A.09_01_Sprengabbruchstudie_K36_Heerstraße.pdf

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Konzept zum Sprengabbruch der Brücke K 36 „Heerstraße“ über die A 45, Drolshagen

Auftraggeber: Die Autobahn GmbH des Bundes Niederlassung Westfalen Otto-Krafft-Platz 8 59065 Hamm

Berichtsnummer: Y0928.012.01.001

Dieser Bericht umfasst 7 Seiten Text und 5 Seiten Anhang.

Höchberg, 23.09.2024 Bekanntgegebene Messstelle nach § 29b BImSchG für Geräusche und Erschütterungen VMPA-anerkannte Schallschutzprüf- stelle nach DIN 4109, Marie-Louis Weiß, M. Sc. Christoph Sebold, M. Sc. VMPA-SPG-210- Bearbeitung Prüfung und Freigabe 04-BY

Wölfel Engineering GmbH + Co. KG * Max-Planck-Straße 15 * 97204 Höchberg Telefon: 0931 49708-0 * Telefax: 0931 49708-150 * E-Mail: info@woelfel.de * Internet: www.woelfel.de Beirat: Dipl.-Ing. Bernd Wölfel (Vors.) * Geschäftsführer: Dr.-Ing. Steffen Pankoke (Vorsitzender), Dr.-Ing. Carsten Ebert Kommanditgesellschaft AG WÜ HRA 4087 * Komplementärin: Wölfel Engineering Verwaltungs-GmbH, Höchberg, AG WÜ HRB 3886 Commerzbank AG Würzburg, IBAN: DE13 7908 0052 0316 1493 00, BIC: DRESDEFF790 Sparkasse Mainfranken Würzburg, IBAN: DE23 7905 0000 0010 1055 75, BIC: BYLADEM1SWU Steuer-Nr.: 257/182/51101 * Umsatzsteuer-ID Nr.: DE 134 165 548

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Änderungsindex

Geänderte Hinzugefügte Version Datum Seiten Seiten Erläuterungen 001 23.09.2024 - - Erstellung

Inhaltsverzeichnis

1 Situation, Aufgabe ............................................................................................................................3 2 Unterlagen, Abkürzungen .................................................................................................................3 2.1 Unterlagenverzeichnis ..............................................................................................................3 2.2 Abkürzungsverzeichnis ............................................................................................................3 3 Beschreibung der Brücke ..................................................................................................................4 3.1 Brückenüberbau .......................................................................................................................4 3.2 Brückenpfeiler .........................................................................................................................4 4 Umgebung des Sprengobjektes ..........................................................................................................4 5 Vorbereitungen und Angaben zur Sprengung ....................................................................................5 6 Schutzmaßnahmen ............................................................................................................................5 7 Erschütterungen ................................................................................................................................5 7.1 Anforderungen zum Erschütterungsschutz ................................................................................5 7.2 Prognose der Aufprallerschütterungen ......................................................................................6 7.3 Bewertung der Aufprallerschütterungen ...................................................................................7 8 Fazit .................................................................................................................................................7

Anhänge

Anhang Inhalt Bl. 1 Sprengabbruch, Brücke K36Heerstraße,Übersichtsplanund Leitungsplan Bl.2 Sprengabbruch, Brücke K36Heerstraße, Grundriss Bl.3 Sprengabbruch, Brücke K36Heerstraße,Längsschnitt Bl.4 Sprengabbruch, Brücke K36Heerstraße,Querschnitt Bl.5 Sprengabbruch, Brücke K36Heerstraße,Stützensprengung

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1 Situation, Aufgabe

Aufgrund der festgestellten Tragfähigkeitsdefizite soll das Brückenbauwerk K 36 „Heerstraße“ erneuert werden. Die Brücke ist ein Überführungsbauwerk über die A 45 im Kreis Olpe in Drolshagen und verbin- det die Ortsteile Scheda und Schlenke. Da in der bisherigen Planung ein Sprengabbruch favorisiert wurde, wird nun eine Machbarkeitsuntersuchung eines solchen Abbruchverfahrens durchgeführt [4]. Planmäßig soll der Neubau an der Stelle des Bestandsbauwerks errichtet werden, nachdem dieses gesprengt und be- räumt wurde. Der vorliegende Bericht beschreibt das Konzept zum Sprengabbruch. In diesem Zusammenhang werden die erforderlichen Vorbereitungsmaßnahmen beschrieben, die entstehenden Erschütterungen prognosti- ziert und bewertet sowie zugehörige Schutzmaßnahmen abgeleitet. Detaillierte Angaben zu Vorschwächungen, Ausbildung der Sprengbereiche und Standsicherheitsnach- weise sind nicht Inhalt des Berichts und ggf. Gegenstand einer separaten Ausführungsplanung.

2 Unterlagen, Abkürzungen

2.1 Unterlagenverzeichnis Nr. Dokument Bezeichnung / Beschreibung [1] DIN 4150 Erschütterungen im Bauwesen [1a] Teil 1: Vorermittlung von Schwingungsgrößen 2022-12 [1b] Teil3: Einwirkungen auf bauliche Anlagen 2016-12 [2] Bestandspläne Überführung K 36 Betriebs-km 77,299 Ansicht, Längsschnitt, Draufsicht, Detail Autobahn GmbH des Bundes 2014-02 [3] Versorgungsleitungen Neubau der Brücke über die BAB A 45 im Zuge der K 36 Übersichtsplan Versorger Landesbetrieb Straßenbau Nordrhein-Westfalen n.b. [4] Leistungsbeschreibung Leistungen und Bewertung Rückbauplanung Autobahn GmbH des Bundes 2022-03

2.2 Abkürzungsverzeichnis Abkürzung Bedeutung E [MNm] Potentielle Energie R [m] Entfernung zum Erschütterungszentrum h [m] Fallhöhe m [t] Fallende Masse v [mm/s] Prognostizierte Aufprallerschütterungenmit einem Quantilwert von 90 % 90%. v [mm/s] Anhaltswerte der max. Schwinggeschwindigkeitauf dem Fundament i,max

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3 Beschreibung der Brücke

Die Brücke über die A 45 im Kreis Olpe in Drolshagen wurde 1971 errichtet und kreuzt in einem Winkel von 87 gon die A 45. Aus statischer Sicht ist die Brücke als fünffeldriger Durchlaufträger mit den Spann- weiten 17,6 m / 22,00 m / 21,59 m / 22,41 m / 14,60 m ausgeführt. Die Gesamtlänge beträgt 98,2 m und die lichte Höhe beträgt 10,98 m [3].

3.1 Brückenüberbau Der Überbau besteht aus einem in Längsrichtung vorgespannten Plattenbalkenquerschnitt. Die Bewehrung in Querrichtung ist schlaff ausgeführt. Der einstegige Plattenbalkenquerschnitt besitzt eine mittlere Höhe von 0,91 m und eine Breite von 11,20 m. Bei einer 2009 durchgeführten Baumaßnahme an der Brücke wurden erhebliche Überbauschwingungen festgestellt [4]. Eine daraufhin durchgeführte Nachrechnung ergab, dass der Überbau nicht ausreichend tragfähig ist. Die mittlere Massenbelegung des Überbaus wurde anhand der Bestandspläne ermittelt und beträgt nach dem Abfräsen des Fahrbahnbelags etwa µ = 19,3 t/m.

3.2 Brückenpfeiler Die vier Rechteckstützen haben jeweils einen Querschnitt von 4,50 m x 0,78 m und bestehen aus Stahlbe- ton. Der Überbau ist auf den Brückenpfeiler in Achse 2, 3 und 4 auf Elastomerlagern schwimmend gela- gert und in Achse 1 auf Kalottengleitlagern. Die Stützen sind jeweils flach gegründet. Die Flachgründun- gen in Achse 0, 1 und 2 sind zusätzlich durch Rückverankerungen in der Böschung verankert [2, 4]. Im Bereich des südlichen Widerlagers kam es beim Bau des Bestandsbauwerks zu Hangrutschungen. Die PfeilerhöheH (gemäß [2]) und die zugehörigen Pfeilermassenm der Brücke sind in Tabelle 1 aufge- listet.

Tabelle 1: HöheH und Massem der Brückenpfeiler 1 - 4

4 Umgebung des Sprengobjektes

Die Brücke befindet sich im Kreis Olpe in Drolshagen und stellt eine wichtige Verbindung zwischen den Ortsteilen Scheda und Schlenke dar. Für die Gewerbebetriebe in Scheda ist die Brücke die kürzeste Ver- bindung zur Anschlussstelle Drolshagen (A 45) [4]. Nördlich der Brücke befindet sich das Gewerbegebiet Scheda. Südlich grenzt an die Brücke Wohnbebau- ung an. Das nächstgelegene Wohnhaus besitzt einen minimalen lichten Abstand von ca. 38 m zum Sprengobjekt. Unterhalb der Brücke, zwischen Pfeilerachse 2 und 4, verläuft die A 45 mit Fahrtrichtung Dortmund und Fahrtrichtung Frankfurt. Sowohl zum südlichen als auch zum nördlichen Widerlager hin verläuft jeweils eine steile Böschung. Parallel zur Brücke verläuft ein Mittelspannungskabel. Unterhalb des südlichen Wi- derlagers verläuft außerdem ein Kommunikationskabel. Hinter dem südlichen Wiederlager verläuft unter- irdisch in ca. 1 m – 1,2 m Tiefe eine Gashochdruckleitung sowie ein Steuerkabel [3]. Die Umgebung der Brücke sowie die einzelnen Leitungen sind auf Blatt 1 dargestellt.

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5 Vorbereitungen und Angaben zur Sprengung

Für die Brücke wird eine sogenannte Auswurfsprengung vorgesehen. Bei diesem Sprengverfahren werden die beiden Pfeiler durch die Sprengung vollkommen zerstört, sodass der Überbau vertikal kollabiert und senkrecht nach unten abstürzt. Die Auswurfsprengung wird bis 2 m unterhalb des Überbaus vorgesehen. Der 2 m überstehende Pfeilerstummel am Überbau wird als natürlicher Schutz der Fahrbahn verwendet, da so der Überbau nicht direkt auf der Fahrbahn auftrifft. Nachdem die Stahlbetonpfeiler quasi gleichzeitig bzw. kurzzeitig verzögert gesprengt wurden, biegt sich der Überbau aufgrund des vertikalen Absturzes durch. Die Brückenenden werden bis zum Bodenaufprall in Längsrichtung gezogen. Möglicherweise löst sich dabei das Brückenlager jedoch nicht komplett von den Widerlagern und bleibt schräg liegen. Entspre- chendes Abbruchgerät ist vorzuhalten. Es ist darauf zu achten, dass die Spannglieder vor Beginn der Be- räumung nicht mehr unter Spannung stehen. Die Widerlager sowie die Brückentrümmer und die Stüt- zenfundamente werden nach der Sprengung maschinell abgebrochen, zerkleinert und entsorgt.

6 Schutzmaßnahmen

Alle Sprengzonen werden mit einem „primären“ Streuflugschutz aus schweren Sprengschutzmatten (Gummireifenmatten) versehen. Zum Schutz der unterhalb des Abbruchobjekts verlaufenden A 45 sollte ein im Mittel ca. 3 m hohes quer- geripptes Fallbett aus nichtbindigem Lockermaterial auf der Fahrbahn errichtet werden. Grundsätzlich kann im unmittelbaren bzw. direkten Aufprallbereich keine Erschütterungsprognose aufge- stellt und auch keine Schadenfreiheit von Geländeoberflächen und unterirdischen Medien garantiert wer- den. Dies gilt sowohl für die Fahrbahn der A 45 als auch für Leitungen. Zusätzlich ist vor der Sprengung der Rückbau eventuell vorhandener Leitungen unterhalb der Brücke si- cherzustellen. Der Gefahrenbereich sowie gegebenenfalls erforderliche Evakuierungsmaßnahmen bei der Sprengung werden von der verantwortlichen Sprengfirma definiert. Der Gefahrenbereich dürfte einen Umkreis mit einem Radius der Größenordnung von etwa 200 bis 300 m um die Sprengzonen umfassen. In diesem ab- gesperrten Bereich ist der ungedeckte Aufenthalt von Personen und beweglichen Sachwerten verboten. Auch Verkehrssperrungen werden in diesem Bereich erforderlich. Eine unabhängige sachverständige Kontrolle und Abnahme aller Vorbereitungsarbeiten wird empfohlen. Zur Erfassung der auftretenden Erschütterungen während der Sprengung werden insgesamt 3 triaxiale Messaufnehmer vorgesehen. Es wird empfohlen einen Messpunkt zur Erfassung der auftretenden Spreng- und Aufprallerschütterungen im Wohnhaus Heerstraße 14 sowie im gewerblich genutzten Gebäude Ge- werbeparkstraße 1 und einen weiteren Messpunkt in der Umgebung der Gashochdruckleitung anzubrin- gen. Die Messgeräte zeichnen die Zeitverläufe der gesamten Erschütterungen (Spreng- und Aufpraller- schütterungen) auf. Die Festlegung der Messpositionen erfolgt anhand der Gegebenheiten vor Ort.

7 Erschütterungen

7.1 Anforderungen zum Erschütterungsschutz Die Prognose und Beurteilung von Erschütterungen erfolgt i. d. R. gemäß DIN 4150 („Erschütterungen im Bauwesen“ [1]). Darin werden in Teil 1 der Norm Prognose-Formeln für die Erschütterungsausbreitung und typische Einwirkungen infolge verschiedener Verursacher beschrieben. In Teil 3 werden je nach Bau- werkstyp Fundament-Anhaltswerte hinsichtlich möglicher Schädigungen der Bausubstanz angegeben.

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Die vorherrschende Frequenz der imitierten Aufprallerschütterungen liegt bei oder unter 10 Hz. Die domi- nierende Frequenz der Sprengerschütterungen liegt deutlich darüber. Die für den Frequenzbereich < 10 Hz geltenden Anhaltswerte auf dem Fundament nach [1b] sind in Tabelle 3 zusammengefasst. In Tabelle 2 sind die Anhaltswerte nach DIN 4150, Teil 3 sowie VSS 40 312 [2] zusammengefasst.

Tabelle 2: Anhaltswerte der max. Schwinggeschwindigkeitv auf dem Fundament nach DIN 4150, Teil 3 [1b] i,max und basierend auf VSS 40 312 [2]

1)Die vorherrschende Frequenz der erzeugten Aufprallerschütterungen liegt unter 10 Hz In Abhängigkeit des Baustoffs gelten entsprechend [1b] Anhaltswerte für unterirdische Leitungen von 50 bis 100 mm/s (siehe Tabelle 3).

Tabelle 3: Anhaltswerte für unterirdische Leitungen nach [1b]

Die genannten Anhaltswerte v sind als untere Grenzwerte zu verstehen. Bei ihrer Einhaltung werden i,max gebrauchswertmindernde Erschütterungsschäden ausgeschlossen. Bei einer moderaten Überschreitung dieser Anhaltswerte ist allerdings nicht zwangsläufig mit Schäden zu rechnen, denn die Schadenswahr- scheinlichkeit nimmt bei moderater Überschreitung nur langsam zu.

7.2 Prognose der Aufprallerschütterungen Nachfolgend werden die aus dem Sprengabbruch der Brücke resultierenden Aufprallerschütterungen prog- nostiziert. Die Erschütterungsprognose erfolgt auf Basis von vorangegangenen Brückensprengungen ver- gleichbarer Bauart und der Formel zur Erschütterungsausbreitung gemäß DIN 4150 Teil 1 [1a]. Der Ab- standR bezieht sich dabei auf die Entfernung zum Erschütterungszentrum. Für die Ermittlung der maximalen Aufprallerschütterungen wird die potentielle EnergieE der gleichzeitig auftreffenden Trümmerteile benötigt. Die EnergieE ist abhängig von der fallenden Massem und der da- zugehörigen Fallhöheh (E = m ∙ g ∙ h). Für die Ermittlung der potentiellen Energie wird für den Überbau eine Massenbelegung von 19,3 t/m angesetzt. Bei der Ermittlung der Fallhöhe wird die Fallbetthöhe in der entsprechenden Pfeilerachse berücksichtigt. Die Ermittlung der potentiellen Energie je Pfeilerachse ist in Tabelle 4 zusammengefasst.

Tabelle 4: Ermittlung der potentiellen Energie der gleichzeitig auftreffenden Trümmerteile

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Die prognostizierten Wertev werden in Tabelle 5 zusammengefasst und mit einer Wahrscheinlichkeit 90%. von mindestens 90 % unterschritten.

Tabelle 5: Prognostizierte Aufprallerschütterungenv infolge des Sprengabbruchs der Brücke K 36 „Heerstraße“ 90%.

7.3 Bewertung der Aufprallerschütterungen Die prognostizierten Schwinggeschwindigkeiten infolge des Aufpralls der Brücke K 36 „Heerstraße“ lie- gen an den gewerblich genutzten Gebäuden „Gewerbeparkstraße 1“ (#1) und „Gewerbeparkstraße 2“ (#2) deutlich unterhalb des Anhaltswerts von 20 mm/s. Schäden infolge der Aufprallerschütterungen sind da- mit nicht zu erwarten. An der südlich der Brücke gelegenen Wohnbebauung an der Heerstraße 14 (#3, #4) wird mit einer maxi- mal prognostizierten Schwinggeschwindigkeit von 4,1 mm/s der Anhaltswert von 5 mm/s eingehalten. Schäden infolge der Aufprallerschütterungen sind somit nicht zu erwarten. An der Gashochdruckleitung (#5) werden maximal Schwinggeschwindigkeiten von 11,3 mm/s und an der Gasmitteldruckleitung maximal Schwinggeschwindigkeiten von 5,5 mm/s erwartet. Aufgrund der sehr ge- ringen Erschütterungseinwirkung sind keine Schäden an der Gashochdruckleitung zu erwarten und es sind keine genaueren Untersuchungen notwendig.

8 Fazit

Grundsätzlich stellt der Sprengabbruch der Brücke K 36 „Heerstraße“ über die A 45 bei Drolshagen mit den beschriebenen Schutzmaßnahmen und einer fachgerechten Planung bzw. Ausführung eine sichere technische Abbruchvariante dar.

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Strom­undGasleitungen

Strom Mittelspannungskabel

Strom Niederspannungskabel

Gasleitung Hochdruck

Gasleitung Mitteldruck #2: Gewerbe­ Steuerkabel straße 2 Strom­ und Steuerkabel Lichtsignalanlage

Telekommunikationsleitungen #6: Gasmittel­ Telefonkabel druckleitung Telefonkabel AUSA­Kabel

Trink­undAbwasserleitungen

Trinkwasserleitung

Schmutzwasserkanal #1: Gewerbe­ Mischwasserkanal straße 1 Regenwasserkanal

55

44 BB ee ss ttaa AA4455 FFRR DDoorrttmmuunndd nn dd 33 ss bb rr üü AA4455 FFRR FFrraannkkffuurrtt cc kk ee 22

11

##55:: GGaasshhoocchh­­ 00 ddrruucckklleeiittuunngg ##33:: GGaarraaggee HHeeeerrssttrraaßßee 1144

##44:: WWoohhnnhhaauuss HHeeeerrssttrraaßßee 1144

Projekt: WÖLFEL Engineering

Sprengabbruch

GmbH + Co. KG

Brücke K 36 Heerstraße

Max­Planck­Strasse 15 97204 Höchberg

Übersichts­ und Leitungsplan

Rev. Datum Änderung Datum Name Berichts­Nr. Plan­Nr. Maßstab 1:1500 01 01.01.2000 Beispiel gezeichnet 23.09.2024 Weiß Y0928.012.01 Bl. 1 01 01.01.2000 Beispiel geprüft 23.09.2024 Sebold

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N

5

1 4 ,6

4

2 2 ,4

FB

Fahrtrichtung Dortmund 3

Fahrtrichtung 2 1 Frankfurt ,6

FB

2

2 2 ,0

Legende:

FB ... Fallbett

1

... Pfeilersprengung

1 7 ,6 Hinweis: Darstellung und Maßangaben gemäß Bestandsplan "Längsschnitt, Draufsicht"

0

Projekt: WÖLFEL Engineering

Sprengabbruch

GmbH + Co. KG

Brücke K 36 Heerstraße

Max-Planck-Strasse 15 97204 Höchberg

Grundriss

Rev. Datum Änderung Datum Name Berichts-Nr. Plan-Nr. Maßstab 1:500 01 01.01.2000 Beispiel 01 01.01.2000 Beispiel gezeichnet 23.09.2024 Weiß Y0928.012.01 Bl. 2 01 01.01.2000 Beispiel geprüft 23.09.2024 Sebold

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5 4 3 2 96,42

14,34 21,60 21,60

3 3 , , 0 0 0 0

Legende: FB ... Fallbett A45 FB A45 FR Dortmund FR Frankfurt ... Vertikalkollaps Überbau

... Stützensprengung

2 1 0 96,42

21,60 21,60 17,28

A45 FR Frankfurt

Hinweis: Darstellung und Maßangaben gemäß Bestandsplan "Längsschnitt, Draufsicht"

Projekt: WÖLFEL Engineering

Sprengabbruch

GmbH + Co. KG

Brücke K 36 Heerstraße

Max-Planck-Strasse 15 97204 Höchberg

Längsschnitt

Rev. Datum Änderung Datum Name Berichts-Nr. Plan-Nr. Maßstab 1:333 01 01.01.2000 Beispiel 01 01.01.2000 Beispiel gezeichnet 23.09.2024 Weiß Y0928.012.01 Bl. 3 01 01.01.2000 Beispiel geprüft 23.09.2024 Sebold

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Fahrbahnbelag abfräsen

11,20

2 4,50 ,0 0

Fallbett beispielhaft für Pfeilerachse 3

FB H

Y 3,00 4,45

3 ,0 0

Pfeiler- und Sprengbereichshöhen Legende: FB ... Fallbett Achse H [m] Y [m]

1 6,54 4,54 ... Stützensprengung 2 12,22 10,22

3 11,96 9,96

4 10,50 8,50

Projekt: WÖLFEL Engineering

Sprengabbruch

GmbH + Co. KG

Brücke K 36 Heerstraße

Max-Planck-Strasse 15 97204 Höchberg

Querschnitt

Rev. Datum Änderung Datum Name Berichts-Nr. Plan-Nr. Maßstab 1:150 01 01.01.2000 Beispiel 01 01.01.2000 Beispiel gezeichnet 23.09.2024 Weiß Y0928.012.01 Bl. 4 01 01.01.2000 Beispiel geprüft 23.09.2024 Sebold

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Stützenquerschnitt Stützenlängsschnitt Y-Y X-X 4,50 0,78

2 2 ,0 ,0 0 0

H H

Y Y

Z Z Z Z

GOK GOK

Stützengrundriss Z-Z

X

4,50 Legende: Y Y ... Stützensprengung

0 ,7 X 8