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Innerstädtische Instandsetzung einer Brücke in Bad Reichenhall

Die B 21 verläuft im Landkreis Berchtesgadener Land von der österreichischen Grenze am Walserberg südwestlich von Salzburg über Bad Reichenhall und Schneizlreuth weiter bis zur österreichischen Grenze südlich von Melleck im Saalachtal. Diese stark befahrene Bundesstraße wird im Stadtgebiet von Bad Reichenhall mittels einer über fünf Felder spannenden Brücke aus Spannbeton über die Frühlingsstraße, die Bahnstrecke Freilassing – Bad Reichenhall sowie die Münchener Allee geführt. Bauherr für die Maßnahme ist die Bundesrepublik Deutschland, in Auftragsverwaltung vertreten durch den Freistaat Bayern und letztlich das Staatliche Bauamt Traunstein. Auslöser für die Planung war der desolate Zustand der Leiteinrichtungen, Geländer und Gesimse. Es bestand die Gefahr, dass sich von letzteren Teile lösen und den darunter verlaufenden Bahn- und Straßenverkehr gefährden. Der Planungsauftrag umfasste die Bauwerksuntersuchung, um sicherzustellen, dass der Zustand der Brücke die angedachten Instandsetzungsmaßnahmen noch rechtfertigt. Weiterhin galt es, den Umbau des Überbaus so zu planen, dass die Verkehrssicherheit auf dem Bauwerk selbst und für den darunter geführten Bahn- und Straßenverkehr wieder hergestellt werden konnte. Seitens der Deutschen Bahn bestand die Forderung, den am Brückenbauwerk befestigten Berührschutz sowie die dazu gehörende sicherheitstechnische Ausstattung der Brücke über der elektrifizierten Bahnstrecke auf den Stand der Technik zu bringen. Dabei sollten, aufgrund bahneigener Maßnahmen, vorhandene Sperrpausen genutzt werden sowie der Bauablauf auf die parallel stattfindenden Instandsetzungsarbeiten an der Bahnstrecke und der Oberleitung abgestimmt werden.

Das ca. 85 m lange Brückenbauwerk stammt aus dem Jahr 1953. Der Überbau wurde als Spannbetonplatte ausgeführt und läuft über insgesamt fünf Felder. Es befinden sich zwei Richtungsfahrbahnen mit einer Breite von je 3,75 m auf dem Überbau. Auf schlaff bewehrten seitlichen Kragarmen waren Schutzeinrichtungen und Notgehwege angeordnet. Am Anfang und Ende liegt der Überbau auf Kastenwiderlagern, dazwischen auf vier Stahlbetonriegeln auf. Der Festpunkt befindet sich an einem der Zwischenauflager, so dass sich die Enden des Überbaus auf Rollenlagern frei verschieben können.

Die Brücke liegt in einem Streckenabschnitt, in dem die von Schönau am Königssee nach Furth im Wald verlaufende B 20 und die B 21 gemeinsam geführt werden. Diese Tatsache sowie die Verbindungsfunktion der B 21 zwischen Salzburg und Lofer im Pinzgau, auch kleines Deutsches Eck genannt, bringen einen starke Verkehrsbelastung mit hohem Schwerlastverkehrsanteil mit sich. Zur Beurteilung der vorhandenen Bausubstanz führte BPR Dr. Schäpertöns Consult eine Bauwerks- und Baustoffuntersuchung durch. Ergänzend wurden, sowohl aus dem Überbau (unter der Abdichtung), als auch aus den Unterbauten, Bohrmehlproben zur Beurteilung der Chloridbelastung des Konstruktionsbetons entnommen. Weiterhin wurden Bohrkerne zur Überprüfung der Betondruckfestigkeit des Überbaus gezogen und abgedrückt. Die Auswertung ließ den Schluss zu, dass sich die Substanz des Bauwerks in einem noch ausreichend guten Zustand befindet und somit alles für eine Instandsetzung des Überbaus sprach.

Bei den Instandsetzungsmaßnahmen stand im Vordergrund, die maroden Gesimse inkl. der darauf befindlichen Schutzeinrichtungen und Geländer zu erneuern. Die Verkehrssicherheit der Bundesstraße selbst konnte in diesem Zuge ebenfalls wieder auf den Stand der Technik gebracht werden. Dasselbe galt für den Berührschutz sowie die bahntechnische Sicherheitsausrüstung des Brückenfeldes über der elektrifizierten Bahnstrecke und die Entwässerung des Überbaus.

Da die alten Gesimse seinerzeit im Rahmen eines Sondervorschlags monolithisch mit dem Überbau verbunden wurden, musste die alte Konstruktion vollständig vom Überbau abgetrennt werden. Es wurde ein breiterer Kragarm mit einer darauf aufgesetzten Kappe vorgesehen, um Platz für die regelwerkskonforme Schutzeinrichtung und einen Notgehweg zu schaffen. Über der Bahnstrecke kam ein vertikaler Berührschutz zum Einsatz. Die vorhandene Freifallentwässerung des Überbaus war nicht mehr genehmigungsfähig und daher durch eine neue mit Sammelleitung und angeschlossener Muldenversickerung zu ersetzen. Aufgrund der erhöhten Platzanforderungen für die neue Schutzeinrichtung und den Notgehweg auf der Kappe war eine breitere und damit augenscheinlich schwerere Konstruktion für die Kragarme und Kappen notwendig. Das planmäßige Einleiten von zusätzlichem Eigengewicht in das Haupttragwerk hätte eine vollständige Nachrechnung der Brücke erforderlich gemacht, was aus Zeitgründen wegen der zu nutzenden Sperrpausen nicht möglich war und durch die Verwendung von Leichtbeton für die Brückenkappen vermieden werden konnte. Darüber hinaus bestand die Forderung, die Biege- und Schubtragfähigkeit des vorgespannten Haupttragwerks nach den aktuellen Regelwerken nachzuweisen. Aufgrund der robusten Bauweise der Überbauplatte ließ sich der Nachweis der Biegetragfähigkeit mit den vorhandenen Vorspannkräften führen.

Der Nachweis der Querkrafttragfähigkeit wurde beim Bau der Brücke im Jahr 1953 über die Hauptspannungen geführt, so dass fast keine Schubbewehrung in der Platte verbaut wurde. Im heutigen Nachweis darf der günstige Effekt der Vorspannung auf die Querkrafttragfähigkeit nicht mehr im selben Umfang berücksichtigt werden. Es gibt zwar Ansätze die günstige Wirkung der Vorspannung mehr zu berücksichtigen als bisher. Dies reichte im vorliegenden Fall aber nicht aus, um den Nachweis führen zu können. So wurde der Einbau einer nachträglichen Querkraftverstärkung im Bereich der Zwischenauflager nötig. Aufgrund des obig beschriebenen rechnerischen Defizites bei der Querkrafttragfähigkeit wurde der nachträgliche Einbau einer Querkraftbewehrung erforderlich. Die Wahl fiel hier auf die Würth Verbundankerschraube RELAST®, deren Verwendung in der bauaufsichtlichen Zulassung Z-15.1-344 geregelt ist.

Das Tragverhalten der Verbundankerschraube beruht auf den Effekten des Form- und Stoffschlusses. Während beim Formschluss die Kräfte über den Hinterschnitt des Betonschneidegewindes vom Beton in die Schraube übertragen werden, findet die Lastübertragung beim Stoffschluss über Verbundkräfte statt. Am gegenüberliegenden Ende erfolgt die Einleitung der Kräfte in die Schraube über eine Druckverteilungsschreibe. Diese wird mit einer Keilsicherungsfederscheibe und einer Verschraubung gesichert. Aktuell sieht die Zulassung noch keine Möglichkeit vor die im Bauteil vorhandene Querkraftbewehrung bei der Bemessung der Verbundankerschrauben zum Ansatz zu bringen. Die Verbundankerschrauben sind somit für die volle Bemessungsquerkraft auszulegen. Derzeit laufen bereits umfangreiche Versuchsreihen am Arbeitsbereich Massiv- und Brückenbau der Universität Innsbruck, in denen die kombinierte Tragwirkung vorhandener Querkraftbewehrung mit Verbundankerschrauben untersucht wird. Die o. g. Zulassung wird nach Abschluss der Untersuchungen entsprechend überarbeitet.

Die Bemessung basiert auf den bekannten Gleichungen des Fachwerkmodells des Eurocode, wobei die Neigung der Druckstrebe mit θ=45° fixiert wird und die Schrauben unter 90° zur Bauteilachse eingebaut werden. Damit ergeben sich die Bemessungsgleichungen zu:

V_Rd,max = 1/2 · b_w · z · v₁ ·f_cd

V_Rd,s = a_sw · z · f_ywd,ef

Über Versuche konnte gezeigt werden, dass die volle plastische Tragfähigkeit der Zugstrebe nicht erreicht werden kann, also die Schraubenverankerung versagt, bevor es zum Fließen der Schraube kommt. Dies wird durch die Definition einer sogenannten ausnutzbaren Spannung f_ywd,ef  in der Gleichung für V_Rd,s berücksichtigt:

f_ywd,ef = c₁ · f_ywk/ϒ_s + c₂ · 1/ρ_sw · 1 · f_cd ≤ f_ywk/ϒ_s

Die beiden Parameter c1 und c2 wurden durch statistische Auswertungen der Versuchsergebnisse abgeleitet und berücksichtigen den Schraubendurchmesser sowie die Setztiefe der Schraube, wobei unterschieden wird, ob die Schraubenspitze auf der Höhe der Oberkante der Längsbewehrung oder darunter liegt. Der Einbau der 1.224 Verbundankerschrauben erfolgte innerhalb von 20 Arbeitstagen ohne Komplikationen unter laufendem Verkehr von der Brückenunterseite aus. Die Mitarbeiter des ausführende Unternehmens (BESAN GmbH) haben im Rahmen eines Feedback-Gesprächs nach Projektende betont, dass sie mit der einfachen und schnellen Montage der Schrauben sowie mit dem Support in Form einer Einweisung und Betreuung auf der Baustelle sehr zufrieden waren. Weiterhin konnte durch die Verwendung der RELAST®-Verbundankerschrauben eine deutliche Bauzeitenverkürzung erzielt werden.