Kolloquium Straßenbau in der Praxis
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expert Verlag Tübingen
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Instandsetzung einer Natursteinmauer
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Die einsturzgefährdete Stützwand entlang der Hindenburgstraße in Rothenburg ob der Tauber wurde mit einem patentierten Verfahren instandgesetzt. Dabei wurden Kosten eingespart und die ensemblegeschützte Ansicht der historischen Stützwand erhalten.
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3. Kolloquium Straßenbau - Februar 2023 337 Instandsetzung einer Natursteinmauer Im Spannungsbogen zwischen Bestandserhaltung und Denkmalschutz in Rothenburg ob der Tauber Dipl.-Ing., Dipl.-Ing. (FH) Michael Schätzl Staatliches Bauamt Ansbach Zusammenfassung Die einsturzgefährdete Stützwand entlang der Hindenburgstraße in Rothenburg ob der Tauber wurde mit einem patentierten Verfahren instandgesetzt. Dabei wurden Kosten eingespart und die ensemblegeschützte Ansicht der historischen Stützwand erhalten. 1. Einführung Im Juli 2018 wurde die Brückenbauabteilung des Staatlichen Bauamts Ansbach informiert, dass es in Rothenburg ob der Tauber eine Stützwand gibt, bei der das Geländer morsch ist. Bis dahin wurde dieses Bauwerk nicht nach DIN 1076 geprüft, da es in der Brückenbauabteilung nicht bekannt war. Der Geh- und Radweg, dem diese Stützwand dient, liegt etwas abseits der Staatsstraße und kürzt eine Schleife der Straße ab. Bei der Recherche zu diesem Bauwerk wurde eine Vereinbarung aus dem Jahr 1984 entdeckt, in der eine gemeinsame Baulast durch den Freistaat Bayern (72 %) und Stadt Rothenburg o. d. T. (28 %) gegeben ist: „Die Überprüfung des baulichen Zustands der Stützmauer ist jährlich nach Aufforderung durch die Stadt mit einem Vertreter des Straßenbauamtes Ansbach und der Stadt Rothenburg ob der Tauber gemeinsam durchzuführen.“ [1] Gemeinsame Begehungen der Bauhofleiter Stadt Rothenburg und der Straßenmeister SM Rothenburg fanden zwar statt, eine ordentliche Bauwerksprüfung nach DIN 1076 erfolgte, zumindest in den letzten 20 Jahren, jedoch nicht. 2. Zustandsfeststellung 2.1 Erste Begehung Bei der unmittelbar nach Bekanntwerden eingeleiteten Bestandaufnahme wurde der folgende Zustand festgestellt: - Die Stützwand hat eine Länge von 282 m, eine Stützwandhöhe von bis zu 2,6 m. - Der Weg ist talwärts als Fußweg und bergwärts als Fußweg mit dem Zusatz „Radfahrer frei“ beschildert. - Die Breite des Weges beträgt circa zwei Meter. - Das Bauwerk ist wegen Bewuchs überwiegend nicht prüfbar. 2.2 Bauwerksprüfung Nach einem notwendigen ersten Freischneiden durch die Straßenmeisterei Rothenburg und Bauhof Rothenburg konnte eine ausführliche und vollständige Bauwerksprüfung durchgeführt werden. Zu den bereits bei der ersten Begehung ersichtlichen morschen Geländern und verrosteten Geländerpfosten-verankerungen, wurden noch viele weitere Schäden festgestellt, die sowohl die Verkehrssicherheit, als auch die Dauerhaftigkeit und Standsicherheit erheblich einschränkten. Abb. 1: Schiefstellung der Stützwand So wurden insbesondere starke Ausbauchungen und Verkippungen der Natursteintrockenmauer ersichtlich. In einem Abschnitt bestand sogar akute Einsturzgefahr. Die Verformungen der Stützmauer, die zum Teil deutlich von der Senkrechten abweichen, wie in Abb. 1 zu sehen ist, setzten sich auch in der Asphaltschicht fort. Die hier entstandenen Risse im Belag förderten das Eindringen von Wasser im Hinterfüllbereich und führten zur weiteren Verschlechterung des Bauwerkszustandes. Das Ergebnis der Bauwerksprüfung mit der Zustandsnote von 3,5 [2] führte zur unmittelbaren Sperrung des Fußweges. 338 3. Kolloquium Straßenbau - Februar 2023 Instandsetzung einer Natursteinmauer 3. Planung 3.1 Variantenuntersuchung Auf Grund von Erfahrungen mit der Erhaltung von Natursteintrockenmauern im Taubertal erschien der Abbau und Wiederauf bau der Stützwand nicht praktikabel. Da in diesem sehr steilen Gelände mit dem sehr schmalen Gehweg mit keinem Großgerät gearbeitet oder auch nur mit LKW gefahren werden kann, hätte eine solche Erneuerung mit den bestehenden Steinen nur mit sehr viel Handarbeit und nur beschränkter maschineller Unterstützung erfolgen können. Die Kosten hierfür wären nicht abschätzbar gewesen. Daher wurde diese Variante auch nicht weiterverfolgt. Um den Bestand des Fußweges, der einen Ortsteil und Campingplatz mit der Altstadt von Rothenburg o.d.T. verbindet, zu erhalten, wurden sechs Neubauvarianten und zwei Sanierungsvarianten untersucht: Variante 1N: Winkelstützwand mit Spritzbetonvernagelung der Baugrube. Kostenschätzung 3,0 Mio. € Variante 2N: Gabionenwand mit Stahlbetonbalken. Kostenschätzung 1,9 Mio. € Variante 3N: Schwergewichtswand aus Muschelkalkblocksteinen. Kostenschätzung 2,0 Mio. € Variante 4N: Stützwand mit Mikropfählen und Baugrube mit Spritzbetonvernagelung. Kostenschätzung 3,2 Mio. € Variante 5N: Stahlbetonplatte auf Blocksteinen. Kostenschätzung 2,4 Mio. € Variante 6N: lastfreier Bestand, Hangsicherung bergseitig mit Spritzbetonvernagelung und Blocksteinen. Kostenschätzung 1,5 Mio. € Variante 1S: System BST: Mauerwerksfugen werden verschlossen, Daueranker und Lastverteilungselemente aus Beton, Form und Geometrie bleibt erhalten. Kostenschätzung 1,4 Mio. € Variante 2S: Spritzbetonschale mit Vernagelung. Kostenschätzung 1,2 Mio. € [3] 3.2 Denkmalschutz Die 1942 erstmals erwähnte Stützwand steht im Bereich des Ensembleschutzes des Stadt Rothenburg ob der Tauber. Daher wurde eine denkmalschutzrechtliche Erlaubnis bei der höheren Denkmalschutzbehörde der Regierung von Mittelfranken eingeholt. Laut diesem Bescheid konnte nur die Sanierungsvariante 1S die Anforderungen des Denkmalschutzes gewährleisten [4]. Auch wurde eine detaillierte Abstimmung mit dem Bayerischen Landesamt für Denkmalpflege gefordert. Hierzu wurden vor Ort die untersuchten Varianten für die Stützwand vorgestellt und das geplante Geländer bemustert. Um für die Sanierung der Stützwand das patentrechtlich geschützte Verfahren der Fa. Bau-Sanierungstechnik (BST) anzuwenden, war es notwendig bei der Regierung von Mittelfranken die Zustimmung zur freihändigen Vergabe einzuholen. Die verschiedenen Varianten und Untervarianten für die Geländerkonstruktion die den Anforderungen als Absturzsicherung entsprachen wurden vorab mit der höheren Denkmalschutzbehörde und dem Bay. Landesamt für Denkmalpflege abgestimmt. Für die Bemusterung vor Ort wurden durch den Bauhof der Stadt Rothenburg zwei Felder eines Mustergeländers der Variante 7 hergestellt und beschichtet. Leider konnte in Sachen Geländer kein Einvernehmen zwischen dem Landesamt für Denkmalpflege, der Stadt Rothenburg und dem Staatlichen Bauamt hergestellt werden, da nun vom Landesamt ein Holzgeländer gefordert wurde. 3.3 Vergleichsobjekt Die Instandsetzung der Stützwand sollte gemäß der Variante 1S mit dem Verfahren von BST erfolgen. Daher wurden die Besonderheiten dieses Verfahrens recherchiert und ein Vergleichsobjekt in der Nähe besichtigt. Bei der besichtigten Stützwand in Heilsbronn handelt es sich um eine mehrere Meter hohe Wand, die das Gelände zu einem Innenhof abstützt. Hier wurden zuerst die alten Mörtelfugen ausgestemmt und ausgekratzt, das Mauerwerk gereinigt und mit einer Art Putzmaschine neu verfugt. 3.4 System BST Bei den nachfolgenden Systemen der Fa. Bau-Sanierungstechnik (BST) handelt es sich um patentrechtlich geschützte Verfahren. Die Verfahren werden nur allgemein grob wiedergegeben. Für genauere Angaben wird auf die Internetadresse im Literaturverzeichnis verwiesen [5]. BST-Systemvernagelung: Nach dem neuen Verfugen der Ansichtsfläche werden bei dem Verfahren der Systemvernagelung Ankerbohrungen in die bestehende Stützwand und den Hinterfüllbereich eingebohrt. Anschließend werden die Bohrungen für die Rückverankerungen in die Stützmauer niedergebracht. Um die Beton-Lastverteilungselemente herzustellen, wird mit dem Düsenstrahlverfahren ein runder Hohlraum hinter der Stützwand erzeugt. Hierbei dienen die unteren Bohrungen als Ablauföffnung für den gelösten Boden und das Strahlwasser. Die Öffnung wird so lange gespült bis sauberes Wasser aus den Ablauföffnungen austritt. Dies zeigt dem Geräteführer an, dass der Hohlraum die gewünschte Größe erreicht hat. Nun werden die Edelstahlnadeln und die Daueranker durch die Bohrungen für die Rückverankerungen gesteckt und die unteren Ablauföffnungen verschlossen. Die 3. Kolloquium Straßenbau - Februar 2023 339 Instandsetzung einer Natursteinmauer Daueranker werden verpresst und die Rückverankerungselemente betoniert. Abschließend werden auch die oberen Öffnungen der Edelstahlnadeln mit Mörtel verschlossen. Abb. 2: BST-Systemvernagelung[5] BST-Pfeilerrücklagen: Den Unterschied der Pfeilerrücklagen zur Systemvernagelung bilden die in der Höhe durchgehenden pfeilerartigen Betonblöcke, die in regelmäßigen Abständen hinter der Stützwand hergestellt werden. Dadurch kann auf Daueranker, die sehr tief in den Untergrund der Hinterfüllung eingebracht werden müssen, verzichtet werden. Diese Methode kommt bevorzugt zum Einsatz, bei hoher oder unbekannter Spartendichte im Hinterfüllbereich. Die Pfeilerrücklagen können auf unterschiedliche Weisen hergestellt werden. Dazu wird der Hohlraum hinter der Stützwand entweder über Ausspülen des Hinterfüllboden, über Ausbaggern oder über Aussaugen mit entsprechender Gerätschaft hergestellt. Abb. 3: BST-Pfeilerrücklagen[5] 3.5 Ausführungsplanung Bevor mit der Ausführungsplanung begonnen werden konnte, waren Schürfe für die Erstellung eines Bodengutachtens erforderlich. Hier zeigte sich, dass die Natursteinwand mit dem klüftigen Felsuntergrund regelrecht vermauert war. Bei der Stützwand in Rothenburg o.d.T. wurde das System mit den Pfeilerrücklagen gewählt, da bereits Strom-, Wasser- und Telefonleitungen im Hinterfüllbereich bekannt waren, die jedoch trotzdem teilweise verlegt werden mussten. Abb. 4: Schnitt A-A, Ausführungsplanung [7] Die Pfeilerrücklagen weisen eine Stärke von 50 cm und eine Höhe von mindestens 1,45 m auf. Sie wurden in einem Achsabstand von 1,5 m angeordnet und mit Edelstahlnadeln DN 12 mm im Abstand von 30 cm mit der Natursteinmauer vernadelt. Um die Wirksamkeit der Vernadelung auch rechnerisch nachzuweisen wurden vom Prüfingenieur Auszugsversuche gefordert. Diese wurden durch die Hochschule Karlsruhe mit den Edelstahlnadeln DN 12 mm sowohl in der vollflächig vermörtelten Mauerwerksfuge als auch im Stein durchgeführt und ausgewertet. Dabei wurden die geforderten Auszugswerte deutlich übertroffen. Es konnte auch kein Unterschied im Tragverhalten in Abhängigkeit vom Einbauort (Stoß-, Lagerfuge oder Vollstein) festgestellt werden [6]. Somit stand einer geprüften Ausführungsstatik für die sanierte Stützwand nichts mehr im Weg, was einer der wesentlichen Vorteile dieses Verfahrens ist. Außerdem bleibt die Ansichtfläche im Wesentlichen unverändert und Ausbauchungen oder Schiefstellungen bis zu einem gewissen Grad können im Mauerwerk verbleiben. 340 3. Kolloquium Straßenbau - Februar 2023 Instandsetzung einer Natursteinmauer Abb. 5: Längsabwicklung, Ausführungsplanung [7] 4. Baudurchführung 4.1 Bauvorbereitung Da die Zustandserfassung, Planung und Einholung der Genehmigungen für die Baumaßnahme einen gewissen Zeitbedarf benötigten, wurde als Provisorium eine Absturzsicherung beim einsturzgefährdeten Bereich der Stützmauer und ein Bauzaun entlang des morschen Holzgeländers errichtet. Dadurch konnte der Fußweg, zumindest bis zum Start der Bauarbeiten, wiedereröffnet werden. Als Vorbereitung der Bauarbeiten musste die Stützwand auf mindestens einen Meter Breite von Bewuchs freigeschnitten werden, um für die Sanierung ein Arbeitsgerüst auf bauen zu können. Hierzu waren zuvor Begehungen eines Biologen und eine Artenschutzrechtliche Prüfung erforderlich. Um brütende Vögel und Reptilien zu schützen, konnten die Holzungsarbeiten nur von Anfang Oktober bis Ende Februar durchgeführt werden. Zum Fällen der Bäume im steilen Gelände wurde ein Mobilbagger mit Zange eingesetzt. Durch tagelangen Regen war jedoch so viel Wasser in den Untergrund eingedrungen, dass der Bagger auf dem Fußweg einbrach und die Stützwand im oberen Bereich etwas verschoben wurde. Zum Glück wurde niemand verletzt. Der Bagger musste jedoch am nächsten Tag mit Hilfe eines Mobilkrans von der Staatsstraße aus geborgen werden. Die restlichen Bereiche der Stützwand wurden dann von der Straßenmeisterei Rothenburg o.d.T. aufwendig von Hand freigeschnitten. 4.2 Bereichsweiser Rückbau und Wiederaufbau Der einsturzgefährdete Bereich wurde bis auf ca. 1,5 m Höhe zurückgebaut und fachgerecht mit gemörtelten Fugen wiederhergestellt. Dabei konnte nur noch mit kleinstem Gerät gearbeitet werden, da in dem steilen Gelände mit keinem LKW gefahren werden konnte. 4.3 Instandsetzung mit Pfeilerrücklagen Um die Stützwand für die Sanierung mittels Pfeilerrücklagen vorzubereiten, musste die Natursteintrockenmauer von Wurzeln befreit und die Wand gereinigt werden. Anschließend wurde die Ansichtsfläche maschinell mit Trasskalkmörtel verfugt. Abb. 6: Ansichtsfläche Vorbereitung Natursteinwand Diese Fugenfüllung ist jedoch nicht tief und reicht maximal acht Zentimeter von der Vorderkante des Steins in die Fuge hinein. Nach ausreichender Erhärtung wurden in einem nächsten Schritt in den Lagerfugen Löcher gebohrt und die Lagerfuge vollflächig mit Mörtel verpresst. Hierbei diente die zuerst erstellte Fugenfüllung als Verdämmung, damit aus der Ansichtsfläche kein Mörtel austreten konnte. Die Hohlräume für die Pfeilerrücklagen wurden mit Hilfe eines Saugbaggers hergestellt. Zuvor war die Asphaltschicht im Maße der Pfeilerrücklagen ausgeschnitten worden. Da der Materialtransport durch absaugen mit einem Schlauch zum LKW auf der Staatsstraße erfolgte, war es möglich auf dem beengten Weg sehr effizient zu arbeiten. 3. Kolloquium Straßenbau - Februar 2023 341 Instandsetzung einer Natursteinmauer Abb. 7: Saugbagger Die zuvor provisorisch verlegten Leitungen konnten durchtrennt werden bzw. wurden in die Pfeilerrücklagen mit einbetoniert. Bevor die Pfeilerrücklagen betoniert werden konnten mussten noch die Löscher für die Edelstahlnadeln gebohrt und nach dem Einlegen der Nadeln wieder mit Mörtel verschlossen werden. Abb. 8: Baugrube für Pfeilerrücklage In der fertiggestellten Ansichtsfläche sieht man die Bohrlöcher nicht mehr. Die einzigen verbleibenden Öffnungen sind die Drainageöffnungen, die den Auf bau eines hydrostatischen Drucks verhindern sollen. Abb. 9: Fertiggestellte Wandfläche (ohne Geländer) 4.4 Geländer Die alte Absturzsicherung bestand aus quadratischen Holzpfosten, die mit der Natursteinmauer über ein einbetoniertes U-Profil verbunden waren und einem Rundholz als Handlauf. Da diese Konstruktion nicht den allgemeinen Anforderungen der Unfallverhütung oder der ZTV-Ing. entsprach, wurden verschiedene Varianten untersucht, um eine sichere und dauerhafte Absturzsicherung zu gewährleisten. Dabei war es erforderlich, dass die Verankerung des Geländers dem Holmdruck standhält und ein Durchfallen oder Übersteigen für Personen, insbesondere für Kinder, verhindert wird. Die Geländerkonstruktion sollte möglichst schlank und unauffällig sein und zur Natursteinwand passen. Die Stützwand hat eine Brüstungshöhe von ca. 15 - 40 cm. Es wurden auch Varianten untersucht, die Geländerverankerung auf Einzelfundamenten vor der Brüstungswand zu befestigen. Dies hätte jedoch den Fußweg noch weiter eingeengt und wurde auch vom Landesamt für Denkmalpflege abgelehnt. Somit kam also nur eine Verankerung der Geländerkonstruktion auf der sanierten Stützwand in Betracht. Um eine Aussage zum aufnehmbaren Holmdruck zu erhalten, wurden von der TU München horizontale Druckversuche durchgeführt. Dabei wurden an mehreren Stellen die Lasten, die auf den Geländerpfosten einwirken, simuliert. Die Pfosten sollen in der sanierten Natursteinwand mit Kernbohrungen und Mörtelfüllung hergestellt werden [8]. 342 3. Kolloquium Straßenbau - Februar 2023 Instandsetzung einer Natursteinmauer Abb. 10: Planung Geländer Var. 7 Abb. 11: Bemusterung Geländer Dementsprechend wurden auch für den Druckversuch Pfosten in die Natursteinwand einbetoniert. Die Last wurde mittels Druckzylinder aufgebracht und die Abb. 12: Druckversuch Geländer Verformungen mit einem Wegaufnehmer aufgezeichnet. Die aufgebrachten Lasten konnten dabei, ohne Schäden an der sanierten Natursteinwand zu verursachen, aufgenommen werden. Derzeit werden noch die Ausführungspläne für das neue Geländer erstellt, welches dann in 2023 montiert werden soll. 5. Fazit Durch den schlechten Zustand der in Vergessenheit geraten Stützwand war eine kurzfristige Einschränkung des Fußweges erforderlich. Eine regelmäßige Bauwerksprüfung und ein koordiniertes Erhaltungs-management können solche Einschränkungen der Verkehrsinfrastruktur verhindern. Durch das innovative Instandsetzungssystem, das verschiedene Bauweisen zu einem patenrechtlich geschützten Verfahren kombiniert, konnte die Stützwand in Rothenburg o.d.T. in kurzer Bauzeit saniert werden. Dabei war die vorgestellte Instandsetzung wesentlich günstiger als ein Ersatzneubau und konnte die Anforderungen an den Denkmalschutz erfüllen. Literatur [1] Vereinbarung Unterhalt und Baulast eines Gehweges entlang einer Staatsstraße zwischen dem Freistaat Bayern und der Stadt Rothenburg ob der Tauber, 1984 [2] Bauwerksprüfung, StBa Ansbach, 2019 [3] Variantenuntersuchung, StBa Ansbach, 2019 [4] Denkmalschutzrechtliche Erlaubnis nach Art. 6 BayDSchG, Reg.v.Mfr., 2020 [5] www.bau-sanierungstechnik.de, 2020 [6] Gutachten Hochschule Karlsruhe, 2021 [7] Bestandsübersichtsplan, StBa Ansbach, 2021 [8] Stadt Rothenburg o.d.T., 2022
