Unstruttalbrücke

Mit der im Bau befindlichen Neubau- und Ausbaustrecke VDE 8 der DB AG werden zukünftig unter umweltfreundlichen Aspekten die Personen- und Güterverkehre auf der Nord-Süd-Achse in Deutschland von Berlin nach München abgewickelt. Im Zuge der Neubaustrecke Erfurt–Leipzig/Halle VDE 8.2 quert die Trasse nördlich der Gemeinden Karsdorf und Wetzendorf im Burgenlandkreis das weitläufige Unstruttal. Dieses ist durch die steil abfallenden Kalkhänge auf der Ostseite und die flach geneigte Flanke auf der Westseite geprägt. Im Tal verlaufen die Unstrut, die zeitweise wasserführende Dissau, zwei Landesstraßen, mehrere Wirtschaftswege sowie die Bahnstrecke Naumburg–Reinsdorf. Großräumige Acker- und Trockenrasenflächen, Laubwaldinseln sowie Streuobstwiesen prägen das Bild des „Helme- Unstrut-Schichtstufenlandes” mit verschiedenen Schutzgebieten. Die Unstruttalbrücke verbindet den NBS-Abschnitt zwischen dem Bibra- und dem Osterbergtunnel.

Die Aufgabe der Ingenieure bestand darin, das Tal mit einer Brücke für den Hochgeschwindigkeitsverkehr (300 km/h) der zweigleisigen elektrifizierten TEN-Strecke zu queren. Durch den Bauherren wurden neben den technischen Parametern (Bemessung nach LM 71, SW2, Ansatz des Lastfalls Bremsen – Bremsen, Ausrüstung mit Feste Fahrbahn) zusätzliche Parameter vorgegeben:

• wirtschaftliche, unterhaltsoptimierte Herstellung (Minimierung der Lager und Fugen)
• gute Zugänglichkeit für Wartung und Inspektion
• Anwendung eingeführter und erprobter Bauverfahren ohne Regelwerksabweichungen
• hohe gestalterische Qualität und Transparenz des Bauwerkes

2. Beschreibung der Haupttragkonstruktion

Die Unstruttalbrücke ist ein markantes, weithin wahrnehmbares Bauwerk mit einem schlanken und gut strukturierten Erscheinungsbild. Die Konstruktion ist nach aktuellstem Stand der Ingenieurbaukunst errichtet.

Das Tragwerk der Unstruttalbrücke besteht aus vier aneinander gereihten fugen- und lagerlosen 10-Feldträgern von je 580 Meter Länge, die rahmenartig mit den Pfeilern und dem Bogen verbunden sind. In Systemmitte sind die einzelnen Durchlaufträger mit je einem sprengwerkartigen Stahlbetonbogen mit einer Spannweite von 108 Meter verschmolzen, die als Festpunkt der Abtragung der Brems- und Anfahrkräfte dienen. In den Randbereichen wird das Bauwerk durch Dreifeldträger ergänzt, die an den Widerlagern horizontal unverschieblich gelagert sind. Die Regelstützweite der Überbauten beträgt 58 Meter.

Die einundvierzig für das Bauwerk erforderlichen Pfeiler werden als schlanke Pfeilerscheiben ausgebildet, welche den Fahrbahnträger in Querrichtung wirkungsvoll aussteifen und gleichzeitig eine ausreichende Nachgiebigkeit in Brückenlängsrichtung zur Aufnahme von Zwangsverformungen besitzen. Eine Besonderheit stellen die Trennpfeiler dar, die als zwei 0,60 Meter schlanke und 25 Meter hohe Stahlbetonscheiben jeweils die Enden der Durchlaufträger stützen. Getrennt durch eine Bauwerksfuge von 0,40 Metern nehmen diese Scheiben die Zwangsverformungen des Überbaus aus Temperatur, Kriechen und Schwinden sowie aus der Vorspannung auf. Die Bögen sind im Scheitelbereich fest mit dem Überbau verbunden. In Querrichtung teilt und spreizt sich der Bogen zu den Füßen auf. Dadurch erhält er eine große Stabilität in alle Richtungen. Neben den grazilen Bögen entstanden 41 ebenso schlanke Pfeiler. Die Widerlager, Pfeiler und Bögen wurden tief im anstehenden Buntsandstein gegründet. Die Fundamente ruhen auf Stahlbetongroßbohrpfählen, die in bis zu 40 Meter Tiefe reichen. Die Fahrbahnträger sind als Spannbetonüberbau abschnittsweise vom Widerlager West errichtet worden. Das Vorschubgerüst arbeitete sich dabei taktweise über das Tal. Vorauseilend wurden die Pfeiler und Bögen errichtet, mit denen der fertige Überbau verbunden ist.

Der Entwurf ermöglicht eine optimierte, wartungsarme und zerstörungsunanfällige Konstruktion.

3. Wahl der Baustoffe mit Begründung

Um den Anforderungen des Bauherrn an ein wartungsarmes Bauwerk gerecht zu werden, wurde für das Tragwerk eine Betonlösung gesucht. Ein Stahl- bzw. Verbundquerschnitt ist aufgrund der hohen Anforderungen im Hochgeschwindigkeitsverkehr sehr aufwändig in der Herstellung. Spätere Korrosionsschutzarbeiten am Stahl hätten in dem sensiblen Naturraum zudem nur mit komplizierten Schutzmaßnahmen durchgeführt werden können. Auch sind diese Arbeiten in einer Höhe von ca. 50 Meter nur mit sehr großen Aufwendungen möglich. Aus diesen Gründen wurde für den Überbau ein Spannbetonquerschnitt gewählt.

Wegen des geringen Pfeilerquerschnittes und der hohen Auflasten aus dem monolithisch

eingespannten Überbau wurden für die Unterbauten Stahlbetonpfeiler und Stahlbetongroßbohrpfähle mit hoher Druckfestigkeit gewählt (Pfeiler in Stahlbeton C 40/50 und Bohrpfähle in Stahlbeton C 35/45).

4. Erläuterung der Gestaltung

Die Aufgabe der Ingenieure war es, das Tal mit dem für den Bahnverkehr notwendigen sehr großen Bauwerk in einer angemessenen Form und Gestalt zu überbrücken. Selbst geringe Veränderungen der Geometrie haben aufgrund der Addition in der Ansicht eine große Wirkung.

Deshalb wurde eine Bauwerkslösung gesucht, die mit einem minimalen und effizienten Materialeinsatz auskommt.

Die Pfeiler besitzen stellenweise eine beeindruckende Schlankheit von 1,50 Meter Dicke bei ca. 45 Meter Höhe. Die Bogenform ist geometrisch sehr komplex und stellte höchste Anforderungen an die Planung und die Schal- und Bewehrungsarbeiten. Die gespreizte Form der Bögen unterstreicht zusätzlich die Tragwirkung. Für den Überbau wurde ein zweigleisiger Spannbetonhohlkasten als Querschnitt, wie bei den Regellösungen der DB AG üblich gewählt. Diese Querschnittsart ist für diese Stützweite eine sehr wirtschaftliche Lösung. Aufgrund der Höhe und der Proportionen des Bauwerkes ist auch die Querschnittshöhe von 4,75 Meter gestalterisch angemessen.

5. Besonderheit der Ingenieurleistung

Brücken in dieser Größenordnung wurden weder bei der DB AG, noch bei den Straßenbauverwaltungen in Deutschland bisher als integrale Bauwerke ausgebildet. Die Unstruttalbrücke ist mit über 2,6 Kilometer Länge die größte integrale Talbrücke und in dieser Dimension derzeit einzigartig weltweit.

Mit der Unstruttalbrücke beweist die DB AG, dass sie auch für derart große Bauwerke moderne, innovative Entwurfs- und Bemessungskonzepte im Brückenbau umsetzen kann und zeigt neue Wege im Brückenbau auf.

Die statischen Berechnungen, die technische Bearbeitung, die Bauvorbereitung und – durchführung für eine „herkömmliche“ Brücke dieser Dimension ist für sich schon eine sehr anspruchsvolle Aufgabe. Für die Unstruttalbrücke wurde technisches Neuland betreten. So waren umfangreiche Untersuchungen für die Bemessung der Trennpfeiler für den Bauund Endzustand, die Erarbeitung einer Bautechnologie zur Herstellung der mit dem Überbau verschmolzenen Bögen usw. erforderlich.

Die Ingenieure der Entwurfs- und in der Ausführungsplanung haben mit der Unstruttalbrücke ein Zeugnis innovativer und moderner Brückenbaukunst in Deutschland gegeben, dem international hoher Respekt zugesprochen wird.

6. Folge- und Unterhaltskosten

Durch die Minimierung von Lagern, Fugen und aufwändigen Besichtigungseinrichtungen wie bei üblichen Spannbetonhohlkästen werden geringere Unterhaltskosten für diesen Bauwerkstyp anfallen. Darüber hinaus wird durch die robuste Tragwerksausbildung eine höhere Lebensdauer des Bauwerkes gegenüber konventionellen Talbrücken erwartet.

Erläuterungsbericht der DB ProjektBau GmbH zur Einreichung beim Ingenieurbau-Preis 2013