5. Brückenkolloquium - September 2022 245 Ausbau des Radverkehrsnetzes der Stadt Freising Kappenverbreiterung von Großbrücken unter Verwendung von Leichtbeton, rostfreiem Betonstahl und Hohlbordrinnen Magdalena Dimler, M.Sc. ilp² Ingenieure GmbH & Co.KG, München Dipl.-Ing. (FH) Stefan Lankes ilp² Ingenieure GmbH & Co.KG, München Tobias Reuther, M.Sc. ilp² Ingenieure GmbH & Co.KG, München Zusammenfassung Für eine bessere und sicherere Radwegführung in der Isarstraße im Stadtgebiet Freising werden beidseitig gemeinsame Geh- und Radwege angeordnet. Um dies realisieren zu können, werden auf den beiden Großbrücken „Hochtrasse“ und „Luitpoldbrücke“ Kappenverbreiterungen nach innen und außen erforderlich. Durch die Verwendung von Leichtbeton wird vermieden, dass es zu Tragfähigkeitsüberschreitungen der Bestandsbauwerke kommt. Im Zuge der Maßnahme werden außerdem die Entwässerungseinrichtungen und Kabeltrassen erneuert. Über Hohlbordrinnen und Vorreinigungsanlagen wird das Wasser künftig in Vorfluter abgeführt. Des Weiteren finden umfangreiche Arbeiten an der Verkehrsanlage insbesondere in den anschließenden Knotenpunkten statt. Hier legt die Stadt Freising Wert auf einen barrierefreien Ausbau. 1. Verkehrsbedeutung und Zielsetzung Die Isarstraße ist eine für den lokalen und regionalen Verkehr bedeutende, innerstädtische Verkehrsader im Stadtgebiet der großen Kreisstadt Freising in Oberbayern. Sie ist gemäß RIN [1] als angebaute Hauptverkehrsstraße innerhalb eines bebauten Gebietes (HS) kategorisiert. Der Radverkehr läuft bisher auf Radspuren direkt neben dem motorisierten Verkehr. Zudem verlaufen mehrere Linien des ÖPNV entlang der Isarstraße. Innerhalb des Maßnahmenbereichs überführt die Isarstraße mit drei Brückenbauwerken mehrere innerstädtische Straßen, Gewässer I. und II. Ordnung, die Hauptstrecke 5500 München - Landshut der Deutschen Bahn, sowie untergeordnete Wegenetze und ein FFH-Gebiet. Übergeordnetes Ziel der Maßnahme ist die Verbesserung der Verkehrssicherheit mit Anpassung an die geänderten Ansprüche. So sollen sowohl von der Fahrbahn abgetrennte Geh- und Radwege, eine Anpassung der Verkehrsbeziehungen an den Kreuzungspunkten und eine Verbesserung des ÖPNV realisiert werden. Hierfür wird die Verkehrsführung auf einer Gesamtlänge von ca. 800 m optimiert. Neben den straßenbaulichen Anpassungen sind zur Zielerreichung Verbreiterungen der Brückenkappen der Ingenieurbauwerke sowohl nach innen als auch nach außen erforderlich. Die aktuell auf der Straße geführten Radfahrenden sollen in jeder Fahrtrichtung auf gemeinsamen Geh- und Radwegen auf den Brückenkappen geführt werden. Die Verkehrsbelastung liegt bei ca. 26.000 Kfz/ 24h und 1.000 SV/ 24h mit stark ausgeprägten Spitzen morgens und abends von ca. 2.500 Kfz/ h, da die Isarstraße die einzige Erschließung des gut ausgebauten P+R-Parkplatzes am Bahnhof Freising darstellt. 246 5. Brückenkolloquium - September 2022 Ausbau des Radverkehrsnetzes der Stadt Freising Abb. 1 Luftbild mit Kennzeichnung der Maßnahme 2. Beschreibung der Maßnahme Um die Zielsetzung zu erreichen, wurden mehrere Szenarien untersucht. Es hat sich sehr früh herausgestellt, dass die Errichtung von getrennten Geh- und Radwegen in jeder Fahrtrichtung auf den Brückenkappen nur mit sehr aufwändigen und umfangreichen Umbauten und Verstärkungen der Brückentragwerke umsetzbar ist. Untersucht wurden in diesem Zusammenhang die maximal mögliche Verbreiterung der Brückenkappen nach außen sowie die mindestens erforderlichen Fahrbahnbreiten der in der Regel 4 Fahrstreifen. Umgesetzt wird die Errichtung von gemeinsamen Geh- und Radwegen auf den Brückenkappen mit Verbreiterung derselben nach innen und nach außen. 2.1 Brückenbauwerke Entlang der Ausbaustrecke verläuft die Isarstraße über die zwischen den Jahren 1972 und 1974 errichteten Brückenbauwerke „Angerbadergasse“, „Hochtrasse“ und „Luitpoldbrücke“. Bei dem Brückenbauwerk Angerbadergasse handelt es sich um ein überschüttetes, schlaff bewehrtes Rahmenbauwerk mit einer Stützweite von 11,25 m. Die vorhandene Gehwegbreite beträgt 2,50 m. Abb. 3 Regelquerschnitt Angerbadergasse Bestand Die anschließende Hochtrasse weist eine Gesamtlänge von 285 m auf. Sie ist als längs- und quervorgespannter zweistegiger Plattenbalken mit auskragenden Fahrbahnplatten ausgebildet. Die vorhandenen Kappenbreiten betragen derzeit 2,50 m. Zudem sind innerhalb der Kappen Sparten verlegt. Abb. 4 Regelquerschnitt Hochtrasse Bestand Die Bauweise der 172 m langen „Luitpoldbrücke“ gleicht der der Hochtrasse, jedoch sind in den Plattenbalken zusätzlich Hohlkammern angeordnet. Abb. 2 Darstellung der Örtlichkeiten mit den Straßenabschnitten und Brückenbauwerken 5. Brückenkolloquium - September 2022 247 Ausbau des Radverkehrsnetzes der Stadt Freising Die vorhandenen Kappen weisen ebenfalls eine Breite von 2,50 m auf. Ebenso verlaufen Sparten innerhalb der Kappen. Abb. 5 Regelquerschnitt Luitpoldbrücke Bestand Die Bestandsbrückenkappen weisen erhebliche Mängel auf. Neben der nicht mehr gegebenen Dauerhaftigkeit beeinflussen die Schäden im Bereich der Gesimse bereits die Tragfähigkeit. Die Standsicherheit der Einbauteile wie Geländer und Beleuchtungsmaste sowie die gefahrlose Nutzung der unter den Brückenbauwerken befindlichen Verkehrs- und Nutzflächen ist nicht mehr gegeben. Im Bereich der Bahnstrecke beim BW Hoch-trasse befindet sich ein horizontaler Berührschutz, welcher ebenfalls erhebliche Schäden aufweist. 2.2 Verkehrsanlagen Entlang der Ausbaustrecke befinden sich die drei Knotenpunkte „Korbiniankreuzung“, Kreuzung mit der Luitpoldstraße und die Einmündung der Ismaningerstraße. In sämtlichen Kreuzungsbereichen sind bisher keine Aufstellflächen für Radfahrende vorhanden, so dass die verkehrliche Situation in vielerlei Hinsicht unübersichtlich ist. Sowohl durch das Rechtsabbiegen von Kraftfahrzeugen und dem Aufstellen von Radfahrenden im toten Winkel als auch durch das direkte Linksabbiegen von Radfahrenden und dem dadurch erforderlichen Kreuzen der geradeausfahrenden Kraftfahrzeuge entstehen für den Radfahrenden gefährliche Situationen. Darüber hinaus sind die Kreuzungsbereiche bisher nicht barrierefrei ausgebildet. 2.3 Straßen- und Brückenentwässerung Die Brückeneinläufe der Hochtrasse münden in Zuleitungen, die an Längssammelleitungen angeschlossen sind. In den Widerlagerbereichen erfolgt die Übergabe an die Streckenentwässerung. Zusätzlich sind Tropftüllen mit Freifallentwässerung vorhanden. Die Brückeneinläufe der „Luitpoldbrücke“ münden in Fallleitungen, die ohne weitere Sammelleitung direkt per Freifall entwässern. Zusätzlich sind Tropftüllen mit Freifallentwässerung vorhanden. Bei beiden Bauwerken werden die an die Brückeneinläufe anschließenden Leitungen durch die Stegquerschnitte der Überbauten geführt, wodurch bereits lokal feuchteinduzierte Schäden an den Bauwerken entstanden sind. Das im übrigen Streckenabschnitt anfallende Niederschlagswasser (inkl. der Hochtrasse) wird bisher ungereinigt verschiedenen Vorfluten zugeführt bzw. versickert. 3. Umsetzung der Maßnahme 3.1 Ingenieurbauwerke Um dem Hauptziel der Maßnahme nach einer Verbesserung der Radwegführung gerecht zu werden, müssen die Brückenkappen verbreitert werden, so dass die in der ERA [2] geforderten Mindestbreiten von 2,50 m für gemeinsame Geh- und Radwege zuzüglich einem 50 cm breiten Sicherheitsstreifen erreicht werden können. 3.1.1 Variantenuntersuchung Zur Erzielung größerer Breiten wurde in der Vorentwurfsplanung zunächst eine Verbreiterung der Überbaukappen inkl. der Überbaukragarme nach außen verfolgt. Hierdurch treten jedoch bereits bei reiner Betrachtung des Tragwerks in Querrichtung deutlich höhere Beanspruchungen an den maßgebenden Kragarmanschnitten auf. Diese resultieren zum einen aus dem höheren Konstruktionseigengewicht in Kombination mit dem durch die Verbreiterung erzeugten größeren Hebelarm, zum anderen aus den nach DIN EN 1991-2 anzusetzenden Lastannahmen, die gegenüber den ursprünglich berücksichtigten Lastansätzen nach DIN 1072 gravierend erhöht wurden. Zur Aufnahme dieser höheren Beanspruchungen wären umfangreiche Verstärkungsmaßnahmen in Form von oberseitig aufgeklebten bzw. eingeschlitzten GFK-Lamellen, nachträglich eingeklebter Betonstahlbewehrung, oder Abfangung der Auskragung über außenliegende Stahlträgerkonstruktionen erforderlich. Nicht zuletzt wegen der sehr engmaschigen Quervorspannung der Kragarme sowie der Längsvorspannung des Überbaus selbst, erschienen diese Varianten mit voranschreitendem Planungsfortschritt als nicht zielführend. 3.1.2 Vertiefte Planung und Ausführung In der weiteren Planung wurde der Fokus neben einer Verbreiterung der Kappen nach außen auch auf eine Verbreiterung nach innen gelegt. Ein Versetzen der bisherigen Fahrbahnränder um 50 cm in Richtung Fahrbahn konnte auf beiden Seiten unter Achtung des bisherigen Verkehrsraumes mit 2 Fahrstreifen je Richtung und ÖPNV-Nutzung umgesetzt werden. Der Fahrbahnquerschnitt wurde hierdurch von 14,0 m zwischen den Schrammborden auf 13,0 m reduziert. In Kombination mit der Ausführung der Kragarmverlängerung und der Überbaukappen in Leichtbeton und der damit einhergehenden Reduktion des Konstruktionseigengewichts gegenüber Normalbeton konnten in der finalen Variante Kappenbreiten von 3,40 m (Hochtrasse) bzw. 3,55 m (Luitpoldbrücke) erzielt werden. Dies entspricht einer Verbreiterung der Überbaukappen um 90 cm (Hoch-trasse) bzw. 1,05 m (Luitpoldbrücke). Hierdurch stehen künftig 2,65 m bzw. 2,80 m nutzbare Breiten für die gemeinsamen Geh- und Radwege zur Verfügung. 248 5. Brückenkolloquium - September 2022 Ausbau des Radverkehrsnetzes der Stadt Freising Durch die Verwendung von Hohlbordrinnen wird die Längsentwässerung in die Kappen integriert. Die Überbaulängen der Brückenbauwerke sind jedoch zu groß, um das anfallende Niederschlagswasser allein über den Durchflussquerschnitt der Hohlbordrinnen abführen zu können, so dass zusätzlich an den Kragarmunterseiten Sammelleitungen installiert werden müssen. Für die Entwässerungsabläufe können die bereits vorhandenen Durchdringungen der Überbaukragarme der bisherigen Brückenabläufe genutzt werden, wodurch eine Kollision mit der bestehenden Quervorspannung ausgeschlossen werden kann. Die bisher in den Stegen der Überbauten geführten gusseisernen und bereits stark korrodierten Fallleitungen werden im Zuge von Betoninstandsetzungsarbeiten dauerhaft verschlossen. Künftige Schädigungen der Überbauten durch Feuchteeintritt in den Konstruktionsbeton werden somit vermieden. Bei der Hohlbordrinne handelt es sich um ein bisher nicht bauaufsichtlich zugelassenes Bauprodukt, für das bei Verwendung eine Zustimmung im Einzelfall nach BayBO Art. 20 erforderlich ist. Diese wurde auf Basis einer Stellungnahme der BASt erteilt, in der unter Beachtung der üblichen Ausführungsregeln bei Granitborden (Rückverankerung über Gewindestangen im Kappenbeton, Abdichtung) und den bisher positiven Erfahrungen bei Vergleichsprojekten, keine Bedenken hinsichtlich des Einsatzes der Hohlbordrinnen geäußert wurden. 3.1.3 Beton-Betonverbinder in Leichtbeton Die gewählte Konstruktion weicht u.a. aufgrund der Bauweise in Leichtbeton und der Verwendung von nichtrostendem Bewehrungsstahl von herkömmlichen Überbaukappen ab, wodurch zusätzliche Betrachtungen in der Bemessung erforderlich wurden. Die Verankerung der Neubaukappen in den Überbaukragarmen erfolgt über Beton-Betonverbinder. Für deren Bemessung gelten zum derzeitigen Stand die produktspezifischen allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen in Verbindung mit DIN EN 1992-4 [3]. Jedoch beschränkt sich der Anwendungsbereich sämtlicher aktuell verfügbarer Betonschrauben auf die Anwendung in Normalbeton. Um die Forderungen des BayStrWG Art. 10 (1) für die Verwendung der Betonschrauben in Leichtbeton zu erfüllen, wurde für das Bauprodukt ebenfalls eine Zustimmung im Einzelfall gem. BayBO Art. 20 erwirkt. Basis für die positive Beurteilung stellt dabei eine gutachterliche Stellungnahme [4] dar. Im projektspezifischen Anwendungsfall betreffen die maßgeblichen Unterschiede in der Nachweisführung die Versagensmechanismen kegelförmiger Betonausbruch infolge Zuglast und Betonausbruch auf der lastabgewandten Seite infolge Querlast. Der Nachweis gegen kegelförmigen Betonausbruch kann durch Modifikation des Beiwertes k cr,n geführt werden, der in der bauartspezifischen abZ [5] für Normalbeton mit 8,5 angegeben ist. Die Gleichung nach [3, Gl. (7.2)] bleibt an sich unverändert. Die Modifikation des Beiwertes stützt sich dabei auf empirische Untersuchungen [6] und kann zu angenommen werden. Abb. 6 Regelquerschnitt Neubau und Umbau Luitpoldbrücke 5. Brückenkolloquium - September 2022 249 Ausbau des Radverkehrsnetzes der Stadt Freising Der Nachweis gegen Betonausbruch auf der lastabgewandten Seite kann durch Erweiterung des Terms in [3, Gl. (7.39a)] mit dem Beiwert zur Bestimmung der Zugfestigkeit von Leichtbeton η 1 [7, Gl. (11.1)] geführt werden. Die angepasste Gleichung lautet dann Die Geländerverankerung erfolgt gem. RiZ-ING Gel 14 [8] über eine Fußplatte mit nachträglich eingeklebten Verbundankern. Analog den Beton-Betonverbindern zur Kappenverankerung ist hierfür eine ZiE auf Basis einer gutachterlichen Stellungnahme erforderlich. Aufgrund der randnahen Verankerung sowie der Gruppenwirkung der Verbundanker sind hierbei weitere Versagensmechanismen zu betrachten. 3.1.4 Spartentrassen In den neuen Leichtbetonkappen sollen außer der Versorgung der stirnseitig angebrachten Beleuchtungsmaste künftig keine Sparten mehr verlegt werden. Zur Überführung der bisher in den Bestandskappen vorhandenen Leitungen sowie evtl. erforderlicher zusätzlicher Leitungen werden unterhalb der seitlichen Überbaukragarme der beiden Großbrücken abgehängte Spartentrassen mit jeweils 12 Leerrohren DN 125 je Seite angeordnet. 3.2 Verkehrliche Umgestaltung In den an die Brückenbauwerke angrenzenden Knotenpunkten werden die vergrößerten Breiten des gemeinsamen Geh- und Radweges aufgegriffen und weitergeführt. An den Querungsstellen werden die geradeausfahrenden Radfahrenden künftig über Radwegfurten auf die Fahrbahn geleitet. Für linksabbiegende Radfahrende sind indirekte Radwegführungen mit rechtsliegenden Aufstellflächen im Kreuzungsbereich vorgesehen. Zusätzlich werden zur Erhöhung der Sicherheit seh- und gehbehinderter Menschen taktile Leitsysteme in Form von Bodenindikatoren, akustischen Signalgebern und vibrierenden Anforderungstastern angeordnet. Neben den umfangreichen Straßenbau- und Markierungsarbeiten werden aufgrund der vorgenannten Maßnahmen auch Anpassungen der Lichtsignalanlagen und deren Schaltung sowie der Straßenbeleuchtung und -beschilderung erforderlich. 3.3 Straßen- und Brückenentwässerung Um eine umwelttechnische Verbesserung der bisherigen Entwässerungssituation zu erreichen, wird das im gesamten Streckenabschnitt anfallende Niederschlagswasser künftig mittels Sedimentationsanlagen vorgereinigt und anschließend wie bisher der Vorflut zugeführt bzw. versickert. Die Bemessung der Vorreinigungsanlagen erfolgt nach DWA-Merkblatt 153 [9]. In den Entwässerungsabschnitten, in denen das Niederschlagswasser an die Vorflut übergeben wird, werden Anlagen des Typs D25 mit Dauerstau und maximal 18 m³/ (m²*h) Oberflächenbeschickung bei r krit [9] verwendet. In den Bereichen mit Versickerung sind Anlagen des Typs D11 mit Retentionsbodenfilteranlagen zur weiteren Regenwasserbehandlung im Trennsystem nach Merkblatt DWA-M 178 [9] vorgesehen. 4. Bauablauf Die Umsetzung der Maßnahme erfolgt unter steter Aufrechterhaltung des öffentlichen Verkehrs, weshalb die Arbeiten nicht gleichzeitig stattfinden können und unterschiedliche Baufelder zu unterschiedlichen Zeitpunkten zur Verfügung stehen. In einer Vorabmaßnahme wurden 2021 zunächst die Vorreinigungsanlagen in lokal stark begrenzten Baubereichen eingebaut und weitestgehend an das bereits bestehende Kanalnetz angeschlossen. Hierdurch wird sichergestellt, dass nach den Umbaumaßnahmen an den Entwässerungseinrichtungen das anfallende Abwasser sofort in vorgereinigter Form den Vorfluten zugeführt bzw. versickert wird. Im Jahr 2022 erfolgt die Kappenerneuerung der Luitpoldbrücke. Dabei wird in einer bauzeitlichen Verkehrsführung mit einer Spurwegnahme zunächst die Ostseite hergestellt. Nach Fertigstellung und Freigabe für den öffentlichen Verkehr erfolgen im Anschluss die Bauarbeiten auf der Westseite in grundsätzlich gleicher Weise. Abb. 7 Einbau der Hohlbordrinne (Bridge Drainage) und Kappenanker (TOGE) 2023 werden die Brückenkappen der Hochtrasse, die angrenzenden Stützwände sowie die Überbaukappen des Brückenbauwerks Angerbadergasse angepasst. Das grundsätzliche Vorgehen gleicht dabei dem der Luitpoldbrücke. Zunächst erfolgen die Umbaumaßnahmen auf der Westseite, im Anschluss wird der Baubereich umgelegt und die Arbeiten auf der Ostseite werden ausgeführt. 250 5. Brückenkolloquium - September 2022 Ausbau des Radverkehrsnetzes der Stadt Freising Abb. 8 Neuinstallierte Spartentrasse und Längsentwässerungsleitung der Luitpoldbrücke Grundsätzlich werden in jedem Bauabschnitt zuerst die Spartentrassen unter den Kragarmen in der endgültigen Lage montiert und die Sparten verlegt. Anschließend werden die Traggerüste an den Kragarmen montiert und die Kappen erneuert. Während der Baumaßnahme werden temporäre Lichtsignalanlagen installiert, die entsprechend den jeweiligen Behelfsverkehrsführungen koordiniert werden. Die Straßenbauarbeiten in den anschließenden Kreuzungsbereichen werden sukzessive durchgeführt, in dem die Baufelder der Ingenieurbauwerke temporär in die Knotenpunkte verlängert werden. Dies hat zwar eine Vielzahl von verschiedenen bauzeitlichen Verkehrsführungen zur Folge, jedoch kann der öffentliche Verkehr zu jedem Zeitpunkt der Maßnahme vollumfänglich aufrechterhalten werden. Es werden neue Lichtsignalanlagen installiert und die Straßenbeleuchtung erneuert. Die Gesamtmaßnahme abschließend erfolgt 2023 in nächtlichen Vollsperrungen der Isarstraße im gesamten Streckenbereich eine Deckschichterneuerung. 5. Schlussbemerkung Durch die intensive Zusammenarbeit aller Projektbeteiligten und die detaillierte Bauablaufplanung befindet sich die Baustelle aktuell im Zeitplan. Mit den Stornierungen und Verschiebungen der Sperrpausen der Deutschen Bahn, den Lieferengpässen und gestiegenen Baustoffkosten, den behördlichen Auflagen im Zeitraum des G7-Gipfels und dem Bau unter Aufrechterhaltung aller Verkehrsbeziehungen waren bereits einige Herausforderungen zu bewältigen. Als Ziel wird eine deutliche Verbesserung der Verkehrssicherheit erreicht. Die durchgehenden Geh- und Radwege sowie die Installation der Straßen- und Brückenentwässerung mit den Regenwasserbehandlungsanlagen entspricht den Anforderungen einer modernen Gesellschaft. Literatur [1] FGSV, Arbeitsgruppe Verkehrsplanung, Richtlinien für integrierte Netzgestaltung, 2008 [2] FGSV, Arbeitsgruppe Straßenentwurf, Empfehlungen für Radverkehrsanlagen, 2010 [3] NABau, DIN EN 1992-4: 2019-04 + NA: 2019-04, Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 4: Bemessung der Verankerung von Befestigungen im Beton, 2019 [4] Fischer, O. Gutachterliche Stellungnahme, Kappenanker in Leichtbeton, 2019 [5] DIBt, Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Z.21.8-1880, Toge Betonschraube TSM-B, BC, BS, BSH zur Verwendung als Beton-Betonverbinder, gültig bis 01.07.2019 [6] Block, K.; Becker, R: Untersuchungsbericht Nr. 11.02.26 U zum Tragverhalten von Kopfbolzendübel in Leichtbeton, Technische Universität Dortmund, Lehrstuhl für Betonbau - Befestigungstechnik, 2016 [7] NABau, DIN EN 1992-1-1: 2011-01 + NA: 2013- 04, Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau, 2011 [8] BASt, Richtzeichnungen für Ingenieurbauwerke (RiZ-ING), 2014 [9] DWA, Merkblatt DWA-M 153 Handlungsempfehlungen zum Umgang mit Regenwasser, 2007