19.03.2018 | Ausgabe 03/2018

Jahrhundertbauwerk über den Firth of Forth

Queensferry Crossing

Bild: © Andras / Fotolia

Die Queensferry Crossing in der Nähe von Edinburgh in Schottland ist eine Schrägseilbrücke mit drei markanten über 200 m hohen Pylonen (Abb. 1). Sie steht für eines der größten Infrastrukturprojekte in Europa und dank den Ingenieuren von Leonhardt, Andrä und Partner (LAP) und Allplan Engineering für eine hochmoderne Bewehrungsplanung in 3D.

An der Flussmündung des Forth findet sich eine infrastrukturelle Aufgabenteilung der besonderen Art: Hier überspannen in unmittelbarer Nähe zueinander drei Brücken einen Meeresarm, der 80 Kilometer ins Landesinnere hineinreicht. Die Forth Bridge, eine Stahlbrücke aus dem Jahr 1890, dient an dieser Stelle dem Schienenverkehr. Die Forth Road Bridge, eine Hängebrücke, die 1964 gebaut wurde, ist seit Sommer 2017 ausschließlich für den Bus-, Rad- und Fußgängerverkehr vorgesehen. Seitdem ergänzt die neue Brücke Queensferry Crossing das Duo. Sie dient mit zwei Fahrstreifen und einem zusätzlichen Standstreifen pro Richtung ausschließlich dem Straßenverkehr. Während die Forth Road Bridge noch mittels Handzeichnungen auf Papier entworfen und umgesetzt wurde, entstanden Bewehrungs- und Ausführungspläne für die Queensferry Crossing dreidimensional mithilfe von Allplan Engineering.

Rendering eines der 210 Meter hohen Pylone der Queensferry Crossing.
Bild: © CHP Constructions / Leonhardt, Andrä und Partner AG / Forth Crossing Design Joint Venture

Herausforderungen bei der Planung
Den Entwerfern von Jacobs Arup Joint Venture, die Transport Scotland beratend zur Seite standen, fiel bei der Entwicklung eines Konzeptes für die neue Brücke keine leichte Aufgabe zu. Denn diese sollte gestalterisch ein ebenbürtiges Pendant zum Weltkulturerbe der „Forth Bridge“ darstellen. Die Angebotsbearbeitung, Ausführungsplanung und Montageberechnung (in Arbeitsgemeinschaft mit Rambøll, Gifford und Grontmij) übernahm das Ingenieurbüro Leonhardt, Andrä und Partner (LAP). Das Ergebnis des vorangegangenen Entwurfsprozesses war eine 2.094,5 Meter lange Schrägseilbrücke mit drei Pylonen im Wasser. Zwischen diesen bis zu 210 Meter hohen Stahlbetontürmen erstreckt sich jeweils eine Haupttragweite von 650 Metern. Dieses Maß resultiert aus der Breite der darunterliegenden Schifffahrtskanäle. Die Spannweiten der Seitenfelder betragen 223 Meter und die der Vorlandbrücken 104 Meter. Als konstruktiv besonders anspruchsvoll erwies sich der mittlere der drei Pylonen. Bei klassischen Schrägseilbrücken wird der mittige Pylon über am Rand liegende steife Seitenfelder rückverankert. Diese Vorgehensweise ist jedoch bei einer Drei-Pylonen-Brücke aufgrund sehr hoher Biegemomente nicht möglich. Zusätzlich zu dieser Einschränkung sollte die Brücke im Kontext zu den zwei bereits bestehenden Bauwerken nicht zu dominant auftreten.
Die Rückverankerung des mittigen Pylonen erreichten die Planer durch eine Überlappung der Schrägseile um 146 Meter in der Mitte des jeweiligen Feldes. Diese konstruktive Besonderheit des Bauwerkes erzielte die notwendige Stabilisierung und ermöglichte zeitgleich eine filigrane und optisch ansprechende Brückenkonstruktion.

Rendering eines der 210 Meter hohen Pylone der Queensferry Crossing.
Bild: CHP Constructions / Leonhardt, Andrä und Partner AG / Forth Crossing Design Joint Venture

Vollständige 3D-Bewehrungsplanung
Die drei markanten Stahlbetonpylonen verjüngen sich ab der Oberkante der Gründung bis zur Spitze von 14 mal 16 Metern auf schlanke 7,50 mal 5 Meter. Für die Planung der Pylone erstellte LAP mit Allplan Engineering ein komplettes 3D-Bewehrungsmodell (Abb. 2 und 3). Für eine Brücke dieser Größenordnung wurde diese Arbeitsweise erstmalig angewendet und war ausgesprochen anspruchsvoll. Die Bewehrung der einzelnen Pylonensegmente musste aufgrund des sich nach oben hin verjüngenden Querschnittes exakt im Raum platziert werden. Dieses Vorgehen stellte hohe Anforderungen an die verwendete CAD-Software. Auch deshalb setzten die Planer von LAP bei der Bewehrungs-und Ausführungsplanung auf Allplan Engineering und auf die Routine ihres Nachunternehmers CHP.
Analog zu den Pylonen weist auch der Überbau, der die Fahrbahnen auf jeder Seite trägt, eine filigrane Form auf. Im Bereich der Pylone und der Seilverspannungen ist der Überbau dreiteilig. Während der Überbau in den mittleren Pylon monolithisch einbindet, wird er von den beiden äußeren Pylonen durchdrungen und ist mittels Queranschlag an ihnen gelagert. Dieses Lagerschema verhindert große Zwängungen zwischen den Pylonen.

Gründung und Montage
Der mittlere Pylon der Schrägseilbrücke wurde mittels eines Spundwandkastens auf dem in der Mitte des Firth liegenden Beamer Rock gegründet. Die seitlichen Pylonen gründen bis zu 40 Meter tief mit Absenkkästen. Das Betonieren der Pylone erfolgte in einer inneren und einer äußeren Kletterschalung. Um den Beton bis in die Spitze der Pylone befördern zu können, wurde eine Steigleitung mit bis zu 200 bar notwendig. Da sich die Baustelle größtenteils auf dem offenen Wasser des Firth of Forth befand, wurde mit Schwimmkränen und Transportpontons gearbeitet. Der größte Teil der Bewehrung wurde im nahegelegenen Hafen von Rosyth vorgefertigt und musste im Anschluss vor Ort mit dem Turmdrehkran eingehoben werden. Die Queensferry Crossing ist die größte Brücke, für die eine 3D-Bewehrungsplanung mithilfe von Allplan Engineering durchgeführt wurde. Dank der passgenauen und kollisionsfreien Planung konnten Termine und Kosten eingehalten werden. Am 4. September 2017 wurde die Queensferry Crossing offiziell von Queen Elizabeth II. eingeweiht. Am 2. und 3. September 2017 durften einmalig 50.000 ausgewählte Gäste die Brücke zu Fuß überqueren.

www.allplan.com

www.lap-consult.com