Betonage unter Wasser für einen ungestörten Verkehrsfluss

Der Bau einer neuen Autobahnbrücke über den Firth of Forth (Forth Replacement Crossing) ist derzeit Schottlands größtes Infrastrukturprojekt. Sie soll die bisherige Forth Road Bridge weitgehend ersetzen. Im Juli 2013 begannen nach längerer Vorbereitungszeit die Betonagearbeiten für die Fundamente der drei Brückenpfeiler. Insgesamt wurden für alle drei Brückenpfeilerfundamente 28.669 m3 Beton eingebaut.
Beim südlichen Brückenpfeilerfundament wurden innerhalb von 15 Tagen 16.869 m³ Beton eingebracht – die bisher längste kontinuierliche Betoneinbringung unter Wasser. 7.400 m³ Beton wurden für die Fundamente des nördlichen Brückenpfeilers gepumpt sowie 4.400 m³ für das Fundament des mittleren Pfeilers. Eine Aufgabe, bei der nicht nur Putzmeister-Equipment, sondern auch das Know How unserer Ingenieure gefragt war.

Edinburgh. Im Dezember 2010 hat das schottische Parlament beschlossen, eine neue Brücke über den Firth of Forth bauen zu lassen. Dieser Meeresarm an der Ostküste Schottlands und gleichzeitig Mündung des Flusses Forth in die Nordsee liegt zwischen Edinburgh und der Insel Fife. Er trennt die schottischen Lowlands von den Highlands. Die bis heute stark genutzte Autobahnbrücke Forth Road Bridge (eröffnet 1964) muß aufgrund von Rostschäden an den Tragkabeln voraussichtlich ab 2017 für einen Teil des Verkehrs gesperrt werden. Direkt daneben wird zukünftig die neue Brücke Queensferry Crossing, die Hauptlast des täglichen Straßenverkehrs tragen. Eine stabile Stahlseil-Konstruktion mit einer Gesamtlänge von 2,7 km wird dank einer modernen Windschutzkonstruktion den ungestörten Verkehrsfluss selbst bei starken Winden ermöglichen. Bauherrin des Projekts ist die Transport Scotland, die Verkehrsbehörde der schottischen Regierung. Diese vergab den Bau der neuen Straßenbrücke an ein Joint Venture namens Forth Crossing Bridge Constructors (FCBC). Bis Ende 2016 sollen die Bauarbeiten abgeschlossen sein und die Brücke eröffnet werden. Der Auftragswert des Vorhabens liegt bei 950 Mio. Euro für FCBC.

Vorarbeiten für den Bau der Brückenpfeiler
Vor der Betonage der Fundamente lagen umfangreiche Vorbereitungen. Bereits im Sommer 2012 war damit begonnen worden, drei bis zu 1200 t schwere Caissons (Senkkästen) an die geplanten Standorte der Brückenpfeiler zu schleppen, um sie anschließend ca. 40 m tief bis zum Meeresgrund zu versenken. Bei einer maximalen Gesamthöhe von 30 m und einem Durchmesser von 32 m keine leichte Aufgabe. Mit einem Aufsatz, der bis zur Fertigstellung der unteren Brückenpfeilersegmente vorübergehend als Spundwand dienen soll, ragen diese rund 4 m aus dem Wasser heraus.

Start der längsten kontinuierlichen Betoneinbringung unter Wasser
Im August 2013 konnten schließlich die Arbeiten für die längste kontinuierliche Betoneinbringung unter Wasser und der drittgrößten Betonage weltweit beginnen. Der Beton für die Brückenpfeilerfundamente wurde aus einer der modernsten, von FCBC betriebenen, Mischanlagen Großbritanniens in den Rosyth Docks nahe bei der Brückenbaustelle gelegen, zur Baustelle gebracht.  Die Betonage am südlichen Pfeiler, dem letzten der drei Pfeiler der vollendet wurde, war die bisher größte Unterwasserbetonage weltweit.

Vier Lastkähne mit jeweils sechs Mischertrommeln à 12 m³ Fassungsvermögen bestückt, transportierten das Material zum südlichen Brückenpfeiler. Insgesamt 273 Fahrten und eine Gesamtstrecke von stolzen 1800 km legten die Kähne dabei zurück. Von Land aus hatten Putzmeister-Autobetonpumpen den Beton in die Mischertrommeln transportiert. Am Zielort angekommen, förderte eine in der Mitte jeder Barge befestigte Stationäre Betonpumpe vom Typ BSA 2110 HP D das Material in eine ebenfalls mitgeführte weitere Autobetonpumpe.
Mit dieser wurde dann das Fundament betoniert. Für die Betonage der Pylone wird von der Autobetonpumpe aus dann eine am Brückenpfeilerfundament stationierte BSA 2110 HP D beschickt, die wiederum über Rohrleitung den Beton zu einem am Brückenpfeiler befestigten Stationärmast vom Typ MX 32-4 pumpt.

Nachvollziehbar, dass vom störungsfreien Betrieb der sechs Putzmeister-Autobetonpumpen der Serien M 36-4, M 42-5 und M 47-5 der Erfolg der Betonage maßgeblich abhing. Zuverlässig erfüllten die Maschinen alle Erwartungen: Sie brachten mit einer durchschnittlichen Fördermenge von 47 m³/h bis zu 720 m³ Beton pro Tag ein.

Für die Herstellung der 25 m dicken Fundamente des südlichen Brückenpfeilers waren auf diese Weise in einer Non-Stop-Betonage über 15 Tage hinweg insgesamt 16.869 m³ Beton gepumpt worden. Der Beton war mit einem Wasser-Zement-Wert von 0,36 fließfähig eingestellt, sodass nicht verdichtet werden musste. Im gleichen Verfahren wurde das Fundament des nördlichen Brückenpfeilers erstellt. Nicht so beim mittleren, weil dieser auf einer in der Flussmitte befindlichen Felseninsel errichtet werden wird.

Der Bau der eigentlichen Pfeiler erfolgt in 4 m-Abschnitten mit Hilfe von Selbstkletterschalungen und in der Schalung eingebauten kleinen Rundverteilern (eine Art zweiarmiger Kran mit befestigter Schlauchleitung). Die am Brückenpfeiler stationierte BSA 2110 HP D versorgt dann die Rundverteiler mit Beton. Am Ende werden allein für die Fundamente der drei Brückenpfeiler 72.000m³ Beton und bis zur Fertigstellung der zweispurigen Brücke insgesamt rund 150.000 m³ Beton eingebaut worden sein.

Pumpversuche ermitteln die optimale Pumpfähigkeit des Betons
Für die anstehende Betonage der Brückenpfeiler haben Putzmeister-Projektingenieure Anfang 2014 einen Pumpversuch organisiert und begleitet. Ziel war es, die Pumpfähigkeit unterschiedlicher Betone sowie die Auslegung der geeigneten Betonpumpe und der Rohrleitungen vor Ort zu ermitteln. 165 m Rohrleitung wurden zu diesem Zweck montiert, um die Maximalhöhe des höchsten Pylonen von 210 m zu simulieren. Eine BSA 2110 HP D pumpte die Betone durch die Rohrleitung und anschließend durch eine Autobetonpumpe. Auf diese Weise konnten die Ingenieure verschiedene Fördermengen von 10, 20 und 30 m³/h und die Auswirkungen auf den Druckbedarf des Betons simulieren. Parallel wurde mit dem von Putzmeister entwickelten Sliding Pipe Rheometer, kurz Sliper, die Reibbeiwerte des Betons gemessen.

Forth Road Bridge – wichtigste Verbindung zwischen Low- und Highlands
Die Forth Road Bridge ist eine Autobahnbrücke in Stahlkonstruktion. Die Hängebrücke wurde zwischen 1958 und 1964 erbaut und war damals europaweit die größte Brücke ihrer Art. Sie ist gut 2,5 Kilometer lang und überspannt parallel zur berühmten Eisenbahnbrücke Forth Bridge den Meeresarm zwischen den Orten North Queensferry und South Queensferry. Sie stellt die wichtigste Verbindung der schottischen Lowlands mit den Highlands dar. Für die Brücke wurden insgesamt fast 47.000 t Stahl verbaut, inklusive der insgesamt fast 50.000 Kilometer langen Drahtseile des Tragwerks. 1964 hatte die britische Königin die Brücke für den Verkehr freigegeben. Seit 2001 steht die Forth Road Bridge unter Denkmalschutz. So wird sie ab 2017 für den überwiegenden Teil des Verkehrs gesperrt, jedoch für Busse, Taxis und Radfahrer weiterhin befahrbar bleiben.

Für jeden Einsatz das passende Rohrleitungsprogramm von Putzmeister
Das Prognostizieren der zu erwartenden Betondrücke sowie des Verschleißverhaltens von Beton mittels Pumpversuchen und Sliper Tests ermöglicht u. a. eine wirtschaftliche Zusammenstellung der Rohrleitungen. Ziel ist es, hochdruckfeste Rohre nur dort einzuplanen, wo sie unbedingt nötig sind. So lassen sich Kosten für Rohrleitungen minimieren. Gleichzeitig sollen sie so konzipiert werden, dass sie während der Bauphase nicht verschleißbedingt ausgetauscht werden müssen.

Putzmeister bietet für viele unterschiedliche Einsätze und Anwendungen Rohrleitungen an. Diese unterscheiden sich zum einen im Anschlusssystem, zum anderen in der Wandstärke und damit in der erreichbaren Betondruckstufe. Bei Autobetonpumpen müssen die Rohre bspw. beweglich und die Kupplungen leicht zu öffnen sein. Hier empfiehlt sich das SK-Kupplungssystem mit einer maximalen Druckstufe von 85 bar.

Für die Hoch- und Weitförderungen sind Rohrleitung in der Regel mit dem Kupplungssystem ZX ausgestattet. ZX-Rohre sind in den Druckstufen 85 bar, 130 bar sowie 200 bar erhältlich. Bei Wandstärken bis zu 11 mm bieten diese Rohre eine sehr große Verschleißreserve. Zudem garantiert das ZX-System die absolute Dichtheit des Systems und minimiert den Verschleiß am Bund sowie die Gefahr von Stopfern.

Was ist ein Caisson?
Ein Caisson, zu Deutsch Senkkasten, ist eine hohle, zylindrische oder rechteckige Konstruktion, die als Fundament oder als Arbeitsraum unter Wasser dient.
Senkkasten heißt er deshalb, weil er meist an Land gebaut und anschließend für bestimmte Arbeiten wie auch für die Betonage unter Wasser abgesenkt wird. Dazu wird ein nach unten offener Kasten auf den Grund eines Gewässers abgelassen und das darin dann befindliche Material mit Baggern entfernt. So kann der Senkkasten immer tiefer eingebracht werden, bis die erforderliche Tiefe erreicht ist. Danach wird der Hohlraum wie bspw. bei Brückenpfeilern mit Beton verfüllt.

 

Ihr persönlicher Bereich!