Wie Pfahlgründungsinnovationen und kundenspezifische Ingenieursleistungen das Bauwesen verändern

Vibro-Pfahlbohrgeräte treiben Pfähle durch vertikale Vibrationen in den Boden. Dadurch werden Bodenstörungen und Aushub reduziert und so die Effizienz und Produktivität auf der Baustelle verbessert.

Die steigende Nachfrage nach Pfahlgründungen und Bodenverbesserungen resultiert aus dem Ausbau der Infrastruktur und des Bauwesens, sowohl global als auch lokal. Urbanisierung, industrielle Aktivitäten und der Bedarf an stabilen Fundamenten bei allen Bodenverhältnissen treiben diesen Markt an.

Der Zusammenhang zwischen der Langlebigkeit von Rammmaschinen, geringeren Ausfallzeiten und Umweltbewusstsein wird immer deutlicher. Wo Hebezeuge zum Einsatz kommen, überschneiden sich die Anforderungen an Leistung, Geschwindigkeit, Präzision und Zuverlässigkeit.

Für OEMs ist die Beschaffung langlebiger Komponenten von entscheidender Bedeutung, nicht nur für die Betriebsleistung, sondern auch für die Einhaltung von Umwelt-, Sozial- und Corporate-Governance-Standards (ESG).

Der weltweite Markt für Rammgeräte überstieg laut Grandview Research im Jahr 2023 die Marke von 5 Milliarden US-Dollar und wird bis 2030 voraussichtlich jährlich um 4,2 % wachsen. Projekte für erneuerbare Energien wie Wind-, Solar- und Geothermieenergie sind die Haupttreiber dieses Wachstums, da nachhaltige Energien den gewerblichen und privaten Bau beeinflussen.

In der Baubranche wird zunehmend auf ineffiziente und umweltschädliche Methoden verzichtet. Der Fokus liegt zunehmend auf der Verbesserung der Effizienz auf der Baustelle, der Reduzierung des Energieverbrauchs und der Emissionsreduzierung. Grund dafür sind steigende Kosten, strengere Vorschriften und Umweltbelastungen.

Im Jahr 2023 führte die in Großbritannien ansässige Federation of Piling Specialists (FPS) eine Nachhaltigkeitscharta ein, um die Reduzierung des Kohlenstoffausstoßes und umfassendere ESG-Praktiken zu unterstützen. Die Charta legt Mindeststandards für Mitglieder fest, die sowohl den Betrieb der Baustelle als auch die Unternehmenspraktiken abdecken.

Das internationale Nachhaltigkeitsforum Construction21 hat kürzlich einen Zusammenhang zwischen Umweltauswirkungen und ungeplanten Ausfallzeiten hergestellt, die durch Probleme bei der Gerätewartung entstehen können.

Umfangreiche Projekte können Auswirkungen auf die Oberflächen- und Luftverschmutzung haben, da ein größeres Zeitfenster für potenzielle Abschwemmungen oder Lebensraumzerstörung entsteht. Um wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen ökologische und regulatorische Fallstricke vermieden und gleichzeitig Zeit- und Kostenüberschreitungen eingedämmt werden.

Druck auf Pfahlgründungsunternehmen

Roger Bullivant Limited stellt Maschinen wie das neue 4500 Vibro Piling Rig (abgebildet) für den Einsatz bei Pfahlgründungen und zur Bodenverbesserung her.

Pfahlgründungsunternehmen stehen unter zunehmendem Druck, die Effizienz auf der Baustelle zu optimieren, gleichzeitig den Abfall zu reduzieren und die Flexibilität bei der Installation zu maximieren, indem sie Methoden zur Verbesserung der Bodenstabilisierung optimieren und die geotechnischen Eigenschaften schwacher Böden verbessern.

Um die Anforderungen an Bodenqualität, -tiefe und -belastung zu erfüllen, werden unterschiedliche Methoden eingesetzt, beispielsweise Vibro-Stone-Säulen, Drehbohren und kontinuierliche Spiralverdrängung, die auf der Grundlage spezifischer Standortbedingungen und Projektanforderungen ausgewählt werden.

Rammgeräte sind komplexe Maschinen, die so konstruiert sein müssen, dass sie mit großer Präzision große Kräfte aufbringen können. Die Bediener sind auf Geräte angewiesen, die auf die spezifischen Anforderungen der Baustelle, Umweltvorschriften, örtlichen Verordnungen und Produktivitätsanforderungen zugeschnitten sind.

Der Vorteil von Vibro-Stone-Säulen in Bereichen wie dem Gewerbebau und dem Wohnungsbau liegt in ihrer Fähigkeit, die Bodendichte und -festigkeit zu erhöhen, das Risiko der Schadstoffausbreitung zu minimieren und keinerlei Abraum zu erzeugen.

Dies kann ideal für schwache und befestigte Böden sein, bei denen eine erhöhte Bodentragfähigkeit erforderlich ist, da es dabei hilft, Setzungsprobleme zu mildern und die Konsolidierung zu beschleunigen, was insbesondere bei Projekten mit kontaminierten Böden nützlich ist.

Auf Produktivität setzen

Roger Bullivant, ein Spezialist für die Baubranche, stellt Maschinen für eigene Pfahlgründungs- und Bodenverbesserungsanwendungen her. Sie suchten nach einer technischen Lösung, um Leistungs- und Zuverlässigkeitsprobleme der Hebezeugkomponenten zu beheben, die zu Arbeitsstundenverlusten und verringerter Geschwindigkeit vor Ort geführt hatten.

Probleme in der Lieferkette für Arbeitskräfte in der Fertigung nach der Pandemie wurden auf schwankende Teileverfügbarkeit und Produktionsverzögerungen zurückgeführt. Um eine Lösung zu finden, arbeitete Roger Bullivant Limited mit Koppen & Lethem zusammen, einem in Großbritannien ansässigen Entwickler von Hydraulikgeräten und Vertreiber von Paccar Winch-Produkten, darunter Braden-Winden und -Hebezeuge.

Koppen & Lethem arbeitete eng mit dem Hersteller der Rammmaschine zusammen, um ein kundenspezifisches bidirektionales Hebesystem zu entwickeln, das auf deren Spezifikationen und Anforderungen zugeschnitten war. Dies ermöglichte eine gründliche Bedarfsanalyse und die Zusammenarbeit zwischen den Ingenieurteams. Sie machten sich daran, einen bidirektionalen Rammheber mit einem festen Schleifendesign neu zu konzipieren, bei dem die Kabel an beiden Enden sicher verankert sind – um eine präzise Positionierung und einen durchgängig effizienten Betrieb zu gewährleisten.

Dieser Ansatz wurde durch detaillierte Bilder der Roger Bullivant-Ausrüstung und des einzigartigen Hebezeugaufbaus unterstützt. Design- und Betriebsherausforderungen wurden hervorgehoben, zusammen mit klaren Erwartungen an die Qualitätssicherung und an Teile und Produktionskapazitäten, die die Maschinenleistung bei hohem Arbeitszyklus, die Effizienz vor Ort und die Langlebigkeit der Komponenten unterstützen würden.

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat Braden eine Variante seines CH210A entwickelt, um einen bidirektionalen „Looping“-Hebezeug mit 21.000 Pfund Seilzugkraft für die erste Schicht zu schaffen. Ein Teil des Seils wird eingerollt, während der andere ausgerollt wird, um eine verbesserte Steuerung und Bohrkopfmanipulation zu ermöglichen. Das neue System wurde in die 4500 Vibro Piling-Maschine von Roger Bullivant Limited integriert und verbesserte Präzision, Produktivität und Komponentenhaltbarkeit deutlich.

Laut Gavin Davies, General Manager bei Koppen & Lethem, lag der Schwerpunkt auf der Entwicklung einer zuverlässigen Lösung, die den hohen Anforderungen des Marktes standhält. „Die Steigerung der Produktivität ist das Wichtigste“, bemerkte er und betonte die Bedeutung von Präzision und Leistung bei Rammarbeiten.

Dual-Kabel aktiviert

Rammgeräte sind so konstruiert, dass sie große Kräfte mit großer Präzision anwenden. Beim Einsatz von Hebezeugen überschneiden sich die Anforderungen an Leistung, Geschwindigkeit, Präzision und Zuverlässigkeit.

Die Hebezeuge der Braden CH-Serie sind für die anspruchsvollen Bedingungen schwerer Bauarbeiten konzipiert und verfügen über eine Freilaufkupplung und ein abgedichtetes, hocheffizientes Planetenuntersetzungsgetriebe für Dauerbetrieb.

Die neue Hebezeugvariante CH210A verfügt über ein Schlaufensystem mit an beiden Enden sicher verankerten Kabeln, was eine präzise Positionierung und einen zuverlässigen Betrieb gewährleistet.

Im Vergleich zu einer Standardspezifikation von 200 bar kann der nach der Spezifikation des Rammgerät-OEMs konstruierte Hebezug in Verbindung mit einem Kolbenmotor, der mit 300 bar arbeiten kann, höhere Betriebsdrücke bewältigen. Dies ermöglicht eine höhere Kraft beim Eintreiben oder Herausziehen von Pfählen in dichten oder schwierigen Bodenverhältnissen.

Das Design des Hebezeugs soll eine bessere Kontrolle über die Ausrüstung gewährleisten, Ausfallzeiten reduzieren und die Effizienz vor Ort verbessern. Das System kann Drahtseile mit höherer Festigkeit besser nutzen und wurde für eine längere Lebensdauer bei höheren Drehzahlen und höherem Eingangsdrehmoment entwickelt.

„Die CH210-Loop-Winde war eine schwierige Spezifikation“, sagte Davies. „Ein Teil des Kabels verläuft über die Oberseite und ist oben montiert, und ein anderer Teil ist von unten montiert und kann nach oben und unten gezogen werden.“

„Der Pfahlgründungsmarkt ist ein hart umkämpfter Markt, das Preis-Leistungs-Verhältnis ist entscheidend“, fuhr er fort. „Unsere Idee war, die Kabel an beiden Enden in der Hebetrommel zu montieren. Die Trommel war gerillt, da die Seilführung entscheidend war.“

Die tatsächlichen Kosten ungeplanter Ausfallzeiten

Wenn Baumaschinen ausfallen, erhöht das nicht nur die Betriebskosten, sondern verlängert auch die Projektlaufzeiten. Länger andauernde Projekte können negative Folgen für die Umwelt haben, wie etwa erhöhte Emissionen und Abflussmengen, und sich auch auf die Wahrnehmung des Nachhaltigkeitsprofils des Unternehmens auswirken.

Laut Aberdeen Strategy & Research beliefen sich die durchschnittlichen Kosten von Ausfallzeiten branchenübergreifend im Jahr 2016 auf 260.000 USD pro Stunde, was inflationsbereinigt heute etwa 340.000 USD pro Stunde entspricht. Die Reduzierung von Ausfallzeiten trägt dazu bei, die Arbeitskosten zu senken, die Effizienz vor Ort zu steigern und den CO2-Fußabdruck zu verringern, was den ESG-Zielen entspricht.

Techniken wie das Rütteln von Steinpfählen, bei denen kein Abraum entsteht und die dazu beitragen können, den Schadstoffabfluss von der Baustelle zu verringern, wodurch die Effizienz der Baustelle gesteigert und der ökologische Schutz gestärkt wird, wurden in den letzten Jahrzehnten wichtige weiterentwickelt.

Die Leistungsoptimierung der Hebezeugkomponenten spielt eine entscheidende Rolle bei der Vermeidung unerwarteter Arbeitsunterbrechungen und der Verlängerung der Lebensdauer der Rammausrüstung.

Für OEMs wie Roger Bullivant ist die Optimierung der Lieferketten, der Leistung der Hebezeugkomponenten und der Zuverlässigkeit der Rammmaschinen in einem Sektor, in dem Ausfallzeiten direkte Auswirkungen auf die Umwelt und die Finanzen haben können, möglicherweise von entscheidender Bedeutung.

„In den 1970er und 80er Jahren gab es in allen Branchen in Großbritannien und, wie ich vermute, weltweit Räume voller Ingenieure“, sagte Davies. „Es gab eine Person, die sich um Winden kümmerte, ein Hydraulikteam und ein Elektronikteam.“

Eine Variante des BRADEN CH 210A, ein bidirektionaler „Looping“-Hebezeug, wurde entwickelt, um die Anwendungsanforderungen von Roger Bullivant Limited zu erfüllen.

„Bei den kleinen und mittleren OEMs gibt es keine großen Entwicklungsabteilungen mehr. Daher wird das Spezial-Engineering wie die Winde, die Hydraulik und die Fernbedienung von Koppen & Lethem im Auftrag des OEMs durchgeführt. Alles, was wir tun, ist individuell auf den Kunden zugeschnitten. Das ist es, was sie von uns erwarten.“

Zukunft des Rammmaschinenmarktes

Der Markt für Rammgeräte wächst weiterhin, da Infrastrukturprojekte, die dynamische Lösungen zur Bodenverbesserung und -stabilisierung erfordern, die Nachfrage nach Geräten steigern, die den Nachhaltigkeitszielen und Betriebsanforderungen der Bauunternehmen entsprechen.

Roger Bullivant Limited ist bereits dabei, zusätzliche CH210A-Rammaufzüge in seinen Fuhrpark an Spezialgeräten zu integrieren, um so seine Möglichkeiten zur Bodenverbesserung weiter zu verbessern und die Kraftstoffeffizienz zu steigern.

Andrew Clarke, National Piling Operations Manager bei Roger Bullivant Limited, sagte: „Die Einführung des neuen 4500 Vibro Piling-Bohrgeräts ist eine weitere großartige Ergänzung unserer Flotte. Sie stärkt die Fähigkeiten unserer GI-Abteilung und verbessert Kraftstoffeffizienz und Emissionen. Damit hilft sie uns, unsere Ziele zur Reduzierung unseres CO2-Fußabdrucks bis 2030 zu erreichen.“

Maßgeschneiderte technische Lösungen für Kundenanforderungen sind in einem wettbewerbsintensiven Umfeld von entscheidender Bedeutung. Indem sie die Betriebsbereitschaft ihrer Anlagen aufrechterhalten und unnötige Verzögerungen vermeiden, können Bauunternehmen ESG-Ziele erreichen und gleichzeitig die Produktivität auf der Baustelle steigern.

Todd Razor ist ein im Mittleren Westen der USA ansässiger Geschichtenerzähler, der über Branchenleute und Trends in den Bereichen Bau, Fertigung und Materialhandhabungstechnologien weltweit berichtet.