Generalinstandsetzung der Ludwigsbrücken in München

Eine komplexe innerstädtische Baumaßnahme Generalinstandsetzung der Ludwigsbrücken in München

von Otto Wurzer, Matthias Gunsch

Nahezu 90 Jahre nach ihrer Erbauung weisen die Innere wie die Äußere Ludwigsbrücke über die Isar in München einen erheblichen Instandsetzungsbedarf auf. Ursächlich hierfür sind konstruktive Defizite, die verkehrliche Mehrbelastung in den vergangenen Dekaden sowie Frost- und Tausalzschäden aufgrund von Undichtigkeiten insbesondere an den Bauwerksfugen der Bogentragwerke. Für die beiden denkmalgeschützten Brücken stellen deshalb die Wiederherstellung einer dauerhaft zuverlässigen Brückenabdichtung und -entwässerung sowie umfangreiche Maßnahmen zur Betonsanierung wesentliche Instandsetzungsziele dar. An der Äußeren Ludwigsbrücke sind außerdem weitgehende statisch-konstruktive Ertüchtigungen dringend geboten. Diese betreffen die Quertragwirkung der Dreigelenkbögen, deren Scheitel- und Kämpfergelenke sowie die Fahrbahnplatten.

1 Einleitung

Im Bereich des heutigen Standorts der Inneren und der Äußeren Ludwigsbrücke wurde bereits im 12. Jahrhundert eine Brücke errichtet, um die damalige Salzstraße über die Isar zu führen. Geschichtlich betrachtet ist die Stadtgründung von München eng mit dem Bau dieser Brücke verbunden. Eine erste Darstellung eines Nachfolgebauwerks dieser historischen Brücke findet sich zum Beispiel in der Schedelschen Weltchronik von 1493 (Bild 1). Es kann davon ausgegangen werden, dass die erste historische Brücke eine Holzkonstruktion war. Obwohl im Lauf der Geschichte diese Holzkonstruktionen durch Steinbrücken abgelöst wurden, stellten Hochwasserereignisse an der Isar stets große Risiken für die Standsicherheit und Funktionstüchtigkeit der Bauwerke dar. Die beiden aktuellen Brückenbauwerke wurden in den Jahren 1933–1934 errichtet. In unmittelbarer Nähe zum Deutschen Museum überführt die Innere Ludwigsbrücke die Zweibrückenstraße über die Große Isar. In Richtung des Kulturzentrums Gasteig spannt sich die Äußere Ludwigsbrücke über die Kleine Isar, die als innerstädtischer Naturschutz-

1 Älteste Ansicht Münchens mit Isarbrücke 1493 © Schedelsche Weltchronik

2 Innere Ludwigsbrücke in München © Rufus46/www.commons.wikimedia.org

3 Äußere Ludwigsbrücke in München © Rufus46/www.commons.wikimedia.org raum in ökologischer Hinsicht besonders schützenswert ist. Beide Brücken sind heute denkmalgeschützt. Die hohe Verkehrsbelastung, aber auch ihre direkte Nachbarschaft einerseits zu Zentren urbaner Aktivität und andererseits zu ökologischen Schutzräumen stellen ein intensives Spannungsfeld für Baumaßnahmen an den Ludwigsbrücken dar.

4 Konstruktion der Inneren Ludwigsbrücke © WTM Engineers München GmbH

2 Bauwerkskonstruktionen

Wie Bild 4 zu entnehmen ist, wurde die Innere Ludwigsbrücke als einfeldriges, über 45 m gespanntes Bauwerk konzipiert. Wesentliche tragende Konstruktion ist ein flacher Dreigelenkbogen aus Stahlbeton, auf den über Längsschotte den Fahrbahnaufbau tragende Spargewölbe aufgeständert sind. Die beiden Brückenwiderlager weisen massive Fundamente auf, um den Bogenschub ableiten zu können. Hergestellt wurde das Bogentragwerk in der sogenannten Melanbauweise, bei der ein bogenförmiges Stahlfachwerk als in den Bogen integriertes Lehrgerüst eingesetzt wurde. Die Seitenflächen der Brücke sind mit einer Natursteinverkleidung versehen. Aufgrund des ausgedehnteren Flussraumes der Kleinen Isar wurde die Äußere Ludwigsbrücke als zweifeldriges Bauwerk mit Feldweiten von ca. 33 m ausgeführt. Die tragende Konstruktion in den beiden Brückenfeldern besteht ebenfalls aus Dreigelenkbögen mit einem im Vergleich zur Inneren Ludwigsbrücke etwas größeren Bogenstich. Anders als bei der Inneren wurde bei der Äußeren Ludwigsbrücke eine profilierte Stahlbeton-Fahrbahnplatte realisiert, die über Längsschotte auf die tragenden Stahlbetonbögen abgesetzt ist. Massive Widerlager und ein ausgeprägter Flusspfeiler bilden die Unterbauten der Äußeren Ludwigsbrücke.

5 Konstruktion der Äußeren Ludwigsbrücke © WTM Engineers München GmbH

6 Durchfeuchtungen an den Scheitelgelenken © WTM Engineers München GmbH 7 Feuchteschäden an einem Kämpfergelenk © WTM Engineers München GmbH 8 Risse und Hinterläufigkeit im Brüstungsbereich © WTM Engineers München GmbH

9 Chloridbelastung in den Scheitelgelenken nach Schiessl-Gehlen-Sodeikat © Ingenieurbüro Prof. Schießl

3 Bauwerkszustand und

Instandsetzungsbedarf

Um den Bauwerkszustand der Ludwigsbrücken zu erfassen und fundiert zu beurteilen, wurden sowohl statische Analysen als auch vertiefte Bauwerksprüfungen durchgeführt. Bereits in den 1980er Jahren wurden für die beiden Brücken über die Isar Einstufungsberechnungen vorgenommen, in deren Folge sie in die Brückenklasse 60/30 eingeordnet wurden. Eine 2009 erfolgte Nachrechnung auf der Grundlage der Nachrechnungsrichtlinie hat allerdings ergeben, dass insbesondere die Äußere Ludwigsbrücke folgende statisch-konstruktive Defizite aufweist: – unzureichende Querbewehrung in den

Fahrbahnplatten, – unzureichende Querbewehrung in den

Dreigelenkbögen, – nicht ausreichende Spaltzugbewehrung in den Scheitel- und Kämpfergelenkköpfen. Der Befund unzureichender Querbewehrung bestätigte sich auch für die östlich und westlich der Ludwigsbrücken gelegenen Fuß- und Radwegunterführungen. Die Bilder 6–9 zeigen den Bauwerkszustand vor der aktuellen Generalinstandsetzung. Auffällig sind starke Feuchteschäden an den Unterseiten der Bogentragwerke, an den Fahrbahnplatten und unterhalb der Brüstungen, die durch unterläufige Abdichtungen sowie durch schadhafte Entwässerungsleitungen und defekte Tropftüllen verursacht wurden. Besonders ausgeprägt waren diese Durchnässungen im Bereich der Scheitel- und Kämpfergelenkfugen der Äußeren Ludwigsbrücke. Die Bogentragwerke wiesen außerdem eine stark inhomogene Betonstruktur sowie zahlreiche Hohllagen und Risse auf. Um die aus der langzeitigen Durchnässung an den Scheitel- und Kämpfergelenkköpfen resultierenden Schäden zu untersuchen, wurden dort Betonkerne entnommen. Diese ließen eine erhebliche Chloridbelastung und Frostschäden an der Betonstruktur erkennen (Bild 9). Einsetzende chloridinduzierte Korrosion an der Bewehrung der Scheitelgelenkköpfe galt vor ebenjenem Hintergrund als sehr wahrscheinlich. In Kombination mit der statisch nachgewiesenen Unterdeckung der Spaltzugbewehrung ergab sich daraus ein erhebliches Risiko für eine nennenswerte Tragfähigkeitsreduktion an den Scheitel- und Kämpfergelenkköpfen und damit für die Aufrechterhaltung der Standsicherheit der statisch bestimmten Dreigelenkbögen. Schon allein aus diesem Schadensszenario resultierte unmittelbarer Ertüchtigungs- und Instandsetzungsbedarf für die Äußere Ludwigsbrücke.

10 Regelquerschnitt der Äußeren Ludwigsbrücke © WTM Engineers München GmbH

4 Ertüchtigungs- und

Instandsetzungsmaßnahmen 4.1 Einleitung

Auf Basis des erläuterten Bauwerkszustands wurden neben einer grundhaften Sanierung der Betonoberflächen die nachfolgend beschriebenen Instandsetzungsziele für die Äußere Ludwigsbrücke abgeleitet.

4.2 Wiederherstellung eines funktionsfähigen Abdichtungs- und Entwässerungssystems

In Bild 10 ist der Regelquerschnitt der instand gesetzten Ludwigsbrücke dargestellt. Durch ausreichend Längs- und Quergefälle der Abdichtungsoberfläche soll gewährleistet werden, dass eventuell eingedrungenes Sickerwasser konsequent zu den Tropftüllen abgeleitet wird. Außerdem wird die Abdichtung an den Brüstungen in Verwahrnischen hochgeführt und durch Klemmleisten gesichert. Im Bereich der Scheitel- und Kämpfergelenke verhindern spezielle Fugenprofile mit ausreichender Verformungskapazität das Eindringen von Sickerwasser in die Fugenkonstruktion.

Intelligentes Bauen verbindet Menschen.

11 Verstärkungsstreifen an der Bogenunterseite der Äußeren Ludwigsbrücke © WTM Engineers München GmbH

4.3 Verstärkung der Querbewehrung der Bogentragwerke

Da ein flächenhafter Abtrag der Betondeckung zum Zwecke der Arbeitsvorbereitung für die Verstärkung der Querbewehrung die Stabilität der Längsbewehrung an der Bogenunterseite gefährdet hätte, wurden die Verstärkungsmaßnahmen, wie in Bild 11 zu erkennen, in Streifen vorgenommen. Abhängig vom erforderlichen Verstärkungsgrad wurden Verstärkungsstreifen mit 19 cm Breite und drei Betonstahlstäben d = 14 mm B500B oder mit 39 cm Breite und sechs Betonstahlstäben ausgeführt. Die statische Mitwirkung dieser ergänzten Bewehrungsstäbe wurde durch eingebohrte und eingeklebte Anschlussbewehrung sichergestellt. Aufgrund der geringen zur Verfügung stehenden Betondeckungen kam Edelstahlbewehrung zum Einsatz. Der Betonabtrag erfolgte durch Hochdruckwasserstrahl. Zur Reprofilierung wurde Spritzbeton eingesetzt. Die obere Bogenquerbewehrung wurde verstärkt, indem überzugsartige Betonrippen auf den Bogenoberseiten ergänzt wurden. Dies machte allerdings das Durchbohren der Längsschotte erforderlich, um die durchlaufende statische Wirkung dieser Rippen zu gewährleisten.

12 Verstärkungsrippen an der Bogenoberseite der Äußeren Ludwigsbrücke © WTM Engineers München GmbH

13 Bauabschnitte für Rück- und Neubau der Fahrbahnplatte der Äußeren Ludwigsbrücke © WTM Engineers München GmbH

4.4 Verstärkung der Querbewehrung der Fahrbahnplatte

Die bestehende Fahrbahnplatte der Äußeren Ludwigsbrücke ist monolithisch mit den Längsschotten verbunden, siehe auch Bild 5. Ein Einbau zusätzlicher Querbewehrung an der Unterseite der bestehenden Fahrbahnplatte, zum Beispiel mittels Durchörtern der Längsschotte etc., hätte deshalb einen erheblichen Eingriff in die Bausubstanz notwendig gemacht und wäre mit großem Aufwand verbunden gewesen. Vor jenem Hintergrund fiel letztendlich die Entscheidung, die Fahrbahnplatte der Äußeren Ludwigsbrücke vollständig zu erneuern. Zu diesem Zweck werden die Längsschotte knapp unterhalb der Fahrbahnplatte mittels Betonsäge durchtrennt und die Fahrbahnplatte im Anschluss rückgebaut. Um einerseits die Stabilität des Überbaus auch im Bauzustand zu gewährleisten und andererseits den Verkehr während der Bauzeit aufrechterhalten zu können, erfolgen Rück- und Neubau der Fahrbahnplatte abschnittsweise (Bild 13).

4.5 Ertüchtigung bzw. Erneuerung der Scheitel- und Kämpfergelenkköpfe

Aufgrund von Naturschutzvorgaben sowie der ständig präsenten Hochwassergefahr an der Kleinen Isar ist eine Hilfsunterstützung der Bogentragwerke während der Erneuerung der Scheitelgelenkköpfe ausgeschlossen. Um die Scheitelgelenke während der in Teilabschnitten durchzuführenden Erneuerung der Scheitelgelenkköpfe zu entlasten, soll daher der in Bild 14 dargestellte »Kraft-Bypass« zur Anwendung kommen. Dabei werden massive Abstützblöcke aus Stahlbeton

14 »Kraft-Bypass« zur Entlastung der Scheitelgelenke während der Erneuerung © WTM Engineers München GmbH

15 Ertüchtigung der Scheitelgelenkköpfe mittels Relast-Ankern © WTM Engineers München GmbH

seitlich der Gelenkfuge auf die Ober- und Unterseite der Bogentragwerke gespannt. Diese dienen als Widerlager für Stahlrohrsteifen, die mittels hydraulischer Pressen vorgespannt werden und die Bogenkräfte wie in einem Bypass umleiten. Statische Analysen ergaben allerdings, dass die Erneuerung der Scheitelgelenkköpfe im Schutz des dargestellten »KraftBypasses« in den Randbereichen der Bögen zu unzulässigen zusätzlichen Biegebeanspruchungen führt. Daher wurden die Scheitelgelenkköpfe in diesen Bogenrandzonen nicht erneuert, sondern durch den Einbau von Relast-Ankern im Hinblick auf ihre Spaltzugtragfähigkeit ertüchtigt (Bild 15). Die Anwendung der Relast-Anker zu einem solchen Zweck ist durch ihre aktuell gültige bauaufsichtliche Zulassung nicht abgedeckt, weshalb eine Zulassung im Einzelfall erwirkt wurde. Sollte sich im Zuge der baubegleitenden Bestandsbegutachtung der Zustand der Bleigelenke, der Schubdollen, der Festigkeit und der Chloriddurchdringung des Betons im Mittelbereich der Brücke als besser als erwartet herausstellen, so wäre dort eine Ausführung der Scheitelgelenkertüchtigung eventuell doch mit RelastAnkern möglich. Ein Verzicht auf den Komplettausbau des Scheitelgelenkkopfes und auf die Kraft-Bypass-Konstruktionen würde erhebliche terminliche und wirtschaftliche Vorteile mit sich bringen. Wie Bild 16 zu entnehmen ist, erfolgte auch an den Kämpfergelenken lediglich eine Ertüchtigung. Da diese Verstärkungsarbeiten bereits 2017 als Vorabmaßnahme notwendig wurden, kamen hier statt der Relast-Anker konventionelle Stabspannglieder zur Anwendung.

5 Feste Fahrbahn der Trambahn

Die neu auf den beiden Ludwigsbrücken herzustellenden Trambahngleise sollen auf einer festen Fahrbahn verlaufen, die über eine Gleistragplatte aus Stahlbeton gegründet ist. Diese liegt zum Erschütterungsschutz auf einer Dämmmatte auf. Im Bereich der Scheitel- und Kämpfergelenke der Brückenbögen besitzt auch die Gleistragplatte Raumfugen, um Zwängungen in ihr infolge der Verformungen und Verdrehungen der Brückenbogentragwerke zu verhindern. Maßgebend sind hier vor allem Temperaturbeanspruchungen, die zum Beispiel an den Scheitelgelenken der Äußeren Ludwigsbrücke zu rechnerischen vertikalen Verformungen von ± 35 mm führen können, verbunden mit Verdrehungsdifferenzen. Da die Schienen selbst über die Scheitel- und Kämpfergelenkfugen durchlaufen, muss ein Schienensystem ausgewählt und eingebaut werden, das die beschriebenen Verformungen und Verdrehungen auszugleichen vermag. Um die horizontal wirkenden Brems- und Windkräfte aus dem Trambahnbetrieb von der Gleistragplatte in das Brückentragwerk abzuleiten, werden konsolartig wirkende Schubnocken ausgeführt, die monolithisch mit den Fahrbahnplatten der Brücken verbunden sind.

16 Ertüchtigungskonstruktion an den Kämpfergelenken der Äußeren Ludwigsbrücke © WTM Engineers München GmbH

17 Feste Fahrbahn auf den Ludwigsbrücken © Edilon)(sedra GmbH, München/WTM Engineers München GmbH

6 Bauausführung

Um während der gesamten Bauzeit den Verkehr auf den Ludwigsbrücken aufrechterhalten zu können, erfolgt die Bauabwicklung in mehreren Verkehrs- und Bauphasen. Seit Juni 2020 werden in der ersten Hauptbauphase die Brückenrandbereiche, in denen sich die Fuß- und Radwege und die Spartenzonen befinden, instand gesetzt. Das Brückenbauwerk darf lediglich in kurzen nächtlichen Zeitkorridoren voll gesperrt werden. Deshalb können die Instandsetzungsarbeiten nur mit Aufrechterhaltung wenigstens einer Fahrspur in jede Fahrtrichtung für den motorisierten Individualverkehr durchgeführt werden. Die Durchfahrt für Feuerwehr, Polizei und Rettungsdienst muss zudem jederzeit gewährleistet bleiben. Der Individualverkehr ist zu diesem Zweck auf eine Fahrspur je Fahrtrichtung eingeschränkt. Der Trambahnbetrieb kann bis zum Ende der ersten Bauphase fortgesetzt werden. Aufgrund des begrenzten Raums auf den Ludwigsbrücken war es unumgänglich, die Fuß- und Radwege während der gesamten Bauzeit auf Behelfsbrücken umzuverlegen. Diese bis zu 50 m langen und ca. 60 t schweren Stahlfachwerkkonstruktionen wurden im März 2020 in sechs Nachtschichten auf zuvor hergestellte temporäre Unterbauten eingehoben (Bild 19).

18 Verkehrs- und Bauphasen © WTM Engineers München GmbH

19 Einhub der Behelfsbrücken nördlich und südlich der Äußeren Ludwigsbrücke © WTM Engineers München GmbH

Alle Bestandssparten (Gas, Wasser, Strom, Fernwärme, Telekommunikation) müssen während der Bauarbeiten auf die Behelfsbrücken umverlegt werden, bleiben dort unter Betrieb und müssen nach Abschluss der Arbeiten in die Spartenräume unter die neuen Gehwege eingebracht werden. Eine neue Fernkälteleitung wird zusätzlich eingebaut. Die Ludwigsbrücken sind einer der Hauptquerungspunkte für Sparten über die Isar in München. Zum Leistungsumfang der ersten Hauptbauphase an der Äußeren Ludwigsbrücke gehörten die Ertüchtigung der Bogentragwerke sowie die Erneuerung der Fahrbahnplatte. Die Arbeiten an den Bogenunterseiten mussten von einem Hängegerüst und von mobilen Arbeitsbühnen aus durchgeführt werden, um den Hochwasserabflussquerschnitt der Isar jederzeit uneingeschränkt sicherzustellen. An beiden Ludwigsbrücken einschließlich der benachbarten Fuß- und Radwegunterführungen erfolgten außerdem in dieser ersten Hauptbauphase die Betoninstandsetzung, die Sanierung der Natursteinbrüstungen, die Erneuerung der Brücken- und Fugenabdichtungen sowie die der Entwässerungssysteme. Ende November 2021 wurde die erste Hauptbauphase abgeschlossen. Im Dezember 2021 begann die zweite Hauptbauphase, in der die mittleren Bereiche der Ludwigsbrücken instand gesetzt werden. In dieser Bau- und Verkehrsphase ist der Trambahnbetrieb eingestellt und die Individualverkehrsspuren wurden jeweils in die Randzonen der Brücken auf provisorische Fahrbahnen umverlegt, die entlang der zukünftigen Spartengruben verlaufen. Außerdem können die Kämpfergelenke an der Inneren Ludwigsbrücke nur unter Absenken der Großen Isar instand gesetzt werden, im Zuge einer sogenannten Bachauskehr.

Nach erfolgreichem Abschluss der zweiten Hauptbauphase wird der Trambahnverkehr wieder aufgenommen und der Individualverkehr in seinen endgültigen Fahrspuren geführt. Wesentliche Aufgaben in dieser dritten Bauphase stellen die Montage der Sparten in ihrer finalen Lage, die Realisierung der endgültigen Geh- und Radwege sowie der Rückbau der Behelfsbrücken dar. Die Ludwigsbrücken befinden sich im Bereich des innerstädtischen Biotops der Kleinen Isar und der Vater-Rhein-Insel. Während der gesamten Baumaßnahme sind deshalb geeignete Vorkehrungen zum Schutz von Fauna und Flora zu treffen (Fische, Fledermäuse, Biber etc.). Parallel zur Instandsetzung des Brückenbauwerks werden in den anschließenden Straßenbereichen ebenfalls die Fahrbahnen und Gleise erneuert, und zwar inklusive einer Erneuerung und Erweiterung des gesamten Spartenbestands. Alle Arbeiten in den Jahren von 2020 bis heute fanden unter den Randbedingungen der Corona-Pandemie statt, mit entsprechenden Ressourcenengpässen materiell wie personell. Der Abschluss der gesamten Baumaßnahme, also die konstruktive Instandsetzung inklusive Fahrweg von Gleis und Straße, Spartenrück- und -neuverlegung, ist für 2023 geplant.

Autoren: Dr.-Ing. Otto Wurzer WTM Engineers München GmbH Dipl.-Ing. Matthias Gunsch Landeshauptstadt München, Baureferat, Abteilung Brückenbau Bauherr Landeshauptstadt München

Projektleitung Landeshauptstadt München, Baureferat, Hauptabteilung Ingenieurbau, Abteilung Brückenbau

Trambahn-Anlagen Stadtwerke München GmbH

Objekt- und Tragwerksplanung WTM Engineers München GmbH

Prüfingenieure Zilch + Müller Ingenieure GmbH, München

Verkehrsplanung Schönenberg Ingenieure, München

Projektsteuerung projektTeam GG Ingenieure GmbH, München

Bauausführung Porr GmbH, München (Hauptmaßnahme) Josef Rädlinger Ingenieurbau GmbH, Windorf (Behelfsbrücken)

Ökologische Bauüberwachung Terrabiota Landschaftsarchitekten und Stadtplaner GmbH, Starnberg

Sicherheitskoordination Hess-Sachverständige, Kirchheim

Brückenbau in allen Facetten.

© Alessandra Schellnegger/ Süddeutsche Zeitung Photo Innovativer Neubau oder ressourcenschonender Erhalt des Bestandes – passgenaue Lösungen bei Nachrechnung, Diagnostik, Planung und Überwachung: Mit kühnen Ideen die Zukunft gestalten.