Bundesstraße B 62, Ortsumfahrung Bad Salzungen

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Im Zuge der Ortsumfahrung Bad Salzungen (B 62) ist mit dem Teilabschnitt Werraquerung der Lückenschluss zwischen den bestehenden Anbindungen Hersfelder Straße im Westen und B19 / OU Barchfeld im Osten geplant. Kernstück der Werraquerung ist die 1.583,50 m lange Werratalbrücke, mit der die Trasse über die gesamte Talaue und einen ca. 400 m breiten und bis 30 m tiefen Baggersee bei Immelborn geführt wird.

Werratalbrücke – 1,6 km langes Kernstück der Werraquerung

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Der aus einem Realisierungswettbewerb hervorgegangene Brückenentwurf der Bürogemeinschaft VIC Brücken- und Ingenieurbau Potsdam, Meyer + Schubart Wunstorf und Henry Ripke Architekten Berlin sieht eine 19-Felder-Brücke als Stahlverbundkonstruktion mit unten liegender Fahrbahnplatte vor (Visualisierung Bild oben). Die größten Stützweiten sind innerhalb des Kiessees mit Pfeilerabständen von 120 m geplant. Das Bauvorhaben wird aufgrund der sehr komplizierten, durch Subrosions- und Verkarstungsprozesse sowie tektonische Überprägung und stark artesisch gespanntes versalzenes Grundwasser geprägte Baugrundverhältnisse in die Geotechnische Kategorie GK3 eingeordnet.

Erkundung und Untersuchung der Baugrund- und Gründungsverhältnisse

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Bei der geotechnischen Voruntersuchung im Jahr 2011 wurden der generelle Aufbau und die prinzipiellen Eigenschaften des Baugrundes am Standort erkundet. Bei der anschließenden Hauptuntersuchung 2012/13 wurden die Gründungsverhältnisse an jeder Bauwerksachse detailliert erkundet. Das Bild oben zeigt einen Ausschnitt des Geotechnischen Längsschnittes im Seebereich mit Darstellung der aufgeschlossenen Baugrundschichten des Zechstein (2-Niederterrassenschotter, 4A-Bröckelschiefer, 4B-Obere Letten, 4C-Brekzie, 5-Plattendolomit, 6-Untere Letten).

Aus den erkundeten Baugrundschichten wurden umfangreiche Bodenproben entnommen und insbesondere im gründungsrelevanten Schichtkomplex 4 (Zechstein) hinsichtlich des Trag- und Verformungsverhaltens detailliert untersucht. Die Ergebnisse wurden mit statistischen Methoden ausgewertet, um realistische charakteristische Festigkeitseigenschaften ableiten zu können. Insgesamt zeigen die erreichten Bruchspannungen der Schichten 4A-C ein Festigkeitsniveau, das typisch für veränderlich feste Gesteine an der Grenze zwischen bindigem Lockgestein und zersetztem Festgestein ist.

Basierend auf den Erkundungs- und Untersuchungsergebnissen wurden die Vor- und Nachteile verschiedener Gründungsvarianten und Herstellungsverfahren unter den jeweils charakteristischen Baugrundverhältnissen diskutiert. Die ingenieurgeologischen, bodenmechanischen und geohydraulischen Baugrundeigenschaften wurden im Detail beschrieben und in achsbezogene Gründungsempfehlungen umgesetzt.

Numerische Ermittlung der Pfahlwiderstände

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Aufbauend auf den Erkenntnissen der Hauptuntersuchung wurde das Trag- und Setzungsverhalten von hochbelasteten Gründungspfählen in den Kiesseeachsen innerhalb der veränderlich festen Gesteine (Bröckelschiefer / Obere Letten) mit numerischen Methoden analysiert. Die prognostizierten Pfahlwiderstände betragen demnach das 2- bis 3-fache der Erfahrungswerte gemäß EA-Pfähle. Das Bild zeigt die FEM-Modellkalibrierung anhand eines rechnerisch verifizierten Mehrstufen-Triaxialversuches in den Oberen Letten (Schicht 4B).

Pfahlprobebelastungen nach dem Osterberg-Verfahren

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Nach EA-Pfähle dürfen numerische Berechnungsverfahren für die Ermittlung von Pfahlwiderständen nur angewendet werden, wenn die Berechnungsmodelle an Ergebnissen von Pfahlprobebelastungen kalibriert wurden. Auch für die Anwendung von Erfahrungswerten in (Halb-) Festgesteinen werden Pfahlprobebelastungen empfohlen.

Unser Versuchskonzept beruht auf dem als "Multi-Level Test" in 2 Versuchsebenen ausgeführten Osterberg-Verfahren an zwei Versuchsstandorten. Die Versuche wurden zur schichtweisen Bestimmung der Grenzwerte der Pfahlwiderstände konzipiert. Zur Reduzierung von Maßstabseffekten sind großformatige 1 : 1 Versuche an Bohrpfählen mit 1,5 m Durchmesser vorgesehen. Die Teststrecken liegen ausschließlich im Schichtkomplex 4. Ziel ist die Bestimmung des Pfahlspitzenwiderstandes in den Schichten 4B und 4C sowie die Ermittlung der Pfahlmantelwiderstände in den Schichten 4A und 4B. Die Mantelreibung in den Niederterrassenkiesen wird durch supensionsgestützte Leerbohrstrecken gezielt ausgeschaltet.

Nach Abschluss der Feldversuche und Auswertung der Messwerte werden die verwendeten Stoffgesetze an den Ergebnissen der Pfahlprobebelastungen kalibriert. An dem validierten Berechnungsmodell können numerische 2D-FE Spannungs-Verformungsanalysen zur Optimierung der Gründungsbemessung und Berücksichtigung verschiedener Last- und Geometrieparameter an einem exemplarischen Gründungsstandort durchgeführt werden.

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