CO2-effizienter Beton für Stadtbahntrasse

In der nordrheinwestfälischen Landeshauptstadt läuft gerade das aktuell größte Verkehrsinfrastrukturprojekt. Für die neue Stadtbahnlinie U 81 wird eine neue Trasse gebaut, die ab 2025 den Flughafen mit dem existierenden Stadtbahnnetz an der Haltestelle Freiligrathplatz verbindet und so eine direkte Fahrt vom Flughafen über die Altstadt bis zum Hauptbahnhof ermöglicht.

Auf dem insgesamt 1,9 km langen ersten Bauabschnitt entstehen nicht nur zwei Brücken – eine davon fast einen halben Kilometer lang, sondern auch ein knapp 200 m langes Dammbauwerk und, auf fast 400 m Länge, ein Tunnel mit unterirdischem Bahnhof am Flughafen-Terminal. Weiterhin werden verschiedene Rampen gebaut sowie zwei ebenerdige Strecken, sogenannte Niveaustrecken. Auftraggeber und Bauherr des Projekts ist das Amt für Brücken-, Tunnel- und Stadtbahnbau der Landeshauptstadt Düsseldorf. Die Bauausführung erfolgt durch eine ARGE der in Düsseldorf ansässigen Unternehmen Wayss & Freytag Ingenieurbau AG, Bereich Mitte (technische Geschäftsführung) und Implenia Construction GmbH Ingenieurbau Deutschland, Niederlassung West (kaufmännische Geschäftsführung).

Der Beton für die verschiedenen Bauwerke wird von Dyckerhoff geliefert. Zwischen Oktober 2020 und Dezember 2022 hat die Betonniederlassung Rhein-Ruhr die Baustellen mit rund 60.000 m³ Beton für die Rohbauten aus ihren Werke Kaarst und Düsseldorf beliefert. Etwa 11.000 m³ werden noch bis voraussichtlich Ende 2023 folgen.

Überwiegend Zement mit reduziertem Klinkergehalt

Den größten Anteil an den Betonlieferungen haben Betone der Festigkeitsklassen C25/30 (Standard-, Schlitzwand- und Unterwasserbeton), C30/37 sowie C35/45 (Betone nach ZTV-ING*). Aber auch ca. 10.000 m³ Beton nach ZTV-ING* in den Festigkeitsklassen C40/50 bzw. C50/60 sind beauftragt. Der Einbau erfolgt fast ausschließlich mit Betonpumpen der eigenen Gesellschaft BLMW Betonlogistik Mitte-West. In den kühleren Monaten werden nahezu alle Betone mit dem Hochofenzement HOZ Doppel [CEM III/A 42,5 N] hergestellt. Um die Erstarrungszeiten in den heißen Monaten anzupassen, werden die Betone nach ZTV-ING* nach Sommerrezepturen produziert, die den Hochofenzement AQUADUR Doppel [CEM III/B 42,5 N LH/SR (na)] enthalten. Beide genannten Zemente aus dem Dyckerhoff Werk in Neuss haben Hüttensand als Hauptbestandteil neben Zementklinker. Sie sind wegen ihrer geringen Hydratationswärme gut für Konstruktionen des Hoch- und Ingenieurbaus sowie für massige Bauteile geeignet und bieten einen hohen Widerstand gegen betonangreifende Wässer. Normativ kann HOZ Doppel bis zu 65 % und AQUADUR Doppel bis zu 80 % Hüttensand enthalten, was sich auch auf den CO2-Footprint deutlich positiv auswirkt. So liegt der CO2-Footprint (GWPnetto) des HOZ Doppel um ca. 39 %, der des AQUADUR Doppel sogar um ca. 52 % niedriger als ein reiner Portlandzement der Festigkeitsklasse 42,5 N. Damit gehören diese beiden Zemente ebenfalls zur CGreen-Produkt-Linie (weitere Informationen unter https://www.dyckerhoff.com/cgreen).

Unterschiedlichste Betone für vielfältige Anwendungen

Am Freiligrathplatz wurde zunächst die bestehende Haltestelle für den Betrieb der U 81 ausgebaut. Um den Fahrbetrieb plangerecht aufrecht erhalten zu können, war eine hohe Frühfestigkeit des Betons von mind. 30 N/mm² nach 52 Stunden bzw. mind. 37 N/mm² nach 78 Stunden gefordert. Deshalb wurde für diese herausfordernde Bauaufgabe ein besonders leistungsfähiger Beton auf Basis des Portlandzements PZ Dreifach [CEM I 52,5 R] aus dem Werk Geseke eingesetzt.

Hinter der Haltestelle entsteht zwischen den Gleisen der bestehenden U 79 das 118 m lange Rampenbauwerk zur Brücke Nordstern, das einen Höhenunterschied von ca. 6,80 m überwindet. Die Herausforderung bei diesem Bauabschnitt: den Betrieb der U 79 während der unterschiedlichen Bauphasen stets aufrechtzuerhalten.

Daran schließt sich die neue Brücke über den „Nordstern“ an – eine 12 m breite, sechsfeldrige Stahlkonstruktion, die auf einer Länge von fast 480 m in großem Bogen über den gleichnamigen wichtigen Düsseldorfer Verkehrsknotenpunkt (Danziger Straße B 8/BAB 44) führt. Die Stahlkonstruktion liegt auf fünf innen hohlen Stützpfeilern auf. Wegen der notwendigen Gewichtsersparnis wurden die Pfeilerköpfe mit Leichtbeton LC 8/9 verfüllt. Die dafür benötigten 114 m³ Beton der Rohdichteklasse 1,2 wurden mit klinkerreduziertem Hochofenzement HOZ Doppel [CEM III/A 42,5 N] aus Neuss sowie einer Liapor-Gesteinskörnung (Größtkorn 0-2 bzw. 2-8 mm) hergestellt. Alle Arbeiten zur Errichtung der Brücke fanden bei fließendem Verkehr der BAB 44 und der B 8 statt.

Von der Brücke Nordstern führt ein gut 180 m langer Dammabschnitt weiter in Richtung Flughafen. Dazu wird ein ca. 11 m breiter Stahlbetontrog mit U-Querschnitt in einer Bauhöhe von 4,00 bis 5,80 m gebaut. Daran schließt sich eine knapp 100 m lange vierfeldrige Spannbetonbrücke („Tor 1“) an, bevor die neue Trasse über eine kurze Rampe in eine 300 m lange Niveaustrecke übergeht. Zur Erhöhung des Frost-Tausalz-Widerstands werden die Kappen der Brücken- und Dammbauwerke mit einem LP-Beton der Festigkeitsklasse C25/30 ausgeführt. Die Luftporenbildner (LP) lassen in diesem besonders leistungsfähigen Beton ein System kleinster Luftporen entstehen. Dadurch kann sich eindringendes, gefrierendes Wasser ausdehnen und Risse im Bauteil werden vermieden.

Die Tunnelrampe (in Form eines Trogbauwerks), das Tunnelbauwerk und der neue U-Bahnhof am Flughafen werden in offener Bauweise errichtet – insgesamt erstrecken sie sich über rund 600 m. Zur Absicherung der Baugrube gegen nachrutschende Erde und eindringendes Grundwasser dienen hier Schlitz- und Trägerbohlwände, errichtet mit knapp 20.000 m³ Beton der Festigkeitsklasse C25/30. Die Tunnelsohle wurde als Unterwasserbeton C25/30 im Kontraktorverfahren** mit Tauchern über Dyckerhoff-eigene Mastpumpen mit Reichweiten von 46 bzw. 52 m in drei Betonagen zu je 800 m³ eingebracht. Dieser Beton muss gut fließfähig und entmischungsstabil sein, damit auch ohne Verdichtung ein kompaktes, tragfähiges Bauteil entsteht. Von einem Schwimmponton aus wurden der Taucher und das Betoniertempo der Pumpe koordiniert. Nach Fertigstellung des Rohbaus werden die Absicherungen oberflächennah wieder zurückgebaut.

In dem Projekt sind noch drei weitere Bauabschnitte geplant, die die Trasse der U 81 über eine Rheinquerung in Richtung Neuss mit Anschlüssen an die Orte Meerbusch und Krefeld sowie in Richtung Osten über den Flughafen-Bahnhof bis nach Ratingen erweitern. Messe, Flughafen und Gewerbepark Airport City sowie die Nachbarkommunen werden von der Innenstadt aus schneller erreichbar sein. Außerdem kann so ein erheblicher Teil des Verkehrs auf die Schiene verlagert werden, was die Straßen der Region und im Düsseldorfer Norden deutlich entlastet.

* ZTV-ING: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten
** Kontraktorverfahren: Einbringen von Transportbeton als Unterwasserbeton mit Hilfe von Fallrohren