Ersatzneubau der Norderelbbrücke in Hamburg

Anlass und Durchführung des Realisierungswettbewerbs Ersatzneubau der Norderelbbrücke in Hamburg

von Gregor Gebert

Die Norderelbbrücke aus dem Jahr 1963 stellt ein herausragendes Zeugnis der Ingenieurkunst dar. Nach fast 60 Jahren der Nutzung, während deren eine erhebliche Zunahme des Schwerverkehrs zu verzeichnen war, hat das Bauwerk das Ende seiner Lebenszeit erreicht. Eine nachhaltige Verstärkung und Reparatur ist aufgrund der konstruktionsbedingten Defizite nicht möglich. Daher laufen mit Hochdruck die Planungen für den Ersatzneubau, Ziel ist es, das bestehende Bauwerk bis 2026 außer Betrieb zu nehmen. Derzeit werden über die Norderelbbrücke unter Nutzung des ehemaligen Standstreifens drei Fahrstreifen pro Richtung geführt. Der Bundesverkehrswegeplan sieht für die Bundesautobahn A 1 eine Erweiterung auf acht Fahrstreifen im vordringlichen Bedarf vor. Darüber hinaus erfordern die unmittelbar angrenzenden Autobahndreiecke jeweils zwei zusätzliche Verflechtungsstreifen, so dass der Neubau insgesamt zwölf Fahr- zuzüglich Standstreifen zu überführen hat und damit mehr als doppelt so breit sein wird wie der Bestandsquerschnitt. Hinzu kommt noch die Überführung eines Geh- und Radwegs. Für Hamburg hat das Bauwerk Wahrzeichencharakter, das Signet des Pylons mit den zwei Schrägseilpaaren findet sich im Logo des Landesbetriebs Straßen, Brücken und Gewässer wieder. Aufgrund der gestalterischen und technischen Bedeutung wurde für den Ersatzneubau der Norderelbbrücke ein Realisierungswettbewerb durchgeführt.

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Lageplan © DEGES GmbH

1 Das Bestandsbauwerk: eine Landmarke der A1 1.1 Gestalt und Konstruktion Die 1963 eröffnete Norderelbbrücke gehörte zu den ersten großen Schrägseilbrücken in Deutschland. Im Zuge eines 1958 ausgeschriebenen Bauwettbewerbs kam ein Stahlbrückenentwurf der Rheinstahl Union Brückenbau AG zur Ausführung. Das Tragkonzept einer MittelträgerSchrägseilbrücke war innovativ und neuartig. Die Herstellung erfolgte im Freivorbau. Die ca. 55 m hohen Pylonen ragten aus gestalterischen Gründen ungewöhnlich weit über die obere Seilverankerung hinaus, was dem Bauwerk einen unverwechselbaren Charakter verlieh. Die Baukosten betrugen damals 14 Mio. DM. Maßgeblich an der Planung beteiligt waren der Ingenieur Hellmut Homberg (1909–1990) und der Architekt Egon Jux (1927–2008). Seit 2010 steht die Brücke auf der Liste der Hamburger Kulturdenkmäler. Das 411 m lange und ca. 31 m breite Bauwerk spannt über fünf Felder, wobei die Hauptstützweite über der Norderelbe 172 m beträgt. Das Fahrbahndeck ist aufgehängt an Seilen in der Brückenachse, wobei je Pylon vier Seilgruppen vorhanden sind, die aus jeweils vier Seilbündeln bestehen. Die sich nach oben hin verjüngenden Pylonen sind in das Fahrbahndeck eingespannt und auf den Strompfeilern aufgelagert. Das originäre Bauwerk war, wie zu dieser Zeit üblich, minimalistisch konstruiert.

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Luftaufnahme des Bestandsbauwerks © Behörde für Wirtschaft, Verkehr, Innovation Hamburg

Die Fahrbahn besteht aus vier offenen Längsträgern und einer orthotropen Fahrbahnplatte mit Querträgern im Abstand von 2,61 m und Längsrippen aus Flachstahl. Nur die beiden inneren Längsträger wurden untereinander ausgesteift, im Hauptfeld durch ein geschlossenes Bodenblech, in den Randfeldern durch offene Horizontalverbände.

1.2 Umbau im Jahr 1988 Verformungsmessungen in den Jahren 1974–1978 zeigten eine allmähliche Durchsenkung der überspannten Hauptöffnung. Zur Sicherung der Brücke wurde daraufhin eine Hilfsstütze in der Norderelbe als Notauflager errichtet. Die Ursache der Durchsenkung konnte weder durch Nachrechnung noch durch eine Probebelastung geklärt werden. Das Bauwerk wurde ursprünglich für die Brückenklasse 60 bemessen. Mit dem Umbau 1988 erfolgten eine Anhebung auf die Brückenklasse 60/30 und die Umwidmung des Standstreifens zum dritten Fahrstreifen. Die Pylonen wurden unter Nutzung der eingebrachten Hilfsstützen komplett abgetragen und neu errichtet. Durch eine neue Seilkonfiguration – die Seilverankerung am Pylon wurde deutlich nach oben versetzt, und es wurde je ein weiteres Seilbündel in den Seitenfeldern und der Hauptöffnung ergänzt – wurde eine wesentlich höhere Steifigkeit des Gesamtsystems erzielt. Des Weiteren wurden im Hauptfeld Horizontalverbände zwischen den mittleren und äußeren Längsträgern ergänzt, um die Torsionssteifigkeit zu erhöhen.

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Bestandsbrücke im Bauzustand © Bundesanstalt für Wasserbau

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Bestandsbauwerk und Umbau © Ingenieurbüro Grassl GmbH

2 Wettbewerbsdurchführung 2.1 Verfahrensablauf Der Realisierungswettbewerb wurde als nichtoffener Wettbewerb in Anlehnung an die Richtlinie für Planungswettbewerbe RPW 2013 durchgeführt, in Verbindung mit einem VgV-Verfahren. Auf Grundlage einer europaweiten Bekanntmachung wurden sechs Teilnehmer ausgewählt und zur Abgabe von Wettbewerbsbeiträgen aufgefordert. Der zeitliche Ablauf des Verfahrens ist Bild 6 zu entnehmen. Es ist zu erkennen, dass die Entscheidung für einen Wettbewerb keine negativen Auswirkungen auf die Planungszeit hat, wenn sich die Dauer der Wettbewerbsphase mit dem für eine Vorplanung ohnehin benötigten Zeitrahmen deckt.

2.2 Beurteilungskriterien Das Kriterium Wirtschaftlichkeit ging mit der Wichtung 30 % in die Gesamtbewertung ein, alle weiteren mit insgesamt 70 %, wobei folgende Kriterien maßgebend waren (Auflistung in der Reihenfolge der Bedeutung): – statisch-konstruktive Konzeption – Identität, Gestaltung, Einfügung in die Landschaft – Umweltverträglichkeit im Bau- und Endzustand – Auswirkungen auf die Trassierung der A 1 – Ausführbarkeit und Bauzeit – Umsetzung der funktionalen Anforderungen

2.3 Planungsvorgaben Im Unterschied zum Bestand weist der Neubau zwei getrennte Teilbauwerke für jede Richtungsfahrbahn auf. Der Neubau muss unter vollständiger Aufrechterhal tung des Verkehrs auf der A 1 erfolgen. Dazu wird das erste Teilbauwerk unmittelbar nördlich neben dem Bestand errichtet, Selbiger danach abgebrochen und an dessen Stelle das zweite Teilbauwerk errichtet. Die Verkehrsführung auf der A 1 erfolgt mit jeweils drei Fahrstreifen je Fahrtrichtung – in der Bauphase 1 wie bisher auf dem Bestandsbauwerk und in der Bauphase 2 über das zuvor neuerrichtete Teilbauwerk Nord. Mit diesem Baukonzept ist eine dauerhafte Verschiebung der Autobahnachse im Brückenbereich von ca. 20 m verbunden. Die derzeitige Hauptstützweite von 172 m wird mit dem Neubau auf ca. 200 m vergrößert. Der westliche Pfeiler muss aus nautischen Gründen um ca. 45 m in Richtung Ufer versetzt werden, um auch zu

13.06.2018 EU-Bekanntmachung

24.07.2018 Ausgabe der Auslobungsunterlagen an die ausgewählten Teilnehmer

28.11.2018 Einreichung der Wettbewerbsarbeiten

03.12.2018 bis Vorprüfung der eingereichten Beiträge 10.01.2019

08.02.2019 Sitzung des Preisgerichts

17.05.2019 Auftragserteilung an Wettbewerbssieger (= Beginn Entwurfsplanung)

6 Zeitlicher Ablauf des Wettbewerbs © DEGES GmbH

künftig eine sichere Ansteuerung des südlich gelegenen Liegeplatzes für Binnenschiffe zu ermöglichen. Der östliche Pfeiler kann dagegen um ca. 15 m in Richtung des Stroms versetzt werden, um Konflikte von Neu- und Bestandsgründung zu vermeiden. Im Hinblick auf klimatisch bedingte, langfristig ansteigende Wasserstände wird die derzeitige Brückenunterkante um 80 cm angehoben. Unmittelbar südlich des bestehenden Bauwerks grenzen das Flora-Fauna-Habi tat-(FFH-)Gebiet »Hamburger Unterelbe« sowie das Naturschutzgebiet »Auenlandschaft Norderelbe« an. Nördlich befinden sich das EU-Vogelschutzgebiet und das Naturschutzgebiet Holzhafen. Eingriffe sind hier sowohl im Bau- als auch im Endzustand zu vermeiden. Durch die Teilnehmer waren umfangrei che Unterlagen einzureichen, unter anderem Erläuterungsbericht, Kostenschätzung, statische Vorberechnung, Zeichnungen, Visualisierungen, Angaben zu Baulogistik und Umwelteingriff etc., wofür eine entsprechende Vergütung in Anlehnung an die RPW 2013 erfolgte. Die Ermittlung des Wettbewerbssiegers übernahm nach einer Vorprüfung der eingereichten Unterlagen ein vom Auslober bestelltes Preisgericht. Die Vorprüfung erfolgte durch ein Fachgremium, welches neben der Einhaltung der formalen Kriterien insbesondere die Realisierbarkeit der eingereichten Entwürfe in statisch-konstruktiver Hinsicht sowie die Einhaltung der funktionalen Anforderungen zu bewerten hatte. Wesentliche Aufgabe der Vorprüfer war zudem die Plausibilitätsprüfung der durch die Teilnehmer des Wettbewerbs ermittelten Mengen, Baukosten und Bauzeiten im Sinne einer objektiven Vergleichbarkeit der Beiträge. 4 Wettbewerbsergebnisse 4.1 Erster Platz Mit einstimmigem Votum wurde ein erster Preis an die Planungsgemeinschaft aus Leonhardt, Andrä und Partner, Hamburg, und gmp Planungsgesellschaft, Berlin, vergeben: »Die Entwurfsverfasser schlagen eine filigrane, ästhetisch anspruchsvolle Schrägseilbrücke vor, bei der sich Statik und Gestaltung die Hand geben. Der Entwurf ist bis ins Detail sorgfältig durchgearbeitet. Die Brücke antwortet auf die leicht asymmetrische Situation der Spannweiten mit einer dezenten Akzentuierung der Konstruktion durch unterschiedliche Pylonhöhen und Anzahl von Seilscharen. Sie fügt sich nordisch elegant in die Umgebung ein.« Der Entwurf erinnert an die Bestandsbrücke und setzt gleichwohl einen eigenständigen, zeitgenössischen Akzent. Die Vermehrung auf acht tragende Pylone und deren Höhe schaffen eine markante, weithin sichtbare Portalsituation. Aus der Autobahnperspektive ist ein gestaffeltes Doppelportal wahrnehmbar, aus der Flussperspektive flankieren die gereihten Pylonen das Fahrwasser. Das Alleinstel lungsmerkmal der unterschiedlich hohen Pylone ergibt sich aus den Randbedingungen mit unterschiedlich weiten Seitenfeldern, so dass sich die asymmetrische Geländesituation der beiden Uferseiten in der Gestaltung der Brücke widerspiegelt. Jede der ca. 26 m breiten Richtungsfahrbahnen wird durch eine Schrägseilbrücke mit zwei unterschiedlich hohen Pylonen von 40 m bzw. 27 m Höhe über der Fahrbahn getragen. Bei der oberen Seilebene werden jeweils Seiltripel, bei den darunterliegenden Ebenen Seilpaare verwendet. Die Konstruktion ist derart redundant ausgelegt, dass der Ausfall eines Seilbündels nicht zum Versagen des Tragwerks führt und ein planmäßiger Austausch möglich ist.

7 Siegerentwurf aus der Vogelperspektive © Leonhardt, Andrä und Partner AG/gmp Planungsgesellschaft mbH

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Ansicht von der Elbe © Leonhardt, Andrä und Partner AG/gmp Planungsgesellschaft mbH

10 11 Ansicht und Querschnitte © Leonhardt, Andrä und Partner AG/gmp Planungsgesellschaft mbH 9

Die Pylone weisen einen achteckigen Querschnitt mit über die Höhe unterschiedlichen Abmessungen auf, wobei der Querschnitt als Stahlverbundquerschnitt ausgebildet ist. Auf eine Zugänglichkeit wurde verzichtet, damit die Außenabmessungen der relativ niedrigen Pylone nicht zu voluminös und plump wirken. Es wurde eine für Schrägseilbrücken innovative Variante mit außenliegenden Verankerungen und nicht begehbarem Pylon gewählt. Die Pylone und der Überbauquerschnitt sind monolithisch verbunden. Um eine wirtschaftliche Konstruktion für den Überbau zu realisieren, wird eine Kombination aus orthotroper Fahrbahnplatte im Hauptfeld und Verbundplatte in den Seitenfelder vorgeschlagen. Das leichte orthotrope Stahldeck in Verbindung mit massiven Stahlbeton-Endquerträgern sorgt dafür, dass weder im Endnoch im Bauzustand abhebende Kräfte an den Widerlagern auftreten. Als Form wurden stromlinienförmige Hohlkästen mit innenliegenden Schotten gewählt.

12 Detailausbildung: Pylonkopf © Leonhardt, Andrä und Partner AG/ gmp Planungsgesellschaft mbH

Diese Ausbildung reduziert und glättet die außenliegenden Flächen, was einen positiven Einfluss auf den Instandhaltungsaufwand hat. Auf der Südseite befindet sich ein kombinierter Geh- und Radweg, welcher außerhalb der Seilebene liegt und somit räumlich vom Fahrbahnbereich getrennt ist. 4.2 Zweiter Platz Mit einstimmigem Votum wurde auch der zweite Preis vergeben, und zwar an die Planungsgemeinschaft aus Ingenieurbüro Grassl, Hamburg, und PPL Architek tur und Stadtplanung, Hamburg: »Mit drei elegant unterschiedlich hoch geschwungenen Bögen gehen die Verfasser auf die spezifische Topografie ein.

13 Zweiter Preis: Bogen in Dreiherreihung © Ingenieurbüro Grassl GmbH/PPL Architektur und Stadtplanung

Das Bauwerk entwickelt einen sehr eigenständigen Charakter und hat einen hohen Wiedererkennungswert.« Die Entwurfsverfasser schlagen eine Bogenbrücke in Dreierreihung vor. Im Tragsystem der durchlaufenden Bögen werden die Überbaulasten über Querträger zu den Versteifungsträgern geleitet und von dort über die Hänger in die Bögen abgetragen. Die Hänger sind in Querrich tung jeweils paarweise und in Längsrichtung radial angeordnet. Die Fahrbahn ist in Orthoverbundbauweise konzipiert. Die Bögen gliedern die Brücke in Längsrichtung, wie es die darunter befindliche Landschaft auch vormacht.

4.3 Weitere Beiträge 4.3.1 Allgemeines Die weiteren Wettbewerbsbeiträge sahen eine Bogenbrücke, zwei Schrägseilbrücken sowie eine Extradosed Bridge vor. Die folgenden Abbildungen sind selbsterklärend, und es wird nur kurz auf die jeweiligen Besonderheiten eingegangen.

4.3.2 Mittelträger-Schrägseilbrücke Die Verfasser nehmen die Idee der Mittelträger-Schrägseilbrücke auf und duplizieren quasi das bestehende Bauwerk. Die Tragebenen sind nicht im Mittelstreifen, sondern jeweils zwischen den vier durchgehenden und den zwei Verflechtungsfahrstreifen angeordnet. Für immer breiter werdende Querschnitte ist das sicher eine interessante Lösung. Im konkreten Fall führt dies jedoch zu einer nachteiligen Verkürzung der Verflechtungslängen in Bezug auf die unmittelbar angrenzenden Autobahndreiecke und so zu einer Verringerung der verkehrlichen Leistungsfähigkeit.

4.3.3 Konventioneller Stabbogen Die Verfasser schlagen eine klassische Stabbogenbrücke mit biegesteif angeschlossenen Randfeldern vor. Eine Besonderheit sind die im unteren Bereich geneigten und dann parallel verlaufenden Bögen, die durch sehr massive, eher an eine Eisenbahnbrücke erinnernde Querriegel ausgesteift werden. Positiv hervorzuheben ist der vom Haupttragwerk abgesetzte Geh- und Radweg.

15 Mittelträger-Schrägseilbrücke als Vorschlag © Schüßler-Plan Ingenieurgesellschaft mbH/Architekt André Keipke

16 Bogenbrücke mit abgesetztem Geh- und Radweg © Arup Deutschland GmbH/Knight Architects

4.3.4 Symmetrische Schrägseilbrücke Im Unterschied zum Siegerentwurf wurde eine in Längsrichtung symmetrische Seilkonfiguration gewählt. Als eigenes Wiedererkennungsmerkmal sind die äußeren Maste höher als die inneren, was etwas willkürlich erscheint. Das statische Gesamtkonzept führt zu abhebenden Lasten in den Randfeldern und bedingt einen zusätzlichen Zugpfeiler. Die erforderliche Begehbarkeit der Pylone ergibt zudem größere Außenabmessungen, was optisch nachteilig ist. Positiv hervorzuheben ist der vom Haupttragwerk deutlich abgesetzte Geh- und Radweg, wobei der Anschluss im Hinblick auf einen möglichen Schiffstoß sehr filigran geraten ist.

18 Extradosed Bridge mit A-Pylonen © KHP König und Heunisch Planungsgesellschaft mbH & Co. KG/VCE Consulting GmbH/ Kolb Ripke Architekten

4.3.5 Extradosed Bridge Der Verfasser schlägt als Tragwerk eine Extradosed Bridge vor. Die entsprechend niedrig ausgeführten Pylone sind in Längsrichtung als A-Bock ausgebildet und in den Spannbetonüberbau eingespannt. Beide Überbauten verfügen über einen gemeinsamen Mittelpylon, was die nacheinander erforderliche Herstellung der Teilbauwerke stark erschwert. Die notwendigen Kabeldimensionen erreichen aufgrund des schweren Überbaus die Grenze des technisch Machbaren, und zur Begrenzung der Bauteildicken wird für den Überbau teilweise hochfester Beton C70/85 einzusetzen sein. Die Lösung wurde daher in der Realisierung als risikobehaftet bewertet. 5 Fazit Der Wettbewerb wurde erfolgreich abgeschlossen und hat eine sehr überzeugende Lösung hervorgebracht. Das einstimmige Urteil der Jury unterstreicht dies. Der Siegerentwurf ist durch ein breites öffentliches Gremium aus Sachund Fachpreisrichtern bestätigt worden und genießt damit eine hohe Legitimation. Spätere Grundsatzdiskussionen zur richtigen Variantenwahl sind nicht mehr zu erwarten. Es wurden insgesamt sechs interessante Beiträge eingereicht, welche die Vielfalt der technischen Lösungsmöglichkeiten aufzeigen. Die Ausstellung zum Wettbe werb, die an mehreren Standorten gezeigt wurde, ist beste Werbung für den Berufsstand des Bauingenieurs. Die erfolgreiche Durchführung von Wettbewerben erfordert allerdings auch hohe personelle Ressourcen und ein hohes Maß an Fachkompetenz bei den Beteiligten. Es ist daher sorgfältig abzuwägen, wann ein Wettbewerb möglich ist und Sinn macht. Ein wichtiger Aspekt ist auch, dass zu einem frühen Planungszeitpunkt die Aufgabenstellung so weit konsolidiert ist und die Randbedingungen so eindeutig beschreibbar sind, dass die ausgewählte Lösung auch im weiteren Planungsverlauf Bestand hat. Dies ist nicht immer der Fall. Und last, but not least muss das Potential für eine besondere Lösung und grundsätzlich unterschiedliche Lösungsansätze vorhanden sein.

Autor: Dipl.-Ing. Gregor Gebert DEGES Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH, Berlin

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