Erste Schrägseilbrücke Deutschlands in Stahlverbund

Seit fast 100 Jahren überspannt im nördlichen Bereich des Eisenbahnknotenpunktes Halle (Saale) eine 275 m lange stählerne Fachwerkbrücke die Gleisanlagen der Deutschen Bahn AG mit ungefähr 50 Rangier-, Güter-, Nah- und Fernverkehrsgleisen sowie zahlreichen Weichenverbindungen. Über die Brücke führen die Berliner Straße, die den Osten von Halle mit dem Zentrum verbindet, und eine zweigleisige Straßenbahn. Der Plan, die altersschwache historische Konstruktion grundlegend zu sanieren, scheiterte an den damit verbundenen hohen Kosten und dem technischen Aufwand.

Statt dessen entsteht bis Ende 2006 eine 171 m lange, zweifeldrige Schrägseilbrücke mit Mittelpylon in Stahlverbundbauweise (Bild 1). Sie verläuft in leichtem Bogen nördlich der alten Brücke und schließt beiderseits an das bestehende Straßen- und Straßenbahngleisnetz an. Da die Deutsche Bahn künftig weniger Güter- und Rangiergleise benötigt, können einige davon zurückgebaut werden. Die neue Brücke wird daher gut 100 m kürzer als ihrVorgänger. Die weitere Trassenführung verläuft auf einem neu aufzuschüttenden Damm. Lediglich ein einzelnes verbleibendes Gleis wird den Damm durch ein Unterführungsbauwerk kreuzen. Nach Inbetriebnahme des Neubaus wird die alte Brücke abgerissen und das Gelände rekultiviert. Den Bau der Brücke einschließlich der Umgestaltung der anschließenden Verkehrsknotenpunkte und des Straßenbahnnetzes vergab das Tiefbauamt der Stadt Halle im Frühjahr 2003 an die Arbeitsgemeinschaft Berliner Brücke Halle unter technischer Federführung der Ed. Züblin AG. Sämtliche Ingenieurbauwerke, die ungefähr drei Viertel des Auftragsvolumens umfassen, erstellte der Bereich Ost, Zweigniederlassung Leipzig und Niederlassung Chemnitz, mit Unterstützung der Zentralen Technik Stuttgart, Abteilung BAV.

Konstruktion

Pylon

Das Herzstück der neuen Berliner Brücke ist der A-förmige Mittelpylon mit verlängerter Spitze (Bild 2). Seine Gesamthöhe beträgt 73,25 m über Oberkante Fundamentsockel. Der Pylonfuß (Bild 3) besteht aus massivem Stahlbeton (B 45). Die aufgehenden, oberhalb der Fahrbahnebene liegenden schrägen Stiele und der senkrechte Pylonschaft wurden aus gestalterischen Gründen in Stahl (S355J2G3) ausgeführt.

Der Pylon befindet sich im Gleisfeld der Deutschen Bahn. Um die erforderlichen Lichtraumprofile freizuhalten, steht er nicht rechtwinklig zur Brückenachse, sondern um ungefähr 11° verdreht. Der aufwendig gestaltete Pylonfuß ist zur Aufnahme der großen Bauwerkslasten in Querrichtung vorgespannt. Erweitet sich von einer achteckigen, schiefwinkligen Aufstandsfläche nach oben hin V-förmig auf, so daß er die den Überbau seitlich umschließenden Pylonstiele aufnehmen kann.

Der Pylonfuß ist maximal 31 m lang, 5,50 m breit und 10 m hoch. Er gründet auf 54 jeweils 12 m langen Großbohrpfählen (Δ 120 cm) und einer anschließenden 4 m dicken Pfahlkopfplatte. Die Betonvorspannung wird über 28 im oberen Drittelspunkt des Betons (Zugband) eingebaute Litzenspannglieder, bestehend aus je 22 Litzen mit nachträglichem Verbund, aufgebracht. Die Spanngliederwurden aus statischen Gründen in zwei voneinander getrennten Spannschritten vorgespannt. Die Einspannung der Pylonstiele in den Stahlbetonfuß erfolgt mit 34 Einzelspanngliedern aus Glattstahl (Δ 36, St 1080/1230) ohne Verbund, die mit verlorenen Stahlschablonen auf den Millimeter genau fixiert und einbetoniert wurden.Die Stabilisierung des Pylons und die Abtragung der Querkräfte in den Pylonfuß übernehmen 16 Schubknaggen (HEB 300, L = 300 mm) (Bild 4). Sie sind auf der Unterseite der beiden 150 mm dicken Fußplatten der Stiele angeordnet und binden in die im Beton vorgesehenen Aussparungen ein. Zusammen mit der 40 mm starken Vergußfuge zwischen Fußplatte und Beton wurden auch die Knaggen vergossen.

Zur optischen Betonung des Pylons sind im oberen, senkrechten Pylonschaft in Brückenlängsrichtung vertikale Nischen vorgesehen. Darin werden je sechs Strahlleuchtenpaare angebracht, wodurch der Eindruck von Lichtsäulen entstehen soll. Die bewußt als städtebauliche Dominante gewählte Form der Schrägseilbrücke wird dadurch auch nachts weithin sichtbar, und die Attraktivität der Brücke soll dadurch besonders betont werden. Die aufgehenden, über der Fahrbahnebene liegenden schrägen Stiele und der senkrechte Schaft wurden in Stahl als begehbare Hohlprofile mit gebrochenen Kanten ausgeführt. Im ebenfalls als Hohlprofil ausgeführten Pylonschaft sind die fächerförmig angeordneten Schrägseile verankert.

Aus der verdrehten Stellung des Pylons ergibt sich in Kombination mit der im Grundriß gekrümmten Lage des Überbaus (r = 375 m) eine äußerst komplizierte räumliche Seilführung der beiden nebeneinander liegenden Seilebenen. Dies wirkt sich insbesondere auch auf die Seilverankerungskonstruktionen aus, von denen jede einzelne in Länge, Neigung und Winkel unterschiedlich auszuführen war (Bild 5).

Überbau

Der Brückenüberbau ist zur Überführung einer zweigleisigen Straßenbahn in Mittellage und beidseitig angeordneten Richtungsfahrbahnen sowie kombinierten Geh- und Radwegen ausgelegt (Bild 6). Der Stahlträgerrost des Überbaus setzt sich aus Längs- und Querträgern zusammen. Im Querschnitt bestehen die Längsträger aus drei trapezförmigen, luftdicht verschweißten Stahlhohlkästen mit mittleren Konstruktionshöhen zwischen 987 mm, 1110 mm und 1230 mm, deren bodenbleche auf gleicher Höhe liegen.

Die darüber liegende Betonfahrbahnplatte (B 45) ist 35 cm dick. Den Überbau tragen Schrägseile, die in den seitlich über die Fahrbahnplatte auskragenden 12 Seilquerträgern verankert sind. Die stählernen Querträgerweisen einen 1800 mm breiten und einen wegen ihrer Querneigung von 990 mm bis 1500 mm veränderlich hohen Hohlkastenquerschnitt auf. Sie sind im Abstand von 12 m radial zur Brückenachse angeordnet. Hinzu kommen drei Lager- bzw. Endquerträger über den beiden Widerlagern und am Pylon.

Seile

Im Pylonschaft und in den Querträgern des Überbaus wurden die 24 voll verschlossenen Spiralseile bestehend aus Rundstahlankern und mehreren Formdrahtlagen einzeln verankert. Sie weisen Durchmesser von 96 mm bis 104 mm auf. Die Verankerung erfolgte mit Seilköpfen, in denen die Seile vergossen wurden. Der untere Seilkopf wurde als fester "Hammerseilkopf" ausgebildet. Im Pylonschaft befinden sich Seilköpfe mit Außengewinde und Stützmuttern. Hier können Pressen zum Vorspannen oder Ausbauen der Seile angesetzt werden (Bild 7). Die Montage und das Einfädeln der Seile (St 1570) in den Pylonschaft erfolgten mit Großkränen und speziellem Equipment zum Anhängen und schonenden Einbau der Seile. Das Spannen und Recken der Seile wurde einzeln und schrittweise im eingebauten Zustand vom Pyloninnern aus mit einer 10-t- Spannpresse unter Einhaltung einer speziell hierfür aufgestellten Spannanweisung durchgeführt. Die mittlere Spannkraft der Seile betrug 2000 kN, die Recklast lag bei durchschnittlich 3000 kN.

Montage

Arbeiten im Gleisbereich der Deutschen Bahn

Wegen der exponierten Lage im Gleisfeld und den sich daraus ergebenden Bedingungen waren dem Bauverfahren von Pylon und Brückenüberbau besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Da der gesamte Neubau der Berliner Brücke über Gleisanlagen der Deutschen Bahn führt, waren für alle Arbeiten Gleissperrungen (BETRA) erforderlich. Hierbei mußte man zwischen den östlichen Rangier- und Gütergleisen sowie den elektrifizierten Nah- und Ferngleisen auf derWestseite des Neubaus unterscheiden.

Anträge für Gleissperrungen sind von allen bauausführenden Firmen langfristig im voraus zur Prüfung und Genehmigung über den Bauherrn an die Deutsche Bahn einzureichen. Im Rangierbereich beträgt derVorlauf sechs Wochen, im Nah- und Ferngleisbereich zwischen sechs und zwölf Monaten. Daraus ergab sich die Schwierigkeit schon in den Anträgen die einzelnen Bauabläufe präzise auf Tag und Stunde genau angegeben zu müssen.

Unter strikter Einhaltung dieser angemeldeten Sperrzeiten gab es daher, gerade im Ferngleisbereich, keinen Spielraum fürÄnderungen oder Optimierungen, die sich erst im Zuge der Bauausführung herauskristallisierten. Erschwerend kam hinzu, daß im Bereich der Ferngleise zusammenhängende Sperrpausen nur in der Zeit von 23.00 bis 04.00 Uhr genehmigt wurden. Nach Abzug des Zeitbedarfs für An- und Abschaltung der Oberleitung entsprach dies einer Netto-Arbeitszeit von vier Stunden. Alle Arbeiten für die eine "BETRA" vorlag, durften nur unter Aufsicht von Bahnsicherungspersonal, das der Bauherr stellte, ausgeführt werden. A14 Stahlbau

Pylon

Ausgeschrieben und beauftragt wurde die Herstellung des stählernen Pylons im Hubmontageverfahren. Die Bauteile wurden nach ihrer Fertigung im Werk auf die Baustelle transportiert, wobei die maximal zulässigen Transportlademaße nicht überschritten werden durften. Hierwurden sie dann zum Teil vormontiert und in fünf großen Einheiten von einem in der Pylonachse aufgestellten Schwerlast-Mobilkran eingehoben, anschließend verschlossert und verschweißt. Größtes Element war der 28 m hohe, 250 t schwere Pylonschaft, der mit einem 1000-t-Gittermast-Raupenkran eingehoben wurde.

Überbau

Für den Überbau wurden zwei Bau- und Montageverfahren ausgeschrieben und beauftragt. Das östliche Überbaufeld befindet sich über nicht elektrifizierten Rangier- und Gütergleisen. In diesem Bereich konnten Hilfsstützen aufgestellt und einige Gleise vorübergehend stillgelegt werden (Bild 8). Im Hubmontageverfahren wurden vom Widerlager ausgehend zunächst der Endquerträger und die drei Längsträger auf das Widerlager und die erste Hilfsstützenreihe gehoben und verschlossert. Dann folgten jeweils ein Seilquerträger und drei weitere Längsträger, die auf dem zuletzt montierten Überbauabschnitt sowie der nächsten Hilfsstützenreihe abgelegt wurden. In dieser Art und Weise wurde der Überbau bis zum Mittelpylon montiert. Die verschlosserten Abschnitte wurden anschließend ausgerichtet und verschweißt. Als Hebezeug kam ein Mobilkran mit 400 t Tragkraft zum Einsatz. Schwerste Bauteile waren die 25 m langen Seilquerträger mit einem Gewicht von jeweils 58 t. Unter dem Überbaufeld zwischen Pylon und WiderlagerWest verlaufen elektrifizierte Nah- und Fernverkehrsgleise, die in nur sehr begrenztem Umfang und nur abschnittsweise für kurze Zeit gesperrt werden durften. Das komplette westliche Überbaufeld wurde daher im Freivorbau ausgeführt. Nach Montage von jeweils einem Abschnitt, bestehend aus drei Längs- und einem Seilquerträger, wurden die entsprechenden Schrägseilpaare eingebaut und der Abschnitt gegen das bereits fertige östliche Überbaufeld abgespannt.

Die Ausschreibung sah vor, den Freivorbau mit Hilfe von längs verfahrbaren Montagegerüstwagen durchzuführen, die die einzelnen Überbauteile am östlichen Widerlager aufnehmen, über den bereits fertigen Stahlträgerrost bis zur Spitze des Freivorbaus transportieren und dort vor Kopf montieren sollten. Problematisch wären hierbei unter anderem die Seilquerträger geworden, da diese für eine Durchfahrt zwischen den bereits eingebauten Seilen zu breit sind. Sie hätten also in Längsrichtung über den Überbau verfahren und an der Einbaustelle vor Kopf gedreht werden müssen.

Auf Vorschlag der Arbeitsgemeinschaft kam deshalb ein modifiziertes Montageverfahren zur Ausführung. Es sah vor, die Verbundfahrbahnplatte nicht erst nach Abschluß der kompletten Stahlbaumontage aufzubringen, sondern sie den einzelnen Montageabschnitten unmittelbar nachlaufend abschnittsweise herzustellen. Somit wurde bereits im Bau- und Montagezustand ein Befahren der fertigen Fahrbahnplatte vom östlichen Widerlager her möglich. Die Montagegerüstwagen konnten entfallen. Die Stahlteile wurden statt dessen auf Straßenfahrzeugen bis zur Einbaustelle an der Spitze des Freivorbaus angeliefert und von einem dort aufgestellten Mobilkran eingehoben. Nachdem jeweils vier Stahlbauabschnitte im Bereich der Hubmontage auf Hilfsstützen im östlichen Überbaufeld bzw. jeweils zwei Abschnitte im Bereich des Freivorbaus im westlichen Überbaufeld montiert und verschweißt waren, wurde jeweils die Verbundfahrbahnplatte betoniert.

Herstellung der Verbundfahrbahnplatte

Zur Herstellung derVerbundfahrbahnplatte beauftragte der Bauherr ein Nebenangebot der Arbeitsgemeinschaft. Anstelle der über den Oberleitungen schwierig auszuführenden Schalung zwischen den Stahllängsträgern wurden Halbfertigteile mit Ortbetonergänzung ausgeführt. Die Kragarmbereiche sollten unverändert zur Ausschreibung vollständig in Ortbeton mit Schalwagen hergestellt werden. Im Zuge der technischen Bearbeitung und Arbeitsvorbereitung stellte sich aber heraus, daß die in der Ausschreibung vorgegebenen Freiräume für die Schalungen und Gerüste bei Aufrechterhaltung des Zugverkehrs mit eingeschalteter Oberleitung nicht gewährleistet werden konnten.

Da eine Abschaltung im Ferngleisbereich über die erforderlichen längeren Zeiträume von jeweils mehreren Tagen aber keinesfalls von der Deutschen Bahn genehmigt werden würde, war eine Schalung mit unter dem Überbau befindlichen Gerüsten nicht möglich. Wiederum auf Vorschlag der Arbeitsgemeinschaft beauftragte der Bauherr daher eine Umplanung der Fahrbahnplatte. In den seitlich über die Längsträger auskragenden Bereichen wurden vollflächig Stahlverbundbleche eingebaut, die am freien Kragarmrand auf zusätzlichen, von einem Seilquerträger zum nächsten spannenden stählernen Randträgern aufliegen. Für die komplette Fahrbahnplatte entfiel somit die Schalung. Die Ortbetonplatte wurde direkt auf den Stahlträgerrost, die dazwischen aufliegenden Halbfertigteile und die seitlichen Stahlverbundbleche in insgesamt fünf Abschnitten betoniert.

Ausstattung, Nebenbauwerke, Straßen- und Gleisbau

Der zusätzliche Längsträger am Kragarmrand des Überbaus dient gleichzeitig als Tragelement für den seitlich anzubringenden Oberleitungs-Berührungsschutz. Er besteht aus stark geneigten vollflächigen Blechen, um keinen Anreiz zum unerwünschten Betreten zu bieten. Die Brücke erhielt darüber hinaus die übliche Ausstattung, wozu auch gestaltete Stahlgeländer gehören, die seitlich am Gesims verankert sind. Auf den äußersten Enden jedes zweiten auskragenden Seilquerträgers wurden kombinierte Fahrleitungs- und Beleuchtungsmaste aufgestellt. Die Wartungsgänge der Widerlager sowie das Innere der Pylonstiele und des Schaftes wurden mit Beleuchtung versehen. Zugänglich werden die Pylonstiele von den Brückenkappen aus überVerbindungsstege zu den Einstiegstüren, Steigleitern führen bis zur Pylonspitze. Die Schrägseile erhielten Schwingungsdämpfer in den Seileinleitungskonstruktionen zur Verhinderung von Biegespannungen am Übergang von den Seilen zu den Seilköpfen. Für die Mitarbeiter der Deutschen Bahn entstand in Brückenmitte ein stählerner Treppenturm als Abgang vom Überbau, um zu einem inmitten des Gleisfeldes gelegenen Stellwerk und einer Kontroll- und Regiekanzel für den Rangierverkehr zu gelangen.

Die Brückenwiderlager, die Stützwände sowie das Unterführungsbauwerk für das einzelne Gütergleis im Dammbereich wurden konventionell in Ortbeton hergestellt. Die Deckenplatte des Unterführungsbauwerkes wurde abweichend von der Ausschreibung auf Vorschlag der Arbeitsgemeinschaft mit Halbfertigteilen und Ortbetonergänzung ausgeführt. Es entfiel dadurch das ausgeschriebene Traggerüst, und bis auf kurze Sperrpausen während der Fertigteilverlegung wurde der Güterverkehr auf dem auch während der Bauzeit stark frequentierten Gleis nicht beeinträchtigt.

Die Anpassung und Umgestaltung derVerkehrsknotenpunkte und des Straßenbahnnetzes umfaßten neben umfangreichen Erd- und Kabeltiefbauarbeiten auch sämtliche Straßenbau- und Pflasterarbeiten sowie die Rekultivierung und andschaftspflegerische Maßnahmen. Im Bereich derVerkehrsknotenpunkte waren im Kreuzungsbereich Lichtzeichensignalanlagen auszuführen. Zu den Arbeiten am Straßenbahnnetz gehörten neben den Gleisbauarbeiten auch umfangreiche Weichenanlagen, die vollständige Fahrleitungsanlage sowie eine komplette Haltestellenanlage, die mit Beleuchtung und Ausrüstungen zur Fahrgastinformation ausgestattet wurde.

Bauausführung

Unmittelbar nach Auftragserteilung begann im Mai 2003 die Ausführungsplanung für die Ingenieurbauwerke. Bedingt durch die verschiedenen Umplanungen konnten die Bauarbeiten erst im Januar 2004 mit einer bis dahin aufgelaufenen Bauzeitverzögerung von rund neun Monaten, unter Berücksichtigung einer dreimonatigen Verschiebung wegen verspäteter Vergabe des Bauherrn, beginnen.

Der Bauablauf sah vor, mit den Arbeiten am Pylon zu beginnen und gleichzeitig die Unterbauten östlich des Pylons herzustellen. Nur so konnte dem geänderten Montageablauf – Andienung der Stahlteile über die bereits hergestellte Verbundplatte von östlicher Richtung kommend bis an die Spitze des Freivorbaus und Einhub der Stahlteile mittels Mobilkran auf dem bereits hergestellten Teil der Brücke stehend – Rechnung getragen werden. Die östliche Trasse als temporäre und endgültige Zufahrt der Berliner Brücke mußte somit vorzeitig hergestellt werden. Zu der bereits vorhandenen Baustraße im darunter liegenden Gleisbereich kam damit ein weiterer Transportweg als Andienung der Baustelle hinzu, mit dem man auch unabhängig von der Deutschen Bahn wurde.

Die Baustraße im Gleisbereich zwischen alter und neuer Brücke wurde zu Beginn der Arbeiten im Januar 2004 hergestellt. Die knapp 100 m lange und bis zu 20 m breite Fläche, die im Rangier- und Gütergleisbereich zwischen Widerlager und Pylon ausgeführt wurde, diente als Baustraße und Kranaufstandfläche und erforderte umfangreiche Abstimmungen und Genehmigungsverfahren mit der Deutschen Bahn und dem Eisenbahnbundesamt.

Die Gründung des Pylons begann Anfang Februar 2004. Mitte Oktober 2004 war der massive V-förmige Pylonfuß fertiggestellt. Die komplette Montage des Pylons wurde schließlich am 3. Dezember 2004 mit dem Einhub des Endstückes feierlich und planmäßig beendet (Bild 9). Mit der Montage des ersten Stahlbauabschnittes westlich des Pylons im Januar 2005 begann die Herstellung des Überbaus im freien Vorbau, gleichzeitig auch die Tragseilmontage.

Die Herstellung des Überbaus einschließlich der Seilmontagen wurde Mitte August 2005 abgeschlossen. Alle Stahlteile des Überbaus und des Pylons wurden im Werk endbeschichtet, so daß auf der Baustelle nur noch Ausbesserungen von Transport- und Montageschäden sowie die Bereiche derMontagestöße als Korrosionsschutz behandelt bzw. beschichtet werden mußten. Die anschließende Brückenabdichtung, die aus Optimierungsgründen in einem Zuge über die komplette Überbaufläche ausgeführt und mit ausgedienten Gummiförderbändern zur Befahrung mit Transportfahrzeugen geschützt wurde, war Mitte September 2005 fertiggestellt. Es folgten die Ausbauarbeiten zur Herstellung der Fahr- und Gleisbahnbereiche. Um die bis dahin entstandene Bauzeitverängerung zu reduzieren, wurde dem Bauherrn eine Optimierung bei der Herstellung der Kappen vorgeschlagen und von ihm beauftragt. Anstelle des ursprünglich vorgesehenen Kappenschalwagens wurden die Kappen auf Konsolgerüsten hergestellt. Hierfürwurden die am Stahlüberbau angeschweißten Laschen für die spätere Montage des Berührschutzes verwendet und temporär für die Befestigung der Kappenriegelkonstruktion genutzt. Der Überbau wurde komplett mit diesen Riegeln (Systemschalung) eingerüstet und die 350 lfm Kappen, auf vier Abschnitte verteilt, hintereinander hergestellt. Damit ließ sich die Bauzeit der Kappen von 12 auf nur noch fünf Wochen deutlich reduzieren.

Schlußbemerkung

Geplant und vorgesehen ist, daß mit weiteren Optimierungsmaßnahmen bei den Ausbauarbeiten die Verkehrsfreigabe der neuen Brücke Anfang 2006 erfolgt. Danach soll der Abbruch der alten Berliner Brücke durch eine Fremdfirma im Auftrag der Stadt Halle beginnen. Somit kann voraussichtlich von April 2006 an das restliche Drittel des in der östlichen Zufahrtstraße der neuen Berliner Brücke liegenden Unterführungsbauwerkes hergestellt und derZwischendamm samt endgültigem Fahrbahnausbau vervollständigt werden, damit dann im August 2006 der Verkehr uneingeschränkt über die neue Brücke rollen kann. Es wird damit gerechnet, daß das gesamte Projekt Ende 2006 vollständig abgeschlossen sein wird. Die Stadt Halle (Saale) wird dann wieder über einen modernen und leistungsfähigen Übergang verfügen, der nicht nur ein langjähriges Nadelöhr in ihrem Verkehrsnetz wesentlich entschärfen, sondern durch seine beeindruckende Gestaltung sicherlich auch das Stadtbild bereichern wird.

Dipl.-Ing. Matthias Diekmann, Ed. Züblin AG, BAV, Zentrale Technik, Stuttgart; Dipl.-Ing. (FH) Axel Gatz, Ed. Züblin AG, Niederlassung Dresden