Schalungstechnik Brückenbau

Wirtschaftsfaktor Verkehrsinfrastruktur

Für Deutschland als zentrale Drehscheibe des europäischen Güterverkehrs mit seiner extrem exportabhängigen Volkswirtschaft ist die Dichte, Qualität und der Zustand der Verkehrsinfrastruktur essentiell. So ist 2016 in Deutschland die gigantische Summe von 659,9 Milliarden Tonnenkilometer an Fracht per Schiff, Bahn und Lkw transportiert worden. Mit knapp 70 % erzielte dabei der Transport auf der Strasse einen Anteil von 474 Milliarden Tonnenkilometer.

Diese Zahlen verdeutlichen, welche Ansprüche und Belastungen alleine das deutsche Strassennetz zu bewältigen hat. Innerhalb dieser Verkehrsnetze für LKW und Bahn nehmen Tunnel und Brücken eine Schlüsselposition ein: sowohl in ihrer Funktion als durch- und überquerende Bauwerke als auch in der Komplexität ihres ingenieurtechnischen Anspruchs.

Status Quo der Brückenbautechnik

In der hochverdichteten westeuropäischen Baulandschaft gehören die Instandsetzung und der Ersatzneubau von Brücken zu den dringlichsten Aufgaben. So gehen Schätzungen für Deutschland von einem Gesamtbestand von ca. 120.000 Brücken aus. Vor allem im Bereich der Bundesfernstrassen und Autobahnen weisen viele Brücken die bautypischen Defizite der 1960er bis 1980er Jahre auf – zum Beispiel zu feingliedrige Konstruktionen oder zu wenig verdichtete bzw. nachbehandelte Betone.

Gleichzeitig sind und waren die heutigen Bestandsbrücken Einwirkungen und Belastungen ausgesetzt, die zum Zeitpunkt ihrer Planung nicht vorhersehbar waren: stark steigende Verkehrs- und Achslasten, aggressive Schadstoffe in Wasser und Luft, hohe Chloridbelastung durch den intensiven Einsatz von Tausalz. Bewehrungskorrosion, Abplatzungen und die fortschreitende Zerstörung des Betonkörpers gefährden dann im Einzelfall die Standsicherheit dieser Brücken. Eine Studie des Deutschen Instituts für Urbanistik geht davon aus, dass bis 2030 bundesweit über 10.000 kommunale Strassenbrücken (entspricht 15% des Gesamtbestandes) ersetzt werden müssen.

PERI: Schalung, Gerüst, Engineering im Gleichgewicht

Die immer noch anzutreffende Definition, die bei Schalungen und Gerüsten von Bauhilfskonstruktionen spricht, hat sich nach dem heutigen technischen Stand überlebt. Vor allem im konstruktiven Hoch und Ingenieurbau sind die Selbstkletterschalungen oder Tunnel- und Brückenschalwagen von PERI komplexe anlagentechnische Produktionswerkzeuge. Sie können selbsttätig alle Schal-, Verfahr- und Klettervorgänge pro Betonierabschnitt ausführen – unabhängig davon, ob die Bauwerksachsen bei einer Brücke horizontal, vertikal, geneigt oder gekrümmt ausgerichtet sind. 

Diese Systemtechnik ist in den einzigartigen Wissens- und Erfahrungspool des PERI Engineering eingebunden. Über 1.300 Projekt- und Anwendungsingenieure beraten, entwickeln und koordinieren weltweit für Bauunternehmen Schalungs- und Gerüstlösungen – immer im engen Verbund mit den Brückenbauspezialisten aus der Geologie, Verkehrs- und Tragwerksplanung oder der Beton- und Stahltechnologie.

Grundlagen des Brückenbaus

Materialtechnik und Konstruktion

In den 1960er bis 1980er Jahren galt Beton – vor allem in der Verbundkonstruktion des Stahl- und Spannbetons – als unproblematischer, unverwüstlicher Universalbaustoff. Diese Einschätzung hat zu Problemen bei der Standfestigkeit und Dauerhaftigkeit von Betonbauten geführt, da bestimmte werkstoffspezifische und baukonstruktive Zusammenhänge beim Stahl- und Spannbeton noch nicht erforscht oder genügend bekannt waren.
 

In der Folgezeit sind durch Neuentwicklungen in der Zement-, Betonzusatzmittel- und Stahltechnologie hochfeste Betone und Stähle entstanden, die den Verbundbaustoff Beton in seiner Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit wesentlich verbessert haben. Dieser Zugewinn an neuen Erkenntnissen aber blieb nicht nur auf die Werkstoffe begrenzt. Durch enorme Leistungssprünge in der Hardware – und Softwareentwicklung verfügt heute die Konstruktion und Planung über eine Vielzahl an Hochleistungsprogrammen für die Bemessung, die Simulation und das Monitoring von Brückenbauwerken.

Tragwerke, Querschnitte und Projektbeispiele

Brückenbauwerke werden nach unterschiedlichen Aspekten unterteilt: Zum Beispiel nach ihrer geografischen Lage in Fluss-, Tal- und Hangbrücken oder nach ihrem Baumaterial in Beton-, Stahl-, Holz- und Verbundbrücken. Bei der baukonstruktiven Betrachtung stehen die Tragwerks- / Überbauquerschnitte und die Bauteilgruppen im Vordergrund.

Die Tragwerke werden generell unterschieden nach:

• Balkenbrücken
• Bogenbrücken
• Hänge- / Schrägseilbrücken

Die Querschnitte des Überbaus sind unterteilt in:

• Massivplatten
• Plattenbalken
• Hohlkasten
• Trog

Die Bauteile einer Brücke werden in Unterbau, Überbau und Ausrüstung aufgeteilt. Welche der beschriebenen Tragwerke und Überbau-Querschnitte zum Zug kommen, hängt ab von Faktoren wie Länge, Spannweite, Werkstoffe, Nutzungsart, Verkehrslasten und den topografischen und geologischen Rahmenbedingungen.

Stahlverbundbrücke

Schrägseilbrücke

Schrägseilbrücke

Hängebrücke

PERI Lösungen für den Brückenüberbau und Projektbeispiele

Generell werden Brücken nach ihrem Bauprinzip in Ortbetonbrücken, Fertigteil- und Segmentbrücken aufgeteilt. Bei den Ortbetonbrücken werden vier Bauweisen unterschieden:

• das Bauen mit Lehrgerüst
• das Bauen mit Vorschubrüstung
• das Bauen im Taktschiebeverfahren
• das Bauen mit Freivorbau

Lehrgerüst

Dieses Verfahren eignet sich für Brückenbauwerke mit geringer Bauhöhe und freiem Zugang zu der Unterseite der Brücke. Je nach Ebenheit des Geländes kann das Lehrgerüst ortsfest oder verfahrbar aufgebaut werden. Die Belastungen aus der Tragwerksschalung werden über das Lehrgerüst in den Baugrund eingeleitet. Die Gerüstkonstruktionen bestehen weitgehend entweder aus Flächenrüstungen oder den Rüstbindern.

Vorschubrüstung

Dieses Verfahren eignet sich für Brückenbauwerke mit grossen Pfeilerhöhen und schwer zugänglicher Brückenunterseite. Die Vorschubrüstung zählt zu den freitragenden Schalungs- und Gerüstsystemen. Nach dem abschnittsweisen Betonieren erfolgt das Umsetzen des Gerüstes in der Längsachse mit verschiebbaren Rüstträgern – ohne eine zusätzliche Unterstützung zwischen den Brückenpfeilern. Die Belastungen aus der Tragwerksschalung werden von der Vorschubrüstung aufgenommen und an die Pfeiler eines Brückenfeldes weitergeleitet.

Taktschiebeverfahren

Bei diesem Verfahren sind grosse Stützweiten möglich bei einer hohen Wirtschaftlichkeit durch gleichförmige Arbeitsabläufe. Der Überbau wird abschnittsweise in einer hinter der Brücke liegenden Feldfabrik stationär hergestellt. Nach der Fertigung eines neuen Brückenabschnitts wird dieser hydraulisch angehoben in Richtung der Längsachse verschoben, bis der Vorbauschnabel auf dem Absetzsattel der Stützen sicher aufliegt.

Freivorbau

Das Verfahren des Freivorbaus eignet sich für Brückenbauwerke mit grossen Spannweiten und bei schwieriger Topografie – zum Beispiel beim Überqueren von Gewässern, Taleinschnitten etc. Beim Freivorbau wird der Überbau von den Pfeilern aus nach dem Waagebalkenprinz symmetrisch hergestellt. Auf beiden Seiten des Pfeilers befindet sich daher ein Vorbauwagen, der über eine Kragarmkonstruktion die Schalung und Rüstung in den nächsten Betonierabschnitt bewegt. Dort wird an beiden frei auskragenden Bauteilenden der nächstfolgende Bauabschnitt angefügt.

Fünf-Feld-Brücke, Freivorbau

Plattenbalkenbrücke, Lehrgerüst

Stahlverbundbrücke, Schalwagen

Hohlkastenbrücke, Freivorbau

Bogenbrücke, Freivorbau

PERI Systemlösungen für den Brückenbau

VARIOKIT Ingenieurbaukasten als Basis

Alle PERI Brückenlösungen basieren auf einem einzigen System, dem VARIOKIT Ingenieurbaukasten, der projektbezogen auch mietbar ist. VARIOKIT kann unterschiedlichste Tragwerkskonstruktionen ausbilden, zum Beispiel Fachwerke oder Traggerüsttürme. Gleichzeitig ist der Ingenieurbaukasten auch die Basis für alle Arten von Schalungsverfahren – von der Gesimskappenkonsole, Freivorbau, Stahlverbundwagen bis zur Kletterschalung. Mit elektrischen und hydraulischen Komponenten ist der VARIOKIT Ingenieurbaukasten um maschinelle Funktionen erweiterbar, die das selbsttätige Heben, Senken, Verfahren, Klettern und Ein- und Ausschalen der Schalungselemente ermöglichen.

Mit nur drei Kernbauteilen – dem Stahlriegel SRU, der Kletterschiene RCS, der Schwerlastspindel SLS – können mit einem Minimum an Verbindungs- und Sicherungsmitteln ca. 80 % aller Schwerlasttragwerke aufgebaut werden. Weitere 15 % sind ebenfalls Systembauteile aus dem VARIOKIT Ingenieurbaukasten; die restlichen 5 % projektspezifische Sonderbauteile. Dieses konsequent vereinfachte Bauprinzip des VARIOKIT Ingenieurbaukasten ermöglicht eine hohen Sicherheits- und Geschwindigkeitsvorteil – sowohl im Aufbau als auch im Einsatz auf der Baustelle.

Ein weiterer entscheidender Systemvorteil von VARIOKIT liegt in der Kombinierbarkeit mit dem Arbeits-, Schutz- und Traggerüstsystem PERI UP. Beide Systeme beruhen auf der metrischen Massordnung des Hochbaus mit einem Aufbauraster von 12,5, 25 und 50 cm und sind deshalb miteinander vollständig kompatibel.

TRIO, Rahmenschalung

Schalungssystem mit beidseitig bedienbarer DWAnkertechnik. Stehend oder liegend sowohl im Hochbau als auch im Ingenieurbau einsetzbar. Ausgestattet mit Bühnensystemen für maximale Sicherheit auf der Baustelle.

• Alle Grundrisse im Hochbau und Ingenieurbau sind mit wenigen Elementbreiten schalbar
• Mit dem einhändig bedienbaren Richtschloss BFD sind alle Elementverbindungen herstellbar
• Die Pulverbeschichtung verhindert das Anhaften des Betons und beschleunigt die Reinigung

VARIO GT 24, Träger-Wandschalung

Stufenlos einstellbare Verbindungen durch Langlochreihen in Stahlriegel und in der Kupplung machen sie universell einsetzbar: sowohl im Wohn- und Nichtwohnbau als auch bei Ingenieurbauwerken wie Brückenwiderlagern, Pfeilern oder Tunnelschalen.

• Schalt selbst gekrümmte Bauwerksgeometrienbis zu 18 m Höhe am Stück
• Nimmt sehr hohe Frischbetondrücke auf beigeringster Durchbiegung
• Alle geometrie- und oberflächenbezogenen Parameter sind im System frei wählbar

ACS Selbstklettersystem

Das System klettert über eine fest integrierte Hydraulik schienengeführt am turmartigen Bauteil bzw. Bauwerk von Betonierabschnitt zu Betonierabschnitt.

• Die Gesamtlast von Bühne und Schalung beträgt max. 20 Tonnen
• Das Selbstklettersystem kann bei jedem Wetter eingesetzt werden
• Die Klettereinheit ist zu jeder Zeit mit dem Bauwerk verbunden.

SCS Selbstklettersystem

Das Klettersystem unterstützt als Tragkonstruktion einhäuptige, ankerlose und auch zweihäuptige, geankerte Wandschalungen. Die Wandschalung kann beim Ausschalen geneigt bzw. bei der SCS 250 um 63 cm zurückgefahren werden.

• Die Systemvariante SCS 190 (Konsolbreite 1,90 m) ist ideal für radiale und gekrümmte Bauteilgeometrien geeignet
• Die Systemvariante SCS 250 (Konsolbreite 2,50 m) wird an geraden Wandflächen eingesetzt.
• Die Arbeitsflächen der Konsolbühnen können auch an geneigte Wandflächen angepasst werden

CB Kletterschalung, CB 240 / CB 160

Kranbares System für das Umsetzen grossflächiger Wandschalungen. Einfach zu handhaben, schnelles Takten und problemloses Anpassen an unterschiedlichste Bauwerksformen.

• Bei der CB 240 kann die Schalung durch den Fahrwagen zurückgesetzt werden
• Bei der CB 160 ist die Schaleinheit nach hinten kippbar
• Hohe Belastbarkeit der Konsole ermöglicht sehr grosse Gerüsteinheiten

VARIOKIT Ingenieurbaukasten

Stahlriegel, Kletterschiene und Schwerlastspindel sind die universellen Basisbausteine, um unterschiedlichste Schalungs- und Gerüstaufbauten im Schwerlastbereich zu tragen, zu stützen und zu verstärken.

• Die Einzelkomponenten des Systems sind mietbar
• Alle Systembauteile sind projektspezifisch und lastoptimiert kombinierbar
• Passbolzen sind das einzige Verbindungsmittel

VARIOKIT Freivorbaugerät VBC

Sein Einsatzgebiet sind Brücken mit grossen Spannweiten. Der Aufbau ist eine Kombination aus speziellen Systembauteilen (Abtrag der Hauptlast) und den VARIOKIT Standardteilen für die Schalungsaufbauten, Arbeitsbühnen und das Angleichen an die Querschnittsgeometrien.

• Es sind Abschnittslängen bis zu 5,75 m möglich
• Selbstständiges Einrichten durch eine integrierte Hydraulik
• Es ist vollständig kompatibel zum PERI UP Gerüstsystem

VARIOKIT Stahlverbundwagen

Für die Herstellung von Stahlverbundbrücken mit geschlossenen bzw. offenen Stahlprofilquerschnitten. Der lenkbar gelagerte Wagen kann auch auf engen Radien problemlos bewegt werden.

• Der Fahrwagen besitzt eine hohe Steifigkeit in Längs- und Querrichtung
• Er ist individuell an die Bauwerksgeometrie anpassbar
• Standardisierte Bolzenverbindungen sorgen für eine schnelle Montage

VARIOKIT Kragarmkonsole VCB

Für die Herstellung von Brückenüberbauten in der Stahlverbund- bzw. der Betonhalbfertigteilbauweise. Sie ist am Bauwerk fix montiert und wird per Kran umgesetzt.

• Die Konsole kann individuell an die Geometrie des Kragarms angepasst werden
• Ihre Montage erfordert keine Durchdringung der Fahrbahnplatte
• Der fliessende Verkehr unterhalb der Brücke wird nicht beeinträchtigt

VARIOKIT Gesimskappenkonsole VGK

Ideal für den Neubau und die Sanierung von Brücken mit Spannweiten unter 150 m. Dank des geringen Einzelteilgewichts von maximal 20 kg kann diese Konsollösung auch in Ein-Mann-Montage von Hand montiert werden.

• Die Trennung der Gesimskappenkonsole VGK in Arbeitsbühne und Schalungseinheit
• Die unterschiedlichen Arbeitsabläufe (Betonieren / Instandsetzen) sind daher sicher durchführbar
• Die Gesimskappenkonsole ist flexibel an unterschiedlichste Kappengeometrien anpassbar

VARIOKIT Gesimskappenbahn VGB

Für die Herstellung und Sanierung von Aussen- und Mittelkappen ab 150 m Überbaulänge.

• Geringer Bedienungsaufwand; dadurch sind die Einheiten schnell umsetzbar
• Flexibel an die unterschiedlichsten Kappengeometrien anpassbar
• Baustellenablauf (Überbau) und Verkehrsfluss unterhalb der Brücke bleiben ungestört

VARIOKIT Gesimskappenwagen VGW

Für die Herstellung und Sanierung von Aussen- und Mittelkappen ab 150 m Überbaulänge Der Verfahrwagen auf dem Überbau hat eine standardmässige Schalungslänge von 22 m.

• Es ist keine Verankerung im Brückenbauwerk notwendig
• Individuell an Bauwerksgeometrie und Baustellenablauf anpassbar
• Dank mietfähiger Baukastenmodule ist der Schalwagens projektspezifisch konfigurierbar

VARIOKIT Schwerlastturm VST

Für Projekte, bei denen grosse Lasten zentriert abgeleitet werden müssen. Er kann entweder als Einzelturm, Jochscheibe oder Raumgerüst verwendet werden.

• Im Regelaufbau sind Einzelstiellasten von max. 700 kN bis zu 40 m Höhe möglich
• Grössere Höhen erfordern eine projektspezifische Planung
• Die Kopfspindeln sind hydraulisch absenkbar

PERI UP Flex Stützturm

Der Stützturm ist ein vielfältig einsetzbares, leichtes Modulgerüst. Durch das Bauteilraster von 25 cm bzw. 50 cm kann es an unterschiedlichste Geometrien und Lasten angepasst werden. Dank dem durchgängigen Verbund aller Stiele werden auftretende Horizontalkräfte direkt im System abgetragen.

• Punktgenaue Lasteinleitung bis zu 46 kN pro Stiel im Turm
• Statischer Nachweis bis 8,39 m freistehend und bis 21,89 m Höhe oben gehalten
• Hohe Knotensteifigkeit erlaubt das Versetzen grosser Einheiten per Kran

VARIOKIT Rüstbinder VRB

Für Projekte, bei denen Lasten über grosse Spannweiten zentriert abzutragen sind. Er wird er vorrangig als Lehrgerüst für Spannweiten von 25 bis 40 m eingesetzt.

• Sehr hohe Tragfähigkeit – bis 3.000 kNm – bei vergleichsweise geringem Eigengewicht
• Beschleunigter Bauablauf durch die geringe Zahl der benötigte Binder
• Die Spannweiten sind durch den teleskopierbaren Auflagerrahmen stufenlos einstellbar

Weiterführendes Wissen

Fachbuch Schalungstechnik Brücken

Nach einer kompakten Einführung zu Tragwerksformen, Bauteilgruppen und Bauverfahren für das Erstellen und Sanieren von Brückenbauwerken widmet sich der Hauptteil des 156 Seiten starken Fachbuches der Dokumentation von Brückenbauprojekten.

Die Referenzprojekte sind gegliedert nach den Themen Unterbau, Überbau, Brückensanierung und Sonderbauverfahren. Systemschnitte und grossformatige Bilder veranschaulichen die individuellen Bauprojekte und verdeutlichen die gemeinsam mit PERI erarbeiteten und ausgeführten Schalungs- und Gerüstlösungen. Dabei kommentieren die Projektverantwortlichen der ausführenden Bauunternehmen jeweils die schalungstechnischen Anforderungen und die Ergebnisse der getroffenen Entscheidungen.