5. Brückenkolloquium - September 2022 293 Ersatz einer Brücke im Zuge der L171 über die DB In nur 6 Monaten vom Plan zur Fertigstellung Prof. Dr.-Ing. Thomas Bösche cbing Dresden/ HTW Dresden Felix Kaplan M. Sc. LS Brandenburg Dipl.-Ing. Alexander Ehrlich Hentschke Bau GmbH, Bautzen Zusammenfassung Die Fertigteilbauweise war in der ehemaligen DDR die Regelbauweise für die Errichtung von Überführungsbauwerken. Durch die typisierten Serien sollte es gelingen, die Aufwendungen für individuelle Planungen zu reduzieren und den Herstellungsprozess zu rationalisieren. Die so entstandenen Lösungen sind gerade in der jetzigen Zeit wieder interessant, da die Knappheit an Arbeitskräften, Zeit und Material vergleichbar ist. Viele der damals errichteten Bauwerke weisen jedoch konstruktive und bauliche Mängel auf, die sich nach 60 Jahren Nutzung oftmals zu ernsthaften Problemen entwickelt haben. Das hier beschriebene Beispiel soll zeigen, dass die Grundkonzeption bei einer Fortschreibung unter Beachtung aktueller Erkenntnisse und technischer Möglichkeiten eine hervorragende Lösung für Bauaufgaben mit kurzen Planungs- und Bauzeiten darstellen kann. 1. Problemstellung 1.1 1961 - Die Notwendigkeit der Brücke Bedingt durch den Bau der Berliner Mauer kam es ab August 1961 auf dem Gebiet der DDR zu massiven Beeinträchtigungen des Bahnverkehrs. Diese sollten durch den umgehenden Ausbau des Berliner Außenringes beseitigt werden. Die damit verbundene dichte Zugfolge hätte an den bestehenden niveaugleichen Bahnübergängen zu erheblichen Verkehrsstörungen geführt. Es wurde daher notwendig, in kürzester Zeit insgesamt zehn Straßenbrücken über diese Reichsbahnstrecke zu planen und zu errichten, die bereits Mitte 1962 dem Verkehr übergeben werden sollten. Der Mangel an Arbeitskräften, die kurze Gesamtbauzeit und die notwendige Bauausführung in den Wintermonaten führten zur Entscheidung, mit Fertigteillösungen zu arbeiten. Es wurde auf das damals noch in der Entwicklung befindliche Typenfertigteil BT 70 zurückgegriffen. Durch den Einsatz eines Hohlquerschnitts wurde die Wirksamkeit der Längsvorspannung erhöht und das Fertigteilgewicht reduziert. Mit nur 70 cm Konstruktionshöhe wurden Stützweiten bis 20 m realisiert. Bedingt durch die Kapazitäten der Fertigteilwerke musste die Herstellung der Längsträger in Einzelsegmenten von ca. 2 m Länge erfolgen, welche je nach Stützweite mit Spanngliedern SG-25 oder SG-50 zusammengespannt wurden (Schaschlikbauweise) [1]. Mit Respekt ist die kurze Zeitspanne vom Erkennen der Notwendigkeit der Bauwerke bis zu ihrer Fertigstellung unter den bekannten schwierigen Bedingungen in der DDR zu betrachten. Prinzipiell sind die damaligen Bedingungen aber eigentlich mit den aktuellen Problemen in der Bauwirtschaft vergleichbar - keine Zeit, kein Material, keine Leute - nur Genehmigungen brauchten früher wohl weniger Zeit. 1.2 1962 - Die Bauweise für das Bestandsbauwerk Die erste der so errichteten Brücken überspannt zwischen Bergfelde und Hohen Neuendorf die Bahnstrecken mit zwei Fern- und zwei S-Bahn-Gleisen. 294 5. Brückenkolloquium - September 2022 Ersatz einer Brücke im Zuge der L171 über die DB Abb. 1: Regelquerschnitt Bestandsbauwerk LS Brandenburg Zusammen mit den Randfeldern ergaben sich dadurch Stützweiten von ca. 4 x 14 m. Die als Hohlquerschnitte konzipierten BT-Fertigteilträger hatten wegen des reduzierten Eigengewichtes und der verringerten Betonquerschnittsfläche enorme Vorteile bezüglich des Montagegewichtes und der Wirksamkeit der eingesetzten Vorspannung. Weiterhin sind die kurzen Planungs- und Bauzeiten durch die Typisierung hervorzuheben. Nicht bewährt hat sich die Einfeldbauweise mit den anfälligen Fugen und oft haben sich in der Vergangenheit bei vergleichbaren Bauwerken Ausführungsmängel an den Verdrängungskörpern gezeigt. Die Bauweise war daher in den letzten Jahrzehnten aus dem Brückenbau in Deutschland weitestgehend verschwunden. 1.3 Lage im Verkehrsnetz und Bedeutung Die Brücke befindet sich in der Stadt Hohen Neuendorf im Landkreis Oberhavel. Bedingt durch die Lage im Berliner Umland weist die Stadt eine für Brandenburg sehr hohe Bevölkerungsdichte auf und erfährt in den letzten Jahrzehnten einen kontinuierlichen Bevölkerungszuwachs. Eine Besonderheit der Stadt Hohen Neuendorf stellen die zahlreichen durch den Ort führenden Schienenverbindungen dar. Der Knotenpunkt der Berliner Nordbahn und des Berliner Außenrings wurde im Vorfeld des Mauerbaus in den 1950ern ausgebaut und stellt bis heute eine bedeutende räumliche Trennung zwischen den einzelnen Ortsteilen der Stadt und den umliegenden Gemeinden dar. Zwischen den einzelnen Ortsteilen fließt ein reger Pendlerstrom, da zum einen die Schulstandorte, die ärztliche Versorgung und die Einkaufsmöglichkeiten schwerpunktmäßig zusammengefasst sind und zum anderen der Arbeitsplatz häufig in Berlin liegt. Abb. 2: Verkehrswege im Umfeld Bild: Straßennetzviewer Brandenburg 1.4 2021 - Bauwerkszustand Das Bauwerk stellt allein aufgrund seiner Konstruktion eine Besonderheit im Bestand des LS Brandenburg dar. Seit der Hauptprüfung 2011 wurde das Bauwerk mit der Zustandsnote 3,8 bewertet. Ursächlich für diese Bewertung waren: - Defekte FÜK über den Bestandspfeilern und infolgedessen vollflächige Durchfeuchtung der Unterbauten - Umfangreiche Querschnittsminderung der Bewehrung in Folge Korrosion an den Pfeilerschürzen und den Überbaufertigteilen Aufgrund der anstehenden Baumaßnahmen auf der B96a und der dadurch erforderlichen Umleitung des regulären Verkehrs und der Bedarfsumleitung der BAB 10 über dieses Bauwerk wurde ab 2020 eine umfangreiche Objektbezogene Schadensanalyse durchgeführt. Das Ziel dieser Untersuchung war die realitätsnahe Erfassung der Resttragfähigkeit. Im Rahmen dieser intensiven Auseinandersetzung mit dem Bestand konnte die progressive Schadenszunahme an diesem Bauwerk dokumentiert werden. Es war eine intensive Zunahme der Rissbildung im Beton sowie der Querschnittsminderung der korrodierten Bewehrung festzustellen. Insbesondere die Schadenszunahme der Risse in den Stegen der Randfertigteile war zwingend als Zeichen einer Zustandsverschlechterung zu bewerten. Aufgrund der festgestellten Schadenszunahme war im September 2021 die Begrenzung des Verkehrs auf dem Bauwerk mit der Reduzierung des zulässigen Gesamtgewichts auf 3,5 t erforderlich. Eine Aufnahme des Umleitungsverkehrs der B96a bzw. der BAB war wegen des schlechten Bauwerkszustands nicht mehr möglich. 5. Brückenkolloquium - September 2022 295 Ersatz einer Brücke im Zuge der L171 über die DB Abb. 3: Bestandsbauwerk 2021 Bild: cbing Prinzipiell sind insgesamt 60 Jahre Nutzungsdauer für ein in einem Notprogramm errichtetes Bauwerk in einer noch nicht erprobten Bauweise trotzdem ein respektables Ergebnis. 1.5 Maßnahmenplan - Planungs- und Bauaufgabe Die Planungen für den Ersatzneubau wurden bereits in den 2000er Jahren begonnen. Im Zuge dieser Planung wurde eine Optimierung der Trassierung erforderlich. Das führt dazu, dass das neue Bauwerk um ca. 50 m nach Norden verlegt werden soll. Es handelt sich hierbei um eine erhebliche Änderung am Straßenkörper und somit eine Maßnahme für die im Rahmen eines Planfeststellungsverfahren das Baurecht erwirkt werden muss. Das Planfeststellungsverfahren war zum Zeitpunkt der Schadenszunahme noch nicht begonnen. Gleichzeitig war die hohe umweltfachliche Relevanz des Bestandsbauwerks bekannt, da hier bei der Erfassung schützenswerte Arten (Schlingnattern, Zauneidechsen und Zwergfledermäuse) angetroffen wurden. Mit einer Ausführung des Ersatzneubaus wird gemäß Projektablaufplan ca. 2028 gerechnet. Damit die aus Gründen der Verkehrssicherheit zwingend erforderliche Sanierung der B96a durchgeführt werden kann, ist eine leistungsstarke Verbindung der L171 zwischen Bergfelde und Hohen Neuendorf erforderlich. Aus diesem Grund wurde die Aufgabenstellung für ein Behelfsbauwerk - das die Nutzungsdauer bis zum tatsächlichen Ersatzneubau überbrückt - wie folgt definiert: - Errichtung eines Behelfsüberbaus in den bestehenden Grenzen, d. h. keine Reduzierung der lichten Höhen und Weiten, keine Verbeiterung - Nutzung von dauerhaften Konstruktionen für einen Zeitraum von mindestens 10 Jahren - Nutzung der vorhandenen Gründungen Unter Berücksichtigung dieser Parameter erschien ein baurechtsfreies Verfahren möglich. Dadurch können Umwege im Schülerverkehr verhindert und die Umsetzung der Straßenbaumaßnahmen im Umfeld ermöglicht werden. Im Rahmen des Sonderprogramms „Spannungsrisskorrosion“ (siehe [3]) wurde durch den LS bereits der Markt für Systeme zur Erneuerung von Brücken eruiert, wodurch eine Marktübersicht vorlag. Aufgrund der Bestandsabmessungen und der Konstruktion versprach eine Realisierung mit dem geschützten System Hentschke C+ die besten Ergebnisse. 2. Planungsphase 2.1 Entwurfsidee Um die bereits genannten Vorteile der Hohlträgerbauweise zukünftig wieder nutzbar zu machen, wurde in Zusammenarbeit mit dem Bauunternehmen eine Lösung unter Einsatz von luftdicht verschweißten Verdrängungsrohren entwickelt, die regelwerkskonform den Verzicht auf die Inspizierbarkeit erlaubt. Wegen der geplanten begrenzten Nutzungsdauer wurde auf Abdichtung und Belag verzichtet sowie eine einer direkt befahrenen Fahrbahntafel hergestellt. 2.2 Technische Parameter Auf den mittleren Pfeiler musste aus technischen und bautechnologischen Gründen beim Ersatzneubau verzichtet werden. Für das Mittelfeld ergab sich damit eine Stützweite von nahezu 30 m. Unter Verwendung der Ansätze der BT-Bauweise konnten Fertigteilträger mit einer Konstruktionshöhe von 90 cm konzipiert werden, welche zusammen mit den 70 cm hohen Fertigteilen in den Randfeldern auf den bestehenden Unterbauten verlegt wurden. Bedingt durch die höheren Beanspruchungen mussten die Pfeiler in den Achsen 20 und 40 lokal verstärkt werden. Die Verbindung der Fertigteile untereinander erfolgt mit einer durchgehenden Ortbetonplatte zu einem durchgehenden Überbau. Abb. 4: Regelquerschnitt Ersatzüberbau Bild: cbing 296 5. Brückenkolloquium - September 2022 Ersatz einer Brücke im Zuge der L171 über die DB 2.3 Optimierungsansätze Durch die veränderliche Bauhöhe der Fertigteile und die Ausbildung einer Kuppe in der Gradiente der Fahrbahn konnte trotz Veränderung der Stützweiten eine statisch zweckmäßige Gestaltung der Bauhöhen erreicht werden, ohne die Bestandsgradiente an den Brückenenden zu verlassen. Die Fertigteile in den kürzeren Randfeldern wurden ohne Verdrängungsrohre ausgeführt, um die positiven Auswirkungen der durchlaufenden Konstruktion für das Mittelfeld zu unterstützen. 2.4 Innovation und Regelwerkskonformität Durch den Einsatz von Verdrängungskörpern aus luftdicht verschweißten Stahlrohren können die bekannten Vorteile von Hohlkörperfertigteilen im Brückenbau wieder nutzbar gemacht werden. Mit Verweis auf die RE- ING Teil 2 und ZTV-ING Teil 4 ist diese Vorgehensweise geregelt. Besonderes Augenmerk wurde bereits in der Planung auf die Maßnahmen zur Lagesicherung der Verdrängungsrohre beim Betonieren gelegt. Für die Verbindung der Fertigteile untereinander erfolgt die Anordnung einer durchgehenden Ortbeton-Verbundplatte mit einer Dicke >20 cm. 3. Genehmigungsverfahren Aufgrund der Einhaltung der Bestandsabmessungen, insbesondere der lichten Höhen und Weiten für die Schienenwege sowie die Breite des Überbaus, ist die Erneuerung der Brücke baurechtlich nach §10 (3) BbgStrG nicht als wesentliche Änderung zu werten. Eine gesonderte Genehmigung war deshalb nicht zwingend erforderlich. Entsprechend §10 (3) wurden jedoch die betroffenen Behörden und die Träger Öffentlicher Belange mit dem Ziel, das Einvernehmen herzustellen, beteiligt. Hierbei ist die sehr gute und konstruktive Zusammenarbeit mit allen Behörden herauszustellen. Durch die intensive Einbindung der naturschutzfachlichen Interessensverbände und Behörden sowie der Deutschen Bahn konnten sehr gute Lösungen erzielt werden. Im Vorfeld der eigentlichen Baumaßnahmen wurden unter anderem Fledermausersatzquartiere eingerichtet. Abb. 5: Fledermausersatzquartier Bild: LS Brandenburg 4. Bauausführung 4.1 Besondere Randbedingungen Beim Bauen über Gleisanlagen werden die Randbedingungen maßgeblich von den zur Verfügung stehenden Sperrpausen bestimmt. Auf Grund der sehr kurzen Vorbereitungszeit der Baumaßnahme standen keine größeren Sperrpausen für Arbeiten im Gleisbereich zur Verfügung, sodass die Leistungen Abbruch und Montage Überbau in einer Vielzahl kurzer Sperrpausen ausgeführt werden mussten. Deshalb wurde der Abbruch des Überbaus so durchgeführt, dass nach der Leichterung die Verbundplatte in den Fugen der Bestandsfertigteile aufgesägt und die Fertigteile ausgehoben wurden. Die nur eingeschränkt zur Verfügung stehenden Sperrpausen hatte auch zur Folge, dass eine anfangs angedachte Nutzung des mittleren Pfeilers zwischen den Gleisen zur Auflagerung nicht umgesetzt werden konnte. Eine Sanierung der Auflagerbank war im Rahmen der zur Verfügung stehenden Zeitfenster nicht möglich. 4.2 Ertüchtigung der Unterbauten Um die Sperrzeit des Bauwerks so klein wie möglich zu halten, wurden die bestehenden Unterbauten nicht erneuert, sondern ertüchtigt. Für die Widerlager bedeutete das die Sanierung der Auflagerbank, Abbruch und Neuherstellung der seitlichen Kammerwände und die komplette Neuherstellung von hinteren Kammerwänden, da die Änderung des Überbausystems von einer Einfeldträgerkette (4 Felder) zu einem Durchlaufträger (3 Felder) den Einsatz von Fahrbahnübergangskonstruktionen an den Überbauenden notwendig machte. Da nicht alle Pfeiler wieder genutzt werden konnten, wurden für die weiterverwendeten Pfeiler im Bereich des Pfeilerkopfes umfangreiche Arbeiten notwendig. Die obere Bewehrung wurde komplett freigelegt und verstärkt, die Kragarme wurden vergrößert. 5. Brückenkolloquium - September 2022 297 Ersatz einer Brücke im Zuge der L171 über die DB 4.3 Fertigteilherstellung und Montage Die Herstellung der Fertigteilträger fand im Fertigteilwerk der Hentschke GmbH in Bautzen statt. Durch den Einsatz bereits erprobter Herstellungslösungen im Fertigteilwerk und typisierter Querschnittslösungen konnten viele Prozesse der Planung und Bauvorbereitung effizient parallel bearbeitet werden. Besonderes Augenmerk wurde auf eine wirksame Lagesicherung der Verdrängungsrohre während der Betonage gelegt. Abb. 6: Lagesicherung der Verdrängungsrohre Bild: cbing Die Randträger-Fertigteile wurden kappenartig ausgeformt und erhielten nur einen schmalen Ortbeton-Ergänzungsstreifen im Bordbereich. Dadurch wurden im Bereich der Gleise außer der Montage der Träger und der Montage des Übergreifschutzes keine weiteren Eingriffe in den Bahnverkehr notwendig. Die Montage der Träger im Bahnbereich und in einem Randfeld erfolgte mit einem ADK mit einer Traglast von 1000 t, für das andere Randfeld kam ein ADK mit einer Traglast von 400 t zum Einsatz. Abb. 7: Fertigteilmontage Bild: LS Brandenburg Nach Montage aller Träger erfolgte die Herstellung der Verbundplatte sowie des Ergänzungsstreifens der Kappe. 5. Resümee Im Ergebnis konnte die Straßenverbindung ca. 6 Monate nach Sperrung des Bauwerks wieder in Betrieb genommen werden. Insbesondere die Verwendung von vorgespannten Fertigteilen mit Hohlkörpern und eine vorbereitete Systemplanung führten hier zu einer erheblichen Verkürzung der Zeiten für Planung, Bauvorbereitung und Bauausführung. Durch vorbereitete Typenlösungen ist es möglich parallel die Planungs- und Bauvorbereitungsprozesse durchzuführen - modulares Entwerfen [4] bietet zudem die Möglichkeit des Vorhaltens von effizienten Fertigungsanlagen im Fertigteilwerk. Abb. 8: Das fertige Bauwerk Bild: LS Brandenburg Das Potential die Dauer des Gesamtprozesses zu minimieren und gleichzeitig die Auswirkungen auf die Verkehrs- und Wirtschaftsströme zu verringern, ist bei der Errichtung der Brücke in Hohen Neuendorf besonders deutlich geworden. Literatur [1] Bernhardt, W.; Verch, W.; Heerdegen, W.: Straßenbrücken unter Verwendung zusammengespannter Fertigteile BT 70. Bauplanung-Bautechnik, 17. Jg., Heft 4, April 1963, pp. 188-191 und Heft 5, Mai 1963, pp. 244-248. [2] Langrock, J.; Schuchardt, J.; Verch, W: Betonbrückenbau. VEB Verlag für Bauwesen, Berlin 1979 [3] Degenhardt, K.: Strategisches Bauwerkserhaltungsmanagement im Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg. 5. Brückenkolloquium TAE 09/ 2022 [4] Siegel, R.: Chancen und Risiken des modularen Brückenbaus aus Sicht des AG (AdB). Baukongress - Die Zukunft des Bauens, Aachen 01.-02.06.2022