Stöbnitztalbrücke

Aufgabe des Bauherren

Im Zuge der Eisenbahn-Neubaustrecke zwischen Erfurt und Leipzig/Halle hat die DB AG erstmals abweichend zur gültigen Rahmenplanung Talbrücken neuartige Bauwerksentwürfe realisiert. Ziel war dabei eine verbesserte Gestaltung der Bauwerke unter Einhaltung der technischen, wirtschaftlichen und planrechtlichen Rahmenbedingungen bei gleichzeitig verbesserter Dauerhaftigkeit und gesenktem Unterhaltungsaufwand in Anlehnung an den neuen Leitfaden „Gestalten von Eisenbahnbrücken“.

Dennoch erfolgte bei der Stöbnitztalbrücke Ausschreibung und Vergabe eines Entwurfes in Anlehnung an die Rahmenplanung Talbrücken der DB AG als Durchlaufträger mit einem flachen Plattenbalken als Überbauquerschnitt in Massivbauweise.

Der der Ausschreibung zugrunde liegende Entwurf orientierte sich an der Rahmenplanung für Talbrücken der DB AG. Zur Vermeidung von Schienenauszügen wurde die Brücke in eine Durchlaufträgerkette bestehend aus zwei 2-Feld-Durchlaufträgern in den Randbereichen und zwei 5-Feld-Durchlaufträgern in den Mittelbereichen gegliedert. Die Lagerung der Überbauten sollte dabei auf Kalottenlagern erfolgen. Zur Abtragung der Horizontalkräfte wurden die Überbauten dabei jeweils an den Widerlagern und an den Doppelstützten auf längsfesten Lagern gehalten. In allen übrigen Achsen wurden bewegliche Lager vorgesehen. Der Überbau war als längs vorgespannter Plattenbalken geplant. Die Stützenschäfte hatten einen Kreisquerschnitt. Die Doppelstützen unter den mittleren Durchlaufträgern sollten durch einen Stahlbetonriegel in Brückenlängsrichtung zu einem Rahmen verbunden und so als Bremsböcke zur Aufnahme der Horizontalkräfte ausgebildet werden. Zur Aufnahme der Lager und Pressen wurden auf den Rundpfeilern kapitellartige Pfeilerköpfe vorgesehen, die in der Herstellung aufwändig und gestalterisch unbefriedigend sind. Die kastenförmigen Widerlager waren nach Rahmenplanung Talbrücken als massive nicht begehbare Konstruktionen mit Auflagerbank und wasserdichter Übergangsfuge zwischen Kammerwand und Überbau geplant. Aufgrund der Baugrundsituation ist gekennzeichnet durch mächtige nicht tragfähige Schichten über einem gut tragfähigen Tonstein. Eine Tiefgründung auf bis zu 25 m langen Großbohrpfählen war erforderlich.

Beschreibung der Konstruktion

Im Zuge der aufgenommenen Ausführungsplanung wurde ein Sondervorschlag als eine integrale Eisenbahntalbrücke ohne Lager erarbeitet.

Der Grundgedanke des alternativen Neuentwurfes war der Entfall der Festlager und der weitgehende Entfall der übrigen Lager und Fugen unter Einhaltung der Stützweiten und Pfeilerstellung wie im Amtsentwurf, da dies den Vorgaben der Planfeststellung entsprach. Da Lager- und Fugenkonstruktionen nicht nur in der Herstellung aufwändiger sind, sondern auch in der späteren Nutzung höhere Kosten für Wartung und Unterhaltung verursachen, konnten so ganzheitlich wirtschaftliche Vorteile gegenüber dem ursprünglichen Entwurf erzielt werden.

Die zur Ableitung der Bremslasten geplanten Doppelstützen wurden monolithisch mit dem Überbau verbunden. Somit konnte die ursprüngliche Festpunktausbildung zur Vermeidung von Schienenauszügen einfach realisiert werden. Als positiven Nebeneffekt konnten die Fahrbahnübergänge an den Widerlagern eingespart werden und die Endtangentenwinkel in den Randfeldern erheblich reduziert werden. Die Verringerung der Überbauverdrehungen hat zusätzlich positive Effekte für die Schienenspannung und den Fahrkomfort. Durch die monolithische Verbindung der Doppelstützen mit dem Überbau konnte weiterhin auf Aussteifungsriegel zwischen den Rundstützen verzichtet werden. Der Entfall des Aussteifungsriegels führt nicht nur zu einer vereinfachten Herstellung, vielmehr noch zu einer erheblichen gestalterischen Verbesserung. Aussteifungselemente wirken oftmals störend auf den harmonischen Rhythmus der Pfeiler und unverständlich auf den Betrachter.

Weiter wurden die längsverschieblichen Lager der zu den Festpunkten benachbarten Pfeiler durch ebenfalls monolithische Verbindungen ersetzt. Zur Reduzierung der Zwängungskräfte infolge Temperaturdehnung, Kriechen und Schwinden sowie Brems- und Anfahrkräften wurden die Gründungen unter diesen Pfeilern als Pfahlreihe ausgebildet. Somit verlängert sich die Stützweite des quasi beidseitig eingespannten Pfeilers bis weit in die Pfähle. Die so ermittelte Einspannbewehrung zwischen Pfeiler und Überbau konnte damit problemlos hergestellt werden.

Konsequenterweise entfielen auch die Lager an den Trennungspfeilern. Dem Prinzip der horizontalen Steifigkeitsreduzierung folgend, wurde der Trennpfeiler in der Mitte „aufgeschnitten“. Die beiden so entstandenen Halbkreisquerschnitte werden jeweils monolithisch mit dem Überbau verbunden. In statischer Hinsicht hat der Pfeiler die Form einer Stimmgabel.

In der Bauwerksansicht ist der Trennpfeiler nicht von den Normalpfeilern zu unterscheiden, was zur gestalterischen Qualität des Bauwerks beiträgt. Durch den Entfall der Lager sowie der Pfeilerkapitelle und der Aussteifungselemente entsteht ein für eine Eisenbahnbrücke vergleichsweise einfacher und zugleich schlanker und transparenter Bauwerksentwurf.

Wahl der Baustoffe

Der Überbau ist aus Beton C40/50 bewehrt mit Betonstahl BSt 500 S hochduktil hergestellt. Er ist in Längsrichtung mit Spannstahl St 1680/1880 vorgespannt.

Die Unterbauten werden je nach Beanspruchung aus Beton C20/25 bis C35/45 bewehrt mit Betonstahl BSt 500 S hergestellt.

Besondere Ingenieurleistung

Durch die Reduzierung des Bauwerkes auf den Plattenbalkenüberbau und die runden Stützen wurde ein sehr klares und einfaches gestalterisches Konzept erfolgreich umgesetzt. Dabei konnten alle störenden Elemente zur Aussteifung oder für den Einbau und Austausch der Lager entfallen. Es entsteht ein für eine Eisenbahnbrücke sehr transparentes Erscheinungsbild.

Dennoch gelang es auf Schienenauszugsvorrichtungen zu verzichten, was eine hohe Längssteifigkeit und abschnittsweise Einteilung des Bauwerkes erfordert.

Aufgrund der integralen Bauweise wurde seitens des Eisenbahn-Bundesamts (EBA) im Zuge der Ausführungsplanung eine „Zustimmung im Einzelfall“ (ZiE) gefordert, da der bisherige Erfahrungsbereich für derartige Eisenbahnbrücken verlassen wurde. Grundlage für die ZiE war eine vorab beantragte „Unternehmensinterne Genehmigung“ (UIG) seitens der DB Netz AG.

Durch umfangreiche Nachweise konnte gezeigt werden, dass der Alternativentwurf die Anforderungen nach den DIN-Fachberichten 101 und 102 sowie der Richtlinie 804 zuverlässig erfüllt und somit die Gleichwertigkeit zu konventionellen Bauweisen gegeben ist.

Erläuterungsbericht der Leonhardt, Andrä und Partner Beratende Ingenieure VBI AG zur Einreichung beim Ulrich Finsterwalder Ingenieurbaupreis 2015.