991. Jahrgang September 2014, S ISSN A Bautechnik

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1 Bautechnik 991. Jahrgang September 2014, S ISSN A 1556 Sonderdruck Zeitschrift für den gesamten Ingenieurbau Ausführungsplanung für die Baugrube des Trogbauwerkes im Zuge der B 96n auf Rügen

2 DOI: / bate Johannes Herbort, Björn Helfers BERICHT Ausführungsplanung für die Baugrube des Trogbauwerkes im Zuge der B 96n auf Rügen Nach der Fertigstellung der 2. Strelasundquerung, ein schließ - lich der Anbindung an die BAB1, BAB11 und BAB20 ist die Insel Rügen schnell und komfortabel zu erreichen. Zur Abwicklung der an- und abfahrenden Verkehre ist der Neubau der B 96n auf Rügen erforderlich. Mit einem ca. 485 m langen Trogbauwerk (BW ) kreuzt die neue Trasse der B 96n die Bahnstrecke 6321 niveaufrei. Das Bauwerk wurde 2014 fertiggestellt. Gegenstand des Berichtes sind die bauablauf- und geotechnisch begründeten Planungsherausforderungen zur Umsetzung und wirtschaftlichen Optimierung der Baugrube sowohl in der Angebots- als auch in der Ausführungsplanung. Detailed design for the excavation pit of the trough construction in the course of B 96n on Rügen After completion of the 2 nd Strelasundquerung, including the transport connection to the motorways A1, A11 and A20, the isle of Rügen will be quickly and comfortable accessible. The construction of the B 96n on Rügen is required in order to handle the in- and outbound traffic. Due to the new construction of the 485 meter trough construction , the B 96n crosses the railway line 6321 without changing height above terrain level. The construction has been completed in The report is based on the building process and the geotechnical planning challenge concerning the implementation and the economical optimization of the excavation pit. Both refer to the tender planning as well as to the detailed engineering. Keywords: Rügen; B 96n; Trogbauwerk, Baugrube; Spundwand; UW-Beton- Sohle Keywords: Rügen; B 96n; Trogbauwerk, Baugrube; Spundwand; UW-Beton- Sohle 1 Einleitung Mit Fertigstellung der Bundesautobahn A 20 Verkehrsprojekt Deutsche Einheit Nr. 10 einschließlich der Anbindungen an die BAB1 bei Lübeck und BAB11 bei Prenzlau ist die Insel Rügen schnell und komfortabel über den Abzweig Stralsund und die neue Brücke über den Strelasund zu erreichen. Um diese Verkehrsströme auch auf der Insel zügig und sicher führen zu können, ist der Neubau der Bundesstraße B 96n erforderlich. Im Zuge des Neubaus der Bundesstraße B 96n im Streckenabschnitt Bergen Samtens Altefähr wird bei dem Bau-km ,877 der B 96n die Bahnstrecke 6321 beim km 232,8+89 niveaufrei gekreuzt. Zu diesem Zweck muss die Gradiente der B 96n unter der bestehenden nahezu ebenerdigen Bahnstrecke hindurchgeführt werden. Bei dem zu errichtenden insgesamt 485 m langen Ingenieurbauwerk handelt es sich um eine Eisenbahnüberführung (EÜ) mit anschließenden Trogbauwerken sowie um ein Pumpwerk. Das Bauwerk gliedert sich in folgende Abschnitte: Trogbauwerk Ost: km bis km L = 110 m Eisenbahnüberführung: km bis km L = 80 m Trogbauwerk West: km bis km L = 295 m Um die EÜ errichten zu können, werden die Gleise der Strecke Stralsund Bergen während der Bauzeit nach Osten umverlegt und nach Fertigstellung der EÜ wieder in die ursprüngliche Lage verschwenkt. Aufgrund des ortstypisch annähernd geländenah anstehenden Grundwassers war für die Errichtung des Bauwerkes eine wasserdicht umschlossene Baugrube erforderlich. Die für Planung und Ausführung dieser Baugrube maßgebenden Aspekte werden im folgenden Bericht erläutert. 2 Ausschreibungsentwurf 2.1 Eisenbahnüberführung Die Eisenbahnüberführung wurde als eine geschlossene flach gegründete wasserundurchlässige Stahlbetonrahmenkonstruktion ausgeführt, die durch Raumfugen von den anschließenden Trogbauwerken getrennt ist. Zur Gewährleistung eines rechtwinkligen Übergangs von der Strecke auf das Bauwerk, ist eine zementverfestigte Hinterfüllung gemäß RIL angeordnet. Hauptabmessungen: Stützweite Rahmen senkrecht: 15,20 m Lichte Weite: 14,00 m Lichte Höhe: > 4,70 m Breite zwischen den Geländern: i. M. 63 m Kreuzungswinkel: 22,428 gon 2 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Sonderdruck aus: Bautechnik 91 (2014), Heft 9

3 J. Herbort, B. Helfers: Detailed design for the excavation pit of the trough construction in the course of B 96n on Rügen 2.2 Trogbauwerk Die Trogbauwerke schließen östlich und westlich der Eisenbahnüberführung an. BERICHT REPORT Sie sind in Blöcke von 10 m Länge unterteilt, wobei die Endblöcke jeweils nur eine Länge von 5 m haben. Die flach gegründeten Tröge werden als WU-Betonkonstruk - tion ohne zusätzliche Abdichtung hergestellt und haben eine lichte Weite von 14,00 m. 2.3 Baugruben Zur Errichtung der Eisenbahnüberführung und der Trogbauwerke sah der Entwurf eine wasserdichte Baugrube aus verankerten Spundwänden vor. Die Spundwände sollten grundsätzlich mit Einbringhilfen durch langsam schlagendes Rammen oder Pressen eingebracht werden. Die Einbringhilfen sollten dabei so gewählt werden, dass Findlinge durchfahren werden können. Bild 1 Übersicht über die Anbindung der Insel Rügen durch die B 96n mit Lage der Baumaßnahme Overview of the transport connection of the isle of Rügen through the B 96n including the building construction location Im Bereich des Trogbauwerkes West waren zusätzliche Querschotte einzubauen, um ein paralleles Arbeiten (Aushub, Herstellung Unterwasserbetonsohle) zu ermöglichen. Die Schottwände wurden nach dem Lenzen der Baugrube(n) bis auf Höhe der Unterwasserbetonsohle gekürzt. Bild 2 Regelquerschnitt Tunnelbauwerk Cross section of the tunnel Sonderdruck aus: Bautechnik 91 (2014), Heft 9 3

4 J. Herbort, B. Helfers: Ausführungsplanung für die Baugrube des Trogbauwerkes im Zuge der B 96n auf Rügen Bild 3 Regelquerschnitt Trogbauwerk West mit Verbau Cross section of the west trough with pit lining 2.4 Baugrundverhältnisse Auf Grund der geologischen Entstehung und der bisherigen anthropogenen Beeinflussung ist im Untersuchungsgebiet kein durchgehend einheitlicher Profilaufbau vorhanden. Im Oberbodenbereich stehen vorwiegend organogene Böden als humose Sande mit lokal wechselnden Schichtmächtigkeiten an. Im geplanten Bereich westlich der Bahnquerung wurden bis rd. 3 m mächtige organische Böden als hoch kompressible zersetzte Torfe bzw. Mudde nachgewiesen. Im östlichen und mittleren Bauwerksbereich sowie am westlichen Bauwerksende wurde unterhalb der humosen Deckschichten profilbestimmend Geschiebemergel erkundet, welcher in den oberen Profilabschnitten teilweise zu Geschiebelehm verwittert ist. Der Geschiebemergel/ -lehm setzt sich überwiegend aus gemischt- bzw. feinkörnigen Böden zusammen (Sand Schluff/Ton Gemische bzw. Ton/Schluff, leichtplastisch). Der westliche Bauwerksbereich ist durch Sande mit wechselndem Schluffanteil geprägt. Dabei wurden neben grobkörnigen (weit- bis enggestufte Sande) auch gemischtkörnige Böden (Sand Schluff Gemische) nachgewiesen. Lokal konnten innerhalb der aufgeschlossenen Bodenprofile gemischt- bzw. feinkörnige Böden (Sand Schluff Gemische bzw. Schluff, leichtplastisch) ohne nennenswerte Bildsamkeit nachgewiesen werden. Diese Böden reagieren auf dynamische Beanspruchung mit quasi thixotropem Verhalten bzw. Bodenverflüssigung 2.5 Bauablauf Für das Bauwerk war folgender übergeordneter Bauablauf vorgesehen: (1) Baustelleneinrichtung/Herstellung der Baustraßen/ Baustellenzufahrten (2) Herstellen der Baugrube für das Trogbauwerk West (3) Herstellen der Baugrube für das Pumpwerk (4) Herstellen der bauzeitlichen Gleisumverlegung (5) Herstellen der Baugrubenwände des Trogbauwerkes Ost, welche nach der bauzeitlichen Gleisverlegung im Nahbereich der Gleise liegen (6) Herstellen des Trogbauwerkes West und des Pumpwerks (7) Inbetriebnahme der bauzeitlichen Gleistrasse (8) Herstellen der Baugrubenwände im Bereich der EÜ (9) Herstellen der Eisenbahnüberführung 4 Sonderdruck aus: Bautechnik 91 (2014), Heft 9

5 J. Herbort, B. Helfers: Detailed design for the excavation pit of the trough construction in the course of B 96n on Rügen 3 Ausführungsplanung Baugrube Die Vergabeunterlagen enthielten bezüglich der Baugrube keine detaillierten Vorgaben, so dass bereits in der Angebotsphase umfangreiche statischen Voruntersuchungen zur Konzeption einer wirtschaftlichen Baugrube erforderlich wurden. Die Randbedingungen dafür waren: BERICHT REPORT Bild 4 Bauphase (9) Blickrichtung Strelasund (Süd) Construction phase (9) viewing direction Strelasund (south) Spundwand als vertikales Verbauelement, Wasserdichte Baugrube durch eine auftriebsgesicherte Unterwasserbetonsohle für den Trog West, GW-Absenkung/Wasserhaltung für den Trog Ost und den Bereich der Eisenbahnbrücke, Verankerung durch vorgespannte Verpressanker, HGW = 4,00 mhn (bauzeitlich). Aufgrund des sehr inhomogenen Verlaufes der Baugrundschichtung, der veränderlichen Aushubsohle in Achsrichtung des Bauwerkes (Neigung 2,2 %), Wechsel zwischen GW-Haltung im Bereich Ost und UW-Beton-Sohle im Bereich West) waren Variantenuntersuchungen in acht Schnitten in der für die Angebotsbearbeitung zur Verfügung stehenden Zeit durchzuführen. Folgende Lösungsmöglichkeiten wurden untersucht: Freistehende/verankerte Spundwand in den Trog- Randbereichen, Ankeranordnung in jeder Doppelbohle (Verzicht auf Gurtung) bzw. Berücksichtigung eines größeren Ankerabstandes mit der Anordnung einer Gurtung, Variation der Höhenlage der Ankern in Abhängigkeit von Spundwandprofil. Bild 5 Bauphase (9) Blickrichtung Bergen (Nord) Construction phase (9) viewing direction Bergen (north) In Abstimmung mit dem anbietenden Bauunternehmen wurde als wirtschaftlichste Lösung eine jeweils einfach verankerte Spundwand mit einem Ankerabstand von 2,40 m im Bereich des Troges West (Gurtung erforderlich) sowie eine in jedem Tal einer Doppelbohle verankerte Spundwand im Bereich des Troges Ost herausgearbeitet und dem Angebot zugrundegelegt. Der Verzicht auf eine Gurtung im Bereich des Troges Ost bot sich an, da der maximale Ankerabstand bei dem anstehenden wenig tragfähigen Boden nur ca. 1,80 m betrug. Bild 6 Bauphase (11) Blickrichtung Strelasund, (Nord) Construction phase (11) viewing direction Strelasund, (north) (10) Inbetriebnahme der Eisenbahnüberführung und Rückbau der bauzeitlichen Gleistrasse (11) Herstellender Baugrubenwände des Trogbauwerkes Ost und des Einschnittes Ost (12) Herstellen des Trogbauwerkes Ost (13) Deckenbau und Komplettierung Dort wo keine Gurtung eingebaut wurde, wurde der Lastfall Ankerausfall durch ein konstruktiv angeordnetes Zugband, welches durchgehend mit der Spundwand verschweißt wurde, abgedeckt. Als Grundlage für die eigentliche Ausführungsplanung wurde zu Beginn ein umfangreiches Lastenheft erstellt anhand dessen alle bemessungsrelevanten Parameter im Vorfeld mit der Baufirma, dem Bauherrn und dem Prüfingenieur abgestimmt werden konnten. Nachträgliche Überarbeitungen der Ausführungsplanung aufgrund von Änderungen im Bauablauf oder anderer Geräte- bzw. Lastkonzepte konnten somit weitestgehend vermieden werden. Sonderdruck aus: Bautechnik 91 (2014), Heft 9 5

6 J. Herbort, B. Helfers: Ausführungsplanung für die Baugrube des Trogbauwerkes im Zuge der B 96n auf Rügen Hauptmerkmale Lastenheft: Teilsicherheitskonzept nach DIN incl. Berichtigungen 1 4 u. Änderung A1, Weitere Lastansätze/Bemessungsgrundlagen entsprechend EAB 2006, Ril und DIN FB 101. Korrosion konnte für die Bauzustände unberücksichtigt bleiben. Bemessung der Verpressanker für Lastfall 1. Bemessungswasserstand Baubehelfe = +4,00 mhn. Verkehrslasten im Baustellenbereich allgemein: 10 kn/m 2 (großflächig, Ansatz ab Verbauachse). a) Verkehrslasten für Baugeräte: Gleichlast von 10 kn/m 2 + Streifenlast gemäß EAB (EB57). Während des Bauzustandes I (BZI, Voraushub der Baugrube vor Einbau der Rückverankerung) wird eine zusätzliche Streifenlast von 40 kn/m 2 im Abstand von 0,60 m, auf einer Breite von 2,00 m für Nutzlasten aus Baggern und Hebezeugen (Gesamtlast 30 t) angesetzt. Während des BZII und BZIII (Vollaushub der Baugrube nach Einbau der Rückverankerung) wurde eine zusätz liche Streifenlast von 60 kn/m 2 im Abstand von 2,00 m, auf einer Breite von 2,75 m für Nutzlasten aus Baggern und Hebezeugen (Gesamtlast ca. 60 t) angesetzt. Verkehrslasten im Nahbereich der Gleise (gemäß Ril DB AG). Erddruckumlagerung erfolgte unter Berücksichtigung der EAB 2006 (E70). Demnach wurden die Verbauwände für den aktiven Erddruck bemessen, bei den Verbauten im Nahbereich der Gleise wurde ein erhöhter aktiver Erddruck entsprechend E = (E a + E 0 )/2 angesetzt. Erddruckneigungswinkel (raue Wand): aktiv: 0 δ a 2/3 ϕ k passiv: 2/3 ϕ k δ p 0. Die Modellierung der UWB-Sohle im gelenzten Zustand der Baugrube erfolgte durch den Ansatz einer Bettung: ks = EB/L = 28800*1000/(19/2) = 3 * 106 kn/m 3 [EB = N/mm 2 (E-Modul C20/25); L = 19/2 = 9,5 m (1/2 Baugrubenbreite )]. Der Lastabtrag in der unbewehrten UWB-Sohle erfolgte über Gewölbewirkung. Gemäß Baubeschreibung waren die Auftriebspfähle erst nach der Betonage ein zubauen. Für die Höhe des Druckbogens wurde da her 50 % der UWB-Sohlen-Dicke (abzüglich einer verunreinigten Schicht von ca. 20 cm Stärke) angesetzt. b) Bild 7 Detail Zugverankerung a) und b) Detail tensile anchor a) and b) 6 Sonderdruck aus: Bautechnik 91 (2014), Heft 9

7 Gemäß EAB 2006 (EB86) war durch konstruktive Maßnahmen sicherzustellen, dass der Ausfall eines Ankers nicht zum Versagen der Gesamtkonstruktion führt. Im Bereich einer Verankerung ohne Gurtung wurde hierfür ein zusätzliches Zugband (Blech mm, S 355, o.w.n.) angeordnet und mit der Spundwand verschweißt, so dass auf den rechnerischen Nachweis des Ankerausfalls verzichtet werden konnte. Im Bereich von Verankerungen mit einer Gurtung wurde die Gurtung für den Lastfall Ankerausfall ausgelegt. Für den Nachweis der Sicherheit gegen Versinken von Bauteilen wurden Mantelreibungs- und Spitzendruckwerte gemäß EAB, Anhang A10 angesetzt. Die Ermittlung des charakteristischen Spitzenwiderstandes erfolgte (in Anlehnung an das Hoesch Spundwandhandbuch) unter Ansatz der n = 6-fachen Stahlquerschnittsfläche. Im Amtsentwurf war vorgesehen, die Querschotte der Baugrube für Trog West zwischenzeitlich rückzuverankern und die Anker beim anschließenden Aushub des Nachbardocks wieder freizulegen. In Abstimmung mit dem ausführenden Unternehmen wurde diese Vorgehensweise durch Umstellung des Bauablaufes insoweit optimiert, dass benachbarte Docks immer gleichzeitig ausgehoben wurden, dadurch war eine ungestützte Ausführung der Querschotte möglich. J. Herbort, B. Helfers: Detailed design for the excavation pit of the trough construction in the course of B 96n on Rügen 4 Aktueller Stand der Maßnahme Als Ergebnis des europaweiten Vergabeverfahrens wurde der Auftrag für die Bauleistung im Oktober 2011 an die Firma Johann Bunte Bauunternehmung GmbH & Co.KG, Niederlassung Schwerin vergeben. vergeben. Das Bauwerk wurde 2014 fertiggestellt, die Abnahme ist für September 2014 vorgesehen. Beteiligte: Bauherr DEGES Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH, Berlin im Auftrage des Landes Mecklenburg-Vorpommern Bodengutachten Dipl.-Ing. Andreas Hofmann, Neubrandenburg Ausführendes Unternehmen Johann Bunte Bauunternehmung GmbH & Co.KG Niederlassung Schwerin, Wittenförden Ausführungsplanung Trog- und Tunnel Ingenieurbüro Ehlers & Unland, Osnabrück Ausführungsplanung Baugrube grbv Ingenieure im Bauwesen GmbH & Co.KG, Hannover Prüfingenieur Dipl.-Ing. Wolfhard Wurm, Schwerin BERICHT REPORT Weiterhin sah der Amtsentwurf vor, die tiefere Baugrube für das Pumpwerk vor dem Aushub des angrenzenden Docks auszuführen. Damit sollte gewährleistet werden, dass sich die Trennspundwand zwischen Trogdock und Pumpwerk immer gegen die UW-Beton-Sohle lehnt und beim nachträglichen Herstellen des Trogdockes keine Ablösungen zwischen Trog-Trennwand und UW-Beton entstehen. Dieser Bauablauf war aber nur sehr aufwändig umzusetzen. Damit das Trogdock vor dem Pumpwerk ausgehoben werden konnte, wurde eine Zugankerkonstruktion in UWBS zur Aufnahme des Gewölbedruckes und Verankerung der SPW bei Höhensprung zu Pumpwerkbaugrube entwickelt (siehe Bild 7). Autoren Dipl.-Ing. Johannes Herbort grbv Ingenieure im Bauwesen GmbH & Co. KG Expo Plaza Hannover j.herbort@grbv.de Dipl.-Ing. Björn Helfers grbv Ingenieure im Bauwesen GmbH & Co. KG Expo Plaza Hannover b.helfers@grbv.de Sonderdruck aus: Bautechnik 91 (2014), Heft 9 7

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