Deutschlands längste Autobahnbrücke wird erweitert und instandgesetzt

Die Bundesautobahn A 7 ist eine der wichtigsten Verkehrsadern Deutschlands, sogar Europas. Im Süden Hamburgs vor dem Elbtunnel befindet sie sich insbesondere zu Spitzenzeiten mit bis zu 120.000 Fahrzeugen pro Tag schon seit Jahren am Rande der Belastungsgrenze. Mit der Erweiterung und Instandsetzung der Hochstraße Elbmarsch (K20) über den Hamburger Hafen wird sie bei laufendem Verkehr an die gestiegenen Anforderungen angepasst. Dabei sorgen die ausgeklügelte Logistik der ausführenden Bauunternehmen und die innovativen Betonersatz- und Abdichtungssysteme der Sika Deutschland CH AG & Co KG für einen reibungslosen Ablauf.

Für Autofahrer auf der Reise nach Norden haben lange Warte- und Stauzeiten vor dem Nadelöhr Hamburg vielleicht bald ein Ende. Die Rede ist von der A7, die den Verkehr aus Süden kommend vor Hamburg mit der Hochstraße Elbmarsch (K20) über den Hafen und weiter durch den Elbtunnel Richtung Norden führt. Die bis zu 10 m hohe aufgeständerte Konstruktion gehört mit 3,8 km zu den längsten Autobahnbrücken Deutschlands. Bereits bei ihrer Planung vor über 50 Jahren sah man eine Erweiterung der beiden dreispurigen Brückenzüge um zwei Fahrbahnen in der Mitte vor. Seit 2020 werden zwischen den beiden separaten Brückenteilen die neuen Fahrspuren gebaut und das bestehende Bauwerk sowohl in Richtung Flensburg als auch Hannover instandgesetzt. Der Verkehr darf dabei nur minimal beeinträchtigt werden, das heißt, es müssen während der Bauarbeiten jederzeit sechs Fahrstreifen in Betrieb bleiben.

Projekt mit vielen Besonderheiten
„Bereits während der Planfeststellung zum Bau der Brücke hat man berücksichtigt, das Bauwerk später einmal wegen eines erhöhten Verkehrsaufkommens verbreitern zu können. Solch einem Weitblick begegnet man selten“, erläutert Oberbauleiter Robin Keil von der Strabag AG eine Besonderheit des Projekts. Die 3,8 km lange Hochstraße Elbmarsch wurde 1975 nach 3,5 Jahren Bauzeit in Betrieb genommen und besitzt sechs Fahrstreifen mit Standstreifen. Sie steigt von fünf auf bis zu zehn Meter über Geländeoberkante an und steht auf 110 Stützenreihen (mit je sechs bzw. elf Stützen) alle 35 m. Der lichte Abstand der beiden 17,75 m bis 26,50 m breiten, separaten Überbauten beträgt etwa zehn Meter. Die Brückenfläche liegt bei circa 166.000 m² inklusive Nebenfahrspuren. Nach der Erweiterung werden die Brücken jeweils mindestens 22 m breit und um etwa 26.000 m² größer sein. Außergewöhnlich ist auch die exponierte Lage der Brücke. Sie führt über den Hamburger Hafen mit zahlreichen kreuzenden Straßen, Deichen, Hochwasserwänden und zwei Gleisstrecken, von denen eine die Hauptanbindung an ein Logistikzentrum ist. Hinzu kommt ein fast schon vergessenes Problem aus der Vergangenheit: Der Hamburger Hafen wurde während des Zweiten Weltkriegs massiv bombardiert und es mussten, wie heute noch üblich in Ballungsgebieten, umfangreiche Kampfmittel-Sondierungen durchgeführt werden.
Das Projekt K20 teilt sich in drei Hauptbaumaßnahmen auf: Verbreiterung unter laufendem Betrieb, Instandsetzung der in die Jahre gekommenen Brücke und Errichtung eines Entwässerungsreinigungssystems nach aktuellem Stand der Technik. Die Sanierung erfolgt im Wesentlichen durch die Strabag-Direktion Nord, Bereich Sonderbau, mit Unterstützung der BIB Bauen im Bestand GmbH. Die Verbreiterung setzt die Strabag-Direktion Brückenbau, Bereich Brückenbau Nord, um. Dabei werden zum einen die zwei separaten Brückenbauwerke von drei auf vier Fahrspuren je Richtung durch Neubau erweitert und vorhandene Bauwerksteile instandgesetzt. Zum anderen wird das Entwässerungssystem der Brücke erneuert. Mit den beiden neuen Fahrbahnen wurde außerdem eine Lehrrohrtrasse hergestellt, die auf einer Strecke von rund 500 m unter dem Überbau hängt und ansonsten unter der Erde verlegt wurde. „Statisch konstruktiv handelt es sich bei der K20 um eine einfache Bauweise, die circa alle 100 m eine Übergangskonstruktion enthält. Diese sind allerdings stark beansprucht und verschlissen, sodass bereits vor der eigentlichen Bauausführung ein halbes Dutzend Übergangskonstruktionen getauscht werden mussten. Gesamt betrachtet ist das Projekt K20 wegen seiner zahlreichen Schnittstellen, den engen Baustellenverhältnissen, den maximal eingeschränkten Verkehrssperrungen und vielen anderen interessanten Rahmenbedingungen eine logistische und auch fachliche Herausforderung,“ beschreibt Robin Keil die Bauaufgabe.
„Obwohl wir einen Neubau und eine Vollsanierung gleichzeitig durchführen, sind für alle Bauphasen stets drei Spuren je Fahrtrichtung zu gewährleisten, um die Beeinträchtigung des Verkehrs so gering wie möglich zu halten,“ erklärt Keil. Dazu bedarf es einer ausgeklügelten Logistik nicht nur für den Ablauf der einzelnen Abschnitte, sondern vor allem auch, was die Andienung der Materialien betrifft. Die Baustelle muss von Norden her durch den Elbtunnel beliefert werden. Dabei kann es immer wieder dazu kommen, dass Fahrzeuge im Stau stecken bleiben. Obwohl ein großer Teil der Arbeiten per Hand durchgeführt werden muss, bietet sich wegen der großen Materialmengen die Bereitstellung in Silos an. „Neben der Anlieferung von Sackware haben wir vor allem acht Silos à 25 t unserer Instandsetzungsmörtel Sika BM-04 und Sika BE-08, die regelmäßig befüllt wurden, der Baustelle zur Verfügung gestellt,“ erläutert Howard Weinert, Key Account Manager Verkehrswegebau von Sika. „Das Material in Säcken wird meist verwendet, wenn kleinere Flächen saniert werden und es sich nicht lohnt, ein Silo in Betrieb zu nehmen. Die Herstellung der gewünschten Mischungen ist nicht nur einfach, sondern vor allem jederzeit nachweisbar. Es werden alle notwendigen Kenndaten der gewünschten Rezeptur inklusive des Wassergehalts direkt am Silo eingegeben. Das trocken eingeblasene Material wird über eine Mischeinheit mit Wasser vermischt und auf diese Weise automatisch die vorgegebene Rezeptur hergestellt. Dieser Mörtel wird von der Bauüberwachung geprüft und kann sofort verwendet werden. Letztendlich haben die Anlieferung in Silos aus dem Werk Leimen, die nutzerfreundliche sowie wirtschaftliche Herstellung der Mischungen mit einer durchdachten Systemlösung überzeugt.“ Auch Oberbauleiter Robin Keil ist sehr zufrieden: „Die Materialien von Sika in Silos vorhalten zu können, hat sehr große Vorteile sowohl für unsere Planungssicherheit als auch für die geforderte hohe Qualität. Der Mischprozess und Mengeneinsatz ist nachweisbar und somit deutlich effizienter für uns als bei der Verwendung von Sackware.“

Verschiedene Bauphasen
Im Baustellenbereich wird mit jeweils drei Spuren pro Fahrtrichtung meist in der Mitte der beiden Brückenbauwerke in insgesamt fünf Bauphasen gearbeitet. „Während vom Bauherrn sechs Phasen geplant waren, konnten wir den Bauablauf optimieren und auf fünf reduzieren. Das spart Zeit und verringert notwendige Sperrungen auf ein Mindestmaß. In der ersten Phase haben wir den Verkehr sozusagen nach außen gedrückt und in der Mitte jeweils eine Spur in Richtung Flensburg und Hannover zur Brückenverbreiterung genutzt. So können wir mit einem großen Portalkran die gesamte Baustelle nach Norden und Süden bedienen. In der zweiten Phase läuft der Verkehr über zwei Fahrspuren in Richtung Flensburg und vier Fahrspuren in Richtung Hannover“, erklärt Keil.
In der ersten Bauphase wurden im Zwischenraum die Gründungen abgeschlossen, die Stützen gebaut und die Hohlkästen von Norden nach Süden verlegt. Anstatt diese Arbeiten je Richtungsfahrbahn durchzuführen, wurden die Bauteilbereiche, das heißt Gründung, Stützen und Hohlkästen, jeweils für beide Richtungen hergestellt. So konnte Zeit eingespart werden und der Verkehr war nur minimal beeinträchtigt, da von jeder Brückenseite nur eine Fahrbahn aus dem Verkehr genommen wurde. Gleichzeitig wurden die Brüstungen abgebrochen und die Anschlussbewehrungen freigelegt. In der zweiten Phase standen zwei Fahrspuren in Fahrtrichtung Flensburg in Bauwerksmitte als Baufeld zur Verfügung. Nun konnten die Instandsetzungsarbeiten beginnen.

Neubau und Bestand kombinieren
Ziel ist es, das neue Brückenbauwerk in der Mitte mit dem Bestand monolithisch, also ohne einen Höhenversatz in der Fahrbahn, zu verbinden. Dazu wird der Neubau mit Sandsäcken beschwert, um eine Verkehrslast zu simulieren und schneller die endgültigen Setzungen zu erreichen. So lassen sich spätere Zwängungszustände zwischen Neu- und Bestandsbau vermeiden. Nach etwa acht Wochen sind die Setzungen beendet und beide Bauwerke können mit einer Druckfuge verbunden werden. Dieser Grobeinstellung der unterschiedlichen Höhen folgt die Feineinstellung mit dem Instandsetzungsmörtel und der Abdichtung. Schließlich sollen die späteren vier Spuren in jeder Fahrtrichtung ohne Versprünge und mit der richtigen Querneigung ausgestattet sein.
Nach Fertigstellung des neuen Brückenteils beginnt die zweite Bauphase, in der die bestehende Fahrbahn instandgesetzt wird. Der Asphalt wird in mehreren Arbeitsschritten abgefräst. Dabei muss man sehr vorsichtig vorgehen, um die intakte Betonüberdeckung nicht abzutragen und die teilweise sehr oberflächennah liegende Bewehrung zu beschädigen. Die Betonfläche des Neubaus und die nun freigelegte des bestehenden Überbaus werden aufgemessen beziehungsweise das Gefälle wird verglichen. Die festgestellten Höhenunterschiede müssen nun aneinander angeglichen werden.

Instandsetzung und Höhenanpassung
Die gesamte Betonfläche wird zuerst mit einem Kugelstrahlgerät bearbeitet, um Verbundstörungen zu vermeiden. Im nächsten Arbeitsgang wird der zementgebundene, kunststoffmodifizierte Korrosionsschutz Sika MonoTop-601 Neu des Betoninstandsetzungssystems von Sika in zwei Lagen auf die Bewehrung aufgebracht. Nun wird die kunststoffmodifizierte Haftbrücke Sika MonoTop-602 Neu unter Druck in den mattfeuchten Untergrund eingebürstet und je nach notwendiger Schichtdicke beziehungsweise gewünschtem Gefälle der entsprechende einkomponentige Instandsetzungsmörtel nass-in-nass mit Druck aufgebracht. Dabei wird für Schichtdicken von 10 bis 40 mm Sika BM-04 (Korngröße bis 4 mm) und von 20 bis 100 mm Sika BE-08 (Korngröße bis 8 mm) eingesetzt. Als Gradientenausgleich wird der dreikomponentige, epoxidharzgebundene Polymermörtel Sikadur-43 PRM für Schichtdicken von 4 bis 20 mm verwendet. „Welcher Instandsetzungsmörtel verwendet wird, hängt von der zu applizierenden Schichtdicke ab. In den meisten Fällen werden der Sika BM-04, Sika BE-08 und der Sikadur-43 PRM miteinander kombiniert, um ebene Flächen zu erhalten. Insbesondere der Polymerinstandsetzungsmörtel wird für häufig dünne Ankeilungen zu den Reparaturmörteln eingesetzt,“ erläutert Howard Weinert die Anwendungsvielfalt des Systems. Im Bereich des Neubaus wurden die Flächen teilweise in gleichem Maße bearbeitet, um die alte und die bestehende Brücke auf die gleiche Höhe zu bringen und das gewünschte Quergefälle zu erreichen.
Der aufgetragene Mörtel wird mit der Latte und der Striker-Walze abgezogen sowie dem Reibebrett abgerieben. Zur Nachbehandlung werden die reprofilierten Flächen abgedeckt oder feucht gehalten, vor Regen, Sonne, Wind und im Winter vor Frost geschützt. Im Gegensatz zu den meisten Baustellen wird im K20-Projekt auch durch den Winter hindurchgearbeitet und die jeweiligen Abschnitte in der kalten, unwirtlichen Jahreszeit mit großen beheizten Zelten eingehaust.

Abdichtung und Herstellung der Fahrbahndecke
Nach Herstellung der ebenen Fläche über vier Fahrbahnen und der gewünschten Querneigung je Richtung kann der eigentliche Straßenbau beginnen. Zunächst wird der Betonuntergrund durch die entsprechende Vorbereitungsmethode von jeglichen Verunreinigungen befreit, bis die eingebetteten Zuschläge erkennbar sind. Im nächsten Schritt wird das zweikomponentige Epoxidharz Sika Ergodur-500 Pro als Versiegelung auf den trockenen Betonuntergrund aufgetragen, mit feuergetrocknetem Quarzsand abgestreut. Nach Aushärtung des ersten Arbeitsgangs wird der überschüssige Quarzsand entfernt. Darauf folgt die zweite Schicht der Versiegelung, die jedoch nicht abgestreut wird. Nun folgt das Verlegen der Abdichtung mit SikaShield Ergobit Pro, einer Polymerbitumen-Schweißbahn mit hochliegender Trägereinlage. Schließlich folgen der Einbau der Asphaltschutzschicht und der Asphaltdeckschicht. Die Rezeptur des Gussasphalts mit hoher Standfestigkeit wurde speziell für die K20-Brücke wegen des hohen Lkw-Verkehrsaufkommens entwickelt.

Fazit
Die Baumaßnahme zur Erweiterung und Instandsetzung der K20-Brücke in Hamburg schreitet mit großen Schritten voran. Dank der durchdachten Logistik des ausführenden Bauunternehmens Strabag AG und der aufeinander abgestimmten Betonersatz- und Abdichtungssysteme der Sika Deutschland CH AG & Co KG plant der Bauherr, die DEGES Deutsche Einheit Fernstraßenplanungs- und -bau GmbH, eine Fertigstellung der Hochstraße Elbmarsch bis Frühjahr 2027.