Dr.-Ing. Zichner, Dr.-Ing. Duda, KHP Frankfurt - VSVI Hessen

König und Heunisch Planungsgesellschaft
Beratende Ingenieure für Bauwesen
VSVI-Seminar Hessen 2010
Friedberg
26.05.2010
Ertüchtigung der Talbrücken
Döllbach, Salzbach und Sechshelden
Dr.-Ing. T. Zichner / Dr.-Ing. H. Duda
KHP König und Heunisch Planungsgesellschaft mbH & Co. KG · Oskar-Sommer-Str. 15-17 · 60596 Frankfurt am Main · HR Frankfurt a. M. A 42774
Komplementär: KHP Beteiligungsgesellschaft mbH · Sitz wie vor · Geschäftsführer: Dr.-Ing. H. Duda, Dr.-Ing. T. Faust · HR Frankfurt a. M. B 75826
Du/Zr/hm
19.4.2010
2.101_FB

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1 Allgemeines
Nach der in den Bauwerksunterlagen dokumentierten Tragfähigkeit genügen ca. 65 % des
Brückenbestandes in Deutschland nicht der Brückenklasse 60/30 nach DIN 1072 oder dem
LM1 nach DIN-FB 101. Zur Sicherung des Bestandes und damit zur Aufrechterhaltung eines
funktionstüchtigen Straßensystems müssen diese Bauwerke hinsichtlich ihrer maximal mögli-
chen Tragfähigkeit nachgerechnet werden. Derzeit liegt in Deutschland noch keine auf die
speziellen Anforderungen der Nachrechnung abgestimmte Richtlinie vor. Sie ist noch in Be-
arbeitung, so dass die Nachrechnung zurzeit nach den vorhandenen Normen bzw. Fachbe-
richten erfolgen muss. Abweichungen von diesen Grundlagen bei der Einstufung in eine Be-
lastungsklasse sind daher nur im Rahmen einer "ingenieurmäßigen Beurteilung" der Nach-
rechnungsergebnisse möglich.
Nachfolgend soll auf die Nachrechnung von Brücken eingegangen werden, denen nur noch
eine begrenzte Nutzungsdauer zugewiesen wird, weil sie z.B. in ein künftiges Verkehrsnetz
mit steigenden Verkehrsbelastungen nicht zu integrieren sind. Für die Zeitspanne geht man
von einer verbleibenden Restnutzungsdauer von 15 - 20 Jahren aus.
Die Nachrechnung kann zu einem Ergebnis führen, das einer der drei Kategorien angehört:
- Höhere Einstufung in Bkl 60/30
- Notwendigkeit einer moderaten Ertüchtigung/Verstärkung zur Einstufung in Bkl 60/30
- Erneuerung mit erhöhter Tragfähigkeit (LM1)
Wunschziel ist natürlich, möglichst viele Bauwerke in die erste, mindestens aber in die zweite
Kategorie einordnen zu können. Das ist aber nicht ohne Weiteres möglich, da viele der Brü-
cken noch aus den 50-er bis 70-er Jahren des letzten Jahrhunderts stammen, für die Nach-
weise aber das bis 2003 gültige Normenwerk zu Grunde zu legen ist.
Grundsätzlich muss der Bearbeitungsumfang bei der Nachrechnung ebenso ausgeprägt sein
wie bei einer Genehmigungsstatik, d.h. die relevanten Nachweise für den Überbau sind in
Längs- und Querrichtung zu erbringen.
Mit dem bis 2003 gültigen Normenwerk ergeben sich einige Verschärfungen bei den Nach-
weisen gegenüber den früher maßgebenden Vorschriften. So ist z.B. der Lastfall Tempera-
turunterschied sowie der Nachweis der Dauerhaftigkeit von Koppelfugen hinzugekommen,
auch wurde der Nachweis der Schubtragfähigkeit umgestellt und bei spannungsrisskorro-
sionsgefährdetem Spannstahl (St 145/160) ein Nachweis des Vorankündigungsverhaltens [1]
eingeführt.

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Eine höhere Einstufung ist deshalb nur dann zu erwarten, wenn entweder Tragfähigkeitsre-
serven aus der Bemessung oder aus der Berechnung wegen auf der sicheren Seite liegen-
der Systemannahmen vorhanden sind. Es ist daher von besonderer Bedeutung, das Trag-
verhalten wirklichkeitsnah nachzumodellieren (Krümmung, mehrzellige Kastenquerschnitte,
mitwirkende Plattenbreite, Schiefe im Grundriss), die Spanngliedführung nach den Ausfüh-
rungsplänen einzugeben und den Bauablauf chronologisch nachzubilden. Natürlich kann
diese genauere Berechnung auch zu dem Ergebnis führen, dass die Bemessungsschnittgrö-
ßen nicht günstiger sondern ungünstiger werden.
Bei der ingenieurmäßigen Bewertung der Nachrechnungsergebnisse sollte die Tragfähigkeit
und Standsicherheit höchste Priorität genießen. Bauwerken, die bezüglich Begrenzung der
Zugspannungen und der Mindestbewehrung nicht die Kriterien der Bemessungsvorschriften
erfüllen, aber sonst hinsichtlich Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit kein auffälliges
Erscheinungsbild aufweisen, z.B. keine Risse zeigen, sollte nicht allein aus diesen Gründen
eine Höherstufung abgesprochen werden. Diese Forderungen dienen nämlich in erster Linie
als Hilfsmittel, die bei Einhaltung in der Planungs- und Ausführungsphase erwarten lassen,
dass das Bauwerk die Bedingungen zur Gewährleistung der Dauerhaftigkeit und Gebrauchs-
tauglichkeit während der Nutzungsphase erfüllt. Eine Abstimmung mit dem Bauherrn ist bei
dieser Entscheidung unerlässlich.
Sofern die Nachrechnung ein Ergebnis der Kategorie 2 liefert, nach der das Bauwerk mit
moderaten Ertüchtigungsmaßnahmen hochgestuft werden kann, so stehen hierfür zur
Verfügung:
- Ergänzungsbeton (bewehrt, unbewehrt)
- Bewehrter Spritzbeton
- Externe Vorspannung
} Kombination {
ohne Verbund mit Umlenkung
mit Verbund ohne Umlenkung
- Eingeschlitzte CFK-Lamellen.

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2 Ausgeführte Maßnahmen
2.1 Döllbachtalbrücke
Die Döllbachtalbrücke überführt südlich von Fulda die BAB A 7 über den Döllbach und meh-
rere Wirtschaftswege. Die Gesamtlänge des über 12 Felder durchlaufenden Spannbeton-
hohlkastens beträgt 576 m, die Feldlängen betragen im Regelfeld 46 m und in einem Son-
derfeld 70 m. Das Bauwerk ist in Abbildung 1 in Längsschnitt und Draufsicht dargestellt.
Abbildung 1 Döllbachtalbrücke
Die Dauerhaftigkeit der Spanngliedkopplungen ließ sich weder auf Grundlage der Hand-
lungsanweisung [2] noch mit genaueren Rechenverfahren unter Zugrundelegung der Scha-
densakkumulation nach Palmgren-Miner und realitätsnahen Annahmen zur bisherigen und
zukünftigen Verkehrsbelastung der Brücke nachweisen. Je nach Rechenmodell lag die theo-
retisch ermittelte mögliche Gesamtnutzungsdauer der Brücke unter dem in Realität vorhan-
denen Alter des Bauwerks. Zusätzlich wurden Korrosionsschäden an den Längs- und Quer-
spanngliedern und der Betonstahlbewehrung, nicht oder unzureichend verpresste Hüllrohre
sowie offene, wasserführende querverlaufende Risse in der Fahrbahnplatte festgestellt.
Angesichts der oben beschriebenen Situation wurde ein Abbruch und Neubau der Brücke als
technisch und wirtschaftlich sinnvollste Variante gewählt.
Die oben beschriebenen Schäden beziehen sich dem Grunde nach auf die beiden parallel
laufenden Überbauten, wobei der Ostüberbau im Vergleich einen geringfügig besseren Bau-
werkszustand aufweist. Aus diesem Grund wird im ersten Bauabschnitt der Westüberbau
durch einen Neubau ersetzt. Während dieser Bauphase ist eine 4+0 Verkehrsführung auf
dem Ostüberbau erforderlich. Da angesichts des Bauwerkszustandes die Verkehrssicherheit
mit einer 4+0 Verkehrsführung auf dem Ostüberbau nicht sichergestellt war, wurde der Ost-
überbau zunächst durch Vorspannung mit Verbund, Stahlbetonergänzungen und aufgeklebte

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bzw. in Schlitzen eingeklebte CFK-Lamellen verstärkt. Diese Maßnahme zielte nur darauf,
die Verkehrssicherheit für eine beschränkte Zeit wieder herzustellen, eine Verstärkung im
Sinne einer Erhöhung der Tragfähigkeit der Brücke war nicht vorgesehen.
Da Zweifel an der Standsicherheit des Bauwerks nicht unbegründet waren, eine Sperrung
der Brücke aber vor Baubeginn als ausgeschlossen anzusehen war, wurde im Sommer des
Jahres 2007 ein umfangreiches Bauwerksmonitoring-System installiert. Die Rissbreiten aller
Koppelfugen und der Querrisse in der Fahrbahnplatte wurden kontinuierlich überwacht. Es
wurden Grenzwerte festgelegt, bei deren Überschreitung automatische Alarmmeldungen
generiert wurden. Durch die durchgeführten Messungen konnte der Bauwerkszustand vor
und nach der Verstärkung sowie die Wirksamkeit der Verstärkung messtechnisch
dokumentiert werden. Die Arbeiten zur Verstärkung wurden im Jahre 2008 abgeschlossen.
2.2 Salzbachtalbrücke
Die Salzbachtalbrücke überführt die BAB A 66 bei Wiesbaden über die BAB A 671, die DB,
den Salzbach und einen Wirtschaftsweg. Die Gesamtlänge des über 5 Felder durchlaufen-
den zweistegigen Plattenbalkens beträgt 304 m, die Feldlängen liegen zwischen 46 m und
70 m. Das Bauwerk ist in Abbildung 2 in Längsschnitt und Draufsicht dargestellt.
Abbildung 2 Salzbachtalbrücke
Wie bei der Döllbachtalbrücke ließ sich die Dauerhaftigkeit der Spanngliedkopplungen nicht
nachweisen. Zusätzlich wurde spannungsrisskorrosionsgefährdeter Spannstahl verwendet,
50 % der entnommenen Spannstahlproben versagten im Zugversuch spröde. In Teilberei-
chen der Brücke ist weniger Schubbewehrung vorhanden als rechnerisch erforderlich. Der
allgemeine Bauwerkszustand ist aber relativ gut, signifikante Mängel wie Korrosion oder
Risse sind nicht vorhanden. Im Zuge des Ausbaus der BAB A 66 ist mittelfristig eine Verbrei-
terung auf 3 Fahrstreifen je Richtungsfahrbahn vorgesehen. Aus diesem Grund wurde die
Verstärkung auf eine beschränkte Restnutzungsdauer ausgelegt. Hauptziel der Verstärkung

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war die Sicherstellung der Dauerhaftigkeit der Spanngliedkopplungen. Es wurde eine poly-
gonzugförmig geführte Verstärkung mit externen Spanngliedern ohne Verbund ausführt.
Hierdurch konnte zusätzlich die Schubtragfähigkeit verbessert werden. Die Arbeiten wurden
im Jahr 2009 abgeschlossen.
2.3 Talbrücke Sechshelden
Die Talbrücke Sechshelden überführt die BAB A 45 bei Sechshelden über das Dilltal, die
B 277 und die DB. Die Brücke besteht aus zwei Teilbauwerken je Richtungsfahrbahn mit
einer Gesamtlänge von cirka 912 m bzw. 947 m. Alle vier Teilbauwerke wurden als über 8
bis 10 Felder durchlaufende zweistegige Spannbetonplattenbalken ausgeführt, die
Feldlängen liegen zwischen 32 m und 74 m. Im Grundriss verläuft die Brücke in Kreisbögen
und Klothoiden mit einem kleinsten Radius von 600 m.
Die Problemstellung und die gewählte Lösung sind bei der Talbrücke Sechshelden und der
Salzbachtalbrücke sehr ähnlich. Wieder ist die Dauerhaftigkeit der Spanngliedkopplungen
nicht sichergestellt. Auch die Talbrücke Sechshelden soll mittelfristig beim Ausbau der BAB
A 45 durch einen Neubau ersetzt werden. Auch für dieses Bauwerk wurde eine externe, po-
lygonzugförmig geführte Vorspannung ohne Verbund projektiert. Auf Grund der Grundriss-
krümmung der Brücke müssen die Spannglieder hier aber nicht nur vertikal sondern auch
horizontal umgelenkt werden. Mit der Ausführung der Arbeiten soll in diesem Jahr begonnen
werden.
3 Zusammenfassung
Es wurden drei Bauwerke vorgestellt, bei denen teilweise sehr umfangreiche Verstärkungs-
maßnahmen durchgeführt wurden bzw. geplant sind. Bei allen Bauwerken bestanden Be-
denken im Hinblick auf die Dauerhaftigkeit der Spanngliedkopplungen, hinzu kamen teilweise
Unterdeckungen der Schubbewehrung, Korrosion und spannungsrisskorrosionsgefährdeter
Spannstahl. Durch den Einbau zusätzlicher Spannglieder und andere Maßnahmen konnten
die Bauwerke so weit ertüchtigt werden, dass sie für die vorgesehene beschränkte Dauer
noch genutzt werden können.

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Literatur
[1] Empfehlungen zur Überprüfung und Beurteilung von Brückenbauwerken, die mit vergü-
tetem Spannstahl St 145/160 Neptun N40 vor 1965 hergestellt wurden, Bundesanstalt
für Verkehr, 1993
[2] Handlungsanweisung zur Beurteilung der Dauerhaftigkeit vorgespannter Bewehrung
von älteren Spannbetonüberbauten, Bundesanstalt für Straßenbau, 8/1998