durch Arbeitsvorbereitung, Umsicht, laufende Kontrolle und Steuerung so niedrig wie möglich zu halten. Darin liegt neben der Qualitäts-, Termin- und Kostenkontrolle eine der Hauptaufgaben der Bauleitung.2 Bei Arbeits- und Maschinengruppen (Arbeitsketten) können Rüstzeiten durch zeitlich verschobenen Schichtbeginn einzelner Untergruppen reduziert bzw. vermieden werden. Die Darstellung in Bild 11.10 und 11.11 stellt eine vereinfachte, für den Baubetrieb brauchbare Zeitgliederung dar. Eine genauere Gliederung nach REFA für 2

s. auch [11.6], S. 83–86 u. 207 ff.

550

11 Ablaufplanung

Arbeitskräfte und Betriebsmittel ist in Bild 11.12 dargestellt (vgl. hierzu Bild 6.46 und 6.47). Für die Ablaufplanung der Stufe 2 ist diese Zeitgliederung ohne Bedeutung.

Bild 11.11: Erforderliche Arbeitsgeschwindigkeit von Maschinen

Ermittlung der Vorgangsdauern bzw. des erforderlichen Potentials (Menge an produktiven Faktoren, Anzahl an Arbeitskräften und Maschinen) Aus Gl. (58) und (61) ergibt sich die erforderliche Anzahl an Arbeitskräften für einen Vorgang zu A = wA · v m = w A ·

cm wA ⋅ V = T d⋅T

(62)

11.4 Planungsschritte

Bild 11.12.1: Ablaufgliederung (Analyse der Ablaufarten) bezogen auf Arbeitskräfte

Bild 11.12.2: Ablaufgliederung (Analyse der Ablaufarten) bezogen auf Betriebsmittel Bild 11.12: Ablaufgliederung für Arbeitskräfte und Betriebsmittel nach REFA [11.1]

551

552

11 Ablaufplanung

Daraus folgt die Dauer eines Vorganges zu d=

wA ⋅ V A⋅T

[Arbeits- bzw. Betriebtage]

(63)

V = Produktmenge des Vorgangs T = tägl. Arbeitszeit in h (bei 1-Schicht-Betrieb = Schichtzeit) Hierzu einige Beispiele: Beispiel 1: 160 m³ Beton sind in 8 h bei wA = 0,5 Ah/m³ einzubringen. Gesucht ist die erforderliche Anzahl an Arbeitskräften (A). Nach Gl.(62) ist A =

wA ⋅ V 0,5 ⋅160 = = 10 Mann d ⋅T 1⋅ 8

Beispiel 2: 300 t Bewehrung (Rundstahl) sind in 10 h-Schicht mit einer aus 8 Mann bestehenden Kolonne bei wA = 12 Ah/t einzubauen. Wie lange dauert der Vorgang? Nach Gl.(63) ist d =

wA ⋅ V 12 ⋅ 300 = = 45 AT = 2,25 Mt. A ⋅T 8 ⋅10

Werden Aufwandswerte aus Nachkalkulationen übernommen, enthalten sie i.d.R. den gesamten Stundenaufwand einer Teilleistung. Sollen damit die erforderlichen Arbeitskräfte ermittelt werden, ist zu beachten, ob die gesamte Teilleistung auf der Baustelle oder z.T. in stationären Betriebsstätten erbracht werden soll bzw. ob im Leistungslohn gearbeitet wird. Ist dies der Fall, ist bei der Ermittlung der Arbeitskräfte der volle Aufwandswert um die außerhalb der Baustelle anfallenden bzw. um die durch den erwarteten Akkordüberverdienst entfallenden Arbeitsstunden zu reduzieren. Für die Bestimmung der erforderlichen Anzahl an Maschinen bzw. Geräten gleicher Leistung gilt sinngemäß das gleiche. Aus den Gleichungen (60) und (61) folgt: n=

vm [Stck.] Qn1

d=

Qn1 = Nutzleistung einer Maschine [VE/h]

V V V V [AT] = = = cm vm ⋅ T Qn ⋅ T n ⋅ Qn1 ⋅ T

Qn = Nutz- bzw. Dauerleistung [VE/h] der erforderlichen Maschinen = n · Qn1 [VE/h] T = tägl. Arbeitszeit [h]

(64)

(65)

11.4 Planungsschritte

553

Beispiel 3: Erdbewegung mit vm = 600 fm³/h bei Qn1 = 210 m³/h (Radlader). n = ? vm 600 = = 2,85 ž 3 Stck. Nach Gl. (64) ist n = Qn1 210 Beispiel 4: 15.400 m³ Boden (Bkl.3-5) aus Baugrube im Trockenen ausheben (Lösen und Laden) in 8 h-Schicht bei Qn = 80 fm³/h (1 Bagger). d = ? Nach Gl.(65) ist d =

V V 15.400m ³ = = ≅ 24 [AT] Qn ⋅ T n ⋅ Qn1 ⋅ T 1 ⋅ 80 m ³ / h ⋅ 8 h / AT

Die berechneten Vorgangsdauern werden ebenfalls in die Vorgangsliste nach Schritt 3 eingetragen. Im 6.Planungsschritt wurde bisher davon ausgegangen, dass für das verfügbare Potential (Schritt 5) die Produktionsdauern zu ermitteln sind. Werden dagegen bei vorgegebener Bauzeit die Dauern der Hauptleistungen in einem ersten Durchgang überschlägig ermittelt (geschätzt), ist dafür das erforderliche Potential zu bestimmen. In diesem Fall werden die Planungsschritte (5) und (6) sinngemäß vertauscht (Schritte 5a und 6a als Variante in Bild 11.4). Hierzu noch einige Bemerkungen: Die Arbeitsmenge AM für einen Vorgang ergibt sich bei konstantem zeitlichem Einsatz des erforderlichen Potentials zu AM = Qi ž T

(Bild 11.13)

(66)

Laufen mehrere Vorgänge mit gleichartigem Potentialbedarf (Arbeitskräfte) zeitlich überlagert ab, ergibt sich das insgesamt erforderliche Potential durch Aufsummieren der auf die Zeiteinheit bezogenen Potentialeinheiten (bspw. Arbeiterstandskurve, Bild 11.14). Daraus folgt, dass sich Vorgangsdauer und Potentialeinsatz direkt proportional zueinander verhalten. Der Geltungsbereich dieser Relation wird eingeschränkt durch die je Vorgang minimal oder maximal einsetzbare Größe des Produktionsapparates (Potentialmenge).

Bild 11.13: Arbeitsmenge für einen Vorgang [11.1]

554

11 Ablaufplanung

Bild 11.14: Beispiel für ein Histogramm

Die Maximalgröße Qi max ist als relative Grenzgröße dadurch definiert, dass ein Zuwachs darüber hinaus keinen Zuwachs an Leistungsvermögen hervorbringen kann. Wird Qi max überschritten, sinkt die Produktivität; die Kosten der Produkteinheit steigen an. Die Minimalgröße Qi min ist die absolute Grenzgröße und i.a. dadurch definiert, dass der Produktionsapparat nicht mehr teilbar ist (1 Bagger, 1 Kolonne als kleinste Einheit). Ist das erforderliche Leistungsvermögen kleiner als das mit der Minimalgröße erreichbare Leistungsvermögen, spricht man von Intensitätsanpassung, die kostensteigernd wirkt. Demnach kann Proportionalität zwischen Zeit und Potentialeinsatz, wie in Bild 11.15 dargestellt, nur in einem gewissen Rahmen zwischen Qi min und Qi max bestehen. Im Beispiel des Abschn. 11.2 (Bild 11.1) wurde diese Einschränkung bereits erwähnt.

Bild 11.15: Zusammenhang zwischen Potentialeinsatz und Kosten [11.1]

11.4 Planungsschritte

555

11.4.2.7 Schritt 7: Einsatzzeit des Potentials und vorläufiger Ablaufplan Im nächsten (7.) Schritt wird die Lage der Vorgänge im Zeitablauf terminiert. Dazu werden unter Berücksichtigung ihrer Ablaufbedingungen (Reihenfolge, Folgezeiten, Verknüpfungen, technische Randbedingungen und vorgegebene Zwangspunkte (Zwischentermine)) die Vorgänge mit ihren Dauern im Zeitmaßstab aufgetragen. Reihenfolge, Folgezeiten, Ablauffolgen und Vorgangsdauern gehen aus der Vorgangsliste hervor. Diese Terminberechnung wird i.d.R. mit EDVUnterstützung vorgenommen [11.1]. Beispiele von Arbeitsverzeichnissen (Vorgangslisten) sind im Auszug in Bild 11.16 und 11.17 dargestellt.

Bild 11.16: Auszug aus einem Arbeitsverzeichnis für einen Straßenbau [11.1]

556

11 Ablaufplanung

Bild 11.17.1: Arbeitsverzeichnis für die Bauzeit-Grobplanung (Die Sollstunden sind – für Arbeiten, die außerhalb der Baustelle durchgeführt werden, um 10% vermindert – der Angebotskalkulation entnommen)

11.4 Planungsschritte

557

Bild 11.17.2: Arbeitsverzeichnis für die Feinplanung des Baubeginns Bild 11.17: Arbeitsverzeichnis für eine Bauzeit-Grobplanung und eine Feinplanung ab Baubeginn bei einem Stahlbetonbau [11.1]

558

11 Ablaufplanung

Um den Umfang der Baustelleneinrichtung ermitteln zu können, wird diese Darstellung um die für die einzelnen Vorgänge im 5. bzw. 6. Schritt ermittelte Anzahl an Arbeitskräften sowie das erforderliche Gerät (Schalung) und die Hauptbaustoffe (Konstruktionsbeton) ergänzt (s. Bild 11.2, 11.21und Anhang 11). Für Großgerät wird ein Geräteeinsatzplan aufgestellt. Diese Potentialganglinien zeigen, ob das erzeugte Ablaufmodell die Randbedingungen eines wirtschaftlich optimalen Ablaufs erfüllt. Damit erhält man einen vorläufigen Ablaufplan. Für diese (erste) Darstellung eines Bauablaufs wird häufig ein Balkenplan gewählt, bei Streckenbaustellen auch ein Weg-Zeit-Diagramm. Für einen Hochbau ist die erste Fassung eines solchen Ablaufplans in Bild 11.18 dargestellt (weitere Beispiele siehe Abschn. 11.8 und [11.1]).

Bild 11.18: Bauzeit-Grobplan für einen Stahlbetonbau, 1. Versuch [11.1]

11.4.2.8 Schritt 8: Baustelleneinrichtung Wenn die Ablaufplanung zu einem vorläufig befriedigenden Ergebnis geführt hat, wird als weiterer (8.) Schritt die Baustelleneinrichtung festgelegt. Sie wird eben-

11.4 Planungsschritte

559

falls schon parallel mit der Ablaufplanung erarbeitet, kann jedoch erst abgeschlossen werden, wenn aus dem Ablaufplan der endgültige Potentialeinsatz bekannt ist. Auf Einzelheiten der Baustelleneinrichtung gehe ich in einem weiteren Abschnitt (11.6) ausführlicher ein.

11.4.2.9 Schritt 9: Leistungs- und Kapazitätsabstimmung Ein vorläufiger Ablaufplan nach Schritt 7 und 8 wird die geforderten Randbedingungen wie Einhalten der vorgegebenen oder beabsichtigten Bauzeit, gleichmäßiger Potentialeinsatz oder Kostenminimum i.d.R. noch nicht erfüllen. Dazu bedarf es dann in einem weiteren Planungsschritt einer Leistungs- und Kapazitätsabstimmung. Häufig werden abschließend auch die vorgesehenen Verfahren und Varianten nochmals miteinander verglichen. Um Störungen des geplanten Ablaufs soweit als möglich auffangen zu können, sollten – wenn es die Baustelle zulässt – im 9. Planungsschritt zu dem geplanten Ablauf Ausweichmöglichkeiten untersucht und dargestellt werden [11.1]. Für einen kostenoptimalen Ablauf wird außerdem jeder Betrieb versuchen, gleichartige Teilvorgänge in verschiedenen Bauabschnitten nicht parallel oder mit Unterbrechungen, sondern nacheinander durch dieselbe Arbeitsgruppe in einer Fertigungsstraße zu vollziehen. Bei größeren Bauvorhaben kann die Bauzeit evtl. über die Herstellungsreihenfolge der einzelnen Bauteile beeinflusst werden. Die Optimierung des vorläufigen Ablaufmodells mit dem Ziel einer rationellen Produktion kann somit über 3 Wege erreicht werden: − durch Einrichten von Fertigungsstraßen, − durch Variation von Herstellungsreihenfolgen und − über eine Leistungs- und Kapazitätsabstimmung. Häufig müssen alle diese Möglichkeiten versucht werden, um das Ziel zu erreichen. Ein einfaches Beispiel für das Einführen von Fertigungsstraßen beim Bau einer Dreifeldbrücke wurde von Burkhardt dargestellt ([11.1], s. Abschn. 11.8.4). Über die Variation von Herstellungsreihenfolgen gibt es umfangreiche Literatur. Einen Überblick und Anwendungsmöglichkeiten zur Optimierung des Ablaufs von Flächen- und Punktbaustellen bietet die Untersuchung von Hübner [11.1]. Zum Problem der Leistungs- und Kapazitätsabstimmung werden die Möglichkeiten des Potentialeinsatzes kurz aufgezeigt. Dabei sind 4 Fälle zu unterscheiden. a) Einsatz einer Arbeitsgruppe (Fall 1 und 2): Allgemein gilt A= d=

wA ⋅ V d⋅T wA ⋅ V A⋅T

(Gl. 62) bzw. (Gl. 63)

560

11 Ablaufplanung

Setzt man wA · V = W (erforderliche Arbeitsstunden für einen Vorgang), vereinfacht sich Gleichung (63) zu W (67) d= [Arbeitstage] A⋅T Fall 1: A gegeben (Arbeitsgruppe) d frei wählbar n W wobei W = ∑ wAi ž Vi d= d⋅T i (erforderlicher Zeitaufwand für alle (n) vorkommenden Teilvorgänge) Hierzu ist ein Beispiel für 4 aufeinander folgende Vorgänge mit verschiedenem Aufwand in Bild 11.19 dargestellt. Die Zahl der Arbeitskräfte in der Gruppe ist konstant, die Dauer der Vorgänge (Verrichtungen) variiert. Unter der Voraussetzung, dass die Mannschaft für alle Tätigkeiten in den 4 Vorgängen qualifiziert ist (Mischkolonne), werden diese von der Arbeitsgruppe nacheinander ausgeführt. Fall 2: d gegeben (Bauzeit bzw. Teilbauzeiten d1 bis d4) A gesucht W (Anzahl der Arbeitskräfte) A= d⋅T Für die gleichen 4 Vorgänge wie im Fall 1 ist dieser Sachverhalt ebenfalls in Bild 11.19 dargestellt. Voraussetzung ist auch hier eine ausreichende Qualifikation der Mannschaft. Wegen der vorgegebenen Teilzeiten d1 ÷ d4 variiert jetzt bei gleichem Produktionsumfang wie im Fall 1 in den einzelnen Vorgängen die Zahl der Arbeitskräfte (ungünstig). Der gleichmäßige Einsatz einer Arbeitsgruppe (A = konst.) ist somit nicht mehr möglich. Die Gesamtbauzeit ist in diesem Beispiel um Δ Z kürzer als im Fall 1, die (variable) Anzahl der Arbeitskräfte dafür entsprechend höher. Anwendungsformen von Fall 1 und Fall 2: − bei Bauvorhaben kleineren Arbeitsumfangs (wenn bei nicht zu eng begrenzter Bauzeit alle Vorgänge von einer Arbeitsgruppe nacheinander ausgeführt werden können), − wenn die technologisch bedingte Reihenfolge der Vorgänge und begrenzter Bauraum einen anderen Arbeitsablauf nicht zulassen (bspw. bei schwierigen Gründungen: Aushub – Anker bohren, setzen und injizieren usw.), − bei Taktarbeit, wenn die Kolonne nicht nur einen, sondern mehrere Vorgänge je Bauabschnitt auszuführen hat. Z1 im Fall 1 wäre dann die Taktzeit. b) Einsatz von 2 oder mehreren Arbeitsgruppen: Hierbei sind ebenfalls 2 Fälle zu unterscheiden (Fall 3 und 4):

11.4 Planungsschritte

561

Bild 11.19: Potentialeinsatz und Bauzeit für Fall 1 und 2

Fall 3: Allgemeiner Fall (ungeordneter bzw. loser Ablauf) Im Prinzip wie Fall 2, die einzelnen Vorgänge werden jedoch von jeweils eigenen Arbeitsgruppen (Fachkolonnen) vollzogen (bspw. Mauer-, Schal-, Bewehrungs-, Betonkolonne). Die Arbeitskräfte brauchen nur für die jeweilige Teilarbeit qualifiziert zu sein.

562

11 Ablaufplanung

Für 4 Vorgänge ist dieser Fall in Bild 11.20 dargestellt. Es stellt den Einsatz der Arbeitsgruppen zunächst als Balkenplan, darunter als V/Z-Diagramm dar. Dazu ist die Arbeiterstandskurve aufgetragen. Diese zeigt zunächst einen sehr ungünstigen Verlauf (Sprünge).

Bild 11.20: Potentialeinsatz und Bauzeit für Fall 3

11.4 Planungsschritte

563

Der aufeinander folgende, sich wie dargestellt überlappende Einsatz der Arbeitsgruppen ist zunächst so vorgesehen, dass zwischen den Vorgängen 3 und 4 die Folgezeit (f3) größer ist als die kritische Annäherung (geringst mögliche Folgezeit). Eine Verbesserung zeigt Bild 11.21.

Bild 11.21: Verbesserter Potentialeinsatz mit Bauzeitverkürzung um ΔZ für Fall 3

564

11 Ablaufplanung

Für einen angenäherten Ausgleich (gleichmäßigerer Verlauf der Arbeiterstandskurve, Fertigungsstraße für die Teilvorgänge 1 und 4) wäre für einen Teil der Belegschaft wieder eine Qualifikation für mehrere Tätigkeiten erforderlich. Die Darstellung in Bild 11.21 zeigt noch keinen optimalen Ablauf. Durch f3 min < f3 ergibt sich eine Bauzeitverkürzung um ΔZ.Fall 4: Fließfertigung bzw. Taktarbeit Die optimale Bedingung eines rationellen Bauablaufs ist bei einem Ablauf nach Fall 3 noch nicht erfüllt (gleichmäßiger kontinuierlicher Einsatz des Potentials mit geringst möglichen Folgezeiten). Nur dadurch ergeben sich die geringst möglichen Produktionskosten bei minimaler Bauzeit. Diese Kriterien werden nur durch Fließfertigung bzw. Taktarbeit erfüllt (Bild 11.8 und 11.22). Damit wird ein kontinuierlicher und gleichmäßiger Ablauf der einzelnen Vorgänge erreicht. Die Anzahl der Arbeitskräfte in den einzelnen Arbeitsgruppen ist nach Gl. (62) auf den dafür erforderlichen Arbeitsfortschritt abzustimmen; das gleiche gilt für die Maschinenleistungen und das erforderliche Gerät (Schalung und Rüstung).

Bild 11.22 Potentialeinsatz und Bauzeit für Fall 4, Ablauf in Taktarbeit (Stufenprozess, 2 Bauabschnitte/Geschoss, Wände mauern – Decken schalen, bewehren und betonieren, Gebäudekerne vernachlässigt)

11.5 Fließfertigung und Taktarbeit

565

Wegen seiner Bedeutung für einen rationellen, wirtschaftlich optimalen Bauablauf gehe ich auf dieses arbeitsorganisatorische Ablaufprinzip und die für seine Planung erforderlichen Möglichkeiten der Leistungs- und Kapazitätsabstimmung im nächsten Abschnitt (11.5.7) ausführlicher ein. Im einzelnen sind Verfahren und Beispiele zur Grob- und Feinplanung von Bauabläufen in der Literatur dargestellt [11.1]. Ergibt im 9. Schritt die Leistungs- und Kapazitätsabstimmung beim ersten Durchgang noch kein brauchbares Ergebnis, sind in weiteren Schritten so lange Verbesserungen vorzunehmen, bis ein akzeptabler optimaler Ablauf erreicht worden ist [11.1, s.a. Abschn. 11.8.4, Netzplantechnik]. Die für den Bauablauf akzeptierte letzte Fassung des Ablaufmodells ergibt dann das Ablaufsystem. Dieses Ablaufsystem ist abschließend für die Bauleitung und Kontrolle aufzubereiten. Dafür werden – wie schon erwähnt – den im Ablaufplan dargestellten Vorgängen (Leistungs- bzw. Basispositionen) die im letzten Durchgang ermittelten Einsatzmittel (Mannschaft, Maschinen und Geräte, Hauptbaustoffe), Kosten und Preise zugeordnet. Dadurch erhält man neben dem Zeitablauf der Vorgänge noch Gang- und Summenlinien für Stunden, Lohn-, Geräte-, Stoff-, Fremdleistungs-, Gemeinkosten und Umsätze (Anhang A12). Zusammen mit dem endgültigen Ablauf- und Baustelleneinrichtungsplan bilden diese Informationen das Produktionsmodell der Baustelle und damit die Vorgaben für die Ablaufkontrolle und -steuerung. Für einen zusammenfassenden Überblick über das Vorgehen beim Entwurf eines Planungsmodells für einen Bauablauf sind in Anhang 13 die Zyklen der Modelldefinition und der Ablaufplanung und -überwachung nochmals vereinfacht dargestellt.

11.5 Fließfertigung und Taktarbeit 11.5.1 Fließfertigung in der stationären Industrie In der stationären Industrie wird seit Jahrzehnten maschinell produziert. Das Fertigungsverfahren im arbeitsorganisatorischen Sinne, das dort zum optimalen Einsatz der Maschinen und Arbeitskräfte und damit zum Kostenminimum geführt hat, ist die Fließfertigung. Es lag daher nahe, bei zunehmendem Maschineneinsatz in den Baubetrieben dieses Prinzip auch in der Bauproduktion anzuwenden. Vereinzelt wurde dies schon in den dreißiger Jahren und noch früher mit Erfolg praktiziert. Dagegen wurde immer wieder eingewendet, dass sich die Produktionsbedingungen im Baubetrieb von der Fertigung in stationären Fabriken grundlegend unterscheiden (siehe hierzu Abschn. 3.5, 7.1, 7.5 und [10.5]).

566

11 Ablaufplanung

11.5.2 Definitionen Fließfertigung ist Reihenfertigung mit Zeitzwang. In einer Fließreihe der stationären Industrie sind die Arbeitsstationen aufeinander folgend in einer Reihe angeordnet. Die zu bearbeitenden oder zu montierenden Werkstücke werden wie auch immer in bestimmten Zeitintervallen (Taktzeit) von Arbeitsstation zu Arbeitsstation bewegt. Innerhalb dieser Zeitspanne müssen an den Arbeitsstationen die Arbeitsoperationen vollzogen werden. In der Bauproduktion ist die Situation umgekehrt. Das „Werkstück“, das Bauwerk als Ganzes (oder einzelne Bauteile bzw. Bauelemente), ist unbeweglich (ortsgebunden). Zu seiner Herstellung bewegen sich die Arbeitsgruppen, -kräfte oder Maschinen ebenfalls in einem bestimmten Rhythmus über das geplante und damit Zug um Zug entstehende Bauwerk hinweg und vollziehen dabei die einzelnen Arbeitsvorgänge. Eine Ausnahme bildet die Plattenfertigung in Stahlbeton-Fertigteilwerken (Bild 7.3). Der Ablauf von Streckenprozessen, bspw. die Herstellung von Straßendecken oder Erdarbeiten, für die aus der Planung keine eindeutigen Bauabschnitte vorgegeben sind, wird in der Bauproduktion auch als Fließfertigung bezeichnet. Im Gegensatz dazu sprechen wir bei Stufenprozessen, wie bspw. Geschossbauten, für die sich Bauabschnitte eindeutig abgrenzen lassen, von Taktarbeit. Dabei wird als Taktzeit die Dauer eines Teilvorgangs (oder einer Vorgangsgruppe) bezeichnet, der innerhalb gleicher, sich wiederholender Bauabschnitte kontinuierlich durch eine Arbeitsgruppe oder Maschine in einem Bauabschnitt vollzogen wird (t in Bild 11.22). Die Durchlaufzeit aller Teilvorgänge innerhalb eines Bauabschnitts wird als Abschnittszeit definiert (a in Bild 11.22). 11.5.3 Unterschiede zwischen der Fertigung in der stationären Industrie und in Baubetrieben Worin unterscheidet sich die Bauproduktion i.W. von der Fertigung in stationären Industriebetrieben? Zunächst ist die Mehrzahl der Bauobjekte unbeweglich und standortgebunden (standortgebundene Auftragsfertigung). Nicht das Erzeugnis wechselt seinen Ort, sondern die Betriebsstätte. Der häufige Ortswechsel der Baustelleneinrichtung und der Betriebsmittel erfordert daher leicht umsetzbare Maschinen und Geräte. Der Baubetrieb muss sich stets neu an die wechselnden Standortbedingungen einer Produktionsstätte anpassen. Zweitens ist der weitgehende Einfluss des Auftraggebers zu nennen. Die Qualität des Produkts, die zu verwendenden Baustoffe, der Produktionsumfang und die Ausführungsfristen werden vom Auftraggeber bestimmt. Er nimmt außerdem das Recht für sich in Anspruch, zu jeder Zeit Änderungen in der Konstruktion vorzunehmen und in den Bauablauf einzugreifen. Dadurch ist nur eine relativ kurzfristige Fertigungsplanung und -steuerung möglich.

11.5 Fließfertigung und Taktarbeit

567

Drittens ist (mit Ausnahme der Fertigteilproduktion in stationären Werken und bei eingehausten Bauvorgängen) ein Bauablauf Witterungseinflüssen ausgesetzt. Darin liegt ein zeitlich unvorhersehbarer Störfaktor. Weitere Unterscheidungsmerkmale zur stationären Industrie sind: − eine Großserienfertigung ist nur in wenigen Fällen möglich, denn nahezu jedes Bauwerk ist anders. Dies gilt jedoch nur bedingt, denn viele Teilvorgänge werden sich bei der Herstellung gleichartiger Bauwerke kaum von einem zum anderen Bauwerk unterscheiden. Damit ist die mehrfache Wiederholung gleicher Arbeitsoperationen möglich (bspw. Straßendeckenbau und Gleisbau bei Neubaustrecken (feste Fahrbahn)) − es gibt kein längerfristiges Produktionsprogramm für den einzelnen Betrieb. Der Produktionsumfang hängt vom Erfolg bei Ausschreibungen einzelner Bauwerke ab. Die Bauindustrie ist eine auftragsorientierte Bereitschaftsindustrie, − nicht immer sind die Bauvorhaben fertigungsgerecht konstruiert, denn die Konstruktion liegt oft in anderen Händen als die Ausführung. Dieser Punkt entfällt, wenn Firmen den Auftrag für eigene konstruktive Sondervorschläge erhalten, der Auftraggeber erfahrene Büros mit der Planung und Konstruktion beauftragt und bei Generalunter- und -übernehmerverträgen, bei welchen dem Unternehmer die Ausführungs- bzw. die gesamte Bauwerksplanung übertragen ist. Dazu kommen häufig als weitere Störfaktoren Unsicherheiten in den Daten der Ablaufplanung wie ungenügende oder nicht hinreichende Bodenaufschlüsse, Grundwasserschwankungen, Verkehrsbehinderungen (sie beeinflussen die Aufwandswerte und die Maschinenleistungen), verzögerte Planbeistellung seitens des Auftraggebers (bspw. bei baubegleitender Planung) oder unsichere Angaben über die bauseitige Freigabe des Bauraums. Oft weiß der Baubetrieb bei der Kalkulation nicht, in welcher Jahreszeit die Arbeit ausgeführt werden muss. Im einzelnen sind diese und weitere Unterscheidungsmerkmale (Strukturprobleme) in der genannten Literatur ausführlich dargelegt (siehe Abschn. 3.5.3). 11.5.4 Voraussetzungen für einen Bauablauf in Fließfertigung bzw. Taktarbeit Können unter diesen Umständen Fließfertigung und Taktarbeit in der Bauproduktion überhaupt angewendet werden? Da ein Baubetrieb kein fest umrissenes Produktionsprogramm aufstellen kann, lässt sich der Arbeitsablauf nur für einen bestimmten Bauauftrag einrichten. Für diesen Auftrag ist aber der Produktionsumfang eindeutig bestimmt. Viele Bauwerke des Hochbaus wie Wohngebäude, Hotels, Krankenhäuser, Verwaltungsgebäude, Schulen und Universitätsbauten sowie Ingenieurbauwerke wie Tunnel, U-Bahnschächte, Brücken oder Straßen lassen sich ganz oder teilweise in gleiche oder gleichartige Bauabschnitte und damit Fertigungseinheiten gleichen oder nahezu gleichen Arbeitsumfangs aufteilen. Dadurch wird die häufige Wiederholung gleicher oder nahezu gleicher Arbeitsgänge, also eine Serienfertigung, möglich.

568

11 Ablaufplanung

Gegenüber stationären Betrieben sind Baubetriebe dadurch im Vorteil, als jede Betriebsstätte den besonderen Bedingungen eines Bauwerks angepasst werden kann. Einige Voraussetzungen für die Anwendung von Fließfertigung oder Taktarbeit sind damit auch in der Bauproduktion gegeben. Folgende Voraussetzungen sind dagegen zunächst nicht oder oft nicht hinreichend erfüllt: − ein störungsfreier Bauablauf, vor allem wegen Witterungseinflüssen, − keine Planänderungen während der Bauausführung, − rechtzeitig getroffene Entscheidungen des Auftraggebers oder seiner Beauftragten, − eine eingehende Ablaufplanung, da dem Betrieb häufig nur sehr kurze Zeitspannen für Angebotsbearbeitung und Arbeitsvorbereitung gewährt werden. Von diesen Voraussetzungen lässt sich durch Verständnis seitens der Auftraggeber ein wesentlicher Teil hinreichend erfüllen. Dies sind − ein ausreichender Planungsvorlauf, um Änderungen während der Bauzeit zu vermeiden (Planung der Planung), − rechtzeitig getroffene Entscheidungen und − ausreichende Zeitspannen für Angebot und Arbeitsvorbereitung. Bis auf wenige Punkte wie Einfluss der Witterung und standortbedingte Unsicherheiten (bei Arbeiten unter Verkehr oder wechselnden Wasserständen) können somit auch im Baubetrieb die Voraussetzungen für eine dem Idealfall angenäherte (modifizierte) Fließfertigung erfüllt werden. Normalgeschosse von Hochbauten und Ingenieurbauwerke (Brücken, U-Bahnstrecken) können – wie die Praxis zeigt – in Taktarbeit, Straßendecken in Fließfertigung hergestellt werden. Auch bei Ausbauarbeiten ist Taktarbeit möglich [9.3, 9.4, 11.1]. Ein störungsfreier Bauablauf ist dagegen die Ausnahme. Die Regel sind Abweichungen von diesem Idealfall, an die sich die Betriebe durch Leistungsabstimmung, Zeitpuffer und/oder Beschäftigungsschwankungen anpassen müssen. Ein Bauablauf kann daher nur in einer modifizierten Form des theoretischen Idealfalls einer Fließfertigung bestehen. Der Anwendung dieser modifizierten Form als optimales Ablaufmodell steht aber – wie die Praxis der vergangenen Jahre gezeigt hat – nichts im Wege. 11.5.5 Merkmale eines Bauablaufs in Fließfertigung/Taktarbeit Durch welche Merkmale ist ein derartiger Bauablauf gekennzeichnet und wie geht man bei der Ablaufplanung vor? Wie im Schema der Ablaufplanung dargestellt (Bild 11.4), wird das Bauwerk – oder der für Fließ- bzw. Taktarbeit geeignete Teil – zunächst in gleich oder nahezu gleich große Bauabschnitte aufgeteilt, die sich in der Regel aus seiner konstruktiven Gliederung ergeben. Jeder dieser Bauabschnitte (Teil einer Geschossebene, Hallenfeld, Betonierabschnitt) sollte so groß sein, dass eine Arbeitsgruppe wenigstens eine volle Schicht braucht, um ihren Teilvorgang in diesem Abschnitt zu

11.5 Fließfertigung und Taktarbeit

569

vollziehen. Andererseits sollten die Bauabschnitte nicht zu groß sein, da sich sonst sehr lange Taktzeiten und eine längere Bauzeit ergeben (Bild 11.23). Die Entscheidung hierüber sollte über einen Kostenvergleich getroffen werden. Dann wird im nächsten Schritt ebenfalls der Herstellungsprozess in Teilprozesse gegliedert, wobei wiederum die unterste Stufe dieser Gliederung die Teil- oder Elementarprozesse bilden, die durch eine Maschine oder Arbeitsgruppe vollzogen werden. Auch die weiteren Ablaufschritte (3 ÷ 7) laufen wie in Bild 11.4 ab. Der Unterschied zur allgemeinen Ablaufplanung liegt im Festlegen gleich langer Taktzeiten für die wesentlichen Teilvorgänge bei der abschließenden Leistungs- und Kapazitätsabstimmung des 9. Planungsschritts.

Bild 11.23: Einfluss der Abschnittsgröße auf die Gesamtbauzeit (für 3 Teilvorgänge bei gleichem Baufortschritt und gleichem Produktionsvolumen)

570

11 Ablaufplanung

Die Zeitspanne, die eine Arbeitsgruppe für ihren Teilvorgang (oder ihre Vorgangsgruppe) innerhalb eines Bauabschnitts braucht, bildet den Takt. Er sollte für alle Teilprozesse gleich lang sein, d.h. der Arbeitsumfang ist so auf die einzelnen Arbeitsgruppen aufzuteilen, dass jede Gruppe ihre Teilaufgabe in einem Abschnitt innerhalb eines Taktes vollzieht (Bild 11.24). Die Zeitspanne, die ein Teilbetrieb für seinen gesamten Teilprozess, d.h. für alle Produktionsabschnitte braucht, ist seine Betriebszeit. Die Produktionszeit für das gesamte Fließarbeitsfeld ergibt sich aus Gleichung (69) in Bild 11.24. Neben dieser Betriebszeit umfasst die Einsatzzeit eines Teilbetriebes noch die Zeitspannen für den Auf- und Abbau seines Produktionsapparates (Bild 11.25, oben).

(68)

(69)

Bild 11.24 Strenge Form von Taktarbeit (Fall 1) (jeder Teilbetrieb (Arbeitsgruppe) vollzieht nur einen Teilvorgang je Bauabschnitt)

Die höheren Fertigungsstufen eines Bauablaufs (Grund- und Hauptprozesse nach Bild 11.6) entstehen durch Aneinanderreihen der einzelnen Teilprozesse. Das Ablaufdiagramm einer Fließfertigung bzw. Taktarbeit ist somit durch folgende Merkmale gekennzeichnet (Bild 11.25, oben): 1. kontinuierlicher, gleichmäßiger Ablauf der einzelnen Teilprozesse ohne zeitliche Unterbrechung (jeder Teilbetrieb durchläuft pausenlos den gesamten Bauraum),

11.5 Fließfertigung und Taktarbeit

571

2. Ablauf der einzelnen Teilprozesse in räumlicher Folge, 3. Synchronablauf des Gesamtprozesses mit geringstmöglichen Folgezeiten (bei Taktarbeit entsprechen die Folgezeiten dem Takt). Bei Stufenprozessen (Geschossbauten, Bild 11.24 und 11.25) ergibt sich die räumliche Folge im Bauablauf von Geschoss zu Geschoss zwangsläufig.

Bild 11.25: Ablaufdiagramm für Fließfertigung

572

11 Ablaufplanung

Bei Streckenprozessen wie Straßen-, Kanal-, U-Bahn- oder Pipelinebauten, kommt es dagegen bei schlechter Bauvorbereitung oder außerbetrieblichen Störungen während des Bauablaufs vor, dass Teilabschnitte des Produktionsfeldes übersprungen werden müssen. Damit ist die räumliche Folge im Ablauf der Teilprozesse nicht mehr gegeben; ein wesentlicher Vorteil der Fließfertigung, das Bauzeitminimum, geht verloren (Bild 11.25 unten).

’

Bild 11.26: Koordinierung der Teilprozesse bei Fließfertigung

11.5 Fließfertigung und Taktarbeit

573

Wie bei jeder Fertigung bildet auch bei Fließfertigung ein Leitprozess (Schlüsselbetrieb) den Fertigungsengpass. Die einzelnen Teilbetriebe sind daher auf diesen Leitbetrieb abzustimmen. Dieser betriebliche Zwangspunkt ergibt sich entweder aus der begrenzten Arbeitsgeschwindigkeit einer Maschine (Mischanlage, Kran, Bagger), der optimalen Zusammensetzung einer Arbeitsgruppe, einem Engpass an Arbeitskräften bestimmter Qualifikation (Schalungskolonne) oder es ist der aufwendigste Teilbetrieb (Transportflotte), dessen möglichst ungestörter Ablauf den Fortschritt des gesamten Bauprozesses bestimmt (Bild 11.26). Unter diesen Voraussetzungen lässt sich nach Bild 11.26 (unten) die Betriebszeit (Dauer) eines Bauprozesses in Fließfertigung in einfacher Weise anschreiben. Sie beträgt n −1

Z = ZE1 + Zb1 + ∑ Zfi + ZRn

[Arbeitstage],

(70)

i

wobei n die Anzahl der Teilprozesse im Gesamtprozess bezeichnet. Daraus errechnet sich die Betriebszeit (Zb1) der einzelnen, synchron ablaufenden Teilprozesse zu n −1

Zb1 = Z – (ZE1 + ∑ Zfi + ZRa)

[Arbeitstage].

(71)

i

Mit diesen beiden Größen und den aufgrund der jeweiligen Bedingungen anzusetzenden Takt- bzw. Folgezeiten lassen sich Takt- und Fließarbeitsprozesse planen. 11.5.6 Anlaufzeit und Einarbeitungsaufwand Jede neu gebildete Produktionseinheit (Arbeits-, Maschinen-, aber auch Planungsgruppe) braucht eine bestimmte Zeitspanne, bis sich alle Beteiligten in ihre Arbeitsverrichtungen eingearbeitet haben. Während dieser Einarbeitungs- oder Anlaufzeit nimmt die Schichtleistung (Produktion) von einem geringen Anfangswert auf den Sollwert zu, während die Kosten/Mengeneinheit – reziprok dazu – von einem höheren Anfangswert auf den Sollwert abnehmen. Die Anlaufzeit ZE und die Abnahme der Arbeitskosten kAE von einem relativ hohen Anfangswert auf den Sollwert der ungestörten Ablaufphase (kAo), der sich nach Ablauf der Einarbeitungszeit einstellt, gehen aus Bild 11.27 hervor. Die dunkel angelegte Fläche drückt die Anlauf- bzw. Einarbeitungskosten kAE aus. Während der Einarbeitungsphase nehmen sowohl die Tätigkeitszeit als auch die ablaufbedingte Wartezeit und weitere Zeitverluste pro Mengeneinheit (Ausführung) ab (Bild 11.28). Diesem Zeitgewinn durch Einarbeitung überlagert sich bei Hochbauten ein Zeitverlust bei zunehmender Geschosszahl bzw. Gebäudehöhe, bedingt durch wachsende Windstärke und länger dauernde Vertikaltransporte (Bild 11.29). Aus der Anlaufzeit ZE in Bild 11.27 folgt, dass sich die normale Produktionszeit Z0 eines Teilvorgangs durch die Anlaufzeit um ΔZ verlängert. Dieser Betrag

574

11 Ablaufplanung

ist beim ersten Produktionsabschnitt am größten und nimmt bei den weiteren Bauabschnitten rasch ab. Nach Erfahrungen der letzten Jahre kann die Anlaufzeit bei eingespielten Kolonnen auf drei bis zwei Abschnitte beschränkt werden. Die Berücksichtigung der Anlaufzeit im Linien- und Balkendiagramm ist in Bild 11.30 dargestellt. Ein Beispiel zur Ermittlung der Teilbauzeit für einen Vorgang in einem Produktionsfeld für Taktarbeit – unter Berücksichtigung der Einarbeitung – geht aus Bild 11.31 hervor; die Gesamtbauzeit einschließlich vor- und nachlaufender Bereiche ohne Taktarbeit aus Bild 11.32. In Bild 11.31 sind die Einarbeitungszuschläge für die ersten Abschnitte nach [11.1] mit 60%, 30% und 10% der normalen Taktzeit (einfache Arbeit) angesetzt.

Bild 11.27: Anlaufzeit und Einarbeitungskosten eines Teilbetriebes

11.5 Fließfertigung und Taktarbeit

575

Bild 11.28: Verminderung der Tätigkeitszeit, Verteilzeit, Wartezeit und Verlustzeit durch Einarbeitung

Bild 11.29: Einarbeitungskurve bei Hochbauten [11.1]

Im Gegensatz zur stationären Industrie konnten für Teilvorgänge der Bauproduktion Anlaufkurven zwar gemessen, jedoch nicht allgemeingültig mathematisch definiert werden. Diese Untersuchungen haben jedoch ergeben, dass Anlaufzeiten und -kosten nicht vernachlässigt werden können. Bei kurzen Bauzeiten können durch die Anlaufzeit Bauablauf und Baukosten erheblich beeinflusst werden. Nach Unterbrechungen oder Störungen von Produktionsprozessen treten, wie die Erfahrung zeigt, ebenfalls wieder Anlaufzeiten und -kosten auf, wenn auch nicht so ausgeprägt wie bei der ersten Aufnahme der Produktion (Bild 11.33).

576

11 Ablaufplanung

Bild 11.30.1: im Liniendiagramm

Bild 11.30.2: im Balkendiagramm Bild 11.30: Berücksichtigung der Einarbeitung im Linien-/Balkendiagramm [11.1]

11.5 Fließfertigung und Taktarbeit

(72)

577

(siehe Bild 11.27)

Bild 11.31: Ermittlung der Teilbauzeit ZT für einen Vorgang in einem Produktionsfeld für Taktarbeit unter Berücksichtigung der Einarbeitung (nach [11.1])

578

11 Ablaufplanung

(73) Bild 11.32 Gesamtbauzeit einer Baustelle mit Taktarbeit sowie zeitlich nicht gebundenen vor- und nachlaufenden Vorgängen

Bild 11.33: Auswirkung einer Änderung der Kolonnenzusammensetzung auf eine Einarbeitungskurve

11.5.7 Leistungs- und Kapazitätsabstimmung Bei der Leistungs- und Kapazitätsabstimmung des 9. Schrittes der Ablaufplanung kommt es darauf an, die zunächst nicht übereinstimmenden Schichtleistungen der einzelnen Teilbetriebe an den Idealfall „Synchronablauf“ anzupassen bzw. bei Taktarbeit gleiche Taktzeiten zu erreichen. Hierfür gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die erste Gruppe besteht aus Betriebsformen. Dabei sind Aussetzer-, Wechsel-, Spring- und Asynchronbetriebe zu unterscheiden.

11.5 Fließfertigung und Taktarbeit

579

Ein Aussetzerbetrieb (Bild 11.34) arbeitet nur während eines Teils der möglichen Betriebszeit. In den Produktionsabschnitten wechseln Betriebs- und Leerzeiten miteinander ab. Die Arbeitsgeschwindigkeit während der Produktionszeit ist so auszulegen, dass die kritische Annäherung i-j an den vorhergehenden Teilvorgang (i) nicht unterschritten wird. Da ein kontinuierlicher Ablauf des Teilbetriebes j nicht gegeben ist, ist bei dieser Betriebsform eine Forderung für Fließarbeit nicht erfüllt. Aussetzerbetriebe sind zu vermeiden, da sie nicht gleichmäßig, sondern nur mit Unterbrechungen ihren Teilprozess vollziehen. Bei Nachunternehmerleistungen sind sie oft nicht zu umgehen, stören dann aber den optimalen Potentialeinsatz des Hauptunternehmers nicht (z.B. Aufbringen der Abdichtung bei Stützmauern, Brückenüberbauten oder erdüberdeckten Tiefgaragen). Ein Ablauf, bei dem in einem Bauabschnitt durch einen Teilbetrieb zwei (oder mehrere) aufeinander folgende Teilvorgänge vollzogen werden, die für sich relativ kurz sind, zusammen aber der Taktzeit entsprechen, wird als Wechselbetrieb bezeichnet (Bild 11.35, Vorgänge j und k). Die Ausführung der gesamten Betonarbeiten im Hoch- oder Brückenbau durch eine "Montagekolonne" (die Schalkolonne übernimmt bspw. Schalarbeiten, Bewehren, Betonieren und Vorschub der feldweise freitragenden Rüstung im Brückenbau) ist ein typischer Wechselbetrieb. Ein Beispiel eines Wechselbetriebes mit 4 Teilvorgängen als erweiterte Form von Taktarbeit ist in Bild 11.36 dargestellt.

Bild 11.34: Aussetzerbetrieb

580

11 Ablaufplanung

Bild 11.35: Wechselbetrieb

Bild 11.36: Erweiterte Form von Taktarbeit (Fall 2) (eine Arbeitsgruppe vollzieht nacheinander 4 Teilvorgänge je Bauabschnitt)

Unter einem Springbetrieb ist ein Wechselbetrieb zu verstehen, bei dem eine Kolonne ebenfalls zwei (oder mehrere) Teilvorgänge ausführt, jedoch in verschiedenen (häufig aufeinander folgenden) Bauabschnitten (Bild 11.37). Damit wird wie beim Wechselbetrieb eine Fertigungseinheit (Arbeitsgruppe oder Gerät) zwar für zwei oder mehrere Teilvorgänge, insgesamt aber kontinuierlich eingesetzt. Bei Wechsel- und Springbetrieb wird die Leistungsabstimmung auf den Synchronablauf durch Zusammenfassung oder Trennung aufeinander folgender Arbeitsvorgänge erreicht. Diese wird vereinfacht, wenn Bauarbeiter über eine breite Qualifikation für verschiedene Arbeitsarten verfügen.

11.5 Fließfertigung und Taktarbeit

581

Bild 11.37: Springbetrieb

Ein allgemeines Beispiel der Leistungsabstimmung ist in Bild 11.38 dargestellt. Im Gegensatz dazu sind Asynchronbetriebe Betriebseinheiten mit oder ohne Zeitzwang, deren Baufortschritt von dem der Synchrongruppe abweicht. Dabei

Bild 11.38.1: Zeit je Einheit der 12 Vorgänge vor der Leistungsanpassung

582

11 Ablaufplanung

Bild 11.38.2: Ergebnis der Leistungsanpassung Bild 11.38: Leistungsanpassung bei Fließarbeit [11.1]

sind unabhängige Betriebe sowie Vor- und Nachläuferbetriebe einer Synchrongruppe zu unterscheiden (Bild 11.39).

Bild 11.39: Asynchronbetriebe

Unter unabhängigen Betrieben sind Betriebe ohne Zeitzwang und ohne Einfluss auf die Produktionsgeschwindigkeit von Synchrongruppen zu verstehen; ihr Produktionsbeginn ist häufig gegenüber der Synchrongruppe weit vorgezogen. Voraussetzung dafür ist ein entsprechender Planungsvorlauf. Unabhängige Betriebe sind häufig Vorbetriebe, die auf Lager arbeiten (Aufbereitung von Baustoffen,

11.5 Fließfertigung und Taktarbeit

583

Herstellen von Fertigteilen, Versorgungsbetriebe (Bild 11.39); auch der Aufbau großer Baustelleneinrichtungen entspricht dem Charakter eines Vorbetriebes. Vor- und Nachläuferbetriebe (Bild 11.39) haben auf das Bauzeitminimum einer Synchrongruppe ebenfalls keinen Einfluss. In diesen Betrieben ist mehr Potential installiert, als aufgrund der verfügbaren Betriebszeit notwendig wäre. Der Forderung nach dem Kostenminimum entsprechen solche Betriebe nur dann, wenn die höheren Einrichtungs- und Einarbeitungskosten der schneller als die Synchrongruppe ablaufenden Teilvorgänge durch entsprechend niedrige Arbeitskosten ausgeglichen werden. Ein Beispiel für einen Vorläuferbetrieb ist der Humusabtrag im Erdbau, für Nachläuferbetriebe das Herstellen der Fahrbahndecke im Straßenbau und die letzte (4.) Stufe der Ausbauarbeiten im Hochbau (Objektmontage, Einbauten, Bild 9.12). Neben diesen Betriebsformen sind als weitere Gruppe folgende Anpassungsformen von Arbeitsabläufen zu unterscheiden: − die zeitliche Anpassung (Variation der Schichtzeit, bspw. von 8 h auf 9 oder 10 h). Durch zeitliche Anpassung lassen sich Abstimmungsprobleme relativ einfach lösen. Durch gewerbeaufsichtliche Bestimmungen (Arbeitszeitordnung) sind dieser Anpassungsform jedoch Grenzen gezogen (10 h/AT an maximal 30 AT/Jahr sind möglich, ebenso 10 h/AT (auch Samstags) bei max. 48 h/Woche). Aus Lärmschutzgründen darf in oder an Wohngebieten nur zwischen 700 und 2000 Uhr gearbeitet werden. Bei längerer Schichtzeit als 8 h fällt durch Ermüdung die Leistung der Arbeitskräfte ab und das Unfallrisiko steigt an (siehe hierzu auch [11.1]). − die quantitative Anpassung, d.h. entweder Verstärkung von Arbeitskolonnen bis zum Einsatz von zwei oder mehreren Arbeitsgruppen (Parallelarbeit), zusätzliche Maschinen oder umgekehrt Abbau von Mannschaft und Gerät. Die Grenzen der quantitativen Anpassung liegen darin, dass Arbeitskolonnen nicht beliebig verstärkt oder reduziert werden können, wenn der Arbeitsablauf innerhalb der Gruppe optimal bleiben soll. Maschinen sind ohnehin nicht beliebig teilbar und auch bei Arbeitskräftemangel ist eine Verstärkung der Kolonnen kaum möglich. Eine Zwischenstufe zur quantitativen Anpassung bildet der Mehrschichtbetrieb. Hierbei ist das Gerät zeitlich, die Mannschaft quantitativ angepasst. Man braucht dazu Arbeitskräfte und/oder Maschinenführer für eine zweite Schicht. Der Regelfall des Zweischichtbetriebs sind täglich 2 x 10 h mit 4 Stunden Pause, wenn keine Arbeitszeitbegrenzung wie in Wohngebieten gegeben ist, häufig auch Dekadenbetrieb (10 Tage Einsatz, dann 5 Tage Pause). Im Untertagebau und bei Arbeiten unter Druckluft sind auch 3 bzw. 4 Schichten (Drittel) innerhalb 24 Stunden üblich. Weitere Möglichkeiten quantitativer Anpassung wären − Ausführung der Arbeiten in Arbeitsgemeinschaft mit anderen Firmen, − Verstärkung der eigenen Mannschaft durch Subunternehmer,

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11 Ablaufplanung

− Einsatz freier Kolonnen (im Prinzip das Gleiche), − die in der BRD nur mit besonderer Genehmigung mögliche Leiharbeit. − Kann bei Störungen der Produktion das Potential nicht sofort an einen reduzierten Baufortschritt angepasst werden, was häufig der Fall ist, tritt als Folge eine intensitätsmäßige Anpassung ein. Die Kapazität der betroffenen Teilbetriebe wird dann nicht mehr voll in Anspruch genommen, sodass Leerkosten entstehen. Auf diesen Fall gehe ich im letzten Abschnitt (15) nochmals ein. Seitens der Auftraggeber wären als weitere Anpassungshilfen zu nennen: − längere Fristen als maximal 2 Wochen zwischen Auftrag und Baubeginn, − keine zu kurzen Ausführungsfristen. Das Hauptproblem für den rationellen Potentialeinsatz der Baubetriebe liegt darin, Mannschaft und Gerät kontinuierlich und gleichmäßig einsetzen zu können. Damit lassen sich Spitzen im Potentialeinsatz vermeiden, die gegenüber dem gleichmäßigen Einsatz zu erheblichen Mehrkosten führen (Bild 11.40). Mit Hilfe der genannten Anpassungsformen lassen sich Abstimmungsprobleme lösen und Störbetriebe vermeiden. Das sind Betriebe, deren Baufortschritt (Schichtleistung) nicht der Synchrongruppe angepasst ist (Bild 11.41). In diesen Fällen ist, wie die Darstellung zeigt, das Bauzeitminimum nicht mehr gewährleistet und ein wesentlicher Vorteil der Fließfertigung geht damit verloren. Wenn in der unteren Darstellung von Bild 11.41 der Störbetrieb als Aussetzerbetrieb läuft, ergibt sich eine Bauzeitverkürzung um ΔZ. In der Literatur sind ausführliche Beispiele aus verschiedenen Bausparten über die Feinabstimmung von Bauabläufen auf Fließfertigung und Taktarbeit angegeben [11.1]. Die Aufgabe der Leistungsabstimmung auf gleiche Taktzeiten besteht in der sinnvollen Aufteilung der Tagewerke des Arbeitsverzeichnisses auf die Kleingruppen der Baustellenbelegschaft bzw. bei Maschinengruppen im Einrichten von Arbeitsketten mit Aggregaten gleicher Leistung. Zum Überblick ist in Bild 11.42 aus einem Arbeitsverzeichnis für einen Stahlbetonbau die Taktplanung der Normalgeschosse, in Bild 11.43 der Taktplan als Balkenplan dargestellt. Bild 11.44 zeigt eine weitere Taktfertigung mit Wechselbetrieb für einen Stahlbetonbau im Weg-Zeit-Diagramm. Der Taktplan (Balkenplan) geht aus Bild 11.45, für eine weitere Variante (Hintereinanderfertigung mit einer gemischten Kolonne) aus Bild 11.46 hervor. Die Erläuterung enthält der Anhang 14. 11.5.8 Vor- und Nachteile eines Bauablaufs in Fließfertigung

11.5.8.1 Vorteile Vergleicht man einen unkoordinierten Bauablauf nach Bild 11.26 oben und 11.40 unten mit einem Ablauf in Fließfertigung oder Taktarbeit, ergeben sich für diese Betriebsformen folgende Vorteile: − die minimale Bauzeit,

11.5 Fließfertigung und Taktarbeit

585

− das Minimum an Potentialeinsatz und daraus − minimale Kosten für Einarbeitung und Baustelleneinrichtung. Diese Vorteile gehen aus Bild 11.40 anschaulich hervor. Je kleiner der Potentialfaktor r ist (r nur wenig größer als 1), desto besser sind die Voraussetzungen für Fließ- bzw. Taktarbeit erfüllt.

Bild 11.40: Potentialfaktor und Bauzeit bei Fließfertigung und unorganischem Ablauf __ (trotz c2 = 3c2 Bauzeitverlängerung um ΔZ)

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11 Ablaufplanung

Bild 11.41: Störbetriebe (s.a. Bild 11.34)

Bild 11.42: Arbeitsverzeichnis für die Taktplanung der Normalgeschosse eines Stahlbetonbaus [11.1]

11.5 Fließfertigung und Taktarbeit

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Bild 11.43: Taktplan für die Normalgeschosse eines Stahlbetonbaus [11.1]

Bild 11.44: Weg-Zeit-Diagramm für einen Stahlbetonbau bei Taktfertigung mit Wechselbetrieb

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11 Ablaufplanung

Bild 11.45: Balkendiagramm für einen Stahlbetonbau bei Taktfertigung mit Wechselbetrieb [11.1]

Bild 11.46: Balkendiagramm für einen Stahlbetonbau bei Hintereinanderfertigung mit einer gemischten Kolonne [11.1]

11.5 Fließfertigung und Taktarbeit

589

11.5.8.2 Nachteile Die Nachteile dieser Ablaufform liegen darin, dass bei Störungen im Ablauf einzelner Teilvorgänge deren Nachläufer ebenfalls gestört werden. Wird bspw. durch verspätete Entscheidungen oder Planfreigabe der taktmäßige Ablauf der Teilvorgänge gestört (behindert), gehen die Vorteile eines derartigen Bauablaufs (kürzest mögliche Bauzeit bei minimalem Potentialeinsatz, geringstmögliche Kosten) verloren. Bei Behinderung (Störung) eines Vorgangs werden dann auch die nachfolgenden Vorgänge betroffen; es kommt zwangsläufig zu Bauzeitverzögerungen. Ein Beispiel ist in Bild 11.47.3 dargestellt. Die Behinderung des Teilvorgangs 3 ab Zeitpunkt C behindert zwangsläufig den Ablauf der Teilvorgänge 4 und 5 um die gleiche Zeitspanne wie bei Teilvorgang 3 (ΔZ). Ist diese Behinderung aufgehoben, gibt es zwei Möglichkeiten für den weiteren Produktionsablauf. Im einen Fall (Bild 11.48.1) laufen ab Punkt E und G die Teilvorgänge 3 und 4 mit ihrer ursprünglichen, ungestörten Arbeitsgeschwindigkeit weiter ab (Vorgang 5 hat später als im Soll begonnen, da die Behinderung aus den vorlaufenden Vorgängen 3 und 4 rechtzeitig zu erkennen war, und ist deshalb in

Bild 11.47.1: ungestörter Ablauf von Teilvorgängen bei optimalem Bauablauf (Fall I)

Bild 11.47.2: erweiterte Form von Taktarbeit (Fall II) (eine Arbeitsgruppe vollzieht nacheinander 4 Teilvorgänge je Bauabschnitt)

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11 Ablaufplanung

Bild 11.47.3: Ablaufstörung durch Behinderung des Teilvorgangs 3 (Bauzeitverlängerung um die Zeitspanne ΔZ) Bild 11.47: Ablaufstörung bei Taktarbeit

dieser Darstellung nicht gestört). Es bleibt dann im Gesamtablauf bei der bereits im Zeitpunkt E eingetretenen Bauzeitverlängerung um die Zeitspanne ΔZ. Häufig verlangt in solchen Fällen der Auftraggeber (oder erfordert der mit Vertragsstrafe belegte Endtermin) den ursprünglichen Fertigstellungstermin einzuhalten, soweit dies überhaupt noch möglich ist. In diesem Fall wäre die Arbeitsgeschwindigkeit der Teilvorgänge 3-5 ab Punkt E, G und J soweit zu steigern (zu beschleunigen), dass der Soll-Fertigstellungstermin erreicht wird (Bild 11.48.2, Punkt L, M, N).

Bild 11.48.1: Gesamtbauzeitverlängerung durch eingetretene Verzögerung

11.5 Fließfertigung und Taktarbeit

591

Bild 11.48.2: Einholen einer Verzögerung durch Beschleunigung Bild 11.48: Folgen von Ablaufstörungen bei Taktarbeit

Beide Arten von Störungen eines nach den o.g. Kriterien optimalen in Bild 11.47.1 nochmals dargestellten Ablaufs führen zu Mehrkosten, deren Ableitung im letzten Abschnitt (15) dargestellt wird. Um die Folgen der in Bild 11.47.3 dargestellten Ablaufstörung zu vermeiden, können im Sollablauf neben der technologischen Entflechtung der Arbeiten zwischen den Vorgängen oder Vorgangsgruppen (Gewerken) Sicherheitspuffer vorgesehen werden (P in Bild 11.47.1), d.h. die Folgezeiten werden größer gewählt als die kritische Annäherung [11.1]. Sie verlängern jedoch die Bauzeit und widersprechen dem Prinzip der Fließfertigung. Im Einzelfall kann nun unter Anwendung der v.g. Kriterien und anhand der Projektparameter Zeit, Kapazität und Kosten für jedes Projekt ermittelt werden, wo das Optimum liegt [11.1]. 11.5.9 Zusammenfassung Häufig werden Bauabläufe durch äußere Umstände, auf die der Betrieb keinen Einfluss hat, mehr oder weniger behindert. Der Idealfall einer Fließfertigung, der störungsfreie Synchronablauf, ist deshalb auf der Baustelle die Ausnahme. Der Realfall besteht in einer mehr oder weniger angepassten Modifikation dieses Idealfalles. Die Vorteile von Fließfertigung und Taktarbeit sind die minimale Bauzeit bei minimalem Potentialeinsatz. Diese Organisationsformen ermöglichen damit die optimale Nutzung eines Produktionsapparates, seinen maximalen Produktionseffekt. Daraus ergibt sich das Kostenminimum einer Produktion. Diese Vorteile wirken sich umso mehr aus, je mehr die Modifikation dem Idealfall entspricht. Darin liegt die Bedeutung der Vorfertigung in stationären Betriebsstätten. Hier ist

592

11 Ablaufplanung

die Annäherung an die Verhältnisse der stationären Industrie am weitesten möglich. Dem Idealfall kommen wir auch näher, wenn es gelingt, dass gleichartige Baustellen mit dem gleichen Potential einer Unternehmung mehrfach unmittelbar hintereinander ablaufen (Konvoifertigung). Die Anwendung dieser optimalen Arbeitsorganisation ist jedoch an Voraussetzungen gebunden. Die wichtigsten sind die rechtzeitige Ausführungsplanung, die mehrfache Wiederholung gleichartiger Produktionsvorgänge (Serie) und ein weitgehend störungsfreier Synchronablauf. Dazu gehört eine sorgfältige Ablaufplanung im Rahmen der Arbeitsvorbereitung. Je länger die Betriebszeit eines Teilbetriebes im Verhältnis zur Gesamtbauzeit wird, desto größer ist die Kostensenkung, die gegenüber einem improvisierten und unkoordinierten Bauablauf erwartet werden kann. Darin liegt die Bedeutung von Fertigungsstraßen. Allgemein gültige Werte liegen nicht vor. In der Praxis der vergangenen Jahre wurden 20% und mehr erreicht. Mit dem Ablaufmodell Fließfertigung und Taktarbeit verfügen Projektmanagement, Ablaufplaner und Bauunternehmungen über ein Instrument, das es ihnen ermöglicht, das komplizierte Räderwerk einfacher und komplexer Baustellen – und zwar Ablauf und Kosten – von Anfang an „im Griff“ zu behalten. Fließfertigung und Taktarbeit sollten daher, wenn auch in einer gegenüber dem Idealfall mehr oder weniger modifizierten Form, den Regelfall eines (rationellen) Bauablaufs bilden.

11.6 Baustelleneinrichtung 11.6.1 Aufgabe und Kriterien Nachdem aus der Ablaufplanung die Produktionsdaten, das erforderliche Potential und seine Einsatzzeit bekannt sind, kann abschließend die Baustelleneinrichtung geplant werden. Sie stellt die „Fabrik“ des Baubetriebs dar und hat den reibungslosen Ablauf der Produktion zu gewährleisten. Die Planung der Baustelleneinrichtung ist damit ein wesentlicher Teil der Vorbereitung einer Baustelle. „Die Baustelleneinrichtung stellt als Bindeglied zwischen Planung und Ausführung gleichsam die Schaltzentrale der Baudurchführung dar“ [11.1]. Art und Umfang einer Baustelleneinrichtung hängen von Art und Größe des zu errichtenden Bauwerks, dem erforderlichen Potential, der Bauzeit, den Standortbedingungen der Baustelle und hier vor allem von ihrer Lage und den Versorgungsmöglichkeiten ab. Eine Baustelle im Zentrum oder am Rand einer Großstadt in einem industriell hoch entwickelten Gebiet kommt mit weniger Elementen aus als eine über mehrere Jahre laufende Sperrenbaustelle im Hochgebirge oder ein Hafenbau in einem unerschlossenen Gebiet. Die Bedingungen, die eine Baustelleneinrichtung zu erfüllen hat, sind − der ungestörte Bauablauf in jeder Bauphase, − die materialflussgerechte Anordnung der einzelnen Elemente mit minimalen Transportentfernungen. Außerdem sind

11.6 Baustelleneinrichtung

593

− alle Sicherheitseinrichtungen für eine unfallfreie Bauausführung vorzusehen und − alle Emissionen (Lärm und Staub) in den vorgeschriebenen Grenzen zu halten. Damit die Kosten der Baustelleneinrichtung als temporärer Baufabrik so gering als möglich bleiben, muss sie den Standortbedingungen und dem anstehenden Boden angepasst werden. Das Grundkonzept für die Planung einer Baustelleneinrichtung ist im Anhang 15 dargestellt. 11.6.2 Elemente und Platzbedarf Art, Größe und Lage der Elemente einer Baustelleneinrichtung ergeben sich aus den Abmessungen des Bauwerks, den Standortbedingungen der Baustelle, den Bauverfahren, dem Potential, den Standorten der Großgeräte, dem Materialfluss, den Möglichkeiten des Materialnachschubs, den erforderlichen Unterkünften und dem Platzbedarf. Auch für die Bemessung der Einrichtungselemente gilt, dass ihre Kapazitäten über ihre geplante Vorhaltezeit möglichst gleichmäßig genutzt werden. Die Einrichtungsflächen sind so aufzuteilen, dass sich minimale Umschlagsund Transportkosten ergeben. Dazu ist eine Bemessung der Verkehrswege und Arbeitsflächen erforderlich. Die Reihenfolge der Planung beginnt mit der Ablaufplanung (Schritt 3 bis 7 Bild 11.4) und dem Platzbedarf. Erst danach kann die räumliche Anordnung festgelegt werden. Ablaufplanung und Bestimmung des Platzbedarfs sind vorzunehmen 1. für Kräne und feststehendes Gerät (Betonumschlag, Kompressorstation, Pumpstation, Fahrzeugwaagen usw.), 2. für den weiteren Materialumschlag, Lagerungen und Lagermengen (für Bau-, Bauhilfs-, Betriebsstoffe und Einbauteile), 3. für Vorfertigungsplätze (Schalungs- und (ggf.) Stahlbaumontagen), 4. für Betriebsräume (Werkstätten, Magazin, Geräteabstellplätze, Labors), 5. für Belegschafts- und Büroräume (ggf. Wohnlager), 6. für die Erfordernisse an beweglichem Gerät, 7. für Verkehrsflächen, 8. für Kleingerät. Die Kräne müssen neben den Einbaustellen alle Plätze bestreichen können, wo sie für den Materialumschlag gebraucht werden. Die Lagermengen ergeben sich aus den möglichen laufenden Zulieferungen und werden über Ganglinien ermittelt. Bei großen Betonierabschnitten (Fundamentplatten mit einigen tausend m³ Beton) müssen Zement und Zuschlagsstoffe bereitstehen, bevor betoniert werden darf soweit dafür nicht Lieferbeton bezogen werden kann (s. Abschn. 6.3.2.3). Die Bemessung des Großgeräts wurde bereits bei den Bauverfahren vorgenommen (Abschn. 5 und 6).

594

11 Ablaufplanung

Die Ergebnisse werden in einer Einrichtungs- und Geräteliste festgelegt. Neben den betrieblichen Anforderungen sind dabei alle Sicherheitsbedingungen sowie alle gewerbeaufsichtlichen Auflagen hinsichtlich der Belegschaftsräume (Büro-, Tagesaufenthalts-, Schlafräume, Küchen) und der sanitären Einrichtungen zu beachten. Dazu gehören − die Arbeitsstättenverordnung vom 20.03.75, − die jeweils geltenden Arbeitsstätten-Richtlinien des BMA für Tagesunterkünfte, Waschräume sowie Toiletten und Toilettenräume auf Baustellen, − die Richtlinien für die Unterkünfte ausländischer Arbeitnehmer in der BRD, − die jeweils letztgültige Ausgabe der Grundanforderungen an Sanitätsräume in Betrieben, − die Unfallverhütungsvorschriften der Bau-BG [11.101], − die Baustellenverordnung (BaustellV) [11.102] und ggfs. − ein SiGePlan [11.102] und [11.6], Abschn. 10.3.11 11.6.3 Räumliche Anordnung Räumlich werden die Einrichtungsteile nach der fertigungsgerechten Lagefolge und dem Materialfluss angeordnet. Alle Transporte, vor allem die Massenbewegungen, müssen mit minimalen Transportentfernungen möglich sein. Bei der räumlichen Anordnung wird zunächst von einer funktionalen Idealanordnung der Einrichtungsteile ausgegangen, die dann an die natürlichen (Gelände) und gesetzlichen Einschränkungen anzupassen ist. Der Flächenbedarf ergibt sich aus der genannten Einrichtungsliste. Zur räumlichen Planung der Baustelleneinrichtung gehören noch das Festlegen der Versorgungsnetze für Wasser, Strom und Druckluft sowie alle Anlagen zur Beseitigung von Oberflächen- und Brauchwasser. Bei Großbaustellen müssen häufig Wasserfassungen angelegt und der elektrische Strom selbst erzeugt werden. 11.6.4 Planungsschritte Die Planung der Baustelleneinrichtung (Schritt 8 in Bild 11.4) wird im Rahmen der Arbeitsvorbereitung einer Unternehmung vorgenommen, wobei die Bauleitung und die Maschinenabteilung maßgebend beteiligt werden. Sie läuft in 7 Schritten ab. Dies sind − für die Vorbereitung: 1. das Studium der Vertragsunterlagen, 2. die Besichtigung des Baugeländes, 3. das Vorbereiten des Arbeitsverzeichnisses − für die eigentliche Planung: 4. das Erfassen der Anforderungen aus den Ablaufabschnitten, 5. das Bestimmen und Auswählen der Großgeräte,

11.6 Baustelleneinrichtung

595

6. die Wahl der sonstigen Elemente und 7. das Zuordnen und Zeichnen der Einrichtung. Die Vorbereitungsschritte 1 und 2 sind Voraussetzung für die Ablaufplanung und bereits im Abschn. 11.3.1 erwähnt. Das Arbeitsverzeichnis aller Teilvorgänge ergibt sich ebenfalls aus der Ablaufplanung (Abschn. 11.4, 2.3). Ich gehe deshalb auf diese 3 Teilschritte nicht weiter ein. Die 4 weiteren Schritte der BE-Planung sind in Tabelle 43 in Stichworten dargestellt. Zu den sonstigen Elementen (Schritt 6 der Tabelle 43) gehören die Verkehrserschließung, Werk- und Lagerplätze, die Sozialeinrichtungen (Tagesunterkünfte, Büros für Auftraggeber und Firmenbauleitung, WC-Anlagen), die Wasser- und Stromversorgung, die Abwasserbeseitigung, aller Sicherheitseinrichtungen und die Abfallentsorgung.

Tabelle 43: Vorgehensweise bei der Planung der Baustelleneinrichtung [11.5] Nr.

Aufgabe

Frage

Schritte

4

Ablaufabschnitte erfassen

Welche Geräte und Materialien werden pro Ablaufabschnitt benötigt?

a) notwendige Geräte und Materialien b) Anforderungen c) Leistungen erfassen

5

Großgeräte bestimmen und wählen

Welche Geräte bestimmen den Arbeitsablauf und wie muss die Baustelle räumlich in Arbeitsfelder gegliedert werden?

a) produktionsbestimmende Großgeräte bestimmen b) Anzahl und Lage der Arbeitsfelde bestimmen c) Leistungswert des Hauptgerätes pro Arbeitsfeld ermitteln

6

Sonstige Elemente wählen

Welche sonstigen Elemente werden benötigt?

Werk- und Lagerplätze, Verkehrswege, Sozialeinrichtungen, Wasser, Strom, Sicherung und Abfall

7

Einrichtung zuordnen und zeichnen

Wie können die Elemente den einzelnen Arbeitsfeldern zugeordnet werden?

a) feste Bauwerke b) Hauptgerät mit Arbeitsfeld c) Verkehrswege, Werk- und Lagerplätze d) Sozialeinrichtungen und Versorgungsleitungen e) Geräteliste erstellen

Im letzten Schritt sind die einzelnen Einrichtungselemente auf dem verfügbaren Platz um das geplante Bauvorhaben so anzuordnen, dass sich während der Erstellung des Bauwerks ein optimaler Produktionsablauf ergibt. Die Zielvorgabe wird i.d.R. durch mehrfache Iteration dieser Planungsschritte erreicht. Ein einfaches Beispiel hierzu ist in Bild 11.49 dargestellt, die dazu gehörende Planung im Anhang 16 [11.5]. Durch die Teilnahme der Bauleitung am Verfahrens- und Ausführungsvariantenvergleich (Schritt 9 der Ablaufplanung) sollen die Erfahrungen der Bauausfüh-

596

11 Ablaufplanung

rung in den Entscheidungsprozess eingebracht werden mit dem Ziel, „die Vorgaben aus Strategie und Planung zu einem wirtschaftlich positiven und den Anforderungen des Bauherrn gerecht werdenden Gesamtergebnis zu führen“ [11.1].

Bild 11.49: Baustelleneinrichtungsplan für Baustelle Werkhalle [11.5]

11.6.5 Beispiele Als Überblick sind für einige typische Baustellen Beispiele von Einrichtungen bzw. wesentliche Elemente in den Bildern 11.50 bis 11.58 dargestellt. Über weitere Einzelheiten der Planung, besonders für Großbaustellen, sei auf die Literatur verwiesen [11.1, 11.5, 11.6]. Auf die logistischen Anforderungen zur störungsfreien Versorgung von Baustellen gehe ich im Abschn. 11.9 näher ein.

11.6 Baustelleneinrichtung 597

Bild 11.50.1: Turmdrehkranarten und ihre Haupteigenschaften [11.1]

598 11 Ablaufplanung

Bild 11.50.2: Haupteigenschaften verschiedener Kranarten [11.1]

11.7 Bereitstellungsplanung

599

Bild 11.51: Baustelleneinrichtung für ein Verwaltungsgebäude in Stahlbeton

11.7 Bereitstellungsplanung Wie im Abschn. 11.6 dargestellt, hat die Baustelleneinrichtung (BE) die Anforderungen der Ablaufplanung, die aus Terminplanung, Ganglinien und Verfahrensdaten hervorgehen, in die tägliche Bereitstellung umzusetzen. Die BE ist damit der Versorgungspuffer, um auftretende Schwankungen zwischen Planung und täglichen Anforderungen ausgleichen zu können. Aus dem Ablaufplan einer Baustelle und dem Einrichtungsplan geht i.E. hervor, wann, in welchem Umfang, zu welcher Zeit und an welchem Ort Arbeits- und Führungskräfte, Betriebsmittel und die Elemente der Baustelleneinrichtung verfügbar sein müssen. Ebenso weist der Ablaufplan aus, wann Nachunternehmer ihre Leistungen zu erbringen haben. Über die Baufortschritte der einzelnen Teilprozesse lässt sich außerdem berechnen, wann und in welchen Mengen Bau-, Betriebs- und Bauhilfsstoffe (Schalung und Rüstung, Bewehrung, Beton, Mauersteine) verfügbar sein müssen. Damit können diese Stoffe rechtzeitig bestellt und von den Baustellen abgerufen werden. Im Überblick sind die Vorgaben der Ablaufplanung im Anhang 17 nochmals dargestellt. Die Ergebnisse der Bereitstellungsplanung werden tabellarisch zusammengefasst; ein einfaches Beispiel geht aus Anhang 18 hervor.

600

11 Ablaufplanung

Bild 11.52: Entwurf Turmkraneinsatz für AKH-Kernbau, Wien [11.1]

11.7 Bereitstellungsplanung

Bild 11.53: Kranverträglichkeit im Krafthaus Donaukraftwerk Wallsee [11.1]

Bild 11.54.1: Variante 1 – Infrastruktur und Anlieferung

601

602

11 Ablaufplanung

Bild 11.54.2: Variante 2 – Infrastruktur und Anlieferung

Bild 11.54.3: Kranaufstellung Bild 11.54: Innerstädtische Baustelleneinrichtung [11.6]

11.7 Bereitstellungsplanung

Bild 11.55: Baustelleneinrichtungsplan – innerstädtische Baustelle in Frankfurt [11.6]

Bild 11.56: Bürocontainer einer mittelgroßen Baustelle [11.6]

603

604 11 Ablaufplanung

Bild 11.57: Tages-, Schlaf- und Sanitärcontainer [11.6]

11.7 Bereitstellungsplanung 605

Bild 11.58: Wohnbaracken in Holzbauweise (Wohnlager, [11.1])

606

11 Ablaufplanung

Voraussetzung und Hilfsmittel für die rechtzeitige Bereitstellung aller Einsatzmittel und damit für eine störungsfreie Produktion ist eine angepasste Logistik. Ich gehe im Abschn. 11.9 darauf ein.

11.8 Darstellung der Ablaufplanung Um die Ergebnisse der Ablaufplanung im Betrieb umsetzen zu können, müssen sie den zuständigen oder damit beauftragten Mitarbeitern eindeutig mitgeteilt werden. Dafür gibt es nach Art, Umfang und Komplexität einer Bauaufgabe verschiedene Methoden. Dies sind i.W. Terminlisten, Balkenpläne, Weg-Zeit-Diagramme, Netzpläne und Bauphasenpläne. Auch Kombinationen dieser Darstellungsformen und weitere Varianten sind möglich (s.a. [11.1], Anhang 11). 11.8.1 Terminlisten Die einfachste Form der Darstellung eines Bauablaufs ist eine Terminliste (Bild 11.59). Darin werden Dauer, Beginn und Ende der Vorgänge oder Vorgangsgruppen in der Reihenfolge ihres Ablaufs aufgelistet. Terminlisten werden für Planungsvorgänge, für einfache und wenig strukturierte Bauvorhaben, für das Festlegen von Zwischen- und Endterminen in Verdingungsunterlagen, für das Festlegen von Lieferterminen und für kurzfristige Terminvorgaben der Feinplanung von Bauabläufen verwendet; im Prinzip stellen sie Terminpläne in Listenform dar. Häufig werden sie durch Erläuterungen ergänzt (Aktenvermerk). Die Ergebnisse der Terminberechnungen von Netzplänen mit EDV-Programmen werden für die praktische Anwendung ebenfalls als Terminlisten und Balkenpläne ausgedruckt. Wie jeder Terminplan sollten auch Terminlisten für Bauabläufe nicht nur Produktions-, sondern auch Planübergabetermine für die einzelnen Bauabschnitte und Gewerke enthalten.

Bild 11.59: Terminliste für Ausbauarbeiten

11.8 Darstellung der Ablaufplanung

607

11.8.2 Balkenpläne Balkenpläne werden für die Darstellung von Planungs- und Bauabläufen am häufigsten angewendet. Als kontinuierliche Größe wird oben von links nach rechts die Zeit eingetragen. In den Zeilen darunter kann von oben nach unten jeder Teil des Baugeschehens in beliebigem Feinheitsgrad dargestellt werden. Die einzelnen Bauvorgänge erscheinen in den Zeilen als Balken entsprechender Länge. Damit lassen sich Bauvorgangsketten aneinander reihen. Bei der klassischen Art der Darstellung des chronologischen Ablaufs in Diagonalanordnung (Bild 11.60) können logische Zusammenhänge nur bedingt dargestellt werden (Bild 11.61.1 und 11.61.2). Um Balkenpläne übersichtlicher zu halten, werden hintereinander liegende Vorgänge (logische Ketten) innerhalb eines Bauabschnittes in derselben Zeile eingetragen (Bild 11.62, 11.63). Die Vorgangsdauern und der Potentialeinsatz lassen sich in einer besonderen Kopf- (Rand-) spalte ermitteln, die am linken Rand des Balkenplans angeordnet ist (Bild 11.64). Grundsätzlich gehören sie jedoch bereits in das Arbeitsverzeichnis bzw. die Jobliste (s. Abschn. 11.4.2 und 11.6.4). Wie schon in Bild 11.21 angedeutet, kann man damit den Potentialeinsatz optimieren. Darüber hinaus lassen sich aus den mit den Produktionskosten bewerteten Balken der Vorgänge der monatliche (Soll-)Umsatz und der Finanzmittelbedarf einer Baustelle bestimmen. Balkenpläne haben jedoch den Nachteil, dass sich die Ergebnisse von Ablaufkontrollen nicht anschaulich darstellen lassen (Bild 11.65). Eine übersichtlichere Darstellung eines Soll-Ist-Vergleichs zeigen Bild 13.1 und Bild 13.13. Im Anhang 19 ist ein Rahmenterminplan für ein Großbauvorhaben als Balkenplan dargestellt, der in der vorletzten Zeile die Fertigstellungszeitpunkte der Hauptbauteile enthält.

Bild 11.60: Balkenplan in Diagonalanordnung

608

11 Ablaufplanung

Bild 11.61.1: Darstellung von Abhängigkeiten in Balkenplänen

Bild 11.61.2: Projektbalkenplan [11.6]

Bild 11.62: Darstellung hintereinander liegender Vorgänge in Balkenplänen

11.8 Darstellung der Ablaufplanung

Bild 11.63: Grobablaufplan einer Talbrücke

Bild 11.64: Kopfspalte eines Balkendiagramms

Bild 11.65: Möglichkeiten der Ablaufkontrolle in Balkenplänen

609

610

11 Ablaufplanung

11.8.3 Weg-Zeit-Diagramme Im Weg-Zeit- oder Volumen-Zeit-Diagramm – abgekürzt als V/Z-Diagramm bezeichnet – werden Bauzeit und Baufortschritt in zwei Dimensionen dargestellt. Es eignet sich deshalb sehr gut für Linienbaustellen und für Soll-/Ist-Vergleiche einzelner Vorgänge (Hauptleistungen/Leitbetriebe). Wegen der begrenzten Übersichtlichkeit ist es für die Darstellung des Ablaufs mehrerer Teilleistungen unterschiedlicher Arbeitsgeschwindigkeit weniger geeignet. Es wird deshalb vorwiegend für Erd-, Straßen-, Tunnelbauten und im Rohrleitungsbau, aber auch für Roh- und Ausbauarbeiten im Hochbau angewendet. Für den Soll-/Ist-Vergleich von Leitbetrieben ist das V/Z-Diagramm sehr anschaulich, da es nicht nur die Situation zum Kontrollzeitpunkt, sondern auch den weiteren Trend eindeutig erkennen lässt (Bild 11.47.3, 11.48, 13.1, 13.14). Theoretisch werden auf der Abszisse eines rechtwinkligen Koordinatensystems die Zeit, auf der Ordinate das Produktionsvolumen in Mengeneinheiten oder in Prozenten der Gesamtbauleistung aufgetragen. In der Praxis wird für ein bestimmtes Bauvorhaben unter dem Längsschnitt oder dem Grundriss die Zeit lotrecht abgetragen. Punktartige Bauteile innerhalb der Baustrecke werden als senkrecht angeordnete Balken oder Rechtecke gekennzeichnet. Beispiele von V/Z-Diagrammen sind in Bild 11.66–11.72 dargestellt, Kombinationen mit Balkenplänen in Bild 11.73 und 11.74. Hierzu wird besonders auf die Erläuterungen in [11.7] hingewiesen.

Bild 11.66: Beispiel aus dem Straßenbau

11.8 Darstellung der Ablaufplanung

Bild 11.67: Liniendiagramm für einen Tunnelbau (Modellbeispiel, [11.7])

Bild 11.68: Ablaufplanung beim Tauern-Tunnel [11.8]

611

612

11 Ablaufplanung

Bild 11.69: Bauzeitplan nach Bauausführung des Arlberg-Straßentunnels [11.8]

Bild 11.70: Ablaufsystem der Ausbauarbeiten im Wohnungsbau (Prinzip, [11.1])

11.8 Darstellung der Ablaufplanung

613

Bild 11.71: Bauzeitenplan nach einjähriger Bauausführung, Stadtbahn Dortmund, Baulos 22 [11.8]

614 11 Ablaufplanung

Bild 11.72: Weg-Zeit-Diagramm für den Bau des Arabella-Hauses der Bayrischen Hausbau GmbH in München [11.1]

11.8 Darstellung der Ablaufplanung

615

Bild 11.73: Bauablaufplan 2. Mainbrücke der Farbwerke Hoechst AG [11.1]

11.8.4 Netzplantechnik Für die Netzplantechnik als weitere Möglichkeit der Planung und Darstellung von Bauabläufen ist – wie schon im Abschn. 11.4.2 bei den Teilschritten der Ablaufplanung erwähnt – die Systematik der Gliederung eines Projekts in Vorgänge und das eindeutige Festlegen ihrer gegenseitigen Abhängigkeiten kennzeichnend. Bei der Ablaufplanung komplizierter und damit störanfälliger Bauprojekte hat sich das als sehr vorteilhaft erwiesen. Praxisorientiert angewendet ist die Netzplantechnik unter Anwendung der elektronischen Datenverarbeitung bei größeren Bauvorhaben nach wie vor ein ausgezeichnetes Planungshilfsmittel und Kontrollinstrument für Bauzeit und Baukosten. Auf eine besonders für Bauvorhaben entwickelte Methode, das BKN-Verfahren von Burkhardt, gehe ich deshalb kurz ein [11.1]. Der Vorteil eines Netzplans für ein Projekt besteht darin, dass sich − alle Vorgänge, in die das Projekt zerlegt wurde, − die Abhängigkeitsbeziehungen dieser Vorgänge und − die Reihenfolge der Vorgänge beim Projektablauf aufgrund ihrer Abhängigkeitsbeziehungen, eindeutig darstellen lassen. Das BKN-Verfahren arbeitet mit Vorgangsknotennetzen. Ein einfaches Vorgangsknotennetz geht aus Bild 11.75 hervor.

616

11 Ablaufplanung

Bild 11.74: Angebotsbauzeitenplan, Brenner-Autobahn (Ausschnitt, [11.7])

Unter dem Vorgangsknotennetz ist die Reihenfolge der Vorgänge in einer Symbolsprache (Notation) dargestellt. Die verschiedenen Wege durch das Netz werden als Vorgangsfolgen bezeichnet (bspw. S-1-2-6-8-11-E in Bild 11.75). Netzplan und Notation stellen den Ablauf aller Vorgänge eines Projektes dar. Ordnet man jedem Vorgang die Dauer zu, lässt sich aus dieser Ablaufstruktur ein

11.8 Darstellung der Ablaufplanung

617

Terminplan für das Projekt entwickeln. Dazu werden rechnerisch oder graphisch Termine für Start und Ende jedes Vorgangs ermittelt. Diese Termine sind bestimmt durch 1. die Abhängigkeitsbeziehungen der Vorgänge (auch Anordnungsbezeichnungen, AOB's, genannt), 2. die Vorgangsdauern, 3. den Projektstart, 4. die äußeren Ablaufbedingungen wie vorgegebene Bauzeiten, Zwischentermine, Sperrzeiten aus Witterungsgründen usw. Da diese Bedingungen in der Regel nicht ausreichen, um die Lage eines Vorgangs im Zeitrahmen des Projektes eindeutig festzulegen, unterscheidet man darüber hinaus zwischen − der frühest möglichen Lage, − der spätest zulässigen Lage und − der Planlage eines Vorgangs. Für die Vorgänge aus Bild 11.75 sind ihre Dauern in Zeiteinheiten, ihre frühest mögliche Lage unter den gegebenen Ablaufbedingungen und die spätest zulässigen Lagebedingungen in den Grundnetzen F und S (für die früheste und späteste Lage) in Bild 11.76 dargestellt. Vorgänge, deren frühest mögliche und spätest zulässige Lage nicht zusammenfallen, können innerhalb gewisser Spielräume (Puffer) zeitlich verschoben werden. Nach der praktischen Auswirkung auf die Planung unterscheidet man dabei zwischen dem − totalen Puffer und dem − freien Puffer eines Vorgangs.

Bild 11.75: Beispiel eines Vorgangsknotennetzes

618

11 Ablaufplanung

Der totale Puffer ist die Zeitdifferenz zwischen seiner frühest möglichen und seiner spätest zulässigen Lage. Totale Puffer sind somit ein Maß für die Zeitreserven von Vorgängen. Der freie Puffer eines Vorgangs gibt an, um wie viele Zeiteinheiten man diesen Vorgang im Grundnetz F auf "später" verschieben darf, ohne die frühest mögliche Lage seiner Nachfolger zu beeinflussen (Bild 11.76).

Bild 11.76: Grundnetze F (frühest) und S (spätest) für das Vorgangsnetz in Bild 11.75

Das frühest mögliche Ende und damit die Mindestdauer eines Projekts ergibt sich aus seinem Grundnetz F. Vorgänge, deren Lage dieses Projektende im Grundnetz F bestimmen, werden als „kritisch“ bezeichnet. Aneinandergereiht ergeben sie den „kritischen Weg“. Werden kritische Vorgänge auf „später" verschoben, verlängert sich die Mindestdauer des gesamten Projekts. Kritische Vorgänge müssen deshalb beim Projektablauf besonders beachtet werden. Im Grundnetz F in Bild 11.76 sind dies die Vorgänge 1, 2, 6, 8 und 11. Die Reihenfolge der Vorgänge beim Projektablauf bestimmt sich aus ihren Anordnungsbeziehungen. Diese ergeben sich aus konstruktiven, bautechnischen,

11.8 Darstellung der Ablaufplanung

619

technologischen oder betrieblichen Ablaufbedingungen des Projekts. Sie wurden bei der Ablaufplanung bereits erwähnt und sind im Anhang 10 dargestellt. Im Rahmen der Ablaufplanung mit Netzplänen kann jedes Bauvorhaben grundsätzlich in zwei Schritten koordiniert werden. Dies sind Schritt 1: Aufstellen aller technischen Verknüpfungen der einzelnen Vorgänge. Dieser Schritt setzt ingenieurmäßiges Fachwissen voraus. Schritt 2: Einführen und Variieren betrieblicher Verknüpfungen, um ein wirtschaftliches Ablaufsystem zu finden. Das Ergebnis von Schritt 1 wird als Kausalnetz, das von Schritt 2 als Produktionsnetz bezeichnet. Das Kausalnetz zeigt die Ablaufstruktur eines Projekts allein nach konstruktiven, technologischen und bautechnischen Gesichtspunkten, ohne betriebliche Wünsche oder Forderungen zu berücksichtigen. Werden in einem weiteren Durchgang im Zuge der Optimierung des technisch bedingten Ablaufs betriebliche Verknüpfungen (Produktionsbedingungen) eingeführt, ergibt sich aus dem Kausalnetz das Produktionsnetz. Die wichtigste Produktionsbedingung ist das Einführen von Fertigungsstraßen. Damit werden (lückenlose) Folgen gleichartiger Vorgänge bezeichnet, die mit dem gleichen Produktionsapparat ausgeführt werden können. Auf dieser Basis läuft die Ablaufplanung nach der BKN-Methode in den folgenden 4 Schritten ab: 1. 2. 3. 4.

Zusammenstellen aller zu koordinierenden Vorgänge in einer Vorgangsliste, Ermittlung der Vorgangsdauern, Aufstellen des Kausalnetzes mit den technischen Verknüpfungen des Projekts, daraus Entwicklung eines wirtschaftlichen Projektablaufs (Produktionsnetz).

Die 9 Teilschritte der Ablaufplanung nach Bild 11.4 sind hier in 4 Schritten zusammengefasst. Im einzelnen werden im ersten Schritt alle Vorgänge, die in die Planung einbezogen werden sollen, in einer Vorgangsliste zusammengestellt (s.a. Bild 11.4). Im zweiten Schritt sind nach den Regeln der Ablaufplanung (Abschn. 11.4.2.6) für alle Vorgänge Dauern zu ermitteln, wobei als Einheit der Betriebstag gilt. Im dritten Schritt werden in der technischen Analyse des Projekts alle Verknüpfungen (Anordnungsbeziehungen) festgelegt, die jedes Ablaufsystem zwingend einhalten muss. Für das einfache Beispiel einer Dreifeldbrücke (Bild 11.77) ist das Ergebnis der drei Ablaufschritte, das Kausalnetz, in Bild 11.78 dargestellt. Die angesetzten Vorgangsdauern gehen aus Bild 11.79, die technische Analyse und Notation aus Bild 11.80, die Terminberechnung aus Bild 11.81 und das Kausalnetz im Zeitfolgeplan mit allen Verknüpfungen aus Bild 11.82 hervor. Aus dem Kausalnetz als Ausgangsmodell wird im vierten Schritt ein wirtschaftlicher Bauablauf entwickelt. Dazu sind in das Kausalnetz betriebliche Verknüpfungen einzuführen, wobei die technischen Verknüpfungen nicht verletzt werden dürfen.

620

11 Ablaufplanung

Bild 11.77: Schemaplan und Liste der Vorgänge für eine Dreifeldbrücke

Wie im Rahmen der Ablaufplanung schon erwähnt, ist der Ablauf eines Bauvorhabens so zu koordinieren, dass Bauzeit und Kapazität ein Optimum ergeben. Kapazitätsballungen sollen vermieden und vorgegebene Begrenzungen für Bauzeit und Kapazität eingehalten werden. Dazu müssen Vorgänge mit verschiedenartigen Produktionsapparaten zeitlich so ablaufen, dass keine extremen Kapazitätsspitzen auftreten und Vorgänge mit gleichartigen Produktionsapparaten in Fertigungsstraßen gereiht werden können.

Bild 11.78: Kausalnetz des Brückenmodells als Vorgangsknotennetz

Über die in Bild 11.83 dargestellten betrieblichen Verknüpfungen zu Fertigungsstraßen und die Terminberechnung nach Bild 11.84 entsteht das Produktionsnetz (Bild 11.85). Die dafür ermittelte Reihenfolge der Vorgänge geht im Zeitablauf aus Bild 11.86 hervor.

11.8 Darstellung der Ablaufplanung

621

Bild 11.79: Vorgangsdauern für das Kausalnetz der Dreifeldbrücke

Bild 11.80: Technische Analyse und Notation der Dreifeldbrücke

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11 Ablaufplanung

Bild 11.81: Terminberechnung für das Kausalnetz der Dreifeldbrücke

Bild 11.82: Kausalnetz der Dreifeldbrücke im Zeitfolgeplan (alle Verknüpfungen)

11.8 Darstellung der Ablaufplanung

Bild 11.83: Betriebliche Verknüpfungen zu Fertigungsstraßen

Bild 11.84: Terminberechnung für das Produktionsnetz der Dreifeldbrücke

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624

11 Ablaufplanung

Bild 11.85: Produktionsnetz der Dreifeldbrücke

Bild 11.86: Vorgangsfolgen der Fertigungsstraßen im Produktionsnetz der Dreifeldbrücke

Bild 11.87: Ausschnitt aus einem Grobnetzplan

11.8 Darstellung der Ablaufplanung

625

Der Vorteil der Netzplanung für den Ablauf von Bauvorhaben besteht vor allem darin, dass die Vorgangsfolgen und Termine elektronisch berechnet und dadurch innerhalb kurzer Zeit verschiedene Ablaufvarianten durchgespielt werden können. Ein einfaches Beispiel einer Ablaufplanung mit einem Vorgangsknotennetz wurde schon in Bild 9.1 dargestellt. Bild 11.87 zeigt nochmals einen Ausschnitt aus einem Netzplan (Grobnetz, Bild 9.1). Die Knoten enthalten hier für die Baustelle nur die früheste Lage der Vorgänge. Netzpläne werden ebenfalls in mehreren Schritten (Zyklen) entwickelt, bis das Ergebnis dem angestrebten Produktionsmodell entspricht (s. Abschn. 11.4.2 und Anhang 13). Allgemein wird in den Knoten neben der Code-Nr. (i), Bezeichnung (x) und Dauer des Vorgangs (d), sein frühest möglicher und spätest zulässiger Start (FA und SA) und das früheste und späteste Ende (FE, SE) angegeben (Bild 11.87). Die Anordnungsbeziehungen (Verknüpfungstypen xy nach Anhang 10) werden zwischen den Vorgängen eingetragen. Je nach den Anforderungen, die an eine Ablaufplanung gestellt werden, kann das Ergebnis in verschiedenen Stufen (Feinheitsgraden) dargestellt werden. Bild 11.88 zeigt bspw. ein dreistufiges Planungssystem (s.a. Abschn. 11.4.2).

Bild 11.88: Dreistufiges Planungssystem

„Für größere, komplizierte Projekte bzw. die dafür gewünschten Informationen ist der Aufbau eines mehrstufigen Planungssystems zweckmäßig. Damit wird vermieden, dass überdimensionierte, unübersichtliche Einzelpläne entstehen. Gut bewährt hat sich ein dreistufiger Aufbau. Kernstück ist der Koordinationsnetzplan

626

11 Ablaufplanung

(Stufe 2) des Projektleiters, der einerseits zu einem Übersichtsplan (Stufe 1) kondensiert und andererseits in Detailprogramme (Stufe 3) gegliedert wird. Für Stufe 2 steht der Netzplan im Vordergrund, auf der Stufe der Ausführenden, d.h. Stufe 3, können verschiedene Methoden angewendet werden“ [11.1] (noch ausführlicher in [11.9]). 11.8.5 Bauphasenplan Eine weitere Darstellungsart von Bauabläufen sind Bauphasenpläne. Sie werden bei schwierigen, komplizierten Bauvorhaben zur Darstellung einzelner Bauphasen verwendet. Der Zeitablauf geht aus Bauphasenplänen jedoch nicht hervor; sie stellen nur wichtige Bauzustände zu bestimmten Zeitpunkten oder Ausführungsabschnitten dar. Bauphasenpläne wurden schon in vorhergehenden Abschnitten erwähnt (Bild 8.24, 8.25 Abschn. 8.3.4). Ein weiteres Beispiel zeigt Bild 11.89. Bauphase 1: − Abfangung der bestehenden Mittelstützenreihe der Bundesbahnbrücke des Tunnels mit jeweils zwei Hilfsstützen. − Herstellen der Großbohrungen unverrohrt mit thixotroper Stützflüssigkeit und Einbau stählerner Primärstützen für Lasten bis zu 10.000 kN, gegründet ca. 30 m unter Gelände. − Dabei Aufrechterhaltung des öffentlichen Verkehrs auf zwei Straßenbahnspuren und einer Autospur. − Die lichte Arbeitshöhe im Tunnel betrug 5,80 m. Keinerlei Beeinträchtigung des Bundesbahnverkehrs war zugelassen. − − − − −

Bauphase 2: Herstellung eines Mittelbalkens auf den Primärstützen. Darauf Einbau der neuen, endgültigen Stahlstützen für die Bundesbahnbrücke. Wechselseitige Herstellung der 80 cm starken Bentonit-Schlitzwände unmittelbar am Fuß der Widerlager der Bundesbahnbrücke. Einbau der endgültigen Bauwerksdecke aufliegend auf Mittelbalken und Schlitzwand, wechselseitig. Während dieser Phase musste je eine Tunnelhälfte für zwei Straßenbahnspuren freigehalten werden.

Bauphase 3: − Unterirdischer Aushub der Ebene 1 und Einbau einer Zwischendecke, hängend an der Bauwerksdecke als Geschoß für Versorgungsleitungen. − Unterirdischer Aushub, fortschreitend mit Einbau der Verpressanker. − Grundwasserabsenkung ist auf die Baugrube innerhalb der Umschließung beschränkt, außerhalb keinerlei Veränderung des Grundwasserspiegels. Bauphase 4: − Fortschreitender unterirdischer Aushub unter Einbau von fünf Lagen Verpressanker mit jeweils wasserdichter Durchführung durch die Schlitzwände. − Es wirken je vertikalem Wandstreifen von 1 m Breite beiderseits ca. 3.000 kN Horizontalkräfte. Es werden ständig sehr gründlich Kraft- und Verformungsmessungen durchge-

11.8 Darstellung der Ablaufplanung

627

führt, um kritische Bauzustände mit außerordentlich hohen Belastungen unter Kontrolle zu halten. − Einbau einer Kiesfilterschicht mit aussteifender Betonsohle, abschnittweise unter der Gründungssohle ca. 20 m unter Gelände. Bauphase 5: − Einbau der Grundwasserabdichtung. − Erstellung des endgültigen Stahlbetonbauwerks von unten nach oben fortschreitend. − Stählerne Primärstützen werden in endgültige Stahlbetonstützen eingezogen. Bild 11.89.1: Erläuterung der Bauphasen

Bild 11.89.2: Querschnitte der einzelnen Bauphasen

628 11 Ablaufplanung

Bild 11.89.3: Längsschnitt durch die Baustelle Bild 11.89: Darstellung des Arbeitsablaufes in Bauphasen beim Bau des Verknüpfungspunktes Stadtbahn-Hauptbahnhof Duisburg [11.1]

11.8 Darstellung der Ablaufplanung

629

11.8.6 Weitere Darstellungsmöglichkeiten Neben den genannten Varianten gibt es weitere Darstellungsmöglichkeiten von Bauabläufen, bspw. kotierte Flächen und Flussbilder. Kotierte Flächen eignen sich für Flächenbaustellen. Als dritte Dimension können bspw. in Grundrisse großflächiger Baugruben Höhenkoten eingetragen und damit Bauzustände des Baugrubenaushubs im Zeitablauf dargestellt werden. (Bild 11.90). Mit Flussbildern lassen sich die Vorgänge und Arbeitsstufen von Bauproduktionsvorgängen in ihren gegenseitigen Abhängigkeiten darstellen und damit in wei-

Bild 11.90.1: 2 Zustandspläne für den Schlieraushub der Schleuse DoKW Ottensheim-Wilhering

Bild 11.90.2: Bauzustands-Grundriss (Modellbeispiel)

Bild 11.90: Zustandspläne für den Aushub einer Schleusenbaugrube [11.7]

630

11 Ablaufplanung

teren Schritten von Hand und mit EDV-Einsatz Bauabläufe simulieren. In Bild 11.91 und 11.92 sind bspw. Flussbilder von Erdarbeiten und für das Herstellen von Betonfertigteilen dargestellt. Dieses Verfahren eignet sich zur Simulation der Dynamik von Bauabläufen im Rahmen der Arbeitsvorbereitung und Arbeitsgestaltung, wird bisher aber kaum angewendet. Abschließend sei hierzu noch erwähnt, dass inzwischen auch Bauzustandspläne mit EDV-Hilfe 3-dimensional erstellt werden können.

Bild 11.91: Produktionsmodell für Erdarbeiten im Flussbild [11.1]

11.8 Darstellung der Ablaufplanung

Bild 11.92: Bauprozess „Betonfertigteilerzeugung" im Flussbild [11.1]

631

632

11 Ablaufplanung

11.9 Baustellenversorgung (Logistik) Die Vorbereitung einer Bauproduktion schließt damit ab, dass die Organisation festgelegt wird, deren Aufgabe es ist, das durch die Planung vorgegebene Ablaufsystem im Betrieb zu realisieren. Dazu gehört die Baustellenversorgung, die Logistik. Mit ihrer Hilfe sind die Betriebsstätten (Baustellen) zunächst rechtzeitig mit dem erforderlichen Personal und Gerät auszustatten und dann laufend mit Bau-, Bauhilfs-, Betriebsstoffen und Ersatzteilen zu versorgen. Die zentrale Forderung an die Logistik besteht somit darin, Personal und Betriebsmittel rechtzeitig bereitzustellen, die Betriebsbereitschaft der Maschinen und Geräte zu gewährleisten und für die rechtzeitige und vollständige Materialbeistellung zu sorgen. Die bauspezifische Problematik der Logistik liegt darin, dass zur Ausführung eines Bauprojektes stets eine temporäre Projektorganisation gebildet wird. Wie die Erfahrung zeigt, hat die Logistik entscheidenden Einfluss auf das Ergebnis einer Baustelle. „Bei den Logistikaufgaben ist zwischen der Produktionslogistik, dem Herstellen des Bauwerks, und der Transport- und Versorgungslogistik von und zur Baustelle und auf der Baustelle selbst zu unterscheiden.“ „Die Produktionslogistik befasst sich ..... mit allen Tätigkeiten im Zusammenhang mit dem Material- und Informationsfluss von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen vom Rohmateriallager (Kiesgruben, Betonwerke) oder vom Zentrallager (Lagerplatz der Baufirma, Schalung, Geräte) zur Produktionsstätte sowie mit der Zulieferung von Halbfabrikaten (Fertigteilelemente, Transportbeton, Mauersteine, Mörtel) durch die Stufen des Herstellprozesses, einschließlich aller Zwischenlager bis zum Endverbrauch [11.9]. Außerdem bestimmt der Produktionsprozess die Versorgungslogistik auf der Baustelle. Dazu gehören bspw. − bei der Schalung der Transport der Schalungselemente von Einsatzstelle zu Einsatzstelle, − bei der Bewehrung der Transport vom Lager- oder Biegeplatz zur Einbaustelle (soweit der Bewehrungsstahl nicht einbaufertig bezogen wird), − beim Beton der Transport vom Übergabepunkt zur Einbaustelle sowie das Einbauen, Verdichten und die Nachbehandlung.“ Um diese Aufgaben erfüllen zu können, muss ein Logistikkonzept vollständig und transparent sein. Der Realisierungsaufwand muss zudem im vorgegebenen Kostenrahmen liegen. Das Schema der zeitlichen Abhängigkeiten in der Versorgungslogistik für die Bewehrung ist aus Bild 11.93 zu erkennen. Ergänzend hierzu sind als Beispiel für die Versorgungslogistik in Bild 11.93.1 und 2 die einzelnen Teilschritte für die Bereitstellung der Bewehrung bei Eigenleistung (Schneiden, Biegen, Positionieren, Flechten) und bei Fremdleistung (Einbaufertige Anlieferung durch einen Biegebetrieb) dargestellt. Diese beiden Va-

11.9 Baustellenversorgung (Logistik)

633

Bild 11.93.1: Eigenleistung

Bild 11.93.2: Fremdleistung Bild 11.93: Zeitliche Abhängigkeiten in der Versorgungslogistik von Bewehrungsarbeiten [11.9]

634

11 Ablaufplanung

rianten zeigen u.a. die unterschiedlichen Vorlaufzeiten für die Übergabe der Bewehrungspläne und Stücklisten an den Baubetrieb auf. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten zur Logistik im Baubetrieb siehe [11.6, S. 85 und Abschn. 10.3.7, 11.9, 11.10]; aktuelle Beispiele enthalten die Berichte [11.103] und [11.104]

11.10 Bauablauf unter Unsicherheit 11.10.1 Vorbemerkungen Wie schon erwähnt, sind Bauwerke häufig Prototypen und kaum unter gleichen Bedingungen herzustellen. Die aus Aufzeichnungen ausgeführter Bauvorhaben ermittelten Aufwands- und Leistungswerte, die der Ablaufplanung zugrunde gelegt werden, sind deshalb mit Unsicherheiten behaftet. Oft gilt das auch für die der Ablaufplanung und Kalkulation zugrunde liegenden Fertigungsmengen, vor allem dann, wenn Ausschreibungen anhand von Entwurfsplänen vorgenommen werden, d.h. noch keine endgültige statische Berechnung und keine Ausführungspläne vorliegen. Auf die Problematik und Bedeutung stochastischer Daten und Vorgaben soll deshalb nochmals kurz eingegangen werden. 11.10.2 Untersuchung von Bauprozessen mittels statistischer Methoden (z.Tl. nach [3.9]) Wie bisher schon zu sehen war, unterliegt ein Bauprozess im Gegensatz zu Produktionsprozessen in der stationären Industrie äußeren Einflüssen, die zu Unregelmäßigkeiten im Ablauf führen können. Es gibt – den Fertigteilbau und die Betonwarenherstellung ausgenommen – keine Fertigungsstraßen mit längerfristig starren Produktionsprogrammen. Kaum ein Bauprozess läuft unter gleichen, wiederkehrenden Bedingungen ab. Jeder Bauprozess, ob einfach oder komplex, wird daher von zufälligen Störgrößen mehr oder weniger beeinflusst und ist damit ein stochastischer Prozess. Alle Annahmen von Aufwands- und Leistungswerten und damit auch über die Dauer von Bauabläufen gehen von Erfahrungswerten aus, deren erneutes Eintreten innerhalb bestimmter Grenzen vom Zufall abhängt. Damit gelten für diese Daten die Gesetzmäßigkeiten der Statistik. 11.10.3 Problematik der Erfahrungswerte Im Bauwesen werden Erfahrungswerte von laufenden bzw. abgewickelten Bauvorhaben weitgehend individuell von den einzelnen Beteiligten je nach ihren spezifischen Bedürfnissen gesammelt (von Architekturbüros bspw. Angaben über den

11.10 Bauablauf unter Unsicherheit

635

Planungsaufwand, Planungszeiten und verwendete Materialien; von Ingenieurbüros Daten über Aufwand und Dauer der technischen Bearbeitung, über Abmessungen von Tragelementen und den Bewehrungsanteil im Verhältnis zur Belastung; von Bauunternehmungen Aufwandswerte für die einzelnen Teilleistungen, Daten über die Ausführungsdauern der verschiedenen Arbeiten und das eingesetzte Potential). Dabei ist ein systematisches Vorgehen auf gut organisierte Architektur- und Ingenieurbüros sowie Arbeitsvorbereitungsabteilungen von Bauunternehmen beschränkt. Grundsätzlich müssen, um statistische Aussagen treffen zu können, zwei Voraussetzungen gegeben sein: − die Daten müssen unter gleichen Bedingungen gewonnen werden, d.h. vergleichbar sein; − es muss eine ausreichend große Anzahl von Daten vorliegen. Allgemein betrachtet wären dafür n Versuche unter gleichen Bedingungen erforderlich, wobei in f Fällen ein bestimmtes Ergebnis (ein bestimmter Wert) eintreten wird. Das Verhältnis f/n = relative Häufigkeit strebt mit steigendem n einem Näherungswert zu, der mathematische Wahrscheinlichkeit P(E) genannt wird. Hierfür gilt: 0 ≤ P(E) ≤ 1 P(E) strebt bei n → ∞ seinem Grenzwert zu. Die Problematik der Bauproduktion liegt darin, dass nahezu jedes Bauvorhaben anderen äußeren Einflüssen unterliegt und somit im Gegensatz zu einem Laborversuch kein Bauprozess bis ins letzte Detail wiederholbar ist. Völlig gleiche Bedingungen lassen sich nicht erreichen, der erste Punkt der Voraussetzungen kann damit zunächst nicht erfüllt werden. Eine Möglichkeit, doch zu brauchbaren, d.h. vergleichbaren Werten zu kommen, ist durch die „Bereinigung" der Daten gegeben, d.h. sie müssen von allen Besonderheiten des betrachteten Bauvorhabens eliminiert werden. Diese „Bereinigung" kann nur von Fachleuten erfolgen, die mit den Besonderheiten der einzelnen Baustellen und deren Auswirkungen vertraut sind. Da eine solche Bereinigung subjektiv erfolgen wird, liegt hier eine Fehlerquelle, die das Auffinden exakt vergleichbarer Werte ausschließt. Die Werte werden also je nach den Erfahrungen der Fachleute mehr oder weniger genaue Näherungswerte sein, die subjektiv gefärbt sind. Trotzdem kann man davon ausgehen, dass aufgrund der persönlichen Erfahrungen ein relativ hoher Genauigkeitsgrad erreicht wird, der allerdings nicht quantifizierbar ist. Die zweite Voraussetzung ist eine genügend große Anzahl von Daten. Die von Baustelle zu Baustelle unterschiedlich ablaufenden Produktionsprozesse führen dazu, dass oft nur weniger als zehn vergleichbare Werte herangezogen werden können, eine viel zu geringe Anzahl, wenn man bedenkt, dass in der Statistik erst bei einem Probenumfang > 100 einigermaßen sichere Aussagen über die Parameter der Grundgesamtheit möglich sind. Die Frage nach den Parametern einer beliebigen Grundgesamtheit von Werten, von denen eine begrenzte Menge n bekannt ist, lässt sich über die Ermittlung der

636

11 Ablaufplanung

Stichprobenverteilung beantworten. Auf die damit zusammenhängenden weiteren grundlegenden Fragen wie die Arten von Verteilungen, die Wahl der geeigneten Verteilungsfunktionen und die Gesetzmäßigkeiten von Stichproben kann ich im Rahmen dieser Darstellung nicht eingehen; hierzu sei neben [3.9], [5.42 bis 5.44], [11.11] auf weitere Spezialliteratur verwiesen. 11.10.4 Möglichkeiten praktischer Anwendung Die Untersuchung von Bauproduktionsprozessen mittels statistischer Methoden ist, wie aufgezeigt, mit Schwierigkeiten verbunden. Die Grundvoraussetzungen für statistische Aussagen − die Vergleichbarkeit der Daten und eine − genügend große Anzahl dieser Daten sind zunächst nicht gegeben. Das Sammeln und Aufbereiten von Daten an unterschiedlichen Stellen führt – wie schon erwähnt – dazu, dass deren Anzahl für eine statistische Betrachtung größtenteils zu gering ist und dass diese Daten subjektiv gefärbt sind. D.h. dass Werte der Baustelle A nicht mit Werten der Baustelle B verglichen werden können. Das zentrale Sammeln und einheitliche Aufbereiten aller verfügbaren Daten führt jedoch zu einer genügend großen Anzahl vergleichbarer Werte und ermöglicht so den Weg zu statistischen Aussagen. Diese Aufgabe kann bspw. von der zentralen Arbeitsvorbereitung einer Unternehmung wahrgenommen werden. Damit lassen sich die oben genannten Grundvoraussetzungen hinreichend erfüllen. Für die weitere Betrachtung kann je nach den vorliegenden Felddaten in brauchbarer Näherung von Wahrscheinlichkeitsverteilungen ausgegangen werden, die durch einen oder zwei Parameter einfach zu definieren sind (Standardverteilungen, Tabelle 44). Damit lassen sich μ (Mittelwert) und σ² (Varianz) relativ einfach ermitteln und unter Vorgabe der gewünschten statistischen Sicherheit (S) die Vertrauensgrenzen ±xs für μ und σ² aufzeigen. Mit derart abgesicherten Werten lassen sich genauere Angaben über den Ablauf von Bauprozessen machen als mit geschätzten Erfahrungswerten. Für die Praxis ist bspw. die Angabe von Bauzeiten, die mit vorgegebener Sicherheit von 90%, 95% oder 99% eingehalten werden können, von großem Interesse, denn damit lassen sich Termin- und Kostenschätzungen enger fassen und das Risiko der zeitlichen Abwicklung sowie der Finanzierung von Bauprojekten begrenzen.

11.10.4.1 Bereich Bauablaufplanung Bei der Realisierung von Bauprojekten laufen verschiedenartige Prozesse ab, die für den Gesamtablauf unterschiedlich zu werten sind. Meist dominieren einige wenige, im Extremfall nur ein Prozess (Leitprozess).

11.10 Bauablauf unter Unsicherheit

637

Tabelle 44: Standardwahrscheinlichkeitsverteilungen [11.1]

Der Leitprozess, auf den bei einer Taktfertigung alle Teilprozesse abzustimmen sind, wird vom Leitbetrieb ausgeführt, der den Fertigungsengpass bildet. Dies kann, wie schon erwähnt, die teuerste Maschine (bzw. Gerät) sein, für die ein weitgehend störungsfreier Arbeitsablauf gesichert werden muss, eine Maschine (bzw. Gerät) mit begrenzter Arbeitsgeschwindigkeit oder eine begrenzte Anzahl an Arbeitskräften. Der Leitprozess liegt auf dem kritischen Weg, weist keine Pufferzeiten auf und lässt somit keine Verzögerungen zu, ohne dass der Endtermin des Projekts überschritten wird. Für die statistische Betrachtung des Ablaufs eines Bauvorhabens reicht es demnach aus, nur die auf dem kritischen Weg liegenden Teilprozesse zu untersuchen, um Aussagen über die Wahrscheinlichkeit des Einhaltens einer bestimmten Bauzeit zu erhalten. Damit lässt sich die oft sehr große Menge von Teilprozessen (z.B. beim schlüsselfertigen Bauen) auf eine übersichtliche Zahl begrenzen und der Arbeitsaufwand erheblich verringern. Notwendig ist allerdings die vorhergehende ingenieurmäßige Bearbeitung des Projekts durch den Ablaufplaner, d.h. vor allem das Auffinden des kritischen Weges und die Ermittlung, ob nicht aufgrund großer

638

11 Ablaufplanung

Streuungen der Parameter der einzelnen Teilprozesse (vor allem bei sehr vielen Vorgängen) andere Wege ebenfalls kritisch werden und zur Überschreitung der Bauzeit führen können [11.1]. Für die Praxis bedeutet die Beschränkung auf den kritischen Weg (eventuell mit einigen Alternativen) bei der Untersuchung komplizierter Abläufe eine wesentliche Reduzierung des Aufwandes, ohne dass die Aussage über den Ablauf des Gesamtprojekts an Wert verliert. Betrachtet man bspw. unter der Annahme einer Normalverteilung den Ablauf mehrerer aufeinander folgender Prozesse mit Ende-Anfang-Beziehung (Normalfolge) und bestimmten Sicherheitsgrenzen ±xs für den Mittelwert μ,, so ergibt sich, dass sich die Extremwerte jeweils addieren können (Bild 11.94). Das würde bedeuten, dass bei mehreren aufeinander folgenden Prozesse somit zufallsbedingtem Ablauf eine Aussage über den Mittelwert des Gesamtablaufs nur relativ grob sein kann. Die Situation des rein zufallsbedingten Ablaufs einer Bauproduktion tritt allerdings nicht ein. Denn die Projekt- oder Bauleitung hat unter anderem die Aufgabe, den Planungs- oder Produktionsablauf steuernd zu überwachen und bei Abweichungen von den Sollwerten einzugreifen. Dies entspricht der Funktion eines Reglers bzw. einem Regelkreis (Bild 11.95, s. a. Bild 5.22). Ein gesteuerter bzw. geregelter Ablauf ist aber nicht mehr zufallsbedingt, da durch die Regelung ein ganz bestimmtes Ziel angestrebt wird. D.h. aber, dass der Gesamtablauf eines Bauprojekts im Normalfall kein stochastischer Wert sein kann. Die einzelnen Bauprozesse werden durch die Bauleitung – je nach Qualifikation und Erfahrung – mehr oder weniger genau gesteuert. Dabei ist der zeitliche Abstand der Kontrollen (Soll-Ist-Vergleich) mit ausschlaggebend für die Abweichungen vom Soll-Wert. Je enger die Kontrollen liegen, um so geringer werden die Abweichungen vom Soll sein, wenn jeweils entsprechend gegengesteuert wird. Die „Bandbreite“ der Abweichungen vom Soll-Wert kann damit von der Bauleitung bestimmt werden. Bei annähernd gleichen Randbedingungen und Steue-

Annahme: normalverteilte Grundgesamtheit, statistische Sicherheit s1 und s2 Bild 11.94: Streuungsbereich der Ablaufdauer zweier aufeinander folgender Prozesse mit Ende-Anfang-Beziehung (Normalfolge) [3.9]

11.10 Bauablauf unter Unsicherheit

639

rungsmaßnahmen verhält sich die „Bandbreite“ der Abweichungen vom SollWertdirekt proportional zum zeitlichen Abstand der einzelnen Kontroll- bzw. Steuerungsvorgänge. Für die Bereiche zwischen den einzelnen Kontrollterminen bzw. Steuerungsmaßnahmen kann unter Berücksichtigung der jeweiligen Randbedingungen ein zufallsbedingter Ablauf angenommen werden. Dabei sind wieder für eine bestimmte statistische Sicherheit S [%] die zugehörigen Sicherheitsgrenzen ±xs gegeben, die die entsprechende Abweichung vom Mittelwert μ kennzeichnen. Dem Mittelwert kommt bei der Festlegung der Dauer der einzelnen Teilprozesse innerhalb der Ablaufplanung eine ausschlaggebende Bedeutung zu, denn er wird für die Bestimmung des Soll-Ablaufs herangezogen. Es ist daher notwendig, vor allem den Mittelwert durch statistische Verfahren zu bestimmen und abzusichern. Für die Ablaufplanung wird deshalb im Rahmen der Planungsschritte empfohlen, neben dem Aufstellen des Ablaufplans unter Berücksichtigung möglichst „sicherer“ Mittelwerte für die einzelnen Teilprozesse (aus der zentralen Arbeitsvorbereitung), der Ermittlung des kritischen Weges und dem Festlegen von Bandbreiten für Abweichungen vom Mittelwert bei den Vorgängen auf dem kritischen Weg die Kontroll- und Steuerungszeitpunkte vorzugeben. Damit lässt sich ein Bauablauf innerhalb enger Grenzen halten und relativ genau kalkulieren.

Bild 11.95: Regelkreis [11.1]

11.10.4.2 Bereich Aufwandswerte Neben der Ablaufdauer von Bauvorgängen sind vor allem die Aufwands- und Leistungswerte von Mannschaft und Gerät von Interesse. Oft sind außerbetriebliche Einflüsse so gravierend, dass sie den Bauablauf bestimmen (z.B. außergewöhnliche Witterung, Ausschalfristen, beengte Arbeitsräume oder keine Verstärkungsmöglichkeit des eingesetzten Potentials). Die Produktionsdaten der Teil-

640

11 Ablaufplanung

prozesse sind dann mit dem Blick auf ungestörte Abläufe, den Regelfall, zu beurteilen. Der Aufwandswert ist mitbestimmend für die Ausführungsdauer des entsprechenden Teilprozesses und maßgebend für die Kosten einer Teilleistung. Der statistischen Ermittlung des Mittelwertes μ und der Varianz σ² eines ungestörten Ablaufs von Leitprozessen kommt deshalb besondere Bedeutung zu. Die Relationen zwischen Potentialeinsatz, Aufwands- bzw. Leistungswert, Prozessdauer und Produktmenge gehen aus den Gleichungen (58) bis (66) im Abschn. 11.4.2.4 hervor. 11.10.5 Zusammenfassung Statistische Betrachtungen sind zur Absicherung von Mittelwert und Varianz maßgebender Produktionsdaten notwendig, sind aber immer nur als Hilfsmittel zu verstehen. Genauere Aussagen sind erst durch die Kombination von statistischen Daten und der ingenieurmäßigen Beurteilung aller Randbedingungen möglich (Risikobewertung). Ich gehe im Abschnitt über die Ablaufkontrolle (13) nochmals darauf ein. Durch die gewählten Bauverfahren ist das erforderliche Potential, durch die Ablaufplanung seine Einsatzzeit für die einzelnen Vorgänge bekannt. Der nächste und letzte Schritt der Produktionsplanung besteht jetzt darin, die Kosten des Potentialeinsatzes zu ermitteln. Das ist die Aufgabe der Baukalkulation.

Literatur zu Kapitel 11 11.1 11.2 11.3 11.4

11.5 11.6

11.7 11.8 3

Bauer, H.; Baubetrieb, 2. Aufl., Springer-Verlag Berlin 1995, Abschnitt 113 Kullack, A. M.; Angaben zum Nachunternehmereinsatz im Blickpunkt der Rechtsprechung, B + B 2/2005, S. 20 Franke, H., Kemper, R., Zanner, Ch., Grünhagen,; VOB-Kommentar Bauvergabe, Bauvertragsrecht, Werner-Verlag 2002 Programm MS Project (Bereich A4, Standardsoftware; Rubrik A4.13, Terminplanung) von Microsoft; Programm ACOS Plus1, Version 8.5; Softgide, der Softwareführer Böttcher, P., Neuenhagen, H.; Baustelleneinrichtung, Betriebliche Organisation, Bauverlag Wiesbaden/Berlin 1997 Girmscheid, G.; Angebots- und Ausführungsmanagement- Leitfaden für Bauunternehmen, Springer-Verlag Berlin, vdf Hochschulverlag ETH Zürich 2005 Toussaint, E.; Leitfaden zur Bauvorgangsplanung, Bauingenieur-Praxis, Heft 107, Ernst & Sohn Berlin, 1975 Maidl, B.; Handbuch des Tunnel- und Stollenbaus, Band II, 1988

Der Abschnitt 11 wurde z. Tl. aus der 2 Auflage übernommen

Literatur zu Kapitel 11

11.9 11.10 11.11

641

Lessmann, Heigl, Pacher, Lins, Raffetseder,; Qualitatives Baumanagement, Berlin 1990 Blecken, U., Kulick, R.; Logistikkonzept für den Auslandsbau, BMT 10/1984, S. 404-415 REFA, Fachausschuss Bauwesen, REFA in der Baupraxis, Teil 2, Datenermittlung, Frankfurt/Main 1984

Nachtrag: 11.101 z.B. Info-Ordner der Tiefbau-Berufsgenossenschaft München, Geschäftsbereich Präventation, Ausgabe 04/2000 (s. Anhang 27) 11.102 BMWA, Verordnung über Sicherheit und Gesundheitsschutz auf Baustellen – Baustellenverordnung (BaustellV) – und die zugehörigen Regeln zum Arbeitsschutz auf Baustellen (RAB) vom 10.06.98 (hier bes. RAB 31, Sicherheits- und Gesundheitsschutzplan – SiGeplan) 11.103 Krauß, S., Gunzenhauser, A.; Hochhaus „Skyper“: Bauausführung und Logistik, B + B 4/2004, S. 59 11.104 Streif-Baulogistik, Baustellenlogistik spart Zeit und Geld, B + B 2/2005, S. 78

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

12.1 Aufgabe Aus den für das Erstellen eines Bauwerks, eines Bauzustandes oder für die Fertigung von Bauteilen gewählten Produktionsverfahren sind Art und Umfang der produktiven Faktoren bekannt. Ihre Einsatzdauer und damit der Verbrauch an Arbeits- und Maschinenstunden, Bau-, Bauhilfs- und Betriebsstoffen sowie anteiligem Führungs-, Verwaltungs- und Versorgungsaufwand ergibt sich über die Fertigungsmengen aus dem Ablaufplan. Die Bauverfahren, die produktiven Faktoren und der Ablaufplan bilden damit zusammen das Produktionsmodell einer Bauaufgabe. Durch Multiplikation der Faktoreinsatzmengen mit ihren Preisen (Stundenlöhne einschließlich Sozialaufwendungen und Lohnnebenkosten, Gehälter, Gerätevorhaltekosten, Preise für Bau-, Bauhilfs- und Betriebsstoffe, Büro-, Montage-, Transportkosten) und den Kosten der Nachunternehmerleistungen ergeben sich die Herstellkosten, mit den Zuschlägen für Geschäftskosten, Wagnis und Gewinn die Angebotssumme bzw. der Preis für die geforderte Bauleistung. "Im Gegensatz zu der in der Öffentlichkeit häufig vertretenen Meinung, dass der Preis der in großem, industriellem Maßstab hergestellten Produkte ausschließlich durch Angebot und Nachfrage bestimmt werde, sind es in Wirklichkeit in weiten Bereichen die Herstellkosten, die den Preis bestimmen. Die Ermittlung der Herstellkosten eines Produktes ist daher primär die Aufgabe jeglicher Kalkulation" [Reuter, E., Offene Worte des Daimler-Managers, DIE ZEIT, Nr. 33, 8.8.1980, S. 18]. Die Angebotssumme einer Bauunternehmung entscheidet darüber, ob ihre Produktionsplanung realisiert wird, da auf dem Markt i.d.R. nur das kostengünstigste Angebot zum Auftrag führt. Die Preisermittlung oder Kostenberechnung einer Unternehmung, allgemein als Baukalkulation bezeichnet, hat zwei Aufgaben zu erfüllen. Die erste besteht darin, über die Herstellkosten den Angebotspreis und für die in einem Leistungsverzeichnis aufgelisteten Teilleistungen Einheitspreise zu bestimmen. Das gilt jedoch nur für Einheitspreisverträge. Bei funktionaler Ausschreibung bzw. Pauschalverträgen wird die geforderte Leistung in den Verdingungsunterlagen nur beschrieben und nur der Gesamtpreis angeboten. In diesem Fall muss die Bauunternehmung das für eine Kalkulation erforderliche LV selbst erstellen.

644

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Ist der Auftrag erteilt, sind zweitens im Rahmen der Arbeitskalkulation für die Ablaufsteuerung und -kontrolle die Produktionskosten (Soll-Vorgaben) zu ermitteln. Für die Beurteilung, ob eine Fertigung wirtschaftlich optimal abläuft – die Kostenkontrolle – interessiert nur der zweite Aspekt. Auf die verschiedenen Stufen der Kostenermittlung auf der Auftraggeberseite wie Kostenschätzung, Kostenberechnung und Kostenanschlag und die nach Fertigstellung eines Bauvorhabens vorzunehmende Kostenfeststellung gehe ich nicht ein. Sie sind i.E. in der DIN 276 [12.2] erläutert. Ihr Zusammenhang mit der Kalkulation einer Bauunternehmung geht aus Bild 12.1 hervor.

1) Ergebnis aus der Baukalkulation

Bild 12.1: Kostenentwicklung eines Projektes [12.1]

12.2 Grundlagen der Baukalkulation 12.2.1 Leistungsbeschreibung und Vertragsbedingungen Grundlagen einer Baukalkulation sind die vom Auftraggeber (AG) oder seinem Projektmanagement aufgestellten Vergabeunterlagen. Diese bestehen aus dem An-

12.2 Grundlagen der Baukalkulation

645

schreiben, den Bewerbungsbedingungen und den Verdingungsunterlagen (VOB, Teil A, § 10 [3.4]1). Zu den Verdingungsunterlagen gehören − das Leistungsverzeichnis (LV, bei Einheitspreisverträgen nach § 9, Ziffer 6–9, VOB/A), − das Leistungsprogramm (bei funktionaler Ausschreibung nach § 9, Ziffer 10– 12, VOB/A bzw. allgemein bei Pauschalverträgen), − die Vertragsbedingungen, − die Ausführungspläne, − die Ergebnisse von Baugrunduntersuchungen (Bodengutachten) usw. In einem LV werden die für das jeweilige Bauvorhaben zu erbringenden Teilleistungen beschrieben. Es wird in Form einer Tabelle aufgestellt, in deren Spalten der Reihe nach − − − − −

die Ordnungsziffer (Position), die voraussichtlich auszuführende Menge der jeweiligen Teilleistung, die genaue Beschreibung der Teilleistung, der Einheitspreis der Position (vom Bieter auszufüllen) und der Gesamtpreis der Positionen (vom Bieter auszufüllen)

aufgeführt sind. Ein LV ist bzw. wird nach Gewerken, Leistungsbereichen und Bauteilen gegliedert. Um die Beschreibung der Teilleistungen zu standardisieren, wurden seit 1965 ein Standardleistungsbuch für die Leistungsbereiche des Hochbaus und ein Standardleistungskatalog für den Straßen-, Brücken- und Wasserbau entwickelt. Diese Leistungsbeschreibungen geben durchdachte, technisch einwandfreie und straff formulierte Texte auf der Grundlage der VOB vor, die keinen Raum mehr für Unklarheiten in der Vertragsauslegung lassen [12.3]. Soweit Bauwerkspläne, Bodengutachten usw. den Bietern nicht überlassen werden, können diese nach Absprache beim AG oder Planer eingesehen werden. Neben den Vorschriften des BGB, den Bestimmungen der VOB, Teil B2 (soweit Vertragsbestandteil) und C [12.4] sowie der Leistungsbeschreibung sind noch weitere Vertragsbestimmungen erforderlich, da diese allgemeinen Bestimmungen nur Regeln enthalten, aber keine zahlenmäßigen Festlegungen treffen wie Baubeginn, Bauzeit, Zahlungsbedingungen, Vertragsstrafen usw. Außerdem sind vom AG die Standortbedingungen der Baustelle darzulegen. Nach VOB/A § 10 können deshalb neben der VOB/B und C und der Leistungsbeschreibung − Zusätzliche Vertragsbedingungen, − Besondere Vertragsbedingungen und − Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen weitere Vertragsbestandteile werden. 1 2

Allgemeine Bestimmungen für die Vergabe von Bauleistungen Allgemeine Vertragsbedingungen für die Ausführung von Bauleistungen

646

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Allgemein gilt, dass die Vertragsbedingungen geeignet sein müssen, die Geschäftsabwicklung für ein spezielles Vertragsobjekt erschöpfend zu regeln. Die v.g. Verdingungsunterlagen beziehen sich auf die (derzeit noch) häufig verwendete Vertragsform von Bauverträgen, den Einheitspreisvertrag. Bei funktionaler Leistungsbeschreibung (Leistungsbeschreibung mit Leistungsprogramm) tritt wie eingangs erwähnt an die Stelle des LV (nur) eine ausführliche Beschreibung der geforderten Leistung. In der privaten Bauwirtschaft hat sich bei großen Bauprojekten die Auftragsvergabe mit funktioneller Leistungsbeschreibung durchgesetzt. Ihre Definition, welche Mindestanforderungen der AG zu beachten hat, die Nachteile aus Bieterund Auftraggebersicht und die Risiken sind in [12.5] i. E. dargestellt. Bei Pauschalverträgen nach dem BGB können auch andere oder weitere Informationen Grundlage der Preiskalkulation sein [12.3] (s.a. Abschn. 3.4) 12.2.2 Kenntnis der Arbeitsabläufe und Bauverfahren Neben dem Studium der Verdingungsunterlagen über den Umfang des „BauSolls“ sind detaillierte Kenntnisse über Herstellverfahren und Bauabläufe für die Baupreisermittlung eine notwendige Voraussetzung. Im allgemeinen stehen für das Erbringen von Bauleistungen mehrere Ausführungsmöglichkeiten hinsichtlich Material, Tragwerk, statischem System, Betriebsmitteleinsatz usw. zur Wahl. Die Auswahl der jeweils optimalen Bauverfahren ist deshalb von zentraler Bedeutung für den wirtschaftlich und zeitlich günstigsten Bauablauf. Die Kombination der Produktionsfaktoren (menschliche Arbeit, Maschinen, Geräte und Stoffe) und die Organisation ihres Zusammenwirkens bestimmen die besonderen Eigenschaften eines Bauverfahrens und seine Eignung für eine spezielle Bauaufgabe. Nur mit verfahrenstechnischen Kenntnissen und dem Wissen um Reihenfolge und gegenseitige Abhängigkeiten der einzelnen Teilleistungen bei der Herstellung eines Bauwerks ist es dem Kalkulator möglich, die wirtschaftlichste Lösung zu finden. Im einzelnen besteht die Kalkulationsaufgabe darin, zunächst den Fertigungsablauf technologisch vorzudenken, d.h. technisch und wirtschaftlich zu analysieren. Dann sind die durch die Fertigung voraussichtlich entstehenden Kosten der einzelnen Teilleistungen so sicher wie möglich zu erfassen. Daraus ist dann unter Berücksichtigung technischer und wirtschaftlicher Risiken der Preis zu bestimmen. Ein sorgfältig aufgestellter Bauablauf- und ein Baustelleneinrichtungsplan sind deshalb wesentliche Kalkulationshilfen (s. Kapitel 11). 12.2.3 Kalkulationsrelevante Erfahrungswerte Als weitere Grundlagen für eine Angebotskalkulation müssen außerdem alle erforderlichen Planunterlagen vorhanden sein. Damit wird im Zusammenhang mit

12.2 Grundlagen der Baukalkulation

647

dem (ggfs. selbst erstellten) Leistungsverzeichnis zunächst das „Mengengerüst der Bauleistung“ ermittelt, d.h. die Fertigungsmengen wie m³ Erdaushub, m³ Beton der verschiedenen Güteklassen, m² Schalung, t Bewehrungsstahl usw.. Die Problematik der Kalkulation besteht nun darin, nach Abschn. 11.4.2.4 für die einzelnen Teilleistungen − die Aufwandswerte, − die Leistungswerte − und unter Berücksichtigung ihrer Anordnungsbeziehungen die Vorgangsdauern zu ermitteln bzw. auf die Vorgaben des (vorläufigen) Ablaufplans abzustimmen. Um zutreffende Aufwands- und Leistungswerte für Mensch und Maschine zu ermitteln, hat der Kalkulator – wie schon erwähnt – verschiedene Möglichkeiten: − er kann Erfahrungswerte verwenden, die er selbst auf Baustellen gesammelt hat, − er kann firmeneigene Nachkalkulationen auswerten, die über ähnliche Bauvorhaben erstellt worden sind (Stammdaten), − er kann sich auf Erfahrungen anderer Fachleute stützen (Bauleiter, Literatur) und − er kann Bauabläufe unter verschiedenen Annahmen simulieren (s. Abschn. 11.8.6 und 11.10). Das Objekt der Leistungsermittlung ist in erster Linie die Arbeitsperson, der Mensch, gleich ob er als Bauwerker, Baufacharbeiter oder Polier tätig ist. Die Maschinen, nicht aber der Mensch, lassen sich exakt programmieren. Seine Leistungsbereitschaft ist von verschiedenen Einflüssen abhängig. Die Stundenansätze können vom Wetter, der Zusammensetzung des Baustellenpersonals, dem Organisations- und Improvisationstalent des Bauleiters, Poliers und der gewerblichen Arbeitskräfte und vom Grad der Arbeitsvorbereitung und Arbeitsunterweisung beeinflusst werden, worauf bei der Ablaufkontrolle noch einzugehen ist. Selbst ein sorgfältig aufgebauter und ständig aktualisierter Stundenansatzkatalog, der in einer Kalkulationsabteilung vorhanden ist, darf nicht unbesehen verwendet werden, sondern es ist immer der spezielle Fall des zu kalkulierenden Bauwerks zu analysieren. Eine weitere Problematik im Rahmen der Kalkulation besteht in der zuverlässigen Abschätzung der Preisentwicklung für die Löhne und auf den Beschaffungsmärkten für Baustoffe und Baumaschinen. Bei der Kalkulation von Bauobjekten, die sich über einen längeren Zeitraum (> 10 Monate) erstrecken, können die künftigen Preisentwicklungen nicht vorhergesehen werden. In solchen Fällen sollte der (Festpreis-)Vertrag Preisgleitklauseln enthalten. Problematisch wird es, wenn bspw. Baustoffpreise wie der Stahlpreis in 2004 sprunghaft ansteigen und dadurch zu einem erheblichen Kalkulationsrisiko werden (von Januar bis Mitte April 2004 gab es eine Steigerung im Grundpreis BSt 500 von etwa 350% [12.6].

648

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

12.3 Kalkulationsverfahren Die Kosten des in der Bauproduktion eingesetzten Potentials lassen sich auf zwei Wegen ermitteln. Dies sind − die traditionellen Verfahren der Baukalkulation. Sie dienen in erster Linie zur Ermittlung der Angebotssumme und der Einheitspreise, − besonders dafür entwickelte Kostenfunktionen. Produktionsfunktionen der Betriebswirtschaftslehre wie bspw. vom Typ B nach Gutenberg [10.1] sind dafür zu allgemein und deshalb nicht geeignet. 12.3.1 Traditionelle Verfahren der Baukalkulation In den folgenden Abschnitten wird die im Bauwesen vorwiegend angewendete progressive (hochrechnende) Kalkulation im Überblick dargestellt. Auf die retrograde Kalkulation („Target costing“, Zielkostenplanung), das Zurückrechnen vom Marktpreis, um festzustellen, was einzelne Objektkomponenten bei dem herrschenden Marktpreis maximal kosten dürfen, gehe ich im Abschn. 12.4.5 kurz ein. Grundsätzlich sind im Rahmen der Baukalkulation die Vorkalkulation mit einigen Varianten und die Nachkalkulation zu unterscheiden (Bild 12.2). Über die Vorkalkulation werden die voraussichtlichen Herstellkosten und daraus die Angebotssumme für eine Bauleistung ermittelt. Wegen häufig eintretender Mengenänderungen während der Bauausführung wird sie bei VOB-Verträgen mit LV in Einheitspreise für die einzelnen Teilleistungen aufgegliedert. Die übliche Baukalkulation ergibt damit die Einzelkosten je Mengeneinheit und die Gesamtkosten einer Bauleistung für die in einem LV vorgegebenen oder bei funktionaler Ausschreibung anhand von Ausführungsplänen ermittelten Mengen. Aufgabe der Nachkalkulation ist es, die bei der Bauausführung für die einzelnen Teilleistungen angefallenen Kosten zu ermitteln, um damit die Produktion zu steuern und realistische Aufwandswerte für weitere Vorkalkulationen zu erhalten. Grundsätzlich ist zur traditionellen Angebotskalkulation der Bauunternehmung zu bemerken [12.1]: Für den Unternehmer sind die Einheitspreise der Positionen das Ergebnis einer Berechnung, bei der eine mehr oder weniger große Menge von Kostenarten möglichst verursachungsgerecht auf mehr oder weniger exakt beschriebene Teilleistungen umgelegt werden muss. Diese Arbeit steht unter dem Eindruck einer kurzen Bearbeitungszeit, einer unbekannten Konkurrenz und einer Zuschlagserwartung von etwa 5–10%. Dafür wurden Kalkulationsverfahren entwickelt, die als Kompromiss zwischen dem Bearbeitungsaufwand und der Zuverlässigkeit des Ergebnisses anzusehen sind. In der Kalkulationspraxis sind mehrere Kalkulationssysteme entstanden. Sie lassen sich auf wenige gleichartige Operationen zurückführen.

12.3 Kalkulationsverfahren

649

Bild 12.2: Kalkulationsbegriffe

In allen Systemen sind zwei Datenfelder zu bearbeiten und ein Verteilungsschlüssel zu bestimmen (Bild 12.3). Das Feld „Einzelkosten“ nimmt alle Kostenarten auf, die einer Position des Leistungsverzeichnisses direkt zugerechnet werden können. Der Kalkulator hat zu entscheiden, − welche Kosten in die Einzelkosten aufgenommen werden sollen, − welche dieser Kostenarten einzeln ausgewiesen und welche unter der Sammelbezeichnung „Sonstige Kosten“ geführt werden sollen und − welche Positionen als Ganzes zu kalkulieren und welche in Unterpositionen aufzugliedern sind Das Feld „Gemeinkosten“ (allgemeine Kosten) enthält dagegen alle Kosten, die den einzelnen Positionen nicht direkt zugewiesen werden können, aber mit der Übernahme des Auftrages in Zusammenhang stehen. Auch hier muss entschieden werden, − welche Kosten in die Gemeinkosten aufgenommen werden sollen, − welche Kosten dem Bereich Baustelle und welche dem Bereich Zentrale Verwaltung zugeordnet werden und − welche dieser Kostenarten in ihrer absoluten Höhe berechnet und welche als Prozentsatz einer vorgegebenen Bezugsgröße angesetzt werden. Die Summe der diesen beiden Feldern zugewiesenen Kosten ergibt die Gesamtkosten, die der Kalkulator für diese Baustelle erwartet.

650

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Bild 12.3: Aufbau einer Angebotskalkulation (Schema, [12.1])

Da für die Beurteilung eines Angebots jedoch die Preise für die Mengeneinheiten der einzelnen Leistungspositionen (Einheitspreise) erforderlich sind, müssen als dritte Rechenoperation noch die für das Feld „Gemeinkosten“ ermittelten Kosten dem Feld „Einzelkosten“ zugeordnet werden. Diese Umlage bietet ebenso wie die Anlage der beiden Kostenfelder eine nahezu beliebige Variationsbreite. Die verschiedenen traditionellen Kalkulationsverfahren dienen somit dem Zweck, dem Kalkulator die Möglichkeit zu geben, für das anstehende Projekt mit einem Minimum an Arbeitsaufwand eine hinreichend zuverlässige Kostenprognose abgeben zu können. Im einzelnen werden die erwähnten Kostenarten und die Kalkulationsverfahren in der genannten Literatur anhand einer Reihe instruktiver Beispiele erläutert. Ich gehe im Abschn. 12.4 darauf ein. 12.3.2 Kostenfunktionen der Bauproduktion Für die Kostenplanung der Bauproduktion hat Burkhardt vor etwa 40 Jahren eine weitere Kostengliederung vorgestellt. Im Gegensatz zur Vorkalkulation, die zu einer vertraglichen Preisbildung führen soll, haben danach Kostenbetrachtungen in der Ablaufplanung folgende Aufgaben: − über Kostenvergleiche verschiedener Ablaufsysteme soll für ein Bauvorhaben ein wirtschaftlicher Projektablauf gefunden werden,

12.4 Die Angebotskalkulation in der Bauunternehmung

651

− die Sollkosten eines geplanten Projektablaufs sollen mit den tatsächlich angefallenen Ist-Kosten zu Kontrollzwecken verglichen werden, um in den weiteren Projektablauf korrigierend eingreifen zu können. Hierfür sind Kostenfunktionen brauchbar, welche die Produktionskosten in Abhängigkeit von Zeit und Potential (Kapazität) ausdrücken. Diese Kostenfunktionen sind in [12.1] dargestellt. Da sie in der Praxis kaum angewendet werden, gehe ich nicht weiter darauf ein.

12.4 Die Angebotskalkulation in der Bauunternehmung 12.4.1 Schema Wie erwähnt lassen sich bei der Angebots-(Vor-)kalkulation folgende Kostenarten unterscheiden: − unmittelbar zurechenbare Kosten (Einzelkosten der Teilleistungen, unmittelbare Herstellkosten), − Gemeinkosten (alle Kosten, die für die Durchführung einer Baumaßnahme anfallen, jedoch den einzelnen Teilleistungen nicht direkt zugerechnet werden können). Dazu zählen die Gemeinkosten der Baustelle und die anteiligen allgemeinen Geschäftskosten der Unternehmung. In stufenweisem Vorgehen wird daraus die Angebotssumme für ein Bauvorhaben nach folgendem Schema ermittelt [12.1, 12.3, 12.7]:

+ = + = + = + =

Einzelkosten der Teilleistungen Gemeinkosten der Baustelle Herstellkosten Allgemeine Geschäftskosten Selbstkosten Wagnis und Gewinn Netto-Angebotssumme Umsatzsteuer Brutto-Angebotssumme

Die Einzelkosten der Teilleistungen und die Gemeinkosten der Baustelle werden in der Kalkulation weiter untergliedert. Dabei sind Kostenarten, die bei der Gemeinkostenverteilung mit unterschiedlichen Zuschlägen beaufschlagt werden sowie Kostenarten, die Gegenstand eines Vergleichs zwischen Soll- und Istkosten sind, (spätestens bei der Arbeitskalkulation) getrennt auszuweisen.

652

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

12.4.2 Kostenarten

12.4.2.1 Einzelkosten der Teilleistungen Unter Berücksichtigung dieser Kriterien werden in der Praxis die Einzelkosten der Teilleistungen zwischen zwei (Lohn- und Sonstige Kosten) und sechs Kostenarten untergliedert: − − − − − −

Lohnkosten, Baustoff-Kosten Kosten der Rüst-, Schal- und Verbaustoffe, Gerätekosten, Fremdarbeitskosten und Kosten der Nachunternehmer-Leistungen.

Die Anzahl der angesetzten Kostenarten hängt neben der Betriebsgröße von der Struktur der auszuführenden Arbeiten ab. Beim Einsatz maschineller Fertigungsgruppen wie beim Bau von Straßendecken und im Spezialtiefbau gelten als wichtigste Kostenarten die − − − − −

Lohnkosten, Baustoffkosten, Abschreibung, Verzinsung und Reparatur der Geräte (Gerätekosten), Kosten der Betriebs- und Schmierstoffe und Fremdleistungen.

Diese Kosten werden je Schicht ermittelt und auf die Schicht-(Tages-)Leistung bezogen. Zu den Einzelkosten der Teilleistungen ist zu bemerken [nach 12.3]: 1. Lohnkosten: Die Lohnkosten werden als Mittellohn sämtlicher auf der Baustelle entstehenden Lohnkosten je Arbeitsstunde erfasst. Dazu kommen Lohnzusatzkosten aus Sozialkosten, Lohnnebenkosten und sonstigen Kosten (bspw. anteilige Aufsichtsgehälter für Poliere oder Schachtmeister) und (ggfs.) aus dem Verbrauch von Werkzeugen und Kleingeräten. Danach sind drei Mittellöhne zu unterscheiden: − Der Mittellohn A. Er umfasst die tariflichen Löhne der gewerblichen Arbeitsnehmer und die Zulagen und Zuschläge für − Längere Betriebszugehörigkeit (Stammarbeiterzulage), − Leistungszulagen, − Überstunden, Nacht-, Sonntags- und Feiertagsarbeit, − Übertarifliche Bezahlung, − den Arbeitgeberanteil zur Vermögensbildung sowie − Zulagen für Arbeitserschwernisse.

12.4 Die Angebotskalkulation in der Bauunternehmung

653

− Der Mittellohn AS. Dieser umfasst darüber hinaus sämtliche Sozialkosten (Lohnzusatzkosten), die sich aus Gesetzen, Tarifverträgen, Betriebs- und Einzelvereinbarungen als Zuschlag zum Mittellohn A ergeben. − Der Mittellohn ASL. Der Mittellohn ASL enthält neben dem Mittellohn AS noch die Lohnnebenkosten. Diese entstehen vorwiegend für solche Arbeitnehmer, die auf eine Arbeitsstelle außerhalb des Betriebes entsandt werden. Lohnnebenkosten sind u.a. Auslösung, Fahrtkostenabgeltung, Verpflegungszuschuss, Reisegeld- und -zeitvergütung usw. Werden die Gehälter des aufsichtsführenden Poliers in den Mittellohn einbezogen, ergeben sich die Mittellöhne AP, APS und APSL. Der Mittellohn ASL oder APSL ist der Betrag mit dem die Stundenansätze der einzelnen Positionen zu multiplizieren sind, um die Lohnanteile zu erhalten (Beispiel Bild 12.4). 2. Baustoffkosten: Die Baustoffkosten bestehen aus: − den Einkaufspreisen nach Abzug aller Rabatte, − den Frachtkosten für die Anlieferung zur Baustelle (wenn die Baustoffe nicht frei Baustelle angeboten werden), − Baustoffverlusten (Bruch, Verschnitt, Streuverlust). 3. Kosten der Rüst-, Schal- und Verbaustoffe: Diese Kostengruppe umfasst Bauhilfsstoffe, die teils vorgehalten, teils verbraucht werden. Unter dieser Kostenart sind somit zeitabhängige (Vorhaltekosten) und zeitunabhängige Kosten zu unterscheiden, – bei letzteren Einsatzabhängige (Ein- und Ausschalen) und – unabhängige Kosten (Montage, Demontage) [12.3]. 4. Gerätekosten: Gerätekosten sind alle Kosten aus der Vorhaltung und dem Betrieb firmeneigener Geräte. Dies sind − Kosten der Gerätevorhaltung, d. s. die kalkulative Abschreibung (A), die kalkulative Verzinsung (V) und die Reparaturkosten (R), − Kosten des Gerätebetriebs (Betriebsstoff-, Bedienungs- sowie Wartungsund Pflegekosten), − Kosten der Gerätebereitstellung (An- und Abtransport, Auf-, Um- und Abladen; Auf-, Um- und Abbau), − Allgemeine Kosten (Lagerung, Geräteverwaltung und -versicherung, KfzSteuern). In der Kalkulation der Einzelkosten werden nur die Gerätemiete (A + V) und die Reparaturkosten (R) sowie die Betriebsstoffkosten erfasst. Soweit Geräte oder -gruppen den Teilleistungen direkt zugeordnet werden können, werden sie unter den entsprechenden Leistungspositionen erfasst. Anderenfalls werden ihre Kosten unter der Baustelleneinrichtung ermittelt.

654

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Bild 12.4.1: Mittellohn ASL

12.4 Die Angebotskalkulation in der Bauunternehmung

Bild 12.4.2: Mittellohn APSL Bild 12.4: Beispiele zur Berechnung des Mittellohns [12.3]

655

656

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Bei direkter Zuordnung zu Leistungspositionen sind dort auch die Kosten des Geräteführers und die Betriebsstoffkosten anzusetzen. Der Treibstoffverbrauch ergibt sich bei Benzin und Dieselöl nach dem Ansatz kW · l/kW · Eh · €/l = €/Eh

(74)

kW = Kilowatt, Eh = Einsatzstunde, l = Liter/kW

Grundlage für die Ermittlung der Gerätevorhaltekosten ist (derzeit) die Baugeräteliste 2001 (BGL) des Hauptverbandes der Deutschen Bauindustrie, – Bauverlag Wiesbaden – Berlin. Sie enthält die Neuwerte, die Nutzungsdauern, die monatlichen A- und V-Beträge und die Reparaturkosten (R) der in der Bauwirtschaft eingesetzten Geräte. Die in der BGL enthaltenen Angaben sind Durchschnittswerte. Technische Daten für Erdbaumaschinen aus der BGL sind bspw. als Auszug in Tabelle 45 angegeben. Die in der BGL angegebenen Neuwerte sind Mittelwerte der Listenpreise gebräuchlicher Fabrikate auf der Preisbasis 2000 einschl. Bezugskosten (Nettopreis ohne Steuern) und gelten für komplett ausgerüstete, betriebsbereite Geräte ohne Ersatzteile. Begriffe zur Gerätekostenermittlung sind: − der mittlere Neuwert (A), − die Abschreibung (Wertverzehr während der Nutzungsdauer eines Geräts; kalkulatorische Abschreibung linear von 100% bis 0%) − die Verzinsung (rechnerische Verzinsung des im Gerät investierten, durchschnittlich gebundenen Kapitals mit 6,5%). Dabei wird mit einem gleichbleibenden durchschnittlichen Verzinsungsbetrag gerechnet (halber mittlerer Neuwert über die gesamte Nutzungsdauer). Damit ergeben sich die Ansätze für A + V nach der BGL zu 100% [%] v p ⋅ n (0,5 ⋅ 100%) [%] z= v

a=

k = a + z [%], und die monatliche Abschreibung und Verzinsung zu K = k · A [€]

(75)

Erläuterung der Ansätze für Abschreibung und Verzinsung nach der BGL a = Anteil für Abschreibung je Monat in Prozent vom mittleren Neuwert z = Verzinsung je Monat in Prozent vom mittleren Neuwert k = Abschreibung und Verzinsung in Prozent vom mittleren Neuwert v = Vorhaltemonate n = Nutzungsjahre p = kalkulatorischer Zinsfuß von 6,5% K = Monatlicher Abschreibungs- und Verzinsungsbetrag in € A = Mittlerer Neuwert in €

12.4 Die Angebotskalkulation in der Bauunternehmung

657

Tabelle 45:

Die Reparaturkosten der Geräte steigen mit zunehmendem Gerätealter. Vereinfachend sind sie als Durchschnittswerte über die gesamte Nutzungsdauer (Vorhaltemonate) angegeben (monatliche Beträge R [€] für jede Gerätegröße oder in % des mittleren Neuwerts für jeden Gerätetyp als monatliche Sätze r). Es gilt R = r · A [€/Mt]

(76)

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12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Davon sind 40% Lohnkosten (Bruttolöhne ohne S+ LN-Kosten), 60% Stoffkosten. Die Reparaturlöhne sind deshalb noch um die S-, LN- und Reparatur-Gk zu erhöhen. Gerätekosten sind zeitabhängig. Zu ihrer Ermittlung sind deshalb 4 Zeitarten zu unterscheiden: − Vorhaltezeit, − Einsatzzeit, − Betriebszeit, − Stillliegezeit. Zeitbegriffe: 1 Vorhaltemonat = 30 Kalendertage = 170 Vorhaltestunden = 8/170 Vorhaltetage. Die Gerätekostenberechnung über die Vorhaltezeit wird vorwiegend für Geräte angewendet, die längere Zeit auf der Baustelle vorgehalten werden müssen, ohne immer im Betrieb zu sein (bspw. für Geräte des Hoch- und Ingenieurbaus). Die Sätze für A + V + R je Vorhaltemonat werden dabei der BGL oder eigenen Unterlagen entnommen und mit der Anzahl der Vorhaltemonate multipliziert (Bild 12.5). Für Stillliegezeiten werden reduzierte Sätze verwendet (nach BGL 75% A + V, R = 0 ab 10 Tagen).

Bild 12.5: Berechnung der Gesamtgerätekosten eines Kletterkrans mit Laufkatzenausleger, Nennlastmoment 125tm, BGL-Nr.C.0.10.0125 [12.3]

Bei der Gerätekostenermittlung über die Einsatz- oder Betriebszeit entfallen Auf- und Abbauzeiten, Zeit für Umbau und Umsetzen, Stillliege- und Reparaturzeiten. Bei der Betriebszeit als Berechnungsgrundlage entfallen weiter die Zeit für Vorbereitung und Abschluss der Arbeiten, betrieblich bedingte Wartezeiten, Verteil- und Verlustzeiten.

12.4 Die Angebotskalkulation in der Bauunternehmung

659

Die Kalkulation auf der Basis von Geräteeinsatz- oder Betriebsstunden wird i. Allg. nur für Leistungsgeräte vorgenommen, die bestimmten Teilleistungen zugeordnet werden (Erd- und Straßenbaugeräte, Rammen, Bohrgeräte). Häufig wird bei diesen Leistungsgeräten mit einer mittleren Tagesleistung und Tagessätzen kalkuliert, die zu 1/20 des Monatssatzes berechnet werden. Zur Ermittlung unternehmensinterner Verrechnungssätze für die Gerätevorhaltung verweise ich auf die Spezialliteratur [12.3]. 5./6. Kosten der Fremdleistungen: Hierbei sind Fremdarbeitskosten und Kosten der Nachunternehmerleistungen zu unterscheiden. − Fremdarbeitskosten sind Kosten für Leistungen, die an ein anderes Unternehmen zur Ausführung weiter vergeben werden. Sie bilden einen Bestandteil der Leistungen des Hauptunternehmers (Bsp: Verkleiden von Baugruben und Verankerung von Baugrubenverkleidungen, Auf- und Abbau von Geräten durch fremde Montagekolonnen, Montage von Fertigteilen, Schal- und Bewehrungsarbeiten, Erdarbeiten). − Nachunternehmerleistungen sind in sich abgeschlossene gewährleistungsfähige Leistungen. Sie werden im Allgemeinen vom Nachunternehmer zu den gleichen Vertragsbedingungen ausgeführt, wie sie auch für den Hauptunternehmer gelten. Typische NU-Leistungen sind vor allem bei schlüsselfertigen Bauten die Gebäudetechnik, die Fassade, die Abdichtung, der allgemeine Ausbau. Der Hauptunternehmer übernimmt bei dieser Vertragsform i. W. nur Aufgaben der Bauleitung sowie die Risiken der Gewährleistung.

12.4.2.2 Gemeinkosten der Baustelle Da sich die Gemeinkosten einer Baustelle keiner Teilleistung direkt zurechnen lassen, werden sie in einer besonderen Berechnung erfasst und – wie schon erwähnt – beim Bilden der Einheitspreise in einem dritten Schritt den Teilleistungen als Bestandteil des Kalkulationszuschlags zugerechnet. Sie setzen sich aus verschiedenen (zeitunabhängigen und zeitabhängigen) Kosten zusammen, die als Checkliste im Anhang 20 dargestellt sind. Auf ihre Detailermittlung gehe ich nicht ein und verweise hierzu ebenfalls auf die Spezialliteratur [12.3, 12.7]. Wegen ihrer Bedeutung ist im Rahmen dieser Darstellung jedoch auf Sonderwagnisse der Bauausführung und Sonderkosten hinzuweisen, die nach A 20 Bestandteil der zeitunabhängigen Gemeinkosten der Baustelle sind. Bei einer Bauausführung können Wagnisse (Risiken) bspw. aus folgenden Umständen eintreten (s. hierzu auch Abschn. 12.5). − − − −

Schlechtwetter, Hoch- und Niedrigwasser, Personal- und Stoffkostenerhöhungen bei langfristigen Festpreisverträgen (!), Terminüberschreitungen und Vertragsstrafen bei besonders kurzen Bauzeiten (gewerblichen Bauten),

660

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

− neuen Bauverfahren, − Mengengarantien. Weiter fallen unter die Sonderwagnisse Kosten für Versicherungen, die speziell für das Bauwerk abgeschlossen werden. Sonderkosten sind bspw. außerordentliche Bauzinsen, Lizenzgebühren, ArgeKosten und Kosten für eventuelle Winterbaumaßnahmen [12.3]. Werden verschiedene der in Anhang 20 genannten Kosten im Leistungsverzeichnis als eigene Positionen aufgeführt, wie „Einrichten und Räumen der Baustelle“ oder „Technische Bearbeitung“, sind diese Kosten definitionsgemäß nicht mehr als Gemeinkosten zu behandeln.

12.4.2.3 Allgemeine Geschäftskosten Unter Allgemeinen Geschäftskosten (Verwaltungsgemeinkosten) versteht man die Kosten, die dem Unternehmen nicht durch einen bestimmten Bauauftrag, sondern durch den Betrieb als Ganzes entstehen. Sie können den einzelnen Baustellen ebenfalls nur über Zuschlagssätze zugerechnet werden.

12.4.2.4 Wagnis und Gewinn Nach dem im Abschn. 12.4.1 dargestellten Kalkulationsschema setzt sich die Netto-Angebotssumme aus den Selbstkosten einer Bauleistung und dem kalkulatorischen Ansatz für „Wagnis und Gewinn“ zusammen. Wagnis und Gewinn dienen − der Absicherung eines Unternehmens gegen das allgemeine Unternehmerwagnis sowie − der Erzielung eines Unternehmensgewinns. In der Praxis werden die Zuschläge für Allgemeine Geschäftskosten sowie Wagnis und Gewinn häufig als gemeinsamer Zuschlag auf die Herstellkosten angesetzt. Im einzelnen ist die Ermittlung der genannten Kostenarten in [12.3] und [12.7] erläutert. 12.4.3 Ablauf der Kalkulation

12.4.3.1 Vorarbeiten Vor der eigentlichen Kostenermittlung sind alle kostenwirksamen Umstände zu erfassen. Dazu gehören − die Prüfung der Verdingungsunterlagen, ob in Vorbemerkungen, zusätzlichen oder besonderen Vertragsbedingungen oder zusätzlichen technischen Vertragsbedingungen kostenbeeinflussende Festlegungen getroffen sind.

12.4 Die Angebotskalkulation in der Bauunternehmung

− − −

−

661

Einen Überblick über derartige Festlegungen wie Zahlungs- und Abrechnungsmodalitäten, Nebenleistungen, Lieferung von Ausführungsunterlagen usw. enthält die Fachliteratur [12.3]. Diese Prüfungspflicht ist deshalb von Bedeutung, als nach der Rechtsprechung aus einer lückenhaften Leistungsbeschreibung allein noch kein Schadensersatzanspruch begründet werden kann, wenn die Lückenhaftigkeit zu erkennen war. Zweifelsfragen sind vor Abgabe des Angebots zu klären. die Begehung der Baustelle zur Beurteilung der örtlichen Umstände wie Verkehrsverhältnisse, Geländebeschaffenheit, besondere Verhältnisse (Grundwasserstände, Bodenbeschaffenheit, Hochwassergefahr, o. ä.), das Einholen der Baustoffpreise und der Angebote der Fremdunternehmer, das Aufstellen eines Bauablaufplans aufgrund der vorgegebenen Termine. Dieser muss für die Kalkulation enthalten − Angaben über einzubauende oder zu bewegende Mengen, − die Einsatzdauer der erforderlichen Geräte (Geräteliste), − Art, Anzahl und Einsatzdauer der erforderlichen Arbeitskräfte, − Arbeitsunterbrechungen (bspw. Winterpause), der Entwurf der Baustelleneinrichtung.

12.4.3.2 Kalkulationsverfahren In der Kalkulationspraxis der Bauwirtschaft werden üblicherweise folgende Verfahren angewandt [12.1, 12.3, 12.7]: 1. Kalkulation mit vorbestimmten Zuschlagssätzen − Variante 1: Vorbestimmte Zuschläge für alle Gemeinkosten, die Allgemeinen Geschäftskosten und sowie Wagnis und Gewinn. − Variante 2: Vorbestimmte Zuschläge für Teile der Gemeinkosten, die Allgemeinen Geschäftskosten sowie Wagnis und Gewinn. 2. Kalkulation mit objektspezifischer Ermittlung der Gemeinkosten der Baustelle Dieses Verfahren ist als „Kalkulation über die Angebotssumme“ bekannt. zu 1.: Kalkulation mit vorbestimmten Zuschlagssätzen − Variante 1 Bei diesem Verfahren werden die Gemeinkosten der Baustelle nicht objektspezifisch angesetzt, sondern es werden aus periodischen Gesamtkosten oder vergleichbaren Bauvorhaben ermittelte Gemeinkostenzuschläge verwendet. Dabei wird häufig mit nur einem Gesamtzuschlag für die Gemeinkosten der Baustelle, Allgemeinen Geschäftskosten sowie Wagnis und Gewinn gearbeitet (Bild 12.6). Dieses Verfahren kann nur in Betrieben mit Baustellen gleichartiger Kostenstruktur angewendet werden. Andernfalls würde diese Kalkulation zu erheblichen Kalkulationsfehlern führen.

662

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Die Kalkulation wird in folgenden Schritten durchgeführt: − Berechnung des Betriebs-Mittellohnes (z.B. am Anfang des Geschäftsjahres), − Ermittlung der Einzelkosten je Einheit der LV-Position – getrennt nach den Kostenartengruppen Lohnkosten und Sonstige Kosten, − Ermittlung der Einzelkosten je LV-Position und Summierung der Kostenarten, − Ermittlung der Einheitspreise und der Angebotssumme.

Bild 12.6.1: Schema

Bild 12.6.2: Beispiel Bild 12.6: Ablauf der Kalkulation mit vorberechneten Zuschlägen [12.3]

− Variante 2 Bei dieser Variante werden Mängel des einfachen Verfahrens vermieden. Wenn die Gemeinkosten des Betriebes nur einmal jährlich ermittelt und in allen Angebotskalkulationen auf die Basiskosten (Lohnkosten, Sonstige Kosten und evtl.

12.4 Die Angebotskalkulation in der Bauunternehmung

663

Fremdleistungskosten) gleichmäßig verteilt werden, besteht bei Angeboten unterschiedlicher Kostenstruktur die Gefahr unrichtiger Gemeinkostenzurechnung. Diese Gefahr will eine Variante der einfachen Zuschlagskalkulation vermeiden, und zwar dadurch, dass jene Gemeinkosten der Baustelle, wie z.B. Gerätekosten, die eine besondere Abhängigkeit vom einzelnen Bauvorhaben aufweisen, objektspezifisch wie die Basiskosten ermittelt werden, so dass nur die restlichen Gemeinkosten (nicht objektspezifische Gemeinkosten der Baustelle und Allgemeine Geschäftskosten) wie bei der einfachen Zuschlagskalkulation aufgrund jährlicher Ermittlung in allen Angebotskalkulationen gleichmäßig verteilt werden. zu 2.: Kalkulation über die Angebotssumme Bei der Kalkulation über die Angebotssumme werden die Gemeinkosten der Baustelle bei jedem Angebot objektspezifisch ermittelt, während die Geschäftskosten sowie Gewinn und Wagnis mit vorberechneten Zuschlagssätzen den Herstellkosten zugeschlagen werden. Daher ergeben sich für jedes Angebot in der Regel unterschiedlich hohe Kalkulationszuschläge. Infolge der objektspezifischen Ermittlung der Gemeinkosten der Baustelle engt dieses Kalkulationsverfahren das Risiko von Kalkulationsfehlern erheblich ein. Die Kalkulation über die Endsumme sollte daher das Kalkulationsverfahren für alle größeren Bauobjekte sein, besonders für solche des Tief- und Ingenieurbaues. Sie wird in zwei Stufen mit jeweils unterschiedlichen Schritten durchgeführt (Bild 12.7.1 bis 12.7.4): − Ermittlung der Angebotssumme (aus Einzelkosten, Gemeinkosten der Baustelle, Geschäftskosten, Gewinn und Wagnis) und Ermittlung des Angebotslohnes (Kalkulationslohn), − Ermittlung der Einheitspreise und Preise je Teilleistung. 2.1 Ermittlung der Angebotssumme und des Angebotslohnes (Kalkulationslohn) Diese Rechnung wird in vier Schritten durchgeführt: a) Ermittlung der Einzelkosten je Einheit der LV-Position – getrennt nach den gewählten Kostenartengruppen (Bild 12.7.2), b) Ermittlung der Einzelkosten je Position und Summierung je Kostenart, c) Ermittlung der Gemeinkosten der Baustelle, d) Ermittlung der Herstellkosten, der Angebotssumme und des Kalkulationslohnes. Die Herstellkosten ergeben sich durch Addition der Einzelkosten und der Gemeinkosten der Baustelle. Zuzüglich der auf die Herstellkosten berechneten Zuschläge für Geschäftskosten sowie Gewinn und Wagnis ergibt sich die NettoAngebotssumme (Bild 12.7.3, Teil 1). Zur Ermittlung der Einheitspreise werden die Gemeinkosten der Baustelle, die Geschäftskosten sowie Gewinn und Wagnis auf die Einzelkosten der einzelnen Positionen mit Hilfe von Zuschlagssätzen umgelegt. Durch Subtraktion der Einzelkosten von der Angebotssumme (ohne Umsatzsteuer) erhält man den umzulegenden Kostenblock (Bild 12.7.3, Teil 2).

664

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Bild 12.7.1: Schema

Bild 12.7.2: Entwicklung der Einzelkosten der Teilleistungen

12.4 Die Angebotskalkulation in der Bauunternehmung

Bild 12.7.3: Ermittlung der Angebotssumme und der Einzelkostenzuschläge

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Bild 12.7 Ablauf der Kalkulation über die Angebotssumme [12.3]

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Bild 12.7.4 Berechnung der Einheitspreise

12.4 Die Angebotskalkulation in der Bauunternehmung

667

Für die Wahl der Zuschlagssätze, nach denen dieser Kostenblock verteilt werden soll, ist ein weiter Spielraum gegeben, angefangen von der gleichmäßigen Umlage auf alle Kostenarten der Einzelkosten bis zur Festlegung von unterschiedlichen Zuschlagssätzen für jede Einzelkostenart. In Bild 12.7.3 wurden bspw. die Sonstigen Kosten und die Gerätekosten mit je 15% und die Fremdleistungen mit 10% beaufschlagt. Die auf diese Weise umgelegten Beträge werden von dem insgesamt umzulegenden Kostenblock abgezogen (Bild 12.7.3, Teil 2). Die verbliebenen Gemeinkosten werden nach folgender Formel auf den Lohn umgelegt Lohnzuschlag [%] =

verbliebene Gemeinkosten ⋅ 100 Summe der Lohnkosten in den Einzelkosten

(77)

Mittellohn und Lohnzuschlag ergeben den Kalkulationslohn. Aus dem Produkt Stundensatz · Kalkulationslohn ergibt sich dann der beaufschlagte Lohnanteil jeder LV-Position. 2.2 Ermittlung der Einheitspreise und der Preise je Teilleistung Zur Einheitspreisermittlung werden zunächst die Einzelkosten je Position mit den gewählten oder berechneten Zuschlagssätzen multipliziert. Die Addition der Einzelkosten zuzüglich der Zuschläge je Position ergibt den Einheitspreis je Position. Durch Multiplikation der Einheitspreise je Position mit den Positionsmengen ergibt sich der Netto-Preis je Teilleistung (Bild 12.7.4). Die Addition der Preise je Teilleistung ergibt wiederum die NettoAngebotssumme. Wie die Bildausschnitte zeigen, werden für die einzelnen Teilschritte der Kalkulation Formulare verwendet. Die Berechnungen werden mit EDV-Hilfe durchgeführt. 12.4.4 Beispiele Die vorstehend genannte Literatur [12.3, 12.7] enthält eine Reihe instruktiver, vollständig durchgerechneter Kalkulationsbeispiele. Sie sind im Anhang 21 genannt. Zur Erläuterung meiner Ausführungen im Abschn. 12.4 habe ich aus diesen Unterlagen zwei Kalkulationen in den Anhang 22 übernommen: − die Kalkulation von Rohbauarbeiten (Beton, Stahlbeton) aus [12.7] als Anhang 22.1 und − die Kalkulation aus dem Spezialtiefbau (Herstellen von OrtbetonRammpfählen) aus [12.3] als Anhang 22.2. In einem weiteren Anhang (22.3) sind Merkmale von Kalkulationen für den Schlüsselfertigbau aufgezeigt.

668

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

12.4.5 Zielkostenplanung (Target-costing) Gegen die progressive Kalkulation nach Abschn. 12.4.1 bis 4 wird eingewendet, dass mit dieser Vollkosten-Kalkulation keine marktorientierten Preise ermittelt werden können. Bei starkem Wettbewerbsdruck um Aufträge, wie er seit nahezu 10 Jahren auf dem deutschen Baumarkt herrscht, müssen trotz knapper Preise neben den Basiskosten für Personal, Stoffe, Geräte und Fremdleistungen (Elemente der Herstellkosten) auch unvermeidbare Gemeinkosten, anteilige AGK und ein Mindestgewinn erzielt werden. Die kalkulierten Preise müssen sowohl marktorientiert als auch kostendeckend sein, wenn eine Unternehmung im Geschäft bleiben will. Die Unternehmen müssen „marktorientierte Preisflexibilität üben und praktizieren“. Mit der Zuschlagskalkulation der Vollkostenrechnung sei dies nicht möglich [12.8, 12.9]. Die Behauptung, dass die „Zuschlagskalkulation“ für eine marktorientierte Preisbildung nicht zu gebrauchen sei, würde jedoch nur dann zutreffen, wenn die Zuschläge auf die Elemente der Herstellkosten nicht ständig an die Marktsituation angepasst würden. Diese „Zuschläge“ sind nichts anderes als die nach einem frei wählbaren Schema auf die Elemente der Herstellkosten umgelegten Anteile für (minimale) Gemeinkosten, AGK und dem Mindestgewinn. Das Problem ist im Bild 12.8 nicht korrekt dargestellt. In der linken Kostensäule werden zu den elementaren Herstellkosten Zuschläge als fix dargestellt, wodurch der oben angegebene preispolitische Spielraum der Unternehmung zur

Bild 12.8: System für wettbewerbsorientiertes Preisverhalten [12.9]

12.4 Die Angebotskalkulation in der Bauunternehmung

669

Marktanpassung nur eine geringe Bandbreite aufweist. In der rechten Kostensäule sollen diese Zuschläge den Elementen der Herstellkosten „zugeordnet“ sein, wodurch sich oben ein wesentlich größerer Deckungsbeitrag zur Marktanpassung ergibt. Die Summe der elementaren Herstellkosten + marktangepasste Zuschläge müssten deshalb in den beiden Kostensäulen gleich hoch sein. Ohne wenn auch minimale Gemeinkosten, AGK und einen minimalen Gewinnanteil (in [12.9] zusammengefasst als „Sowieso“-Kosten bezeichnet) kommt eine Unternehmung nicht aus, was auch der Verfasser einräumt. Dass diese Sowieso-Kosten-Anteile nicht über einen längeren Zeitraum als konstanter Anteil angesetzt werden können, wenn sich der Markt verändert, sollte selbstverständlich sein. Als Hilfsmittel für die Anpassung der Aufwandswerte und Gemeinkosten an erzielbare Marktpreise werden in [12.8] ein detailierter Ablaufplan, Bedarfspläne für Stoffe, Subunternehmer, Maschinen und Geräte, Personal und Arbeitssicherheit sowie Checklisten genannt. Ich verweise hierzu auf den Abschn. 11. Darüber hinaus ist in Bild 12.9 und 12.10 ebenfalls dargestellt, wie für eine Marktanpassung vorzugehen ist. 12.4.6 Zusammenfassung Zweck der Angebotskalkulation ist die Ermittlung des „richtigen“ Preises. Dieser muss − so niedrig sein, dass er zum Auftrag führt, − so hoch sein, dass er einen erwarteten Überschuss ergibt bzw. keine Verluste verursacht [12.1, 12.7].

Bild 12.9: Anpassung der Kosten an den Marktpreis – Beurteilung [11.6]

670

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Bild 12.10: Anpassung der Kosten an den Marktpreis – Maßnahmen [11.6]

In Zeiten harten Wettbewerbs schrumpft die Bandbreite zwischen Ober- und Untergrenze des Preises auf Null oder verkehrt sich ins Negative, wenn zu nicht kostendeckenden Preisen angeboten und vergeben wird. Die Zuverlässigkeit der Preisgestaltung wird einmal bestimmt durch die Qualität der Kostenermittlung des Kalkulators, der unter den Gegebenheiten und Besonderheiten der Bauproduktion die Angebotskalkulation als theoretisches Kostenmodell aufbauen muss. Zum anderen wird sie durch die Preispolitik und Strategie des Unternehmers beeinflusst. Die Tätigkeit des Kalkulators besteht somit in der sach- und fachgerechten Ermittlung der Herstellkosten eines angefragten Objekts. Sie muss bei den Leistungs- und Kostenansätzen im Rahmen des Machbaren bleiben, die Risiken abwägen und bewerten, jedoch das Optimum anstreben. Nach der preispolitischen Entscheidung für Gewinn und Wagnis durch den Unternehmer wird dann das endgültige Angebot erstellt. Der Ablauf der traditionellen Angebotsbearbeitung geht aus Bild 12.11 hervor. Das Zustandekommen des Angebotspreises ist jedoch von einer Reihe von Randbedingungen abhängig, die der Unternehmer nicht beeinflussen kann. Dies sind die Marktsituation, die Qualität der Ausschreibungsunterlagen und die Angebotswertung.

12.4 Die Angebotskalkulation in der Bauunternehmung

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Bild 12.11: Ablauf der traditionellen Angebotsbearbeitung in einer Bauunternehmung [12.1]

672

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

12.4.7 Moderne Baukalkulation Seit 10 Jahren ist der Baumarkt rückläufig. Dazu haben sich in den vergangenen Jahren die Vergabe- und Vertragsformen der Auftraggeber verändert. Mehr und mehr treten Detail- und Global-Pauschalverträge an die Stelle des Einheitspreisvertrages nach der VOB/B. Im gleichen Maße versuchen Auftraggeber, die Risiken der Bauausführung weitgehend auf die Bauunternehmungen zu überwälzen. Um an Aufträge zu kommen, müssen Auftragnehmer genauer kalkulieren. Und um mit den knappen Preisen auszukommen, muss die Bauausführung ungestört ablaufen, was nur mit einem angepassten Controlling möglich ist. Auf die dadurch bedingte Weiterentwicklung der vorgestellten, seit Jahrzehnten angewendeten Kalkulationsverfahren zu einer modernen Angebotskalkulation gehe ich deshalb nachstehend noch kurz ein. Neben der Darstellung der traditionellen Vorkalkulation, die auf Einheitspreisverträge nach der VOB zugeschnitten war, ist im Überblick auf weitere Kalkulationsformen hinzuweisen, die inzwischen aus den veränderten Markt- und Vertragsbedingungen der Auftraggeber resultieren. So wird wegen des Konkurrenzdrucks auf dem seit 10 Jahren angespannten Baumarkt den Bauunternehmungen empfohlen, nicht mehr alles anzubieten, was auf den Markt kommt, sondern sich durch eine Vorauswahl auf die Angebote zu beschränken, für die eine Unternehmung ihr Können und ihre Erfahrung ausspielen kann. Diese Angebote sind dann anhand eines Bauablaufplans, einer Risikoabschätzung (Risikoplan) und eines Cash-flow-plans sorgfältig zu kalkulieren [12.7]. Dazu kommt, dass als Grundform von Bauvergaben neben der direkten Vergabe im Wettbewerb immer häufiger Verhandlungsverfahren angewendet werden. Sie kommen sowohl im privatwirtschaftlichen Bereich bei Generalübernehmerund Projektleitungsverträgen vor, bei denen Generalübernehmer neben der Ausführung auch die Planung anbieten, bei BOT-Projekten privater Auftraggeber (Build, Operation, Transfer) und bei Großprojekten der öffentlichen Hand im PPPBereich (Public-Privat-Partnership-Verträge). Durch PPP-Verfahren werden dringend erforderliche Projekte öffentlicher Auftraggeber, die wegen fehlender Investitionsmittel zurückgestellt werden müssten (z.B. Straßen, Autobahnen, Hochbauten), durch Bauunternehmungen in Verbindung mit Banken realisiert ([12.101], s. hierzu Abschn. 3.4). Im Gegensatz zu einer VOB-Ausschreibung, wobei ein (öffentlicher) Auftraggeber mit den anbietenden Firmen nicht über den Preis verhandeln darf, besteht das Verhandlungsverfahren aus zwei Schritten, der Wettbewerbs- und der Verhandlungsphase. Mit den 2 bis 3 günstigsten Anbietern aus der Wettbewerbsphase wird dann über den Preis verhandelt, bevor der Auftrag an den kostengünstigsten und leistungsfähigsten Bieter vergeben wird (Bild 12.12). Auch die VOB/A lässt nach den §§ 3a, 3b und 3 SKR unter bestimmten Voraussetzungen ein Verhandlungsverfahren zu [3.4, 12.10]. Die moderne, verfeinerte Baukalkulation ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet: − erhöhte Genauigkeit für ausgewählte Angebote mit Bauablaufplan und definierten Bauverfahren,

12.4 Die Angebotskalkulation in der Bauunternehmung

673

Bild 12.12: Verhandlungsphase [11.6]

− Berücksichtigung von Kapitalkosten, − Bewertung der Risiken (Risikoplan, s. Abschn. 12.5) und − Berücksichtigung der Saisonalabhängigkeit des Bauablaufs (Grundwasserstände, Sonneneinstrahlung usw.). Dazu weisen die Verfasser besonders darauf hin, dass die Genauigkeit der Vorkalkulation eindeutig von den Planungsinformationen abhängt [12.7]. Der Prozess für die Erstellung eines Angebots ist in Bild 12.13.1 und .2 dargestellt (s. hierzu Bild 12.11).

674

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Bild 12.13.1: bei moderner Kalkulation nach [12.7]

12.4 Die Angebotskalkulation in der Bauunternehmung

Bild 12.13.2: Hauptphase einer risikobasierten Angebotsbearbeitung [11.6] Bild 12.13: Prozess der Angebotserstellung

675

676

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Der Weg von der Entscheidung, ein Angebot abzugeben, führt von der Planung des Kalkulationsprozesses und der Projektanalyse über die Kalkulation der direkten und indirekten Kosten, die abschließende Angebotsberatung, das Vornehmen von Korrekturen, das Festlegen der Zuschläge sowie dem Ermitteln und Einschätzen des Cash-flows und der Preispolitik zum fertigen Angebot. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten verweise ich auf die Literatur [11.6, 12.7]. Für Baukalkulationen sind ebenfalls Kalkulationsprogramme verfügbar. Als Beispiele verweise ich auf die Anwendung von ARRIBA-bauen von RIB bei der Firmengruppe Max Bögl, Neumarkt/Opf. [12.103] und auf [12.108].

12.5 Risiken in der Bauproduktion Wie jede unternehmerische Tätigkeit ist die Bauproduktion mit Risiken verbunden. Sie resultieren aus der Angebotsbearbeitung, dem Vertragsabschluss, der Produktionsplanung, ihrer Durchführung und aus der Abrechnung und Gewährleistung. Es kommt deshalb darauf an, diese Risiken zu erkennen und zu bewerten, um die sich möglicherweise daraus ergebenden wirtschaftlichen Verluste zu vermeiden oder wenigstens zu reduzieren. Häufig bestehen Risiken aus technischen und vertragsrechtlichen Komponenten. 12.5.1 Definition Risiken (Wagnisse) werden in der Literatur folgendermaßen definiert [12.1]: 1. das Risiko ist die Gefahr, dass irgendeine wirtschaftliche Betätigung misslingt oder zumindest nicht den erwarteten Erfolg bringt; 2. das Risiko bleibt vor seinem Eintritt eine weitgehend ungewisse Größe, zumindest ist es nicht exakt bestimmbar. Der Grad der Ungewissheit ist unterschiedlich, er wird daher bei jedem Risiko bestehen; 3. die Ungewissheit besteht sowohl hinsichtlich der Häufigkeit des Risikoeintritts als auch hinsichtlich seiner Höhe. In Sonderfällen ist nur einer der beiden Risikofaktoren ungewiss; 4. um die Höhe eines Risikos beurteilen zu können, muss eine Basis festgelegt werden, von der ab vom Eintritt eines Risikofalles gesprochen werden kann. 12.5.2 Risikobereiche Grundsätzlich ist zwischen den allgemeinen Wagnissen einer Bauunternehmung und den besonderen Risiken bei der Ausführung bestimmter Bauvorhaben (Sonderwagnisse) zu unterscheiden. Diese Sonderwagnisse für einzelne Bauvorhaben habe ich bereits im Rahmen der Baukalkulation unter Abschn. 12.4.2.2 erwähnt. Sie lassen sich in 5 Gruppen gliedern:

12.5 Risiken in der Bauproduktion

677

1. 2. 3. 4.

Risiken aus der Angebotsbearbeitung und Angebotsabgabe, Risiken aus Auftragsverhandlungen und der Auftragserteilung, Risiken aus technischer Bearbeitung und Arbeitsvorbereitung, Risiken aus der Baustelleneinrichtung, der Personalbereitstellung, der Fertigung und der Abnahme der erstellten Produkte, 5. Risiken aus Abrechnung und Zahlung, Gewährleistung und evtl. Rechtsstreitigkeiten. Schon vor mehreren Jahren wurden diese Risiken in ihrer Reihenfolge während der Angebotsphase und Baudurchführung aufgelistet (Tabelle 46) und erläutert [12.1]. Die neuere Literatur enthält weitere Beiträge zu diesem Thema, auf die wegen der Situation auf dem seit 10 Jahren angespannten Baumarkt – harter Wettbewerb, knappe Preise, Termindruck und veränderte Vertragsformen – hinzuweisen ist. In der Arbeit von Drees/Paul [12.3] werden die Risiken nach − − − −

leistungsbedingten Risiken (Risiken der Bauausführung), internen Risiken (aus Management und Organisation), finanzwirtschaftlichem Risiko und externen Risiken (politischen Veränderungen, Naturgewalten, Veränderung wirtschaftlicher Rahmenbedingungen)

gegliedert. Leistungsbedingte Risiken liegen in der Aquisitions- und Kalkulationsphase und hier in den Vertragsbedingungen, der Leistungsbeschreibung und in fehlerhaften Kalkulationsansätzen (besonders bei Global-Pauschal-Verträgen). Zu den Risiken aus Management und Organisation zählt die Logistik, einschließlich termin- und sachgerechter Planversorgung. Finanzwirtschaftliche Risiken resultieren u.a. aus der Vorfinanzierung und den Zahlungsfristen der Auftraggeber. Jacob, Winter, Stuhr [12.7] gehen noch ausführlicher auf die Risiken einer Bauunternehmung und ihre Bewertung ein. Sie gliedern die Risiken zunächst nach − wesentlichen funktionalen Risikobereichen − Kundenrisiken, − Vertrags- und Kalkulationsrisiken, − Risiken der Bauausführung, − Risiken der Beschaffung. − Darüber hinaus wird in einer Tabelle die typische Risikoverteilung bei der Lebenszyklusbetrachtung eines Bauobjekts dargestellt, wobei die Risiken dem AG, dem AN und beiden Vertragspartnern zugewiesen werden. Diese Tabelle enthält − 6 Risikoarten aus dem Planungsbereich, − 22 Risikoarten aus dem Bereich Bauausführung und − 14 Betriebsrisiken des fertigen Bauwerks. Unter den für die Bauausführung wichtigen Vertrags- und Kalkulationsrisiken sind folgende Bereiche angeführt:

678

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Tabelle 46: Risiken bei Angebot und Ausführung einer Bauaufgabe [12.1]

12.5 Risiken in der Bauproduktion

− − − − − −

679

Angebotskalkulation und Preisbildung, Randbedingungen des Bauobjekts, Aufgabenverlagerung durch den AG, Baustellenorganisation und -leitung, Nachunternehmereinsatz und die bauvertragsrechtliche Qualifikation. Daran anschließend zeigen die Verfasser

− die kostenrechnerische Bewertung der Risiken auf, − nennen Risikobewertungsinstrumente und − sprechen Möglichkeiten der Risikoabwälzung an. Zusammenfassend wird noch erwähnt, dass die Risiken von den im einzelnen aufgeführten Vertragstypen, die Kalkulationsform auch von der Bausparte abhängen. In einer weiteren Veröffentlichung zu diesem Thema nennt Girmscheid unter dem Stichwort „Risikoorientierte Selektion von Ausschreibungen“ sechs Risikogruppen. Dies sind − − − − − −

die Bauherrenanalyse, die Mitbewerberanalyse, die Vertragsanalyse, die Analyse der Zahlungsmodalität, die Analyse der technischen Risiken und die Analyse der Bearbeitungskapazität [11.6].

Die ersten beiden Risikobereiche liegen, wie eingangs erwähnt, im Vorfeld der Kalkulation. In den restlichen vier Bereichen werden ebenfalls die Risiken genannt, die bei der Kalkulation zu berücksichtigen sind. Insgesamt weisen die vorgenannten Risikobereiche nachdrücklich auf deren Bedeutung bei der Angebotskalkulation in den Bauunternehmungen hin. Abschließend bleibt festzuhalten, dass in den letzten Jahren bei privaten Auftraggebern die von den Bauunternehmungen zu tragenden Risiken zugenommen haben, während die zumindest im Inland seit Jahrzehnten übliche Vertragsform des Einheitspreisvertrages nach der VOB abgenommen hat. 12.5.3 Risiko-Management Den Risiken einer Produktionsaufgabe wird durch ein Risikomanagement begegnet, um sie abzuwehren. Dafür gibt es verschiedene Möglichkeiten.

12.5.3.1 Allgemeines Risiko-Management Jede Aufgabe besteht darin, ein Ziel zu setzen, sie durchzuführen und die Ausführung zu überwachen [12.11]. Jede dieser drei Teilaufgaben erfordert Informationen und Abwägen (Bild 12.14). Bei der Lösung jeder Aufgabe treten Gefahren

680

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

auf. Ein Risiko ist eine wenigstens nach Tragweite (Höhe) und Wahrscheinlichkeit des Eintretens bewertete Gefahr.

Bild 12.14: Hauptelemente eines Regelkreises [12.11]

Es geht somit darum, die Risiken zu untersuchen, die in einer Produktionsaufgabe liegen. Aus der Sicht des Risikomanagements besteht die Lösung einer Produktionsaufgabe aus 9 Teilschritten, die in Bild 12.15 dargestellt sind. Sie umfassen die Beschreibung der Aufgabe (des Systems), die Analyse der Risiken, die Entscheidung, die Ausführung und deren Überwachung. Im ersten und zweiten Schritt wird die Aufgabe beschrieben. Dabei werden ihre Ziele, ihre Komponenten und ihre Nahtstellen und Grenzen zu anderen Systemen festgelegt. Mögliche Systemkomponenten sind in Tabelle 47, Stichworte zur Systemkomponente „m5“, in Tabelle 48 dargestellt. Die nächste Vorgangsgruppe, die Risikoanalyse (Schritte 3–5), besteht aus nachstehenden Teilschritten: − Gefahren suchen (Schritt 3), − Gefahren nach Tragweite und Eintritts-Wahrscheinlichkeit bewerten, wobei Eintrittswahrscheinlichkeit und Tragweite (Schadenshöhe) abzuschätzen sind. Daraus ergibt sich das Risiko (Schritt 4), − dieses Risiko mit dem akzeptierbaren Risiko vergleichen, das hierfür i.E. festzulegen ist (Schritt 5). Für das Suchen von Gefahren gibt es drei Wege (intuitiv, historisch und systematisch); sie sind in Tabelle 49 dargestellt.

12.5 Risiken in der Bauproduktion

681

Bild 12.15: Schema einer Risikoanalyse [12.11]

Zur Bewertung der Gefahr wird zuerst die Tragweite, die mögliche Schadenshöhe (T) jeder ausfindig gemachten Gefahr und dann die Wahrscheinlichkeit des Eintretens (W) berechnet oder geschätzt. Auch hierfür dient die Tabelle 49 (Gefahrensuche) als Hilfe. Das Ergebnis lässt sich in einem Koordinatennetz veranschaulichen (Bild 12.16). Zum Risikovergleich nach Schritt 5 müssen die Kriterien des akzeptablen Risikos von Fall zu Fall festgelegt werden (s. Tabelle 49). Auf die Risikoanalyse folgt die Entscheidung (Schritt 6). Dafür gibt es drei Möglichkeiten: − die Risiken werden nicht übernommen, sie sind zu groß; es wird auf die Ausführung verzichtet, − die erkannten und bewerteten Risiken sind relativ gering, die Aufgabe wird übernommen bzw. durchgeführt, − die bestehenden Risiken müssen weiter abgebaut werden, was durch

682

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

− Vermindern − Überwälzen oder − Versichern möglich ist.

Tabelle 47: Systemkomponenten einer Produktionsaufgabe [12.11]

Für das Vermindern kann die Tabelle 49 wiederum als Hilfe dienen. Ein Beispiel ist in Bild 12.16 qualitativ dargestellt. Das Überwälzen von Risiken bedeutet, sie in den Preis einzurechnen, Vorbehalte im Angebot zu machen (soweit das zulässig ist) und Subunternehmer und Lieferanten zu verpflichten, die Risiken, deren Ursache bei ihnen liegen, selbst zu tragen.

12.5 Risiken in der Bauproduktion

683

Tabelle 48: Stichworte zur Systemkomponente „m5“ [12.11]

Tabelle 49: Wege zur Suche von Gefahren, die das Funktionieren eines Systems (einer Produktion) beeinträchtigen oder verhindern können [12.11]

684

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Bild 12.16: Einstufung eines Risikos nach Tragweite und Eintrittswahrscheinlichkeit [12.11]

In begrenztem Umfang können Risiken auch versichert werden, wobei dann die geforderte Prämie gegen das Risiko abzuwägen ist [12.11]. Die letzte Vorgangsgruppe des Risikomanagements, die Ausführung der Aufgabe (Schritt 7), bedarf der Überwachung (Schritt 8). Treten dabei Abweichungen der Istgrößen vom Soll und neue Informationen auf (Schritt 9), ist eine erneute Ri-

12.5 Risiken in der Bauproduktion

685

sikobeurteilung nach Bild 12.16 vorzunehmen. Ergeben sich daraus neue Maßnahmen, sind diese durchzuführen.

12.5.3.2 Risikobewertung in der Bauproduktion Neben diesem Schema eines allgemeinen Risikomanagements werden in [12.11] an Beispielen aus dem Bauwesen besondere Risiken und Gefahren aufgeführt und ein Fragenkatalog zur Reduzierung von Fehlleistungen angegeben, worauf hier nur hingewiesen werden kann. Für das Abschätzen und Bewerten der Risiken von Bauproduktionsaufgaben soll noch ein weiterer Weg erwähnt werden, der in folgender Methode besteht [12.1]: 1. Auflistung aller denkbaren und möglichen Risiken, die den erfolgreichen Bauablauf beeinflussen können, 2. Auftragen eines Risiko-Terminplanes. Darin werden alle unter Punkt 1 erfassten Risiken dem Bauablauf zeitlich zugeordnet. Es muss also abgeschätzt werden, wann die aufgelisteten Risiken am wahrscheinlichsten auftreten werden. 3. Anschließend sind die Auswirkungen der einzelnen Risiken auf die verschiedenen Bauaktivitäten der Höhe nach abzuschätzen. Dabei muss sich zeigen, wie risikoempfindlich bspw. die vorgesehenen Bauverfahren sind. 4. Abschließend wird festgelegt, wie man den möglichen Risiken begegnen will. Dabei muss geprüft werden, wie groß die Wahrscheinlichkeit ist, dass ein Risiko eintritt. Daraus ergeben sich folgende Möglichkeiten zur Risikoabsicherung: 1. 2. 3. 4.

Umstellung von zunächst gewählten Bauverfahren, Neufestlegung der Soll-Produktionsleistungen, Bewertung der Wagnisse und soweit möglich eine Beteiligung des Auftraggebers am Risiko über eine vertragliche Absicherung.

Bei dieser Methode steht der Risiko-Terminplan im Mittelpunkt, der erkennen lässt, wann wo und in welcher Höhe mit Risiken zu rechnen ist. Im übrigen soll nicht unerwähnt bleiben, dass schon vor fünfzehn Jahren auf die Bedeutung eines objektbezogenen Risikomanagements für das Einhalten der Projektziele (Bauzeit, Qualität, Kosten) sowie Risiko-Maßnahmen im Bereich der Ablaufplanung und Vertragsgestaltung (Ersatz- Einsatzmöglichkeit des Potentials bei Störungen der Produktion, Terminspanne für die Fertigstellung der Arbeiten statt eines präzisen Termins) nachdrücklich hingewiesen wurde [11.9]. Neben den in Gruppe 3 und 4 der Tabelle 46 aufgelisteten Risiken aus der Bauproduktion wurden bereits damals für das wirtschaftliche Ergebnis einer Produktionsaufgabe folgende weitere Risiken aus den Gruppen 1 und 5 besonders hervorgehoben: 1. Das Kalkulationswagnis aus dem Ansatz der Aufwandswerte und Leistungsansätze.

686

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Werden die kalkulierten Leistungen nicht erbracht, entstehen neben höheren direkten Kosten für Löhne und Geräte oft erhebliche Folgekosten aus Terminverzögerungen, Umstellungen des Arbeitsablaufs und aus den zeitabhängigen Baustellengemeinkosten. Dieses Risiko kann durch eine detaillierte Arbeitsvorbereitung während der Angebotsphase eingeschränkt werden. 2. Das Kalkulationswagnis aus Nichtberücksichtigung von Vertragsbedingungen. Dieses Risiko kann nur durch Studium des Vertrages vermieden oder gemindert werden. 3. Das Gewährleistungswagnis Dieses Wagnis tritt nach Beendigung der Bauzeit ein und zwar über den als Gewährleistungszeit vereinbarten Zeitraum (nach VOB 2 Jahre, nach BGB 5 Jahre). Unter dieses Risiko fallen: − das Versagen von Baustoffen, − die Gewährleistung für Bauleistungen, die von Subunternehmern erbracht wurden, die nicht in der Lage sind, in vollem Umfang für die von ihnen erbrachten fehlerhaften Leistungen zu haften. Zur Vermeidung dieser Risiken muss eine strenge eigene Qualitätskontrolle eingerichtet werden mit der Aufgabe, nicht nur alle wichtigen Baustoffe vor dem Einbau zu testen, sondern auch die Bauarbeiten genau zu überwachen und die Ergebnisse entsprechend zu dokumentieren. Beim Bauen im Ausland treten darüber hinaus weitere Risiken auf, auf die im Rahmen dieser Darstellung nicht eingegangen werden soll [12.1]. 12.5.4 Modernes Risikomanagement – Beispiele Durch die Entwicklung, Planung und Ausführung großer Bauprojekte im In- und Ausland und die Situation auf dem deutschen Baumarkt ist das Abschätzen, Bewerten und Managen von Risiken bei Auftraggebern, Planern und Bauunternehmen wieder in den Vordergrund von Kostenberechnungen für derartige Bauvorhaben gerückt. Dabei sollten für nahezu alle Bauvorhaben derartige Risikoüberlegungen angestellt werden. Der Trend geht zu einer Risikoabschätzung und abwehr durch alle an einem (Groß-) Projekt Beteiligten im Rahmen eines „integrierten Risikomanagements“. Nach den Vorträgen auf einer Tagung an der Universität Kassel reicht die „Bandbreite“ bei der Anwendung risikoabwehrender Maßnahmen von Infrastrukturprojekten wie Bahn- und Autobahnstrecken, die großen Basistunnel unter dem Gotthard und Lötschberg bis zur Planung und dem Bau von Flughäfen und vom Risikomanagement aus der Sicht eines mittelständigen Bauunternehmens bis zur allgemeinen Risikoverteilung zwischen Auftraggebern und -nehmern. Ich verweise hierzu auf die Literatur [12.102]. Aus den 21 Vorträgen dieser Tagung, die im Tagungsband enthalten sind, sei jedoch das einführende Referat von K. Spang über „Integriertes Risikomanage-

12.6 Nachkalkulation

687

ment bei großen Bauvorhaben – Vision und Realität“ und der Vortrag von W. Heiermann über „Juristisches Risikomanagement als Bestandteil des Projektmanagements bei Großbauvorhaben“ besonders erwähnt. Zu weiteren aktuellen Risikoermittlungen verweise ich auf die Spezialliteratur [12.104 bis 12.108].

12.6 Nachkalkulation 12.6.1 Zweck Kurz gefasst bestehen Sinn und Zweck einer Nachkalkulation im Soll-IstVergleich der kalkulierten oder vorgegebenen Produktionsdaten (Soll) mit den angefallenen Aufwandswerten, Leistungswerten und Kosten (Ist). Diese Soll-Ist-Vergleiche dienen − als Kontrollinstrument für die Ablaufsteuerung laufender Bauvorhaben, dafür müssen sie jedoch rechtzeitig vorliegen, als auch − zur Ermittlung von Aufwandswerten und Kosten für künftige ähnliche Bauvorhaben. Die Nachkalkulation wird i.d.R. in periodischen Abständen vorgenommen (monatlich). In der Anlaufphase einer Baustelle kann es notwendig sein, damit die Hauptleistungen in kürzeren Zeitabständen, ggf. täglich, zu kontrollieren. Aus der Nachkalkulation sind die erforderlichen Daten zur Planung und Steuerung der Termine und Kosten des Potentialeinsatzes zu erhalten. Im Abschn. 13 (Controlling) gehe ich nochmals darauf ein. Bei der Ermittlung der tatsächlich anfallenden Aufwendungen einer Produktion sind kaufmännische und technische Nachkalkulation zu unterscheiden. Die kaufmännische Nachkalkulation verfolgt in frei zu wählenden Zeitabschnitten den Verlauf der Baustelle durch Vergleich der Sollkosten aus der Arbeitskalkulation mit den Istwerten der Buchhaltung. Dazu müssen die Konten der Buchhaltung nach den Kostenartengruppen der Kalkulation sortiert und in Übereinstimmung gebracht werden. Diese Kostenkontrolle wird durch die kaufmännische Abteilung einer Unternehmung vorgenommen. Dafür ist eine Gliederung nach folgenden Kostenartengruppen zweckmäßig (weitere Untergruppen nach Bedarf): − − − − − −

Lohnkosten (Stunden und Mittellohn) Stoffkosten Gerätekosten für Eigengerät und Fremdmieten Kosten der Schalung und Rüstung, ggf. weiterer wesentlicher Bauhilfsstoffe Kosten der Nachunternehmerleistungen Allgemeine und Sonderkosten (Gemeinkosten der Baustelle).

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12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Die technische Nachkalkulation ermittelt den Stundenverbrauch von Mannschaft und Gerät für die einzelnen Teilleistungen, den Mittellohn, die Mengen der verbrauchten Betriebsstoffe und der eingebauten Baustoffe, die Kosten der wichtigen Bauhilfsstoffe und die Gemeinkosten der Baustelle. Durch Vergleich mit der Arbeitskalkulation muss die technische Nachkalkulation verlässliche Daten für die Ablaufsteuerung und für weitere Angebote liefern. Der übliche Stichtag für die technische Nachkalkulation ist das Monatsende. In Bild 12.17 sind zum Vergleich die Aufgaben der kaufmännischen und technischen Nachkalkulation gegenübergestellt.

Bild 12.17: Aufgaben der technischen und kaufmännischen Nachkalkulation [11.11]

12.6 Nachkalkulation

689

12.6.2 Umfang einer Nachkalkulation Im Rahmen der Nachkalkulation werden Soll-Ist-Vergleiche für alle wesentlichen Produktionsdaten vorgenommen. I.W. sind dies (s. a. Bild 12.17): − die Lohnstunden der unmittelbaren Herstellkosten (Einzelkosten der Teilleistungen), − die Stunden aus den Gemeinkosten der Baustelle (bspw. Hilfs- und Reparaturlöhne), − die Betriebsmittelstunden (Maschineneinsatz), − der Materialverbrauch für die Hauptleistungen (bspw. Beton, Stahl, Straßenbaustoffe), − der Mittellohn Je nach Art der Baustelle werden weitere Aufwandswerte ermittelt, bspw. − − − −

der Betriebsstoffverbrauch / m³ Erdbewegung oder je tkm und Fahrzeug, der Sprengstoffverbrauch / m³ Ausbruch (Abtrag) Transportkostenanteile die Kosten der Schalung und Rüstung.

12.6.3 Unterlagen Unterlagen bzw. Voraussetzung einer Nachkalkulation sind − die Tages- und Wochenberichte der Poliere (Kolonnenführer), die auch zur Lohnabrechnung dienen. Sie enthalten die täglich bzw. je Schicht verfahrenen Arbeitsstunden der Kolonne, aufgegliedert nach den einzelnen Vorgängen der Ablaufplanung. Diese sind mit den Vorgabewerten (Solldaten) in einem firmen- bzw. baustellenspezifischen Arbeitsverzeichnis (Bauarbeitsschlüssel, Jobs bzw. Basispositionen) zusammengefasst. (s. Abschn. 13.4). − die Maschinentagesberichte für das Großgerät. Sie enthalten die Maschinenstunden, ebenfalls aufgeteilt auf die einzelnen Jobs, und den Betriebsstoffverbrauch. − die zum Stichtag fertiggestellten Fertigungsmengen der Positionen des Arbeitsverzeichnisses (Aufmaß) bzw. den Fertigstellungsgrad der einzelnen Jobs, − die verbrauchten Hauptbaustoffe (aus den Bautagesberichten bzw. Aufmaßen), − die Einsatzzahlen der wichtigsten Bauhilfsstoffe (bspw. der Schalung und Rüstung). Beispiele gehen aus Bild 12.18–12.21 hervor.

690

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Bild 12.18: Tagesstundenbericht [11.11]

12.6 Nachkalkulation

Bild 12.19: Wochenstundenbericht [11.11]

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12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Bild 12.20: Aufmassblatt für die interne Mengenermittlung [11.11]

12.6 Nachkalkulation

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Bild 12.21: Maschinentagesbericht [11.11]

12.6.4 Gang einer Nachkalkulation Anhand dieser Unterlagen läuft eine Nachkalkulation unter Verwendung entsprechender, häufig firmeneigener Formulare in folgenden Schritten ab: 1. Für jede Leistungseinheit (Job bzw. Basisposition) werden die verfahrenen Lohnstunden oder die verbrauchten Stoffmengen über den Berichtszeitraum und den vorangegangenen Gesamtablauf addiert und durch die fertiggestellten Produktmengen dividiert. Damit erhält man den Istaufwand je Mengeneinheit im Berichtszeitraum und insgesamt. 2. Ebenso werden je Leistungseinheit die Sollwerte aus dem Arbeitsverzeichnis in das Formular eingetragen. 3. Durch Vergleich der Ist- mit den Solldaten der Arbeitskalkulation bzw. der Ablaufplanung ergeben sich Über- und Unterschreitungen gegenüber den Vorgabewerten. 4. Multipliziert man darüber hinaus die Stundendifferenz mit dem tatsächlichen Mittellohn (aus der Lohnbuchhaltung), erhält man den Mehraufwand oder die Einsparung an Lohnkosten.

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12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Auf gleiche Weise werden alle relevanten weiteren Daten einander gegenübergestellt und die Differenzen ermittelt. Insgesamt ergeben sich daraus die Mehraufwendungen oder Einsparungen gegenüber den Plandaten. Aus dem Vergleich der Daten des letzten Produktionsabschnitts mit den Ergebnissen der Vormonate ergibt sich die jeweilige Trendaussage. Die endgültigen Nachkalkulationswerte der einzelnen Positionen können dann in Sammelblätter eingetragen werden, die entweder die wichtigsten Ergebnisse verschiedener Positionen einer Baustelle oder die Ergebnisse gleichartiger Positionen aus verschiedenen Baustellen enthalten. Beispiele und ein Auszug aus einem Bauarbeitsschlüssel für einen Stahlbetonskelettbau gehen aus Bild 12.22–12.27, weitere Einzelheiten aus [12.3, 11.11] und [12.12] hervor. 12.6.5 EDV-Einsatz Um die Ergebnisse von Nachkalkulationen schnell zu erhalten und damit Baustellen zielsicher steuern zu können, wurden EDV-Programme entwickelt. Damit ist es möglich, mit Personalcomputern auch auf kleineren Baustellen schnell die erforderlichen Nachkalkulationen vorzunehmen. Ein an der ETH Zürich dafür entwickeltes Schema ist in Bild 12.28 dargestellt, das PC-Programm in [12.13] beschrieben. Zusammenfassend ist somit die Nachkalkulation die erste Stufe der Ablaufkontrolle und damit Voraussetzung für die Ablaufsteuerung.

Bild 12.22: Auszug aus einem Bauarbeitsschlüssel für einen Stahlbeton-Skelettbau [12.12]

12.6 Nachkalkulation

Bild 12.23: Ermittlungsbogen des Arbeitsaufwandes für lohnintensive Arbeiten [11.11]

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12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Bild 12.24: Leistungswerte-Sammelkarte für das Schalen von Massivdecken auf verschiedenen Baustellen [11.11]

Bild 12.25: Gesamtstunden und Gesamtlohnvergleich einer Baustelle [11.11]

Bild 12.26: Nachkalkulation von Einzelwerten, Auszug [12.12]

12.6 Nachkalkulation

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Bild 12.27: Nachkalkulation von Einzelwerten – Zusammenstellungsblatt der wichtigsten Arbeiten einer Baustelle [12.12]

Bild 12.28.1: KPC-Menüstruktur

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12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Bild 12.28.2: Grundkonzept KPC Bild 12.28: Grundkonzept und Menüstruktur für die Nachkalkulation mit Personalcomputern [12.13]

12.7 Optimierung von Bauabläufen Das Ziel jeder Ablaufplanung besteht darin, den optimalen Gesamtablauf einer Produktionsaufgabe (Baustelle) zu ermitteln. Das ist entweder die kostengünstigste Lösung bei vorgegebener Bauzeit oder die kürzestmögliche Bauzeit bei noch vertretbaren Kosten. In beiden Fällen führt der Lösungsweg über die Optimierung der einzelnen Teilverfahren. 12.7.1 Verfahrensoptimierung im Stahlbetonbau Über die Ermittlung der kostengünstigsten oder zeitminimalen Verfahren im Stahlbetonbau liegen umfangreiche Untersuchungen vor, deren Ergebnisse sinngemäß auf andere Produktionsbereiche übertragen werden können. Danach geht es im allgemeinen Hoch- und Ingenieurbau um folgende Teilbereiche: 1. die erforderliche Anzahl an Kränen für die Fertigungsprozesse, 2. den Einfluss der Krangröße auf die Leistungs-/Stundenansätze der Einzelverfahren,

12.7 Optimierung von Bauabläufen

699

3. den Einfluss der Bauzeit auf die Herstellkosten. Dazu sollte „die technisch-wirtschaftliche Planung um einen organisatorischen Ansatz zum Leistungsanreiz der Mitarbeiter ergänzt werden. Ohne Anreiz- und Beurteilungsmethoden –leistungsgerechte Entlohnung, Geltung, Aufstieg – lässt sich auf der Baustelle auch die optimale Fertigungsplanung kaum durchsetzen“ [12.14]. zu Punkt 1: Erforderliche Anzahl an Kränen Aus der Auswertung von Arbeitsstudien ist bekannt, wie über die für ein bestimmtes Bauvolumen umzuschlagenden Mengen an Bau- und Bauhilfsstoffen (Schalung), die Kranaufwandswerte pro Mengeneinheit und die möglichen Kranstandorte, Kranleistung, -anzahl und Krangröße bestimmt werden können. Umgekehrt kann über diese Daten die minimale Bauzeit ermittelt werden. Diese Ermittlung der Förderleistung von Kränen wurde bereits im Abschn. 6.3.4.1 dargestellt. Ein weiteres Beispiel geht aus Tabelle 50 hervor. Danach bestimmt die zeitliche Nutzung der Leitgeräte (Kran) und deren mögliche Anzahl den Bauablauf. zu Punkt 2: Einfluss der Krangröße auf die Leistungs-/Stundenansätze Durch den Einsatz größerer Schalelemente, Betonkübel und Fertigteile sinken die Stundenansätze (Aufwandswerte) für Schalung, Betoneinbau und Montage. Die Ursache ist, dass unabhängig von der Größe des Fördergutes die Hubzeit des Krans konstant bleibt, die Zeiten für das An-/Abschlagen nur unerheblich beeinflusst werden und die reine Hubzeit nur geringen Einfluss auf die Spielzeit hat. Daraus folgt: − je größer die Menge des Förderguts ist, das je Hub gefördert werden kann, desto weniger Kranzeit ist erforderlich; − je größer des Fördergut ist (Betonkübel, Schalelement, Fertigteil), desto niedriger sind bei konstanter Größe der Arbeitsgruppe die Stundenansätze für das jeweilige Fertigungsverfahren. Für die Baustelle heißt das, dass die Größe der Kräne über den Bedarf an Kranzeit (Bauzeit) und die Produktivität der Fertigung mit entscheidet. Da sich im realen Baugeschehen jedoch keine beliebig großen Kübel, Fertigteile, Schalelemente einsetzen lassen, sind selbstverständlich die von der Konstruktion des Bauwerks vorgegebenen Randbedingungen in die optimale Kranauswahl einzubeziehen. Die wirtschaftlichsten Kranvarianten ergeben sich, indem − entweder bei vorgegebener Bauzeit das Kranpotential angepasst oder − bei gegebener (möglicher) Kranzahl die Bauzeit angepasst wird. Ein Beispiel zur Krangrößenoptimierung bei den Hauptmengen für das gleiche Regelgeschoß wie in Tabelle 50 geht aus Tabelle 51 und 52 hervor. In beiden Fällen ist (bei 44 m Ausladung) der T 90 die wirtschaftlichste Alternative [12.14].

700

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Tabelle 50: Kranzahl / Bauzeitbestimmung eines Regelgeschosses [12.14]

zu Punkt 3: Einfluss der Bauzeit auf die Herstellkosten Um die Frage nach der optimalen Bauzeit beantworten zu können, sind der Einfluss der Bauzeit auf die einmaligen und die zeitabhängigen Gemeinkosten der Baustelle sowie der Einfluss der Einzelkosten der Teilleistungen (der unmittelbaren Herstellkosten) auf die Bauzeit zu untersuchen. Diese Relationen werden in [12.14] an Beispielen erläutert.

12.7 Optimierung von Bauabläufen

701

Tabelle 51: Krangrößenoptimierung aus Hauptmengen, max. Ausladung 44 m [12.14]

Tabelle 52: Kostenvergleich alternativer Kran-Lohnkosten [12.14]

Der gravierende Einfluss der zeitabhängigen Gemeinkosten der Baustelle ist bekannt. Seit Jahren versuchen deshalb die Baubetriebe, real vorgegebene Bauzeiten möglichst zu unterschreiten, soweit die Kosten für Überstunden und der damit verbundene Leistungsabfall der Mannschaft das zulassen. Bei den Einzelkosten der Teilleistungen geht es vor allem darum, wie die Anzahl an Fertigungsabschnitten bei den verschiedenen Teilarbeiten (Serie) die Bauzeit beeinflusst (s. hierzu Bild 11.23). Darüber hinaus ist die Relation zwischen der Anzahl an Bauabschnitten, der Arbeitsgeschwindigkeit und der Vorhaltemenge an Schalung von Bedeutung. In

702

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

[12.14] ist auch hierzu an Beispielen dargestellt, welchen Einfluss diese Daten der Ablaufplanung bei konstanter Belegschaft bzw. Kranzahl auf die Bauzeit und die Einzelkosten haben. Das Ergebnis einer Ermittlung der optimalen Fertigungsserie für eine Wandschalung ist in Tabelle 53 dargestellt. Die wichtigsten Einflussfaktoren auf die Bauzeit sind demnach der technologisch bedingte 1-Tagestakt einschließlich Betonieren, da erst am nächsten Morgen die Schalung zurückgewonnen werden kann, sowie die Anzahl der Kräne. Bei Deckenschalungen sind die Zusammenhänge komplizierter, da die Erhärtungszeit des Betons eine längere Standzeit der Schalung erfordert. Dadurch verändert sich die erforderliche Schalungsmenge nicht proportional zur Anzahl der Fertigungsabschnitte, obwohl auch hier die Vorhaltemenge durch die Produktionsgeschwindigkeit bestimmt wird. Beispiele hierzu sind in Bild 12.29 und Tabelle 54 dargestellt.

Tabelle 53: Ermittlung der optimalen Fertigungsserie bei Wandschalung [12.14]

12.7 Optimierung von Bauabläufen

703

Tabelle 54: Ermittlung der optimalen Fertigungsserie bei Deckenschalung [12.14]

Über die hier nur im Ergebnis dargestellten Zusammenhänge lassen sich Produktionszeit und Kosten der einzelnen Verfahren optimieren. Zusammenfassend weisen die Verfasser noch darauf hin, dass jede Optimalplanung nur so gut ist, wie sie auf der Baustelle umgesetzt werden kann. Nur wenn alle Mitarbeiter motiviert werden können, eine optimale Verfahrensplanung auf der Baustelle zu verwirklichen, lässt sie sich realisieren. Hierfür werden Leistungslohn und Erfolgsbeteiligung genannt. Außerdem sollte die Arbeitsvorbereitung mit den Polieren, Vorarbeitern und ggf. Facharbeitern abgestimmt werden [12.14].

704

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Bild 12.29.1: Vorhaltemenge in Abhängigkeit von der Anzahl der Fertigungsabschnitte

Bild 12.29.2: Vorhaltemenge in Abhängigkeit von der Arbeitsgeschwindigkeit Bild 12.29: Abhängigkeiten der Vorhaltemenge an Schalung [12.14]

12.7.2 Bewertung von Ablauf-Alternativen zur Ermittlung der kostenoptimalen Bauzeit Mit den Methoden nach 12.7.1 lassen sich für einzelne Produktionsvorgänge kostenoptimale Ausführungsdauern bestimmen. Wird diese Verfahrensoptimierung mit der Kostenplanung für das Projekt kombiniert, können über die zeitliche Verteilung von Ausgaben und Einnahmen die Kosten der Zwischenfinanzierung ermittelt werden. Unter Anwendung von Verfahren der Investitionsrechnung lassen sich damit verschiedene Ablaufalternativen kostenmäßig bewerten und vergleichen. In Bild 12.30 ist hierzu ein Beispiel dargestellt [12.15]. Es handelt sich um ein Bürogebäude mit rd. 55.000 m³ BRI und 14.900 m² BGF im Innenstadtbereich einer Großstadt. Die Konstruktion besteht aus Stahlbeton in Ortbetonbauweise mit Fassadenstützen aus Stahl und vorgehängter Aluminiumfassade. Die Ausgangslösung für den Bauablauf (A) ergab eine Bauzeit von 32 Monaten, wobei keine terminlichen Restriktionen zu berücksichtigen waren. Dazu wurden folgende Ablaufvarianten erarbeitet: A1 Bauzeit 29 Monate Die Verkürzung um 3 Monate ergab sich durch Einbau einer provisorischen Verglasung, um die gebäudetechnischen Rohinstallationen und die Monta-

12.7 Optimierung von Bauabläufen

705

ge der Zentralen während der kälteren Jahreszeit unter Beheizung weiterführen zu können. A2 Bauzeit 28 Monate Weitere Verkürzung der Bauzeit durch Einsatz höherer Kapazitäten bei den Aushub-, Baugrubenverkleidungs- und Stahlbetonarbeiten. A3 Bauzeit 26 Monate Extrem kurze Lösung. Dafür werden neben den Maßnahmen nach A2 in den gebäudetechnischen Leistungsbereichen größere Montagekolonnen eingesetzt. Außerdem wurde die durchschnittliche Arbeitszeit von 9 auf 10 Stunden/Arbeitstag angehoben. A4 Bauzeit 35 Monate Extrem lange Lösung unter Berücksichtigung evtl. Verzögerungen bei den Stahlbetonarbeiten (Winterpause), wobei vorausgesetzt wurde, dass die dadurch auftretenden Verzögerungen nicht mehr aufgefangen werden können. Für diese 5 Varianten wurden die in Bild 12.30 dargestellten Baukosten ermittelt. Die Kosten der einzelnen Ablaufalternativen wurden nach der Kapitalwertmethode ermittelt, wobei als Bezugszeitpunkt die Inbetriebnahme des Gebäudes gewählt wurde. Die Ablaufalternativen ergeben Ausführungsdauern zwischen 26 und 35 Monaten, wobei sich die Kosten zwischen rd. 27,7 und 28,4 Mio. DM bewegen. Die zunächst sehr gering erscheinende Differenz von rd. 3,2%, die innerhalb der in diesem Planungsstadium erreichbaren Kalkulationsgenauigkeit liegt, darf nicht

Bild 12.30: Kalkulierte Kosten und Bauzeit von 5 Ablaufvarianten für ein Bürogebäude [nach 12.15]

706

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

darüber hinwegtäuschen, dass dieses Bild wesentlich verschoben wird, wenn die Kosten der Zwischenfinanzierung in die Untersuchung einbezogen werden. Berücksichtigt man außerdem noch die Grundstücks- und Planungskosten, so treten Abweichungen auf, die über 1,0 Mio. DM betragen können und somit die Beurteilung der Wirtschaftlichkeit verschiedener Ablaufvarianten ganz erheblich beeinflussen [12.15]. Die Bauzeit der einzelnen Varianten ergibt sich durch zeitliche und quantitative Anpassung des Potentials bzw. bei A1 durch zusätzliche Maßnahmen wie der Winterfestmachung der Baustelle.

Bild 12.31: Zusammenhang zwischen Bauzeit und Kosten [12.1]

Das Beispiel zeigt, wie innerhalb der möglichen Bandbreite (Bild 11.15 und 12.30) die kostenoptimale Bauzeit durch Simulation verschiedener Ablaufvarianten gefunden werden kann. Diese Aufgabe ist heute durch Einsatz von EDVAnlagen in relativ kurzer Zeit mit vertretbarem Aufwand zu lösen. Damit ist es jedem Baubetrieb möglich, unter Berücksichtigung seiner besonderen Ausgangslage im Einzelfall eine für ihn zeit- oder kostenoptimale Lösung zu finden. Weicht diese von der in einer Ausschreibung geforderten Bauzeit ab, kann sie dem Bauherrn als Nebenangebot offeriert werden. Weitere Beispiele und Hinweise finden sich in der Literatur [12.1, 11.9].

12.8 Investitionsplanung/Verfahrensvergleich 12.8.1 Vorbemerkung Ein wesentlicher Punkt der Planung und Kalkulation einer Produktionsaufgabe ist die Wahl des zeit- bzw. kostenoptimalen Fertigungsverfahrens. Wenn dafür Betriebsmittel beschafft werden müssen, sind Investitionsentscheidungen zu treffen.

12.8 Investitionsplanung/Verfahrensvergleich

707

Der Abschnitt über Produktionskosten soll deshalb durch einen Überblick über den Verfahrensvergleich und die Hilfsmittel derartiger Entscheidungen (Investitionsrechenverfahren) ergänzt werden. Seit etwa 1950 ist der Fortschritt im Bauwesen der Bundesrepublik und Mitteleuropas durch konstante technische Weiterentwicklung von Baustoffen und Arbeitsverfahren, vor allem aber durch Maschinisierung und Mechanisierung in der Fertigung gekennzeichnet. Die Folge war eine Expansion des Anlagevermögens der Firmen und damit des Kapitalbedarfs; aus dem lohnintensiven Handwerksbetrieb wurde der kapitalintensive Industriebetrieb. Mit erhöhtem Kapitaleinsatz wächst das Unternehmensrisiko und damit die Notwendigkeit, Instrumente zu besitzen, die dieses Risiko mindern. Solche rechentechnischen Instrumente sind kurzfristige Kosten- und Leistungskontrollen, vor allem aber zielsichere kurz-, mittel- und längerfristige Planrechnungen. Allgemein versteht man unter Investition den Einsatz verfügbarer Mittel für einen bestimmten Zweck, also Umwandlung von Kapital in andere Vermögensteile (Anlagevermögen). In der Fertigung gehört dazu die Beschaffung von Produktionsmitteln. Um derartige Investitionen so effektiv wie möglich vornehmen zu können, werden sie geplant. Ein Maßstab, um verschiedene Investitionen quantitativ miteinander vergleichen und damit die günstigste auswählen zu können, ist die Investitionsrechnung. Sie bildet deshalb ein wesentliches Hilfsmittel der Investitionsplanung. 12.8.2 Begriff und Arten der Investition Bevor mit der Durchführung von Betriebsprozessen begonnen werden kann, werden die aus Eigen- und Fremdkapital verfügbaren finanziellen Mittel zur Beschaffung von Rohstoffen, Maschinen usw. verwendet. Diese Umwandlung von liquiden Mitteln in andere Vermögensteile bezeichnet man als Investition. Nach dem Investitionsanlass werden verschiedene Arten von Investitionen unterschieden. So bezeichnet man eine Investition, die die Produktionskosten senkt oder die Qualität des Produktionsprozesses verbessert, als Rationalisierungsinvestition. Eine Investition, mit der die vorhandene Produktionskapazität vergrößert wird, bezeichnet man als Erweiterungsinvestition und eine Investition schließlich, bei der verbrauchte Produktionsgüter zur Erhaltung der betrieblichen Leistungsfähigkeit ersetzt werden, als Ersatzinvestition. In der Praxis überwiegen die Mischformen. Einmal wirkt der Ersatz einer alten durch eine neue Maschine häufig rationalisierend, zum anderen sind Ersatzinvestitionen vielfach zugleich Erweiterungsinvestitionen, da abgenutzte Anlagen oft durch neue ersetzt werden, die eine höhere Fertigungskapazität besitzen. Darüber hinaus sind Investitionsentscheidungen denkbar im Hinblick auf Betriebsmittel für Produktionsbeschränkungen bei rückläufigem Markt. In diesem seit 1996 in Deutschland eingetretenem Fall werden Investitionen auch durch das fallweise Anmieten von Großgeräten (Baumaschinen) und von Bauhilfsstoffen (Betonschalungen, Traggerüste u. ä.) ersetzt.

708

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

12.8.3 Aufgabe der Investitionsrechnung Im Rahmen einer Investitionsplanung soll die Investitionsrechnung drei Fragen beantworten: − Ist eine Einzelinvestition vorteilhaft ? Damit soll geprüft werden, ob eine einzelne Investition im Blick auf die Zielsetzung einer Unternehmung getätigt werden soll oder nicht. − Welche der möglichen Investitionen soll durchgeführt werden (Wahlproblem)? Im allgemeinen werden sich mehrere Investitionen anbieten, unter denen ausgewählt werden muss. Die Notwendigkeit zur Auswahl kann sich ergeben, weil die finanziellen Mittel nicht ausreichen, um alle möglichen Investitionen durchzuführen. Zum anderen kann es sich um technische Alternativen handeln, die sich gegenseitig ausschließen. Die Investitionsrechnung hat dann zu bestimmen, welche der zur Wahl stehenden Investitionen für die Unternehmung am günstigsten ist. − Soll eine bereits vorhandene Anlage durch eine neue ersetzt werden (Ersatzproblem) ? Der technische Fortschritt bedingt, dass laufend neue Maschinen auf dem Markt erscheinen, die zwar funktionsgleich sind, aber unterschiedliche Kosten und Leistungsbedingungen aufweisen. Zum anderen ändern sich für die im Betrieb befindlichen Maschinen im allgemeinen im Zeitablauf ihre Kosten und Leistungskennziffern (steigende Instandhaltungskosten bei abnehmender Verfügbarkeit). Beide Ursachen bewirken, dass sich laufend die Frage stellt, ob eine vorhandene Maschine, obwohl sie noch eingesetzt werden könnte, durch eine neue ersetzt oder Gerät für den erforderlichen Zeitraum angemietet werden soll. Damit wird die Investitionsentscheidung auf einen Kostenvergleich zweier oder mehrerer Fertigungsverfahren zurückgeführt. Ich gehe deshalb nur auf diesen Kostenvergleich ein. Für Investitionsentscheidungen verweise ich auf die Spezialliteratur [10.5]. 12.8.4 Kostenvergleichsrechnung Diese Methode ist als kalkulatorischer Verfahrensvergleich in der Praxis sehr verbreitet. Sie stellt die Kosten zweier oder mehrerer Verfahrensalternativen einander gegenüber, um das günstigste Verfahren zu ermitteln [10.5]. Dafür sind folgende Kostenarten von Bedeutung: − − − − − −

Kapitalkosten, d.h. kalkulatorische Abschreibung und Verzinsung Betriebskosten, Lohn-, Lohnzusatz- und Lohnnebenkosten, Materialkosten Instandhaltungskosten (Instandsetzung, Inspektion, Wartung) Energiekosten Raumkosten (soweit erforderlich) Werkzeugkosten

12.8 Investitionsplanung/Verfahrensvergleich

709

− Versicherungskosten. Damit lautet die Gleichung für den Kostenvergleich zweier Verfahren (1 und 2): ⋅i > ⋅i B1 + A1 + A1 = B2 + A 2 + A 2 < 2 2 t2 t1

(78)

Hierbei bedeuten: B1,2 = Betriebskosten, sie umfassen Löhne und Lohnnebenkosten, Materialkosten, Instandhaltungskosten, Energie-, und Werkzeugkosten. A1, 2 = jährliche kalkulatorische Abschreibung t1, 2 der Maschinen und Einrichtungen t1,2 i

= wirtschaftliche Nutzungsdauer = kalkulatorische Zinsen

Die kalkulatorische Abschreibung wird unabhängig von der bilanzmäßigen ermittelt. Sie umfasst die Wertminderung der betriebsnotwendigen Anlagen und wird als Kostenart den Leistungen zugerechnet. Sie dient der Selbstkostenermittlung und bezweckt den Kostenersatz durch den Preis. Bei gemietetem Gerät ist für die kalkulatorische Abschreibung und Verzinsung die monatliche Miete anzusetzen. Die Verbrauchsdaten sind dann auf 1 Monat zu beziehen. Für die Entscheidung ist nicht allein die Ermittlung der Kosten pro Leistungseinheit von Bedeutung, wenn Anlagen in ihrer quantitativen Leistung voneinander abweichen. In diesem Falle interessiert auch die kritische Menge (Bild 12.32). Aus Bild 12.32.1 geht hervor, dass die Anlage I bei jeder Leistungsmenge günstiger ist. Eine kritische Menge existiert nicht. Bei Kostenverläufen der in Bild 12.32.2 wiedergegebenen Art ergibt sich dagegen eine kritische Menge. Vor Erreichen dieser Menge arbeitet die Anlage II kostengünstiger, danach ist die Anlage I vorteilhafter. Die kritische Menge ist demnach diejenige Leistung, bei der die Kosten der beiden Anlagen gleich hoch sind. Werden mehr als zwei Verfahren miteinander verglichen, so erhält man im allgemeinen auch mehrere kritische Mengen (Bild 12.32.3). Aus dem Ausdruck „Anschaffungswert A / Nutzungsdauer t“ in Gl. (78) ergeben sich drei Probleme [10.5]: − der Anschaffungswert A, − die Nutzungsdauer t und − die lineare Beziehung zwischen A und t. Der Anschaffungswert A als Grundlage der Abschreibungsrate kann nur ein Ersatzwert sein, wenn der Wiederbeschaffungswert für das Investitionsgut nicht ermittelt werden kann.

710

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Bild 12.32.1: Keine kritische Menge, Verfahren II aufwendiger als Verfahren I

Bild 12.32.2: Bis zur kritischen Menge ist Verfahren II kostengünstiger als Verfahren I

Bild 12.32.3: Mehrere kritische Mengen Bild 12.32: Kritische Mengen verschiedener Fertigungsverfahren [10.5]

Die Nutzungsdauer t ist für die Höhe der periodischen Abschreibungen von entscheidender Bedeutung. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die technische Nutzungsdauer nicht eindeutig feststeht, sondern weitgehend von der Höhe des laufenden Erhaltungsaufwandes abhängt. Für eine ökonomische Rechnung kann nur

12.8 Investitionsplanung/Verfahrensvergleich

711

die wirtschaftliche Nutzungsdauer maßgebend sein. Sie ist dann beendet, wenn eine Anlage aus wirtschaftlichen Gründen durch eine andere ersetzt werden sollte. Da die exakte rechnerische Ermittlung der wirtschaftlichen Lebensdauer einer Anlage wegen der zukünftigen Unsicherheiten nicht möglich ist, hilft sich die Praxis mit überbetrieblich ermittelten Erfahrungswerten (bspw. der Baugeräteliste). Die gleichmäßige Abschreibung A/t, deren Vorzug in der rechnerisch einfachen Handhabung liegt, unterstellt eine konstante Gebrauchsfähigkeit der Anlage während der Nutzungsdauer. Die unterschiedliche Nutzung in den einzelnen Perioden und der steigende Unterhaltungsaufwand finden bei gleichbleibender Abschreibung keine Beachtung. Sie entspricht somit nicht dem Prinzip der Abschreibungsbemessung nach der Verursachung. Der Abschreibungsbetrag ergibt sich, indem der Anschaffungswert der Anlage durch die Gesamtleistungsmenge dividiert wird. Beispiel (in Geldeinheiten GE): Der Anschaffungswert A einer Anlage sei 100.000,- GE, ihre Lebensdauer betrage 10 Jahre, Laufzeit pro Tag 8 Stunden, 250 Arbeitstage pro Jahr. Gesamtleistungsmenge: 250 Tage · 8 Stunden · 10 Jahre = 20.000 Laufstunden (t) Abschreibungssatz pro Laufstunde: 100.000,- GE / 20.000 h = 5,- GE/h. Für allgemeine Kostenvergleichsrechnungen wird die gleichbleibende Abschreibung angewendet, da derartige Rechnungen zukunftsgerichtet sind und man besonders im Hinblick auf Beschäftigungsschwankungen keine sicheren Voraussagen machen kann. Eine gleichbleibende Beschäftigung über die Gesamtnutzungsdauer der Anlage kann jedenfalls als erste Annäherung dienen. Welcher Zinsfuß angesetzt wird, ist nicht entscheidend, solange man Investitionsobjekte vergleicht, da bei beiden mit dem gleichen Wert gerechnet wird. Allgemein ist festzuhalten, dass die Anwendung der scheinbar einfachen Gleichung (78) eine Reihe betriebswirtschaftlicher Probleme enthält, die bei der praktischen Anwendung bewusst sein sollten. Bisher wurde das Problem des Restbuchwertes bzw. des Liquidationserlöses (R) ausgeklammert. Die Berücksichtigung dieses Problemkreises führt zu folgender Erweiterung der Gleichung (78): ( + ) − − ( + ) > B1 + A1 R 1 + A1 R 1 ⋅ i = B 2 + A 2 R 2 + A 2 R 2 ⋅ i < 2 2 t2 t1

(79)

Die Zusammenhänge gehen aus Bild 12.33 hervor. 12.8.5 Ermittlung der kritischen Menge bei Kostenvergleichsrechnungen Die Ansätze der Gleichungen (78) und (79) drücken nur die Kostenunterschiede zweier (oder mehrerer) Verfahren aus. Zur Berechnung der kritischen Menge, die

712

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

nach Bild 12.32 angibt, von welcher Produktionsmenge oder Bauzeit an ein Verfahren kostengünstiger ist als ein anderes, werden die gesamten Produktionskosten der beiden Verfahren in ihre einmaligen und laufenden (mengenabhängigen) Kosten gegliedert. Die einmaligen Kosten beziehen sich auf die gesamte Produktmenge, die laufenden Kosten werden zunächst für die Mengeneinheit (VE) ermittelt. Die anzusetzenden Werte gehen aus der Arbeitskalkulation hervor.

Bild 12.33: Kalkulatorische Abschreibung bei Liquidationserlösen [10.5]

Bild 12.34: Wirtschaftlichkeitsgrenze zwischen Verfahren 1 und 2

Aus den Kostensummenlinien der beiden Verfahren ergibt sich nach Bild 12.34 ihre Wirtschaftlichkeitsgrenze. Für die Berechnung der kritischen Menge x gilt

Hierbei bedeuten:

K1 = C1 + x · k1

(80a)

K2 = C2 + x · k2

(80b)

C1,2 = einmalige Kosten der beiden Verfahren k1,2 = laufende Kosten / Produktmengeneinheit der beiden Verfahren

Literatur zu Kapitel 12

713

Aus Gleichung (80a) und (80b) folgt: − x = C1 C 2 k 2 − k1

Beispiel: C1 = C2 = k1 = k2 = x= −

[VE]

(81)

100.000,- € 50.000,- € 10,- €/m³ 20,- €/m³

100.000 € − 50.000 € = 5.000 m³ 20 € / m ³ − 10 € / m ³

Im Produktionsbereich unter 5.000 m³ ist hier das Verfahren 2, darüber das Verfahren 1 günstiger. Ein praktisches Beispiel ist in 12.1, Anhang 19 dargestellt, weitere finden sich in der Literatur [10.5, 11.9, 12.3]; über Kosten von Schalsystemen s. a. Tabelle 22 im Abschn. 6.4.4.3 und Abschn. 6.4.7.2.

Literatur zu Kapitel 12 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 12.9 12.10 12.11 12.12 12.13

12.14

Bauer, H.; Baubetrieb, 2. Aufl., Springer-Verlag Berlin 1995, Abschn. 12 DIN 276, Kosten von Hochbauten, Ausgabe 1993 Drees, G., Paul, W.; Kalkulation von Baupreisen, 7. Auflage 2002, Bauwerk Verlag Berlin VOB, Teil C, Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV DIN 18 299 bis 18 451) Kullack, A.; Zur funktionalen Leistungsbeschreibung, B + B 11/2001, S. 26 und 12/2001, S. Hochstadt, S, Wronna, A.; Baustahl – Preisanpassung wegen gestiegener Stahlpreise?, B + B 7-8/2004, S. 28 Jacob, D., Winter, Ch, Stuhr, C.; Kalkulationsformen im Ingenieurbau, Ernst & Sohn Verlag, Berlin 2002 Sehlhoff, G.; Bauerfolg mit Zielkosten-Management, BW 6/2001, S. 36 Sehlhoff, G.; Marktorientierte Preise?, B + B 12/2003, S. 12 Kullack, A.; Das Verhandlungsverfahren, B + B 5/2004, S. 22 Locher & Cie AG, Zürich, Risiken erkennen und meistern, Zürich 1980 Künstner, G.; Die Ablauforganisation von Baustellen am Beispiel eines Stahlbetonbaus, Frankfurt/Main 1989 Cron, R.; Überwachung von Kosten und Stunden auf Baustellen, KPCeine praxiserprobte Lösung mit Personal Computer, Institut für Bauplanung und Baubetrieb ETH Zürich, Projekt 061/87, Schlussbericht 1989 Blecken, U., Misch, V.; Verfahrensoptimierung im Stahlbetonbau, BW 1980, S. 1126-1134 und 1179-1183

714

12.15

12 Kosten des Potentialeinsatzes – Baukalkulation

Kochendörfer, B.; Die Bewertung von Ablaufalternativen für die Erstellung von Hochbauten, BW 1978, S. 210-219

Nachtrag 12.101 Osebold, R.; Strukturierung von PPP-Vertragsmodellen, B + B 7-8/2004, S. 32 12.102 Spang, K., Dayyari, A.; Konzepte und Entwicklungen beim Risikomanagement komplexer Bauprojekte, 2. Kasseler Projektmanagement Symposium 2005, Tagungsband, Universität Kassel, Fachgebiet Projektmanagement 12.103 Berger, R.; Optimales Zusammenspiel aller IT-Komponenten, B + B 11/2003, S. 40 12.104 Blecken, U., Meinen, H. Wirtschaftliche Unternehmensführung und Risiken im Baubetrieb, B + B 12/2004, S. 35 12.105 Puche, M.; Liquiditätssicherung bei komplexen Bauaufträgen, B + B 2/2005, S. 28 12.106 Blecken, U., Meinen, H.; Liquiditätsmanagement in Bauunternehmen, B + B 2/2005, S. 28 12.107 Meinen, H.; Deckungsbeitragsrisiken im Baubetrieb und Risikoabsicherung, B + B 5/2005, S. 37 12.108 Poggel, H., Kosten- und Leistungsrechnung im Baubetrieb, Betonkalender BK2/2001, Ernst & Sohn Berlin Für einen weiteren Einblick in die aktuelle Kalkulationspraxis von Großbauunternehmungen sei hier auf die Veröffentlichung von Poggel im Betonkalender BK2/2001 verwiesen [12.108]. In dieser ausführlichen Darstellung zeigt der Verfasser besonders die Anwendung der Informatik im Rahmen der Angebots-, Auftrags- und Arbeitskalkulation und des Controllings. Darüber hinaus werden die Kosten- und Erlösrisiken von der Vorkalkulation bis zur Gewährleistung in ihrer gesamten Bandbreite dargestellt.

13 Ablaufkontrolle und -steuerung / Controlling

Nachdem die wichtigsten Bauverfahren sowie Ablaufplanung und Kostenermittlung einer Bauproduktion dargestellt sind, kann der optimal geplante Produktionsablauf in die betriebliche Praxis umgesetzt werden. Dazu bedarf es der Ablaufkontrolle – heute als Projektcontrolling bezeichnet – und Ablaufsteuerung.

13.1 Aufgabe Wie allein schon die dargestellten Bauverfahren zeigen, bestehen Bauarbeiten aus einer großen Zahl technologisch unterschiedlicher Vorgänge, die von gemischten oder spezialisierten Arbeitsgruppen einer Unternehmung oder verschiedenen Firmen ausgeführt werden. Die optimale technologische und zeitliche Koordination dieser Vorgänge ist nur über einen auf die jeweilige Bauaufgabe und Terminsituation angepassten Ablaufplan möglich. Der Ablaufplan allein gewährleistet aber noch keine termingerechte Bauabwicklung, denn während der Bauarbeiten können inner- und außerbetriebliche Störungen auftreten, die zu Umdispositionen zwingen. Halten aber Arbeitsgruppen und/oder Nachunternehmer den geplanten Ablauf nicht ein, behindern sie die nachfolgenden Gewerke (Bild 11.47 und 11.48). Tritt dieser Fall ein, besteht die Gefahr von Terminüberschreitungen. Um derartige Verzögerungen aufzufangen, sind Steuerungsmaßnahmen erforderlich. Um diese treffen zu können, müssen die Differenzen zwischen dem tatsächlichen Ablauf und der Planung erkannt und daraus Schlüsse für Gegenmaßnahmen gezogen werden. Zur Früherkennung derartiger Situationen ist daher eine (laufende) Terminkontrolle unerlässlich. Der Ablaufplan muss deshalb ein dynamisches Steuerungsinstrument sein und fallweise dem Baufortschritt angepasst werden. Für die Baukosten gilt sinngemäß das gleiche wie für die Termine. Wurden Aufwandswerte zu niedrig (oder Leistungswerte zu hoch) eingeschätzt und/oder dauern Vorgänge länger als vorgesehen, sind die Fertigungskosten höher als geplant, dann muss ebenfalls gegengesteuert werden, um finanzielle Verluste zu vermeiden. Zusammenfassend ist deshalb festzuhalten: Beherrschung und Einsatz einer effizienten Ablaufplanung allein reichen nicht aus, um den beabsichtigten wirtschaftlichen Effekt bei der Abwicklung von Bauvorhaben zu erzielen. Dazu gehört eine Projektorganisation, die die Ergebnisse der

716

13 Ablaufkontrolle und -steuerung / Controlling

Ablaufplanung auf der Baustelle umsetzt, Ablaufkontrollen durchführt und Steuerungsmaßnahmen veranlasst. Diese Organisation ist die Bauleitung (das Prozessmanagement). Sie muss neben ihren weiteren Aufgaben, auf die noch kurz einzugehen ist, die Planung in die betriebliche Praxis umsetzen (s. Tabelle 55 und Abschn. 14.4). Der Ablauf der Produktion ist deshalb durch Soll-Ist-Vergleiche zu kontrollieren. Zeigt die Kontrolle gegenüber den Solldaten geringere Produktionsfortschritte und/oder höhere Kosten an, ist so rasch als möglich durch geeignete Anpassungsmaßnahmen für Abhilfe zu sorgen. Nur so lassen sich Terminüberschreitungen und Mehrkosten vermeiden (oder in vertretbaren Grenzen halten). Von der Anzahl und Qualität dieser Kontrollen, die den einzelnen Projektphasen anzupassen sind, hängt es ab, ob Störungen der Produktion (oder der Planung) frühzeitig erkannt werden und die Folgen durch rasches Gegensteuern eliminiert oder gering gehalten werden können.

13.2 Ablaufkontrolle 13.2.1 Prinzip Wie bereits im Abschnitt Nachkalkulation (12.6) dargestellt besteht die Kontrolle eines Bauablaufs aus − der Feststellung des Ist-Ablaufs der einzelnen Teilvorgänge. Dazu gehören die im betrachteten Zeitraum erreichten Baufortschritte, die Mengenleistungen und die dafür angefallenen Aufwendungen, − dem Vergleich dieser Daten mit den Vorgaben des Ablaufplans und der Arbeitskalkulation, − der Analyse von Abweichungen gegenüber dem Soll, − dem Bewerten entstandener Verschiebungen und − einer Prognose über den voraussichtlichen weiteren Ablauf der Produktion (Trendanalyse) mit Blick auf das Bauende. Die zu einem periodischen oder je nach Erfordernis gewählten Kontrollzeitpunkt erbrachte Fertigungsmenge ist durch eine Bestandsaufnahme (Aufmass) oder aus zuverlässigen Aufzeichnungen (bspw. über Transportleistungen) zu ermitteln, der Aufwand an Arbeitsstunden, Lohn- und Lohnnebenkosten, Geräte-, Stoffkosten, Fremdleistungen und Gemeinkosten der Baustelle durch Nachkalkulation. Diese Ist-Daten werden mit den Soll-Daten verglichen. Bei der Terminkontrolle wird geprüft, ob Vorgangsdauern eingehalten und die geplanten Mengenleistungen erbracht wurden; bei den Kosten, inwieweit die aus der Nachkalkulation ermittelten Aufwandswerte mit den Daten der Arbeitskalkulation übereinstimmen.

13.2 Ablaufkontrolle

717

Selbstverständlich ist ein Soll-Ist-Vergleich nur insoweit möglich, als Plandaten vorliegen. Je gröber diese Vorgaben sind, desto ungenauer sind die Kontrollergebnisse. Das Resultat wird zumindest für die Hauptleistungen (Leitvorgänge) zweckmäßig graphisch aufgetragen. Dabei lässt, wie Bild 13.1 zeigt, die Darstellung im V/Z-Diagramm bereits den Trend des weiteren Ablaufs erkennen. Aus dem Balkenplan geht das so eindeutig nicht hervor. In Bild 13.1.1 ist mit einem Blick zu erkennen, dass zum Kontrollzeitpunkt t1 im Istablauf der Vorgang Ti statt den Punkt A nur den Punkt B erreicht hat. Ti liegt damit in t1 zeitlich um ΔZ1, in der Produktmenge um ΔV1 hinter dem Soll. Auch der Trend des weiteren Ablaufs, wenn nichts unternommen wird, ist aus Bild 13.1.1 sofort zu erkennen (gesamte Bauzeitverlängerung um ΔZ2). Aus Bild 13.1.2 geht dies nicht so eindeutig hervor. Hier muss der Punkt C erst aus der bis t1 erbrachten Istmenge berechnet werden, um den Zeitverzug ΔZ1 eintragen zu können.

Bild 13.1: Soll-Ist-Vergleich des Vorgangs Ti bei der Ablaufkontrolle in t1

Als Beispiel ist die Bauzeitkontrolle im Balkendiagramm für den Ablauf der Rohbauarbeiten eines Stahlbeton-Skelettbaus in Bild 13.2 dargestellt. Für jeden Vorgang sind dafür im Ablaufplan 2 Zeilen vorzusehen (Soll und Ist). Anschaulich sind solche Bauzeitpläne nur, wenn der Istablauf durch Schraffuren oder farbig dargestellt wird, damit er sich klar vom Soll abhebt (s. a. Abschn. 11.8).

718

13 Ablaufkontrolle und -steuerung / Controlling

Sind in Netzplänen bei Vorgängen, die nicht auf dem kritischen Weg liegen, die Pufferzeiten durch Zeitverschiebungen aufgebraucht, ist das Netz neu zu berechnen, da jetzt andere Vorgänge als bisher kritisch werden können. Der Soll-Ist-Vergleich zeigt, ob die geplanten Fertigstellungstermine und Mengenleistungen eingehalten wurden oder Vorgänge gegenüber den Planterminen einen Vor- oder Nachlauf aufweisen. Bei den Aufwandswerten und Kosten liegt die Bewertung sinngemäß darin, ob sie eingehalten, unterschritten oder überschritten worden sind. Die Ursachen der Abweichungen vom Soll sind zu ermitteln und daraus Maßnahmen abzuleiten, um Produktionsablauf und Kosten wieder den Sollwerten anzunähern. Das ist dann Aufgabe der Ablaufsteuerung. Abschließend muss, wie im Abschn. 12.6 erwähnt, zu jedem Kontrollzeitpunkt eine Trendanalyse mit Blick auf das Bauende vorgenommen werden.

Bild 13.2: Bauzeitkontrolle am Balkendiagramm [12.12]

13.2.2 Vorgaben (Feinplanung des Arbeitsablaufs) Grundlagen der Ablaufkontrolle sind die Solldaten des Ablaufplans und der Arbeitskalkulation. Sie werden mit den Istwerten verglichen. Ein Beispiel für den Soll-Ist-Vergleich des Potentialeinsatzes (in Arbeitskräfte-Wochen) geht aus Bild 13.3 hervor.

13.2 Ablaufkontrolle

719

Bild 13.3: Ermittlungsbogen zur Bauzeitkontrolle (Soll-Ist-Vergleich der Arbeitsstunden [12.12])

Um Produktionsvorgänge überwachen und steuern zu können, müssen sie nach Zeit und Aufwand festgelegt werden. Für eine wirksame Ablaufkontrolle ist das Terminieren der Teilarbeiten für jeden Tag und eine Woche im voraus, und zwar

720

13 Ablaufkontrolle und -steuerung / Controlling

verbindlich und so genau wie möglich, die wichtigste Aufgabe der Ablaufplanung. Grundlagen dieser Detailplanung (Feinplanung) sind die genauen, im voraus ermittelten Mengen und realistische Zeitvorgaben. Mit derartigen Wochenplänen ist es dann möglich, auch schwierige Produktionsabläufe von Anfang an im Griff zu behalten. Für diese Aufgabe wird der Koordinations-Ablaufplan der Arbeitsvorbereitung zur Feinplanung erweitert. Dabei werden analog zur Koordinationsplanung wieder „Arbeitspakete“ gebildet. Sie enthalten alle Vorgänge für einzelne Bauteile oder abschnitte, die bspw. innerhalb einer Woche von einer Arbeitsgruppe auszuführen sind (Bild 13.4). Damit bleiben Planung und Steuerung einschließlich der notwendigen Berichterstattung übersichtlich. Diese Wochenleistung wird in einem Wochenarbeitsplan auf die einzelnen Arbeitstage verteilt (Bild 13.5).

Bild 13.4: Arbeitspaket "Schalen Treppenhaus A, Erdgeschoß" [12.12]

Bild 13.5: Wochen-Terminplan für die 26. Kalenderwoche (Beispiel aus [12.12])

13.3 Ablaufsteuerung

721

Diese Teilabläufe sind rechtzeitig zu veranlassen und täglich durch die Bauleitung zu überwachen [12.12]. Weitere Beispiele von Ablaufkontrollen gehen aus Bild 11.65 und Anhang 23/24 sowie der Spezialliteratur hervor [11.7–11.9, 12.12].

13.3 Ablaufsteuerung 13.3.1 Aufgabe Ergeben Ablaufkontrollen nach Abschn. 13.2, dass Ist-Werte von den Plandaten abweichen, sind im Sinne eines Regelkreises (Bild 5.22, 11.95, 12.14) Steuerungsmaßnahmen vorzunehmen, um den Istablauf wieder dem geplanten Soll anzunähern oder Abweichungen möglichst gering zu halten. Dafür gibt es die nachstehend genannten Möglichkeiten. Reichen diese nicht aus oder ist mit den vorhandenen Mitteln eine Anpassung nicht möglich, liegen unrealistische Plandaten vor. Für die weiteren Überlegungen sind dann zunächst die Plandaten zu korrigieren. 13.3.2 Möglichkeiten Um negative Planabweichungen nach oben aufzufangen, sind folgende Maßnahmen möglich: 1. Zur Terminsicherung: − Entstören (Rationalisieren) von Arbeitsabläufen (Reduzieren der Nebenzeiten, Störungen und Unterbrechungen), − zeitliche Anpassung des Potentials (Überstunden), − quantitative Anpassung, d.h. Einsatz von mehr Personal und/oder Gerät, − Mehrschichtbetrieb, − Einsatz von Subunternehmern, − konstruktive Möglichkeiten (bspw. Verwendung von Stahlbeton-Fertigteilen statt Ortbeton). Inwieweit Vorgänge zeitlich und quantitativ angepasst werden können, wird im Abschn. 15 über gestörte Bauabläufe erläutert. 2. Zur Kostensicherung: Zur Reduzierung von Aufwands- bzw. Erhöhung von Leistungswerten (Kosten) bieten sich an: − − − −

ebenfalls das Entstören von Arbeitsabläufen, Lohnanreize durch Prämien, Leistungslohn und bessere Unterweisung der Mannschaft.

722

13 Ablaufkontrolle und -steuerung / Controlling

Kann dadurch der gewünschte Effekt nicht erreicht werden oder sind diese Maßnahmen nicht möglich, bleibt nur der Weg, die Arbeitsmethoden oder -verfahren zu ändern (bspw. Wahl eines anderen Schalungssystems). Für diese erneute Verfahrenswahl lassen sich die Problemlösungsmethoden nach Abschn. 14 anwenden. Darüber hinaus sollte stets geprüft werden, ob durch Mängelanalysen und systematische Arbeitsgestaltung Termine verkürzt und Plandaten (Aufwandswerte und Kosten) unterschritten werden können. Oft wird dies unterlassen, wenn bei Kontrollen festgestellt wird, dass die Plandaten erreicht worden sind [12.12]. Wegen ihrer Bedeutung für die Optimierung und Steuerung von Arbeitsabläufen werden die Möglichkeiten der Arbeitsgestaltung nachstehend kurz dargestellt. 13.3.3 Ablaufsteuerung durch Arbeitsgestaltung Um vertraglich vereinbarte Termine und Kosten einzuhalten bzw. – soweit möglich – zu unterschreiten, sind – wie wir gesehen haben – seitens des Managements die erforderlichen Vorgänge zu planen, zu veranlassen, im Ablauf zu überwachen und bei Abweichungen Korrekturen vorzunehmen (d.h. den geplanten Ablauf zu sichern). Das Gleiche gilt sinngemäß für die Qualitätskontrolle, die Leistungen von Subunternehmern, den Verbrauch an Bau-, Betriebs- und Bauhilfsstoffen und die rechtzeitige Planbeistellung. Durch das Steuern von Bauabläufen sollen – wie erwähnt – Plandaten im Istablauf nicht nur erreicht, sondern möglichst unterschritten werden. Die einzelnen Vorgänge müssen optimal ablaufen. Das Stichwort dafür heißt Arbeitsgestaltung. Sie stellt einen weiteren Schlüssel zum optimalen Bauablauf dar [12.12]. Hier ist zu fragen, warum dies nicht schon vor Produktionsbeginn im Rahmen der Arbeitsvorbereitung geschieht? In Sonderfällen geschieht das auch, indem bspw. Pilotstudien an Produktionsmodellen im Maßstab 1:1 vorgenommen werden. Das sind jedoch Ausnahmen. Da es sich bei Bauvorgängen in der Regel um zwar bekannte, jedoch unter immer wieder anderen Bedingungen ablaufende Vorgänge handelt, können Erfahrungswerte aus abgeschlossenen Baustellen, wie sie einer Vorkalkulation und Arbeitsvorbereitung für ein neues Projekt zugrunde gelegt werden, nicht immer zutreffen. Im Gegensatz zur stationären Industrie kann deshalb eine Arbeitsgestaltung im einzelnen erst nach Aufnahme der Produktion auf der Baustelle einsetzen. Sie besteht − − − −

in Ablaufkontrollen als Voraussetzung, in systematischen Arbeitsstudien (Mängelstudien), deren Analyse, im Auswerten dieser Analysen (Erkennen von Schwachstellen und der Möglichkeiten, sie zu beseitigen) und abschließend − im Umsetzen dieser Erkenntnisse (Arbeitsunterweisung). Mängelanalysen sind nur durch systematisches Beobachten von Arbeitsabläufen möglich. Das im Bauwesen bekannteste und unter den Bedingungen der Bau-

13.4 PC-Einsatz in der Ablaufkontrolle und -steuerung

723

produktion (Gruppenarbeit) wirksamste Verfahren für Ablaufstudien ist die Multimomentaufnahme. Sie wird wie die Grundlagen rationeller Arbeitsgestaltung in der Literatur ausführlich beschrieben [12.12, 13.2]. Ergebnisse aus derartigen Untersuchungen sind in Checklisten festgehalten. Ein Beispiel hierzu ist die rationelle Gestaltung von Schalarbeiten im Hochbau, das sich sinngemäß auf andere Bauvorgänge übertragen lässt [11.11, 12.12, 13.2, 13.3]. Als ebenso wirksame, wenn auch noch wenig angewendete Methode, um eine optimale Planung umzusetzen und erkannte Mängel zu beseitigen, gilt die Arbeitsunterweisung. Darunter ist das systematische Informieren und Einweisen der Arbeitskräfte in die anzuwendenden Arbeitsmethoden zu verstehen. Auch hierüber gibt es, neben der vorgenannten, weitere Literatur über Grundlagen und Erfahrungen [13.4, 13.5]. Im Anhang 25 sind die Aufgaben der Arbeitsvorbereitung in Bauunternehmen zusammengestellt. Sie enthalten im Abschn. c i.E. auch diese Möglichkeiten und Verfahren der Ablaufsteuerung. Als Ergebnis einer systematischen Arbeitsgestaltung wird ein gegenüber dem Soll möglichst noch verbessertes Produktionsergebnis erwartet, d.h. ein höherer Anteil der Haupttätigkeiten an der Schichtzeit und weniger Neben-, Warte- und Verteilzeiten (Bild 11.12). Vereinfacht kann dieses Ergebnis auch durch den Anteil der Leistungszeit bzw. der Rüst- und Ausfallzeiten an der Produktionszeit ausgedrückt werden (Bild 11.10). Bei Maschinen ist der erreichte Betriebszeitbeiwert k in den Gleichungen über Maschinenleistungen ein weiterer Qualitätsmaßstab des Produktionsablaufs. Maßgebend ist, dass durch Mängelstudien und Arbeitsgestaltung die unproduktiven Zeiten der Mannschaft und die Leerzeiten von Maschinen und Geräten geringer und die produktiven Zeitanteile größer werden. Die Möglichkeiten der Arbeitsgestaltung haben damit die Feinplanung des Arbeitsablaufs im „Mikrobereich“ zu ergänzen, um insgesamt einen rationellen Produktionslauf zu erreichen.

13.4 PC-Einsatz in der Ablaufkontrolle und -steuerung Durch die Entwicklung preisgünstiger Dialogsysteme kann seit Jahren die fertigungsbegleitende Leistungs- und Kostenkontrolle von Baustellen mit EDV-Hilfe vorgenommen werden. Eine Darstellung, wie Ablaufkontrollen für Termine und Kosten mit Hilfe von Personalcomputern durchgeführt werden können, enthält ein Forschungsbericht der ETH Zürich. Die Ergebnisse werden auszugsweise dargestellt ([13.6], in [11.9] übernommen). Gesucht war eine Baustellenanalyse, die − so schnell wie möglich zur Verfügung steht, − Trend-Informationen für den Bauleiter liefert, damit er seine Baustelle steuern kann (er muss agieren können und nicht nur – Monate später – reagieren), − einfach zu handhaben ist,

724

13 Ablaufkontrolle und -steuerung / Controlling

− flexibel ist und − eine Kontrolle mit genaueren (finanzbuchhalterischen) Systemen gestattet, damit die Trendaussagen nicht grundsätzlich Falsches liefern. „So schnell wie möglich“ bedeutet, dass die Baustellenanalyse spätestens in der 2. Woche nach dem Berichtszeitraum vorliegt (Bild 13.6). Der dieser Studie zugrunde liegende Kontrollkreis ist in Bild 13.7 dargestellt. Er besteht aus den Zyklen der Planung, Ausführung, Kontrolle und Korrektur. Die zyklische Darstellung deutet an, dass es sich um immer wiederkehrende Vorgänge handelt.

Bild 13.6: Bearbeitungszeit für Ablaufkontrollen [13.6]

Bild 13.7: Kontrollkreis [13.6]

Bei der Planung des Bauablaufs werden die Vorgaben für die Ausführung ermittelt und dargestellt. Dies können Ausführungstermine, aber auch Aufwands-

13.4 PC-Einsatz in der Ablaufkontrolle und -steuerung

725

werte oder Ablauffolgen sein. Grundsätzlich können sich die zu kontrollierenden Werte auf Termine, Kosten, Stunden und den Umsatz beziehen. Der Ausführungszyklus ist der kontinuierlich ablaufende Bauprozess. Er wird laufend vom Bauleiter überwacht, wobei periodisch Informationen aus dem Prozess übernommen werden. Ergeben sich Abweichungen, werden Korrekturmaßnahmen ergriffen, sofern dies möglich ist. Bei größeren Abweichungen muss die Planung erneut durchlaufen und müssen neue Zielvorstellungen festgelegt werden. Die Kontrolle übernimmt aus der Ausführung bestimmte laufende oder periodische Einzelwerte und formuliert eine Aussage über die Qualität der gesamten Ausführung. Die Aufbereitung der beobachteten Werte zu einer klaren Trendaussage ist dabei eine wesentliche Kontrollaufgabe. Korrektur bedeutet, bei Abweichungen vom Soll die Ausführung so zu beeinflussen (zu steuern), dass sie wieder planmäßig wird. Sind Termine im Verzug, ist durch Beschleunigungsmaßnahmen (mehr Personal und/oder Gerät, Überstunden usw.) eine Einhaltung der Ecktermine zu gewährleisten. Laufen die Kosten in einzelnen Bereichen weg, sind die Ursachen zu ergründen und nach Möglichkeit zu beseitigen. Bei Abweichungen, die nicht mehr zu korrigieren sind, muss die Planung angepasst werden, da nur so der Ausführung – also der Baustelle – erfüllbare Vorgaben zur Verfügung stehen. Wie die Plandaten aufbereitet und welche Kontrollen bei dem dargestellten Beispiel, einem U-Bahn-Los in München, vorgenommen wurden, geht aus dem Flussdiagramm in Bild 13.8 hervor. Als Grundlagen der Planung werden auch hier der Vertrag, das Leistungsverzeichnis, die Termine, die Auftragskalkulation und der Ablaufplan genannt. Wichtig sei, dass im Ablaufplan eine sinnvolle Gliederung der Arbeiten nach Abschnitten, Arbeitsgattungen, Gruppen u. ä. in Basispositionen erfolgt, da nachher die gesamte Kontrolle über dieses System läuft. In diesen Basispositionen sind die zu erbringenden Teilleistungen in Tätigkeiten zusammengefasst, die auf der Baustelle beobachtet werden können (Bild 13.9 und Anhang 23). Im Sinne einer „rollenden Planung“ werden Arbeiten, die weiter in der Zukunft liegen, zunächst in Sammelpositionen erfasst, müssen aber vor der Ausführung ebenfalls i.E. in Detailablaufplänen festgelegt werden. Das Auswertungsprogramm für die periodischen Terminkontrollen muss so aufgebaut sein, dass man nicht mehr als ein bis zwei Tage für das Erfassen des Wesentlichen benötigt um zu erkennen, wo Steuerungsaktivitäten ansetzen sollen. Die Ablaufkontrolle für die beiden Bereiche Termine und Leistungen sowie Wirtschaftlichkeit und Kosten besteht in einem periodischen Soll-Ist-Vergleich der wesentlichen Daten, um bei Abweichungen vom Soll kurzfristig reagieren zu können. Wie schon erwähnt, sollten in der Anlaufphase von Baustellen die Kontrollen der Leitprozesse kurzfristig vorgenommen werden, um schnell einen Überblick über deren Ablauf und Kosten zu erhalten. Je genauer dafür die Vorgaben sind, desto sicherer lassen sich Störungen und Mehrkosten erkennen und desto schneller kann gegengesteuert (korrigiert) werden.

726

13 Ablaufkontrolle und -steuerung / Controlling

Bild 13.8: Flussdiagramm der Ablaufplanung und Kontrolle [13.6]

Bild 13.9: Zuordnung der LV-Positionen zu den Ablaufaktivitäten (Basispositionen, [13.6])

Die Kostenstruktur der Basispositionen (Einzelkosten der Teilleistungen) geht aus Bild 13.10 hervor. Die Baustellengemeinkosten wurden in einen fixen und variablen Anteil getrennt. Der fixe Anteil wurde über den Prozentsatz der Fertigstellung umgelegt, der variable (Kosten der Angestellten, Poliere, Hilfslöhner einschl.

13.4 PC-Einsatz in der Ablaufkontrolle und -steuerung

727

Kranführer) aus der Summenlinie des Ablaufplanes entnommen. Als Ergebnis der Kostenkontrolle wurden die Allgemeinen Geschäftskosten einschließlich Wagnis und Gewinn ausgewiesen. Ein Beispiel für einen Kontrollzeitpunkt tx geht aus Bild 13.11 hervor. Mit dem Hinweis, „dass Baustellen nie so laufen, wie wir uns das vorstellen“, wird auf Störungseinflüsse hingewiesen. Änderungen gegenüber dem Soll aus Mengenänderungen, Nachträgen, Terminverzügen u. ä. müssen daher bei den Bauablaufkontrollen einfach zu erfassen sein. Einige weitere Unterlagen und Ergebnisse der Leistungs- und Kostenkontrollen aus diesem Beispiel gehen aus Bild 13.12 bis 13.15 hervor.

Bild 13.10: Basisdispositionsblatt für Job 25 [13.6]

Bild 13.11: Ergebnis einer Leistungs- und Kostenkontrolle [13.6]

728

13 Ablaufkontrolle und -steuerung / Controlling

Bild 13.12: Beispiel U-Bahnhof München, Bauweise [13.6]

Im übrigen enthält der Bericht den Hinweis, dass bei der Ablaufplanung durch Einsatz eines Personalcomputers die Auswirkung von unterschiedlichen Zeitdauern der Aktivitäten auf den Endtermin mit erheblich geringerem Aufwand als bei der Berechnung von Hand verfolgt werden können. Dadurch kann man den Effekt „was ist, wenn ...“ sofort darstellen und die Tragweite der Auswirkung abschätzen, wodurch das Variantenstudium wesentlich erleichtert wird. Neben dieser Untersuchung über den PC-Einsatz zur Baustellenkontrolle liegt eine weitere Arbeit von Gehri vor [13.7]. Ziel dieser Untersuchung war die Absicht, „mit Hilfe eines EDV-basierten, modernen Führungshilfsmittels den Baustellenleiter bei seinen Aufgaben in mehrfacher Beziehung wirkungsvoll unterstützen zu können“. Vor allem sollte „möglichst viel Routinearbeit, die den größten Teil der Arbeitszeit bindet, durch Computereinsatz sinnvoll rationalisiert“ werden (Bild 13.16). Dafür wurde ein System entwickelt, „das mit Hilfe wissensbasierter Module in der Lage ist, für den Baustellenleiter eine Beraterfunktion zu übernehmen“. Als erster Arbeitsschritt wurden die Merkmale der Baustellenführung dargestellt. Sie sind in die Führungsaufgaben auf der Baustelle mit ihren Ausführungsphasen (Bild 13.17 und 13.18), die von der Baustelle erzeugten Informationen, die für die Baustelle notwendigen und nützlichen Informationen, den Stand der derzeitigen und in die wünschbare EDV-Unterstützung gegliedert. In weiteren Abschnitten werden die Konzeptidee eines Beratersystems für Baustellenleiter (Grundidee, Grundmodul, Erweiterungsmodule, Entwicklungsgrenzen) und die Realisierungsvoraussetzungen (Hardware, Software, Benutzeroberfläche, Mitarbeit in der Praxis) erläutert.

13.4 PC-Einsatz in der Ablaufkontrolle und -steuerung 729

Bild 13.13: Ergebnis einer Terminkontrolle [13.6] (Bestimmung und Darstellung des Fertigstellungsgrades im Balkenplan)

730 13 Ablaufkontrolle und -steuerung / Controlling

Bild 13.14: Darstellung der Ist-Leistungsermittlung [13.6]

13.4 PC-Einsatz in der Ablaufkontrolle und -steuerung

Bild 13.15: Gegenüberstellung der Soll- und Ist-Kosten [13.6]

Bild 13.16: Verschiebung der Arbeitsanforderungen in der Zukunft [13.7]

731

732

13 Ablaufkontrolle und -steuerung / Controlling

Bild 13.17: Gliederung der Führungsaufgaben auf der Baustelle [13.7]

Bild 13.18: Phaseneinteilung der Aufgaben der Baustellenleitung [13.7]

In einem umfangreichen Anhang sind auf mehreren Seiten die Aufgaben der Baustellenleitung in Checklisten dargestellt, getrennt nach Planungs-, Organisations-, Realisierungs- und Kontrollaufgaben (PORK, Gliederung Tabelle 55). In einem weiteren Anhang werden Prinzip und Möglichkeiten wissensbasierter Systeme (Expertensysteme) erläutert. Die Definition eines Experten geht aus Tabelle 56 hervor. Insgesamt wurden als Ergebnis dieser Untersuchung bekannte Einzellösungen durch ein MEGA-Expertensystem zu einer integrierten Lösung für die Baustelle verbunden, um damit den Baustellenleiter bei der Bewältigung seiner rationalsierbaren Aufgaben zu unterstützen.

13.5 Modernes Projekt-Controlling

733

Tabelle 55: Aufgaben der Baustellenleitung [13.7]

Tabelle 56: Einteilung der menschlichen Fertigkeiten nach Dreyfus [13.7]

13.5 Modernes Projekt-Controlling1 Die dargestellten Verfahren der Ablaufkontrolle und -steuerung einer Baustelle sind die unterste Ebene des Kontrollsystems einer Bauunternehmung. Daraus hat sich in den vergangenen Jahren ein modernes Projekt- und UnternehmensControlling entwickelt. Im Rahmen dieser Darstellung sollen deshalb nachstehend die Grundzüge des Projekt-Controlling aus heutiger Sicht kurz aufgezeigt werden. Auf das Unternehmens-Controlling gehe ich nicht ein und verweise hierzu auf die Literatur [10.5, 12.7]. Nach Auftragserteilung beginnt mit der Arbeitsvorbereitung die ausführungsorientierte Phase des Bauprojekt-Controlling (Bild 13.19).

1

Nach Oepen in [12.7], s. hierzu auch die Darstellung von Leimböck/Iding in [10.5].

734 13 Ablaufkontrolle und -steuerung / Controlling

Bild 13.19: Zeitachse der Bauprojekt-Realisation in bauausführenden Unternehmen [12.7]

13.5 Modernes Projekt-Controlling

735

13.5.1 Aufgabe Als Aufgabe des Projekt-Controlling wird „das eigen- und fremdverantwortliche, interdisziplinär angelegte, von Eigeninitiative geprägte und konzeptionell schlüssige Leiten und Führen eines Bauprojekts mit der gleichzeitigen Verantwortungsübernahme für Erfolg, Rendite und Liquidität“ bezeichnet [12.7]. Die vorstehend in ihren Grundzügen dargestellte Soll-Ist-Vergleichsrechnung wird als zwingende Grundvoraussetzung für die zukunftsorientierte Steuerung von Bauprojekten bezeichnet. Dabei ist es wichtig, sich nicht auf die nachbetrachtende Auswertung der Arbeitsabläufe zu beschränken, es auch nicht bei der Gegenwertsanalyse des Bauprojekts zu belassen, sondern den Blick konsequent auf das Projektende zu richten. 13.5.2 Elemente des Bauprojekt-Controlling Die Elemente dieses Bauprojekt-Controlling (BC) sind − das Planungselement mit den Instrumenten − Angebots- und Risikoanalyse, − Angebots-/Auftragskalkulation sowie − Arbeitsvorbereitung und Arbeitskalkulation mit den Plandaten AK(O) und der Erst-Prognose PK(O) zum Bauende. − das Organisationselement mit den Instrumenten − Eingriff in die laufende Projekt-Realisation, − Interaktion zwischen Bauprojekt- und Unternehmens-Management-Controllern und das − Kontrollelement mit den Instrumenten − Kurzfristige Ergebnisrechnung, − Vergleichsrechnung und Abweichungsanalyse. Da die Daten der Angebots- und Auftragskalkulation primär preisorientiert ermittelt werden, sind sie für den internen Informationscharakter des BC nicht oder nur bedingt nutzbar. Deshalb ist die Angebots- und Auftragskalkulation nach Abschluss der Arbeitsvorbereitung in Abstimmung zwischen Kalkulation, Arbeitsvorbereitung, Bauprojekt-Management (Bauleitung) und übergeordneten Instanzen innerbetrieblich in eine Arbeitskalkulation zu überführen. Die hierbei zu berücksichtigen Daten sind in Tabelle 57 dargestellt. „Ohne eine Arbeitskalkulation kann ein BC nicht realisiert werden und ohne eine Nachkalkulation nach Ausführungsende ist die Überprüfung der stammdatengestützten Erfahrungswerte für neue Angebots- und Auftragsbearbeitungen nur bedingt möglich.“

736

13 Ablaufkontrolle und -steuerung / Controlling

Tabelle 57: Merkmale einer Arbeitskalkulation gegenüber einer Auftragskalkulation [12.7] In der Arbeitskalkulation sind zu berücksichtigen:

13.5.3 Durchführung der Arbeitskalkulation Die Arbeitskalkulation unterscheidet sich vom Verfahren der Angebots/Auftragskalkulation. Während diese Kalkulation die Angebots-/Auftragsumme aus der Addition von Herstellkosten, allgemeinen Geschäftskosten sowie Wagnisund Gewinnzuschlag ermittelt, werden in der Arbeitskalkulation zunächst nur die (inzwischen präziser ermittelten) projektspezifischen Herstellkosten berechnet. Wichtig dabei ist, dass − alle Änderungen, die sich aus der Arbeitsvorbereitung gegenüber der vertraglich vereinbarten Bauleistung ergeben, eingearbeitet werden, − alle Kostenbestandteile separat dargestellt werden, d.h. leistungs- und zeitabhängige Kosten sind getrennt zu ermitteln und voraussichtliche Abrechnungsmengen einzuarbeiten. Die Umlage der Gemeinkosten der Teilleistungen auf die Leistungspositionen entfällt, diese sind eigenständig zu kalkulieren und getrennt auszuweisen. Die ermittelten Herstellkosten der Arbeitskalkulation werden dann der Auftragssumme gegenübergestellt, so dass sich als Differenz von Auftragssumme und Herstellkosten der Arbeitskalkulation der projektspezifische Deckungsbeitrag sowie als Differenz von Auftragssumme und Herstellkosten der Arbeitskalkulation zuzüglich anteiliger allgemeiner Geschäftskosten das projektspezifische Ergebnis ergibt (Bild 13.20).

13.5 Modernes Projekt-Controlling

737

Bild 13.20: Ermittlung von Vorgabewerten aus der Gegenüberstellung von Angebots/Auftragskalkulation und Arbeitskalkulation [12.7]

13.5.4 Fertigungsprozessorientierte Aufgliederung der Arbeitskalkulation Um eine sach- und kostenverursachungsgerechte Arbeitskalkulation durchzuführen, ist die zu erbringende Bauleistung in Fertigungsprozesse aufzugliedern. Dafür kann es notwendig sein, bei Einheitspreisverträgen nach § 5 VOB/A, die Positionen des LV teilweise in Unterpositionen aufzuteilen und interne Positionen bspw. zur Kalkulation der Gemeinkosten der Teilleistungen zu bilden. Das gleiche gilt auch für den Pauschalvertrag (§ 5 VOB/A) wie auch in den Fällen des Werkvertrages (§§ 631 ff. BGB) sowie den hierauf aufbauenden neuen Vertragsmodellen in der Bauwirtschaft. An die Stelle des auftraggeberseitigen LV treten im Pauschalvertrag auftragnehmerseitig zu erstellende interne Leistungsverzeichnisse – besonders auch für die Ausschreibung, Vergabe und Abrechnung von Nachunternehmerleistungen – oder fertigungsprozessorientierte Ablaufbeschreibungen. In diesen Fällen kann die ABC-Analyse zur Bildung von Kosten- und Leistungsträgern ein Hilfsmittel sein (Bild 13.21). Danach kann bspw. eine detaillierte Untersuchung der entscheidenden A-Positionen sinnvoll sein (d.h. deren detaillierte Untergliederung in Kosten- und Leistungsträger), während die B- und CPositionen nur grob gruppiert werden. Als Beispiel ist in Tabelle 58 eine Arbeitskalkulation für den Bau einer Stützmauer (Ausführungssicht AK(i)) im Auszug dargestellt.

738

13 Ablaufkontrolle und -steuerung / Controlling

Bild 13.21: ABC-Analyse zur Bildung von Kosten- und Leistungsträgern [12.7]

Tabelle 58: Einzelkosten und Gemeinkosten der Teilleistungen [12.7]

13.5 Modernes Projekt-Controlling

739

740

13 Ablaufkontrolle und -steuerung / Controlling

13.5.5 Fortschreibung der Arbeitskalkulation auf der Zeitachse der Bauprojekt-Realisation Um ihre Aufgabe erfüllen zu können, muss die AK aktuell und vollständig gehalten werden. Sie sollte deshalb zweigliedrig fortgeschrieben werden. Der Kernaspekt dieser zweigliedrigen Fortschreibung ist die Trennung von Plan-, Soll-, Ist- und Wird- Daten. Plandaten sind die aus der Auftragskalkulation überführten (vertraglich vereinbarten) Werte, die nach ihren Kostenbestandteilen gegliedert werden. Dabei können Änderungen in der Kostenstruktur stattfinden. Soll-Daten betreffen eine Fortschreibung der Plan-Daten während des Projektfortschritts, z.B. nachtragsrelevante Sachverhalte (genehmigte Nachträge u. ä.). Die Ist-Daten spiegeln die zu einem bestimmten Zeitpunkt (Monatsende) ermittelten, realistischen und bereits erzielten Werte eines Bauprojekts wider. Die Wird-Daten ergeben sich beim permanenten Blick auf das Projektende. Alle Kosten- und erlöswirksamen Abweichungen zwischen dem Bau-Soll und dem Bau-Ist werden unabhängig von ihrer Nachtragsrelevanz einbezogen. Damit ergeben sich folgende Ausprägungen: − Arbeitskalkulation/Vertragssicht [AK(O)] → Plan-Daten, − Arbeitskalkulation/Ausführungssicht [AK(i)] → Soll-Daten, − Arbeitskalkulation/Prognosesicht [PK(i)] → Ist-/Wird-Daten.

13.5 Modernes Projekt-Controlling

741

13.5.6 Differenzierte Sichtweisen der Arbeitskalkulation Nach Auftragerteilung dient die AK(O) der Ermittlung von Plandaten als Zielgröße vor Ausführungsbeginn. Sie wird, auf der Angebots- bzw. Auftragskalkulation aufbauend, einmalig erstellt und im EDV-System des Bauunternehmens eingefroren. Die EK und GK werden, getrennt nach Fertigungsprozessen, separat dargestellt. Im Gegensatz zur Auftragskalkulation erfolgen keine Umlagen zur Ermittlung der Positionspreise. Die Arbeitskalkulation AK(O) ergibt die PlanHerstellkosten. Aus der Differenz zur Auftragssumme resultiert ein Deckungsbeitrag, unter weiterem Abzug der anteiligen AGK das Plan-Ergebnis (Bild 13.20). Nach Auftragserteilung wird während der Bauausführung die AK(O) als AK(i), i von 1 bis n, fortgeschrieben als Soll-Daten im Bauprojekt-Controlling. Nicht nachtragsrelevante Änderungen in der Bauausführung (Austausch von Eigen- zu NU-Leistungen) dürfen sich nur in der Kostenartenstruktur widerspiegeln. Die AK(O) darf nur Soll-Daten beinhalten. Die Ist-Daten und die Wird-Situation des Bauprojekts, bezogen auf das Projektende, ergeben sich aus der Prognosesicht der Arbeitskalkulation (PK(i), i von 1 bis n. Neben dem Blick auf die Situation im Projektablauf zum Zeitpunkt i hat die Prognosesicht auf das Projektende zum Ziel, alle sich abzeichnenden Informationen, die sich (zukünftig) auf die Herstellkosten, den Deckungsbeitrag, das Ergebnis und die Leistung zum Projektende auswirken, möglichst frühzeitig transparent zu machen und offen zu legen. Beispiele hierfür sind eingetretene und erwartete Kostenänderungen für NU-Leistungen, Materialeinkäufe, Löhne, Aufwandswerte u. ä., aber auch positiv ergebniswirksame Umstände wie offene, aber zu realisierende Nachträge. Die Ermittlung dieser Wird-Daten stellt die eigentliche Steuerungsaufgabe im Projekt-Controlling dar, da nur die permanente Sicht auf das Bau- bzw. Berichtsjahresende zielgerichtete Steuerungsaktivitäten ermöglicht. Weitere Einzelheiten besonders hinsichtlich des Erstellens der AK(O) und PK(O) als Vorgabe für das Bauprojekt-Management, sind der angezogenen Literatur zu entnehmen [12.7]. 13.5.7 Zusammenfassung Die wesentlichen Elemente eines baustellenbezogenen Controlling sind die auf eine Arbeitsvorbereitung aufbauende Arbeitskalkulation und die daran anschließende baustellenbegleitend durchgeführte Nachkalkulation mit Prognosen zum Bauende. Bei Abweichung von den Soll-Daten kann daher das Bauprozessmanagement entsprechend gegensteuern, um mit der Produktion wieder auf deren SollKurs zu kommen bzw. sich diesem soweit als möglich zu nähern.

742

13 Ablaufkontrolle und -steuerung / Controlling

Literatur zu Kapitel 13 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5

13.6

13.7

Bauer, H.; Baubetrieb, 2. Auflage, Springer-Verlag Berlin 1995, Abschn. 14 REFA, Fachausschuss Bauwesen, REFA in der Baupraxis, Teil 3, Arbeitsgestaltung, Frankfurt/Main 1984 Berner, F.; Optimierung der Bauabläufe, baupraxis 9/82, S. 32-38 und 10/82, S. 25-28, 31 REFA, Fachausschuss Bauwesen, REFA in der Baupraxis, Teil 1, Grundlagen Frankfurt/Main, aktuelle Ausgabe Künstner, G.; Arbeitskalkulation, Kostenkontrolle und Steuerung des Bauablaufs am Beispiel der Kochertalbrücke Geisingen, Referat beim Lindauer Bauseminat 1983 Gehri, M., Raffetseder, O., Lessmann, H.; PC-Einsatz für die Baustellenkontrolle, Arbeitsbericht Nr. 2, ETH-Pilotprojekt PC als Hilfsmittel für Planen und Bauen, Institut für Bauplanung und Baubetrieb ETH Zürich, 1987 Gehri, M.; Computerunterstützte Baustellenführung, Diss. ETH Zürich 1992

14 Allgemeine Problemlösungsmethoden, Prozessmanagement

Die Wahl kostenoptimaler Produktionsverfahren ist eine Teilaufgabe aus dem Bereich allgemeiner Problemlösungen. Ergänzend zu Abschn. 12.7 soll deshalb noch kurz dargestellt werden, welche allgemeinen Problemlösungsmethoden für komplexe Aufgaben dieser Art verfügbar sind. Neben den bereits in anderem Zusammenhang genannten Möglichkeiten (Bild 3.13, 3.14, 12.15) sind folgende Verfahren zu nennen: − die schon erwähnte 6-Stufen-Methode der Systemgestaltung nach REFA und − eine Problemlösungsmethodik über vernetztes Denken.

14.1 6-Stufen-Methode der Systemgestaltung Die 6-Stufen-Methode der Systemgestaltung nach REFA besteht aus folgenden Schritten [13.2]: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Ziele setzen, Aufgabe abgrenzen, ideale Lösungen suchen, Daten sammeln und praktikable Lösungen entwickeln, optimale Lösung auswählen, Lösung einführen und Zielerfüllung überwachen.

Das Schema mit den erforderlichen Rückkopplungen ist in Bild 14.1 dargestellt. Bei der Anwendung dieser Methode können weitere Techniken und Hilfsmittel zielführend verwendet werden. Hierfür kommen in Frage: 1. das Brainstorming und verwandte Techniken, um in Stufe 3 ideale Lösungen zu finden, 2. Zeitstudien und Nachkalkulationen für Stufe 4 und 3. die Kostenvergleichsrechnung, um in Stufe 5 die wirtschaftlich optimale Lösung zu finden (Abschn. 12.8.4.). Methoden, um in Stufe 3 Ideen zu finden, sind in Bild 14.2 dargestellt. Die 6-Stufen-Methode eignet sich zur Lösung vieler im Baubetrieb anstehender Aufgaben.

744

14 Allgemeine Problemlösungsmethoden, Prozessmanagement

Bild 14.1: 6-Stufen-Methode der Systemgestaltung [13.2]

14.2 Problemlösen über vernetztes Denken

745

Bild 14.2: Methoden der Ideenfindung [13.2]

14.2 Problemlösen über vernetztes Denken Probleme sind dadurch gekennzeichnet, dass sie nicht auf Anhieb, in einem Zug gelöst werden können. Deshalb gliedern auch andere Methoden die Aufgabe des Problemlösens in Phasen oder Schritte. Bei der Problemlösungsmethodik über vernetztes Denken werden die Lösungsschritte je nach den Bedingungen der Aufgabe eng miteinander vernetzt. Bei diesem auf komplexe Situationen ausgerichteten Problemlösungsprozess sind ebenfalls 6 Schritte zu unterscheiden (Bild 14.3). Dies sind [14.1]: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Bestimmen der Ziele und Modellieren der Problemsituation, Analysieren der Wirkungsverläufe, Erfassen und Interpretieren der Veränderungsmöglichkeiten der Situation, Abklären der Lenkungsmöglichkeiten, Planen von Strategien und Maßnahmen, Verwirklichen der Problemlösung.

Auch für diese Methode gilt, dass ihre Gliederung nicht als Schrittfolge in dem Sinne aufgefasst werden darf, dass der erste Schritt abgeschlossen sein muss bevor der zweite getan werden kann usw. Komplexe Problemsituationen erfordern eben ein mehrfaches Durchlaufen der einzelnen Lösungsschritte, das Entwickeln verschiedener denkbarer Szenarien in einem iterativen Prozess. Dabei müssen Zwischenergebnisse häufig korrigiert werden, bis eine akzeptable Lösung gefunden wird. Ein einfaches Netzwerk, das die Struktur der Problemsituation „Umsatzsteigerung einer Unternehmung“ in diesem Sinne darstellt, geht aus Bild 14.4 hervor.

746

14 Allgemeine Problemlösungsmethoden, Prozessmanagement

Bild 14.3: Die 6 Schritte des ganzheitlichen Problemlösungsprozesses [14.1]

Bild 14.4: Netzwerk für die Problemsituation „Umsatzsteigerung einer Unternehmung“ ausgehend von den wichtigsten Zielgrößen und Einflussfaktoren [14.1]

14.4 Aufgaben des Prozessmanagements einer Baustelle

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14.3 Zusammenfassung zu Abschnitt 14.1 und 14.2 Je nach Umfang, Bedeutung und damit „Gewicht“ eines Problems – bspw. einer Wahl von Fertigungsverfahren – kann auf eine der dargestellten Problemlösungsmethoden zurückgegriffen werden. Der Praktiker kommt schneller zum Ziel, wenn er aufgrund seiner Erfahrungen die Variationsbreite einer Aufgabe eingrenzen kann oder durch Randbedingungen wie bspw. verfügbares Potential gebunden ist. Die Entscheidung für ein Fertigungsverfahren oder eine Ablaufvariante wird dann über eine Kostenvergleichsrechnung vorgenommen, wobei – wie in Abschn. 12.8 erwähnt – für jede Variante auch die nicht quantifizierbaren Kriterien zu berücksichtigen sind. Sie lassen sich mit Hilfe der vorgenannten Problemlösungsverfahren bestimmen bzw. eingrenzen.

14.4 Aufgaben des Prozessmanagements einer Baustelle Hierzu sind zunächst die in einer Bauunternehmung für das Erbringen von Bauleistungen erforderlichen Aufgaben in Bild 14.5 im Überblick dargestellt. Es zeigt, wie ein Bauauftrag von der Anfrage bis zur Übergabe und Abrechnung nach einem Regel-Auftrags-Ablauf (RAA) ausgeführt wird.

Bild 14.5: Regel-Auftrags-Ablauf (Prozesse, Kompetenzen, Strukturen, Kommunikation), [14.2]

748

14 Allgemeine Problemlösungsmethoden, Prozessmanagement

In diesem Rahmen umfassen die im Abschn. 13.1 genannten weiteren Aufgaben der Bauleitung (Ablauforganisation) einer Baustelle − die Ausführungsvorbereitung (Bild 14.6), − den Ablauf der Bauausführung und − die Übergabe bzw. Inbetriebnahme des Bauwerks.

Bild 14.6: Ablauf der Ausführungsvorbereitung [11.6]

Literatur zu Kapitel 14

749

Die Hauptaufgaben des Bauleiters (Prozessmanagers) sind 1. das Erstellen der Baustelleneinrichtung, 2. das Leistungserstellungsmanagement. Dazu gehören − das Umsetzen der Leistungserstellungsplanung (Bauabläufe, Bauverfahren) und die Produktionssteuerung (stetige Verbesserung) − Aufbau und kontinuierliche Pflege des Kommunikationsmanagements − extern zum Bauherrn, zu Ingenieuren, Architekten, den Nachbarn und der Öffentlichkeit − intern zu Vorgesetzten, Baustellenführung, internen Serviceabteilungen − das Termin-, Ressourcen- und Kostenmanagement − das Qualitäts- und Arbeitssicherheitsmanagement und − das Administrationsmanagement. Der wirtschaftliche Erfolg eines Projekts ist das Ziel eines jeden Bauunternehmens; somit muss der Baustellenleiter jederzeit über den Stand der Leistungserstellung, der Termine und Kosten seiner Baustelle informiert sein. Hierzu stehen ihm die Instrumente des Controllings zum Prozess-, Termin- und Kostenmanagement zur Verfügung. Auf die Einzelheiten dieser Aufgabenfelder gehe ich nicht ein. Ich verweise hierzu auf die Literatur [14.2 bis 14.4] und besonders auf die ausführliche Darstellung in [11.6], S. 207 ff.

Literatur zu Kapitel 14 14.1 14.2 14.3 14.4

Ulrich, H., Probst, G.; Anleitung zum ganzheitlichen Denken und Handeln, Bern/Stuttgart 1988 Sehlhoff, G.; Unternehmensführung und Bauleitung, B + B 4/2004, S. 26 Linde, T.; Projekt- und Wissensmanagement zur Komplexitätsbeherrschung, B + B 7 – 8/2004, S. 44 Sehlhoff, G.; Ablaufstörungen leicht vermeiden, B + B 10/2004, S. 34

15 Störungen im Bauablauf

15.1 Vorbemerkungen Seit den sechziger Jahren ist die Bauproduktion durch weitgehende maschinelle Fertigung gekennzeichnet. Steigende Löhne, Sozialaufwendungen und Lohnnebenkosten knapper werdende Facharbeitskräfte, gestiegene Ansprüche an Ausstattung und Qualität der Bauwerke und der Trend zu kürzestmöglichen Bauzeiten haben unter dem Zwang des Wettbewerbs zu dieser Entwicklung geführt. Die Folge ist der Einsatz von Maschinen, Spezialkolonnen und -geräten auf den Baustellen nach den Grundsätzen industrieller Produktion (bspw. Fließ- bzw. Taktarbeit). Darüber hinaus vergeben Bauunternehmungen z. Tl. alle operativen Arbeiten einschließlich Schalung und Rüstung an Nachunternehmer (s. Abschn. 3.5.6). Während früher das Bauen durch überwiegend handwerkliche Tätigkeit und weitgehende Improvisation gekennzeichnet war, mussten diese bei steigenden Löhnen und lohngebundenen Kosten sowie zunehmendem Einsatz von Maschinen und Geräten durch systematische Arbeitsvorbereitung, Ablaufplanung und steuerung ersetzt werden. Jeder Planung eines Bauablaufs liegt das Prinzip zugrunde, die einzelnen, oft ineinander greifenden Teilaufgaben mit einem Minimum an Aufwand zu lösen. Man versucht deshalb im Rahmen der dargestellten Produktionsplanung, das für den Einsatz auf der Baustelle vorgesehene Potential einer Unternehmung, bestehend aus gewerblichem Personal unterschiedlicher Qualifikation, Betriebsmitteln und Führungskräften, der vorliegenden Aufgabe optimal zuzuordnen. In der Theorie sind die dafür geltenden, in den Kap. 11 bis 13 dargestellten Zusammenhänge bekannt. Die Praxis hat sie bestätigt. Trotzdem läuft auch heute noch manche Baustelle nicht im Sinne einer derart modifizierten, auf den Baubetrieb zugeschnittenen industriellen Fertigung ab, die durch planmäßigen Einsatz der produktiven Faktoren einer Unternehmung nach den dargestellten Regeln gekennzeichnet ist. Nur durch Anwendung dieser Regeln lässt sich aber eine Produktionsaufgabe, die Herstellung eines Bauwerks, zu dem angebotenen Preis realisieren, denn Arbeitsvorbereitung und Preiskalkulation gehen von diesen Voraussetzungen aus. Die Bauindustrie ist eine Bereitschaftsindustrie. Von wenigen Ausnahmen abgesehen – wie z.B. Sondervorschlägen im Großbrückenbau – haben Bauunternehmungen bei VOB-Verträgen keinen oder nur einen geringen Einfluss auf eine fertigungsgerechte Planung der Bauwerke, denn Planung und Herstellung liegen in verschiedenen Händen. Der Auftraggeber bestimmt, was, wo und wann gebaut werden soll und die von ihm beauftragten Planer, wie es zu bauen ist. Die von ihm

752

15 Störungen im Bauablauf

oder seinen Beauftragten rechtzeitig zu erbringenden Vorleistungen sind deshalb wesentliche Voraussetzungen einer rationellen Produktion. Bei schlüsselfertig herzustellenden Bau- und Großbauvorhaben wird dagegen zumindest die Ausführungsplanung an den Generalunter- bzw. -übernehmer vergeben. Ablaufstörungen wegen verzögerter Planbeistellung kommen dann nicht mehr vor. Die Vorteile beim Ablauf maschinisierter Bauprozesse in Fließ- und Taktarbeit, deren Einsatz der Markt erzwingt – minimaler Potentialeinsatz bei minimaler Bauzeit und damit das Kostenoptimum –, werden mit einem nur bedingt elastischen Produktionsapparat mit hohem Fixkostenanteil erkauft. Die Folge ist, dass Behinderungen der Produktion zu erheblichen Störungen des geplanten Ablaufs und damit zwangsläufig zu Mehrkosten führen. In Zeiten rückläufiger Konjunktur, d.h. knapper Preise, trifft dies die Betriebe besonders hart. Dazu kommt aus heutiger Sicht noch hinzu, dass ein Unternehmer störungsbedingte Mehrkosten nur fordern kann, wenn es sein Vertrag zulässt. Über Ursachen, Höhe und Vergütungsanspruch störungsbedingter Mehrkosten gibt es in der Praxis häufig zeitraubende Auseinandersetzungen, wenn sie durch nicht vorhersehbare, nach Vertragsabschluß eintretende außerbetriebliche Einflüsse hervorgerufen werden. Nachstehend wird daher die Problematik gestörter Bauabläufe und der daraus resultierenden Mehrkosten anhand theoretischer Grundlagen und mehrjähriger Erfahrungen dargestellt, und auf die Rechtsprechung verwiesen. Dazu aus juristischer Sicht: „Nur ein rationeller und damit kostengünstiger Bauablauf ermöglicht es, die immer umfangreicher und komplizierter gewordenen Bauvorhaben in immer kürzeren Bauzeiten durchzuführen und dabei angesichts des verschärften Wettbewerbs auf dem Baumarkt und der nicht immer auskömmlichen Preise auch noch die erforderlichen Gewinne zu erwirtschaften ... . Zu keinem Zeitpunkt war deshalb eine ins einzelne gehende Bauablaufplanung so wichtig wie heute“ (Vygen [15.1], Rdn 8). Die Auseinandersetzungen zwischen Bauvertragspartnern über Ansprüche aus Leistungsänderungen und daraus resultierenden Bauzeitverzögerungen haben ihre vorrangige Ursache in dieser zunehmend verfeinerten Bauablaufplanung, die zu einer immer geringeren Flexibilität der Kosten gegenüber Störungen im geplanten Bauablauf führt und schließlich zur Folge hat, dass nahezu jede Einwirkung auf den geplanten Bauablauf zusätzliche Kosten auslösen kann ([15.1], Vorw., 1. Aufl.). Andererseits schafft der Bauunternehmer nur mit einer derartigen Terminplanung die Voraussetzungen für die Erfüllung seiner Leistungspflicht zur fristgerechten Fertigstellung einer Bauleistung und nur damit kann er im Falle von Behinderungen durch Maßnahmen oder Unterlassungen des Auftraggebers den Nachweis für dadurch eingetretene Bauverzögerungen und dadurch bedingte Mehrkosten führen (Vygen [15.1], Rdn 9).

15.2 Definition gestörter Bauprozesse

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15.2 Definition gestörter Bauprozesse 15.2.1 Ablaufschwankungen Durch Witterungseinflüsse, Standortbedingungen und die allgemeinen Risiken der Bauproduktion (Abschn. 12.5) ist der Ablauf von Bauvorgängen innerhalb eines Streubereichs häufig mehr oder weniger geringfügigen Schwankungen unterworfen (Bild 15.1). Derartige Schwankungen im Arbeitsfortschritt von Teilprozessen und in der Produktmenge lassen sich nicht vermeiden und müssen als normal angesehen werden. Dabei drücken ± ΔZ den Streubereich der Bauzeit und ± ΔV den Streubereich der Produktmenge aus.

Bild 15.1: Bereich normaler Schwankungen von Bauzeit und Produktmenge eines Teilprozesses. Der Schwankungsbereich ist nur am Ende des Teilprozesses Ti dargestellt

15.2.2 Ablaufstörungen Wenn jedoch ein einzelner Teilbetrieb oder der Gesamtbetrieb eine realistisch geplante, (mittlere) Arbeitsgeschwindigkeit nicht mehr einhalten oder erreichen kann, ohne zusätzliche betriebliche oder finanzielle Mittel in Anspruch zu nehmen, gilt ein Produktionsprozess als gestört [15.2]. Eine derartige Störung, bei der die tatsächliche Arbeitsgeschwindigkeit signifikant unter dem geplanten „Soll“ liegt (Bild 13.1, 15.2 und 15.6), führt zwangsläufig zu Mehrkosten gegenüber den Plandaten und kann den im Vertrag vereinbarten Preis beeinflussen. Nach der Rechtsprechung gilt als Behinderung in der ordnungsgemäßen Ausführung der Leistung und damit als Störung der Produktion „jedes Ereignis, das den vorgesehenen Leistungsablauf hemmt oder verzögert, so dass der Unternehmer die Bauleistung nicht, wie im Bauzeitenplan vorgesehen und von der Arbeitsvorbereitung geplant, ausführen kann“ (Vygen [15.1], Rdn 122).

754

15 Störungen im Bauablauf

Behinderungen können "tatsächlicher oder rechtlicher Art sein, auf rechtmäßigem oder rechtswidrigem Verhalten beruhen, vom Auftraggeber oder Auftragnehmer verursacht sein oder aber ohne Einfluss beider Vertragspartner auftreten" [15.2].

Bild 15.2: Ablaufbild eines gestörten (behinderten) Teilvorgangs

Für die Beurteilung derartiger Störungen ist von Bedeutung, ob mit dem geplanten Potential an Arbeitskräften und Betriebsmitteln nach der Einarbeitungsphase die geplante Arbeitsgeschwindigkeit erreicht werden konnte bzw. in einer ungestörten Ablaufphase (Teststrecke 01 ) erreicht worden ist. Grundsätzlich lassen sich zwei Arten gestörter Produktionsabläufe unterscheiden: − der behinderte (verzögerte) und − der beschleunigte Ablauf. Eine Beschleunigung des Ablaufs wird notwendig, wenn nach einer vorangegangenen Verzögerung der ursprünglich vorgesehene Soll-Fertigstellungstermin

15.3 Ursachen von Produktionsstörungen

755

eingehalten werden muss oder, wenn dies nicht möglich ist, die Bauzeitverlängerung in Grenzen gehalten werden soll. Beide Arten von Störungen führen zu Mehrkosten gegenüber dem Sollablauf. Die erwähnten Einarbeitungs- oder Anlaufschwierigkeiten einer Baustelle oder eines Teilbetriebes nach Bild 11.27 (Abschn. 11.5.6) fallen dagegen nicht unter den Begriff einer gestörten Produktion.

15.3 Ursachen von Produktionsstörungen Bei den Ursachen, die zu Behinderungen eines Bauablaufs und damit zu Verzögerungen oder Stillständen in der Produktion führen, ist zwischen äußeren Einflüssen, die aus der Ausschreibung und damit bei Vertragsabschluß bekannt sind (Gruppe 1), äußeren Einflüssen, die erst nach Baubeginn eintreten oder erkannt werden (Gruppe 2) und innerbetrieblichen Einflüssen (Gruppe 3) zu unterscheiden. Je nachdem, welcher Gruppe die Störungsursachen zuzurechnen sind, ergeben sich daraus Anspruchsgrundlagen und Verrechenbarkeit von Bauzeitverlängerung und Mehrkosten für den Auftragnehmer bzw. Schadenersatzansprüche für den Auftraggeber. Außerbetriebliche Ursachen, die aus den Verdingungsunterlagen und damit bei Vertragsabschluß bekannt waren (Gruppe 1), sind z.B. die normalen Klima- und Witterungseinflüsse, die Standortbedingungen einer Baustelle sowie alle im Vertrag aufgeführten Randbedingungen der Bauaufgabe. Informationen hierüber – wie die Beschreibung des anstehenden Bodens, Aufzeichnungen der Wetterämter über Niederschlagsmengen und -häufigkeiten, Ganglinien von Wasserständen an Wasserläufen, Grundwasserbeobachtungen sowie Behinderungen durch Verkehr oder verfügbaren Bauraum – müssen vom Baubetrieb bei der Planung des Bauablaufs und damit in seiner Kalkulation durch Zeitreserven, entsprechende Aufwandswerte und Risikoansätze berücksichtigt werden. Geschieht dies nicht und wird dadurch die Produktion gestört, ist hierfür allein der Baubetrieb verantwortlich. Nach § 9 VOB/A ist in den Verdingungsunterlagen auf derartige Störfaktoren und die für den Bauablauf u.U. daraus resultierenden Risiken hinzuweisen. Außerbetriebliche Störeinflüsse, die erst nach Vertragsabschluß bzw. nach Baubeginn auftreten oder zu erkennen sind (Gruppe 2) – wie fehlerhafte oder unvollständige Leistungsbeschreibungen, verzögerte Freigabe des Bauraums, verspätet erteilte Baugenehmigungen, Mengenänderungen, die über die vereinbarte (oder übliche) Toleranzgrenze hinausgehen, Planänderungen bzw. Umplanungen während des Bauablaufs durch Anordnungen des Auftraggebers, verspätete Planbeistellung, sowie Boden- oder Gebirgsverhältnisse, die erheblich von den Angaben der Ausschreibung abweichen –, sind naturgemäß in der Planung und Kalkulation der Bauunternehmung nicht berücksichtigt und können deshalb Ursachen für berechtigte Bauzeitverlängerungen und Mehrkostenforderungen des Auftragnehmers bilden.

756

15 Störungen im Bauablauf

Innerbetriebliche Störungen, die aus Fehldispositionen eines Baubetriebs entstehen (Gruppe 3) – wie zu spät angeliefertes oder ungeeignetes Gerät, unzureichende Arbeitsvorbereitung, zu geringer Personaleinsatz, zu spät angelieferte Baustoffe, unzutreffend eingeschätzte Schwierigkeiten in der Bauausführung, soweit sie nicht aus unvorhersehbaren Einflüssen der Gruppe 2 resultieren, sowie falsch beurteiltes Leistungsvermögen des Potentials – hat allein der Betrieb zu vertreten. Sie liegen damit im Bereich des Unternehmerrisikos (Abschn. 12.5). In Bild 15.3–15.5 sind Störungsursachen aus den 3 Gruppen im Überblick dargestellt [15.3].

Bild 15.3: Ursachen von Störungen im Bauablauf (Die Verursacher echter Störungen)

Bild 15.4: Vom Bauherrn oder seinen Bevollmächtigten verursachte relativ häufig vorkommende Störungen

15.4 Der verzögerte (behinderte) Bauablauf

757

Bild 15.5: Vom Unternehmer oder seinen Subunternehmern verursachte Störungen (infolge ...)

15.4 Der verzögerte (behinderte) Bauablauf 15.4.1 Definition Ein verzögerter Bauablauf ist durch ein Ablauf(V/Z-)diagramm gekennzeichnet, wie es für einen Vorgang aus Bild 15.6 zu ersehen ist. Gegenüber dem Sollablauf (Strecke OD) bleibt der Baufortschritt co durch eine Störung im Istablauf ab Punkt E eindeutig zurück. Die nach dem Sollablauf bis zum Zeitpunkt Z0 zu erbringende Produktmenge (Punkt A) wird erst in Zi erreicht (Punkt B). Der Produktmengenrückstand gegenüber dem Sollablauf beträgt in Zi somit V0 – Vi = ΔV (Strecke BC), der zeitliche Rückstand, die Verzögerung, Zi – Z0 = ΔZ (Strecke AB). Für die Darstellung der Problematik eines gestörten Bauablaufs wird wie schon im Kap. 11 (Ablaufplanung) das Volumen-Zeit-Diagramm (V/Z-Diagramm; auch als Weg-Zeit-Diagramm bezeichnet) gewählt. Aus ihm ist bei Soll-Ist-Vergleichen neben der Mengenleistung auch die Produktionsgeschwindigkeit im Ablauf eines Vorgangs zu erkennen. Auch für die Soll-Ist-Darstellung der Leitvorgänge von Vorgangsgruppen ist diese Darstellung sehr anschaulich. Für einen Soll-Ist-Vergleich bei größeren Bauvorhaben mit mehreren Teilvorgängen wird diese Darstellung zu unübersichtlich. Hierfür ist der Balkenplan die zweckmäßigste Darstellungsform. 15.4.2 Möglichkeiten und Grenzen der Anpassung an Behinderungen Grundsätzlich hat ein Fertigungsbetrieb nur wenige Möglichkeiten, sich bei Behinderungen an Beschäftigungsschwankungen anzupassen. Dies sind die zeitliche, die quantitative und die intensitätsmäßige Anpassung.

758

15 Störungen im Bauablauf

Zeitliche Anpassung bedeutet Verkürzung der baustellennormalen Schichtzeit auf die tarifliche Arbeitszeit von 8 h/Arbeitstag. Diese einfachste Anpassungsform ist jedoch nur möglich, wenn die baustellennormale Schichtzeit größer als 8 h ist und damit auf das zeitliche Minimum von 8 h reduziert werden kann.

(82)

(83)

Bild 15.6: Ablaufbild und Mehrkosten bei verzögertem Bauablauf (Behinderung)

Quantitative Anpassung bedeutet Abbau des aus Arbeits- und Führungskräften (Meister, Bauführer) sowie Maschinen und Geräten bestehenden Potentials eines (Teil-)Betriebes im Verhältnis der durch die Behinderung erzwungenen Ist- zur Sollbaugeschwindigkeit. Intensitätsmäßige Anpassung ist dagegen keine Anpassungsform, die ein Betrieb wählen wird, solange er andere Möglichkeiten hat, sondern die Folge einer Behinderung. Hierbei wird das Leistungsvermögen eines Produktionsapparates nur noch teilweise genutzt. Diese Form der Anpassung tritt zwangsläufig ein, wenn maschinenintensive Betriebe behindert werden und/oder die Belegschaft ei-

15.4 Der verzögerte (behinderte) Bauablauf

759

ner im Arbeitsablauf behinderten Baustelle bzw. eines Teilbetriebes nicht kurzfristig zeitlich oder quantitativ an die durch die Behinderung erzwungene, reduzierte Arbeitsgeschwindigkeit angepasst werden kann. Die Folge ist, dass mit den vollen, nicht oder nur unwesentlich reduzierbaren zeitabhängigen Arbeitskosten dieses Produktionsapparates nur eine geringere Mengenleistung / Zeiteinheit als im Normalfall erbracht werden kann. Dadurch entstehen nicht kalkulierte, da bei Angebotsabgabe nicht vorhersehbare Leerarbeit und Leerkosten, die Kosten pro Mengeneinheit steigen zwangsläufig an. Außerdem verlängert sich die Produktionszeit für diesen Teilvorgang um ΔZ. Auch den beiden zuerst genannten Anpassungsmöglichkeiten an Behinderungen sind relativ enge Grenzen gezogen: So liegt – wie schon erwähnt – die untere Grenze der zeitlichen Anpassung bei der tariflichen Arbeitszeit von 8 h/Arbeitstag bzw. 40 h/Woche, wenn man von Sonderfällen wie Kurzarbeit absieht. Auch das Reduzieren der Arbeitszeit von mehr als 8 h/Tag auf das Minimum ist nicht immer möglich. Dazu kommt, dass sich bei Vollbeschäftigung in der Bauwirtschaft häufig das qualifizierte, nicht ortsansässige Fachpersonal geweigert hat, derartige Arbeitszeitverkürzungen hinzunehmen. Die Grenzen der quantitativen Anpassung (Abbau des Potentials) ergeben sich einmal daraus, dass Großgerät nicht oder nur begrenzt teilbar ist. Außerdem kann das Personal einer Baustelle oder einer Arbeitsgruppe oft nicht kurzfristig anderweitig produktiv eingesetzt oder abgezogen (bzw. entlassen) werden. Außerdem muss in der Regel die Betriebsbereitschaft der Baustelle bzw. Unternehmung für den Fall einer kurzfristigen Behebung der Behinderungsursache in vollem Umfang erhalten bleiben. Sind bei plötzlich eintretender Behinderung die Möglichkeiten der zeitlichen und quantitativen Anpassung ausgeschöpft oder nicht durchführbar, ergibt sich zwangsläufig die intensitätsmäßige Anpassung des Produktionsapparates. Bis eine Ablaufstörung durch Behinderung in vollem Umfang erkannt und eine kostenreduzierende Anpassung wirksam werden kann, verstreicht außerdem eine bestimmte Reaktionszeit (Bild 15.7). Während dieser Reaktionszeit tritt zwangsläufig intensitätsmäßige Anpassung ein, d.h. es entstehen Leerarbeit und damit Kosten aus reduzierter Produktivität, da die Mannschaft (oder das Gerät) erst im Zeitpunkt Z2 an die in Z1 eingetretene Behinderung angepasst werden kann. Aus diesem Grund sollten, wie schon erwähnt, bei der Ablaufplanung Varianten untersucht werden, um in solchen Fällen flexibel reagieren zu können. Ob dies möglich ist, hängt von Art und Struktur der Bauaufgabe und ihren Randbedingungen ab. 15.4.3 Art und Ursachen der Mehrkosten aus Behinderung/ Verzögerung Alle vorgenannten Anpassungsformen an Behinderungen der Produktion führen zu Mehrkosten, d.h. sie verteuern das Bauprodukt. Bei zeitlicher Anpassung steigt der Kostenanteil/Mengeneinheit aus den zeitkonstanten Lohnnebenkosten an.

760

15 Störungen im Bauablauf

Bei quantitativer Anpassung fallen – wenn auch in geringerem Umfang als bei intensitätsmäßiger Anpassung – Leerkosten an. Sie resultieren aus der Teilauslastung der Betriebsmittel, die sich wegen ihrer begrenzten Teilbarkeit in der Regel nicht vermeiden lässt. Dazu kommen alle zeitabhängigen Kosten, die während der behinderungsbedingten Bauzeitverlängerung (ΔZ) anfallen, da im Regelfall die Betriebsbereitschaft der Baustelle aufrecht erhalten werden muss. Darunter fallen die Kosten aus verlängerter Vorhaltung der Baustelleneinrichtung und alle nicht reduzierbaren zeitabhängigen Gemeinkosten der Baustelle.

(84)

Bild 15.7: Mehrkosten Km eines Teilvorgangs (Ti) aus Behinderung (Ist) gegenüber seinem Sollablauf bei intensitätsmäßiger Anpassung (mit k2 < k1 ab Z2)

Die durch die Behinderung eines Bauablaufs entstehenden Mehrkosten aus reduzierter Produktivität (d.h. intensitätsmäßiger Anpassung der Mannschaft und des Geräts) ergeben sich ebenfalls aus der behinderungsbedingten Bauzeitverlängerung ΔZ, multipliziert mit den in dieser Zeitspanne anfallenden Leerkosten k je Zeiteinheit des betroffenen Potentials. Die für die Mehrkostenberechnung maßgebende Behinderungszeitspanne der Verzögerungsperiode (ΔZ) entspricht der Zeitdifferenz AB zwischen Soll- und Istablauf in Bild 15.6 und 15.7.

15.5 Der beschleunigte Bauablauf

761

Dazu kommen Mehrkosten aus nicht erwirtschafteten Allgemeinen Geschäftskosten der Unternehmung (s. Abschn. 15.8.3). Ist nur eine intensitätsmäßige Anpassung des Potentials der Baustelle oder des von einer Behinderung betroffenen Teilbetriebs möglich, bleiben die zeitabhängigen Kosten des im Sollablauf eingesetzten Potentials über ΔZ in voller Höhe bestehen (k1). Ist durch zeitliche oder quantitative Anpassung ein reduzierter Einsatz bzw. Abbau des Potentials und damit der Potentialkosten um einen bestimmten Betrag Δk möglich, so reduziert sich k1 um diesen Betrag auf k2. Die Mehrkosten aus Behinderung errechnen sich dann nach Gleichung (82) bis (84), Bild 15.6 und 15.7, zu Ki = ki · ΔZ bzw. Km = KIst – KSoll.

15.5 Der beschleunigte Bauablauf 15.5.1 Sachverhalt, Möglichkeiten und Grenzen der Anpassung Das Ziel von Beschleunigungsmaßnahmen – die ebenfalls eine Störung des ursprünglichen Sollablaufs darstellen – liegt darin, die während einer Behinderungsperiode nicht erbrachte Produktmenge ΔV zusätzlich innerhalb der noch verbleibenden Restbauzeit zu erbringen und damit den vertraglichen Fertigstellungstermin einzuhalten. Falls dies nicht möglich ist, soll eine Bauzeitüberschreitung so gering wie möglich gehalten werden. Dies bedeutet, dass die ursprünglich geplante Produktionsgeschwindigkeit gesteigert werden muss, und zwar umso mehr, je kürzer die noch verbleibende Restbauzeit bzw. je größer die durch die Behinderung hervorgerufene Soll-Ist-Leistungsdifferenz ΔV ist (Bild 15.8). Derartige Beschleunigungsmaßnahmen bestehen wie beim behinderten Bauablauf i.W. in zeitlicher und/oder quantitativer Anpassung, nur mit umgekehrtem Vorzeichen. Der ursprüngliche Sollablauf ist also durch Erhöhen der täglichen Schichtzeit (Überstunden) bzw. Verstärkung des Baustellenpotentials bis zu Parallelarbeit und Mehrschichtbetrieb zu beschleunigen. Mehrschichtbetrieb stellt dabei einen Grenzfall dar, da bei ihm das Gerät zeitlich, die Mannschaft quantitativ angepasst wird. Weitere Anpassungsmöglichkeiten sind, soweit dies möglich ist, Umstellungen im Gesamtablauf einer Baustelle (Ändern von Herstellungsreihenfolgen und/oder Beanspruchen von Pufferzeiten) oder konstruktive Maßnahmen, wenn dadurch eine Beschleunigung der Produktion erreicht werden kann (bspw. Verwendung von Stahlbetonfertigteilen anstelle von Ortbeton). Dies setzt jedoch die notwendige Zeit für die dafür erforderlichen Umplanungen und die Herstellung der Elemente voraus (s. hierzu Abschn. 13.3.2). Zeitliche Anpassung bedeutet jetzt Verlängerung der Schichtzeit über die betriebsübliche tägliche Arbeitszeit des Sollablaufs hinaus (im Bereich von 8 bis 10 (12) Stunden/d), wobei Mehrkosten durch Überstundenzuschläge anfallen. Ab etwa 9 h/Schicht tritt außerdem ein nicht unerheblicher Leistungsabfall infolge Ermüdung ein, gleichzeitig steigt das Unfallrisiko an. Weitere Grenzen für längere Schichtzeiten sind durch die Gewerbeaufsicht gezogen (s. Abschn. 11.5.7).

762

15 Störungen im Bauablauf

Quantitative Anpassung bedeutet zusätzlichen Potentialeinsatz (Einsatz weiterer Mannschaft, sowie zusätzlicher Maschinen, Geräte und Bauhilfsstoffe (Schalung und Rüstung)). Beim Grenzfall Mehrschichtbetrieb braucht man Arbeits- und Führungskräfte für die zweite Schicht und in Wohngebieten ebenfalls die Zustimmung der Gewerbeaufsicht, jedoch kein zusätzliches Gerät. Eine intensitätsmäßige Anpassung nach oben ist nicht möglich, wenn der Produktionsapparat vorher ausgelastet, d.h. auf den Sollablauf richtig abgestimmt war. Den theoretischen Möglichkeiten der Beschleunigung eines Bauablaufs sind in der Praxis ebenfalls Grenzen gesetzt. Sie werden zum einen durch die dafür erforderlichen Vorbereitungen und Vorleistungen des Auftraggebers (Planlieferung) gezogen, zum anderen durch die höchstzulässige tägliche Arbeitszeit der Mannschaft, den verfügbaren Bauraum, die Größe der einzelnen Bauabschnitte sowie die technologischen und produktionstechnischen Abhängigkeiten der Vorgänge. Werden innerhalb eines Bauabschnitts für einen Vorgang – bspw. Schal- oder Bewehrungsarbeiten – zu viele Arbeitskräfte eingesetzt, behindern sie sich gegenseitig. Keinesfalls ergibt eine Verstärkung der Mannschaft bei begrenztem Arbeitsraum zwangsläufig eine im gleichen Verhältnis höhere Mengenleistung. Im günstigsten Fall gelingt es durch eine oder mehrere der genannten Anpassungs- oder Beschleunigungsmaßnahmen, vom Ende der Verzögerungsphase an (Zeitpunkt B in Bild 15.8) den Arbeitsablauf so weit zu beschleunigen (d.h. die Arbeitsgeschwindigkeit zu steigern), dass der ursprüngliche Fertigstellungstermin Z0 eingehalten werden kann. Im ungünstigsten Fall kommt es nach Wegfall der Behinderungsursachen vom Punkt B an zum normalen Sollablauf, d.h. der Fertigstellungstermin Z1 wird mit der gleichen Verzögerung erreicht, um die der Bauablauf bereits im Zeitpunkt B verzögert war (ZoZ1 = AB). Zwischen dieser oberen (Z0) und unteren Grenze (Z1) ist theoretisch jedes Zwischenstadium denkbar (in Bild 15.8 ist nur die Variante Z2 dargestellt). Entsprechend diesen Ablaufvarianten zeigt die untere Darstellung in Bild 15.8 den zusätzlichen Potentialeinsatz auf, der zu den o.g. Beschleunigungseffekten führt. Daraus lassen sich die jeweiligen Mehrkosten ableiten. Soll im Ablauf nach Bild 15.8 der ursprüngliche Fertigstellungstermin Z0 eingehalten werden, ist nach Wegfall der Behinderung, ab dem Zeitpunkt B, gegenüber dem Sollablauf soviel Potential zusätzlich einzusetzen oder durch Überstunden zu kompensieren, als notwendig ist, um in der Restbauzeit ZB0 neben der Sollmenge die aus der Verzögerungsphase fehlende Mengendifferenz ΔV zusätzlich zu produzieren. Dieser zusätzliche Potentialeinsatz (Q2 > Q1) wird durch die senkrecht schraffierte Rechteckfläche F2 ausgedrückt, die F1 entspricht. F1 stellt die gegenüber dem Sollablauf aus der Verzögerung resultierende Fehlmenge an effektivem Potentialeinsatz (Leerarbeit) dar (hier vereinfacht bezogen auf die Bauzeitverlängerung ΔZ). Das Rechteck F2 wird jedoch immer gestreckter und damit kleiner, d.h. der Einsatz an zusätzlichem Potential je Zeiteinheit immer geringer, je mehr sich ab dem Zeitpunkt B der Istablauf (Fertigstellungstermin) von Z0 über Z2 gegen Z1 bewegt, wobei Z1 ohne zusätzlichen Potentialeinsatz, also mit Q1, zu erreichen ist (F2 = 0). Für die Beschleunigung von B nach Z2 wäre bspw. theoretisch das zusätzliche Potential Q2´ erforderlich.

15.5 Der beschleunigte Bauablauf

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Bild 15.8: Ablaufdiagramm und Potentialeinsatz bei beschleunigtem Bauablauf

In der Praxis treten – wie die Erfahrung zeigt – Reibungsverluste auf. D.h., der tatsächliche Einsatz an zusätzlichem Potential bzw. an verfahrenen Überstunden muss größer sein als der aufgezeigte theoretische Wert (Q3, F3), um die Zielvorgabe zwischen Z0 und Z1 zu erreichen. Statt Q2´ ist für den Ablauf B – Z0 das größere Potential Q3 erforderlich; statt Q2´ für B – Z2 braucht man Q3´. Das kommt einmal aus der nicht beliebig variablen Mengenleistung zusätzlich eingesetzter Maschinen; zum anderen aus der ebenfalls nicht beliebig, sondern bestenfalls halbstundenweise zu steigernden Schichtzeit der Mannschaft. Dazu kommt ggf. der Einarbeitungsaufwand für das zusätzlich eingesetzte Potential. Eine weitere Ursache liegt – wie schon erwähnt – darin, dass der verfügbare Arbeitsraum bei zusätzlichem Potentialeinsatz, also mehr Arbeitskräften als im Sollablauf, häufig so knapp wird (im Hochbau < 15 m²/Mann), dass bei enger zeitlicher Abfolge der einzelnen

764

15 Störungen im Bauablauf

Vorgänge – wie sie für Baustellen, die unter Termindruck stehen üblich ist – ein voller wirtschaftlicher Effekt des zusätzlich eingesetzten Potentials nicht mehr zu erreichen ist. 15.5.2 Art und Ursachen von Mehrkosten aus Beschleunigung Die Berechung der Mehraufwendungen zur Beschleunigung eines Bauablaufs lässt sich aus dem Schema in Bild 15.8 ableiten. Bei zeitlicher Anpassung zur Beschleunigung eines Bauablaufs fallen zunächst nur Überstundenzuschläge an. Dafür verringern sich anteilig die Lohnnebenkosten. Bei Leistungsabfall (über 9 h) entstehen weitere Mehrkosten durch höhere Aufwandswerte [15.1, Rdn 494 u. 495]. Bei quantitativer Anpassung, d.h. zusätzlich eingesetzter Mannschaft und / oder zusätzlich auf die Baustelle gebrachtem Gerät, ergeben sich für die zusätzliche Mannschaft An- und Rückreisekosten sowie Kosten für die Erweiterung der Baustellenunterkünfte; dazu kommen zusätzliche Einarbeitungskosten. Für zusätzlich auf die Baustelle gebrachte Maschinen und Geräte entstehen Kosten für An- und Abtransport sowie Auf- und Abbau. Dagegen fallen durch zusätzliches Gerät gegenüber dem ungestörten Ablauf keine höheren Gerätevorhaltekosten pro Mengeneinheit an. Ob ein Bagger einer bestimmten Größe während der Zeit ZX eingesetzt wird oder zwei Bagger derselben Größe über ZX/2 arbeiten; die Gerätekosten dieser Maschinen pro Mengeneinheit sind in beiden Fällen gleich, wenn bei gegebenem Bauraum beide Geräte wie im Sollablauf vorgesehen ausgelastet werden können. Die Mehrkosten weiterer Maßnahmen, bspw. Mehrschichtbetrieb, Umstellungen, konstruktiver Änderungen (Verwendung von Stahlbetonfertigteilen statt Ortbeton) oder Nachunternehmereinsatz lassen sich im Einzelfall relativ einfach ermitteln. Welche Kostenanteile aus der Baustelleneinrichtung oder den Gemeinkosten der Baustelle im Einzelfall von einer Beschleunigung betroffen sind und in welcher Höhe, lässt sich aus der Arbeitskalkulation und den besonderen Bedingungen des Einzelfalles ableiten. Festzuhalten ist, dass die am Ende einer Bauzeitverlängerung um ΔZ aus gestörter Produktion im Zeitpunkt B bereits entstandenen Leerkosten aus Behinderung durch Beschleunigungseffekte gleich welcher Art nicht mehr kompensiert werden können.

15.6 Sonderfälle Zur Erläuterung des Sachverhalts wurde bisher vereinfacht nur der Einfluss einer Störung im Ablauf eines Teilvorgangs dargestellt und zwar zunächst aus Behinderung (Bild 15.6 und 15.7) und anschließend aus Beschleunigung (Bild 15.8). Beide Arten von Ablaufstörungen können sich wiederholen und nachfolgende Vorgänge beeinflussen. Auf derartige Fälle sowie auf den Einfluss verspäteter

15.6 Sonderfälle

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Planbeistellung – eine häufig vorkommende Behinderungsursache – ist deshalb noch kurz einzugehen. 15.6.1 Wiederholtes Eintreten von Störungen Im Bild 15.9 ist der Ablauf eines Vorgangs dargestellt, der zwei Störungsphasen aufweist, die jeweils aus einer Behinderung und darauf folgenden Beschleunigung bestehen (B-C-D und E-F-G).

(85)

Bild 15.9: Mehrkosten aus mehrfacher Verzögerung und Beschleunigung

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15 Störungen im Bauablauf

Die (theoretische) Bauzeitverlängerung aus den beiden Ablaufstörungen beträgt ΔZV = ΔZV1 + ΔZV2. Sie addieren sich, da sich die einzelnen Störungsbereiche nicht überlappen. Ebenso addieren sich die beiden Beschleunigungsbereiche zu ΔZB = ΔZB1 + ΔZB2. Eine derartige Ablauflinie kommt zustande, wenn nach eingetretenen Behinderungen versucht wird, so schnell wie möglich wieder in den Sollablauf zu kommen. Die Baustelle soll in beiden Fällen auf jede dieser Verzögerungen mit einer Beschleunigung reagieren können, bis der ursprüngliche Sollablauf wieder erreicht ist. Die beim Ablauf von Vorgängen mit diesem Störungsbild entstehenden Mehrkosten gehen aus Gleichung (85) in Bild 15.9 hervor. In den beiden Störungsbereichen entstehen Mehrkosten aus Behinderung und Beschleunigung. 15.6.2 Einfluss auf nachfolgende Vorgänge Bild 15.10 zeigt, wie der behinderte Ablauf der Rohbauarbeiten den gesamten Ausbau eines Bauvorhabens beeinflusst. Aus dem Sollablauf des Rohbaus, der gestreckten Linie 0A, kommt es ab Punkt B zum Istablauf BDE mit der Verzögerung ΔZR. Da die Ausbauarbeiten in F erst beginnen können, wenn der Rohbau C erreicht hat (kritische Annäherung), verschiebt sich durch die Behinderung im Rohbau zu diesem Zeitpunkt der Beginn der Ausbauarbeiten von F nach H. Die Verzögerung der Rohbauarbeiten nach der Linie B-D-E hat somit zwangsläufig eine Beschleunigung der Ausbauarbeiten nach der Linie HG zur Folge, wenn insgesamt keine Bauzeitverlängerung eintreten soll und am Ende die kritische Annäherung EG einzuhalten ist. Die Mehrkosten aus Behinderung bei einem derartigen Verlauf der Roh- und Ausbauarbeiten ergeben sich aus den Gleichungen (86) und (87), die Beschleunigungskosten aus Gleichung (88). Die dargestellten Vorgänge für den Roh- und Ausbau sind vereinfacht als Leitvorgänge der Roh- und Ausbauarbeiten aufzufassen. Eine weitere Darstellung über den Einfluss von Störungen auf nachfolgende Vorgänge geht bereits aus Bild 11.48 hervor (Abschn. 11.5.8.2). Dagegen zeigen die Darstellungen in Bild 15.9 und 15.10, wie die aus den eingetretenen Behinderungen zwangsläufig entstehenden Mehrkosten der Produktion grundsätzlich abzuleiten bzw. zu erklären sind.

15.6 Sonderfälle

767

(86)

(87)

(88)

Bild 15.10: Einfluss von Behinderungen auf nachfolgende Vorgänge (Mehrkosten bei den Ausbauarbeiten durch Behinderungen beim Rohbau)

15.6.3 Bauzeitverlängerung durch Planungsverzug Abschließend soll am Beispiel verzögerter Planbeistellung gezeigt werden, wie durch verspätete Übergabe von Ausführungsunterlagen oder zu spät getroffene Entscheidungen in der Bauvorbereitung Bauvorgänge verzögert werden. Ich gehe darauf besonders ein, weil derartige Fälle häufig bagatellisiert werden. Eine verspätete Planbeistellung liegt selbstverständlich auch dann vor, wenn Ausführungspläne zwar zum vereinbarten Termin übergeben werden, jedoch unvollständig (bspw. ohne Maße) und/oder fehlerhaft sind, sodass danach nicht gearbeitet werden kann.

768

15 Störungen im Bauablauf

Allgemein lässt sich eine Bauzeitverlängerung durch verspätet oder unvollständig übergebene Ausführungspläne aus Bild 15.11 ableiten.

Bild 15.11: Bauzeitverlängerung durch verzögerte Planbeistellung

Geht man davon aus, dass für den Sollablauf des dargestellten Vorgangs i in den Bauteilen m, n und q die erforderlichen Ausführungspläne um die Zeitspannen t1, t2, t3 vor Beginn der Fertigung vorliegen müssen, d.h. zum Zeitpunkt 1, 2, 3, damit die erforderlichen Vorbereitungen und Dispositionen für den Ablauf der Produktion rechtzeitig getroffen werden können, dann sind diese Termine die notwendige Voraussetzung dafür, dass der Vorgang i in der Soll-Bauzeit, zwischen den Punkten 0 und A, planmäßig ablaufen kann. Werden dagegen beim gleichen Vorgang für die Bauteile m, n, q die Ausführungspläne erst in 1', 2', 3' übergeben und bezeichnen t1min, t2min, t3min die Mindestvorlaufzeiten der Planübergabe gegenüber dem Beginn der Ausführung, so geht aus Bild 15.11 hervor, dass dadurch der Vorgang i Ist erst nach der später liegenden Ablauflinie 0B ablaufen kann und am Ende (Punkt B) um ΔZ später liegt als im Soll. Über diese Zeitspanne (ΔZ) ist das für die Bauausführung erforderliche Potential (Aufsichts- und Führungskräfte, Maschinen, Geräte) und die Baustelleneinrichtung zusätzlich einzusetzen bzw. vorzuhalten. Die daraus resultierenden Kosten sind durch die Preise des Vertrages nicht gedeckt, dem Betrieb entstehen somit Mehrkosten. Da der Baubetrieb diese Verzögerungen bei Angebotsabgabe bzw. bei der Vergabe nicht vorhersehen konnte, sind deren Kosten in seinem Angebot nicht erfasst.

15.7 Rechtliche Grundlagen zur Beurteilung eines gestörten Bauablaufs

769

15.7 Rechtliche Grundlagen zur Beurteilung eines gestörten Bauablaufs1 Damit der AN einen Anspruch darauf hat, − dass die vertragliche Ausführungsfrist verlängert wird und − dass der AN vom AG seine durch die Verlängerung entstandenen Mehrkosten ersetzt bekommt, müssen rechtliche Voraussetzungen vorliegen. 15.7.1 Verlängerung der Ausführungsfrist Eine Verlängerung der Ausführungsfrist richtet sich nach § 6 Nr. 1 bis 5 der VOB/B [3.4]. Der Mehrkostenersatz richtet sich nach § 6 Nr. 6 VOB/B, § 2 Nr. 5 bzw. 6 VOB/B oder nach § 642 BGB. Diese beiden Sachverhalte sind strikt voneinander zu trennen. Der AN hat einen Anspruch auf eine Bauzeitverlängerung, wenn − (alternativ) die Gründe des § 6 Nr. 2 Abs. 1a bis c der VOB/B vorliegen und − der AN die Behinderung angezeigt hat bzw. die hindernden Umstände und deren Wirkung offenkundig sind (§ 6 Nr. 1 VOB/B). Der Inhalt des § 6, Nr. 1 bis 7 /VOB/B ist im Anhang 26 dargestellt. Im Rahmen einer schriftlichen Behinderungsanzeige muss der AN konkret darlegen, − welche Leistungen betroffen sind, − zu welchem Zeitpunkt die betroffenen Leistungen bei ungestörtem Bauablauf ausgeführt werden sollen und − warum sie nicht wie geplant ausgeführt werden können. Dazu ist noch zu bemerken: − die Behinderungsanzeige muss unverzüglich erfolgen, − die Behinderungsanzeige ist die rechtzeitige Information zum Schutz des AG, − die schriftliche Behinderungsanzeige ist auch eine Voraussetzung für den Anspruch gemäß § 642 BGB, − zur Dauer der Behinderung sei maßgeblich, ob die eingetretene Behinderung auch in der Realität zu einer tatsächlichen Behinderung des AN geführt habe. − Der AN sollte in jedem Fall den Wegfall der Behinderung und die Wiederaufnahme der Arbeiten beim AG anzeigen. 1

Nach Genschow/Stelter [15.4] (Ziff. 15.7 und 15.8)

770

15 Störungen im Bauablauf

15.7.2 Ersatz der Mehrkosten Zum Ersatz der Mehrkosten gibt es 4 Möglichkeiten: − § 2 Nr. 5 VOB/B Anspruchsgrund: Nach § 1 Nr. 3 VOB/B kann der AG Änderungen des Bauentwurfs anordnen. Ändern sich durch solche Anordnungen die Grundlagen des Preises für eine im Vertrag vorgesehene Leistung, besteht nach § 2 Nr. 5 VOB/B ein Anspruch des AN, einen neuen Preis zur Berücksichtigung der Mehr- und Minderkosten zu vereinbaren. Anspruchshöhe: Inhalt des Anspruchs aus § 2 Nr. 5 VOB/B sind die direkten Kosten der geänderten Leistung. Wenn jedoch die Änderung des Bauentwurfs zu einer Bauzeitverlängerung führt, können auch zeitabhängige Kosten betroffen sein, die nicht direkt der geänderten Leistung zuzuordnen sind, aber eine mittelbare Folge der geänderten Leistung darstellen. Auch diese Kosten sind Inhalt des Anspruchs aus § 2 Nr. 5 VOB/B. Wesentlicher Unterschied des Anspruchs aus § 2 Nr. 5 VOB/B gegenüber dem Anspruch aus § 6 Nr. 6 VOB/B ist jedoch, dass die Vergütung nach § 2 Nr. 5 VOB/B allein anhand der Kalkulation zu berechnen ist. − § 2 Nr. 6 VOB/B Anspruchsgrund: Nach § 1 Nr. 4 VOB/B kann der AG zusätzliche Leistungen anordnen, sofern diese zur Ausführung der vertraglichen Leistung erforderlich sind und der Betrieb des AN auf diese zusätzlichen Leistungen eingerichtet ist. Der AN hat im Gegenzug einen Anspruch auf eine besondere Vergütung für diese zusätzliche Leistung nach § 2 Nr. 6 VOB/B. Der Unterschied zu § 2 Nr. 5 VOB/B liegt darin, dass der AG keine Leistung ändert, die bereits im ursprünglichen Bauentwurf enthalten ist, sondern eine Leistung verlangt, die neu ist, jedoch für die Erfüllung der vertraglichen Leistung des AN erforderlich ist. Voraussetzung für den Anspruch nach § 2 Nr. 6 VOB/B ist jedoch, dass er diesen Anspruch vorher schriftlich ankündigt. Anspruchshöhe: Hierfür gilt das gleiche wie für die Anspruchshöhe nach § 2 Nr. 5 VOB/B. − § 6 Nr. 6 VOB/B § 2/Ziff. 5 und 6 der VOB/B regeln nur die vertragliche Vergütung. Sonstige sich aus nachträglichen Änderungen oder zusätzlichen Leistungen ergebenden Behinderungen in der Ausführung sind durch § 6, Ziff. 6 ausgleichbar. § 6 Ziff. 6 VOB/B regelt somit abschließend alle Fälle von Behinderungen sowie Unterbrechungen der Leistungsausführung. Die Regelung ist ein Auffangtatbestand mit eigener Anspruchsgrundlage [15.5]. Insoweit sind also nicht die §§ 280, 281, 286 BGB zu Pflichtverletzungen und zum Verzug sowie die Bestimmungen zur Gewährleistung maßgebend. Diese gelten allein dann, wenn die Leistungsstörungen auf schweren Pflichtverletzungen wie z.B. einer anfänglichen ernsthaften, endgültigen Erfüllungsverweigerung oder auf Mängeln beruhen.

15.7 Rechtliche Grundlagen zur Beurteilung eines gestörten Bauablaufs

771

Anspruchsgrund: Sofern der AG die Behinderung zu vertreten hat, hat der AN Anspruch auf Ersatz des nachweislich entstandenen Schadens, des entgangenen Gewinns jedoch nur bei Vorsatz oder grober Fahrlässigkeit. Die Begriffe Vorsatz und grobe Fahrlässigkeit sind in § 276 BGB definiert. Da Vorsatz und grobe Fahrlässigkeit seitens des AG wohl kaum vorkommen, geht es hier nur um Schadensersatz, den der AN geltend machen kann, wenn dem AG einfache Fahrlässigkeit vorgeworfen werden kann, d.h. wenn der AG die Behinderung durch ein Verhalten verursacht hat, das die im Verkehr erforderliche Sorgfalt vermissen lässt. Anspruchshöhe: Nach § 6 Nr. 6 VOB/B hat der AN nur Anspruch auf den nachweislich entstandenen Schaden. Die Rechtsprechung fordert deshalb – auch bei Großbauvorhaben – eine konkrete Berechnung des Schadens. Dazu ist im einzelnen darzulegen, − welche konkrete Behinderung − zu welchem konkreten Schaden geführt hat. Der konkrete Schaden ist nach der Differenztheorie zu ermitteln. Hierbei sind zwei Vermögenslagen zu unterscheiden: − die tatsächliche Vermögenslage (finanzielle Verhältnisse der Baustelle nach Eintritt der Behinderung) und − die hypothetische Vermögenslage (wie würden die finanziellen Verhältnisse der Baustelle aussehen, wenn die Behinderung nicht eingetreten wäre). Die Schadensberechnung muss nicht lückenlos sein. Der AN muss nicht im Rahmen seines Schadensersatz- bzw. Vergütungsanspruchs darlegen, wie viele gewerbliche Arbeitsnehmer oder wie viele Geräte aufgrund dieser einzelnen Behinderung konkret nicht gearbeitet haben bzw. in welchem minderen Umfang. Das heißt, wenn − die Behinderung unstrittig bzw. bewiesen ist, − ein Schadenseintritt zumindest wahrscheinlich ist und − greifbare Anhaltspunkte vorliegen, die eine plausible Zuordnung der einzelnen Behinderungen zu den Schäden ermöglichen, kann das Gericht den Schaden nach § 287 ZPO schätzen. Vorsorglich wird jedoch empfohlen, in einem solchen Fall den Schadensumfang – soweit mit vertretbarem Aufwand möglich – detailliert zu ermitteln und darzulegen. Das setzt eine Dokumentation des Schadenseintritts und der daraus resultierenden Folgen voraus. − § 642 BGB Anspruchsgrund: Nach neuerer Rechtsprechung des BGH ist der § 642 BGB auch bei Vereinbarung der VOB/B anwendbar. Danach muss der AG dem AN eine angemessene Entschädigung bezahlen, wenn dieser eine Mitwirkungshandlung nicht vornimmt und dadurch mit der Annahme der Bauleistung des AN in Verzug kommt. Ein Verschulden des AG hinsichtlich der fehlenden Mitwirkungshandlung ist nicht erforderlich. Die für die Frage des gestörten Bauablaufs entscheidende Mitwirkungshandlung sieht der BGH z.B. darin, dass der AG dem AN das Grundstück dergestalt

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15 Störungen im Bauablauf

zur Verfügung stellt, dass dieser mit seiner Leistung rechtzeitig beginnen bzw. fortfahren kann. Zu dieser fehlenden Mitwirkungshandlung muss noch hinzukommen, − dass der AN leisten darf, zur Leistung bereit und imstande ist und − dass er die Leistung dem AG gemäß § 294 bis 296 anbietet. Zu einem ordnungsgemäßen Angebot in diesem Sinne gehört auch eine Baubehinderungsanzeige nach § 6 Nr. 1 VOB/B. Ein wörtliches Angebot sieht der BGH auch darin, wenn der AN seine Mitarbeiter auf der Baustelle zur Verfügung hält und dadurch zu erkennen gibt, dass er bereit und in der Lage sei, seine Leistung zu erbringen. Anspruchshöhe: Die Anspruchshöhe ergibt sich aus § 642, Abs. 2 BGB. Dieser lautet „Die Höhe der Entschädigung bestimmt sich einerseits nach der Dauer des Verzugs und der Höhe der vereinbarten Vergütung, andererseits nach demjenigen, was der Unternehmer infolge des Verzugs an Aufwendungen erspart oder durch anderweitige Verwendung seiner Arbeitskraft erwerben kann.“ Danach besteht die Berechnung der Entschädigung aus folgenden Schritten: − − − −

Feststellung des Störungszeitraums Berechnung der zeitabhängigen Mehrkosten anhand der Kalkulation Abzug der ersparten Aufwendungen Abzug der Einnahmen, die der Unternehmer durch den anderweitigen Einsatz der durch die Behinderung freigewordenen Arbeitskräfte erwirbt oder hätte erwerben können. Maßgeblich für die Berechnung der Entschädigung nach § 642 BGB ist auch hier, dass sich die Berechnung der Entschädigung – wie bei § 2 Nr. 5 VOB/B – auf die Kalkulation stützt. Die Bestimmungen des 3. und 4. Schritts sowie die weitere Bestimmung des BGH, dass der Anspruch des AN Gewinn und Wagnis nicht umfasst, werden von den Verfassern konträr kommentiert. 15.7.3 Konkurrenz der Anspruchsgrundlagen Die rechtlichen Anspruchsgrundlagen sind nebeneinander anwendbar, sofern deren jeweilige Voraussetzungen vorliegen. Da während des Bauvorhabens beim Auftreten einer Behinderung oft noch unklar ist, welche Anspruchsgrundlage für den einzelnen Störungsfall zutrifft, empfehlen die Verfasser, bei jeder einzelnen Störung alle Formalien nebeneinander für alle Anspruchsgrundlagen einzuhalten. Dies sind: − − − −

Behinderungsanzeigen, Angebot zur Leistungsausführung, Mehrkostenanmeldung und Behinderungsabmeldung.

15.8 Baubetriebliche Grundlagen bei gestörtem Bauablauf

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15.8 Baubetriebliche Grundlagen bei gestörtem Bauablauf 15.8.1 Die Berechnung der Bauzeitverlängerung des AN Diese Berechnung erfolgt in 3 Schritten: 1. Die bauablaufbezogene Aufbereitung der einzelnen Störungseinflüsse, Ermittlung der Störungsdauer und deren konkreten Einfluss auf den Bauablauf 2. Die Integration der aufbereiteten Störungseinflüsse in den Bau-Soll-Ablaufplan entsprechend den technologischen oder baubetrieblichen Anordnungsbeziehungen bzw. Randbedingungen 3. Vergleich des störungsmodifizierten Bauablaufplans mit der Ist-Ausführung, dem Bau-Ist. Zu 1.: Hierzu sind für jede einzelne Behinderung die Dauer und der Umfang festzustellen und zu dokumentieren. „Wenn der AN jede einzelne Behinderung − nach Art und Umfang beschreibt, − sie bestimmten Arbeitsschritten im Bauzeitenplan zuordnet, − ihre Auswirkungen anhand der Ablaufanordnungen im Bauzeitenplan darstellt und − diese Auswirkungen dann noch der tatsächlichen Ausführung gegenüber stellt, dann ist er seiner Darlegungslast hinsichtlich der Bauzeitverlängerung (nämlich einer konkreten bauablaufbezogenen Darstellung der Behinderungen – ) nachgekommen.“ Diese bauablaufbezogene Darstellung ist auch deshalb erforderlich, um die Auswirkungen von sich überlappenden Störeinflüssen zu erkennen. Zu 2.: Im 2. Schritt werden dann die einzelnen Störungen in den ursprünglichen Bau-Soll-Ablaufplan integriert und es wird ein neuer, störungsmodifizierter Bau-Soll-Ablaufplan erstellt. Dieser muss den zeitlichen Zustand beschreiben, der sich eingestellt hätte, wenn dem AN die Störungen zur Angebotsabgabe bzw. zum Zeitpunkt der Auftragserteilung bekannt gewesen wären. Zu 3.: Nun ist der störungsmodifizierte Bauablauf mit dem tatsächlichen Bauablauf zu vergleichen. Dabei sind 3 Fälle denkbar, − die Ist-Ausführung entspricht dem errechneten Bauzeitverlängerungsanspruch. D.h. − der AG hat, da die Störungseinflüsse durch ihn verursacht wurden bzw. in seiner Risikosphäre anzusiedeln sind, die Bauzeitverlängerung zu vertreten, − der AN hat sich sowohl an seine terminlichen als auch kalkulatorischen Angebotsannahmen gehalten,

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15 Störungen im Bauablauf

− aus den beiden vorgenannten Punkten resultiert, dass der AG die Mehrkosten für die ermittelte Bauzeitverlängerung, die der Ist-Ausführungsdauer entspricht, zu tragen hat. − Die Ist-Ausführung dauert länger als der ermittelte Bauzeitverlängerungsanspruch. Daraus folgt: − „der AN befindet sich entweder im Verzug, da er länger braucht oder gebraucht hat, als es ihm nach dem rechnerischen Bauzeitverlängerungsanspruch zusteht bzw. zugestanden hätte oder es gab Störungseinflüsse, die weder dem AG noch dem AN zuzurechnen sind. − Die Verschiebung des Fertigstellungstermins gegenüber dem Bau-SollTermin auf das rechnerische Bauzeitende ist durch den AG zu vertreten. − Aus den beiden vorgenannten Punkten ergibt sich, dass der AG die resultierenden Mehrkosten für die ermittelte Bauzeitverlängerung, d.h. den Zeitraum des störungsmodifizierten Bauablaufes, zu tragen hat. Für die darüber hinausgehende Ist-Ausführungsdauer muss der AN die Kosten selbst tragen.“ − Die Ist-Ausführung endet vor dem ermittelten Bauzeitverlängerungsanspruch. Dazu sind folgende Rückschlüsse fest zu halten: − der AN hat weniger Zeit gebraucht oder in Anspruch genommen, als ihm nach dem rechnerischen Bauzeitverlängerungsanspruch zusteht bzw. zugestanden hätte → Beschleunigung. − Die Verschiebung des Fertigstellungstermins gegenüber dem geplanten Fertigstellungstermin auf das rechnerische Bauzeitende ist durch den AG zu vertreten. − Aus den beiden vorgenannten Punkten ergibt sich, dass der AG die resultierenden Mehrkosten für die ermittelte Bauzeitverlängerung bzw. für die Kompensation der Bauzeitverlängerung in Form der Beschleunigung zu tragen hat. Zur Höhe der Vergütung für eine Bauzeitverlängerung infolge Behinderung gilt auch hier, dass der Anspruch auf der Grundlage der Kalkulation des AN zu ermitteln ist. 15.8.2 Die Ermittlung der Mehrkosten des AN Die Ermittlung der Mehrkosten bei einem gestörten Bauablauf erfolgt entsprechend der anzuwendenden rechtlichen Anspruchsgrundlage: a) § 6 Nr. 6 VOB/B → Mehrkostenbestimmung auf der Grundlage des konkret (tatsächlich) eingetretenen Schadens b) § 2 Nr. 5/6 VOB sowie § 642 BGB → Mehrkostenbestimmung auf der Grundlage der Kalkulation

15.8 Baubetriebliche Grundlagen bei gestörtem Bauablauf

775

Ein Schadensersatzanspruch wird in der Regel aus der Betriebsbuchhaltung abgeleitet, während sich die Vergütungsansprüche aus der Kalkulation ergeben. Als allgemeiner Grundsatz gilt – dies vorweg –, dass Ansprüche aus einer Bauzeitverlängerung beim Vergütungsanspruch dann ausgelöst werden, wenn die Anordnung der geänderten bzw. zusätzlichen Leistung mittelbare Folgen auf die Bauzeit haben. Wenn jedoch der AN in Verzug ist und die durch die angeordnete geänderte bzw. zusätzliche Leistung verursachte Störung auch ohne Anordnung eingetreten wäre, dann bleibt die Anordnung der geänderten bzw. zusätzlichen Leistung folgenlos. Als weitere Grundsätze werden angeführt: − „Ein guter Preis bleibt ein guter Preis und ein schlechter Preis bleibt ein schlechter Preis.“ − Werden Bestandteile des geschuldeten Leistungsumfangs nachweislich teilweise oder gar nicht kalkuliert, spricht man von einer „UnterwertKalkulation“, mit der Folge, dass die kalkulierten Bestandteile der Preisermittlung um/auf dieses „fehlende“ Maß zu normieren sind. 15.8.3 Zur Ermittlung von Mehrkosten bei einer Beschleunigung Hierbei ist zu beachten, − dass der nachgewiesene Ist-Bauablauf kürzer ist als der ermittelte störungsmodifizierte Bauablauf. − Der Nachweis der vom AG verursachten Bauzeitverzögerung ist unabdingbar, − über Beschleunigungsmaßnahmen ist der AG unbedingt vor der Durchführung zu informieren und ihm sind die geplanten Maßnahmen vor Ausführung zur Entscheidung vorzulegen, − im Interesse beider Parteien (AG und AN) sollte ein sachlicher Umgang zur Kostenminimierung bzw. -optimierung der im Sinne der Baumaßnahme unstrittig einzuleitenden Maßnahmen stattfinden. Dafür sollten Vergleichsrechnungen für den (jeweils) eigenen Bedarf als Entscheidungshilfe sowohl auf der Seite des AG als auch auf der Seite des AN stattfinden, da diese für die Festlegung der weiteren Vorgehensweise auf der Baustelle unabdingbar sind. − Zur Bestimmung der Mehrkosten von Beschleunigungsmaßnahmen ist (außerdem) eine aussagekräftige detaillierte Dokumentation der Ist-Ausführung unbedingt erforderlich. Das gleiche gilt auch für die Dokumentation eines gestörten Bauablaufs ohne Beschleunigung. − Darüber hinaus ist zu beachten, dass Beschleunigungskosten, die durch den AN nicht angeordnet wurden (aber durch ihn zu vertreten sind), nicht höher sein dürfen als die entsprechenden Bauzeitverlängerungskosten des störungsmodifizierten Bauablaufs (Schadensminderungspflicht des AN gegenüber dem AG).

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15 Störungen im Bauablauf

Bild 15.12: Die Unterdeckung der AGK während der vertraglichen Bauzeit [15.4]

Bild 15.13: Die „fehlenden“ AGK nach der vertraglichen Bauzeit [15.4]

15.8 Baubetriebliche Grundlagen bei gestörtem Bauablauf

777

Neben den direkten Kosten gehen Genschow/Stelter auch ausführlich auf die Problematik der Allgemeinen Geschäftskosten (AGK) des AN bei Bauablaufstörungen ein (Bild 15.12 und 15.13). Dazu wird jedoch festgestellt, dass eine abschließende Betrachtung der Problematik erst zum tatsächlichen Bauende möglich ist, da erst zu diesem Zeitpunkt sowohl die zu betrachtenden Zeiträume festliegen als auch die bereits durch sonstige Nachträge erlösten AGK. Für den Ansatz der Baustellengemeinkosten bei der Ermittlung störungsbedingter Mehrkosten gilt im Prinzip das gleiche. Ich verweise hierzu auf die Literatur [15.6]. 15.8.4 Zusammenfassung zu Abschnitt 15.7 und 15.8 Die vorgenannten Ausführungen und Ansätze werden von den Verfassern an einem vollständig durchgerechneten (hypothetischen) Beispiel demonstriert. In diesem Beispiel sind vor und während der geplanten Bauzeit 8 Ablaufstörungen aufgetreten, die zu einer Bauzeitverlängerung von 14 Arbeitstagen (AT) geführt haben. Da der Auftraggeber (AG) einen um 5 AT (1 Woche) früheren Fertigstellungstermin wollte, war dafür der Bauablauf zu beschleunigen. Die einzelnen Störungen werden rechtlich und baubetrieblich bewertet. Daran anschließend werden die daraus resultierenden Mehrkosten infolge des ermittelten Bauzeitverlängerungsanspruchs berechnet (beide Abschnitte mit ausführlichen Erläuterungen und Kommentaren). Hierzu seien im Auszug noch erwähnt: − Nach der Rechtsprechung des BGH stellt die Übermittlung von Plänen eine schriftliche Anordnung dar. − „Wegen der Unsicherheit hinsichtlich des Umfangs der originären Vollmacht des Architekten muss dringend angeraten werden, entweder darauf zu bestehen, dass der Auftraggeber die geänderten bzw. zusätzlichen Leistungen selbst direkt anordnet oder seinen Architekten hierzu ausdrücklich bevollmächtigt.“ „Eine fehlende Anspruchsankündigung zu § 2 Nr. 6 Abs. 1 Satz 1 VOB/B ist dann unbeachtlich, − wenn der AG bei der Anordnung der zusätzlichen Leistung von deren Entgeltlichkeit ausging bzw. ausgehen musste, oder − wenn die zusätzliche Leistung für die Erstellung der Gesamtleistung zwingend vonnöten war.“ − Es ist herrschende Meinung, dass Anordnungen, die allein die Bauzeit betreffen, unter den Begriff der „anderen Anordnungen“ im Sinne des § 2 Nr. 5 VOB/B fallen (bezieht sich auf eine Beschleunigungsanordnung des AG). Zu weiteren Einzelheiten verweise ich auf die in [15.4] herangezogene Literatur.

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15 Störungen im Bauablauf

Die vorstehende Darstellung der Problematik von Leistungsstörungen zeigt, dass Ansprüche aus Bauablaufstörungen vor Gericht nur durchgesetzt werden können, wenn sie − anhand eines plausiblen Bauablaufplans, − einer damit übereinstimmenden Kalkulation und − einer sorgfältigen Dokumentation der behindernden Umstände zu begründen sind.

15.9 Kostengliederung störungsbedingter Mehrkosten Mit Hilfe der Ablaufdiagramme nach Bild 15.6 bis 15.8 wurde in den Abschnitten 15.4 bis 15.6 erläutert, wodurch störungsbedingte Mehrkosten entstehen und wie sie grundsätzlich abzuleiten sind. Es ist deshalb noch zu zeigen, aus welchen Kostenarten diese Mehrkosten bestehen. Dabei sind Mehrkosten aus Behinderung und Beschleunigung der Produktion zu unterscheiden [15.2]. 15.9.1 Mehrkosten aus Behinderung Wird ein Bauablauf behindert und dadurch verzögert, können Mehrkosten aus folgenden Kostenarten anfallen: − Lohnkosten der gewerblichen Arbeitskräfte, − Gerätevorhaltekosten, − Vorhaltekosten weiterer Betriebsmittel bzw. Bauhilfsstoffe (angemietete Schalung, Rüstung u. ä.), − zeitabhängigen Gemeinkosten der Baustelle, − allgemeinen Geschäftskosten, − Nachunternehmerleistungen. Dazu kommen ggf. noch Mehrkosten aus Lohn- und Gehaltserhöhungen, höheren Materialpreisen und höherem Arbeitsaufwand, wenn sich Arbeiten gegenüber dem Sollablauf in Perioden höherer Löhne und Gehälter, gestiegener Materialpreise oder in eine ungünstige Jahreszeit (Schlechtwetter) verschieben.

15.9.1.1 Lohnmehrkosten der gewerblichen Arbeitskräfte − Ermittlung Ein behinderungsbedingter Mehrkostenansatz des gewerblichen Personals, bspw. für eine Schal- oder Montagekolonne, kann nur aus der Situation des Einzelfalls heraus beurteilt werden. Wenn bei behindertem Arbeitsablauf eine Baustellenbelegschaft ganz oder teilweise nicht mehr wie geplant eingesetzt werden kann, tritt intensitätsmäßige Anpassung ein (Abschn. 15.4.2 und 3). Eine Mannschaft, die nicht mit normaler Arbeitsgeschwindigkeit produzieren kann oder mit

15.9 Kostengliederung störungsbedingter Mehrkosten

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Ausweicharbeiten beschäftigt wird, erreicht nicht ihren vollen Produktionseffekt, von dem die Preisermittlung ausgegangen ist. Die Lohnmehrkosten aus reduzierter Produktivität bestehen aus Lohn- und lohngebundenen Kosten der gewerblichen Arbeitskräfte (Mannschaft der Arbeitsgruppen und Bedienungspersonal der Maschinen s. Abschn. 12.4.2.1, Ziffer 1). Sie ergeben sich aus dem Soll-Ist-Vergleich der Arbeitsstunden der gestörten Produktionsphase und dem Sollablauf. Mit dem Mittellohn multipliziert resultieren aus dieser Stundendifferenz die Mehrkosten. Dazu sind die Behinderungsursachen sowie die getroffenen bzw. überhaupt möglichen Anpassungsmaßnahmen zu dokumentieren. Wenn bei gestörter Produktion die betroffene Mannschaft sofort abgezogen und anderweitig produktiv eingesetzt werden kann, was kleinen Betrieben mit eng begrenztem Produktionsbereich häufig möglich ist, fallen aus dieser Kostengruppe keine Mehrkosten an. − Ursachen reduzierter Produktivität (Minderleistung) Wie im Abschn. 15.4.2 erwähnt, ist bei gestörter Fertigung häufig zeitliche und quantitative Anpassung nicht oder nicht in vollem Umfang möglich. Außerdem verstreicht erst eine Reaktionszeit, bis Anpassungsmaßnahmen getroffen werden können (Bild 15.7). In diesen Fällen kommt es zwangsläufig zu intensitätsmäßiger Anpassung, d.h. zu Leerzeiten und damit zu Leerkosten. Im Gegensatz zu Verzögerungen, die aus eindeutig erkennbaren Behinderungsursachen resultieren, deren Eintrittszeit und Dauer somit eindeutig zu bestimmen sind, treten „andere Verzögerungsursachen schleichend und hinsichtlich ihrer Tragweite unmerklich auf, sodass sie später sehr viel schwerer bezüglich Grund und Ausmaß der Verursachung zurückzuverfolgen sind“ [15.2]. Eindeutig erkennbare Behinderungen sind verspätet übergebener Bauraum, fehlende Genehmigungen oder Zustimmungen (Entscheidungen) und nicht rechtzeitig erbrachte Lieferungen oder Vorleistungen des AG oder von ihm beauftragter Dritter. Behinderungsursachen der zweiten Art sind bspw. verspätet oder unvollständig übergebene Ausführungspläne. Dies vor allem dann, wenn sie nicht als Planpakete für die einzelnen Arbeitsabschnitte übergeben werden und/oder mangelhaft sind (bspw. fehlende Schnitte und Maßketten). In jedem Fall störungsbedingter Behinderung eines im Rahmen einer Arbeitsvorbereitung geplanten Bauablaufs oder einzelner Teilvorgänge kommt es zu reduzierter Produktivität gegenüber dem ungestörten Sollablauf. Dabei steigen im Vergleich zum ungestörten Sollablauf die Aufwandswerte (Arbeitsstunden/Mengeneinheit) an, die Leistungswerte von Maschinen (Mengenleistung/Einsatzstunde) fallen ab. Die Folgen sind verlängerte Vorgangsdauern, höhere Herstellkosten pro Mengeneinheit und insgesamt höhere Fertigungskosten in der Behinderungsperiode. Dieser Sachverhalt wird durch die Literatur bestätigt [15.1]. Auch darin wird berichtet, dass ein Potential aus Arbeitskräften und Geräten nicht in der geplanten Reihenfolge oder Größe eingesetzt werden kann, wenn ein geplanter Bauablauf

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15 Störungen im Bauablauf

gestört wird. Die Arbeitsvorbereitung des Betriebes wird dann außer Kraft gesetzt bzw. muss abgeändert werden.

15.9.1.2 Gerätekosten Die Gerätevorhaltekosten bestehen aus kalkulatorischer Abschreibung (A), Verzinsung (V) und den Reparaturkosten (R). Da die Zinsen als Gewinnanteil gelten, bleiben als Gerätemehrkosten nur die Anteile aus A + R. Nach Dähne können an Mehrkosten aus gestörtem Bauablauf daraus − für die Abschreibung (A) nur 35–40% der mittleren BGL-Werte, − für den Reparaturanteil (R) ⅔ der mittleren BGL-Werte angesetzt werden. Nach einem Beispiel aus Drees/Paul [12.3], Ziffer 4.6.5.3, S. 253–255 ergeben sich damit bei vollen Gerätevorhaltekosten von A = V = R = zus.

5.870,- DM/Mt., 1.335,- DM/Mt. und 4.770,- DM/Mt. 11.975,- DM/Mt.

Gerätemehrkosten für den gestörten Bauablauf von A = 0,375 · 5.870,- = 2.200,- DM/Mt., R = ⅔ · 4.770,- = 3.175,- DM/Mt. zus. 5.375,- DM/Mt., d.s. 5375,-/11.975,- · 100 = 45% der vollen Gerätevorhaltekosten. Im Gegensatz dazu hat in 2003 das OLG Düsseldorf die Frage, wie bei einer eingetretenen Behinderung der Schaden bei verlängerter Vorhaltung der Eigengeräte zu berechnen ist, anders beantwortet. „Danach können die Kosten gemäß § 287 ZPO anhand der aktuellen Baugeräteliste geschätzt werden, wobei ein im üblichen Rahmen liegender, in der Regel kostendeckender Faktor von 70% des Baugerätelistenwertes (der BGL 1991) anzusetzen sei.“ [15.7]. Neben diesen Gerätevorhaltekosten sind noch die einsatzabhängigen Betriebsstoffkosten anzusetzen, die relativ einfach aus dem Betriebsstoffverbrauch ermittelt werden können. Die Kosten der Maschinenbedienung werden unter den Lohnkosten erfasst (Abschn. 15.8.1.1).

15.9.1.3 Mehrkosten aus der Vorhaltung weiterer Betriebsmittel bzw. Bauhilfsstoffe Hierfür sind sinngemäß die gleichen Relationen anzusetzen wie unter Ziffer 15.9.1.2.

15.9 Kostengliederung störungsbedingter Mehrkosten

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15.9.1.4 Zeitabhängige Gemeinkosten der Baustelle Kann durch eingetretene Störungen der Produktion die Baustelle nicht termingerecht abgeschlossen werden, fallen während der störungsbedingten Bauzeitverlängerung auch weitere zeitabhängige Kosten für die Überwachung, Steuerung, Verwaltung und Versorgung der Baustelle an. Dazu zählen − die Kosten für das Vorhalten und Unterhalten der Baustelleneinrichtung und der Sicherungsmaßnahmen (mit Ausnahme des Großgerätes nach Ziffer 15.9.1.2 und der Betriebsmittel/Bauhilfsstoffe nach Ziffer 15.9.1.3), − alle weiteren zeitabhängigen Gemeinkosten der Baustelle wie − Gehälter der Angestellten, − Hilfslöhne, − Betriebsstoffkosten der allgemeinen Baustelleneinrichtung und − Bürokosten. Im Einzelnen gehen diese Kostenarten aus Anhang 20 und [12.3, 12.7] hervor (s. a. Abschn. 15.9.3).

15.9.1.5 Allgemeine Geschäftskosten Die allgemeinen Geschäftskosten (AGK) sind die Kosten der Betriebsbereitschaft einer Unternehmung. Sie werden beim Jahresabschluss ermittelt und auf die Herstellkosten der Jahresproduktion bezogen. Mit diesem Prozentsatz werden sie im folgenden Jahr kalkuliert. Sofern sich die geschäftlichen Aktivitäten der Unternehmung im folgenden Jahr im Rahmen des vorherigen bewegen, werden mit diesem Ansatz – wie die Praxis zeigt – diese Kosten gedeckt. Die AGK haben den Charakter zeitabhängiger Kosten, auch wenn sie als Zuschlagssatz in die Kalkulation eingehen. Da sie über die Herstellkosten eines Bauwerks auf das volle Leistungsvermögen der Arbeitskräfte und Maschinen bezogen sind, können sie nur bei ungestörtem Einsatz dieses Potentials in vollem Umfang erwirtschaftet werden. Wenn somit bei störungsbedingter Behinderung der Produktion das Potential eines Betriebes nicht voll eingesetzt werden kann, dann kann es in dieser Periode keine vollen AGK erwirtschaften. Deshalb sind bei störungsbedingter Bauzeitverlängerung auch die durch intensitätsmäßige Anpassung nicht erwirtschafteten allgemeinen Geschäftskosten als Mehrkosten und damit als Schaden anzusetzen (s. hierzu Abschn. 15.9.3).

15.9.1.6 Nachunternehmerleistungen Wie für Eigenleistungen nach Ziffer 15.9.1.1 bis 1.5 beschrieben, können bei Teilleistungen, die durch Nachunternehmer ausgeführt werden und in der Ausführung ebenfalls behindert wurden, gleichartige Mehrkosten aus Behinderung anfallen. Sie sind, wenn sie dem Hauptunternehmer gegenüber geltend gemacht werden,

782

15 Störungen im Bauablauf

von diesem dem Verursacher (AG) gegenüber zu vertreten und damit ein weiterer Anteil behinderungsbedingter Mehrkosten.

15.9.1.7 Sonstige störungsbedingte Mehrkosten aus Behinderung Über die vorgenannten Kostengruppen hinaus können – wie schon erwähnt – weitere Mehrkosten aus Lohnerhöhungen und Materialpreissteigerungen eintreten. Sie kommen dann zum Tragen, wenn sich durch die Behinderung ein Bauablauf in eine Zeitperiode verschiebt, in der gegenüber dem Soll höhere Löhne und Materialpreise wirksam werden, im Vertrag dafür jedoch keine Gleitklauseln vereinbart sind. Dasselbe gilt für die Verschiebung eines Bauablaufs in Schlechtwetterperioden (bspw. Soll – April bis Oktober, Ist – November bis Mai). In diesem Fall wird die Arbeit durch Schlechtwetter (Regen, Schnee, niedrige Temperaturen und Frost) zusätzlich behindert soweit sie nicht völlig eingestellt werden muss. Dadurch erhöhen sich gegenüber dem Sollablauf die Aufwandswerte, wodurch ebenfalls beim Angebot nicht vorhersehbare Mehrkosten anfallen (s. hierzu das Beispiel von Drees/Paul in [12.3]). 15.9.2 Mehrkosten aus Beschleunigung Muss, aus welchen Gründen auch immer, ein Bauablauf beschleunigt werden, fallen nach Abschn. 15.5.2 ebenfalls Mehrkosten aus zeitlicher und quantitativer Anpassung bzw. aus technischen Anpassungsmaßnahmen (Stahlbetonfertigteile statt Ortbeton o. ä.) oder Produktionsumstellungen an. Bei zeitlicher Anpassung sind das i. W. Überstundenzuschläge, bei quantitativer Anpassung die bereits im Abschn. 15.5.2 genannten Kostenarten. Im Übrigen können auch bei Beschleunigungsmaßnahmen Mehrkosten aus reduzierter Produktivität anfallen, wenn sich beim Einsatz zusätzlicher Mannschaft die Arbeiten auf engem Arbeitsraum konzentrieren. Die Arbeitskräfte könnten sich dann gegenseitig behindern. Der Anteil der Tätigkeitszeit an der Arbeitszeit fällt ab, Warte- und Ausfallzeiten steigen an. Eine für derartige Fälle typische Arbeiterstandskurve ist in Bild 15.14 dargestellt. Eine teilweise Abhilfe ist – wenn überhaupt – nur über eine zeitliche Entflechtung der Arbeiten innerhalb der täglichen Arbeitszeit (zeitversetzte Schichten) möglich. Werden die oben bzw. im Abschn. 15.5.2 genannten Kostenanteile für die beschleunigten Vorgänge ermittelt, ergeben sich die Mehrkosten der Produktion ebenfalls aus der Kostendifferenz des ungestörten Soll- und des gestörten Istablaufs (Bild 15.8, s. hierzu jedoch die einschränkenden rechtlichen Bestimmungen nach 15.7.2). Der Umfang von Beschleunigungsmaßnahmen ergibt sich aus dem Vergleich des Istablaufs mit dem Sollablauf. Für die Darstellung gibt es verschiedene Möglichkeiten (Abschn. 11.8). Wie die mehrfach verwendeten Ablaufdiagramme zeigen, ist das V/Z-Diagramm hierfür die übersichtlichste Darstellungsform.

15.9 Kostengliederung störungsbedingter Mehrkosten

783

Bild 15.14: Arbeiterstandskurve der Elektroarbeiten bei gestörtem Arbeitsablauf (Bau eines Einkaufszentrums)

15.9.3 Schadensberechnung Mit den Kostenarten nach Abschn. 15.9.1 und 2 können nun die Mehrkosten ermittelt werden, die einer Bauunternehmung (AN) aus der Behinderung oder Beschleunigung eines Bauablaufs entstehen. Grundlagen der Schadensberechnung sind − das vertraglich vereinbarte Bau-Soll, − der Soll-Ablaufplan und − die Soll-Kosten der Produktion aus den o.g. Kostenarten. Sie ergeben sich aus der Auftragskalkulation (Bild 12.2). Dass Ablaufplanung und Kalkulation übereinstimmen, wird vorausgesetzt. Die Sollkosten werden auf die Zeiteinheit (Arbeitstag bzw. -stunde) bezogen. Parallel dazu werden die einzelnen Ablaufstörungen in einer Tabelle chronologisch aufgelistet. Anhand dieser Dokumentation werden die jeweilige Anspruchsbegründung für Mehrkosten gegenüber dem Vertrag, die Höhe des Anspruchs/Zeiteinheit und die Dauer der Störung ermittelt. Durch das Eintragen der Störungen in den Soll-Ablaufplan ergibt sich der störungsmodifizierte Ablauf und die daraus resultierende Zeitverlängerung; aus dieser und den Kosten/Zeiteinheit die störungsbedingten Mehrkosten. Ob dieser Ansatz die o.g. störungsbedingten Mehrkosten zutreffend wiederspiegelt, zeigt sich erst zum Bauende (bzw. am Ende eines im Sollablauf dargestellten Bauabschnitts). Theoretisch müsste dann der Ist-Ablauf mit dem störungsmodifizierten Bauablauf übereinstimmen. Liegt das Ist-Bauende früher, ist daraus zu schließen, dass der AN beschleunigt hat (woraus ebenfalls Mehrkosten abgeleitet werden können). Liegt dagegen das Ist-Ende später als der modifizierte Ablauf , könnte dies dadurch bedingt sein, dass der AN länger gebraucht hat als im Vertrag vereinbart. Dadurch bedingte (weitere) Mehrkosten aus der Bauzeitverlängerung gingen dann auf seine Rechnung (s. Abschn. 15.8.1).

784

15 Störungen im Bauablauf

Einige typische Beispiele aus [15.4] zu den Abschn. 15.7 und 15.8 sind in den Bildern 15.15 bis 15.19 dargestellt (aus [15.4]). Da über Einzelheiten derartiger Schadensberechnungen ausführliche Veröffentlichungen vorliegen, verweise ich hierzu auf die Literatur [15.4] mit weiteren Literaturangaben, auf das Beispiel in [12.3] über die Mehrkostenermittlung aus einer Bauzeitverlängerung für einen Brückenbau durch Verzögerungen, die der AN nicht zu vertreten hat und auf ein weiteres Beispiel über die Ermittlung der Behinderungskosten bei Stahlbetonarbeiten infolge verspäteter Planbeistellung in [12.7]. Ergänzend sei noch auf folgende Punkte hingewiesen: − Abstrakte Schadensberechnung Wird ein Bauablauf behindert und damit verzögert, ergeben sich die störungsbedingten Mehrkosten aus der Kostendifferenz des Ist- und Sollablaufs.

Bild 15.15: Soll-Bauablauf – grob

Bild 15.16: Darstellung „sich überlappender Störungen“

15.9 Kostengliederung störungsbedingter Mehrkosten

785

Bild 15.17: Auszug aus dem störungsmodifizierten Bauablauf: Verschiebung des Gesamtfertigstellungstermins ausschließlich infolge verspäteter Lieferung des Planes A 100

Bild 15.18: Ist-Bauablauf (grob) mit Bau-Soll und störungsmodifiziertem Bau-Soll

Nach der allgemein für Schadensberechnungen anzuwendenden Differenztheorie „besteht der Schaden in dem Unterschied zwischen der Vermögenslage des Geschädigten, wie sie sich infolge des schadensstiftenden Ereignisses gestaltet hat und seiner Vermögenslage, wie sie ohne dieses Ereignis bestehen würde“ [15.1].

786

15 Störungen im Bauablauf

Bild 15.19: Baubetriebliche Zusammenhänge zwischen Bau-Soll, störungsmodifiziertem Bau-Soll und Bau-Ist

Da in der Behinderungsphase der Sollablauf jedoch nicht realisiert werden kann, lassen sich die Sollkosten nur abstrakt (hypothetisch) berechnen. Sie weisen in der Behinderungsphase somit keinen direkten Bezug zur Wirklichkeit auf. Eine weitgehende Annäherung der Sollkosten an die Realität wird jedoch erreicht, wenn die für den Sollablauf kalkulierten Aufwandswerte und Kostenansätze während einer ungestörten Teststrecke erreicht worden sind [15.2]. Schließlich sei noch erwähnt, dass auf Behinderungskosten keine Mehrwertsteuer fällig wird, da hierdurch keine Leistung erbracht wird.

15.10 Leistungsänderungen Neben Störungen im Bauablauf aus Behinderungen und/oder Beschleunigungen (Leistungsstörungen) kommen bei VOB-Verträgen noch Leistungsänderungen vor, die vertraglich geregelt werden können, bisher jedoch nicht erwähnt worden sind. Darunter fallen: − − − − − −

Mengenänderungen, Übernahme von Leistungen durch den AG, Leistungen ohne Auftrag oder unter Abweichung vom Vertrag, Bedenken gegen Anordnungen des Auftraggebers, Kündigung durch den AG, Kündigung durch Auftragnehmer.

15.10 Leistungsänderungen

787

Auch darüber gibt es in der Literatur ausführliche Erläuterungen und Beispiele [12.3, 12.7]. Ich gehe deshalb im einzelnen nicht darauf ein. Im Überblick sind diese Fälle und ihre vertraglichen Regelungen – zusammen mit den im vorstehenden Text ausführlich dargestellten Varianten – in Tabelle 59 dargestellt. Tabelle 59 [12.3]

788

15 Störungen im Bauablauf

Literatur zu Kapitel 15 15.1

15.2 15.3 15.4 15.5 15.6

15.7

Vygen, Schubert, Lang; Bauverzögerung und Leistungsänderung, Rechtliche und baubetriebliche Probleme und ihre Lösungen, 2. Auflage, Wiesbaden 1994 Bauer, H.; Baubetrieb 2. Auflage, Springer-Verlag Berlin, 1995 Krebs, W.; Bauabläufe aus der Sicht des Unternehmers, Referat am Institut für Bauplanung und Baubetrieb der ETH Zürich, 1986 Genschow/Stelter; Störungen im Bauablauf, Werner Verlag (Wolters Klüwer Deutschland) München/Unterschleißheim 2004 Franke, H., Kemper, R., Zanner, Ch. Grünhagen, M.; VOB-Kommentar Bauvergaberecht, Bauvertragsrecht, 1. Auflage, Werner Verlag, 2002 Rodde, N., Bauer, G., Strassen, D. Berlin; Gemeinkosten in vertraglicher Mehrleistung und Bauzeitennachtrag: Doppelvergütungsrisiko für Bauherren?, ZfBR 07/2005, S. 634 Keldungs, K. H.; Die Rechtsprechung der Oberlandesgerichte zum privaten Baurecht 2003, ZfBR 06/2004, S. 523, Abschnitt Verzögerung des Bauvorhabens

Abschließend verweise ich noch auf weitere Literatur: − zur rechtlichen Beurteilung gestörter Bauabläufe: - VOB/B, § 6, Nr. 6 Der Auftragnehmer muss eine Behinderung, aus der er Schadenersatzansprüche ableitet, möglichst konkret darlegen. Dazu ist in der Regel auch dann eine bauablaufbezogene Darstellung notwendig, wenn feststeht, dass die freigegebenen Ausführungspläne nicht rechtzeitig vorgelegt worden sind. ZfBR 5/2002, S. 427 (BGH, Urt. V. 21.03.02 – VII ZR 224/00) - Quack, F.; Zur Leistungsbeschreibung im Bauvertrag. Die Bedeutung der baubetrieblichen Sicht für die vertragsrechtliche Leistungsbeschreibung, ZfBR 4/2003, S. 315 - Thode, R.; Nachträge wegen gestörten Bauablaufs im VOB/B-Vertrag, Eine kritische Bestandsaufnahme, ZfBR 3/2004, S. 214 − zur baubetrieblichen Beurteilung gestörter Bauabläufe: - Heilfort, Th., Zipfel, C.; Abrechnung der Folgen von Bauablaufstörungen im VOB-Vertrag, B + B 9/2004, S. 22 - Kumlehn, F.; Bewertung gestörter Bauabläufe der Höhe nach, Geht mit § 642 BGB für Auftragnehmer alles einfacher?, B + B 9/2004, S. 28 - Knacke, I., Spranz, D., Wagner, F.; Probleme gestörter Bauabläufe, Teil 1–3, B + B 3/2005, S. 2; 4/2005, S. 42; 5/2005, S. 22 - Kumlehn, F.; Geänderte und zusätzliche Leistungen, B + B 9/2005, S. 31 - Bötzkes, F.; Gestörter Bauablauf: So kann der Nachweis der Mehrkosten gelingen, B + B 10/2005, S. 26

16 Zusammenfassung

Am Ende dieser Darstellung der wesentlichen Aspekte rationeller Bauproduktion und des Bauprozessmanagements sind in Bild 16.1 die wichtigsten Teilbereiche im Überblick nochmals zusammengestellt. Sie beginnen mit den Vorgaben aus der Projektplanung, die i.d.R. den Ausschreibungsunterlagen beigefügt sind. Der Auftragnehmer hat diese Planungsvorgaben durch den Einsatz technisch und wirtschaftlich optimaler Herstellungsverfahren und eine an die Bedingungen einer Bauaufgabe angepasste Organisation zu realisieren. Dafür setzt er geeignete Bauverfahren und das erforderliche Potential aus Arbeitskräften verschiedener Qualifikation, Maschinen, Geräten und Werkstoffen sowie Können und Erfahrung seiner Mitarbeiter und ggf. weiterer Nachunternehmer ein, um mit geringstmöglichem Aufwand und in der kürzestmöglichen Zeit die Produktionsaufgabe zu lösen. Dieser Potentialeinsatz ist durch ein Prozessmanagement im einzelnen zu planen, mit den Kosten zu bewerten sowie im Ablauf zu überwachen und zu steuern.

Bild 16.1: Teilbereiche der Bauproduktion

790

16 Zusammenfassung

Abschließend war es mir wichtig, häufig vorkommende Störungen der Produktion und ihre Folgen aufzuzeigen. Damit schließt sich der Kreis einer Bauaufgabe, wodurch die Erfahrungen aus der Abwicklung eines Projekts wieder in die Planungen des nächsten einfließen. Das Prinzip rationeller Bauproduktion besteht im gezielten Einsatz produktiver Faktoren. Dies sind, wie in den Kap. 5 bis 9 dargestellt, Fertigungsgruppen aus qualifizierten Arbeitskräften, die mit leistungsfähigen Maschinen und Geräten Baustoffe be- und verarbeiten. Hohe Lohn- und Gerätekosten sowie erhebliche zeitabhängige Kosten der Betriebsstätten bedingen einen möglichst kontinuierlichen und störungsfreien Einsatz dieses Potentials. Nur so können die Arbeitskosten sowie die Funktionskosten der Baustelle und der Unternehmung gedeckt und ein angemessener Gewinn erwirtschaftet werden. Die Voraussetzungen rationeller Produktion sind − bei VOB-Verträgen eine sorgfältige Leistungsbeschreibung durch den Auftraggeber, die Darstellung aller Randbedingungen einer Bauaufgabe und hinreichende Ausschreibungs- und Ausführungsfristen; dazu eine möglichst fertigungsgerechte Planung und Konstruktion und – nach Auftragserteilung – die rechtzeitige (vertraglich vereinbarte) Übergabe der Ausführungszeichnungen. − bei Global-Pauschalverträgen mit Vollständigkeitsklausel im Schlüsselfertigbau wird dem AN mit dem Bauauftrag auch die für das Bauvorhaben oder Bauteile noch ausstehende Planung übertragen. Zwischen diesen beiden „Polen“ und darüber hinaus sind, wie erwähnt, noch weitere Leistungsbereiche für den Auftragnehmer möglich. Nach Baubeginn erfordert rationelle Produktion die rechtzeitige Planübergabe sowie rechtzeitige Entscheidungen des Auftraggebers bzw. seiner Beauftragten. Auf Unternehmerseite erfordert sie eine sorgfältige Planung und Organisation des Bauablaufs, eine straffe Ablaufkontrolle und die zielsichere Steuerung der Fertigung über Soll-Ist-Vergleiche in Regelkreisen. Die optimale Form des Potentialeinsatzes ist ein Bauablauf in modifizierter Takt- oder Fließfertigung. Damit sind bei minimalem Potentialeinsatz optimale Bauzeiten und das Kostenminimum zu erreichen. Mir kam es darauf an, mit dieser Arbeit die Grundlagen rationeller Bauproduktion von der Bauaufgabe über die Möglichkeiten und Voraussetzungen ihrer Realisierung im Sinne industrieller Produktion bis zu den Folgen von Ablaufstörungen darzustellen. Damit können Studierende des Bauingenieurwesens und der Architektur in dieses in der Praxis immer wichtiger werdende Fachgebiet des Bauwesens eingeführt werden. Darüber hinaus soll bei allen am Bauen Beteiligten Verständnis für die Kriterien und Voraussetzungen rationeller Produktion, aber auch für die dafür erforderliche Zeit und die damit verbundenen Kosten geweckt werden und die Bereitschaft, bei der täglichen Arbeit nach diesen Kriterien zu arbeiten, um die heute und in der Zukunft anstehenden Bauaufgaben optimal zu lösen.

Anhang

A1

Gliederung des Teils A der VOB [3.4]

A2

Auszug aus dem Gesetz zur Regelung des Rechts der Allgemeinen Geschäftsbedingung [3.21, 3.51]

A3

Materialgewichte [5.18]

A4

Beispiel zur Leistungsberechnung eines Bagger-SKW-Betriebes [5.18]

A5

Beispiel für die Leistungsermittlung eines Erdbetriebs (Entnahme und Transport)

A6

Beispiel für die Ermittlung der erreichbaren Geschwindigkeit und der Hakenzugkraft eines knickgelenkten Muldenkippers [5.40]

A7

Leistungsermittlung von Planierraupen [5.20]

A8

Beispiel zur Ermittlung des Förderdrucks und der erforderlichen Antriebsleistung einer Betonpumpe [6.43]

A9

Einsatzbeispiel einer Variomax-Deckenschalung mit H 20-Trägern (Thyssen Hünnebeck Schalung [6.66])

A10 Die Verknüpfungstypen zweier Vorgänge in der BKN-Methode [11.1] A11 Darstellungsformen von Bauabläufen [11.1] A12 Ganglinien und Summenlinie für Einsatzmittelvorgaben (hier für den Umsatz einer Baustelle) [11.9] A13 Zyklen der Modelldefinition eines Bauablaufs und der Ablaufkontrolle [11.1] A14 Varianten für Taktfertigung im Baubetrieb [11.1] A15 Grundkonzept für die Planung einer Baustelleneinrichtung [11.9]

792

Anhang

A16 Beispiel: Baustelleneinrichtung für die Fertigung einer Werkhalle [11.5] A17 Vorgaben der Ablaufplanung für Bauleitung und Kontrolle [11.9] A18 Bereitstellungsplanung für einen Stahlbetonbau [12.12] A19 Rahmenterminplan für das Behördenzentrum Frankfurt am Main A20 Gliederung der Gemeinkosten der Baustelle [12.3] A21 Hinweis auf Kalkulationsbeispiele in der Literatur A22 Kalkulationsbeispiele/Merkmale aus A21 A22.1 Vorkalkulation eines Wasserbehälters (Beton, Stahlbeton [12.7]) A22.2 Vorkalkulation einer Pfahlgründung mit Ortbeton-Rammpfählen [12.3] A22.3 Merkmale von Kalkulationen für SF-Bauvorhaben (in Stichworten) A23

Schema von Ablaufkontrollen und Strukturen von Basispositionen [11.9]

A24

Beispiele von Ablaufkontrollen [11.9]

A25

Aufgaben der Arbeitsvorbereitung im Bauunternehmen [11.11, Teil 1]

A26

§ 6 VOB/B, Behinderung und Unterbrechung der Ausführung [3.4]

A27

Unterlagen zur Arbeitssicherheit [11.101]

A28

Weitere Einsatzdaten für Turmdrehkrane [6.32] A28.1 Schnelleinsatzkran 32 TT A28.2 Kletterkran/Katzausleger 140 EC-H 6 Litronic A28.3 Kletterkran/Katzausleger 280 EC-H 12 Litronic A28.4 Nadelauslegerkran 355 HC-L 12/24

Anhang A1

A1 Gliederung des Teils A der VOB [3.4]

793

794

Anhang

Anhang A2

795

A2 Auszug aus dem Gesetz zur Regelung des Rechts der Allgemeinen Geschäftsbedingung [3.21, 3.51]

Das AGB-Gesetz aus 1976 wurde 2002 in das BGB integriert und modifiziert (§§ 305 bis 310).

796

Anhang

A3 Materialgewichte [5.18]

Anhang A4

A4 Beispiel zur Leistungsberechnung eines Bagger-SKW-Betriebes [5.18]

797

798

Anhang

A5 Beispiel für die Leistungsermittlung eines Erdbetriebs (Entnahme und Transport) Aufgabe: 130.000 fm³ Abtrag aus einer Seitenentnahme für eine Dammschüttung (Autobahn). Anstehender Boden: fest gelagerter Kiessand, trocken; Raumgewicht 1.930 kg/fm³, A = 12, AF = 0,89; Schüttgewicht 1.720 kg/lm³ (Anhang 3). 45`/Stunde (f6 = 0,75). Längsschnitt der Transportstrecke S. 799 1. Erforderliche Dauerleistung: V 130.000 fm ³ 1.512 vD = = = 1.512 fm3 / d = = 189 fm ³ / h d × T 4 Mt. × 4,3 Wo. / Mt. × 5 At 8h 2. Entnahme: Abtrag mit Tieflöffel-Hydraulikbagger Liebherr 954, oben stehend, VL = 2,2 m³ (SAE), Füllungsgrad fF 90%, Arbeitstaktzeit (Spieldauer) 25’’. 3.600' ' × fF Baggerleistung: Qt = VL × 25' ' = 2,2 × 144 × 0,9 ≅ 285 lm³/h QN = Qt × f6 = 285 × 0,75 = 215 lm³/h = 215 × AF = 215 × 0,89 ≅ 190 fm³/h 3. Transport: − Gewählt Knickgelenkte Dumper Volvo A 25 C (SKW, s. S. 801) Technische Daten: max. Motorleistung 187 kW vmax 52 km/h Muldeninhalt (SAE) gestrichen 10,1 m³, gehäuft 13 m³ max. Nutzlast 22.500 kg Gewicht: Netto 17.770 kg, Brutto 40.270 kg − Gerätenutzung: Volumen: 6 Spiele × 2,2 m³ × 0,9 = 11,9 m³ < 13 (maßgebend) Tragfähigkeit: 6 Spiele × 1.720 kg × 2,2 × 0,9 = 20.434 kg < 22.500 1 − Ladezeit/SKW: 6 Spiele × 25’’ = 150’’ × = 2,5 min. 60

Anhang A5

− Rundfahrzeit: T=ž

livoll lileer +ž + tK [min] vivoll vileer

verr. = k ×

3,6 × N × ηges [km/h], W×G×g

ti =

li × 60 [min] vi

für die Teilstrecke l1 wird v = 0,75 ×

t1voll =

3,6 × 187 × 0,85 429,2 = ≅ 37 km/h, 0,030 × 38,21 × 10 11,5

1,2 km × 60 = 1,9’ 37

(Gvoll = Gleer + Ladung = 17.700 + 20.440 = 38.210 kg, Gleer = 17.770 kg) Weitere Berechnung der Rundfahrzeit siehe Tabelle (S. 800).

799

800

Anhang

Tabelle der Rundfahrteilzeiten ti Teilstrecke

l

wR

1 l1voll l2voll

2 1.200 m 200 m 700 m 100 m 1.200 m 200 m 700 m 100 m

3 0,030 0,110 0,050 0,080 0,030 -0,050 0,050 0,080

l3voll l4voll l1leer l2leer l3leer l4leer

G 4 38.210kg 38.210 kg 38.210 kg 38.210 kg 17.770 kg 17.770 kg 17.770 kg 17.770 kg

k

verr

5 0,75

6 37 km/h 9,5 km/h 24 km/h 7 km/h 40 km/h 30 km/h 35 km/h 20 km/h

0,70 0,80 0,50 0,85 0,75 0,80 0,50

Kippzeit Rundfahrzeit T =

ti 7 1,9 min. 1,3 min. 1,8 min. 1,0 min. 1,8 min. ~ 0,5 min. 1,2 min. ~ 0,5 min. 10,0' 1,0' 11,0 min

Bem. 8

geschätzt geschätzt geschätzt

− Umlaufzeit tu : tu = tf + T = tL + tw + T [min] tL =

(n ' − 1) × ts (6 − 1) × 25' ' 125' ' = 2,1’ = = 60 60 60

tw (Rückstoßen) tf T (Tabelle) − Nutzleistung eines SKW: QFN = VFN ×

tu

= 1,0’ = 3,1’ 11,0’ = 14,1’

60 60 × 0,90 = 45,6 lm³/h × fN = 11,9 m³ × 14,1 tu fN = Gerätenutzungsfaktor (0,90 =ˆ 90%)

− Erforderliche Anzahl der Fahrzeuge: Zi =

215 lm³ / h 215 = = 4,7 ~ 4,6 QFN 45,6

(z =

T 11,0' +1= + 1 = 3,6 + 1 = 4,6) tf 3,1'

gewählt 5 Fahrzeuge − Fahrbedingung: Übertragbare Zugkraft ZR > Zerf. ZR beladen = Gvoll × × μ × 10-2 = 38.210 kg × 1,0 × 0,45 × 10-2 = 172 kN =ˆ 17,2 t ZR leer = Gleer× × μ × 10-2 = 17.800 kg × 1,0 × 0,45 × 10-2 = 80 kN =ˆ 8,0 t Zerf. = Gvoll × 11,0 × 10-2 = 382 kN × 0,11 = 40 kN =ˆ 4,0 t 17,2/8,0 t > 4,0 t, Fahrbedingung erfüllt! 4. Kontrolle der über die angenommene Spieldauer ermittelten Baggerleistung vom QN = 215 lm³/h. Gegeben Tieflöffelbagger mit VL = 2,2 m³

Anhang A5

801

5

Qt = VL × n × fF × Π1 fi [lm³], Gleichung (11) VL = 2,2 m³ n = 180 (Tabelle 2) fF = 0,9

f1 = 1,0 (Tabelle 4) f2 = 0,85 (4 m, Tabelle 4) f3 = 1,0 (Tabelle 4) f4 = 0,9 (Tabelle 4) f5 = 1,0 (für 6 Ladespiele, Tabelle 4) 5

Π f = 0,85 × 0,9 = 0,765 1

Technische Leistung: Qt = 2,2 × 180 × 0,9 × 0,75 Mit f6 = 0,75 wird QN = Qt × f6 = 273 × 0,75 Ergebnis:

= 273 lm³/h ≅ 205 lm³/h = 95,4 % von 215 lm³/h

Stimmt etwa überein.

Nachtrag Zur Gerätewahl für das Einbauen und Verdichten des Bodens auf der Kippe siehe Abschn. 5.3.4 und 5.3.5.

802

Anhang

A6 Beispiel für die Ermittlung der erreichbaren Geschwindigkeit und der Hakenzugkraft eines knickgelenkten Muldenkippers 1. Maschinendaten für knickgelenkten Muldenkipper D 30 D, CAT N = 223 kW Gvoll = 49.106 kg

(Allradantrieb) = 49,106 t Nutzlast 27,5 t bei 16,5 m³ Mulde (gehäuft SAE 2: 1, gestr. 12,5 m³) Fahrwiderstand 4% (2,o% + 2% Steigung)

2. erreichbare Geschwindigkeit: 2.1

lt. Fahrdiagramm (Anlage):

2.2

aus Gleichung (30): verr. =

31,5 km/h

(4. Gang)

3,6 N × ηges. 3,6 × 223 × 0,80 642,24 = = = 32,7 km/h ≅ 31,5 km/h WR × G × g 0,04 × 49,106 × 10 19,64

3. Haken- (Felgen-) Zugkraft: 3.1

lt. Fahrdiagramm (S. 803): 2.000 kg

3.2

aus Gleichung (29):

(kp!)

3,6 × N × ηges. [kN] v 3,6 × 223 kW × 0,80 = = 20,4 kN 31,5 km / h

Zerf. =

= 20,4 × 100 = 2.040 kp

(1 kN = 100 kp, kp =ˆ kg lt. Prospekt)

Anhang A6

Bild 1: Fahrdiagramm

803

804

Anhang

A7 Leistungsermittlung von Planierraupen [5.20]

Bild 1

Anhang A7

805

806

Bild 2

Anhang

Anhang A7

807

808

Anhang

Anhang A8

A8 Beispiel zur Ermittlung des Förderdrucks und der erforderlichen Antriebsleistung einer Betonpumpe [6.43]

809

810

Anhang

Anhang A8

811

812

Anhang

A9 Einsatzbeispiel einer Variomax-Deckenschalung mit H 20-Trägern (Thyssen Hünnebeck Schalung [6.66])

Anhang A9

813

814

Anhang

Anhang A10

815

A10 Die Verknüpfungstypen zweier Vorgänge in der BKNMethode [11.1]

816

Anhang

A11 Darstellungsformen von Bauabläufen [11.1]

Anhang A12

817

A12 Ganglinien und Summenlinie für Einsatzmittelvorgaben (hier für den Umsatz einer Baustelle) [11.9]

818

Anhang

A13 Zyklen der Modelldefinition eines Bauablaufs und der Ablaufkontrolle [11.1]

Anhang A14

A14 Varianten für Taktfertigung im Baubetrieb [11.1]

819

820

Anhang

Anhang A14

821

822

Anhang

A15 Grundkonzept für die Planung einer Baustelleneinrichtung [11.9]

Anhang A16

A16 Beispiel: Baustelleneinrichtung für die Fertigung einer Werkhalle [11.5]

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Anhang

Anhang A16

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Anhang

Anhang A16

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Anhang

A17 Vorgaben der Ablaufplanung für Bauleitung und Kontrolle [11.9]

Anhang A18

A18 Bereitstellungsplanung für einen Stahlbetonbau [12.12]

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Anhang

Anhang A18

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Anhang

A19 Rahmenterminplan für das Behördenzentrum Frankfurt am Main

Anhang A20

A20 Gliederung der Gemeinkosten der Baustelle [12.3]

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Anhang

A21 Hinweis auf Kalkulationsbeispiele in der Literatur Folgende Kalkulationsbeispiele sind in der nachstehend genannten Literatur enthalten: − in Drees/Paul, Kalkulation von Baupreisen, 7. Auflage [12.3]: − − − − − −

Hochbauarbeiten, Erdbauarbeiten, Straßendeckenbau, Ortbeton – Rammpfähle Montagebau, Schlüsselfertigbau

− in Jacob, Winter, Stuhr, Kalkulationsformen im Ingenieurbau [12.7]: − Hochbau: Schlüsselfertigbau Rohbau (Beton-/Stahlbetonarbeiten) Allgemeiner Ausbau/Fassade Technischer Ausbau − Konstruktiver Straßenbau − Spezialtiefbau − maschineller Tunnelbau − Brückenbau − Werkstattfertigung/Stahlbau − Auslandsbau Bei Drees/Paul sind alle Geldbeträge in € angegeben, bei Jacob/Winter/Stuhr noch in DM. Der offizielle Umrechnungsfaktor beträgt 1 € = 1,95583 DM bzw. 1 DM = 0,51129 €.

Anhang A22

A22 Kalkulationsbeispiele/Merkmale aus A21 A22.1 Vorkalkulation eines Wasserbehälters (Beton, Stahlbeton [12.7]) Leistungsverzeichnis

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Anhang

Zusammenstellung der Aufwandswerte und Einzelkosten pro Mengeneinheit

Anhang A22

1 Einzelkosten der Kostenarten pro Position

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Anhang

Berechnung des Mittellohns

Anhang A22

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Anhang A22

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Anhang

Berechnung der Einheitspreise

Anhang A22

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Anhang

A22.2 Vorkalkulation einer Pfahlgründung mit Ortbeton-Rammpfählen [12.3]

Anhang A22

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Anhang

Anhang A22

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A22.3 Merkmale von Kalkulationen für SF-Bauvorhaben (in Stichworten) I. nach Drees/Paul [12.3] 1. Vorarbeiten − Mengenkontrolle bei Detail-Pauschalverträgen, − bei Global/-Pauschalverträgen Angebotsbearbeitung über alle Fachbereiche der Planung und Ausführung hinweg, dabei integratives Durcharbeiten des Bauobjekts hinsichtlich Funktionserfüllung und Vollständigkeit. Grundlage hierfür ist die Tabelle 1 der DIN 276, Kosten im Hochbau, Ausgabe 1993 (Gewerke im Hochbau). 2. Kalkulationsmethoden Hierzu werden 5 Varianten genannt. Am häufigsten wird die Kalkulation über Einzelgewerke mit Preisen aus Einzelausschreibungen angewendet, gefolgt von der Kalkulation über Einzelgewerke mit Erfahrungswerten (Kostenanteile). Im Prinzip entspricht die Kalkulation im SF-Bau der Kalkulation von Rohbauarbeiten mit sehr hohem Anteil an Nachunternehmer-Leistungen (häufig 100% der Bauausführung durch Nachunternehmer). Dazu sind 2 Tabellen angeführt: − Anteile der Leistungsbereiche, − Gemeinkostenanteile im SF-Bereich (Kostenanalyse einer Hochbaustelle). 3. Die Kalkulation mit Grob-Kennwerten wird an zwei Beispielen aufgezeigt. Weitere Inhalte der Darstellung (mit Beispielen) sind: 4. Vorgehensweise bei der SF-Baukalkulation (Abschnitt 4): − Gliederung eines Projekts (Tabelle), − Angebotskalkulation (Beispiel mit Kostenkennwerten), − Vergabe der Gewerke (Bild Vergabeplan, Schema). Weitere Angaben beziehen sich auf 5. die Ablaufplanung (Abschnitt 5, 4 Phasen): − Erdarbeiten, Rohbau, Fassade, Dach (wetterfestes Gebäude), − Grobausbau (Gebäudetechnik, Innenputz, Estrich), − Feinausbau, − Außenanlagen. 6. die Terminplanung (Abschnitt 6, Überlappung Roh-, Ausbau), 7. Lohnanteile für Ausbauarbeiten (Abschnitt 7), Richt- und Aufwandswerte für Teilleistungen mit Anwendungsbeispielen. II. nach Jacob, Winter, Stuhr [12.7] 1. Zunächst informieren die Verfasser darüber, nach welchen Gesichtspunkten durch die Auftraggeber eine Vorauswahl der Bieter getroffen wird (soweit es sich nicht um öffentliche Ausschreibungen handelt).

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Anhang

Basis der Darstellung ist die Vorgehensweise im angelsächsischen Raum. Dort wird (ebenfalls) nicht mit Kennwerten, sondern vornehmlich mittels LV und Einzelausschreibung der einzelnen Gewerke kalkuliert. Das Ablaufschema der wesentlichen Vorgänge von der Bietervorauswahl durch den Bauherrn bis zur Zuschlagserteilung ist als Schema dargestellt. 2. Als wichtiger Bestandteil des Kalkulationsprozesses wird die Bearbeitung und Kontrolle der Anfragen und Angebote der Lieferanten und Nachunternehmer genannt. Parallel dazu muss die Arbeitsvorbereitung des Bauvorhabens mit den jeweiligen Bauleitern und zuständigen Abteilungen abgestimmt werden. 3. Für die Entscheidung, ob ein Angebot für ein Bauvorhaben abgegeben wird, werden eine Reihe erforderlicher Informationen genannt (Planunterlagen, Leistungsbeschreibung, Leistungsverzeichnis, Vertragsbedingungen, Technische Berichte u.a.). 4. Für das Management des Kalkulationsprozesses wird ein Arbeitsablaufplan vorgestellt und erläutert, zum Beschaffungsprozess die Gewerkeliste eines GÜ und ein Formular „Aufforderung zur Angebotsabgabe“. Für die eingehenden Angebote, die durch Preisspiegel ausgewertet werden, sind Prüfungskriterien angegeben. 5. Des weiteren enthält die Darstellung die Gliederung eines Zwischenberichts des Kalkulators für die Unternehmensführung. 6. Die Einzelkosten der Teilleistungen werden wie üblich ermittelt (Lohn-, Baustoffkosten, Gerätekosten) /Stunde bzw. Mengeneinheit mit/ohne Fahrer, Eigen- oder Fremdgerät; daraus über Aufwands-/Leistungswerte die Einzelkosten der LV-Positionen für Eigenleistung und die Kosten der Nachunternehmerleistungen. 7. Die Gemeinkosten werden für die aufgeführten Teilkosten anhand von Formularen ermittelt. 8. Vor der Schlussberatung des Angebots sollte ein Kostenplan in der Form einer Kostenkurve aufgestellt werden. Hierzu ist der Kostenverlauf auf den Bauablaufplan abzustimmen. Dazu sind die Vertragsbedingungen (Abschlagszahlungen), Bankkonditionen und eine Reihe weiterer Umstände, die im Einzelnen genannt werden, zu beachten. 9. Die zur Vorbereitung der Schlussberatung zwischen Kalkulator und Geschäftsleitung in einen Bericht aufzunehmenden Informationen sind in einer ebenfalls beigefügten Tabelle zusammengefasst.

Anhang A23

A23 Schema von Ablaufkontrollen und Strukturen von Basispositionen [11.9]

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Anhang

A24 Beispiele von Ablaufkontrollen [11.9]

Anhang A23

A25 Aufgaben der Arbeitsvorbereitung im Bauunternehmen [11.11, Teil 1]

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Anhang

A26 § 6 VOB/B, Behinderung und Unterbrechung der Ausführung [3.4]

Anhang A27

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A27 Unterlagen zur Arbeitssicherheit 1. Bedingt durch die Umsetzung von europäischem Recht in deutsches, können die Berufsgenossenschaften kein eigenes Recht mehr in der Arbeitssicherheit setzen. Hierfür ist jetzt der Staat (Bund) zuständig. Die Unfallversicherungsträger haben sich in der verbliebenen einzigen UVV1 „Grundsätze der Prävention“ vom 01.01.2004 in § 2 (1) die Möglichkeit gelassen, dieses Recht auch in Eigenregie umsetzen, so dass ihre Hoheitlichkeit gewahrt bleibt. Alle noch verbliebenen UVVen werden sukzessive außer Kraft gesetzt, sobald der jeweilige Bereich durch staatliche Regeln ausgefüllt ist. 2. Basisvorschrift für alle Arbeitsbereiche ist auf der Grundlage des Arbeitsschutzgesetzes die Betriebssicherheitsverordnung vom 27.09.2002. Der neu gegründete Ausschuss für Betriebssicherheit soll zur Konkretisierung der Verordnung ein gefährdungsbezogenes Regelwerk (Technische Regeln für Betriebssicherheit) sowie Handlungsanleitungen für einzelne Arbeitsbereiche erstellen. Hierbei arbeiten die Berufsgenossenschaften mit und setzen dieses dann in den Betrieben um. Das Schrifttum der BGen2 wird dann aus der genannten UVV, den bglichen3 Regeln (BGR) und bglichen Informationen (BGI) bestehen. BGR und BGI sollen ausgewählte Technische Regeln für Betriebssicherheit sowie Handlungsanleitungen für die Betriebe beinhalten. 3. Die Bauberufsgenossenschaften hatten in den letzten Jahren den Stand der Sicherheitsanforderungen auf den Baustellen und in Betrieben in „Info-Ordnern“ (o. ä.) zusammengefasst [11.101]. Diese wird es nicht mehr geben. Ihre Inhalte stellen aber noch immer den derzeitigen Stand der Sicherheitstechnik dar (Beispiele aus [11.101] siehe Anlagen 27.1 und 27.2).

1

Unfallverhütungsvorschrift Berufsgenossenschaft 3 berufsgenossenschaftlichen 2

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Anhang

A27.1 Inhalt des Info-Ordners der Tiefbau-Berufsgenossenschaft München [11.101]

Anhang A27

A27.2 Arbeitsraumbreiten

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Anhang

Anhang A28

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A28 Weitere Einsatzdaten für Turmdrehkrane [6.32] A28.1 Schnelleinsatzrehkran 32 TT Weitere Daten für den Schnelleinsatzkran 32 TT (Bild 6.29): Maximale Traglast bei waagrechter Ausladung und 1-Strang-Betrieb 2,5 t, bei 2-Strang-Betrieb 4,0 t (Umscherautomatik); bei Ausleger-Steilstellung von 20° bis 26,6 m Ausladung max. 1,3 t, bei 28,5 m 1,17 t. Arbeitsgeschwindigkeiten: − − − −

Drehen 0–0,8 U/min, Katzfahren 20/40 m/min (auch bei 20° Steilstellung), Ausleger aus- und einfahren 10 m/min, Turm hochfahren 4 m/min.

Hub- und Senkgeschwindigkeiten für verschiedene Betriebszustände siehe Tabelle A 28.1 Elektrischer Anschlusswert bei 400 V und 50 Hz 22,0 kVA für KL- und 20,0 kVA für FU-Antrieb (KL Kurzschlussläufermotoren, FU Frequenzumrichter). Tabelle A28.1 Hub- und Senkgeschwindigkeiten

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Anhang

A28.2 Kletterkran/Katzausleger 140 EC-H6 Litronic Der Kletterkran mit Katzausleger 140 EC-H6 Litronic in Bild 6.31 weist nachstehende Daten auf: Hakenhöhe bis 52,9 m (Turm 170 HC), Ausladung bis 60 m, Traglast von 1,92 t bis 6,0 t. Drehgeschwindigkeit stufenlos von 0 bis 0,8 U/min, Katzfahren stufenlos von 0 bis 100 m/min, Kranfahren 25,0 m/min. Der Antrieb ist mit einem 30 kW- und einem 37 kW-Motor möglich (jeweils FR-tronic – FU). Die Lastmomentkurven LM1 und LM2 dieses Krans sind in Bild A 28.2.1 dargelegt, die Hubgeschwindigkeiten für den 30 kW FU-Antrieb in Bild A 28.2.2. Elektrischer Anschlusswert bei 30 kW FU 45,0 kVA, bei 37 kW FU 50,0 kVA.

Bild A28.2.1 Lastmomentkurven LM1 und LM2

Anhang A28

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Bild A28.2.2 Hub- und Senkgeschwindigkeiten

A28.3 Kletterkran/Katzausleger 280 EC-H12 Litronic Der Kletterkran mit Katzausleger 280 EC-H 12 Litronic in Bild 6.32 weist nachstehende Daten auf: Hakenhöhe bis 59,6 m (Turm 256 HC), bei Turm 355 HC 75,2 m, Ausladung bis 75,0 m, Traglast von 2,8 t bis 12,0 t. Drehgeschwindigkeit stufenlos von 0 bis 0,7 U/min, Katzfahren stufenlos von 0 bis 110 m/min, Kranfahren 25,0 m/min. Für diesen Kran gibt es 2 Antriebe für das stufenlose Heben und Senken (45 und 65 kW FR-tronic – FU) und einen dritten mit 3 Gangbereichen (110 kW FU). Die Lastmomentkurven LM1 und LM2dieses Krans sind in Bild A 28.3.1, die Hub- und Senkgeschwindigkeiten für den 45 kW-Antrieb in Bild A 28.3.2 dargestellt. Elektrischer Anschlusswert 63 kVA bei 45 kW FU-Antrieb (bzw. 86 kVA bei 65 kW FU und 128 kVA bei 110 kW FU).

860

Anhang

Bild A28.3.1 Lastmomentkurven LM1 und LM2

Bild A28.3.2 Hub- und Senkgeschwindigkeiten

A28.4 Nadelauslegerkran Weitere Daten für den Nadelauslegerkran 355 HC-L 12/24 (Bild 6.34): Turmhöhe (Turm 500 HC-L) Hakenhöhe über Ausleger-Drehpunkt bei 70° Hakenhöhe insgesamt bei Auslegerneigung 70°

53,3 m ~ 53,0 m ~ 106,3 m

Ausladung bis 60 m, Tragfähigkeit 4,5 bis 12,0 t bei 1-Strang-Betrieb und 3,2 bis 24,0 t bei 2-Strang-Betrieb.

Anhang A28

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Drehen stufenlos von 0 bis 0,7 U/min, Ausleger heben/senken 2,8/2,3/1,8 min bei 65/90/110 kW-Antrieb (FU). Das Heben und Senken des Auslegers ist bei 65 kW-Antrieb mit 2 Gängen, bei den 90 und 110 kW-Antrieben mit jeweils 3 Gängen (lastabhängig und stufenlos) möglich. Die Lastmomentkurven für LM1 sind in Bild A 28.4.1, die Hub- und Senkgeschwindigkeiten für den 65 kW-Antrieb in Bild A 28.4.2 dargestellt. Elektrischer Anschlusswert:

bei 65 kW FU-Antrieb bei 90 kW FU-Antrieb bei 110 kW FU-Antrieb

143 kVA, 190 kVA, 226 kVA.

Bild A28.4.1 Ausladung und Tragfähigkeit

Bild A28.4.2 Hub- und Senkgeschwindigkeiten bei 65,0 kW FU-Antrieb

Sachverzeichnis

6-Stufen-Methode der Systemgestaltung 743 Abbruchhämmer an Hydraulikbaggern 100 Ablaufstörungen 753 AGBG 43 allgemeine Geschäftskosten 660 allgemeines Risiko-Management 679 Anlaufzeit und Einarbeitungsaufwand 573 Anpassungsformen an Behinderungen der Produktion 759 Arbeits- und Schutzgerüste 349 Arbeitsfugen 254 Arbeitsvorbereitung für den Schalungsbereich 364 Asynchronbetrieb 582 Aufgabe des Problemlösens 745 Aufgabe rationeller Produktion 486 Aufgabe und Ziel der Ablaufplanung einer Bauunternehmung 532 Aufgaben des Prozessmanagements einer Baustelle 747 Aufwands- und Leistungswerte 545 Ausführungsvorbereitung 748 Aussetzerbetrieb 579 Auswahlkriterien für Förderfahrzeuge 107 Autobetonpumpen 231 automatische Scharsteuerung mit rotierendem Laserstrahl 134 Automatisierung von Bauprozessen 58 Balken-/Unterzugschalung 314 Balkenpläne 607 Bauablauf unter Unsicherheit 634 Bauarten von Betonpumpen 230 Bauarten von Transportfahrzeugen 102 Bauaufzug 494

baubetriebliche Grundlagen bei gestörtem Bauablauf 773 Bauen im Ausland 2 Baukosten nach der DIN 276 490 Baukostenermittlung für ein Bürogebäude 492 Bauphasenplan 626 Baustelleneinrichtung 592 Bauzeitverlängerung durch Planungsverzug 767 Bemessung der Schalung und Rüstung 360 Bereitschaftsindustrie 45 beschleunigter Bauablauf 761 Besonderheiten der Bauproduktion 47 Bestimmung des Wagenparks – Anzahl der Fahrzeuge 110 Betonieren bei niedrigen Temperaturen 255 Betonieren unter Wasser 255 Betonpumpen und -verteiler zur Rohrförderung von Beton 228 Betonrecycling 196 Bewehrungsarbeiten 378 Bodenzustände 65 Brückenlaufkrane 225 Construction Management 34 Darstellung des Schalungseinsatzes 376 Deckelbauweise 453 Deckenschaltische 306 Deckenschalung 297 Deckenschalung aus Stahlbetonfertigteilen (Elementschalung) 311 Detail-Pauschalvertrag 41 Dichtwände 468 DIN 1045 „Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton“ 171

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Sachverzeichnis

DIN EN 206-1 171 Einbauen von Beton 179 Einbauformen (Erdbau) 139 Einbauverfahren (Beton) 201 Einflussfaktoren auf die Produktionsleistung im Beton und Stahlbetonbau 388 Einheitspreisvertrag 40 Einsatz von Standbaggern für das Lösen und Laden 78 Einsatzkriterien und -bereiche rationeller Betonschalung 370 Einzelkosten der Teilleistungen 652 Elemente einer Baustelleneinrichtung 593 Erdbauaufgabe 61 Europäische Gemeinschaft (EG) 37 Fahr- und Flachbagger 121 Fahrbagger 122 fahrdynamische Grundlagen des Transportbetriebes 114 Fahrmischer-Betonpumpen 238 Fahrschalung (Schalwagen) 318 Fahrwegunterhaltung / Wettereinfluss 120 Flachbagger 125 Flex- bzw. Flex-Raster-Schalung 298 Fließfertigung/Taktarbeit 568 Flussbilder 629 Förderleistung bei der Rohrförderung von Beton 248 Förderleistung mit Kran und Kübel 240 Förderleitung 231 Fördervarianten für das Pumpen von Beton 229 funktionale Leistungsbeschreibung 13 Funkübertragungssystem 134 Gemeinkosten der Baustelle 659 Generalunternehmer 16, 29, 485 Gleitschalung 333 Gliederung der Gebäudekosten 493 Global Positioning System GPS 134 Global-Pauschalvertrag 42 GMP (guaranteed maximum price)Vertrag 44 Grobnetzplan der Ausbauarbeiten 485 Großdrehbohrgerät BG 20H 437

Grundlagen der Leistungsbestimmung von Fahr- und Flachbaggern 136 Hauptaufgaben des Bauleiters (Prozessmanagers) 749 Hebezeuge 211 Hubarbeitsbühnen 495 Injektionen 463 Kabelkrane 226 Kalkulation mit vorbestimmten Zuschlagssätzen 661 Kalkulation über die Angebotssumme 661 Kalkulationsbeispiele 667 Kalkulationsverfahren 661 Kenngrößen im Erdbau 164 Kletterschalung 325 Komplettheitsklausel 42 Konsistenzbereiche von Frischbeton [6.2] 176 Kontrolle der Bodenverdichtung 156 konventionelle Deckenschalung 297 Kosten von Schalungen 370 Kostenarten 651 Kostengliederung störungsbedingter Mehrkosten 778 Kostenvergleichsrechnung 747 kotierte Flächen 629 Kriterien zur Verfahrenswahl (Beton) 205 Lebenszyklus eines Bauvorhabens 24 Leichtbeton 256 Leistung von Betonmischern und Mischanlagen 193 Leistung von Beton-Verdichtungsgeräten 253 Leistung von Motorschürfzügen (Scrapern) 139 Leistung von Planierraupen, Reifenplanierern und Gradern 137 Leistung von Radladern (Fahrbaggern) 136 Leistung von Standbaggern 86 Leistungs- und Kapazitätsabstimmung 559, 578 Leistungsänderungen 786 Leistungsbeschreibung mit Leistungsprogramm 13

Sachverzeichnis Leistungsbeschreibung mit Leistungsverzeichnis LV 13 Leistungsermittlung von Verdichtungsgeräten 158 Leistungsstörungen 7 Leistungsträger 24 Logistik 632 Mehrkosten aus Behinderung 778 Mehrkosten aus Beschleunigung 782 Mengenverteilungsplan 63 Mischanlage 181 Möglichkeiten des Ablaufs von Ausbauarbeiten 503 Nachunternehmer 486 Nassbagger (Überblick) 74 Nebenangebote 45 Nebenleistungen 40 Netzplantechnik 615 Organisationsformen 26 Pauschalvertrag 40 Planung der Baustelleneinrichtung 594 Planungsschritte 536 Portalkrane 224 Potential und Kapazität eines Baubetriebes 525 Prinzip rationeller Bauproduktion 790 Problematik des schlüsselfertigen Bauens 509 Problemlösen 26 Produktionsbereich einer Bauunternehmung 52 Produktionsfaktoren im Baubetrieb 524 Produktionsplanung in Baubetrieben 527 Produktionsprozessplanung 50 Produktionsvarianten im Erdbau 69 progressive Kalkulation 648 Projekt 18 Projektablauf 26 Projektabwicklung im Bauwesen 9 Projektmanagement 23, 34 Projektmanagement im Bauwesen 24 Projektsteuerung 34 Prozessoptimierung 2, 58 Qualität einer Unternehmung 52

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Rahmenbedingungen der Produktion 46 Rahmenschalung 274 Rahmentafelsysteme 303 Rammeignung verschiedener Bodenarten 445 Randbedingungen einer Ablaufplanung 534 Rationalisierung 58 Rationalisierungsmöglichkeiten im Ausbau 501 rationelle Produktion 52, 58 rechtliche Grundlagen zur Beurteilung eines gestörten Bauablaufs 769 Regel-Auftrags-Ablauf (RAA) 747 retrograde Kalkulation 648 Risiko 676 Risikobewertung in der Bauproduktion 685 Rüstungen 336 Schäden aus Baugruben-, Graben-, Unterfangungs-, Gebäudesicherungsund Gründungsarbeiten 478 Schadensberechnung 783 Schalverfahren 269 Schema der Bauablaufplanung (Planungsschritte) 537 schlüsselfertiges Bauen mit Generalunternehmer 508 selbstverdichtender Beton 256 Sonderbauformen von Standbaggern 97 Sonderfälle der Betonförderung in Kübeln 227 Sonderfälle von Kippen 141 Sonderschalungen 318 Spezialtiefbau 427 Springbetrieb 580 Spritzbeton 256 Stand der Produktionstechnik im Erdbau 160 Standardleistungsbuch 645 Standardleistungskatalog 645 stochastische Einflussgrößen und Transportsimulation 118 Störbetrieb 586 Störungen im Bauablauf 751 Stützenschalung 270 Teilautomatisierung 59 Teilpauschalverträge 42

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Sachverzeichnis

Teilvorgang T3, Transport 101 Teilvorgang T4, Einbauen des Bodens (Kippe) 139 Teilvorgang T5, Bodenverdichtung 143 Teilvorgänge 378 Teilvorgänge T1 und T2, Lösen und Laden 69 Teleskopmäkler – Rammgerät RG 16T 441 Terminliste 606 theoretische Grundlagen der Bodenverdichtung 143 Trägerschalung 273 Traggerüste 336 Transportbeton 197 Trockenbagger 72 Turmdrehkrane 211

Verhandlungsverfahren 672 Verordnung über die Honorare für Leistungen der Architekten und Ingenieure HOAI 15 Verteilermaste 235 verzögerter (behinderter) Bauablauf 757 VOB 36 VOB/A 37 VOB/B 39 VOB/C 40 Vorarbeiten für den Erdbau und die Gründung von Bauwerken 63 Voraussetzungen für die Rohrförderung von Beton 239 Voraussetzungen rationeller Produktion 162, 790 Vorgangsdauern 547

Ursachen von Produktionsstörungen 755

Wagnis und Gewinn 660 Wandschalung 273 Wärmebehandlung 254 Wechselbetrieb 579 Wettbewerbssituation 2

V/Z-Diagramm 610 Veränderungen auf dem Baumarkt 3 Verdichtungsgeräte 145, 251 Verdingungsunterlagen 645 Verfahrensplanung 538

Zielkostenplanung 648 Zielkostenplanung (Target-costing) 668