A1: Umbau der Unterführung Z05 bei der Ausfahrt Schönbühl

Um den Engpass auf der A1/A6 bei der Verzweigung Schönbühl in Richtung Zürich resp. Biel zu beheben, löste das ASTRA die Planung einer Überbrückungsmassnahme für die Zeit bis zum 8-Streifen-Ausbau der A1 aus. Emch+Berger konnte mit einem innovativen Lösungskonzept wirksam zu tieferen Baukosten, kürzerer Bauzeit und zu nur marginal notwendigen Verkehrseingriffen beitragen.

Die Überbrückungsmassnahme umfasste im Wesentlichen eine Umnutzung des Pannenstreifens auf der Rampe Bern–Biel, um künftig bereits auf der Verzweigungsrampe je eine Fahrspur in Richtung Biel und der Ausfahrt Schönbühl anbieten zu können. Damit soll der Rückstau auf die Stammlinie A1 nahezu ausgeschlossen werden.

Ursprüngliches Projekt infrage gestellt
Emch+Berger wurde durch das ASTRA beauftragt, die Planungsarbeiten der Überbrückungsmassnahme ab Phase Massnahmenkonzept bis zur Inbetriebnahme zu übernehmen. Das als Planungsgrundlage übergebene Massnahmenkonzept sah hierzu vor, den Pannenstreifen zu einer Fahrspur auszubauen und dabei die bestehende Autobahnunterführung unter Aufrechterhaltung des Nationalstrassenverkehrs zu ersetzen.
Bei Projektübernahme zeigten sich beim bestehenden Projekt unterschiedliche Problempunkte in Bezug auf die vorgesehenen bauzeitlichen Verkehrsführungen. Zudem erschien die vorgesehene Erstellung eines Ersatzneubaus dieser Autobahnunterführung angesichts des mittelfristig geplanten 8-Streifen-Ausbaus der A1 nicht nachhaltig. Wir erarbeiteten in Absprache mit dem ASTRA einen neuen Vorschlag, bei dem die Unterführung beibehalten und die neue Fahrspur zwischen Stützenreihe und Widerlager Nord (Seite Zürich) gelegt werden sollte. Hierfür waren seitens ASTRA und Polizei Kompromisse nötig hinsichtlich Quergefälle, Markierung und Signalisation. Auch galt es, die bestehende Fundation des Widerlagers zu unterfangen, was technisch mit hohen Risiken verbunden war. Das neue Konzept überzeugte jedoch durch die wesentlich tieferen Baukosten, eine geringere Bauzeit und die gegenüber der ursprünglichen Idee nur noch marginalen Eingriffe in den laufenden Verkehr. Nach einer fundierten Machbarkeitsstudie und detaillierten geotechnischen Abklärungen stimmte das ASTRA dem innovativen Lösungskonzept zu und löste die weiteren Planungsphasen aus.

Ein Blick zurück in die Bauwerksgeschichte
Bei einem Umbauprojekt lohnt es sich, vor Inangriffnahme der Planung einen Blick in die Vergangenheit zu werfen und die Erstellungsgeschichte des Bauwerks zu studieren: Die bestehende Autobahnunterführung (Objekt Z05) wurde in den Jahren 1959/60 mit dem Bau der Nationalstrasse N01 ohne Pfahlfundation erstellt. Kurze Zeit später, nach der Schüttung des angrenzenden Autobahndamms, wurden Setzungen im Bereich der Widerlager von bis zu 9 cm gemessen. Aus den Archivunterlagen geht weiter hervor, dass die Deckenplatte nach Abklingen der Setzungen wieder angehoben und über den Widerlagern mit Zementmörtel untergossen wurde. Die Verbindung zwischen Widerlager und Deckenplatte bestand daher nur konstruktiv aus vereinzelten Querkraftdornen, die nicht zur Aufnahme von grösseren Querkräften oder Drehmomenten ausgelegt sind. Im Jahr 1993 wurde die Unterführung zudem beidseitig um rund 4 m verbreitert. Die beiden neuen Randbereiche wurden dabei pfahlfundiert, um keine Nachsetzungen des bestehenden Widerlagers zu provozieren.
Dieser «Lebenslauf» des Bauwerks beeinflusste die Planung des Umbaukonzepts vor allem in den Bereichen der Widerlagersicherung (Art und Umfang der Verankerungen), des Bauablaufs und der Bauwerksüberwachung.

Bauablauf unter schwierigen Platz- und Baugrundverhältnissen
Nachdem die Planungsarbeiten für das Massnahmenprojekt abgeschlossen und bewilligt worden waren, wurden die Baumeisterarbeiten für Trassee und Umbau an der Autobahnunterführung beschafft. Das vorgegebene Bauprogramm sah vor, die Überbrückungsmassnahmen in mehreren Etappen zu realisieren, wobei die Unterfangung des Widerlagers zu Beginn der Bauarbeiten ausgeführt werden sollte. In einem ersten Schritt erfolgten Aushub und Baumassnahmen für die Rückverankerung des Widerlagers sowie Sicherungsarbeiten am angrenzenden Autobahndamm mittels Nagelwänden. Diese wurden aufgrund der knappen Platzverhältnisse nahezu vertikal bis auf das Niveau der bestehenden Widerlagerfundation ausgeführt. Hierfür galt es aufgrund der geringen Standzeiten des anstehenden Baugrunds, in kurzen Etappen zu arbeiten. Auch bei der Festlegung der Geometrie der Anker war es notwendig, sehr präzise zu kalkulieren, um in keine bestehenden Bauwerke oder Werkleitungen hineinzubohren.
Die Sicherung der nächsten Aushubetappe unterhalb der bestehenden Widerlagerfundation war wie erwartet technisch höchst anspruchsvoll. Noch auf dem Niveau der Widerlagerfundation wurden unter sehr engen Raumverhältnissen Rühlwandständer eingebracht. Für die dafür benötigten Bohrungen kam wegen der geringen lichten Höhe unter der Deckenplatte der Unterführung ein Kellerbohrgerät zum Einsatz. Die 6 m langen Rühlwandständer wurden zweiteilig angeliefert und während des Einbringens vor Ort zusammengeschweisst. Im Laufe der letzten Aushubetappe und Ausfachung der Rühlwand mussten wir bei der angetroffenen, wasserführenden Feinsandschicht für die kurzfristige Standsicherheit des Baugrunds zusätzliche Massnahmen ergreifen. Um destabilisierende Ausschwemmungen der Sandschicht zu verhindern, konnten die weiteren Restaushub- und Ausfachungsarbeiten erst nach dem Versetzen von Wellpointlanzen erfolgen. Durch die Dehydrierung des Baugrunds liessen sich die Ausfachungen schliesslich ohne Destabilisierung des anstehenden Bodens und damit ohne relevante Setzungen der Widerlagerkonstruktion erstellen. Den Abschluss der Unterfangungsarbeiten bildeten das Betonieren der Leitmauern sowie das Erstellen der Entwässerung und des Strassentrassees.

Bauwerksüberwachung
Die setzungsempfindliche Konstruktion der bestehenden Unterführung, die schwierigen Baugrundverhältnisse und die hohe Relevanz des Objekts im Nationalstrassenverkehr verlangten nach der Ausarbeitung eines umfassenden Überwachungs- und Massnahmenkonzepts. Primär wurden auftretende Deformationen durch ein automatisches Messgerät überwacht. Diese Totalstation erfasste geodätisch die Messpunkte und zeigte online permanent die Verschiebungen der Messpunkte an. Weiter waren mehrere Vorspannanker als Messanker ausgebildet, um Veränderung von Ankerkräften erkennen zu können. Die Deformationen der Rühlwand und des angrenzenden Untergrunds wurden überdies periodisch mit Inklinometer-Messungen überprüft. Durch die umsichtige Bauweise wurden die vordefinierten Interventionswerte zu keinem Zeitpunkt überschritten, die Messergebnisse lagen stets im Bereich der berechneten Werte oder darunter. Während der ganzen Bauzeit mussten wir somit keine Gegenmassnahmen zum Begrenzen der Setzungen einleiten.

Fazit und Ausblick
Dank der umgesetzten Überbrückungsmassnahmen konnte der bestehende Engpass bei der Verzweigung Schönbühl kurzfristig und mit optimalem Einsatz finanzieller Mittel behoben werden. Darüber hinaus liessen sich die baulichen Massnahmen ohne wesentliche Behinderungen des Verkehrs auf der Nationalstrasse realisieren. Wir konnten aufzeigen, dass sich mit intelligenten Konzepten, pragmatischen Risikobetrachtungen in Bezug auf die Normeinhaltung und einer partnerschaftlichen Zusammenarbeit wirkungsvolle Bauprojekte in kurzer Zeit realisieren lassen.

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Author/s
Martin Brütsch
Emch+Berger AG Bern