Text (XXL)
1. Einleitung
2. Ausführungsgenauigkeiten bei Nassbaggerarbeiten
3. Ausführungsgenauigkeiten bei Steineinbauarbeiten im Küstenbereich
4. Vermessungsverfahren zur Bestimmung von Referenzniveaus im Wasserbau
5. Untersuchungen zu Einbau- und Vermessungsgenauigkeiten beim Bau des Hafengebietes Maasvlakte 2
in Rotterdam
6. Vergleich der Erfahrungswerte vom Bau der Maasvlakte 2 mit den internationalen Regelwerken
7. Bewertung der deutschen Richtlinie ZTV-W
8. Fazit und Empfehlung
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
1
Inhaltsübersicht
Text (XXL)
Definition bzw. Verständnis von Toleranzen im Wasserbau
Unter Toleranz im technischen Sinne wird im Allgemeinen die Abweichung von einem Ideal(zustand) – im
Wasserbau meistens das herzustellende Sollprofil – bezeichnet.
Bei der Festlegung von Ausführungstoleranzen im Wasserbau sollten folgende Kriterien beachtet und
abgewogen werden:
1. Was ist notwendig, d.h. welche Toleranzen müssen eingehalten werden um die Funktionsfähigkeit des
Bauwerkes zu gewährleisten?
2. Was ist realisierbar? Aus technischer Sicht sind sehr geringe Toleranzmaße zweifellos realisierbar –
dies kann jedoch zu einer sehr langen Ausführungszeit und einem unverhältnismäßig hohen Einsatz von
Ressourcen führen.
3. Was ist finanzierbar? Das Festlegen von geringen Toleranzmaßen kann einen erheblichen Einfluss auf
die Projektkosten bedeuten.
Die vertraglich geforderten Toleranzen sollten auf Basis einer sorgfältigen Abwägung dieser Kriterien im
Planungsstadium bestimmt werden.
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
2
Einleitung
Text (XXL)
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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Arten von Nassbaggergeräten (Küste)
Laderaum-
saugbagger
Schneidkopf-
saugbagger
Stelzenpontonbagger /
Seilgreifer
Wasserinjektions-
geräte
Arten von Nassbaggergeräten (Binnen)
Eimerketten-
bagger
Stelzenponton
Hydraulikbagger
Stelzenponton
Seibagger / Seilgreifer
Saugbagger (selten,
Teichentschlammung)
Text (XXL)
Technisch realisierbare Ausführungsgenauigkeiten von Nassbaggergeräten sind in verschiedenen Quellen
publiziert – in Deutschland ist die EAU 2012 als Referenzwerk zu nennen.
Im Vergleich zu früheren Ausgaben sind in der EAU inzwischen die in der internationalen Nassbaggerindustrie
anerkannten vertikalen Ausführungsgenauigkeiten übernommen. Diese wurden im Jahre 2001 von der
International Association of Dredging Companies (IADC) veröffentlicht und können auch heutzutage nach wie
vor als realistische Referenzwerte angesehen werden.
Maßgebliche Einflussfaktoren für die erzielbaren Ausführungsgenauigkeiten sind:
- Möglichkeiten des Ausgleichs externer Faktoren wie Tide, Wellen und Strömung, Wind, Schiffsverkehr,
Sedimentation während der Ausführung
- Genauigkeit bei der Positionierung des Baggergerätes und des Aushubwerkzeuges
- Genauigkeit bei der Bedienung (Manövrieren) des Schiffes und/oder der Baggereinheit (Qualifikation des
Bedienpersonals)
- Die Charakteristik des Aushubwerkzeuges
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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Ausführungsgenauigkeiten bei Nassbaggerarbeiten - Küstenbereich
Text (XXL)
Tabelle E 139.1: Vertikale Ausführungsgenauigkeiten bei Nassbaggerarbeiten (Quelle: EAU / IADC)
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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Ausführungsgenauigkeiten bei Nassbaggerarbeiten – Küsten- und Binnenbereich
Baggergerät
nichtbindige Böden bindige Böden Zuschläge für
Sand Kies Fels Schlick TonWassertiefe
10–20 m
Strömung
0,5–1,0 m/s
ungeschützte
Gewässer
Greifbagger 40–50 40–50 – 30–45 50–60 10 10 20
Eimerkettenbagger 20–30 20–30 – 20–30 20–30 5 10 10
Schneidkopf-
saugbagger
30–40 30–40 40–50 25–40 30–40 5 10 10
Schneidrad-
saugbagger
30–40 30–40 40–50 25–40 30–40 5 10 10
Umweltsaugbagger 10–20 – – 10–20 – 5 5 –
Tieflöffelbagger 25–50 25–50 40 -60 20–40 35–50 10 10 10
Laderaum-
saugbagger (Hopper)
40–50 40–50 – 30–40 50–60 10 10 10
Text (XXL)
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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Vermessungsverfahren zur Bestimmung von Referenzniveaus
Text (XXL)
In den vergangenen Jahren hat sich die Verwendung von Multibeam-Echoloten als Standard-Vermessungsverfahren
zur Bestimmung von Gewässertiefen bzw. Referenzniveaus weitgehend durchgesetzt. Unter bestimmten
Umständen finden jedoch auch Singlebeam-Systeme nach wie vor Anwendung.
Die Qualität eines Vermessungssystems sowie der gemessenen und aufbereiteten Daten ist von verschiedenen
Faktoren abhängig:
- Qualität der Korrekturen der Bewegungen des Peilschiffes in x-, y- und z-Richtung
- Kalibrierung der Systemkomponenten mit angemessener Präzision (inkl. regelmäßiger Wiederholung)
- Verwendung der zugehörigen Software inkl. der korrekten (Vor-)Einstellungen
- Vorgehensweise bei der Datenaufbereitung, insbesondere (Vor-)Einstellungen beim Filtern zur Reduzierung der
Datenmenge (Eliminieren von sog. „Spikes“)
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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Vermessungsverfahren zur Bestimmung von Referenzniveaus
Text (XXL)
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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Vermessungsverfahren zur Bestimmung von Referenzniveaus
Genauigkeitsbetrachtung in der Hydrographie
(Multibeam, 10m Wassertiefe, fester Boden)
Position eigene Basis: 2 cm
Position Korrekturdatendienst: 4 cm
Bewegungssensor 1 cm
Wasserschall: 1 cm
Tiefenmessung: 1-2 cm bei 400 kHz
Einmessung vom Schiff: 0,5 cm
Durch die Fehlerfortpflanzung erreicht man im besten Fall eine Genauigkeit von ca. 5 cm.
Dies sind jedoch nur theoretische Werte. In der Praxis dürfte die erreichbare Genauigkeit zwischen 5 und 10 cm
liegen.
Nearshore oder Offshore dürften auch diese Werte kaum zu erreichen sein.
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Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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„Standard“-Ausschreibungen für Baggerarbeiten im Binnenbereich (Unterhaltungsarbeiten)
Leistungsverzeichnis Baubeschreibung
Text (XXL)
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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„Standard“-Ausschreibungen für Baggerarbeiten im Binnenbereich (Unterhaltungsarbeiten)
Baggerung mit Eimerkettenschwimmbagger
Mit Eimerkettenschwimmbagger sind prinzipiell hohe Genauigkeiten in der Produktion zu erzielen.
Aber:
• Wieviel hängt die Eimerkette durch?
• Wie hoch ist die Umspülung der Eimerkette u.A. durch die Shore‘s?
• Wie genau ist die Einmessung per GNSS – Daten?
• …
• …
Also:
Genauigkeit von 10 cm scheint visuell erzielbar, ist aber eher trügerisch:
Text (XXL)
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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„Standard“-Ausschreibungen für Baggerarbeiten im Binnenbereich (Unterhaltungsarbeiten)
Leistungsverzeichnis Baubeschreibung
Text (XXL)
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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„Standard“-Ausschreibungen für Baggerarbeiten im Binnenbereich (Unterhaltungsarbeiten)
Baggerung mit Stelzenponton und Hydraulik- oder Seilbagger
Mit Stelzenponton und Hydraulik- oder Seilbagger sind die geforderten hohen Genauigkeiten realistisch
betrachtet in der Produktion nicht zu erzielen.
Denn:
• Wieviel Spiel hat die Hydraulik bzw. die Seile des Baggers?
• Wie genau ist die Einmessung per GNSS – Daten?
• Wie genau ist die Positionierung der Grabgefäße durch die Unterwassersichtgeräte?
• Welche Abmessungen hat das Grabgefäß im Verhältnis zur Genauigkeit und zur
Baggervorlage?
• …
• …
Also:
Genauigkeiten von 10 cm für derartige Baggerungen zu fordern macht wenig Sinn,
denn sie werden nicht erzielt.
Text (XXL)
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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„Standard“-Ausschreibungen für Baggerarbeiten im Binnenbereich (Unterhaltungsarbeiten)
Leistungsverzeichnis Baubeschreibung
Text (XXL)
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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Gerätearten für den Einbau von Wasserbausteinen Küste
Deckponton mit Seil-
oder Hydraulikbagger
Stein-
stürzer
Spalt-
schuten
Fallrohr-
schiff
Gerätearten für den Einbau von Wasserbausteinen Binnen
Stelzenponton mit Seil-
oder Hydraulikbagger
Schütt-
gerüst
Klapp-
schuten
Kran-
schiff
Text (XXL)
Tabelle 2: Vertikale Ausführungsgenauigkeiten bei Versteinungsarbeiten (Quelle: u.a. IADC)
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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Maßgebliche Einflussfaktoren für die erzielbaren Ausführungsgenauigkeiten sind:
- Genauigkeit bei der Positionierung des Schiffes oder der Einbaueinheit
- Manövrierbarkeit des Schiffes oder der Einbaueinheit
- Möglichkeit der Kontrolle des Einbauprozesses des jeweiligen Einbaugerätes (z.B.
Verholgeschwindigkeit bei einem Steinstürzer)
- Möglichkeiten des Ausgleichs externer Faktoren wie Wellen und Strömung
- Der vorgesehene Einbauplan (z.B. Einbau in mehreren Übergängen mittels Steinstürzer, Überlappungen
in Randbereichen einzelner Einbaufelder u.ä.
- Eventuell planmäßig vorgesehenes Nacharbeiten der Einbauoberfläche
Ausführungsgenauigkeiten bei Steineinbauarbeiten - Küstenbereich
In Masse eingebaut Einzeln eingebaut
Größenklassen (CP) Leichte Gewichtsklassen
(LMB)
≤ 300 kg
Schwere Gewichtsklassen
(HMB)
> 300 kg
Schwere Gewichtsklassen
(HMB)
> 300 kg
Unter Wasser +/- 0,20 m +/- 1,0*Dn50 +/- 1,0*Dn50 +/- 0,8*Dn50
Text (XXL)
Ein wesentlicher Faktor bei der vertraglichen Auslegung von Messdaten einer Steinschüttung ist die Definition des
Referenzniveaus, d.h. die Festlegung welches gemessene Oberflächenniveau als Bewertungsgrundlage
verwendet werden soll. Die 3 gebräuchlichsten Definitionen des Referenzniveaus einer Steinschüttung sind:
1. Niveau, gemessen mittels Messlatte mit Halbkugel (Ø Halbkugel = ½ * Dn50)
2. Niveau, gemessen mittels Platte wodurch die jeweiligen höchsten Punkte einzelner Steine verbunden werden
3. Niveau, welches sich rechnerisch aus dem Gesamtgewicht der eingebauten Steine innerhalb einer definierten
Einbaufläche ergibt
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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Bestimmung des Referenzniveaus einer Lage Wasserbausteine
Bild 2: Unterschiedliche Referenzniveaus und zugehörige Schichtstärke (Quelle: The Rock Manual, 2007)
Text (XXL)
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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Bestimmung des Referenzniveaus einer Lage Wasserbausteine
Text (XXL)
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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Untersuchungen zu Einbau- und Vermessungsgenauigkeiten beim Bau des Hafengebietes Maasvlakte 2 in Rotterdam
20/135 mm
5-70 kg
150-800 kg
1-10 t
Bau eines Testfeldes, im Trockenen mittels Hydraulikbagger angelegt.
Nach der Vermessung der eingebauten Steine im Trockenen wurde das Feld geflutet und anschließend mit
Singlebeam- und Multibeam-Echoloten erneut vermessen.
Text (XXL)
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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Untersuchungen zu Einbau- und Vermessungsgenauigkeiten beim Bau des Hafengebietes Maasvlakte 2 in Rotterdam
Anschließend wurden Peilungen von wasserseitig mittels Steinstürzer eingebauten
Steinlagen der gleichen Steinklassen mit den Ergebnissen des Testfeldes verglichen.
Text (XXL)
Anmerkung: Material eingebaut mit Steinstürzer (SSDV).
Die folgenden Schlussfolgerungen konnten aus den Tests für den Einbau mittels Steinstürzer gezogen werden:
- Die international publizierten Einbaugenauigkeiten für Korngemisch sowie leichte Steinklassen sind nur mit
einem gewissen Aufwand für Nachprofilierungsarbeiten (und den entsprechenden Kosten) erreichbar,
- Die international publizierten Referenzwerte für Einbaugenauigkeiten für schwere Steinklassen sind auch ohne
Nachprofilierungsarbeiten erreichbar,
- Die Einbaugenauigkeiten gemäß ZTV-W sind selbst mit einem „normalen“ Profilierungsaufwand nicht
erreichbar! Hieraus lässt sich ableiten, dass dies nicht nur für den Einbau mittels Steinstürzern gilt, sondern
auch für den kontrollierteren Einbau mittels Hydraulikbagger / Seilgreifer.
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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Vergleich der Erfahrungswerte vom Bau der Maasvlakte 2 mit den internationalen Regelwerken
Steinklasse
MV 2
Dn50
[m]
Erreichte Einbau-
genauigkeit MV 2
Unprofiliert Profiliert
Einbaugenauigkeit
nach IADC 2001 +
Rock Manual 2007
Schlussfolgerung / Anmerkung Geforderte Einbau-
genauigkeit gemäß
ZTV-W
20 / 135 mm 0.045 / +/- 0.13 m
(2,8*Dn50)
+/- 0.20 m
(4,4*Dn50)
Einbaugenauigkeit vor Nach-
profilierung nicht gemessen.
+/- 0.10 m
(2,2*Dn50)
5 – 70 kg 0.220 +/- 0.38 m
(1,7*Dn50)
+/- 0.13 m
(0,6*Dn50)
+/- 0.22 m
(1,0*Dn50)
Publizierte Werte werden nur
durch Nachprofilierung erreicht.
+/- 0.10 m
(0,5*Dn50)
150 – 800 kg 0.610 +/- 0.54 m
(0,9*Dn50)
+/- 0.33 m
(0,5*Dn50)
+/- 0.61 m
(1,0*Dn50)
Publizierte Werte werden ohne
Nachprofilierung erreicht.
+/- 0.10 m
(0,2*Dn50)
Text (XXL)
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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Bewertung der deutschen Richtlinie ZTV-W
Text (XXL)
Die vorstehend dargestellten Fakten werden nachfolgend mit Daten von Projekten die in den vergangenen Jahren
innerhalb Deutschlands ausgeführt wurden bzw. werden, verglichen:
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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Bewertung der deutschen Richtlinie ZTV-W
Projekt Verarbeitete
Steinklasse
Dn50(EN 13383)
Festgelegtes Toleranzmaß
(Einbaugenauigkeit)
Einbaugenauigkeit
gemäß
Rock Manual / IADC
Anmerkung
Minsener Oog, 2010
(Wassertiefe bis 17 m)
LMB 5/40
LMB 10/60
0,17 m
0,21 m
+/- 0,10 m, gemäß
Vertrag (ZTV-W)
0,59*Dn50
0,48*Dn50
+/- 1,0*Dn50
+/- 1,0*Dn50
ZTV-W um ca. Faktor 2
geringer als international
anerkannt
Ufersicherungskonzept
Altenbruch, Otterndorf,
2011-2012
LMB 40/300 0,36 m +/- 0,10 m, gemäß
Vertrag (ZTV-W)
0,28*Dn50 +/- 1,0*Dn50 ZTV-W nahezu um Faktor
4 geringer als
international anerkannt
Südkaje Helgoland, 2013-
2016
LMB 5/40 0,17 m +0,20m / -0,10m,
gemäß Vertrag
0,59*Dn50 +/- 1,0*Dn50 OK Steinlage erscheint
nach Verguss zu hoch
Böschungssicherung
Tollerort, Hamburg, 2016
(Wassertiefe bis 17 m)
LMB 10/60 0,21 m + 0,40 / - 0,00 m
gemäß Vertrag
(LV)
1,90*Dn50 +/- 1,0*Dn50 Absolutes Toleranzmaß
höher als Referenzwert,
jedoch lediglich unter-
halb des Soll-Profils
Wellenbrecher-System
Helgoland, 2016-2017
HMB 3.000/6.000 1,18 m +/- 0,75 m, gemäß
Vereinbarung AG
- AN
0,64*Dn50 +/- 0,8*Dn50 Vereinbartes Toleranz-
maß etwas geringer als
international anerkannt
Text (XXL)
Nassbaggerarbeiten im Küstenbereich
Die VOB/C ATV Nassbaggerarbeiten DIN 18311 enthält keine Angaben bzgl. Ausführungsgenauigkeiten
Deutsches Referenzwerk ist die EAU. Die hier angegebenen Ausführungsgenauigkeiten für
Nassbaggerarbeiten wurden mit der EAU 2004 an die international anerkannten Werte angeglichen.
Sofern die Empfehlungen der EAU bei der Vertragsgestaltung eingehalten werden, sind die
Ausführungsgenauigkeiten / Toleranzen im für Auftragnehmer vertretbaren Rahmen, d.h. mit vertretbarem
Profilierungsaufwand zu erreichen.
Nassbaggerarbeiten im Binnenbereich
Wie vor.
Durch die Vergabestellen werden die Anforderungen durch individuelle Vertragsbedingungen auf ein kaum
realisierbares Maß in die Höhe getrieben.
Es wird empfohlen, (weiterhin) die Referenzwerte der EAU inklusive der angegebenen Zuschläge für die
jeweiligen lokalen Baustellenverhältnisse (Wassertiefe, Strömung, ungeschützte Gewässer) als
Grundlage für die Vorgabe von Ausführungsgenauigkeiten (Toleranzen) zu verwenden.
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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Fazit und Empfehlung
Text (XXL)
Technisch mögliche Toleranzen im Wasserbau
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Fazit und Empfehlung
Steineinbauarbeiten
Die international anerkannten Referenzwerte für Einbaugenauigkeiten beziehen sich auf den nominalen
Steindurchmesser Dn50 der jeweiligen Steinklassen, dagegen enthält die ZTV-W lediglich eine allgemeine
Toleranzvorgabe – es wird keine Differenzierung hinsichtlich unterschiedlicher Steinklassen vorgenommen.
Der Vergleich mit den internationalen Regelwerken und den Erfahrungen in der Praxis zeigt, dass die
„vereinfachte“ Festlegung der ZTV-W weder dem Vergleich mit der Realität standhält, noch den international
anerkannten Referenzwerten entspricht.
In der Konsequenz müssten nahezu sämtliche Ausschreibungen, deren Vorgaben zu Einbautoleranzen auf der
ZTV-W basieren, von den jeweiligen Bietern gerügt werden, um ausführungstechnisch realisierbare Toleranzen
als Vertragsgrundlage zu erreichen.
Es wird empfohlen, die ZTV-W zu überarbeiten. Dies sollte in enger Abstimmung zwischen BAW, HTG,
AK 17 und der VdN erfolgen. Die Überarbeitung könnte auf Basis einer Diskussion der internationalen
Referenzwerte erfolgen, zudem könnte durch ähnliche Untersuchungen wie beim Projekt MV2 eine
allgemein anerkannte Grundlage für technisch umsetzbare Toleranzvorgaben geschaffen werden.
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