Maschinenbau

Aug 22, 2023

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 5377 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Details zu den Metriken

Die ingenieurgeologische Studie befasst sich mit der Untersuchung der Bedeutung und des Zusammenhangs zwischen der Bearbeitbarkeit von Boden und Gestein (einem Faktor, der die ingenieurgeologische Struktur des Gesteinsmassivs darstellt) und den übrigen Erdbauparametern, die die Kosten der Bauarbeiten beeinflussen, wie z. B. der Art des Aushubs und seiner Technologie. und ausgehobenes Kubikvolumen. Als Vergleichsinstrument dienten die Erdbaukosten, da sie den tatsächlichen Wert der gegebenen Parameter bei der Durchführung der Erdarbeiten widerspiegeln. Die Bearbeitbarkeit von Boden und Gestein ist der wichtigste Parameter der ingenieurgeologischen Struktur eines Gesteinsmassivs bei allen Erdarbeiten. Der Investor bezahlt den Auftragnehmer für Erdarbeiten auf der Grundlage von Bearbeitbarkeitsklassen, deren Buchwert als Volumeneinheit der Erdarbeiten für ein bestimmtes Projekt ausgedrückt wird. Die Forschungsergebnisse resultieren aus einem Vergleich von 6 Fallstudien zu Kanalbauprojekten im Nordosten der Tschechischen Republik. Die Untersuchung zeigt, dass der wichtigste Faktor bei der Durchführung von Erdarbeiten die spezifische ingenieurgeologische Struktur ist (52 %), die sich in den Parametern der Boden- und Felsbearbeitbarkeitsklassen widerspiegelt, anhand derer alle Erdarbeiten bepreist werden. Der zweitwichtigste Faktor (33 %) ist die Art des Aushubs und seine Technologie. Am unwichtigsten ist das ausgehobene Kubikvolumen (15 %), also das gesamte Kubikvolumen der Erdarbeiten. Die Ergebnisse wurden im Rahmen von drei Bewertungsansätzen ermittelt, wobei die Vergleichseinheit ein Kubikmeter Aushubvolumen bei Erdarbeiten war.

Die Motivation und das Ziel der ingenieurgeologischen Studie (Abb. 1) besteht darin, die Bedeutung des Charakters der geologischen Struktur (dargestellt durch die Bearbeitbarkeit von Boden und Gestein) für die Durchführung von Erdarbeiten zu ermitteln1,2,3,4. Dazu ist es auch wichtig, die Bedeutung anderer Parameter (Art, Technologie und Umfang des Aushubs) zu überprüfen.

Vereinfachte Darstellung der Forschungsziele.

Alle diese Parameter (Faktoren) wirken sich auf die Kosten der Erdarbeiten aus, so dass die Vergleichseinheit die Kosten des Aushubvolumens (m3) sind. Solche Informationen sind wichtig für Investoren und Auftragnehmer (auch für Ingenieurgeologen oder Geotechniker), die Erdarbeiten durchführen. Die Kenntnis der Kosten jedes Parameters bedeutet, dass bei der Planung gebührende Aufmerksamkeit darauf verwendet wird, den Verlauf der Arbeiten vorherzusagen und mögliche Fallstricke zu vermeiden. Die Studie verfolgt auch wissenschaftliche und didaktische Ziele, da sie dazu beitragen kann, Forscher, Lehrer und Studenten auf die Herangehensweise an solche Themen vorzubereiten. Der Erdbau, der Gegenstand dieser Studie ist, stellt einen wichtigen Bestandteil jedes Bauvorhabens dar. Es ist auch Bestandteil aller ingenieurgeologischen Untersuchungen5,6,7. Darüber hinaus sind bei manchen Bauvorhaben Erdarbeiten die dominierende Arbeit, beispielsweise im Kanal- oder Straßenbau. Zur Durchführung dieser Studie haben wir Kanalbauprojekte ausgewählt und 6 verschiedene Kanalbauprojekte als Fallbeispiele aus dem Nordosten der Tschechischen Republik verglichen (Abb. 1). Abwassersysteme wurden von Xu et al.8 und Kang et al.9 diskutiert, allerdings im Zusammenhang mit Geogefahren oder Erdbeben.

Die Studie führt zu quantifizierten Zusammenhängen der Bearbeitbarkeit von Boden und Gestein sowie der Art, Technologie und dem Volumen des Aushubs unter Verwendung eines Vergleichsinstruments der Erdbaukosten (Preis für den Aushub von 1 m3).

Die Bearbeitbarkeit von Boden und Gestein10,11,12,13,14 ist eine Eigenschaft, die durch den Arbeitsaufwand gekennzeichnet ist, der erforderlich ist, um Boden oder Gestein während der Erdarbeiten aufzubrechen und zu laden, bezogen auf eine Volumeneinheit. Sie entspricht dem Widerstand, den der Boden oder das Gestein gegen eine Lockerung ausübt (identisch mit der Brucheigenschaft von Gesteinen), und berücksichtigt das Anhaften (Klebrigkeit) von Gesteinen an Werkzeugen, die Lockerung und die Schwierigkeit beim Verladen auf Fahrzeuge. Sie wird durch 7 Verarbeitbarkeitsklassen15,16 ausgedrückt. Die ähnlichste Eigenschaft ist die Brucheigenschaft von Steinen17,18,19,20,21, sie berücksichtigt jedoch nicht die Arbeit, die zum Laden des bearbeiteten Materials auf ein Fahrzeug erforderlich ist. Bei Erdarbeiten müssen auch Umweltaspekte berücksichtigt werden22,23.

Aus geologischer Sicht liegen die sechs Fundorte (Fallbeispiele, Abb. 2) in den anthropogenen Verfüllungen (Fundort 1), den Äolischen Lösssedimenten (Fundort 2), den Flusssanden und -kiesen (Fundort 3) und den Proluvialkiesen (Fundort 2) vor 4), Flussauen-Ton-, Sand- und Kies-Sand-Sedimente (Fundort 5) sowie marine eluviale Pelite und Psamiten (Fundort 6). Alle Ausgrabungen an den genannten Fundorten wurden in quartären Sedimenten durchgeführt, nur am sechsten Fundort wurde auch die vorquartäre ingenieurgeologische Struktur ausgegraben, die aus marinen Peliten aus dem Karbon besteht.

Lage der Fallstudien in der geologischen Karte (a) Ort 1, (b) Ort 2 und 3, (c) Ort 4, (d) Ort 5, (e) Ort 6. Schematische Abbildungen, die von den Autoren mit der CorelDRAW Graphic Suite erstellt wurden 2019-Software www.coreldraw.com.

Was die Geomorphologie betrifft, so liegen die Fundorte 1 und 5 in der Senke der Äußeren Karpaten; Betrachtet man die genauere Geomorphologie, so liegt Fundort 1 auf der Havířov-Hochebene des Ostrauer Beckens und Fundort 5 in der Oderaue der Mährischen Pforte. Die Fundorte 2, 3 und 4 befinden sich in den Westkarpaten und im Unteren Beskiden-Hochland. Während sich die Ortschaften 2 und 3 im Frýdek-Hügelland befinden, gehört Ortschaft 4 zum Radhošť-Vorland. Die Lokalität 6 liegt im Děhylov-Gebirge des Unterjeseník, das zur Unterprovinz Riesengebirge-Jeseník gehört.

Aus ingenieurgeologischer Sicht müssen die Untergrundschichten des Kanalsystems im Ort des ersten Fallbeispiels in ausgehobene und nicht ausgehobene Schichten unterteilt werden (Abb. 3). Das Kunstbauwerk hatte eine Länge von 1,1 km. Die ausgehobenen Schichten waren (angegeben von der Bodenoberfläche abwärts; von links nach rechts): äolischer Lösslehm (Bodentyp F6 = CL Abb. 3 – Legende; Verarbeitbarkeitsklasse – tt 2), anthropogene Verfüllung (Y mit dem Charakter von G5 = GC ; tt 3), glaziolakustriner Ton (F6 = CL; tt 3), Flusskieslehm (F1 = MG; tt 4) und glaziolakustriner Sand (S3 = SF; tt 2) und glaziolakustriner Ton (F8 = CH; tt 3). Die letzten beiden Schichten wurden sowohl im ausgegrabenen als auch im nicht ausgegrabenen Teil des Untergrunds gefunden (siehe Abschnitt Ingenieurgeologie). Der nicht ausgegrabene Teil besteht aus glaziolakustrinem Kiessand (G3 = GF; tt 2) und glaziolakustrinem Tonkies (G5 = GC; tt 3).

Ingenieurgeologische Abschnitte der Fallstudien (a) Fundort 1, (b) Fundort 2, (c) Fundort 3, (d) Fundort 4, (e) Fundort 5, (f) Fundort 6. Schematische Abbildungen der Autoren mit der Software CorelDRAW Graphic Suite 2019 www.coreldraw.com.

Am Standort der zweiten Fallstudie (Abb. 3b) handelte es sich bei den ausgegrabenen Schichten um äolischen Lösslehm (Bodentyp F6 = CL; Bearbeitbarkeitsklasse – tt 2), Flusskieslehm (F1 = MG; tt 3), Flusslehm (F6). = CL; tt 3) und Flusskies-Sand (G3 = GF; tt 2). Die letzten drei Schichten befanden sich sowohl im ausgegrabenen als auch im nicht ausgegrabenen Teil. Die verbleibenden nicht ausgehobenen Untergrundschichten waren Flusssand (S3 = SF; tt 1), fluvialer Tonkies (G5 = GC; tt 3) und Meereston (F8 = CH; tt 3).

Der Standort der dritten Fallstudie (Abb. 3c) war charakteristisch für äolischen Lösslehm (Bodentyp F6 = CL; Verarbeitbarkeitsklasse – tt 2), Flusskieslehm (F1 = MG; tt 4) und Flusston (F6 = CL). ; tt 3), wobei die letzten beiden Schichten nur teilweise ausgegraben wurden. Zu den nicht ausgegrabenen Schichten gehörten Flusskies-Sand (G3 = GF; tt 2), Flusssand (S3 = SF; tt 2) und Fluss-Tonkies (G5 = GC; tt 3).

Am Standort der vierten Fallstudie (Abb. 3d) bestanden die ausgegrabenen Schichten aus äolischem Lösslehm (Bodentyp F6 = CL; Verarbeitbarkeitsklasse – tt 2), proluvialem Kieslehm (F1 = MG; tt 3) und proluvialem Lösslehm Ton (F6 = CL; tt 3). Die letzte Schicht wurde nur teilweise ausgehoben. Die verbleibenden nicht ausgehobenen Untergrundschichten bestanden aus Proluvialsand (S3 = SF; tt 1), Proluvialton (F8 = CH; tt 3) und Meeressand (R3-5; tt 4).

Der Standort der fünften Fallstudie (Abb. 3e) war charakteristisch für äolischen Lösslehm (Bodentyp F6 = CL; Verarbeitbarkeitsklasse – tt 2), anthropogene Hinterfüllung (Y mit dem Charakter von F8 = CH; tt 3) und Flusston (F8 = CH; tt 3), wobei die letzte Schicht nur teilweise ausgehoben wurde. Bei den nicht ausgehobenen Untergrundschichten handelte es sich um Flusssand (S3 = SF; tt 1), Flusskiesand (G3 = GF; tt 2) und Meereston (F8 = CH; tt 3).

Am Standort der sechsten Fallstudie (Abb. 3f) handelte es sich bei den ausgegrabenen Schichten um anthropogene Hinterfüllung (Bodentyp Y (G5 = GC); Bearbeitbarkeitsklasse – tt 3), Eluvium aus verwitterten Peliten (R5; tt 4), Eluvium aus leichtem verwitterte Pelite (R5; tt 5) und marine gesunde Pelite (R2-4; tt 6). Die letzten beiden Schichten befanden sich sowohl im ausgegrabenen als auch im nicht ausgegrabenen Teil.

Der erste bewertete Faktor waren Bearbeitbarkeitsklassen (Abb. 4), die in den Fallstudien anhand des Klassifizierungsmodells gemäß der Norm CSN 73 305015,16 bewertet wurden. Hierbei handelt es sich um Gesteinsklassifizierungssysteme, die bei Erdarbeiten bei Bauarbeiten eingesetzt werden und der Erdbaupreiskalkulation dienen. Sie beeinflussen jedoch neben dem Preis auch das Bauvorhaben und die Erdbauausführung.

Klassifizierungstabelle der Bearbeitbarkeitsklassen für Boden und Gestein.

Böden und Gesteine ​​werden in 7 Bearbeitbarkeitsklassen eingeteilt (Abb. 4). Dabei kommen verschiedene Klassifizierungskriterien zur Anwendung, die überwiegend davon abhängen, ob es sich um feinkörnige oder grobkörnige Böden, Halbgestein oder Hartgestein handelt. Brauchbarkeitsklassen dienen der Dokumentation aller ingenieurgeologischen Bohrungen, Ausgrabungen, Erdbaupreisen, aber auch der Auswahl geeigneter Vorrichtungen für Erdarbeiten.

Die erste Gruppe sind bindige Böden (Abb. 4). Bindige Böden werden anhand des Plastizitätsindex und des Konsistenzindex in Verarbeitbarkeitsklassen eingeteilt. Die Bearbeitbarkeitsklassen 1, 2 und 3 in feinkörnigen Böden bedeuten, dass der Plastizitätsindex unter 17 liegt, während der Konsistenzindex für die Bearbeitbarkeitsklasse 1 (Boden kann mit einer Schaufel bearbeitet werden) 0,05–0,75 und für die Bearbeitbarkeitsklasse 2 (Böden) 0,75–1,00 beträgt mit Spaten bearbeitbar) oder Konsistenzindex über 1,00 für Bearbeitbarkeitsklasse 3 (Boden kann mit Spitzhacke gelockert werden). Oder wenn feinkörnige Böden einen Plastizitätsindex von mindestens 17 und einen Konsistenzindex von 0,05–1,20 aufweisen, werden solche Böden in die Verarbeitbarkeitsklasse 3 eingestuft. Wenn der Konsistenzindex über 1,20 liegt, handelt es sich um Verarbeitbarkeitsklasse 4.

Bei kohäsionslosen Böden unterscheiden wir zwei Gruppen von Kriterien (Abb. 4). In der ersten Gruppe haben wir die Kombination aus relativer Verdichtung (Dichteindex) und Korngrößenverteilung. Wenn der Dichteindex unter 0,33 liegt und die Körner kleiner als 20 mm sind, handelt es sich um Verarbeitbarkeitsklasse 1. Wenn der Dichteindex zwischen 0,33 und 0,67 liegt und die Korngröße kleiner als 20 mm ist, handelt es sich um Verarbeitbarkeitsklasse 2. Die dritte Option ist kohäsionslose Böden mit einem Dichteindex über 0,67 und einer Korngrößenverteilung unter 50 mm, was der Verarbeitbarkeitsklasse 3 entspricht.

Bei der zweiten Kriteriengruppe handelt es sich um eine Kombination aus Volumenanteil und bestimmter Korngrößenverteilung. Die Verarbeitbarkeitsklasse 1 zeichnet sich durch eine Korngröße unter 20 mm und einen Volumenanteil über 10 % aus. Der verbleibende Volumenanteil unter 10 % ist durch Körner über 20 mm gekennzeichnet. Gleiches gilt für die Verarbeitbarkeitsklassen 2 und 3 – der größte Volumenanteil über 10 % besteht aus Körnern von 20–50 mm (Verarbeitbarkeitsklasse 2) und 50–100 mm (Verarbeitbarkeitsklasse 3). Den kleineren Volumenanteil (unter 10 %) bilden Korngrößen über 50 mm (Verarbeitbarkeitsklasse 2) und über 100 mm (Verarbeitbarkeitsklasse 3). In der Verarbeitbarkeitsklasse 4 ist der Volumenanteil unter 10 % durch eine Korngröße über 250 mm gekennzeichnet, der Volumenanteil 10–50 % für die Korngrößenverteilung 100–250 mm und das verbleibende Volumen ist durch eine geringere Verarbeitbarkeitsklasse 4 gekennzeichnet Die Verarbeitbarkeitsklasse 5 zeichnet sich durch eine Korngrößenverteilung von 250–580 mm (0,1 m3) mm und einen Volumenanteil von 10–50 % und eine Korngröße von 100–250 mm bei einem Volumenanteil von über 50 % aus. Ein ähnliches Prinzip der Volumenprozentsätze gilt in den Verarbeitbarkeitsklassen 6 und 7, wobei die Verarbeitbarkeitsklasse 6 eine Korngrößenverteilung von 250–580 mm (0,1 m3) für einen größeren Volumenanteil (über 50 %) aufweist, während die Verarbeitbarkeitsklasse 7 charakterisiert ist durch Korngrößenverteilung unter 580 mm (0,1 m3). Ein kleinerer Volumenanteil (unter 50 %) ist charakteristisch für eine Korngröße unter 580 mm (0,1 m3) in der Verarbeitbarkeitsklasse 6 und wird in der Verarbeitbarkeitsklasse 7 durch das verbleibende Vorkommen von Hartgesteinen einer niedrigeren Verarbeitbarkeitsklasse als 7 ausgedrückt. Der Größenmittelwert von 580 mm hat in der Norm den Wert 0,1 m3.

Das Vorkommen von hartem Gestein (Abb. 4) ist typisch für höhere Bearbeitbarkeitsklassen, da Gesteine ​​aufgrund ihrer höheren Festigkeit nicht so leicht brechen oder belastet werden. Das Bewertungskriterium ist der Diskontinuitätsabstand. Die Verarbeitbarkeitsklasse 5 zeichnet sich durch Unebenheitsabstände unter 150 mm aus. In der Bearbeitbarkeitsklasse 6 beträgt der Diskontinuitätsabstand 150–250 mm, in der Bearbeitbarkeitsklasse 7 liegt er über 250 mm.

Das am wenigsten wichtige Kriterium für die Beurteilung der Verarbeitbarkeitsklasse ist der Einsatz manueller Werkzeuge oder Maschinen. Handwerkzeuge (Abb. 4) werden nur in den ersten vier Bearbeitbarkeitsklassen verwendet, wobei Bearbeitbarkeitsklasse 1 mit einer Schaufel bearbeitbar ist. In der Bearbeitbarkeitsklasse 2 müssen wir einen Spaten verwenden und in der Klasse 3 müssen wir eine Spitzhacke verwenden. Abgesehen von Schaufeln, Spaten oder Spitzhacken müssen in der Bearbeitbarkeitsklasse 4 ein Keil und ein Vorschlaghammer eingesetzt werden. Für die übrigen Verarbeitbarkeitsklassen müssen wir Maschinen einsetzen.

Für Maschinen (Abb. 4) gelten im Zusammenhang mit Brauchbarkeitsklassen folgende Regeln. Für die Verarbeitbarkeitsklassen 1 und 2 können wir einen Radlader verwenden, für die Verarbeitbarkeitsklassen 3 und 4 verwenden wir einen Bagger und für die Verarbeitbarkeitsklasse 5 verwenden wir einen Aufreißer oder einen schweren Bagger oder Sprengstoff. Für die Bearbeitbarkeitsklasse 6 verwenden wir einen schweren Aufreißer oder Sprengstoff. Für die Verarbeitbarkeitsklasse 7 werden ausschließlich Sprengstoffe verwendet. Entsprechend dem technischen Fortschritt können für die verschiedenen Verarbeitbarkeitsklassen neue Mechanismen zum Einsatz kommen. Gleichzeitig verwenden wir für einige Bearbeitbarkeitsklassen identische Mechanismen, der Unterschied liegt jedoch in der aufgewendeten Energie beim Lösen und Laden. Außerdem kommt es zu unterschiedlichem Verschleiß. All dies muss sich in der gewählten Verarbeitbarkeitsklasse und dem entsprechenden Preis für Erdarbeiten widerspiegeln.

Von allen Eigenschaften, die wir im Rahmen ingenieurgeologischer Untersuchungen bewerten, ist die Bearbeitbarkeit von Boden und Gestein die wirtschaftlich bedeutsamste24,25 für Bauarbeiten, da sie für die Preisgestaltung bei Erdarbeiten herangezogen wird. Dies gilt vor allem bei Bauvorhaben mit dominierendem Erdbauvolumen. Bei Kanalbauprojekten spielt der Erdbau die entscheidende Rolle.

Das erste Bewertungskriterium ist der Einfluss einer bestimmten Verarbeitbarkeitsklasse auf den Preis von 1 m3 Erdbau. Wir haben Diagramme für jede Verarbeitbarkeitsklasse erstellt (Abb. 5a–h), wobei die letzte Abb. 5h die Mindest-, Höchst- und Durchschnittswerte aller Diagramme zeigt, die die Preise der Verarbeitbarkeitsklasse beschreiben.

Grafiken der Preise der Verarbeitbarkeitsklassen (1–7) und eine zusammenfassende Grafik; (a) Verarbeitbarkeitsklasse 1; (b) Verarbeitbarkeitsklasse 2; (c) Verarbeitbarkeitsklasse 3; (d) Verarbeitbarkeitsklasse 4; (e) Verarbeitbarkeitsklasse 5; (f) Verarbeitbarkeitsklasse 6; (g) Verarbeitbarkeitsklasse 7; (h) Mindest-, Höchst- und Durchschnittspreis jeder Verarbeitbarkeitsklasse.

Die erste und zweite Grafik der Verarbeitbarkeitsklassen 1 und 2 (Abb. 5a,b) zeigen im Vergleich zu den übrigen die niedrigsten Preise. Dies ist logisch, da die Verarbeitbarkeitsklassen 1 und 2 die leichteste Zerbrechlichkeit aufweisen. Die Preise in den beiden Verarbeitbarkeitsklassen sind aufgrund einer eher konventionellen Durchschnittsbildung der Preise in den beiden Klassen identisch.

Bezüglich der Kosten der Verarbeitbarkeitsklassen 1 und 2 (Abb. 5a,b) zeigte sich, dass die Mindestkosten für Erdarbeiten 1,7 Euro pro 1 m3 betragen, was 1,8 % des Höchstpreises aller Verarbeitbarkeitsklassen entspricht. Dies liegt daran, dass einfachste Aushubtechnologien zum Einsatz kommen (Straßengraben). Ein weiterer Grund sind die höchsten Volumina (über 5000 m3), die immer günstiger sind (bei größeren Volumina sind Maschinen und Personal bereits vor Ort, wodurch der Preis von 1 m3 günstiger wird). Die Berechnung der Prozentsätze erfolgt durch den Vergleich des Höchstpreises aller Verarbeitbarkeitsklassen. Im Gegensatz dazu liegt der Höchstpreis für Erdarbeiten in den Verarbeitbarkeitsklassen 1 und 2 bei 17,3 Euro (18,6 %), was auf die anspruchsvollste Aushubtechnik (abgeschirmte Grube) und das geringste Kubikvolumen (unter 100 m3) zurückzuführen ist. Der Durchschnittspreis liegt bei 6,4 Eur (6,8 %).

Für die Verarbeitbarkeitsklasse 3 (Abb. 5c) beträgt der Preis 2,2 Euro (2,4 %) pro 1 m3, was einer Steigerung von 0,6 % im Vergleich zu den beiden bisherigen Mindestpreisen für die Verarbeitbarkeitsklasse entspricht. Ähnlich wie im vorherigen Fall handelte es sich um einen Straßengraben mit großem Kubikvolumen (über 5000 m3). Im Gegenteil: Der Höchstpreis in dieser Verarbeitbarkeitsklasse liegt bei 31,0 Euro (33,3 %) bei einer Steigerung von 14,7 %. Auch in diesem Fall wurde eine ähnliche Technologie (abgeschirmte Grube) verwendet und der Kubikinhalt lag unter 100 m3. Der Durchschnittspreis lag bei 9,9 Euro (10,6 %).

Der Mindestpreis der Verarbeitbarkeitsklasse 4 (Abb. 5d) stieg im Vergleich zur vorherigen Verarbeitbarkeitsklasse um 1,0 % auf 3,2 Eur (3,4 %) pro 1 m3. Der Höchstwert stieg um 9,4–42,7 % (Eur 39,8). Was die Korrelation zwischen Preisminimum und -maximum in Bezug auf die Aushubtechnologie und das Kubikvolumen betrifft, so ist die Beziehung mit den vorherigen Fällen kompatibel; Nur im Höchstpreis wurde die Aushubtechnologie von der abgeschirmten Grube auf den abgeschirmten Graben umgestellt. Diese Kategorie hat innerhalb der gesamten Verarbeitbarkeitsklasse 4 durchschnittliche Kosten von 14,9 EUR (16,0 %).

Im Zusammenhang mit dem Mindestpreis der Verarbeitbarkeitsklasse 5 (Abb. 5e) ergab sich der höchste Anstieg (11,4 %) im Vergleich zur Vorgängerklasse auf 14,8 % (13,8 Euro pro 1 m3). Auch beim Höchstpreis kam es zu einer Erhöhung im Vergleich zur bisherigen Verarbeitbarkeitsklasse 4 (von 25,1 %) auf 67,8 % (63,1 Euro). Was den Zusammenhang mit den vorherigen Fällen betrifft, so wurde die Technologie zum Mindestpreis geändert. Anstelle eines Straßengrabens wurde die Technologie eines ungeschützten Grabens verwendet. Was den Höchstpreis betrifft, so ist es ähnlich wie im vorherigen Fall – anstelle der abgeschirmten Grube wurde ein abgeschirmter Graben verwendet. Was das Kubikvolumen betrifft, bezieht sich der Mindestpreis auf Volumina über 5000 m3 und der Höchstpreis unterscheidet sich von den vorherigen Fällen (alle Volumina – unter 100 m3, 100–1000 m3, 1000–5000 m3, über 5000 m3) in den Verarbeitbarkeitsklassen 1–4 Das Kubikvolumen lag stets unter 100 m3. Der Durchschnittspreis in dieser Klasse liegt bei 32,9 Euro und entspricht damit 35,4 % des Höchstpreises in allen Verarbeitbarkeitsklassen.

In der Verarbeitbarkeitsklasse 6 (Abb. 5f) beträgt der Mindestpreis 21,2 Eur (22,8 %) pro 1 m3, was einer Steigerung von 8,0 % im Vergleich zur Verarbeitbarkeitsklasse 5 entspricht. Der Mindestpreis ist für diese Verarbeitbarkeitsklasse identisch mit der vorherigen eine (ungeschirmter Graben), aber der Mindestpreis gilt auch für die ungeschirmte Grube. Der Höchstpreis liegt bei 75,6 Eur (81,2 %) und entspricht einem Anstieg von 13,4 %. Es wird die gleiche Technologie verwendet, nämlich der abgeschirmte Graben. Was das Volumen betrifft, ist die Situation identisch mit dem vorherigen Fall, sowohl was den Mindest- als auch den Höchstpreis betrifft. Der Durchschnittswert liegt bei 41,2 Eur, also 44,2 %.

Für die Verarbeitbarkeitsklasse 7 (Abb. 5g) beträgt der Preis 26,7 Euro (28,7 % für Straßengraben) pro 1 m3, was einer Steigerung von 5,9 % gegenüber dem Mindestpreis der bisherigen Verarbeitbarkeitsklasse entspricht. Für die Technik wurde ein Straßengraben verwendet. Der Höchstpreis in dieser Verarbeitbarkeitsklasse beträgt 93,1 Euro für abgeschirmte Gräben, was 100 % des Höchstpreises für alle Verarbeitbarkeitsklassen entspricht (eine Steigerung von 18,8 % im Vergleich zur Verarbeitbarkeitsklasse 6). Was die Aushubtechnik betrifft, hat sich der Höchstpreis nicht geändert. Beim Kubikvolumen blieben die Zusammenhänge zwischen Mindest- und Höchstpreis unverändert. Bei den Minimalwerten liegt das Erdbauvolumen unter 5000 m3 und beim Maximalwert liegt das Kubikvolumen unter 100 m3, 100–1000 m3, 1000–5000 m3 oder über 5000 m3. Der Durchschnittspreis beträgt 50,0 Eur (53,7 %).

Abbildung 5 zeigt die Häufigkeiten der 6 Fallstudien, in denen die Spalte „Preis“ durch Häufigkeiten und Auftragsanzahl der bewerteten Schichten ergänzt wird. Dies bedeutet, dass die Säule mit einem Preis im ungeschirmten Graben optisch hervorgehoben wird, was in den Fallstudien umgesetzt wurde. Die Fallstudien werden im Folgenden ausführlich beschrieben.

Als zweites Kriterium (Faktor) wird der Einfluss der Abbautechnik beurteilt (Abb. 6a–f). Zur Erstellung von Abb. 6 wurden Daten aus Abb. 5 verwendet, Abb. 6 wird jedoch separat dargestellt, um den oben genannten Faktor unabhängig bewerten zu können.

Diagramme der verschiedenen Arten von Ausgrabungen und verwendeten Technologien; (a) abgeschirmter Graben; (b) abgeschirmte Grube; (c) nicht abgeschirmte Grube; (d) Straßengraben; (e) ungeschirmter Graben; (f) Mindest-, Höchst- und Durchschnittspreis für jede Aushubart und Technologie.

Beim Vergleich aller fünf Technologien (abgeschirmter Graben, unabgeschirmter Graben, abgeschirmter Graben, unabgeschirmter Graben und Straßengraben) zeigt sich, dass der kostspieligste Aushubtyp der abgeschirmte Graben ist (Abb. 6a). Es ist wichtig zu berücksichtigen, dass der Preis die Kosten widerspiegelt und die Kosten die Faktoren widerspiegeln, die im Spiel sind. Der abgeschirmte Graben hat einen linearen Charakter und bei seinem Aushub kann die Leistung der Maschinen nicht wie bei anderen Aushubarten mit eher räumlichem Charakter optimiert werden. Es ist logisch, dass bei dieser teuersten Technologie die Verarbeitbarkeitsklasse 7 am teuersten ist (bei Kubikvolumen unter 100 m3), da es sich um die geologische Struktur handelt, die am schwierigsten aufzulockern und zu belasten ist. Am günstigsten sind dagegen die Verarbeitbarkeitsklassen 1 und 2, die sich am einfachsten lösen und verladen lassen (bei Kubikvolumina über 5000 m3). Das Verhältnis zwischen der günstigsten und der teuersten Verarbeitbarkeitsklasse beträgt das 15-fache (93,1/6,3 = 14,8).

Der zweitteuerste Aushubtyp ist die abgeschirmte Baugrube (Abb. 6b). Durch die Verwendung einer abgeschirmten Grube ist es wahrscheinlicher, dass der schrittweise Aushub räumlich optimiert wird. Am teuersten ist die Verarbeitbarkeitsklasse 7 bei Kubikvolumina unter 100 m3, am günstigsten die Verarbeitbarkeitsklasse 1 und 2 bei Kubikvolumina über 5000 m3. Das Verhältnis der günstigsten zur teuersten Option beträgt das Sechsfache (52,6/8,2 = 6,4).

Der drittteuerste Aushubtyp ist die nicht abgeschirmte Baugrube (Abb. 6c). Gegenüber der bisherigen Technik müssen keine Stützen errichtet werden. Aa für den teuersten und günstigsten Wert ist die Situation identisch mit der abgeschirmten Grube, aber das Verhältnis beträgt das 20-fache (46,8/2,3 = 20,4).

Der Straßengraben ist die viertteuerste Aushubart (Abb. 6d). Im Vergleich zu den vorherigen Aushubarten ist der Aufwand relativ gering und die Optimierung einfach. Das Verhältnis der günstigsten zur teuersten Option ist am höchsten (35-fach; 60,0/1,7 = 35,3). Dies bedeutet, dass die ingenieurgeologische Struktur bei dieser Art von Ausgrabungen (neben dem Kubikvolumen) die wichtigste Rolle spielt. Der Unterschied ergibt sich aus den Unterschieden zwischen den teuersten Verarbeitbarkeitsklassen 6 und 7 (bei einem Kubikvolumen unter 100 m3) und den günstigsten Verarbeitbarkeitsklassen 1 und 2 (bei einem Kubikvolumen über 5000 m3).

Die kostengünstigste Art des Aushubs ist der ungeschützte Graben (Abb. 6e), bei dem die Kosten durch das Fehlen von Grabenstützen gesenkt werden. Das Verhältnis zwischen dem Mindestpreis (Verarbeitbarkeitsklasse 7 und Kubikvolumen unter 100 m3 und 100–1000 m3) und dem Höchstpreis (Verarbeitbarkeitsklasse 1 und 2 bei Kubikvolumen über 5000 m3) beträgt das 19-fache (36,9/2,0 = 18,5). ), was auf die Bedeutung der geologischen Struktur hinweist.

Das dritte bewertete Kriterium (Faktor) ist der Einfluss des ausgehobenen Kubikvolumens pro Preis von 1 m3 im Erdbau. Wir haben vier Diagramme mit vier ausgehobenen Kubikvolumina erstellt, nämlich unter 100 m3 (Abb. 7a), 100–1000 m3 (Abb. 7b), 1000–5000 m3 (Abb. 7c) und über 5000 m3 (Abb. 7d). Gleichzeitig zeigt Abb. 7e die Mindest-, Höchst- und Durchschnittspreise für die vier ausgehobenen Kubikvolumina.

Diagramme der geschätzten ausgegrabenen Kubikvolumina; (a) ausgehobenes Kubikvolumen unter 100 m3; (b) ausgehobenes Kubikvolumen 100–1000 m3; (c) ausgehobenes Kubikvolumen 1000–5000 m3; (d) ausgehobenes Kubikvolumen über 5000 m3; (e) Höchst-, Mindest- und Durchschnittspreis des ausgehobenen Kubikvolumens.

Bei der Bewertung des Kubikvolumens unter 100 m3 (Abb. 7a) besteht eine deutliche Abhängigkeit in dem Sinne, dass die Preise von der günstigsten Verarbeitbarkeitsklasse 1 und 2 bis zur teuersten Verarbeitbarkeitsklasse 7 in jeder Aushubart und Technologie steigen. Es ist auch klar, dass der niedrigste Preis bei einem solchen Kubikvolumen in den Verarbeitbarkeitsklassen 1 und 2 bei Verwendung eines ungeschirmten Grabens liegt. Am teuersten ist hingegen die komplizierte Technologie des abgeschirmten Grabens. In allen Verarbeitbarkeitsklassen steigen die Preise in der Reihenfolge: ungeschirmter Graben, Straßengraben, ungeschirmter Baugrube, abgeschirmter Graben und abgeschirmter Baugrube. Es gibt nur drei Ausnahmen. In der Bearbeitbarkeitsklasse 3 ist die teuerste Technologie die abgeschirmte Grube und die vorletzte Technologie ist der abgeschirmte Graben. Die Reihenfolge dieser beiden Typen ändert sich in den Bearbeitbarkeitsklassen 4 und 5. In den Bearbeitbarkeitsklassen 6 und 7 ist der Straßengraben die zweitteuerste Technologie, da die Kapazität zur Optimierung von Erdarbeiten geringer ist (lineare Aushubarbeiten sind in hartem Gestein schwieriger zu optimieren).

Beim Vergleich des Kubikvolumens unter 100 m3 (Abb. 7a) mit anderen Kubikvolumina (100–1000 m3; Abb. 7b, 1000–5000 m3; Abb. 7c und über 5000 m3; Abb. 7d) ist die Reihenfolge die annähernd identisch. Es gilt die Regel, dass die Preise mit zunehmender Bearbeitbarkeitsklasse und anspruchsvollerer Aushubtechnik steigen.

Beim Vergleich des Verhältnisses zwischen Preisminimum und -maximum (Abb. 7e) im Zusammenhang mit den vier bewerteten Kubikvolumina zeigt sich beispielsweise das Verhältnis zwischen Minimum und Maximum beim kleinsten Kubikvolumen unter 100 m3 (Eur 89,6), was einem 27-fachen Verhältnis entspricht (93,1/3,5 = 26,6). In anderen Volumina beträgt das Verhältnis bei Kubikvolumen über 5000 m3 sogar bis zum 55-fachen (93,1/1,7 = 54,8). Dieser Faktor ist eindeutig wichtig. Betrachtet man die Durchschnittspreise für ausgehobene Kubikvolumina, so beträgt das Verhältnis zwischen dem teuersten Preis für Kubikvolumina unter 100 m3 und dem niedrigsten Durchschnittspreis für ausgehobene Kubikvolumina über 5000 m3 12,3 Euro (13,2 %).

Im Folgenden werden die Ergebnisse der Einflüsse aller wichtigen Parameter beschrieben, die bei der Durchführung von Erdarbeiten eine Rolle spielten und daher auch in deren Preisgestaltung einfließen. Daher spiegelt sich dieser Einfluss im Endergebnis in den Kosten für Erdarbeiten wider. Bei vielen Gebäuden sind Erdarbeiten einer der wichtigsten Posten der gesamten Baukosten. Insbesondere betrifft es solche Bauwerke, die mit großen Volumenänderungen arbeiten, wie beispielsweise der Verschiebung von Gesteinsmassen (Boden oder Gestein). Zunächst wird der Einfluss der Bearbeitbarkeitsklasse bewertet, da dieser Parameter den Arbeitsaufwand widerspiegelt, der zum Aufbrechen und Verladen von Gesteinsmassen erforderlich ist. Das bedeutet, dass leichter zerbrechliche Gesteine ​​(z. B. Erde) einen geringeren Anteil am Gesamtpreis haben als schwerer zerbrechliche Gesteine ​​(z. B. Gestein). Der zweite bewertete Einfluss ist der Einfluss des ausgehobenen Kubikvolumens. Dabei wirken sich mehr Volumenkubikmeter stärker auf den Gesamtpreis aus als kleinere Kubikmeter. Allerdings ist dieser Betrag auch darin zu berücksichtigen, dass ein Kubikmeter in der Gesamtmenge für mehr Volumen Erdarbeiten günstiger sein wird als für weniger Volumen Erdarbeiten. Die dritte Bewertung wird den Einfluss der Art des Aushubs und seiner Technologie umfassen. Zum Beispiel ein ungeschützter Graben, ein Straßengraben, eine geschützte Grube, eine ungeschützte Grube und ein geschützter Graben. Dabei sind einfachere und weniger anspruchsvolle Aushubtypen und deren Technik günstiger als komplexere und anspruchsvollere Typen (im vorherigen Satz sind sie nach dieser Aussage aufsteigend sortiert).

Um die verschiedenen Faktoren (Verarbeitbarkeitsklassen, ausgehobenes Kubikvolumen sowie Art des Aushubs und seiner Technologie) zu vergleichen, die sich auf den Preis von 1 m3 Erdbau auswirken, haben wir den Vergleich der Durchschnittspreise und der Faktoren herangezogen (Abb. 8). Der größte Einfluss auf die Preisgestaltung wurde bei der durch die Bearbeitbarkeitsklasse repräsentierten ingenieurgeologischen Struktur beobachtet, nämlich 46,8 % (Eur 43,6; Abb. 8a). Der Einfluss wurde als prozentuales Verhältnis zwischen dem minimalen und maximalen Durchschnittspreis der niedrigsten und höchsten Verarbeitbarkeitsklasse berechnet. Der zweitstärkste Einfluss wurde mit 29,9 % durch die Art der Ausgrabung und deren Technik beobachtet (Eur 27,8; Abb. 8b). Dieser Einfluss wurde als prozentuales Verhältnis zwischen dem Mindest- und Höchstpreis der günstigsten und teuersten Technologien ermittelt. Der dritte Wert war das ausgehobene Kubikvolumen, also 13,2 % (Eur 12,3; Abb. 8c). Dieser wurde als prozentuales Verhältnis zwischen dem minimalen und maximalen Durchschnittspreis der günstigsten Kubikvolumenkategorie über 5000 m3 und der teuersten Kubikvolumenkategorie unter 100 m3 berechnet.

Diagramme zum Einfluss der verschiedenen Erdbaufaktoren auf den Preis von 1 m3 Erdbau (Bewertungsansatz – Studie 1); (a) Faktor der Verarbeitbarkeitsklasse; (b) Art der Ausgrabung und ihre Technologie; (c) Aushubvolumenfaktor.

Wenn wir alle diese Einflüsse vergleichen, zeigt sich, dass der Einfluss von 46,8 % bei ingenieurgeologischen Bauwerken, die durch Bearbeitbarkeitsklassen repräsentiert werden, einen fast doppelt so hohen (1,6) Einfluss hat wie die Art des Aushubs (29,9 %). Daher ist es bei der Planung von Erdarbeiten besonders wichtig, auf ingenieurgeologische Untersuchungen zu achten, um die geologische Struktur genau wie bei den Verarbeitbarkeitsklassen zu bestimmen. Dies hat einen wesentlichen Einfluss auf die Ermittlung der Erdbaupreise (46,8 %). Der verbleibende Teil des Preises wird durch die Art des Aushubs und seine Technologie (29,9 %) sowie das ausgehobene Kubikvolumen (13,2 %) bestimmt.

Die in diesem Unterabschnitt (Abb. 3) beschriebenen sechs in ingenieurgeologischen Abschnitten bewerteten Kanalfallstudien sind auf der geologischen Karte Abb. 2 lokalisiert. Die verschiedenen Kanalsysteme wurden technologisch als ungeschirmter Graben (Studie 2a) umgesetzt, während ihre Preisgestaltung ist für jeden Ort in Abb. 9a–f angegeben. Die Preise sind in den Abbildungen zusammengefasst. 9g und 10. Jedes Kanalsystem 1–6 (Fallstudie) wurde mit der Technologie des ungeschirmten Grabens umgesetzt, es gibt jedoch auch eine Berechnung für die Technologie des abgeschirmten Grabens (Studie 2b), die nicht umgesetzt wurde.

Diagramm zum Vergleich der ausgehobenen Kubikvolumina (m3) in den verschiedenen Fallstudien und des Preises (EUR) unter Verwendung der Technologie des ungeschirmten Grabens (Bewertungsansatz – Studie 2a) und des abgeschirmten Grabens (Bewertungsansatz – Studie 2b); (a) Ort 1; (b) Ort 2; (c) Ort 3; (d) Ort 4; (e) Ort 5; (f) Ort 6; (g) zusammenfassende Werte für alle Orte.

Diagramm der Gesamtpreise aller Fallstudien in Abhängigkeit von Verarbeitbarkeitsklassen und verschiedenen Schichten, einschließlich ihrer Entstehung; (a) die implementierte Option 2a – ungeschirmter Graben; (b) hypothetische Option 2b – abgeschirmter Graben.

Beim Vergleich der Fallstudien (Abb. 9a–f) wurde festgestellt, dass das größte ausgehobene Kubikvolumen am ersten Ort lag, nämlich 77,0 % (2751,1 m3) aller Orte. Obwohl die erste Fallstudie (Abb. 9a) in 6 Schichten umgesetzt wurde, gab es nur drei Verarbeitbarkeitsklassen (2, 3 und 4). Am dominantesten war die vierte Schicht (489,7 m3), die im ungeschirmten Graben 4943,0 Eur (24,6 %) ausmachte. Die zweite Option des abgeschirmten Grabens war 2,7-mal teurer (13.416,7 Euro).

Die zweite Fallstudie (Abb. 9b) machte 1,9 % (68,5 m3) des gesamten ausgehobenen Kubikvolumens in allen Fallstudien aus. Die Umsetzung erfolgte in vier Schichten und zwei Verarbeitbarkeitsklassen (2 und 3). Am umfangreichsten war die zweite Schicht ab der Erdoberfläche (44,2 m3), die sich bei Verwendung der Technologie des ungeschirmten Grabens auf 268,4 Euro (1,3 %) belief. Die nicht implementierte Technologie des Shielded Trench war 3,3-mal teurer (889,6 Euro).

Im Vergleich zu allen untersuchten Standorten machte die dritte Fallstudie (Abb. 9c) 3,5 % (124,0 m3) des ausgehobenen Kubikvolumens aus. In diesem Fallbeispiel wurden nur drei Schichten bewertet (Verarbeitbarkeitsklassen 2, 3 und 4). Am umfangreichsten (72,1 m3) war die zweite Schicht mit einem Preis für den ungeschirmten Graben von 727,5 Euro (3,6 %) und für den abgeschirmten Graben von 2864,9 Euro (5,0 %). Dies bedeutet, dass der abgeschirmte Graben 3,9-mal teurer war als der ungeschirmte Graben.

Die vierte Fallstudie (Abb. 9d) machte 7,1 % (254,5 m3) des ausgehobenen Kubikvolumens aller Fundorte aus. Die vierte Fallstudie wurde wie oben in drei Schichten implementiert, jedoch nur unter einer Verarbeitbarkeitsklasse (3). Am umfangreichsten war die zweite Schicht ab der Erdoberfläche (148,9 m3). Der Aushub dieses Volumens mit der Technologie des nicht abgeschirmten Grabens kostet 905,0 EUR (4,5 %), und 2088,3 EUR, wenn die Technologie des abgeschirmten Grabens verwendet wird (2,3-mal teurer).

Die fünfte Fallstudie (Abb. 9e) repräsentiert 5,7 % (204,1 m3) des gesamten ausgehobenen Kubikvolumens. Es wurden drei Schichten zweier Verarbeitbarkeitsklassen (2 und 3) ausgehoben. Am umfangreichsten war die zweite Schicht (103,5 m3), die im ungeschirmten Graben 629,4 Euro (3,1 %) und im abgeschirmten Graben 1452,4 Euro kostete (2,3-mal teurer).

Was das gesamte ausgehobene Kubikvolumen betrifft, so beträgt die sechste Fallstudie (Abb. 9f) 4,7 % (168,6 m3). Bewertet wurden dort vier Lagen der Verarbeitbarkeitsklassen 3, 4, 5 und 6. Am voluminösesten war die erste Lage (55,6 m3), die im ungeschirmten Graben 337,9 Euro (1,7 %) und im abgeschirmten Graben 1119,9 Euro (2,0 %) kostete . Interessant ist, dass in dieser Fallstudie die erste Schicht (Verarbeitbarkeitsklasse 3) das größte Volumen aufwies, aber im Vergleich zu höheren Verarbeitbarkeitsklassen die geringsten Aushubkosten verursachte. Dies kam in anderen Fallstudien nicht vor.

Das gesamte ausgehobene Kubikvolumen in allen sechs Standorten betrug 3570,6 m3 (Abb. 9g). Der Gesamtpreis betrug 20.073,4 Euro bei Verwendung der Technologie des ungeschirmten Grabens, während die hypothetische Option 57.219,8 Euro (das 2,9-fache mehr) kosten würde.

Wenn wir alle Fallstudien in einer Grafik auswerten (Abb. 10), lässt sich Folgendes beobachten. Von den sieben Brauchbarkeitsklassen gelang es uns, nur fünf in den sechs untersuchten Orten zu identifizieren (Brauchbarkeitsklassen 2, 3, 4, 5 und 6), sodass die Klassen 1 und 7 außen vor blieben. Am häufigsten war die Bearbeitbarkeitsklasse 3 mit 39,6 % (7.942,8 Euro für den ungeschirmten Graben; Abb. 10a). Interessanterweise besteht diese Klasse aus der höchsten Anzahl genetischer Bodentypen (glaciolacustrine, proluviale, anthropogene, fluviale und äolische Sedimente), während glaciolacustrine Sedimente dominierten (20,5 %). Die zweithäufigste Klasse war die Bearbeitbarkeitsklasse 4 mit 30,6 % (Eur 6134,2), die sich aus drei verschiedenen genetischen Typen zusammensetzte (glaciolacustrine, fluviale und eluviale Sedimente). An dritter Stelle stand die Verarbeitbarkeitsklasse 2 mit 22,4 % (Eur 4498,8) mit 2 genetischen Typen (Glaciolacustrine und Äolische Sedimente). Alle drei dominantesten Klassen waren für den genetischen Typ der glaciolakustrinen Sedimente am häufigsten anzutreffen. Die letzten beiden Brauchbarkeitsklassen 5 (4,3 %) und 6 (3,1 %) hatten nur einen geringen Anteil und wurden durch eluviale und marine Sedimente repräsentiert.

Zur besseren Übersichtlichkeit und zum besseren Vergleich haben wir auch eine Grafik für die Preise für abgeschirmte Gräben erstellt (Abb. 10b). Wir können in allen Fallbeispielen Veränderungen der Gesamtpreise in Abhängigkeit von den Verarbeitbarkeitsklassen beobachten, gleichzeitig gibt es aber auch die unterschiedlichen Schichten und deren Genese. Das Verhältnis des Gesamtpreises für Studie 2a mit der Technologie des ungeschirmten Grabens ist 2,9-mal günstiger als für Studie 2b mit der Technologie des abgeschirmten Grabens.

Abschließend haben wir in diesem Abschnitt (Studien 2a und b) den Einfluss der drei untersuchten Faktoren auf den Preis der Erdbauumsetzung im Abwassersystem ermittelt. Wenn wir den Einfluss von Verarbeitbarkeitsklassen bewerten, wurden Durchschnittspreise zur Bewertung herangezogen. Abbildung 11 zeigt die Diagramme, in denen die ausgehobenen Kubikmengen und ihre Preise in den 6 Fallstudien als Summe verglichen werden.

Diagramme des Einflusses verschiedener Erdbaufaktoren auf den Preis von Aushubarbeiten (Studie 2a – nicht abgeschirmter Graben, erste Spalte; Studie 2b – abgeschirmter Graben, zweite Spalte), (a) Verarbeitbarkeitsklassenfaktor; (b) Faktor des ausgehobenen Kubikvolumens; (c) Art der Ausgrabung und ihre Technologie.

Der erste bewertete Faktor waren die Verarbeitbarkeitsklassen (Abb. 11a). Wir fanden heraus, dass die dominierenden Klassen (für ungeschirmte Gräben – Studie 2a) die Verarbeitbarkeitsklassen 2 (22,4 %), 3 (39,6 %) und 4 (13,7 %) waren. Im Gegensatz dazu waren die Verarbeitbarkeitsklassen 5 (4,3 %) und 6 (3,1 %) am wenigsten dominant. Das Verhältnis zwischen minimalem und maximalem Durchschnittspreis betrug 36,5 %, wenn man die Technologie des ungeschirmten Grabens berücksichtigt. Es besteht eine Analogie zur zweiten Option des abgeschirmten Grabens (Studie 2b), jedoch betrug das Verhältnis zwischen minimalem und maximalem Durchschnittspreis 31,2 %. Offensichtlich wurden die extremen Bearbeitbarkeitsklassen (1 und 7) in den 6 Fallstudien nicht ausgehoben und waren daher nicht im Preis enthalten.

Der zweite bewertete Faktor war das ausgehobene Kubikvolumen (Abb. 11b). Die dominanteste Gruppe (im nicht abgeschirmten Graben – Studie 2a) war ein Kubikvolumen von 100 bis 1000 m3 (63,8 %), und die am wenigsten dominante Gruppe war ein ausgehobenes Kubikvolumen von 1000 bis 5000 m3 (17,6 %). Der Unterschied im Durchschnittspreis zwischen dem günstigsten und dem teuersten Kubikvolumen betrug 46,2 %. Die Reihenfolge der bewerteten Kubikvolumina für abgeschirmte Gräben (Studie 2b) war identisch mit der zweiten bewerteten Gruppe für ungeschirmte Gräben (Studie 2a), während die Differenz zwischen dem günstigsten und dem teuersten Kubikvolumen unter Berücksichtigung der Durchschnittspreise 33,3 % betrug. Das Kubikvolumen über 5000 m3 fehlt, da es nur Teil der Studie 1 war.

Der dritte bewertete Faktor bestand darin, die implementierte Technologie des ungeschirmten Grabens mit den Kosten des abgeschirmten Grabens zu vergleichen (Abb. 11c). Der Unterschied in den Durchschnittspreisen der beiden Technologien betrug 161,1 %.

Als Fazit der Studien 2a und 2b können wir festhalten, dass wir einen strukturierten Einfluss von Faktoren identifiziert haben (Abb. 12). Um die Ergebnisse der zweiten Studie vergleichen zu können, geben wir auch die Ergebnisse der Studie 1 an (Abb. 12a). Was die zweite Studie betrifft, so war bei der Technologie des ungeschützten Grabens (Studie 2a) mit 66 % der ausschlaggebendste Faktor die Art des Aushubs und seine Technologie (Abb. 12b); Der zweite Faktor war das ausgehobene Kubikvolumen mit 19 % und der dritte Faktor war der Einfluss der Verarbeitbarkeitsklasse mit 15 %. Bei der Technologie des Schutzgrabens (Abb. 12c; Studie 2b) war der Einfluss analog: 49 % (Art des Aushubs und seine Technologie), 26 % (ausgehobenes Kubikvolumen) und 25 % (Verarbeitbarkeitsklasse).

Diagramm der Studienergebnisse mit quantifiziertem Einfluss der verschiedenen Faktoren auf den Preis von Erdarbeiten (Verarbeitbarkeitsklasse, Art des Aushubs und seiner Technologie, ausgehobenes Kubikvolumen), (a) Studie 1; (b) Studie 2a; (c) Studie 2b.

Diese Ergebnisse werden durch die unterschiedliche Anzahl der Ausgrabungsarten beeinflusst. In Studie 2 verglichen wir nur zwei Technologien (abgeschirmter und ungeschirmter Graben), während wir in Studie 1 fünf Arten von Ausgrabungen verglichen. Weiter fehlten in den 6 Fundorten (Fallstudien) die extremen Bearbeitbarkeitsklassen 1 (lockerer, unbefestigter Boden, der mit einer Schaufel bearbeitbar ist) und 7 (gesundes Hartgestein). Der letzte Grund ist, dass das Kubikvolumen über 5000 m3 in den Fallstudien nicht bewertet wurde. Durch die Kombination dieser Randbedingungen wurden die Faktoren erheblich beeinflusst.

Wir haben zwei Studien (Bewertungsansätze) durchgeführt, in denen der Einfluss verschiedener Faktoren (Bearbeitbarkeitsklasse, Art des Aushubs und seiner Technologie sowie ausgehobenes Kubikvolumen) auf den Preis von Erdarbeiten untersucht wurde. Für Studie 1 verwendeten wir die Bewertungseinheit 1 m3 ausgehobener Boden. Studie 2 wurde auf der Grundlage von 6 Fallstudien bewertet, in denen verschiedene Faktoren auf der Grundlage des tatsächlichen Umfangs der Erdarbeiten, des tatsächlichen Umfangs der ausgehobenen und belasteten Schichten und ihrer Bearbeitbarkeitsklassen bewertet wurden. Alle diese Faktoren wurden als Vertreter des ingenieurgeologischen Einflusses auf den Preis von Erdarbeiten angesehen. Gleichzeitig haben wir den Einfluss der durchgeführten Aushubart und ihrer Technologie (ungeschirmter Graben – Studie 2a) bewertet und mit einer komplizierteren Technologie (geschirmter Graben – Studie 2b) verglichen.

In Studie 1 haben wir die folgende Reihenfolge des Einflusses auf den Preis von Erdarbeiten ermittelt. Der erste dominierende Faktor war die Verarbeitbarkeitsklasse mit 52 %. Der zweitwichtigste Faktor war mit 33 % die Art des Aushubs und seine Technologie. Den geringsten Einfluss auf den Preis von Erdarbeiten konnte das ausgehobene Kubikvolumen (15 %) feststellen, was etwas überraschend ist, wenn man bedenkt, dass das Volumen nach allgemeiner Auffassung zu den entscheidenden Preisfaktoren gehört.

Studie 2 wurde in zwei Varianten (2a und 2b) umgesetzt, wobei die erste Variante das real ausgehobene Abwassersystem unter Verwendung der Technologie des ungeschützten Grabens in 6 Fallstudien betraf. Die zweite Variante wurde zum Vergleich mit Studie 2a hypothetisch berechnet.

Die Ergebnisse in Studie 2a unterschieden sich von Studie 1 und hatten die folgende Reihenfolge der Faktoren: Der größte Einfluss wurde bei der Art des Aushubs und seiner Technologie beobachtet (66 %), an zweiter Stelle kamen die Verarbeitbarkeitsklassen (19 %) und an dritter Stelle kam der kubische Aushub Volumen (15 %). In Studie 2b stellten wir fest, dass der größte Einfluss in der Art des Aushubs lag (49 %), an zweiter Stelle kam das ausgehobene Kubikvolumen (26 %) und an dritter Stelle die Verarbeitbarkeitsklassen (25 %).

Die Kombination aus Kubikvolumen und Dominanz oder Fehlen bestimmter Verarbeitbarkeitsklassen verursachte ein Verhältnis in den Faktorquantifizierungen. Die Reihenfolge des Faktoreinflusses auf den Preis von Erdarbeiten hat sich im Vergleich zu Studie 1 deutlich geändert, was uns eine bessere Beurteilung der Aussagekraft dieser Untersuchung ermöglicht.

Studie 1 scheint eine höhere Validität zu haben, da wir alle drei Faktoren im gesamten Spektrum aller Kategorien bewertet haben. In Studie 2 fehlten einige Kategorien, z. B. gab es bei den Verarbeitbarkeitsklassen keine Verarbeitbarkeitsklassen 1 und 7. Außerdem konnte die Kategorie des ausgehobenen Kubikvolumens über 5000 m3 nicht in die Quantifizierung einbezogen werden. Was den dritten Faktor (Art des Aushubs und seine Technologie) betrifft, haben wir nur zwei Kategorien verglichen (ungeschirmter Graben und abgeschirmter Graben). Basierend auf dem oben Gesagten ist die Validität von Studie 2 geringer. Es kommt jedoch sehr selten vor, dass ein Ort alle Kategorien aufweist. Studie 2 ist wertvoll, da es sich um reale Orte (Fallstudien) handelt, was für eine solche Bewertung wichtig ist. Trotz der Ergebnisse ist es die Methodik, die wichtig ist. Eine solche Methodik kann auch an anderen Orten angewendet werden.

Angesichts der Tatsache, dass Erdarbeiten eine der dominierenden Arbeitsgruppen in der Bauindustrie darstellen, ist diese Studie aufgrund der strukturierten Aufmerksamkeit für jeden bewerteten Faktor der Erdarbeiten wichtig für die Ingenieurgeologie, die Geotechnik und die gesamte Bauindustrie.

Die ermittelten Einflüsse und Quantifizierungen können für Forschungs- und Lehrzwecke genutzt werden, um allen Fachkreisen Hinweise zu geben, worauf bei der Dokumentation und Kartierung von Gebäudestandorten Einfluss zu nehmen ist, um die Verarbeitbarkeitsklassen korrekt zu ermitteln. Die verschiedenen Faktoren bestimmen die Gesamtkosten der Erdarbeiten, während die Kosten der Erdarbeiten den Preis eines Bauvorhabens beeinflussen. Eine wichtige Erkenntnis ist, dass die korrekte Identifizierung der Verarbeitbarkeitsklassen den dominanten Einfluss auf den Preis hat.

Alle im Rahmen dieser Studie analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel enthalten.

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Die Autoren danken VŠB – Technische Universität Ostrava für die Unterstützung des Projekts (SP2020/49 und SP2021/59), in dessen Rahmen dieser Artikel erstellt wurde. Alle Abbildungen und Diagramme wurden von den Autoren mit der Software CorelDRAW Graphic Suite 2019 www.coreldraw.com erstellt.

Diese Arbeit wurde von der Fakultät für Bergbau und Geologie der VŠB – Technische Universität Ostrava unterstützt, Projekte: SP2020/49 und SP2021/59.

Abteilung für Geologie, Fakultät für Bergbau und Geologie, VŠB-Technische Universität Ostrava, 708 33, Ostrava, Tschechische Republik

Marian Marschalko, Dominik Niemiec, David Neuman und Veronika Glacova

Abteilung für Geodäsie, Fakultät für Geoingenieurwesen, Universität Ermland und Masuren in Olsztyn, Oczapowskiego 2, 10-719, Olsztyn, Polen

Dariusz Popielarczyk

Abteilung für Umweltingenieurwesen, Fakultät für Bergbau und Geologie, VŠB-Technische Universität Ostrava, 708 33, Ostrava, Tschechische Republik

Simona Matuskova

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Alle Autoren haben zur Konzeption und Gestaltung der Studie beigetragen. Die Materialvorbereitung, Datenerfassung und Analyse wurden von DP, SM, DN, DN und VG durchgeführt. Der erste Entwurf des Manuskripts wurde von MM verfasst und alle Autoren kommentierten frühere Versionen des Manuskripts. Alle Autoren haben das endgültige Manuskript gelesen und genehmigt.

Korrespondenz mit Dariusz Popielarczyk.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Marschalko, M., Popielarczyk, D., Matuskova, S. et al. Ingenieurgeologische Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Boden- und Gesteinsbearbeitbarkeit, Art und Menge des Aushubmaterials sowie Erdbaukosten (sechs Fallstudien). Sci Rep 13, 5377 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-31859-3

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Eingegangen: 23. Oktober 2022

Angenommen: 20. März 2023

Veröffentlicht: 02. April 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-31859-3

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