Erneuerung der Seilbeschichtung an der Severinsbrücke in Köln

Erneuerung der Seilbeschichtung an der Severinsbrücke in Köln

1 Einführung

1.1 Historie der Brücke

Die Severinsbrücke in Köln (Bild 1) verbindet das Severinsviertel mit dem rechtsrheinischen Stadtteil Köln-Deutz

Baujahr:	1956–1959 (Bild 1)
Kosten:	25,3 Mio. DM
Tragsystem:	Schrägseilbrücke mit A-förmigem Pylon
Pylonhöhe:	77,2 m
Architekt:	Gerd Lohmer
Ingenieur:	Fritz Leonhardt
Baustoff:	Stahl
Stahlgewicht:	8300 t
Spannweite:	302 m
Breite:	29,5 m
Gesamtlänge:	691 m
Farbe:	Kölner Brückengrün
Kabelanzahl:	je 6 Kabelbündel Oberund Unterstrom mit unterschiedlichen Anzahlen von vollverschlossenen Einzelseilen (4, 9, 12, 16 Seile) mit Einzeldurchmessern von 69 mm, 73 mm bzw. 85 mm (je Bündel gleiche Einzelseildurchmesser)

Die Kabelbündel laufen teilweise über Sattellager, teilweise enden Einzelseile im Pylon.

Die Form der Kabelbündel ist quadratisch bzw. rechteckig. Die Kabelbündel laufen von ca. der Mitte des Gehweges aus schräg zum Pylonkopf oberhalb der Straßenbahnschienen und liegen zusätzlich gegen die Horizontalachse leicht gedreht im Raum.

1.2 Vorangegangene Sanierungsmaßnahmen

Ab 1988 wurde der Korrosionschutzanstrich der Severinsbrücke zum ersten Mal voll erneuert. Diese Maßnahme betraf die Unteransicht, den Pylon und die Kabel.

Die eingesetzten Befahranlagen hatten noch keine maximalen Pressungen auf den Kabeln einzuhalten. Aufgrund dieser Tatsache waren die Fahrwerke wesentlich einfacher zu dimensionieren.

Als Beschichtungssysteme wurden auf den Unteransichts- und Pylonflächen bereits Systeme nach Blatt 87 der TL 918 300 der DB bzw. der ZTV KOR-Stahlbauten verwendet (Zinkstaub-Grundbeschichtung; Epoxidharzzwischenbeschichtung; Polyurethandeckbeschichtung).

Auf den Kabeln wurde nach dem Strahlen das damalig zugelassene Beschichtungssystem der Fa. Sigma Unitecta eingesetzt, i. d. R. bestehend aus CM-Primer, teilweise Zinkchromat (Folic PCR) und 2K-PUR-Folic Ena EG SQ, bzw. Bicompon 1432 SQ. Die Innenseiten der Kabel wurden seit dem Bau nicht instandgesetzt und sind mit einer Grundbeschichtung gem. DV 807, Stoff Nr. 4634.55 versehen. Die einzelnen Drähte der Seile wurden vor dem Verschließen durch ein Bleimennigebad (DV 807, Stoff Nr. 4634.75) gezogen. Die Kabel sollten voll injiziert werden. Zum Schutz vor herunterfallenden Teilen wurde damals unterhalb des Pylons ebenfalls ein Schutzdach errichtet.

2 Instandsetzungsmaßnahmen ab 2010

2.1 Auszuführende Leistungen

Vollerneuerung des Korrosionsschutzes des Pylons (außen) gemäß DIN EN ISO 12944 bzw. ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 3 – Korrosionsschutz von Stahlbauten. Die vorhandene Beschichtung war mittels Druckluftstrahlen zu entfernen (Normreinheitsgrad: SA 2 1/2). Der Beschichtungsaufbau wurde in Anlehnung an das Blatt 87 gewählt: Grundbeschichtung: 2K-EP Zinkstaub (687.03) – 70 μm Kantenschutz: 2K-EP Zinkphosphat (687.06) Zwischenbeschichtung: 2K-EP Eisenglimmer (687.12/13) – 1 × ZB (oberhalb Sprühnebelbereich) – 2 × ZB (Sprühnebelbereich) – 3 × ZB (Wasserwechselzone) – je 80 μm Deckbeschichtung: 2K-PUR – Kölner Brückengrün – 80 μm

Vollerneuerung des Korrosionsschutzes der Kabel gemäß DIN EN ISO 12944 bzw. ZTV-KOR-Stahlbauten (Ausgabe 2002) Tabelle A.2, Bauteilnummer 7 für unverzinkte Seile. Der Beschichtungsaufbau wurde wie folgt gewählt: 2 × Grundbeschichtung: Sika Cable FE Primer – je 50 μm 2 × Zwischenbeschichtung: Sika Cable TOP 1 – 3 × ZB im Tausalzsprühbereich (bis 15 m oberhalb Brückendeck) – je 150 μm Deckbeschichtung: Sika Cable TOP 2 – Kölner Brückengrün – 60 μm

Die Verkittung nach der 2. GB erfolgt mit Sika Cable Flex 1, einem speziell für das Seilbeschichtungssystem entwickelten 2K-PUR-Fugenkitt, der im vorliegenden System geprüft wurde.

Folgende Arbeitsreihenfolge war vorgesehen:

1. Entfernen der Kabelschellen
2. Entfernen des Fugenkittes
3. Entfernen der Altbeschichtung mittels Druckluftstrahlen (Normreinheitsgrad SA 2 1/2)
4. Aufbringen der Grundbeschichtungen
5. Verkitten der Seilzwickel/Kehlen
6. Aufbringen der 1. Zwischenbeschichtung
7. Einbau der neu beschichteten Kabelschellen (2 × GB, 1 × ZB)
8. Aufbringen der 2. und 3. (Tausalzsprühbereich) Zwischenbeschichtung
9. Aufbringen der Deckbeschichtung

Neben diesen Hauptleistungen sollten die Kabel und die Auflagerkonstruktionen innerhalb des Pylonkopfes, wie auch die oberen und unteren Kabelabdeckhauben von innen und außen korrosionsschutztechnisch bearbeitet werden. Zudem waren neue Radarlanzen zu installieren.

2.2 Baubehelfe

Der Pylon wird abschnittsweise eingerüstet und mit einer staubdichten Abplanung versehen.

Zum Schutz gegen herabfallende Teile wird ein Schutzdach installiert, welches mit einem Bohlenbelag, einer Schutzfolie und einer Blechlage gegen Durchschlag von herabfallenden Gegenständen gesichert ist (Bild 2). Für Materialtransporte wird ein feststehender, auch für Personentransporte zugelassener Aufzug installiert, der bis an den Pylonkopf heranreicht.

Die Kabel werden von drei, den unterschiedlichen Neigungen der Kabel angepassten mit Blechen fest umschlossenen Arbeitsbühnen aus bearbeitet (je eine Bühne für Kabel 1/6, 2/5 und 3/4), die mit einer Länge von je 6 m konzipiert wurden (Bild 3). Die Bühnen erhalten eine Baumusterprüfung und werden nach der Installation und jedem Umbau vom TÜV vor Ort abgenommen. Die Bühnen enden unten an Bahnhöfen oberhalb des Brückendecks. Sie sollten sich ursprüng ursprünglich mit an den Bühnen befestigten Tirak-Zügen selbst an zwischen Brückendeck und Pylon gespannten Stahlseilen hochziehen.

Die unteren Bereiche der Kabel (bis ca. 10 m über dem Brückendeck) werden von abgeplanten Standgerüsten aus bearbeitet.

3 Konzept zur Bearbeitung der Kabel

3.1 Besonderheiten an den Kabeln

Es handelt sich um rechteckige bzw. quadratische Kabel – dadurch befinden sich relativ große Zwischenräume zwischen den vollverschlossenen Einzelseilen im Innern der Kabel. Der Verlauf der Kabel ist schräg von der Verankerung im Hohlkasten zur Pylonkopfmitte; es ist daher keine Volleinrüstung möglich. Zusätzlich besteht eine Neigung der Bündel gegen die Horizontalachse (quer zur Längsachse der Kabel), wodurch u. U. eine einseitige Belastung an den Fahrwerken entsteht.

3.2 Kabelbefahranlagen

Die Kabelbefahranlagen sind so auszubilden, dass die Besonderheiten der Lage der Kabel im Raum ausgeglichen werden können und ein sicheres Arbeiten innerhalb der Anlagen möglich ist. Desweiteren ist ein sicherer Zugang zu gewährleisten.

Die Fahrwerke müssen so ausgebildet werden, dass die Flächenpressung auf den Kabeln nicht mehr als 2,5 N/mm² beträgt. Diese Forderung stellte ein Novum dar. Die Deckbeschichtung darf nicht überfahren werden und sollte laut Ausschreibung von Steigern aus appliziert werden. Für die grundsätzliche Applikation der Deckbeschichtung wurde von der ARGE ein Balkon an jeder Bühne vorgesehen, so dass die Deckbeschichtung beim Abfahren der Anlage von außen appliziert werden kann und nicht mehr überfahren werden muss. So sind lediglich für Ausbesserungsarbeiten und evtl. Abnahmen Steiger erforderlich.

Die Einhaltung der zulässigen Pressungen wurde einerseits durch die Anzahl der Einzelrollen je Fahrwerk gewährleistet (je 4 Rollen pro Laufseite). Desweiteren wurden extrem weiche Rollen aus einem Spezialkunststoff verwendet. Die Kombination dieser Eigenschaften, gepaart mit einer Anpassung der Rollen an die unterschiedlichen Einzelseildurchmesser durch entsprechende Ausbildung der Laufflächen (Ausfräsen) führte dann zur Einhaltung der durch die Ausschreibung vorgegebenen Bedingungen.

3.3 Entkittung der Seilzwickel

Die Entkittung der Seilzwickel/Kehlen wird aufgrund der elastischen Struktur des Fugenkittes vor den Strahlarbeiten mit Spezialwerkzeugen durchgeführt, da ein Abstrahlen des Kittes nicht möglich ist. Die Entkittung wird möglichst tief bis in die Wurzel geführt, um die Oberfläche für die nachfolgenden Grundbeschichtungen optimal vorbereiten zu können.

3.4 Hilfsschellen

Nach den ersten Entkittungsarbeiten im Bereich der Standgerüste wurde aufgrund der vorgefundenen Situation festgelegt, dass nach der Entfernung der Hauptschellen Hilfsschellen zur Lagesicherung der Kabel angebracht werden müssen. Die Montage der Hilfsschellen erfolgt sukzessive bei der Demontage der Hauptschellen, und zwar in der Form, dass zunächst die Hilfsschelle montiert wird, bevor die Hauptschelle demontiert werden kann. Ebenso erfolgen die Demontage und der Umbau der Hilfsschellen. Für die komplette Bearbeitung der Kabel wird jeweils eine zusätzliche Hilfsschelle vorgehalten, so dass die Hilfsschellen auch ohne Probleme versetzt werden können (Bild 4).

3.5 Strahl- und Beschichtungsarbeiten

Für die Strahl- und Beschichtungsarbeiten werden die Versorgungsleitungen (Strahl- und Saugschläuche, Steuerkabel) unterhalb der Kabel mit Hilfe von Spanngurten in einem Abstand von ca. 50 cm befestigt. Aus Sicherheitsgründen werden ausschließlich neue Schläuche und Leitungen verlegt. Die Strahlarbeiten werden von oben nach unten durchgeführt. Ebenso geschieht dies bei den Beschichtungsarbeiten. Beim Herunterfahren werden die Versorgungsleitungen sukzessive zurückgebaut.

4 Änderungen während der Ausführung

4.1 Injektionsfehlstellen

Bei der Entkittung der Seilzwickel innerhalb der Standgerüste wurden zunächst vereinzelte Hohlstellen innerhalb der Kabel festgestellt. Diese waren der Art, dass teilweise alter Strahlschutt aus Hohlräumen im Innern der Kabel durch die gefundenen offenen Spalte austrat (Bild 5).

Aufgrund dieser Tatsache wurde noch vor der Montage der ersten 6-m-Bühne aus Sicherheitsgründen festgelegt, dass Hilfsschellen unerlässlich seien.

Desweiteren wurde festgelegt, dass die vorgefundenen Hohlräume nachzuinjizieren sind. Für diese Nachinjektion werden vor der Verkittung eigens angefertigte Spezialpacker als Injektions- und Entlüftungspacker gesetzt. Dafür sind die Einzelseile an den entsprechenden Stellen mit Holzkeilen vorsichtig aufzuspreizen. Danach erfolgt die Verkittung. Anschließend wird der Hohlraum mit Hilfe des systemkonformen 2K-Verpressmateriales Sika Cable Flex 2 mit Hilfe einer entsprechenden Vorrichtung (z. B. Injektionspumpe oder Airless pumpe) dem Kabel folgend aufsteigend verpresst, bis das Material am nächsten Packer austritt. Die Packer werden nach der Erhärtung des Materials entfernt und die Kittnähte vervollständigt.

Der zuvor gefundene Strahlschutt wurde so weit als möglich durch Ausblasen entfernt.

Aus der vorgefundenen Situation vor Ort ergab sich die Fragestellung nach der weiteren Vorgehensweise beim Arbeiten von der Kabelbefahranlage aus, sofern sich die Hohlräume nach oben im Verlauf des Kabels fortsetzen würden.

Unter allen Umständen musste ein Wasserzutritt zum Kabelinneren verhindert werden. Wenn jedoch mit der Befahranlage nach der Entkittung eines Bereiches weitergefahren werden sollte (so die ursprüngliche Planung), lägen Hohlräume unter Umständen längere Zeit offen und wären der Witterung ausgesetzt. Dies würde eine konzeptionelle Änderung der Abarbeitung erfordern.

4.2 Lageänderung der Seile innerhalb der Kabel

Bei der Entkittung der Kabel wurde ebenfalls festgestellt, dass es sich bei den Kabeln offensichtlich nicht mehr um Rechtecke oder Quadrate handelte, sondern eher um trapezförmige Gebilde. Der Vorteil für die Kabelbündel bestand darin, dass die schmale Seite des Trapezes bislang in der Regel oben gefunden wurde. Hierdurch lagen die oberen Einzelseile sehr dicht aneinander. Diese Tatsache erschwert aus lagetechnischen Gründen den Wasserzutritt zum Kabelinnern.

5 Konzeptionsanpassung für die geänderten Voraussetzungen

5.1 Bühnenverlängerung

Aufgrund der vorgefundenen Situation (Injektionsfehlstellen) auch im oberen Bereich der Kabel waren während der Ausführung Anpassungen der Arbeitsplanung erforderlich.

Gemeinsam mit dem Bauherrn wurde festgelegt, auch um nachfolgende Projekte terminlich nicht aus dem Ruder laufen zu lassen, alles zu unternehmen, um die sich, durch die zusätzlichen Arbeitsgänge, abzeichnende Bauzeitverlängerung zu minimieren. Diese Erfordernis ergibt sich, da die Kölner Rheinbrücken ein sensibles Gebilde hinsichtlich des Verkehrsflusses über den Rhein darstellen. Eine detaillierte Planung der anstehenden Instandsetzungsmaßnahmen an den Kölner Rheinbrücken, über Jahre hinaus, ist daher unerlässlich.

Im vorliegenden Fall wurde festgelegt, die Befahranlagen auf ein maximales Maß (max. Pressung ist zu beachten) zu verlängern, um die Gefahr des Wasserzutrittes in die Zwischenräume der Kabel zu minimieren, bei gleichzeitiger Gewährleistung eines vernünftigen Arbeitsablaufes (Bild 6).

Aus der Verlängerung der Arbeitsbühnen ergab sich eine Veränderung der Antriebstechnik. Das Gewicht der größeren Anlagen machte wesentlich größere Tiraks (elektrische Durchlaufwinden) erforderlich. Diese Motoren mussten auf dem Schutzdach installiert werden. Hierdurch wurden Verstärkungen am Schutzdach im Bereich der montierten Durchlaufwinden erforderlich. Die Durchlaufwinden (Tiraks) ziehen nunmehr die Kabelbefahranlagen über am Pylonkopf installierte Umlenkrollen. Auf dem Schutzdach ist permanent ein Windenführer stationiert, der mit den Mitarbeitern in den Befahranlagen im ständigen Funkkontakt steht, die Motoren auf Anweisung aus den Bühnen bedient und diese ständig kontrolliert.

Die verlängerten Befahranlagen erhalten einen Shuttle, so dass sie an der Stelle der momentanen Bearbeitung stehen bleiben können, sollten Kabelbereiche offen stehen. Die Mitarbeiter gelangen dann mit dem Shuttle zu den Bühnen und zum Bahnhof. Die Bühnen der Kabel 3/4 werden nicht verlängert, da lediglich ein Hohlraum besteht. Wasserzutritte sind in diesem Falle unproblematisch, da das Wasser nicht in tiefer gelegene Hohlräume versickern kann, sollten Fehlstellen auftreten. Es kann wieder austreten und das Seil trocknet wieder.

5.2 Vorverkittung

Zudem wurde festgelegt, dass beim Entkitten der Kabelzwickel vorgefundene Hohlräume provisorisch verkittet und anschließend verpresst werden müssen, bevor die weiteren Arbeitsschritte durchgeführt werden können. Diese Maßnahme sollte einen Wasserzutritt zum Kabelinneren komplett ausschließen.

Sämtliche beschriebenen Maßnahmen führen zur Sicherung der Qualität der auszuführenden Leistungen und sorgen dafür, dass sich die Bauzeitverlängerung in einem erträglichen bzw. planbaren Rahmen bewegt.

6 Fazit

Aufgrund der Einzigartigkeit der Severinsbrücke hinsichtlich ihrer gestalterischen Besonderheiten waren nicht alle auftretenden Probleme, auch unter den neuen Voraussetzungen aus der Ausschreibung, im Vorfeld planbar. Die auftretenden Probleme erforderten eine flexible und baubegleitende Planung der zu ergreifenden Maßnahmen.

Derzeit liegt der geplante Fertigstellungstermin der laufenden Baumaßnahme in 2013.

Autor dieses Beitrages:

Dipl.-Ing. Frank Sczyslo, Hans Tiefenbach GmbH,
Theodor-Heuss-Straße 34, 47167 Duisburg
Josef Teupe, Teupe & Söhne Gerüstbau GmbH