Historische Brücke in Ceres mit Betonfertigteilen verbreitert

Die im Jahr 1928 als Querung des Dwars River im südafrikanischen Ceres errichtete historische „Van Breda Bridge“ wurde von der Firma Amandla Construction verbreitert. Das Projekt, zu dem auch der Anbau von neuen Gehwegen und breiteren Seitenstreifen auf jeder Seite dieser zweispurigen Zufahrt zum Stadtzentrum gehörte, wurde im Jahr 2024 fertiggestellt. Zusätzlich zur Verbreiterung wurde auch der ursprüngliche Betonbelag ertüchtigt, um entsprechend den aktuellen Bemessungsvorschriften den höheren Verkehrslasten standzuhalten.

Den Entwurf für das umgestaltete Bauwerk lieferte Ingerop South Africa in Zusammenarbeit mit Mowana Engineers. Die Fertigteil-T-Träger, die die alten Gehwege aus Stahl und Holz ersetzen, wurden von Cape Concrete Works, einem Mitgliedsunternehmen im Verband der südafrikanischen Betonhersteller (Concrete Manufacturers Association) produziert. Von der Gemeinde Witzenberg im Jahr 2018 als Vertreter des Auftraggebers ernannt, leitete Ingerop das Ausschreibungs- und Vergabeverfahren und war für die Projektverwaltung und Bauüberwachung verantwortlich.

Die neuen Gehwege sollten anfangs wie die ursprüngliche Brücke aus Ortbeton erstellt werden, wohingegen Amandla als Alternative den Einsatz von Fertigteilträgern empfahl – ein Vorschlag, dem Ingerop zustimmte. „Dies ermöglichte schnellere Bauzeiten und verursachte weniger Umweltschäden“, so Jameel Pathan, Ingenieur von Ingerop. „Und erleichterte die Umsetzung des Bauprogramms, da keine aufwendigen Abstützungen, Verschalungen oder Gerüste erforderlich waren.“

Die Brückenkonstruktion besteht aus sechs Pfeilern und sieben Feldern und für die Gehwege sowie die breitere Fahrbahn war der Einbau von 14 Fertigteil-T-Trägern, jeweils sieben auf jeder Seite, erforderlich, wodurch auch eine Verbreitung und Verstärkung der bestehenden Pfeiler und Widerlager notwendig wurde.

Amandla verbreiterte die Pfeiler durch Auskragungen an beiden Enden, die mittels Verdübelung auf zwei Ebenen mit 25 mm Bewehrungsstahl (Y25) an den gerundeten Kanten erstellt wurden. Darüber hinaus wurden die oberen Bereiche mit zusätzlicher Betondeckung versehen und mit vorgespannten Seilen verstärkt. Jedes Widerlager wurde zudem an jeder Seite um 2 m verlängert. Diese wurden auf Pfählen errichet, die bis zu einer Tiefe von 5 bis 8 m abgesenkt und mit einer Dübelbewehrung mit den bestehenden Widerlagern verbunden wurden.

Jeder der 14 Träger mit jeweils eigenen Abmessungen

Die größte Herausforderung beim Einbau der Fertigteilträger bestand darin, dass jeder der 14 Träger seine eigenen Abmessungen hatte. Ein Grund hierfür war, dass der bestehende Brückenbelag nicht flach verlief. Stattdessen erhob er sich in einer leichten Wölbung jeweils vom Ende bis zum Scheitelpunkt in der Mitte der Brücke und dies musste bei den Fertigteilträgern der neuen Konstruktion entsprechend reproduziert werden. Was bedeutete, dass die Träger im gleichen Winkel wie der ursprüngliche Belag installiert werden mussten und die Längsseite bzw. der äußere Rand mit einer leichten Krümmung hergestellt werde musste, damit die bogenförmige Bauweise realisiert werden konnte.

Ein anderer Umstand betraf die Neigung an den Trägerenden. Die Brückenplatte quert den Fluss diagonal, die Pfeiler wurden jedoch entlang des Flusslaufs errichtet und stehen somit diagonal zur Brückenplatte. Dies bedeutete, dass Cape Concrete die Trägerenden nicht wie üblich im 90° Winkel zu den Längsseiten betonieren konnte, sondern musste diese parallel zu den Pfeilern ausrichten, auf denen sie auflagen. Darüber hinaus mussten auch die Enden so ausgerichtet werden, dass eine senkrechte Erhebung zur horizontalen Linie erreicht wurde, da die Träger nicht flach auflagen, sondern geneigt waren, um den Bogen auszuformen. Da sie in einem Abstand von nur 30 mm voneinander montiert wurden, musste das vordere Ende eines Trägers mit dem hinteren Ende des angrenzenden Trägers übereinstimmen.

Nach Anlieferung auf der Baustelle wurden die Träger mit zwei Mobilkranen auf die Tragsockel abgesenkt. Für das Absenken an die Pfeilerverlängerungen musste Amandla den Winkel der Sockel genau berechnen, damit die Träger entsprechend der bestehenden Konstruktion aufliegen konnten. Die Sockel mit Abmessungen von 1,5 m x 750 mm wurden entsprechend der Pfeilerhöhe und dem Winkel der Träger in unterschiedlichen Dicken zwischen 30 mm und 150 mm betoniert, um so die erforderlichen Neigungen zu erzielen.

Wie bei der ursprünglichen Brücke wurde eine spezielle Bitumenbahn (Malthoid) zwischen den Trägern und den Sockeln angebracht, um damit die Bewegungen der Brücke aufgrund von thermischen oder Last-Veränderungen abzufangen. Zum Anschluss der Träger im Bereich der Brückenplatte wurden Stahlverbindungen verwendet, um Dehnung und Schrumpfung zu ermöglichen.

Nur eine Form für alle Träger

Obwohl die Träger nur 13,5 m überspannen, sind sie aufgrund ihrer T-förmigen Querschnittauslegung jeweils 65 Tonnen schwer. Sie haben ein 1,35 m tiefes Trägerprofil und weisen eine Flanschbreite von 3 m auf, die sich von einem Ende zum anderen hin verjüngt. Sie wurden aus normalem Stahlbeton im Festigkeitsbereich von 40 MPa hergestellt, wobei aufgrund ihrer Querschnittsauslegung und der relativ kurzen Spannweiten keine Vorspannung erforderlich war.

„Wir haben versucht, die Träger so einfach wie möglich auszulegen“, erklärte Edward Smuts, Konstruktionsingenieur und Direktor von Mowana, „und haben einen Trägertyp passend zu allen sieben Spannweiten konzipiert. So konnten alle 14 Träger in einer einzigen Form gegossen werden; lediglich im oberen Bereich mussten Anpassungen vorgenommen werden, um die Krümmung jedes Trägers zu realisieren, sowie an der Endplatte, für einen korrekten Winkel am Trägerende.“

Jeder Träger weist eine spezifische Krümmung auf, wodurch sich seine Dicke und die Betondeckung über der Bewehrung bemisst. Die Mittelträger, die sich zwischen den jeweils dritten und vierten Pfählen befinden, sind in der Mitte am dicksten und verjüngen sich zu den Enden hin. Die übrigen Träger sind ebenfalls zu den Enden hin verjüngt, damit die erforderliche Krümmung erreicht wird. Darüber hinaus haben die Träger etwas unterschiedliche Längen, da die ursprüngliche Brücke geringe Unregelmäßigkeiten aufwies und dies beim Betonieren von Cape Concrete entsprechend zu berücksichtigen war.

Damit die Träger exakt gegossen werden konnen, hat Cape Concrete die Krümmung an jeder Seite der ursprünglichen Konstruktion vermessen lassen. „Wir haben alle vermessenen Niveaus in einem Diagramm protokolliert, alle Träger in ihren unterschiedlichen Positionen verzeichnet und die Niveaus auf jeden Träger übertragen, sodass nach dem Einbau die beiden Bögen an jeder Seite der Brücke entstehen. Die Schalung wurde so zusammengesetzt, dass sie die dickste Platte aufnehmen konnte und wir sie für die dünneren Platten lediglich unterfüttern mussten“, so der Direktor von Cape Concrete, John Nel.

„Vor der Betonage wurden die Formen an die Abmessungen der einzelnen Träger angepasst und die Krümmungen oben an den Trägern wurden durch Abfasungen an beiden Seiten der Schalung erzielt. Den Abstand zwischen der Untersicht und der Oberseite der Träger haben wir in Meterabständen vermessen, um so die Abfasungen für die gewünschte Krümmung an jedem Träger auszurichten. Außerdem haben wir die Endplatten vor dem Betonieren ausgerichtet, um so den exakten vertikalen und horizontalen Winkel zu erzielen. Bei der Anpassung der Endplatte mussten wir äußerst präzise sein, da schon ein Spalt von 30 mm zwischen Trägern dieser Größe eine sehr enge Fuge darstellt, daher war die Einhaltung unserer Toleranzen hier entscheidend. Wir können beispielsweise unten in der Form sehr präzise sein, aber wenn der Winkel nur leicht abweicht, etwa 10 mm auf jeder Seite, dann haben wir plötzlich einen Spalt von 50 mm. Daher mussten wir unsere Maße vor dem Gießen sehr sorgfältig überprüfen. Wir waren nicht immer 100 % genau, aber wir lagen immer innerhalb akzeptabler Toleranzen.“

Jederzeit offene Fahrbahnen

Cape Concrete hat die Träger mit überstehender Bewehrung in drei Lagen betoniert. Zwei Bewehrungslagen, eine davon unten im Durchmesser von 16 mm (Y16) und die andere mit einem Durchmesser von 20 mm (Y20) oben, ragten seitlich aus der Innenseite der Träger heraus und die dritte kragte vertikal für den Einbau der Ortbetongeländer zwischen den Randstreifen und den Gehwegen aus. Die beiden seitlichen Bewehrungsabschnitte wurden mit Bewehrungsstäben verbunden, die von Amandla in die bestehende Konstruktion verdübelt wurden. Nach Einbau weiterer Bewehrung und Abschalungen wurden die Ausfachungsplatten in Ortbeton gegossen, die nach dem Aushärten eine dauerhafte Verbindung zwischen der alten Brückenplatte und den neuen Gehwegen bilden.

Der alte 250 mm dicke Belag wurde durch eine 150 mm dicke zusätzliche Stahlbetondeckung sowie durch Verschraubung von Stahlplatten an die Untersichten und die Seiten der ursprünglichen Ortbetonträger ertüchtigt. Nach Aussage von Jameel Pathan bestand eine der weiteren Herausforderungen des Projekts darin, dass beide Fahrspuren jederzeit offenbleiben mussten, was einiges an komplizierter Planung erforderte, um diese Zielsetzung einhalten zu können.

„Dies bedeutet, dass zur Ertüchtigung einer Seite der Fahrbahn, der Verkehr auf die neuen Gehwege umgeleitet werden musste, die sowohl für hohe Verkehrs- als auch Fußgängerlasten ausgelegt wurden“, so Pathan abschließend. Das umgestaltete Bauwerk führt immer noch eine Fahrspur in beide Richtungen, aber jede hat gelb markierte Seitenstreifen, die an die Geländer angrenzen, sowie Ortbeton-Brüstungen an den äußeren Rändern der Brücke.

Text: David Beer