Handbuch Instandsetzung von Massivbrücken: Untersuchungsmethoden und Instandsetzungsverfahren

330 Pages·2003·26.497 MB·German

by  Dr.-Ing. Hans-Jörg Vockrodt, Dr.-Ing. Dieter Feistel, Dipl.-Ing. Jürgen Stubbe (auth.)

Hans-Jörg Vockrodt
Dieter Feistel
Jürgen Stubbe
Handbuch Instandsetzung
von Massivbrücken
Untersuchungsmethoden und
In standsetzu ngsverfah ren
Mit 32 Farb-, 215 s/w-Abbildungen
und 31 Tabellen
Springer Basel AG
Die Autoren:
Dr.-Ing. Hans-Jorg Vockrodt Dr.-Ing. Dieter Feistel
INVER - IngenieurbOro fOr INVER - IngenieurbOro fOr
Verkehrsanlagen GmbH Verkehrsanlagen GmbH
Fachbereichsleiter - Geschaftsbereich Overmannweg 35
Ingenieurbauwerke D-99094 Erfurt
Walter-Gropius-Str. 9
D-99085 Erfurt
Dipl.-Ing. JOrgen Stubbe
Nordhauser BauprOfinstitut GmbH
Alexander-Puschkin-Str. 23
D-99734 Nordhausen
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© 2003 Springer Basel AG
UrsprLinglich erschienen bei Birkhauser Verlag, Basel,Schweiz 2003
Gedruckt auf saurefreiem Papier, hergestellt aus chlorfrei gebleichtem Zellstoff. TeF
00
Umschlagsgestaltung: Micha Lotrovsky, Therwil, Schweiz
Umschlagfotos: KrampfertorbrOcke in Erfurt, Baujahr 1895, Instandsetzung 1998/99
(Quelle: Hans-Jorg Vockrodt>
ISBN 978-3-0348-9412-8 ISBN 978-3-0348-8032-9 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-0348-8032-9
987654321 www.birkhauser-science.com
v
Vorwort
Aus mancherlei Grunden erlangt die Instandsetzung von Massivbrucken zuneh
mende Bedeutung. Deshalberscheintesangebracht, denspeziellen Problemen,die
damitverbunden sind, erhohteAufmerksamkeitzu widmen.
Diese stehen zwar in enger Verbindung zu denen, die dem Bruckenneu
bau zugrunde gelegt werden, weisen jedoch zahlreiche Besonderheiten auf, die
umfangreiche Spezialkenntnisse erfordern, urn den funktioneIlen, gestalterischen
und konstruktiven Anspruchen zu genugen. Wirtschaftliche Gesichtspunkte kon
nen hierbei selbstverstandlichnicht ausgeschlossen werden.
Furdie erfolgreiche BewaltigungsolcherAufgaben bedarfes eines umfangrei
chen Fachwissens, das tiber diesbeztigliche Normen, Richtlinien und Merkblatter
hinausgeht.
Es istdeshalb zu begrtiEen, dass die Verfasser, die flir die Planungzahlreicher
Instandsetzungen von Brucken unterschiedlichsten Alters und unterschiedlichs
ter Tragsysteme und Konstruktionsarten verantwortlich zeichnen, sich der Auf
gabe gestellt haben, den gesamten Fragekomplex der Instandhaltungvon Massiv
brticken aufzuarbeiten.
Ausgehend von den allgemeinen Problemen grundsatzlicher Entscheidung
nach Neubau oder Instandhaltungwerden aIle relevanten Detailfragen,wieTrag
werksanalyse, Baustoffprufungen und -eigenschaften, SanierungsmaEnahmen
undAhnliches, besprochen und zustandsbezogeneAnwendungen vorgeschlagen.
Diese geschlossene Darstellungsweise ist auch deshalb zu begrtiEen, weil
an dem Entscheidungsprozess - mehr als bei Brtickenneubauten - die verschie
densten Berufsgruppen, wie Kommunalpolitiker, Stadte- und Verkehrsplaner,
Denkmalschtitzer, Architekten, Bauingenieure usw., beteiligt sind, denen damit
die Moglichkeiteingeraumtwird, dazwangslaufigberufsbezogenunterschiedliche
Kenntnishorizonte vorhanden sind, sich zusatzlich spezielle Informationen zu
beschaffen.
Umfangreiche Literaturhinweise bilden eine organische Erganzung der jewei
ligen Kapitel.
Aber auch der Bruckenbauer bzw. der Fachkollege, der nicht unmittelbar mit
der Instandhaltungsproblematik befasst ist, wird dieses Handbuch mit Gewinn
Iesen. Es behandeltmanche Hinweise, die die edv-gesttitzte, statisch-konstruktive
Bearbeitung von Ingenieurbauwerken relativieren hilft. Auch deshalb sei dem
Buch ein breiterLeserkreisgewtinscht.
Weimar, im Oktober2002 Prof. Dr.-lng. habil. Jilrgen Langrock
VII
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung und Zielstellung des Buches 1
2 Historische Briicken 3
2.1 Altersstruktur, Bauzustand und Bauart der Briicken in bsterreich,
der Schweiz und in Deutschland 3
2.2 Einstufung historischer Briicken als erhaltungswtirdige Baudenkmale
inTheorie und Praxis . 10
2.3 DenkmalpflegerischeAllgemeingrundsatze und Instandsetzungs-
strategien ftir erhaltungswtirdige Brtickenbauwerke 13
2.4 Literaturund Quellennachweis 17
3 Entscheidungsvorbereitung 19
3.1 Die technische Entscheidungsvorbereitung 19
3.1.1 Studie zur Instandsetzungund Erttichtigung 20
3.1.2 Studie zum Ersatzneubau 26
3.2 Diebaurechtliche Entscheidung 28
3.2.1 Prognose der Restlebensdauer 29
3.2.2 Restrisiko einer Instandsetzung? 30
3.2.3 Wartungsaufwand 30
3.2.4 Fordermittel 31
3.3 Literatur 31
4 Statische BeurteilungvorhandenerBausubstanz .. 33
4.1 Die anerkannten Regeln derTechnik 33
4.2 Das technische Vorschriftenwerk 35
4.2.1 Merkmale und Bestandteile 35
4.2.2 Gtiltigkeitsgrenzen des technischen Vorschriftenwerkes 39
4.2.3 Das aktuelle und die anderen technischen Regelwerke 42
4.2.4 Grundsatze fur die Nachrechnungbestehender Briicken 44
4.3 Tragsicherheitund Instandsetzungsmoglichkeit 47
4.3.1 Statische Beurteilungdes vorhandenen Zustandes 47
4.3.2 Nachweise ftir VerstarkungsmaBnahmen 52
4.3.2.1 Betondruckzone 52
4.3.2.2 Zugzone 53
4.3.2.3 Verbund, Verankerung, Schubsicherung 59
4.4 Literatur 68
VIII Inhaltsverzeichnis
5 Bauwerks- und Bauschadensanalyse sowie ausgewahlteInstand-
setzungsverfahren 74
5.1 Verfahren zur Bestandsaufnahmesowie Bauwerks- und
Bauschadensanalyse 74
5.1.1 Verfahren zur Bestandsaufnahme 74
5.1.1.1 Bauwerkspriifung 74
5.1.1.2 Fotogrammetrische Bauwerksaufnahme 83
5.1.2 Baugrunduntersuchung 88
5.1.2.1 Zur NotwendigkeitgeotechnischerUntersuchungen 88
5.1.2.2 Untersuchungsbeteiligte 89
5.1.2.3 Planungund Ablaufdergeotechnischen
Untersuchung 89
5.1.2.4 AussageHihigkeitdergeotechnischen Untersuchung . 90
5.1.2.5 Geotechnisches Risiko 90
5.1.2.6 Untersuchungsmethoden 91
5.1.2.7 Darstellungder Ergebnisse 95
5.1.2.8 Besonderheitenbei der Baugrund- und Griindungs-
untersuchungfur historische Briickenbauwerke 95
5.1.3 Materialuntersuchung - Priifungenunmittelbaram
Bauwerkund weiterftihrende Untersuchungen an Proben aus
dem Bauwerk 102
5.1.3.1 Kembohrungen 102
5.1.3.2 Endoskopie 105
5.1.3.3 Haftzugfestigkeiten 108
5.1.3.4 Bewehrungssuche und Bewertungdes
Korrosionszustandes 109
5.1.3.5 Rissaufnahme und Rissveranderungen 111
5.1.3.6 Biogene Schaden 119
5.1.3.7 Probeinjektionen am Bauwerk 119
5.1.3.8 Priifungder Dichteund Porositatam Martel, Putz,
Beton und Naturstein sowie KomgroBenanalyse
der Zuschlagstoffe .. 129
5.1.3.9 Priifungder FestigkeitsparameterDruck-, Spaltzug-
und Biegezugfestigkeitsowie Elastizitatsmodul ......... 129
5.1.3.10 PriifungWasseraufnahme,Wassergehalt und
Wasserdurchgang 132
5.1.3.11 Priifungaufvorhandene Salze 134
5.1.3.12 PriifungderVerwitterungsbesUindigkeit 136
5.1.3.13 ErmittlungderNatursteinart 137
5.1.3.14 Mikroskopie 138
5.1.3.15 Bindemitteluntersuchungen 138
5.1.3.16 Priifungder Injizierbarkeitan Proben 142
5.1.3.17 Priifungen zur Konservierung, Oberflachenbeschich-
tung und zum Einsatzvon Steinersatzmaterialien 145
5.1.3.18 Priifung der Frost- und Frost-Tausalzbestandigkeit 147
5.1.3.19 Prufung der Carbonatisierungstiefe 148
Inhaltsverzeichnis IX
5.1.3.20 ZerstOrungsfreie Priifverfahren (ZfP) 148
5.1.3.21 Erstellung eines Schadenskatasters 149
5.2 Ausgewahlte Instandsetzungsverfahren 150
5.2.1 Oberflachenvorbereitung 150
5.2.2 Injektionen im Rahmen der Bauausftihrung 151
5.2.2.1 Ausfiihrungvon Rissinjektionen 151
5.2.2.2 Ausfiihrungvon baugrundverbessernden Boden-
injektionen unterWiderlagern und pfeilern 157
5.2.2.3 Ausfiihrungvon Erttichtigungsinjektionenvon
haufwerksporigem Beton 161
5.2.2.4 Ausfiihrungvon Mauerwerksfugeninjektionen 162
5.2.2.5 Ausftihrungvon Schleierinjektionen 168
5.2.3 Betonsanierung 170
5.2.3.1 Reparaturmortel 170
5.2.3.2 Reparaturspachtel 172
5.2.3.3 Spritzbetonund Spritzmortel 173
5.2.4 Oberflachenvergtitung... 176
5.2.4.1 Oberflachenschutzsysteme 176
5.2.4.2 Hydrophobierung 183
5.2.4.3 Anti-Graffiti-Systeme (AGS) 183
5.2.4.4 Musterflachen 184
5.2.5 Korrosionsschutz der Bewehrung 185
5.2.6 Sprengzement 186
5.3 Literatur 187
6 Instandsetzung und Ertiichtigungvon Bogen- und Gewolbebriicken ..... 194
6.1 ZurGeschichte der Bogen- und Gewolbebrticken als alteste
Bauformen im Massivbrtickenbau 194
6.2 Statik der Bogen- und Gewolbebrticken 202
6.2.1 Theorie des Tragverhaltensvon Bogen- und Gewolbebrticken 202
6.2.2 Rechnerische Nachweisverfahren und Sonderprobleme 205
6.2.2.1 Grundlage Baustoffkennwerte 205
6.2.2.2 Allgemeine Grundsatze 207
6.2.2.3 Stlitzlinienverfahren 211
6.2.2.4 Elastizitatstheorie 212
6.2.2.5 Lineare und nichtlineare Berechnung 212
6.2.2.6 Nachweis des Querschnittes 214
6.2.2.7 Knicksicherheitsnachweis 218
6.2.2.8 Nachweis von querschnittsverstarkten Gewolben bei
Nichtentlastungim Bauzustand 222
6.2.3 Experimentelles Nachweisverfahren 224
6.2.3.1 Grundlagen der experimentellenTragsicherheits-
bewertung nach der Methode EXTRA 224
6.2.3.2 ExperimentelleTragfahigkeitsanalyse einer
Bogenbrticke 228
x Inhaltsverzeichnis
6.3 Typische Schadensbilderund geeignete InstandsetzungsmaBnahmen 242
6.3.1 Statischbedingte Systemrisse 242
6.3.2 Schaden an GewOlben und Stirnmauern 247
6.3.3 Schadensbilderund gesteinsrestauratorische Instandsetzungs-
grundsatzevon Natursteinbriicken ausbaupraktischerSicht.. 250
6.4 Konstruktive Problemstellungen und Losungen 259
6.4.1 Bauwerkserweiterungund -ertiichtigung 259
6.4.2 Gesimsverankerung, Dichtungsanschluss und Sicherunggegen
SchrammbordstoB 268
6.4.3 Gelander, Briistungund Beleuchtung 274
6.4.4 Ausfiihrungvon pflasterbelagen 280
6.5 Griindungder Bogen- und GewOlbebriicken 282
6.5.1 AllgemeinesTragverhaltenvon Bogenwiderlagern in
Abhangigkeitvon den vorhandenen Baugrundverhaltnissen . 282
6.5.2 Griindungsinstandsetzung 289
6.5.3 Griindungsinteraktionenbei Erweiterungsbauten 292
6.6 Literatur 296
7 Ausschreibung von Instandsetzungsleistungen .. 301
7.1 Bestandsunterlagen, Zustandsbeschreibung 301
7.2 Zeichnerische Darstellungvon Instandsetzungsleistungen 303
7.3 Ausgewahlte Fragenbei derAusschreibung 305
7.4 Allgemeine und ZusatzlicheVertragsbedingungen 308
7.5 Planungsleistungen, Planungshonorar 312
7.6 Literatur 314
Bildquellenverzeichnis 316
Sachwortverzeichnis 317
1
1 Einleitung und Zielstellung des Buches
Eine Brticke stellt Verbindendes iiber Gegensatzliches und ist ein tragender
Bestandteil der Technikgeschichte. Briicken zu bauen war zu allen Zeiten eine
Herausforderung und Inspiration fUr Baumeister, Ingenieure und Architekten.
Doch Briicken altern! Sie alternin vielerlei Hinsicht, durch mangelnde Unter
haltung, MaterialverschleiE und funktional infolge veranderter Verkehrsanforde
rungen. Aufgrund der groEen BedeutungfUr Gesellschaft und Wirtschaft werden
zukiinftig die systematische Erhaltung, Pflege und Instandsetzung des Bestandes
an Briicken immer mehr zu einer infrastrukturellen Hauptaufgabe der Lander
und Kommunen.
Die Frage, die hierbeiimVordergrund steht, istzuerstdie Frage nach Instand
setzung oder Ersatzneubau. Bei Bauwerken, die auEer ihrer Funktionalitat kein
weiteres offentliches Interesse auf sich ziehen, kann diese Entscheidung nach
rein technischen und finanziellen Gesichtspunkten von den verantwortlichen
Verwaltungsbehorden getroffen werden. Liegt dariiber hinaus ein Offentliches
Interesse vor, handelt es sich urn ein historisches oder gar unter Denkmalschutz
stehendes Bauwerk, wird die Entscheidung zusatzlich offentlich und kulturpo
litisch beeinflusst. Der hierbei beteiligte Personenkreis setzt sich aus Bauinge
nieuren, Architekten, Stadteplanern, Denkmalschiitzern, Verwaltungsexperten,
PolitikernsowieVertreternvon BiirgerinitiativenundVereinenzusammen. Damit
dieser Personenkreis sachlich und zweckbezogen miteinander kommunizieren
kann, soll in diesem Buch die beachtliche Entwicklung moderner Instandset
zungsmoglichkeiten im Massivbriickenbau aus baupraktischer Sicht dargestellt
werden. Das Buch mochte dazubeitragen, Ubersichtswissen zu aktualisieren, den
beteiligten Spezialisten Entscheidungsspielraumezu verdeutlichen, durch richtige
Fragestellungen solide ErhaltungsmaEnahmen zu fOrdern und voreilige Abbruch
entscheidungen zu verhindern. Dabei wird beginnend mit der Einordnung des
Bauwerkes in das vorhandene kulturelle und infrastrukturelle Umfeld, iiber die
Bestandsaufnahme, Befundung, Baustoff- und Baugrundanalyse, der Tragfahig
keitsbeurteilung, der Entscheidung iiber den Erhalt, der Instandsetzungsplanung
bis zur BauausfUhrung auf die wichtigsten Fragestellungen eingegangen. Anhand
ausgefUhrter, innovativer Bauvorhaben werden, nach Darstellung der allgemein
giiltigen Sachverhalte, neueste Erkenntnisseund Detaillosungenbeschrieben. Ein
Kapitel beschaftigtsich ausfiihrlich mitden Bogen- und Gewolbebriicken als eine
deraltesten Bauformen im Massivbrtickenbau.
Das vorliegende Buch ist dariiber hinaus auch fUr Hochschullehrer und
Studenten an Universitaten, Hoch- und Fachhochschulen konzipiert. Neben der
Vermittlung eines praxisnahen Spezialwissens miissen angehende Bauingenieure,
H.-J. Vockrodt et al., Handbuch Instandsetzung von Massivbrücken
© Springer Basel AG 2003
2 1Einleitung
aufgrund der komplex-universellen Anforderungen bei der Instandsetzung histo
rischer Massivbriicken, qualifizierte Generalisten sein.
In Ermangelungsowohleinesausgepragten Erfahrungsschatzesalsaucheines
auf den Erhalt historischer Briicken abgestimmten Regelwerkes sollen die im
Buch beschriebenen Inhalte den genannten Personenkreis fachlich unterstiitzen,
urn sich mit Ingenieurverstand und AugenmaB der Problematik Instandsetzung
im Massivbriickenbau zu stellen.
BUd 1.1:
"DemandereneineBruckebauen!"