Bild 1: Brückenwiderlager in KBE-Bauweise (Schema)

Die Leistungsfähigkeit der Verkehrsinfrastruktur stellt eine grundlegende Voraussetzung für wirtschaftliche Stabilität sowie gesellschaftliche Mobilität dar. In Deutschland bildet das Bundesfernstraßennetz mit seinen zahlreichen Ingenieurbauwerken das Rückgrat des überregionalen Verkehrs. Der Bestand umfasst rund 40.000 Brückenbauwerke, von denen ein erheblicher Anteil in den 1960er- bis 1980er-Jahren errichtet wurde.

Diese Bauwerke basieren auf Bemessungsansätzen und Lastannahmen, die den heutigen Verkehrsbeanspruchungen, insbesondere infolge des gestiegenen Schwerverkehrsanteils, nur eingeschränkt gerecht werden. In Verbindung mit altersbedingten Materialermüdungserscheinungen ergibt sich ein signifikanter Instandsetzungs- und Ersatzneubaubedarf.

Neben der quantitativen Herausforderung gewinnen qualitative Aspekte zunehmend an Bedeutung. Hierzu zählen insbesondere die Reduktion von Bauzeiten unter möglichst uneingeschränkter Aufrechterhaltung des Verkehrs sowie die Einhaltung klimapolitischer Zielsetzungen. Vor diesem Hintergrund rücken alternative Bauweisen in den Fokus, die technische Leistungsfähigkeit, Wirtschaftlichkeit und ökologische Nachhaltigkeit miteinander verbinden. Eine vielversprechende Lösung zeigt hier die Verwendung von geokunststoffbewehrter Erde im System der HEITKAMP Schnellbaubrücke.

Widerlager aus geokunststoffbewehrter Erde

Konstruktives Prinzip und Wirkmechanismen
Geokunststoffbewehrte Erde ist ein Verbundsystem aus einem granularen Bodenmaterial und zugfesten Bewehrungselementen aus Geokunststoffen, wie bspw. Geogittern oder Geotextilien. Diese werden lagenweise in den Boden eingebracht und übernehmen die Funktion der Zugkraftaufnahme, während der Boden selbst primär Druckkräfte abträgt.

Die Tragfähigkeit des Systems basiert auf dem Zusammenwirken mehrerer Mechanismen:

• der Scherfestigkeit des Bodens,
• der Zugfestigkeit der Bewehrungselemente sowie
• der Reibungs- und Verzahnungseffekte an der Kontaktfläche zwischen Boden und Geokunststoff. 

Durch diese Interaktion entsteht ein stabiler, quasi monolithisch wirkender Verbundkörper mit hoher Tragfähigkeit und Verformungsstabilität. Charakteristisch ist die Fähigkeit, Lasten flächig abzutragen, wodurch Spannungsspitzen reduziert und Setzungsdifferenzen minimiert werden.

Normative Einordnung und Regelwerke
Die Anwendung geokunststoffbewehrter Konstruktionen ist international seit mehreren Jahrzehnten etabliert. In Deutschland war der Einsatz im Brückenbau jedoch lange Zeit durch das Fehlen einheitlicher Bemessungsregeln eingeschränkt. Dies führte dazu, dass Projekte häufig auf Grundlage von Zustimmung im Einzelfall realisiert werden mussten.

Mit der Integration entsprechender Regelungen in den Eurocode 7 sowie in die Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten (ZTV ING) wurde eine verbindliche Grundlage geschaffen. Diese umfasst insbesondere Anforderungen an:

• die innere und äußere Standsicherheit,
• die Gebrauchstauglichkeit (z. B. Verformungsbegrenzungen),
• die Dauerhaftigkeit der Geokunststoffe sowie
• die Qualitätssicherung während der Bauausführung. 

Damit wurde eine wesentliche Voraussetzung für die breitere Anwendung dieser Bauweise im deutschen Brückenbau geschaffen.

Projektkontext: Ersatzneubauten im Zuge der Bundesautobahn A 3
Im Rahmen eines Infrastrukturprogramms werden durch die HEITKAMP Unternehmensgruppe fünf Brückenbauwerke über die Bundesautobahn A 3 bei Emmerich zwischen der AS Rees und der Grenze zu den Niederlanden durch Ersatzneubauten ersetzt. Auftraggeber ist die Autobahn GmbH des Bundes, Niederlassung Rheinland. Das Projekt umfasst sowohl die Planung als auch die bauliche Umsetzung und beinhaltet zudem die Durchführung der erforderlichen Genehmigungsverfahren unter Berücksichtigung umwelt- und wasserrechtlicher Belange.

Die Randbedingungen des Projekts sind durch erhebliche zeitliche und logistische Restriktionen gekennzeichnet. Innerhalb eines Zeitraums von lediglich 18 Monaten sind diese fünf Brückenbauwerke zu realisieren. Darüber hinaus bestehen Einschränkungen hinsichtlich der Verkehrsführung, insbesondere durch eine begrenzte Anzahl zulässiger Vollsperrungen für Abbruch- und Montagearbeiten.

Bild 2 und 3: Fünf Schnellbaubrücken über die A 3 sollen bei Emmerich zwischen AS Rees und der Grenze zu den Niederlanden entstehen

Nach dem Rückbau der Bestandsbauwerke ist für jedes einzelne Bauwerk eine maximale Bauzeit von 120 Kalendertagen vorgesehen. Diese Vorgaben erfordern innovative Baukonzepte, die eine signifikante Beschleunigung der Bauprozesse ermöglichen, ohne dabei die Anforderungen an Sicherheit und Qualität zu beeinträchtigen.

Konstruktive Ausbildung der Schnellbaubrücke

Ausbildung der Widerlager
Die Widerlager der betrachteten Brückenbauwerke werden vollständig in Bauweise der geokunststoffbewehrten Erde (KBE) ausgeführt. Der Aufbau erfolgt lagenweise durch Einbau eines geeigneten, verdichtungsfähigen Füllbodens, in den horizontale Bewehrungslagen integriert werden.

Die sichtbare Front wird durch vorgefertigte Verblendungselemente ausgebildet, die sowohl gestalterischen Anforderungen als auch funktionalen Aspekten wie Witterungsschutz und Erosionssicherung gerecht werden.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Bauweise liegt in der flächigen Lastabtragung. Bei geeigneten Baugrundverhältnissen kann dadurch auf aufwendige Tiefgründungsmaßnahmen verzichtet werden. Dies reduziert nicht nur die Bauzeit, sondern minimiert auch Risiken im Zusammenhang mit Baugrundunsicherheiten, Grundwasser oder Kampfmitteln.

Bild 4: Brückenwiderlager in KBE-Bauweise (Umsetzung)

Überbaukonstruktion und Vorfertigung
Der Überbau besteht aus mehreren parallel angeordneten, vorgespannten Fertigteilbindern mit Stützweiten von bis zu 40 m. Die Querschnitte sind materialeffizient optimiert.

Sämtliche konstruktiven Hauptbauteile werden im Werk vorgefertigt und just-in-time zur Baustelle geliefert. Dies ermöglicht eine erhebliche Reduktion des logistischen Aufwands und minimiert den Bedarf an Lagerflächen.

Bauablauf und bauzeitliche Vorteile
Ein zentraler Vorteil der KBE-Bauweise liegt im hohen Grad der Vorfertigung sowie in der weitgehenden Unabhängigkeit von witterungsbedingten Einflüssen. Im Gegensatz zu massiven Stahlbetonkonstruktionen entfallen lange Aushärtungszeiten, wodurch Bauprozesse deutlich beschleunigt werden können.

Die Herstellung der Widerlager erfolgt innerhalb weniger Tage und kann parallel zu anderen Bauprozessen durchgeführt werden. Kritische Bauphasen, insbesondere im Bereich der Verkehrsführung, werden dadurch zeitlich verkürzt.

Insgesamt ermöglicht die Bauweise eine zuverlässige Einhaltung enger Terminvorgaben und reduziert gleichzeitig die Dauer verkehrlicher Beeinträchtigungen. Dies stellt einen entscheidenden Vorteil im hochbelasteten Autobahnnetz dar.

Durch den Einsatz der HEITKAMP Schnellbaubrücke kann die vorgegebene Bauzeit von 18 Monaten deutlich um mehrere Monate unterschritten werden. Mithilfe einer abgestimmten Arbeitsvorbereitung sowie einer optimierten Baustellenlogistik lassen sich die erforderlichen Vollsperrungen für Abbrucharbeiten und das Einheben der Fertigteile auf ein Minimum reduzieren, sodass Verkehrsbeeinträchtigungen nahezu vollständig vermieden werden können. 

Nachhaltigkeits- und Lebenszyklusbetrachtung
Im Rahmen ganzheitlicher Lebenszyklusanalysen bietet die KBE-Bauweise erhebliche ökologische Vorteile. Der reduzierte Einsatz von Beton führt zu einer signifikanten Senkung der CO₂-Emissionen; Einsparungen von bis zu etwa zwei Dritteln gegenüber konventionellen Bauweisen sind möglich. Darüber hinaus kann überwiegend lokal verfügbares Bodenmaterial eingesetzt werden, wodurch Transportaufwand und Ressourcenverbrauch reduziert werden. Ein weiterer Vorteil besteht in der Rückbaubarkeit der Konstruktion. Die einzelnen Komponenten können getrennt und wiederverwendet werden – dies entspricht den Prinzipien der Kreislaufwirtschaft.

Zusammenfassung und Ausblick
Die Anwendung geokunststoffbewehrter Erde bei Brückenwiderlagern im System der Schnellbaubrücke stellt eine leistungsfähige und wirtschaftlich konkurrenzfähige Alternative zu konventionellen Bauweisen dar. Insbesondere im Kontext steigender Anforderungen an Bauzeitverkürzung, Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz bietet die KBE-Bauweise erhebliche Potenziale. Die nun vorhandene normative Grundlage schafft zudem die Voraussetzung für eine breitere Anwendung im deutschen Brückenbau.

Bild 5: Schnellbaubrücke im Verlauf der A 43 in Recklinghausen …

Bild 6: … und im Verlauf der A 40 in Duisburg

Bereits mehrfach wurde die Schnellbaubrücke im Autobahnbereich und im Bundesstraßenbereich von der HEITKAMP Unternehmensgruppe erfolgreich gebaut.

Die Auszeichnung mit dem Deutschen Brückenbaupreis für Nachhaltigkeit erhielt die innovative Bauweise im Jahr 2023.

Bild 7: Die Swistbach-Brücke im Verlauf der L 182 in Heimerzheim benötigte nur drei Monate von der Planung bis zur Fertigstellung

Es ist davon auszugehen, dass geokunststoffbewehrte Konstruktionen künftig eine zunehmend bedeutendere Rolle im modernen Ingenieurbau einnehmen und einen wichtigen Beitrag zur Modernisierung sowie zur nachhaltigen Erneuerung der maroden Infrastruktur Deutschlands leisten werden.

Verfasser
Dipl.-Ing. Jörg Kranz
Geschäftsführender Gesellschafter 

Dipl.-Ing. Dominik Radtke
Techn. Geschäftsführer 

HEITKAMP Brückenbau GmbH
D-44649 Herne 
www.heitkamp-ug.de