Ausgabe Symposium Brückenbau in Leipzig BRÜCKENBAU

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1 S YM P O S I U M ISSN L E X I P Z I G Ausgabe Symposium Brückenbau in Leipzig 1

2 1 1. SYM POSI UM LEI PZ I G Umstellung von Stahlverbund auf Spannbeton Neubau der Talbrücke Enzenstetten von Karl Goj Die im Dezember letzten Jahres endgültig fertiggestellte Talbrücke Enzenstetten zeichnet sich gleich durch mehre Besonderheiten aus: Sie ist Teil der längsten und im Abschnitt zwischen Füssen und Nesselwang zudem höchstgelegenen deutschen Autobahn. Darüber hinaus bedurfte sie einer Umplanung, denn nach Abschluss der Gründungsarbeiten und Einrichtung der Taktschiebeanlage musste von der ursprünglich vorgesehenen Stahlverbund- auf eine Spannbetonbauweise»gewechselt«werden, was zusätzliche technische Herausforderungen mit sich brachte. 2 Enzenstettener Brunnenmoos 1 Allgemeines 1.1 Bundesautobahn A 7 Die Autobahn A 7 von Flensburg bis zur Landesgrenze mit Österreich bei Füssen hält mehrere Rekorde: Sie ist mit 962 km die längste deutsche Autobahn. Im gegenständlichen Bauabschnitt zwischen Nesselwang und Füssen ist sie mit einer Höhe von 914 m über NN zugleich die höchstgelegene deutsche Autobahn. Zur Erlangung des Baurechts für diesen Abschnitt vergingen vom Antrag auf Planfeststellung bis zur Abweisung der letzten Klage außerdem 21 Jahre. Nach einer Bauzeit von sieben Jahren konnte der 16,20 km lange und ca. 185 Mio. x teure Abschnitt am 2. September 2009 dem Verkehr übergeben werden. Allerdings war zu dem Zeitpunkt 1 Letzter Bauabschnitt der Bundesautobahn A 7 nur ein Überbau der Talbrücke Enzenstetten errichtet, so dass hier noch zweispurig im Gegenverkehr gefahren werden musste. Seit dem 7. Dezember 2010 ist nun auch jener Engpass beseitigt und die Talbrücke vierspurig befahrbar. 1.2 Rechtsverfahren Im Laufe der langwierigen Rechtsgeschichte der BAB A 7 gewannen ökologische Aspekte immer mehr an Gewicht. Der Schutz des Enzenstettener Brunnenmooses, das von der Neubaustrecke zwischen Nesselwang und Füssen durchschnitten wird, wurde zu einem Knackpunkt im Planfeststellungsverfahren. Nachdem mit Beschluss des Bundesverwaltungsgerichts vom 3. Dezember 2001 der Trassenverlauf endgültig rechtskräftig war, bestand immer noch die Auflage, in einem weiteren ergänzenden Planfeststellungsverfahren neben den Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen sowie dem Lärmschutz auch die ökologische Eingriffsminimierung im Bereich des Enzenstettener Brunnenmooses zu prüfen. Um die Beeinträchtigungen für dieses wertvolle Moorgebiet mit seinem seltenen Artenvorkommen weitestgehend zu verringern, fiel die Entscheidung, eine 557,50 m lange Talbrücke zu errichten. Dabei musste das Kerngebiet des Brunnenmooses mit einer Ausdehnung von 120 m in der Fahrbahnachse als Tabuzone von jeglicher Bautätigkeit freigehalten werden. 2 Gestaltung der Talbrücke Die Gestaltung der Brücke ist das Ergebnis eines Ideenwettbewerbs. Im Rahmen eines vereinfachten Plangutachtens wurden vier Ingenieurbüros eingeladen, wobei jeweils ein Architekt zu beteiligen war. Insgesamt wurden sechs Vorschläge eingereicht, aus denen das Preisgericht einvernehmlich den jetzt realisierten Entwurf der Konstruktionsgruppe Bauen AG, Kempten, als die beste Lösung auswählte. Die Grundidee ist, durch die V-förmig gespreizten, aufgelösten Stahlstützen die Neigung der umliegenden Berge nachzuempfinden. Durch die Spreizung verringern sich außerdem die Stützweiten der Brückenfelder. Dies ermöglichte in Verbindung mit der Konzeption eines zweiteiligen Stahlverbundhohlkastenträgers eine sehr schlanke Überbaukonstruktion. Ein weiteres Gestaltungselement ist die kontinuierliche Reduzierung der Stützweiten und der Überbauhöhen von West nach Ost in dem Maße, wie die Gradientenhöhe über Gelände abnimmt. Dadurch ergeben sich trotz der geringen Höhe der Talbrücke über Gelände von maximal 10 m eine harmonische Einfügung in die Landschaft und der Eindruck einer»schwebenden«optik des Überbaus. 48 BRÜCKENBAU

3 1 1. S YM P O S I U M L E I P Z I G 3 Realisierungsentwurf als Photomontage /Konstruktionsgruppe Bauen AG 3 Technische Konzeption Die Talbrücke Enzenstetten hat eine Gesamtlänge von 558 m. Sie überspannt das Tal mit sechs Brückenfeldern (95 m m + 107,50 m + 95 m + 85 m + 55 m), die Gesamtbreite zwischen den Geländern beträgt für den zweiteiligen Überbau 29,50 m. Der Untergrund im Bereich der Talbrücke ist aus Seeton, tragfähiger Ton- und Sandstein stehen erst in einer Tiefe von m an. Sie wurde deshalb auf 110 Großbohrpfählen mit d = 1,20 m gegründet, die in die tragfähigen Schichten einbinden. Weitere 16 Bohrpfähle erforderte dann die Gründung der Taktschiebeanlage, die Gegenstand eines Sondervorschlags war. Der Amtsentwurf sah hingegen die Montage der Stahlteile des Stahlverbundquerschnittes im Freivorbau mit zwei Hilfspylonen vor. Die Überbauhöhe variiert zwischen 3,50 m und 2,50 m. Im Anschlussbereich zu den Stützen war eine Aussteifung der begehbaren Stahlverbundhohlkästen mit Querträgern geplant, um die Kräfte möglichst zentrisch einleiten zu können. Durch die feste Verbindung der V-förmigen Stahlstützen mit dem Überbau entstehen zusätzlich zu den Horizontalbewegungen aus Temperatur auch Horizontalbewegungen aus der Verkehrslast. Die Berechnungen ergaben nun Lagerwege von ca. 50 km über die Lebensdauer der Brücke. Zur Aufnahme dieser hohen Beanspruchungen wurden MSM - Lager der Firma Maurer Söhne eingebaut. Als Gleitlager mit einem Kalottendurchmesser d = 1,00 m konzipiert, haben sie geringe Reibbeiwerte und 4 Regelquerschnitt sind geeignet für hohe Bewegungsgeschwindigkeiten, hohe Pressungen und Niedrigtemperaturbereiche. 4 Probleme bei der Umsetzung Nach der Auftragsvergabe an eine hessisch-schwäbische Bietergemeinschaft im Juli 2005 wurden zunächst umfangreiche Gründungsarbeiten im nicht tragfähigen Untergrund vorgenommen. Im Sommer 2006 waren dann alle Großbohrpfähle hergestellt und die Gründungsarbeiten im Wesentlichen abgeschlossen. Die Verschubbahn der Taktschiebeanlage war aufgebaut, die Widerlager mit den erforderlichen Hilfskonstruktionen waren errichtet und Engstellen im untergeordneten Straßennetz für die Schwertransporte der Stahlteile ertüchtigt. Nur die Stahltröge kamen nicht. Wegen einer wirtschaftlichen Schieflage war der Subunternehmer für den Stahlbau nicht mehr in der Lage, die Baustelle zu beliefern: Das maßgebende Gewerk war komplett ausgefallen. Der Herbst 2006 verstrich bei bestem Wetter ohne Bautätigkeit. Die Arbeitsgemeinschaft präsentierte nun zwar einen neuen namhaften Subunternehmer, bei den folgenden Verhandlungen kristallisierten sich aber zwei nicht lösbare Probleme heraus: Aufgrund der damaligen Situation am Stahlmarkt waren keine akzeptablen Fertigungstermine für die Stahlbleche zu vereinbaren, und die neuen Baukosten lagen um mindestens 5 Mio. x über dem Angebotspreis. Schließlich wurde der Vorschlag unterbreitet, die Bauweise zu wechseln. 5 Horizontalbewegung aus Verkehrslast Konstruktionsgruppe Bauen AG 6 Baustelle im Sommer Spannbeton als Lösung Man griff auf ein Nebenangebot zurück, das bereits bei der Ausschreibung 2005 zusammen mit einem renommierten Ingenieurbüro abgegeben wurde, nämlich den Brückenüberbau statt in Stahlverbund- in Spannbetonbauweise auszuführen. Die intensive Prüfung dieses Vorschlags ergab, dass die Brücke mit einem Spannbetonüberbau statisch ebenfalls realisierbar ist, ohne die Außenabmessungen und die Optik zu verändern, vor allem aber ohne zusätzliche Eingriffe in das Brunnenmoos verursachen zu müssen. Außerdem garantierte die Arbeitsgemeinschaft unter anderem mit einer von ihr angebotenen Vertragsstrafe, die Brücke zur Auftragssumme von 24,90 Mio. x zu errichten und zumindest einen Überbau bis Sommer 2008 herzustellen, so dass die dringend erwartete Verkehrseröffnung der A 7 doch noch termingerecht möglich schien wenn auch vorübergehend im Bereich der Talbrücke nur einbahnig. Nach eingehenden Prüfungen auf allen Verwaltungsebenen wurde dieser Vorschlag Anfang Dezember 2006 angenommen. 49

4 1 1. SYM POSI UM LEI PZ I G 7 Verbreiterung der Pfahlkopfplatten Autobahndirektion Südbayern 8 Stiel mit Kopfbolzendübel 6 Besonderheiten bei der Umplanung Zunächst waren jedoch umfangreiche Umplanungen notwendig. Da der Spannbetonüberbau fast doppelt so schwer ist wie die ursprünglich angebotene Stahlverbundkonstruktion, war die Statik komplett zu überarbeiten. Die bereits fertiggestellten Fundamente der Brü- 9 Montage und Betonieren der V-Stützen 10 Zusatzschwerter und Quersteifen ckenpfeiler mussten teilweise nachträglich verbreitert und zusätzliche Bohrpfähle eingebracht werden. Mit diesen zusätzlichen Pfählen für die nun erforderlichen Hilfspfeiler kamen zu den schon vorhandenen lfm Bohrpfählen weitere lfm hinzu. Die V-Stiele wurden statt in Stahl- nun in Stahlverbundbauweise ausgeführt, dafür waren insgesamt Kopfbolzendübel, im Mittel pro Stiel erforderlich. Die Errichtung der V-förmigen Stahlverbundstützen war aber auch sonst eine technische Herausforderung. Zunächst wurde der erste Stiel mit einem Kran eingehoben und mit einem Traggerüst in seiner endgültigen Lage fixiert. Nach dem Verschweißen mit dem Fußquerträger konnte dann der zweite eingehoben, mit einem Spannglied mit 650 kn Spannkraft gegen den ersten Stiel abgespannt und verschweißt werden. In gleicher Weise erfolgte die Montage der zweiten parallelen V-Stütze. Die Schweißzeit pro Stiel betrug vier bis fünf Tage, wobei zwei bis vier Quersteifen zwischen den Stützen für die notwendige Stabilität sorgten. Das Betonieren wurde in 4-m-Abschnitten vorgenommen: Zum Verdichten des Betons mit der Rüttelflasche mussten sich Arbeiter ins innere der Stützen begeben. Um ein Ausbeulen der Stahlblechwände durch den Beton- druck zu verhindern, war es zudem unabdingbar, die Stützen an der kritischen Stelle von außen zusammenzuspannen. Zum Betonieren war ein weiteres Spannglied zwischen den V-förmigen Stützen mit einer Spannkraft von 850 kn notwendig. Die Spannglieder wurden so angespannt, dass die Bewegungen der Stiele aufgrund des Betongewichts wieder rückgängig gemacht werden konnten: Sie wurden nicht ausgebaut, sondern wie die Quersteifen in den Überbau mit einbetoniert. Zur Einleitung der Kräfte aus dem Überbau in die Stiele bedurfte es der Anordnung von Zusatzschwertern mit zusätzlichen Kopfbolzen. Die Realisierung des Überbaus in Spannbeton machte schließlich eine komplette Umstellung des geplanten Bauablaufs erforderlich. Anstelle einer Taktschiebeanlage wurde nun an drei Orten mit drei verschiedenen Bauverfahren parallel gearbeitet: mittels Vorschubrüstung, im Freivorbau über der Tabuzone Brunnenmoos und mit konventionellem Leergerüst im Bereich der Bahnlinie. Ein Vergleich der Momente aus den Bauverfahren und dem Eingusssystem zeigt, dass die während der Errichtungsphase auftretenden Momente für die Bemessung maßgeblich waren. An den Übergängen von der Vorschubrüstung auf den Freivorbau im Bereich 11 Errichtung mit verschiedenen Bauverfahren 12 Momentenvergleich: Summe Bauzustände und Eingusssystem Leonhardt, Andrä und Partner GmbH 50 BRÜCKENBAU

5 1 1. S YM P O S I U M L E I P Z I G 13 Rückverankerung mit Deckenlisenen 14 Freivorbau: Spanngliedanordnung in der Fahrbahnplatte der V-Stützen vor und hinter dem zu schützenden Brunnenmoos war eine erhebliche Anzahl von Spanngliedern in der Fahrbahnplatte erforderlich, um die großen Stützenmomente aufnehmen zu können. Die Spannglieder wurden in den Feldern vor den Stützen gestaffelt mit Deckenlisenen rückverankert. Im Abschnitt des Freivorbaus mussten die Spannglieder überdies zweidimensional verschwenkt und im Zuge von sechs Betoniertakten zur Feldmitte hin gestaffelt bis auf vier Spannglieder reduziert werden. Der Stoßbereich in Feldmitte wird mit nur zwei Spanngliedern überbrückt. 7 Schlussbetrachtung Im Laufe der Arbeiten stellte sich schnell heraus, dass die beauftragten Firmen nicht in der Lage waren, den durch den Konstruktionswechsel eingetretenen Zeitverlust aufzuholen Mit der um rund ein Jahr verzögerten Inbetriebnahme der BAB A 7 am 2. September 2009 kehrte aber auf den endlich entlasteten Straßen des Ostallgäus Ruhe ein. Letztlich wurde die für die Brücke vertraglich vereinbarte Gesamtbauzeit um über zwei Jahre überschritten. Unabhängig von den damit verbundenen verkehrlichen und bauvertraglichen Problemen ist die Talbrücke Enzenstetten ein gelungenes Bauwerk, das die gestalterischen Ansprüche bezüglich der sensiblen Voralpenlandschaft voll erfüllt. Autor: Ministerialrat Dipl.-Ing. Karl Goj Oberste Baubehörde im Bayerischen Staatsministerium des Innern, München Bauherr Bundesrepublik Deutschland, vertreten durch die Autobahndirektion Südbayern, Dienststelle Kempten Entwurf Konstruktionsgruppe Bauen AG, Kempten Architekten karl + probst, München Tragwerksplanung Leonhardt, Andrä und Partner, Beratende Ingenieure VBI, GmbH, Dresden Prüfingenieure Dipl.-Ing. Norbert Nieder, Kempten Prof. Dr.-Ing. Gert Albrecht, München Bauausführung Adolf Lupp GmbH, Nidda Glass GmbH, Mindelheim 15 Fertiggestellte Talbrücke Enzenstetten 51