"Zügige" Zustandserfassung und Sanierung des Bahndurchlasses Schederhofstraße in Essen-Frohnhausen

09.10.2008

In 2007 erfolgte die Sanierung des Großprofils "Bahndurchlass Schederhofstraße" in Essen-Frohnhausen durch die Stadtwerke Essen AG (SWE). Die Sanierungsplanung im eigenen Hause basierte auf einer erweiterten Zustandserfassung und -bewertung des Bahndurchlasses einschließlich Baugrunderkundung und Standsicherheitsnachweisen durch die Ingenieurgesellschaft S & P Consult GmbH (S & P), ein Unternehmen der Prof. Dr.-Ing. Stein & Partner GmbH, Bochum. Aufgrund der nachgewiesenen ausreichenden Tragfähigkeit des Großprofils konnte die Sanierung händisch unter Erhalt der vorhandenen Bausubstanz ausgeführt werden. Ausführendes Unternehmen war die SMG Bautenschutztechnik für Hoch- und Tiefbau GmbH aus Lage.

Der Bahndurchlass in den Abmessungen 1250/1650 mm ist  über eine Länge von 52 m mit senkrechten Seitenwänden und einem Gewölbe vollständig aus Natursteinquadern (s. Bild 1) und einer Sohle aus Kanalklinkern ausgebildet. Die Sohltiefe beträgt ca. 4,0 m unter GOK.

Erweitere Zustandserfassung

Im Rahmen der Begehung durch S & P im April 2007 wurde der Ist-Zustand des Bahndurchlasses aufgenommen: Die vorhandenen Schäden waren korrodierte Mörtelfugen (s. Bild 2), Inkrustationen oberhalb des Kämpfers und eine teilweise unebene und ausgebrochene Sohle. Darüber hinaus wurden mehrere Querrisse mit Rissbreiten von bis zu 4 cm festgestellt, die über den gesamten Umfang verliefen. (s. Bild 3).

Die Geometrie des Bahndurchlasses wurde durch eine Kalibrierung des Abflussquerschnittes und zusätzliche Wanddickenermittlungen festgestellt (s. Bild 4). Zur Ermittlung der Materialkennwerte des Quadermauerwerks wurden im Juli 2007  5 Bohrkerne mit einem Durchmesser von 150 mm unter Einsatz eines luftdruckbetriebenen Kernbohrgerätes entnommen. Die Ermittlung der Druckfestigkeit an den entnommenen Bohrkernen erfolgte in Anlehnung an DIN 1048 [1]. Bei den durchgeführten Druckprüfungen wurde als Grundwert der zulässigen Druckspannungen für das Quadermauerwerk σ0 = 5,0 MN/m² ermittelt.

Baugrunderkundung

Für die Ermittlung der bodenmechanischen Kennwerte als Eingangsgrößen der statischen Berechnungen wurden im Juli/August 2007, begleitet durch S & P, Baugrundaufschlüsse durch vier Kleinrammbohrungen und drei schwere Rammsondierungen realisiert, die zur Beurteilung der relevanten Bodenkennwerte ausgewertet wurden.

Standsicherheitsuntersuchung

Grundlage für die Standsicherheitsuntersuchung des Bahndurchlasses bildete das Arbeitsblatt ATV-DVWK-A 127 [2]. Die Überprüfung der Standsicherheit des gemauerten Profils erfolgte mittels der Finiten-Elemente-Methode (FEM) mit dem Computerprogramm Plaxis (s. Bild 5).

Bei der Festlegung des maßgebenden Berechnungsquerschnittes wurden sämtliche Informationen über die vorhandene Geometrie des Kanals und die umgebenden Randbedingungen, die bei der Durchführung folgender Arbeiten aufgenommen werden konnten, berücksichtigt:

  • Vermessung der Innenkontur
  • Ermittlung der Wanddicke mittels Probebohrungen
  • Bohrkernentnahmen bis zum anstehenden Boden
  • Bodenmechanische Kennwerte.

Bei der Eingabe des Rohr-Boden-Systems in das FEM-Programm wurden jeweils die im Hinblick auf den statischen Nachweis ungünstigsten Werte in Bezug auf die Wanddicke, Überdeckungshöhe, Bodenkennwerte etc. verwendet. Bei der Ermittlung der Wanddicken mittels Probebohrungen wurde im Sohlbereich des Bahndurchlasses eine unterschiedlich dicke Schicht aus Beton bzw. Stampfbeton vorgefunden. Da sich die Berücksichtigung des Betons im Auflagerbereich in der statischen Berechnung eher günstig auf die Standsicherheit des Bauwerkes auswirkt, wurde dieser "auf der sicheren Seite liegend" rechnerisch nicht mit angesetzt.

Die Einwirkungen auf den Bahndurchlass setzten sich aus folgenden Lasten zusammen:

  • Eigengewicht des Tragwerks,
  • Erddruck infolge des Eigengewichts des überlagernden Bodens, 
  • Verkehrslasten auf die Geländeoberkante UIC71.
Ergebnis

Die maximal auftretenden Druckspannungen im Quadermauerwerk lagen unterhalb der zulässigen Druckspannungen. Die Standsicherheit für den gewählten Berechnungsquerschnitt konnte ohne Einschränkungen nachgewiesen werden, so dass für die geplante Sanierung des Bahndurchlasses eine statische Ertüchtigung nicht erforderlich war. Für die erforderliche Abdichtung des Bahndurchlasses konnte deshalb eine wesentlich kostengünstigere Sanierung geplant werden.

Sanierung

Die Sanierungsplanung durch die Stadtwerke Essen AG sah für die Abdichtung des Bahndurchlasses Rissinjektionen, abdichtende Injektionen und eine Aufbereitung der Fugen und darüber hinaus eine Sohleninstandsetzung aus hydraulischen Gründen vor, um die Gefahr von weiteren Ausspülungen auszuschließen. Der Fugenbereich Sohle/Wand sollte mit Injektionsschläuchen versehen werden, um aufsteigendes Fremdwasser zu unterbinden. Die Sanierungsarbeiten wurden Ende 2007 durch die SMG Bautenschutztechnik für Hoch- und Tiefbau GmbH aus Lage ausgeführt.

Nach der Grundreinigung des Bahndurchlasses mit Wasserhochdruck bis 500 bar wurden im ersten Arbeitsschritt alle korrodierten Fugen bis auf den festen Fugenhintergrund ausgeräumt. Anschließend wurden die Risse aufgestemmt und verdämmt. Die Rissinjektion erfolgte über Injektionspacker mit einem Injektionsdruck bis maximal 10,0 bar. Als Injektionsmittel wurde eine Zementsuspension eingesetzt  Die dahinter liegenden Hohlräume wurden in gleicher Weise verfüllt. Die Inkrustationen wurden abgestemmt und mit dem losen Fugenmaterial im Wandungsbereich ausgeräumt. Nach der Neuverfugung wurden die Sohle nivelliert und die Ausbrüche im Sohlenbereich aufgearbeitet. Der Einbau einer Steinzeughalbschale DN 400 erfolgte mittig (s. Bild 6) mit beidseitiger Berme aus Beton C25/30. Die Auftritte wurden mit einem kunststoffmodifizierten und abwasserbeständigen Mörtel beschichtet. Im Fugenbereich wurden Injektionsschläuche eingebaut und mit einem Injektionsharz verpresst.

Bild 7 zeigt den Bahndurchlass nach erfolgter Sanierung. Der Nachweis der Standsicherheit des Bahndurchlasses machte eine händische Sanierung möglich, die über die vorhandenen Einsteigschächte auszuführen war, wodurch verkehrliche Einschränkungen vermieden wurden. Neben dem gelungenen optischen Eindruck konnten im Vergleich zu einer ursprünglich vom Netzbetreiber geplanten Vollauskleidung des Querschnittes erhebliche Sanierungskosten eingespart werden.


Literatur

[1] DIN 1048 Prüfverfahren für Beton; Frischbeton (06.1991)
[2] ATV-DVWK-A 127 Statische Berechnung von Abwasserkanälen und -leitungen (08.2000)

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