Donaubrücke Traismauer

Das Bauvorhaben „Donaubrücke Traismauer“ verbindet die am rechten Donauufer verlaufende Bundesstraße S33 mit der nördlich, d.h. am linken Donauufer liegenden S5 bei Stromkilometer 1.991,349.

Für die Herstellung der Strompfeilergründung wird ein innovatives Herstellungsverfahren umgesetzt, das die Stabilität eines schwimmenden starren Körpers und dessen energiearme und einfache Transportmöglichkeit in einer Schiffahrtsrinne nutzt. Es handelt es sich um eine Methode, die es ermöglicht, den im Wasser situierten Pfeiler und seine Fundierung in der Donau durch Umsetzung einer bautechnisch einfachen, zielsicheren sowie risikoarmen und somit umweltfreundlichen Lösung herzustellen.

Die Herausforderung dabei war die Herstellung der Pfahlgründung ohne zusätzliche Beeinträchtigung der stark befahrenen, internationalen Wasserstraße. Konventionelle Bauverfahren wie Vorschüttungen, Kastenfangedämme oder andere Verfahren, die eine Herstellung in einer „trockenen Baugrube“ ermöglichen, waren vom Ausschreibenden aus mehreren Gründen untersagt. Für das Fließwasser sollte kein Kontaminationsrisiko durch Betonieren bestehen. Entscheidend war die Wahl einer adäquaten Technik, die die hydraulischen Einflüsse sowie die Einschränkung der Donauschifffahrt so gering wie möglich hält und gleichzeitig diverse Randbedingungen und Auflagen aus Biologie, Fischerei, Landschaftsschutz bzw. aus weiteren Themengebieten des UVP-Verfahrens berücksichtigt.

Allgemeines

Das Kernstück des Bauvorhabens „Donaubrücke Traismauer“ bilden die Strombrücken, deren Tragwerke im Uferbereich auf Trennpfeilern zu den Vorlandbrücken gelagert und im Strom in zwei Doppelpfeilern eingespannt sind. Die Fundierung erfolgt über Großbohrpfähle.

Die Wassertiefe im Bereich der Strompfeiler beträgt rund 13 m. Je Richtungsfahrbahn wurde ein Tragwerk errichtet, wobei diese beiden Tragwerke in den Strompfeilerachsen auf jeweils einem gemeinsamen Fundierungskörper gegründet sind. Dieser besteht aus einem 14 m hohen, 30 m langen und 6,2 m breiten Stahlbetonkörper und dem im Baugrund eingebundenen Bohrpfahlkasten. Die Pfähle reichen bis zu 36 m unter die Stromsohle und weisen damit ab Bohrniveau eine Gesamtlänge von 45 - 48 m auf.

Der innovative Lösungsansatz:

Die Detailüberlegungen wurden in enger Zusammenarbeit mit der ausführenden Firma Alpine, der ausführenden Firma für die Schiffbauarbeiten Brandner und der ausführenden Firma für die Tiefgründungen, Hebearbeiten und DSV (Düsenstrahlverfahren)-Herstellung GPS erarbeitet.

Die selbst gestellte Zielsetzung für die Fundierung in der Donau war, einen im Bauzustand flach gegründeten Pfeilerabschnitt auf der Stromsohle herzustellen, auf dem einerseits ein Bohrgerät situiert und durch den andererseits Pfähle abgeteuft werden konnten. Gleichzeitig sollte die Notwendigkeit schwerer schwimmender Kraneinheiten und schwimmender Bohrplattformen für die Pfahlherstellung vermieden werden. Die Errichtung des Pfeilerteils (L=30m, B=6,2m; H=14m) sollte so weit wie möglich in fremder Lage möglich und musste lagegenau und sicher versetzbar sein. Der Fundierungskörper muss im Endzustand die geforderten Anforderungen wie Pfeilerform, Abriebfestigkeit und statische Tragfähigkeit erfüllen.

Nach Herstellung eines 2,5 m hohen, unten geschlossenen und damit schwimmfähigen Grundelementes werden die weiteren Schüsse des Pfeilers auf dem unter Auftrieb stehenden fertigen Pfeilerteil hochgeklettert. Das bei der Betonage aufgebrachte Frischbetongewicht versenkt den bereits fertig gestellten Teil des Pfeilers und schafft sich dabei den eigenen Auftrieb. Um die Stabilität des schwimmenden Bauteils, im Grunde ein Betonschiff in Pfeilerform, zu sichern, ist es erforderlich, entweder den Schwerpunkt unter dem Auftriebsschwerpunkt zu halten oder durch die Formstabilität ausreichend stabilisierende Kräfte zu mobilisieren.

Mit dem Absinken des Schiffes erhöhte sich der Wasserdruck auf Boden und Wände. Dem Wasserdruck auf den Boden des Schiffs konnte durch Betoneinbringung entgegengewirkt werden. Dabei wurde gleichzeitig die Stabilität des Schiffes erhöht und die gewünschte Eintauchtiefe erreicht. Den Wasserdruck auf die Wände nahm der schwimmende Baukörper über Quersteifen auf.

Die schwimmende Fertigung ermöglicht einen kostengünstigen Transport über die Wasserstraße. Dieser Umstand bringt den Vorteil, dass die Herstellung des Betonschiffs in einem sicheren Bereich abseits der Schifffahrtsrinne und in der Näher der erforderlichen Infrastruktur wie Straßen, Kräne und Energieversorgung erfolgen kann. Auch ist die Fertigung terminlich unabhängig vom Fortschritt der Baustelleneinrichtung am endgültigen Pfeilerstandort.

Nach dem Einschwimmen des Betonschiffes zum geplanten Pfeilerstandort mittels Schubschiff konnte der noch hohle Pfeilerteil durch das Füllen mit Beton und Wasser auf das Niveau der Flusssohle abgesetzt werden. Einmal auf dem Grund abgesetzt, wurde nach exakter Einrichtung der noch immer unter Auftrieb befindliche Betonkörpers mit Unterbeton an die Flusssohle angepasst. Kurz nach der Unterbetonage erfolgte das Füllen des Pfeilermantels mit Beton. Die so zusätzlich aufgebrachte Last sicherte eine Bodenpressung unter dem für den Bauzustand flach gegründeten Pfeiler, die ausreichende Standsicherheit gab. Der Fundierungskörper konnte so ohne Risiko für einen hydraulischen Grundbruch errichtet werden. Zeitgleich erfolgte die Einbringung der Kolksicherung, welche eine zusätzliche Erhöhung gegen Grundbruch und Gleiten der Flachgründung bewirkte.

Die Bohrpfähle konnten nun durch Aufstellen des Bohrgeräts auf der provisorischen Pfeileroberfläche über ausgesparte Bohrschablonen abgeteuft werden.

Die schlanken Doppelpfeiler ermöglichten einerseits im Bauzustand die Stabilisierung ohne weitere Maßnahmen und andererseits im Endzustand eine hohe Sicherheit für außergewöhnliche Lastfälle wie Erdbeben oder Schiffsanprall. Die monolithische Verbindung der Pfeiler mit dem Tragwerk (keine Lagerausführung) ist für die Erhaltung günstig.

Die Umsetzung

In enger Zusammenarbeit aller Beteiligten wurde das Grundkonzept mehrmals überarbeitet und detailliert bevor es zur Umsetzung kam. Auch während der Herstellung konnten noch Optimierungen im Bauablauf und bei der Materialwahl berücksichtigt werden.

Die Errichtung des Basiselementes erfolgte auf einer Schute im Kremser Hafen. Um bei der Herstellung der folgenden Mantelelemente (jeweils 2,5 Meter lange Schüsse) eine stabile und ruhige Position des unter Auftrieb stehenden Pfeilerabschnitts zu sichern, hang dieser über vier Seilanker vertikal an den Portalträgern einer überspannenden Stahlkonstruktion auf zwei Schuten, welche auf halber Strecke zwischen Ufer und Pfeilerstandort situiert waren. Die Anker wurden auf das Eigengewicht eines Betonierabschnitts plus Vorhaltewert ausgelegt.

Nach Fertigstellung des Mantelbetons und noch rund 2,5 m über der endgültigen Höhenlage schwimmend konnte das Mantelbetonelement mit den beidseits liegenden Versorgungsschiffen mittels Schubschiff in seine endgültige Lage geschwommen werden. Erst dort sank es durch die Herstellung weiterer Bohrschablonenabschnitte in die geplante Höhenlage. Die Portalbrücken ermöglichten eine exakte Höhenstabilisierung und eine sehr genaue Einrichtung des Mantelbetonelementes.

Zusammenfassung:

Mit dieser innovativen Methode wird eine ökonomische, sehr sichere, risikoarme und vor allem umweltfreundliche, die Qualität garantierende Herstellung der Pfeilerfundierung bei großer Wassertiefe in einer internationalen Wasserstraße möglich.

Ihre Umsetzung schafft trotz großer Wassertiefe und strömenden Wassers quasi Bedingungen einer „Trockenbaustelle“.

Erläuterungsbericht der Dipl.Ing. Josef Mayer ZT-GmbH zur Einreichung beim Ingenieurbau-Preis 2013