4 Wirrbachtalbrücke Entwurf und Ausführung einer schlanken Bogenbrücke im Thüringer Wald bei Geschwenda

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1 4 Wirrbachtalbrücke Entwurf und Ausführung einer schlanken Bogenbrücke im Thüringer Wald bei Geschwenda Dipl.-Ing. Helmut Roesler Leonhardt, Andrä und Partner Beratende Ingenieure VBI GmbH, Erfurt Dipl.-Ing. Rolf Jung Leonhardt, Andrä und Partner Beratende Ingenieure VBI GmbH, Dresden 4.1 Allgemeines Die Bundesstraße B 88 ist eine wichtige Verbindungsstraße entlang dem nördlichen Rand des Thüringer Waldes mit Anschluß an die neue Autobahn A 71 nahe den Orten Geraberg und Geschwenda. Die zukünftige Verkehrsbelastung als Autobahnzubringer und die enge Ortsdurchfahrt erfordern die Ortsumfahrung von Geschwenda, bei der das tief eingeschnittene Wirrbachtal in ca 40 m Höhe gequert wird. 4.2 Entwurf Die Bundesstraße B 88 ist im Bauwerksbereich in einer Kurve mit einem Radius von R = 540 m trassiert. In Längsrichtung liegt die Gradiente in einer Wanne mit einem Ausrundungshalbmesser von 6100 m. Die Längsneigung beträgt am südlichen Widerlager (Achse 10) 1,1 %, am nördlichen Widerlager (Achse 140) 4,9 %. Die Fahrbahnbreite auf der Brücke beträgt infolge des großen Schwerlastanteils auf diesem Streckenabschnitt 8,00 m, die Gesamtbreite zwischen den Geländern 11,50 m. Die Brücke wird für zivile Verkehrsklassen der Brückenklasse 60/30 nach DIN 1072 bemessen, für Militärlasten nach STRANAG 2021 im Einbahnverkehr für MLC 100 im Zweibahnverkehr für MLC 50/ Bauwerksgestaltung In der Vorplanung wurden mehrere Brückenlösungen untersucht und in Hinblick auf folgende Randbedingungen bewertet: Talform tief eingeschnittenes V-Tal Lage der Brücke Exponierte Lage in landschaftlich reizvoller Umgebung Sichtbeziehungen Die Brücke liegt ortsnah in Höhe der Bebauung. Die zwischen Dorfrand und Standort der Brücke gelegene Kuppe verhindert die Sicht vom Ort in den Talgrund und gibt nur den Blick auf den Brückenüberbau knapp über dieser Kuppe frei. Eine weitere Sichtbeziehung besteht von der Tank- und Rastanlage Geraberg und dem Ostportal des Tunnels Alte Burg. 85

2 86 Bild 4.1: Ansicht und Grundriß

3 Umwelt Im Tal befindet sich ein weitgehend natürlicher Bachlauf mit begleitendem Gehölz, die Hänge sind stark bewaldet. Gründung Im Bereich der Talflanken läßt der anstehende untere Muschelkalk Flachgründungen zu. Im Talgrund werden durch bis zu 10 m mächtige Lockergesteinsablagerungen Gründungen sehr aufwendig. Die exponierte Lage mit vielfältigen Blickbeziehungen und ungünstigen Gründungsverhältnissen im Talgrund führte zur gut in die Landschaft eingefügten, schlanken Bogenbrücke mit der Gesamtlänge von 235 m und der Bogenstützweite von 100 m Geometrie und statisches System Die Talbrücke über den Wirrbach ist insgesamt 235 m lang mit Stützweiten zwischen 14 und 24 m. Der Überbau ist ein zweistegiger konstant durchlaufender Plattenbalken aus Spannbeton B 45 mit einer Konstruktionshöhe von 1,40 m. Der Überbau ist im Bogenscheitel auf 14,50 m Länge mit dem Bogen monolithisch verbunden. Somit bildet sich der Festpunkt der Brücke in Bogenmitte aus. Die Pfeiler auf dem Bogen sind schlanke Rundstützen mit einem Durchmesser von 0,8 m. Die übrigen Pfeiler sind als schlanke Scheiben mit einer Dicke von 60 cm bzw. 80 cm ausgebildet. Sämtliche Pfeiler bzw. Rundstützen sind ohne Lager und Fugen fest mit dem Überbau verbunden. In den Pfeilerachsen 20 und 130 sind aufgrund der größeren Dehnwege Betongelenke zwischen Überbau und Pfeiler angeordnet. Die Rundstützen auf dem Bogen sind ebenfalls über Betongelenke mit dem Überbau verbunden. Nur an den Widerlagern sind Verformungsgleitlager eingebaut. Die 4 Stützenreihen auf dem Bogen ermöglichen eine gute Transparenz und ergeben statisch-konstruktive Vorteile. So werden durch die schlanken Rundstützen keine Momente in den in Querrichtung empfindlichen Bogen eingeleitet. Querlasten werden konzentriert an den Kämpferscheiben abgeleitet. Die Kämpferscheiben sind zur Kurvenaussenseite stark verbreitert. Diese Pfeilerform zeigt dem Betrachter, daß hier größere Kräfte abgetragen werden müssen. Die übrigen Pfeilerscheiben werden ihrer untergeordneten Funktion gemäß ohne Anzug ausgebildet. Bild 4.2: Regelquerschnitt 87

4 4.2.3 Bogen Der 100 m weit gespannte Bogen ist als massiver Rechteckquerschnitt mit einer Bauhöhe von 1,30 m am Kämpfer und 90 cm im Scheitel ausgebildet. Dies ergibt Schlankheiten von l/h = 77 am Kämpfer bzw. l/h = 111 am Scheitel. Der Bogen folgt im Aufriss der Form einer Parabel zweiten Grades. Aufgrund der im Radius verlaufenden Trasse wurde eine asymetrische Form des Bogens gewählt. Die Bogeninnenseite verläuft im Grundriss in einem Radius von 399 m. Die Bogenaußenseite verläuft im Radius von m. Die Bogenbreite beträgt am Kämpfer 9 m und nimmt bis zum Scheitel auf 5,60 m ab. Die so gewählte Asymetrie verringert die Exzentrizität des Bogens im Grundriss und somit auch die Torsion infolge Eigengewicht. Der Bogen ist in Stahlbeton B 45 ausgeführt. Bild 4.3: Gründung Kämpfer 88

5 4.2.4 Gründung Die Widerlager wurden flach auf einer Dammvorschüttung gegründet. Die Höhe der endgültigen Trassen- Dämme beträgt ca. 6,0 m. Die Pfeiler in Achse 20, 30 und 120 wurden auf dem verwitterten Festgestein flach gegründet. Teilweise wurden Ausgleichsschichten in unbewehrtem Beton B 15 ausgeführt. An den Kämpfern in Achse 40 und 110, sowie an der Achse 130 wurden auf Grund der starken Klüfte und Verbrüche im Festgestein Verpreßpfähle GEWI 63,5 mit einem Pfahldurchmesser von 150 mm erforderlich. 4.3 Bauausführung Bild 4.4: Traggerüst Bogen Nach der Herstellung der Kämpfer wurde ein flach gegründetes Traggerüst bestehend aus insgesamt fünf Gerüsttürmen symmetrisch zum Bogen aufgebaut. Die Gerüsttürme sind untereinander mit jeweils vier Rüstträgern, die gleichzeitig die Schalung aufnehmen, am Kopf verbunden. Die seitlichen Gerüsttürme wurden zur Aufnahme von Horizontalkräften zu den Kämpfern hin rückverankert.zum Ausgleich von Baugrundsetzungen wurden die Gerüsttürme auf Stellringpressen gelagert. 89

6 Die Bogenbetonage erfolgte in fünf Bauabschnitten ohne Konterschalung, wobei jeweils die ersten vier Bauabschnitte zur Vermeidung großer Horizontalkräfte symmetrisch von beiden Seiten gleichzeitig betoniert wurden. Vor der Betonage des Bogenscheitels wurden die aufgetretenen Setzungen durch Hochfahren der Pressen so ausgeglichen, dass keine Zusatzmomente infolge der Bogenherstellung an den Kämpfern auftraten. Nach der Herstellung der Rundstützen und Pfeilerscheiben wurde der Überbau beginnend von Achse 140 in insgesamt 10 Bauabschnitten mit einer selbstfahrenden Vorschubrüstung errichtet. Zur Aufnahme der Horizontalkräfte im Bauzustand wurde am Widerlager 140 ein temporärer Festpunkt eingebaut. Nach Herstellung des 3. Bauabschnittes konnte dieser entfernt werden, da die Pfeiler ausreichend Steifigkeit besitzen, um die auftretenden H-Kräfte aufzunehmen. Durch die asymetrische Betonierfolge des Überbaus im Bogenbereich mußte zur temporären Aussteifung des Bogens das Traggerüst unter dem Bogen verbleiben. Zur Minimierung der Vertikalverformungen wurde jedoch das Traggerüst zunächst abgelassen, so dass der Bogen selbsttragend für sein Eigengewicht wirkte. Zur Herstellung des Überbaus wurde das Traggerüst wieder kraftschlüssig angedrückt. Die Betonierlängen des Überbaus betrugen zwischen 16 m und 29 m. Bild 4.5: Vorschubrüstung Bild 4.6: Brückenansicht von Süden 4.4 Projektbeteiligte Bauherr: Entwurf: Auftragnehmer: Genehmigungs- und Ausführungsplanung: Prüfingenieur: Bauüberwachung: Bundesrepublik Deutschland, Freistaat Thüringen vertreten durch die DEGES, Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH, Berlin Leonhardt, Andrä und Partner, Beratende Ingenieure VBI, GmbH Ingenieur- und Tiefbau Stetzler, Leipzig Leonhardt, Andrä und Partner, Beratende Ingenieure VBI, GmbH Dr-Ing. Zichner, Berlin Köhler und Seitz, Nürnberg 90

7 Bild 4.7: Brücke in der Landschaft 4.5 Datenblatt Länge der Brücke: 235 m Breite zwischen Geländern: 11,5 m Baubeginn: Januar 2001 Verkehrsfreigabe: 5. Juli 2003 Baukosten (brutto): 4 Mio. e Verpresspfähle: 3600 m Beton Beton Unterbauten: 2920 m 3 Betonstahl Unterbauten: 327 t Ortbeton Überbau: ca m 3 Betonstahl Überbau: 212 t Spannstahl Überbau: 73 t 91